《光纤通信》复习题(刘增基第二版)

光纤通信复习题考试题型及分数...................................................................................................1第一章：21题......................................................................................................2第二章：32（6）题.............................................................................................4第三章：47（2）题.............................................................................................7第四章：23题....................................................................................................10第五章：23（2）题...........................................................................................12第七章：26题....................................................................................................14第八章：19题....................................................................................................16考试题型及分数分类题型及分数小计合计客观题1.填空题：20个空，每空1分，共20分2.选择题：20道题，每题1分，共20分40/4059/100主观题3.简答题：10道题，每题2分，共20分4.简述题：5道题，每题4分，共20分5.计算题：4道题，每题5分，共20分19/602第一章：21题1.2.1966年英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)发表了关于传输介质新概念的论文指出了利用光纤(OpticalFiber)进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信——光纤通信的基础。3.光纤通信有四个发展阶段。4.光纤工作波长：1)0.85μm2)1.31μm3)1.55μm5.光纤通信用的近红外光(波长约1μm)的频率(约300THz)。6.简述光纤通信的优点：1)容许频带很宽，传输容量很大2)损耗很小，中继距离很长且误码率很小3)重量轻、体积小4)抗电磁干扰性能好5)泄漏小，保密性能好6)节约金属材料，有利于资源合理使用7.光纤通信系统的容许频带(带宽)取决于：光源的调制特性、调制方式和光纤的色散特性。8.简述光纤通信的应用：1)通信网2)构成因特网的计算机局域网和广域网3)有线电视网的干线和分配网4)综合业务光纤接入网9.光纤通信系统可以传输：1)数字信号2)模拟信号10.单向传输光纤通信系统的基本组成：11.光发射机的功能：把输入电信号转换为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。信息源电发射机光发射机光接收机电接收机信息宿基本光纤传输系统光纤线路接收发射电信号输入光信号输出光信号输入电信号输出312.光发射机的组成光源、驱动器和调制器。13.光发射机的性能基本上取决于光源的特性。14.光纤线路的功能：把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变(失真)和衰减传输到光接收机。15.光接收机的功能把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号，并经放大和处理后恢复成发射前的电信号。16.光接收机：由光检测器、放大器和相关电路组成光检测器是光接收机的核心。17.对光检测器的要求是：响应度高、噪声低和响应速度快。18.数字通信系统：用参数取值离散的信号(如脉冲的有和无、电平的高和低等)代表信息，强调的是信号和信息之间的一一对应关系。19.模拟通信系统：用参数取值连续的信号代表信息，强调的是变换过程中信号和信息之间的线性关系。20.简述数字通信系统的优点1)抗干扰能力强，传输质量好2)可以用再生中继，传输距离长3)适用各种业务的传输，灵活性大4)容易实现高强度的保密通信5)数字通信系统大量采用数字电路，易于集成，从而实现小型化、微型化，增强设备可靠性，有利于降低成本21.P13：1-122.23.P13：1-424.4第二章：32（6）题1.光纤（OpticalFiber）是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。2.设纤芯和包层的折射率分别为n1和n2，光能量在光纤中传输的必要条件是：n1n23.纤芯和包层的相对折射率差典型值Δ=（n1-n2）n1：1)一般单模光纤为0.3%~0.6%，2)多模光纤为1%~2%。3)Δ越大，把光能量束缚在纤芯的能力越强，但信息传输容量却越小4.实用光纤主要有三种基本类型：1)突变型多模光纤（StepIndexFiber,SIF）2)渐变型多模光纤（GradedIndexFiber,GIF）3)单模光纤（SingleModeFiber,SMF）5.突变型多模光纤：纤芯折射率为n1保持不变，到包层突然变为n2。6.突变型多模光纤特点：1)光线以折线形状沿纤芯中心轴线方向传播2)特点是信号畸变大7.渐变型多模光纤：在纤芯中心折射率最大为n1，沿径向r向外围逐渐变小直到包层变为n2。