光纖通信第一、二章復(fù)習(xí)

光纖通信第一、二章復(fù)習(xí)一、填空：1、通信系統(tǒng)的容量通常用比特率·距離積表示，對于光纖通信系統(tǒng)，若僅從光纖的角度考慮，容量受色散限制。2、G.652光纖有兩個低損耗傳輸窗口，分別為1.3μm與1.55μm。3、多模光纖的色散主要是模間色散和模內(nèi)色散，單模光纖色散主要包括：(1)模內(nèi)色散，(2)偏振模色散。4、在階躍折射率分布光纖中，只傳輸單模的條件是歸一化頻率V小于2.405，此單模為HE11模。5、在光纖通信系統(tǒng)中，光功率通常用dBm來表示，如果耦合進(jìn)光纖中的光功率為-13dBm，則相當(dāng)于0.05mW光功率。6、光纖從橫截面上看由3部分組成，即：(1)纖芯，(2)包層，(3)涂層。7、光纖的數(shù)值孔徑代表光纖的集光能力。8、光纖耦合器是實(shí)現(xiàn)光信號分路/合路的功能器件，是對同一波長的光功率進(jìn)行分路/合路；波分復(fù)用/解復(fù)用器的功能是，將若干路不同波長的信號復(fù)合后送入同一根光纖中傳送，或相反的作用。9、色散位移光纖與G.652光纖的不同之處是零色散波長移到1.55微米處，其目的是減小該窗口的色散。10、從通信的角度看，單模光纖與多模光纖在性能上的主要區(qū)別為單模光纖色散小。11、在光通信中，表征光纖性能的兩個主要參數(shù)是（1）損耗，（2）色散。12、非零色散位移光纖與色散位移光纖的區(qū)別是零色散波長偏離1.55微米波段，其目的是減小非線性效應(yīng)。13、漸變折射率分布多模光纖相對于階躍折射率分布多模光纖的優(yōu)點(diǎn)是模間色散小。14、在光纖通信系統(tǒng)中，光功率通常用dBm來表示，單模光纖中為避免產(chǎn)生非線性效應(yīng)，要求光纖中總功率不超過50mW，則相當(dāng)于17dBm。15、大有效面積光纖的優(yōu)點(diǎn)是可以減小非線性效應(yīng)。16、在1.55m窗口，單從色散角度考慮，應(yīng)選擇色散位移光纖（非零色散位移光纖或色散位移光纖），但同時考慮四波混頻影響，應(yīng)選擇非零色散位移光纖。17、單模光纖的群速度色散導(dǎo)致的光脈沖展寬與（1）光源線寬及（2）光纖長度有關(guān)。18、從光纖的集光能力考慮，希望數(shù)值孔徑越大（添“大”或“小”）越好，而從通信速率角度考慮，則希望數(shù)值孔徑越?。ㄌ怼按蟆被颉靶　保┰胶?。19、單模光纖除群速度色散外，還有（1）偏振模色散及（2）高階色散，后者一般只在高速系統(tǒng)中才考慮。20、漸變折射率分布光纖同普通多模光纖相比，可以減小模間色散，進(jìn)而提高通信容量。24、光纖損耗主要包括：材料吸收損耗、散射損耗和輻射損耗。21、光纖是一種具有非線性效應(yīng)的介質(zhì)，請舉出其中的兩種：受激拉曼散射，受激布里淵散射（或克爾效應(yīng)）。22、群速度色散補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ校海?）在線補(bǔ)償，使用色散補(bǔ)償光纖，（2）后補(bǔ)償，使用色散元件，（3）前補(bǔ)償，預(yù)啁啾補(bǔ)償。23、大有效面積光纖的優(yōu)點(diǎn)是可以減小非線性效應(yīng)。二、計算題（10分）（光速C=3×108米/秒）1、某階躍折射率分布光纖的纖芯折射率為n1=1.5，包層與纖芯的相對折射率差Δ=0.003，纖芯直徑2a=7μm，試問：(1)該光纖的第一高次模的截止波長λc=？(2)當(dāng)分別用波長為λ1=0.85μm及λ2=1.3μm的光波激勵該光纖時，能否實(shí)現(xiàn)單模傳輸？解：(1)由NA=(n12-n22)1/2≈n1·(2Δ)1/2可以得到：歸一化頻率V=(2π/λ)·a·n1·(2Δ)1/2<2.405，可得第一高次模的截止波長為；λc=(2π/2.405)·a·n1·(2Δ)1/2=1.06μm(2)因?yàn)棣?=0.85μm<λc，所以不能實(shí)現(xiàn)單模傳輸；而λ2=1.3μm>λc，所以可以實(shí)現(xiàn)單模傳輸。