1,第一根光纖是什么時候出現的？其損耗是多少？

答：第一根光纖大約是1950年出現的。傳輸損耗高達1000dB/km左右。

2,試述光纖通信系統的組成及各部分的關系。

答：光纖通信系統主要由光發送機，光纖光纜，中繼器和光接收機組成。

系統中光發送機將電信號轉換為光信號，并將生成的光信號注入光纖光纜，調制過的光信號經過光纖長途

傳輸后送入光接收機，光接收機將光纖送來的光信號還原成原始的電信號，完成信號的傳送。中繼器就是

用于長途傳輸時延長光信號的傳輸距離。

3,光纖通信有哪些優缺點？

答：光纖通信具有容量大，損耗低，中繼距離長，抗電磁干擾實力強，保密性能好，體積小，重量輕,

節約有色金屬和原材料等優點；但它也有抗拉強度低，連接困難，怕水等缺點。

1.光纖是由哪幾部分組成的？各部分有何作用？

答：光纖是由折射率較高的纖芯，折射率較低的包層和外面的涂覆層組成的。纖芯和包層是為滿意導

光的要求：涂覆層的作用是愛護光纖不受水汽的侵蝕和機械擦傷，同時增加光纖的柔韌性。

4.簡述光纖的導光原理。

答：光纖之所以能夠導光就是利用纖芯折射率略高于包層折射率的特點，使落于數值孔徑角)內的光線

都能收集在光纖中，并在芯包邊界以內形成全反射，從而將光線限制在光纖中傳播。

7.勻稱光纖纖芯和包層的折射率分別為m=L50,m=l.45,光纖的長度L=10Km。試求:(1)光纖的相對折

射率差A；(2)數值孔徑NA；(3)若將光纖的包層和涂敷層去掉，求裸光纖的NA和相對折射率差

(2)NA=V2A=1.5xJ2x0.033=0.39

(3)若將光纖的包層和涂敷層去掉，則相當于包層的折射率由=1,則

-n,21.52-1

=28.1%

2x1.52

NA=%V2A=1.5x72x0.281=1.12

而仇4=sin最大為1，所以說只要光纖端面的入射角在90"以內，就可以在光纖中形成全反射。

8.已知階躍型光纖，纖芯折射率m=1.50,相對折射率差A=o.5%,工作波長入。=1.31um,試求：(1)保

證光纖單模傳輸時，光纖的纖芯半徑a應為多大？

(2)若a=5Um,保證光纖單模傳輸時，也應如何選擇？

解：(1)因為是階躍型光纖，所以歸一化截止頻率Vc=2.405；

V=—n1aV2A<2.405

2.4051.31/rnn

3.34（s）

1.50x72x0.5%2兀

(2)若a=5um,保證光纖單模傳輸時,

V=—nlaV2A<2.405

A)