8.渐变型多模光纤特点：1)光线以正弦形状沿纤芯中心轴线方向传播2)特点是信号畸变小9.单模光纤：只能传输一个模式的光纤。10.多模光纤：传输多个模式的光纤。11.突变型多模光纤的数值孔径NA：12.NA物理意义：1)NA越大i.光纤接收光的能力越强，从光源到光纤的耦合效率越高。ii.对于无损耗光纤，在临界角θc内的入射光都能在光纤中传输。iii.纤芯对光能量的束缚越强，光纤抗弯曲性能越好。2)但NA越大iv.经光纤传输后产生的信号畸变越大，因而限制了信息传输容量。13.渐变型多模光纤的数值孔径NA：212212nnnNA222)()(nrnrNA2221maxnnNA514.渐变型多模光纤自聚焦效应：渐变型多模光纤具有自聚焦效应，不仅不同入射角相应的光线会聚在同一点上，而且这些光线的时间延迟也近似相等。15.16.光纤归一化频率：17.光纤单模传输条件：18.色散(Dispersion)：是在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应。19.色散一般包括：1)模式色散2)材料色散3)波导色散20.理想单模光纤没有模式色散，只有材料色散和波导色散。21.光纤的三类基本特性参数：1)几何特性纤芯与包层的直径、偏心度和不圆度。2)光学特性折射率分布、数值孔径、模场直径和截止波长。3)传输特性损耗、带宽和色散22.光纤损耗测量有两种基本方法：1)一种是测量通过光纤的传输光功率称剪断法和插入法。2)另一种是测量光纤的后向散射光功率称后向散射法。23.测量光纤带宽基本方法：1)时域法是测量通过光纤的光脉冲产生的脉冲展宽，又称脉冲法。2)频域法是测量通过光纤的频率响应，又称扫频法。24.测量光纤色散有三种基本方法：1)相移法2)脉冲时延法3)干涉法25.实际截止波长的测量方法：1)传输功率法在弯曲状态下，测量损耗—波长函数的传输功率法2)时延法改变波长，观察LP01模和LP11模产生的两个脉冲变为一个脉冲的时延法22212nnaV405.222221nnaV63)近场法改变波长，观察近场图由环形变为高斯形的近场法26.P45：2-1（计算题）27.P45：2-3（计算题）28.P45：2-429.P45：2-730.P45：2-9（计算题）31.P45：2-10（计算题）32.P45：2-12（计算题）33.P45：2-17（计算题）7第三章：47（2）题1.通信用光器件可以分为两种类型：1)有源器件2)无源器件2.有源器件包括：光源、光检测器和光放大器3.光无源器件主要有：连接器、耦合器、波分复用器、调制器、光开关和隔离器等。4.光源：是光发射机的关键器件，其功能是把电信号转换为光信号。5.目前光纤通信广泛使用的光源主要有：3)半导体激光二极管或称激光器(LD)4)发光二极管或称发光管(LED)5)有些场合也使用固体激光器6.LD（半导体激光器）：SemiconductorLaser7.LED（发光二极管）：LightEmittingDiode8.半导体激光器向半导体PN结注入电流，实现粒子数反转分布，产生受激辐射，再利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光振荡。9.基态：最低能级E1称为基态。10.激发态：能量比基态大的能级Ei(i=2,3,4…)称为激发态11.电子在低能级E1的基态和高能级E2的激发态之间的跃迁有三种基本方式6)受激吸收7)自发辐射8)受激辐射12.受激吸收：电子处于低能级E1，在入射光作用下，它会吸收光子的能量跃迁到高能级E2上，这种跃迁称为受激吸收。13.自发辐射：电子自动地从高能级E2跃迁到低能级E1上与空穴复合，释放的能量转换为光子辐射出去，这种跃迁称为自发辐射。14.受激辐射电子被迫跃从高能级E2迁到低能级E1上与空穴复合，释放的能量产生光辐射，这种跃迁称为受激辐射。15.相干光：受激辐射光的频率、相位、偏振态和传播方向与入射光相同，这种光称为相干光。16.非相干光：8自发辐射光是由大量不同激发态的电子自发跃迁产生的，其频率和方向分布在一定范围内，相位和偏振态是混乱的，这种光称为非相干光。17.本征半导体：电子和空穴是成对出现的半导体。18.N型半导体：在本征半导体中掺入施主杂质，称为N型半导体。19.P型半导体：在本征半导体中，掺入受主杂质，称为P型半导体。20.不同半导体材料有不同的禁带宽度Eg，因而有不同的发射波长λ。21.DFB激光器与F-P激光器相比具有以下优点:9)单纵模激光器10)谱线窄，波长稳定性好11)动态谱线好12)线性好22.发光二极管(LED)的工作原理与激光器(LD)不同:13)LD发射的是受激辐射光14)LED发射的是自发辐射光23.发光二极管具有如下工作特性15)光谱特性16)光束的空间分布特性17)输出光功率特性18)频率特性24.光检测器是光接收机的关键器件。25.光检测器的功能是把光信号转换为电信号。26.常用光检测器：1)光电二极管（PIN）2)雪崩光电二极管（APD）27.光电二极管(PD)把光信号转换为电信号的功能是由半导体PN结的光电效应实现的。28.连接器：是实现光纤与光纤之间可拆卸(活动)连接的器件。29.接头：是实现光纤与光纤之间的永久性(固定)连接。30.耦合器的功能：是把一个输入的光信号分配给多个输出，或把多个输入的光信号组合成一个输出。31.耦合器类型：19)T形耦合器20)星形耦合器21)定向耦合器22)波分复用器/解复用器32.比较实用和有发展前途的耦合器的结构有1)光纤型2)微器件型3)波导型33.隔离器：9是一种非互易器件，其主要作用是只允许光波往一个方向上传输，阻止光波往其他方向特别是反方向传输。34.隔离器的两个主要参数23)插入损耗：对正向入射光的插入损耗其值越小越好；24)隔离度：对反向反射光的隔离度其值越大越好。35.调制器是利用线性电光效应实现。36.光开关的功能：是转换光路，实现光交换。37.光开关可分为两大类1)机械光开关：利用电磁铁或步进电机驱动光纤、棱镜或反射镜等光学元件实现光路转换。2)固体光开关：利用磁光效应、电光效应或声光效应实现光路转换。38.机械光开关特点：1)优点：是插入损耗小，