2014《光纤通信》试题及详解

《光纤通信》试卷…第1页（共3页）2013-2014年度教学质量综合评估测验试卷《光纤通信》试题注：1、开课学院：通信与信息工程学院。命题组：通信工程教研组·张延锋2、考试时间：90分钟。试卷满分：100分。3、请考生用黑色或蓝色中性笔作答，考试前提前带好必要物件（含计算器）。4、所有答案请写于相应答题纸的相应位置上，考试结束后请将试卷与答题纸一并上交。总分一二三四五六七八九十1002018302012试题如下：一、选择题（每小题仅有一个选项是符合题意要求的，共10小题，每小题2分，共20分）1、G.653光纤是指A.渐变多模光纤B.标准单模光纤C.色散位移光纤D.非零色散光纤2、目前EDFA采用的泵浦波长是A．0.85μm和1.3μmB．0.85μm和1.48μmC．0.98μm和1.48μmD．0.98μm和1.55μm3、以下是阶跃折射率光纤HE11低阶模式的横向电场截面分布图的是ABCD4、以下不是单模光纤的非线性效应的是A.自相位调制SPMB.交叉相位调制XPMC.偏振模色散PMDD.四波混频FWM5、具有低阈值电流、可高温工作、谱线宽度窄和调制速度高的优点的激光器是A.量子阱激光器B.分布式反馈DFB激光器C.垂直腔面发射激光器D.分布式布拉格反射DBR激光器6、下面哪一种器件只允许光单方向传输A.隔离器B.光开关C.耦合器D.连接器7、光缆的架空办法有两种，分别是①用水泥管道安装②定滑轮牵引法③缆盘移动放出法④在顶棚内敷设A.①和③B.②和④C.③和④D.②和③8、ITU-TG.692建议，WDM系统的工作波长目前是在A.S波段B.C波段C.L波段D.P波段9、以下不是SDH/SONET网络的基本设备的是A.终端复用器TMB.分插复用器ADMC.再生器REGD.光交叉连接器OXC10、下列哪一个不是自动交换光网络ASON的特点？《光纤通信》试卷…第2页（共3页）A.实现灵活的Mesh组网B.网络拓扑自动发现C.缩短业务建立时间D.频率选择性极好二、填空题（本题共三部分，每部分6分，共18分）（一）、基本概念及基本理论填空（每空1分，共4小题6小空，共6分）11、光纤通信与其他形式通信的主要区别有两点，一是，二是用光纤作为传输介质。12、外调制器是利用晶体的电光、磁光和等效应对光辐射进行调制，即在光源光辐射产生后再加载调制信号。13、几何光学分析法是用射线光学理论分析光纤中光传输特性的方法，这种分析方法的前提条件是。14、粒子数反转、是激光器获得激光的条件，除此之外，产生激光还必须满足。15、数字传输系统设计的任务就是要通过器件的适当选择以减少的影响，确保系统达到要求的性能。（二）、基本运算能力填空（每小题3分，共2小题，共6分）16、光接收机的动态范围D是指在保证系统误码率指标要求下，接收机的最低光功率Pmin和最大允许光功率Pmax之比，现知Pmin和Pmax分别是10W和100W，则其动态范围D为。17、对于单纵模激光器，定义边模抑制比MSR为主模功率P主与次边摸功率P边之比，它是半导体激光器频谱纯度的一种度量，若P主=10dBm，P边=1dBm，则MSR为。（三）、名词解释填空（每小题2分，共3小题，共6分）18、消光比：。19、暗电流：。20、电光延迟：。三、简答画图题（本题共两部分，每部分15分，共30分）（一）、按要求简答各题（每小题5分，共3小题，共15分）21、请简述光波分复用技术的基本原理。22、为了获得EDFA较为平坦的增益特性，增大EDFA的带宽，常采用的两种方法是什么？。23、可调谐外腔激光器不用做WDM光源而只作为测试用光源的原因是什么？（二）、按题要求画图或据图回答问题（共2小题，共15分）24、请画出边发光二极管、面发光二极管、超辐射发光二极管的P-I特性曲线，且画在同一幅图中。（7分）25、阅读下图，按要求完成各题。（8分）未调制光信号已调制光信号电信号（1）在2.5Gb/s的高速率光纤通信系统中，不采用直接调制方式，而必须使用外调制器的原因是。（3分）激光器驱动器外调制器《光纤通信》试卷…第3页（共3页）（2）外调制下的光源是在（选填“直流”或“交流”）状态下工作，因而避免了激光器的效应。（2分）（3）光纤通信系统对调制的要求是：①高的调制效率和；②低的驱动电压；③低的；④。四、综合解答题（请按各题题意解答，要求写出必要的解题思想与具体公式，本题共2小题，每小题10分，共20分）26、（本小题10分）一阶跃折射率光纤，已知纤芯和包层的折射率分别是：n1=1.48,n2=1.46,求：（1）其临界入射角θc；（2）其临界传播角αC；（3）其数值孔径NA；（4）其最大接收角θ0；（5）是否能得知相对折射率差∆的大小？相对折射率差∆和光纤与光源之间的耦合效率有何关系？实际光纤对∆有什么要求？27、（本小题10分）设PIN光电二极管的量子效率为75％，渡越时间为10ps。