=0.22%

n2>n|A/l-2A=1.5x71-2x0.22%=1.4967

1.簡述石英系光纖損耗產生的緣由，光纖損耗的理論極限值是由什么確定的？

答：⑴

―、（紫外汲取

「廣征汲17取1r｛紅外汲取

汲取損耗\出席、H由J氫氧根（OHD汲取

雜質汲取t過渡金屬離子汲取

光纖損耗＜〔原子缺陷汲取

叫財產軒［瑞利散射損耗

以由執禮1結構不完善引起的散射損耗

［光纖彎曲損耗

.彎曲損耗I光纖微彎損耗

（2）光纖損耗的理論極限值是由紫外汲取損耗，紅外汲取損耗和瑞利散射確定的。

2.當光在一段長為10km光纖中傳輸時，輸出端的光功率減小至輸入端光功率的一半。

求：光纖的損耗系數a。

解：設輸入端光功率為P”輸出端的光功率為

則P尸2P2

光纖的損耗系數a=電1ga=1°lg—=0.3（JB/km）

?10k〃22

3.光纖色散產生的緣由有哪些？對數字光纖通信系統有何危害？

答：（1）依據色散產生的緣由，光纖的色散主要分為：模式（模間）色散，材料色散，波

導色散和極化色散。（2）在數字光纖通信系統中，色散會引起光脈沖展寬，嚴峻時前后脈沖

將相互重疊，形成碼間干擾，增加誤碼率，影響了光纖的傳輸帶寬。因此，色散會限制光纖

通信系統的傳輸容量和中繼距離。

4.為什么單模光纖的帶寬比多模光纖的帶寬大得多？

答：光纖的帶寬特性是在頻域中的表現形式，而色散特性是在時域中的表現形式，即色散越大，帶寬

越窄。由于光纖中存在著模式色散，材料色散，波導色散和極化色散四種，并且模式色散＞＞材料色散〉

波導色散〉極化色散。由于極化色散很小，一般忽視不計。在多模光纖中，主要存在模式色散，材料色散

和波導色散；單模光纖中不存在模式色散，而只存在材料色散和波導色散。因此，多模光纖的色散比單模

光纖的色散大得多，也就是單模光纖的帶寬比多模光纖寬得多。

5.勻稱光纖纖芯和包層的折射率分別為m=l.50,nkl.45,光纖的長度L=10km。試求：

（1）子午光線的最大時延差；

（2）若將光纖的包層和涂敷層去掉，求子午光線的最大時延差。

LLLn

解：⑴x

C

-sin^.ck?2

(2)若將光纖的包層和涂敷層去掉，則%;1.0

10碗x1.501.50

-1=25（萍）

3x10‘女加To"

6.一制造長度為2km的階躍型多模光纖，纖芯和包層的折射率分別為m=l.47,m=l.45,運用工作波長為

1.31um,光源的譜線寬度AX=3nm,材料色散系數D.=6ps/nm?km,波導色散T.=0,光纖的帶寬

距離指數Y=0.8。試求：

(1)光纖的總色散；

(2)總帶寬和單位公里帶寬。

Ln,4-12匕1.47

解：(1)TM=-=135.2（ns）

1%3xIO,km/s

rm-Dm?A4-L=6ps/nm?kmx3nmx2km-36（〃s）

22

T&=j7j+（%+%）2=7135.2+0.036=135.2（〃s）

0.4410.441

（2）B3.26（MHz）

r135.2〃s

B=BT-U=3.26x2°8=5.68(MHz)

7.一制造長度為2km的拋物線型漸變多模光纖，纖芯軸線處的折射率n(0)=1.5,包層的折射率nc=L48,

運用工作波長為0.85uin,光源的譜線寬度AX=6nm,材料色散系數D“=15ps/nm?km,波導色散T.

=10ps,光纖的帶寬距離指數丫=0.9。試求：

(1)光纖的總色散；

(2)總帶寬和單位公里帶寬。

2222

An（o）-nc1.5-1.48

解:（1）△='/,、。c=-----------------------=1.34%

2n（0）'2x1.5-

（」2Amx1.5x0.01342

1"Oh=898（ps）

2C~23x1。'km/s

Dm-A2-L=15ps/nm-kmx6nm又2km=180（ps）

7總==)8982+(180+10)2=9i8(ps)

(2)BT

8=%?〃=480x2°?=896(MHz)

8.某系統運用工作波長x0=1.31um,譜線寬度A入=5nm的光源和長度為3km的階躍型光纖，其纖芯的

折射率m=1.458,相對折射率差A=0.8%,纖芯半徑a=8um,光纖的材料色散系數D.=8ps/nm?km,

波導色散T.=0,其帶寬速率比為0.8。試求光纖的模式畸變帶寬和波長色散帶寬。

Ln3癡x1.458「久引\

}LnQ0/

解:TM=-?A=-----------x0.8%=116n\ns)

C3x10km/s

0.441_Q.441

3.78(M”z)

BM

T116.7〃s

0.441_________0441__________

B.=3.68(G”z)