2、某多模光纖，纖芯直徑2a=50μm，纖芯折射率為n1=1.450，包層折射率為n2=1.448，則：(1)傳輸10Km時的最大允許比特率是多少？(2)計算光纖的最大接收角。(3)當(dāng)工作波長為λ=1.55μm時，可激勵多少個模式？解：(1)相對折射率差Δ=(n1-n2)/n1=0.00138，則當(dāng)L=10Km時，由于多徑色散引起的最大時差為；ΔT=(L/c)·(n12/n2)·Δ=66.8ns，則傳輸最大允許比特率B=1/ΔT=15.0Mbit/s(2)相對折射率差Δ=(n1-n2)/n1=0.00138；數(shù)值孔徑NA=n1·(2Δ)1/2=0.076；則最大接收角θimax=sin-1(NA)=4.35°；(3)當(dāng)工作波長為λ=1.55μm時，歸一化頻率V=(2π/λ)·a·n1·(2Δ)1/2=7.7,則可激勵的模式數(shù)為：M=(1/2)·V2≈29。3、某階躍折射率光纖的纖芯折射率為n1=1.5，纖芯直徑2a=9μm，試問：當(dāng)用波長為λ=1.3μm的光波激勵該光纖時，為實(shí)現(xiàn)單模傳輸，包層折射率值應(yīng)為多大？解：由歸一化頻率V=(2π/λ)·a·n1·(2Δ)1/2<2.405，可得包層折射率n2=1.49592。如果不用NA近似方程，則1.49591。4、某多模光纖，纖芯直徑2a=50μm，纖芯折射率為n1=1.450，包層折射率為n2=1.448，則：(1)計算光纖的數(shù)值孔徑；(2)當(dāng)傳輸速率為15.0Mbit/s時，最大允許的傳輸距離是多少？解：(1)數(shù)值孔徑NA=n1·(2Δ)1/2=0.076；(2)相對折射率差Δ=(n1-n2)/n1=0.00138，當(dāng)B=1/ΔT=15.0Mbit/s時，利用ΔT=(L/c)·(n12/n2)·Δ，可得最大傳輸距離為L=10Km。5、光譜線寬度為0.1nm的光脈沖經(jīng)過長為200km、色散常數(shù)為17ps/(nm·km)的單模光纖傳輸后：(1)光脈沖被展寬了多少？(2)為不產(chǎn)生碼間干擾所限制的最大傳輸速率為多少？解：λ?=?DLT=340ps；最大傳輸速率為B=1/ΔT=2.94Gbit/s。6、某階躍折射率分布光纖的纖芯折射率為n1=1.50，包層折射率為n2=1.49，現(xiàn)有一光波在光纖端面軸線處以15?的入射角進(jìn)入光纖，試問該入射光線能否成為傳導(dǎo)模？解：數(shù)值孔徑NA=(n12-n22)1/2=0.172；則最大接收角θimax=sin-1(NA)=9.95°,15°入射時不能成為傳導(dǎo)模。7、某階躍折射率光纖的纖芯折射率為n1=1.5，纖芯直徑2a=9μm，試問：當(dāng)用波長為λ=1.3μm的光波激勵該光纖時，為實(shí)現(xiàn)單模傳輸，包層折射率值應(yīng)為多大？解：由?=221anVλπ=2.405，得n2=1.4959三、論述分析題（10分）1、請分析光纖連接中產(chǎn)生插入損耗的原因。答：光纖芯徑、數(shù)值孔徑不一致，端面與光軸不垂直，光軸不平行，光纖錯位等。2、光纖通信技術(shù)已經(jīng)歷了五個發(fā)展階段，請簡述各階段系統(tǒng)的特點(diǎn)。答：第一代，0.8μm波段，多模光纖，通信容量低；第二代，1.3μm波段，單模光纖，色散小，損耗低，通信容量提高；第三代，1.55μm波段，單模光纖，色散較小，損耗最低，通信容量顯著提高；第四代，波分復(fù)用與光放大器結(jié)合，通信容量顯著提高。第五代，光孤子通信，使用光纖色散與非線性效應(yīng)，使光脈沖保形傳輸，可實(shí)現(xiàn)高速率傳輸。3、多模光纖中的不同模式之間的差異體現(xiàn)在哪些方面？答：光纖中的模式是由于光纖這種傳輸介質(zhì)的邊界條件形成的。不同模式在橫向上體現(xiàn)為能量分布不同，在縱向上體現(xiàn)為傳播常數(shù)不同，即不同模式攜帶的光傳播速度不同?？v向看傳播常數(shù)不同，色散不同；橫向看，能量分布形式不同。4、色散和損耗對通信