D,“"L8ps/nm?kmx5nmx3km

1,比較LED和LD,并說明各自適應的工作范圍。

答：LED的放射光功率比U）要小，不適合長距離系統；LED的光譜寬度比LD大得多，不適合長距離系統；

LED的調制帶寬比LD小得多，不適合長距離系統：LED的溫度特性比LD好得多。所以，LED適應于短距離

小容量光纖通信系統，而LD適應于長距離大容量光纖通信系統。

2,試說明LED的工作原理。

答：當給LED外加合適的正向電壓時，Pp結之間的勢壘（相對于空穴）和Np結之間的勢壘（相對于電子）

降低，大量的空穴和電子分別從P區擴散到P區和從N區擴散到p區（由于雙異質結構，p區中外來的電

子和空穴不會分別擴散到P區和N區），在有源區形成粒子數反轉分布狀態，最終克服受激汲取及其它衰減

而產生自發輻射的光輸出。

3,試說明LD的工作原理。

答：當給LD外加適當的正向電壓時，由于有源區粒子數的反轉分布而首先發生自發輻射現象，那些傳播方

向及諧振腔高反射率界面垂直的自發輻射光子會在有源層內部邊傳播，邊發生受激輻射放大（其余自發輻

射光子均被衰減掉），直至傳播到高反射率界面由被反射回有源層，再次向另一個方向傳播受激福射放大。

如此反復，直到放大作用足以克服有源層和高反射率界面的損耗后，就會向高反射率界面外面輸出激光。

9,光發送機主要由哪些部分組成？各部分的作用是什么？

答：光發送機主要由光源，驅動電路及協助電路等構成。驅動電路的主要作用是為光源供應要求的驅動電

流；光源的主要作用是完成電光變換（光調制）；協助電路主要完成自動功率限制，自動溫度限制及光源

愛護等功能。

10,光調制方式有哪些？目前的數字光纖通信系統采納的是數字調制方式？還是模擬調制方式？

答：光調制方式主要依據光源及調制信號的關系及已調制信號的性質兩種方式分類。依據光源及調制信號

的關系，可以將光源的調制方式分為直接調制方式和外部（或間接）調制方式；依據已調制信號的性質，

可以將光源的調制方式分為模擬調制方式和數字調制方式。從調制的本質上來說，目前的數字光纖通信系

統采納的是模擬調制方式。

4,簡述PINPD的工作原理。

答：當光照耀到PIN光電二極管的光敏面上時，會在整個耗盡區及耗盡區旁邊產生受激輻射現象，從而產

生電子空穴對。在外加電場作用下，這種光生載流子運動到電極。當外部電路閉合時，就會在外部電路中

有電流流過，從而完成光電的變換過程。

5,在API）中，一般雪崩倍增作用只能發生于哪個區域？

答：高場區（即雪崩倍增區）。

6,簡述API）的工作原理。

答：當光照耀到APD的光敏面上時，由于受激汲取而在器件內產生出一次電子空穴對。在外加電場作用下,

一次電子空穴對運動到高場區，經過反復的碰撞電離過程而形成雪崩倍增現象，從而產生出大量的二次電

子空穴對。在外加電場的作用下，一次電子空穴對和二次電子空穴對一起運動到電極。當外部電路閉合時,

就會在外部電路中有電流流過，從而完成光電變換過程。

12,試畫出光接收機的方框組成，并說明各部分的作用。

直接功率檢測方式原理組成

光電檢測器的主要作用是將接收的光信號變換成包括基本調制信號重量的電信號；前置放大器的主要

作用是低噪聲接收；功率放大器（又稱為主放大器）主要作用是信號幅度放大到適合再生的電信號；均衡

濾波器作用是低通濾波和將信號波形變換成無碼間干擾的信號波形；再生器的作用是將接收的信號復原成

標準數字信號；AGC電路主要作用是穩定光接收機輸出的信號幅度；高壓變換器是為APD供應合適的電壓

（同時通過調整平均倍增因子大小，來進一步穩定光接收機的輸出信號幅度）。