（1）计算该检测器的3dB带宽；（2）计算在1.3um和1.55um波长时的响应度，并说明为什么在1.55um处光电二极管比较灵敏。五、分析题（请按要求写出必要的解题过程，本题共1题，共12分）28、（本小题12分）已知某光纤参数如下：a=6μm,∆=0.002,纤芯折射率为n1=1.5。若干HEmn模的截止频率和若干EHmn模的截止频率如表1和表2。表1若干HEmn模的截止频率模式HEmnHE21HE22HE2HE2HE1HE2HEHE截止频率c2.0455.5208.65411.7923.8327.01610.17313.32表2若干EHmn模的截止频率模式EHmnEH11EH12EH1EH1EH21EH22EH2EH2截止频率c3.3827.01610.17313.3245.1368.41711.62014.79试问：（1）当光波长分别为λ1=1.55μm，λ2=1.31μm，λ=0.85μm时，光纤中能传输哪些导波模？（2）从（1）中能看出波长与归一化频率、可传输的模式数量有何关系？可传输的模式数量与归一化频率的近似关系表达式是？（3）归一化频率的值一般还决定了包层传输的功率占总功率的比例，对于上例光波长为λ1=1.55μm而言，若假设总功率为1000dBm，则包层传输的功率P包层为多少？《光纤通信》试卷…第4页（共3页）评卷答案：一、选择题（每小题仅有一个选项是符合题意要求的，共10小题，每小题2分，共20分）1、C2、C3、A4、C5、A6、A7、D8、B9、D10、D二、填空题（本题共三部分，每部分6分，共18分）（一）、基本概念及基本理论填空（每空1分，共4小题6小空，共6分）11、载波频率很高12、声光13、光的波长要远小于光线尺寸14、光学谐振腔，阈值条件15、系统噪声（二）、基本运算能力填空（每小题3分，共2小题，共6分）16、1dB，注意单位！17、10（三）、名词解释填空（每小题2分，共3小题，共6分）18、分别代表逻辑1和逻辑0的最大功率与最小功率之比，通常以dB为单位衡量，它是数字传输时光源的一项重要参数。19、是指在PIN规定的反向电压或者APDDE90%击穿电压时，在无入射光情况下器件内部的反向电流。20、就是在电信号到来时，光信号相对于电信号的时间延迟。三、简答画图题（本题共两部分，每部分15分，共30分）（一）、按要求简答各题（每小题5分，共3小题，共15分）21、答：光波分复用技术的基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来（复用）并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光信号分开（解复用），并作进一步处理，恢复出原始信号送入不同终端。22、为了获得EDFA较为平坦的增益特性，增大EDFA的带宽，常采用的两种方法是①采用新型宽谱带掺杂光纤，如在纤芯中再加入铝离子；②在掺铒光纤链路上放置均衡滤波器。23、调谐速度很慢，大约在ms量级。（二）、按题要求画图或据图回答问题（共2小题，共15分）24、P超辐射发光二极管面发光二极管边发光二极管OI发光二极管的P-I特性曲线25、（1）直接调制方式下，带宽受半导体光源的震荡频率限制和光源啁秋效应的存在。《光纤通信》试卷…第5页（共3页）（2）直流，啁秋（3）宽的调制带宽，插入损耗，高消光比。四、综合解答题（请按各题题意解答，要求写出必要的解题思想与具体公式，本题共2小题，每小题10分，共20分）26、（本小题10分）解：（1）临界入射角θc=arcsin（n2n1）=arcsin（1.61.8）=80.60。（2）αC=arcsin√1−（n2n1）2=arcsin√1−（1.61.8）2=9.4°。（3）NA=sinθ0=（n12−n22）12⁄=（1.482−1.462）12⁄=0.242(4)θ0=arcsin(NA)=140(5)数值孔径NA在实际计算时还有另外的计算公式为：NA=sinθ0=（n12−n22）12⁄=（2n12）12×（n12−n22）12⁄（2n12）12=n1√2∆则：∆=12（sinθ0n1）2=12（0.221.8）2=0.013368。一般而言，相对折射率差∆大一些，光纤与光源之间的耦合效率就高一些，但是∆要过大的话，色散影响就越严重，实际光纤总有∆≪1。27、（本小题10分）（1）GHz42MHz10241010420420f412dc...（2）响应度R定义为光生电流PI与输入光功率inP之比，即inpPI因为入射光功率对应于单位时间内平均入射的光子数)/(cinhfP而入射光子以量子效率部分被吸收，并在外电路中产生光电流，则有响应度24.1chfe波长为1.3um时，79024131750....(A/W)_波长为1.55um时，940241551750....(A/W)由上式可知，在量子效率一定时，响应度与波长成正比。所以由PIN在1.55um处的灵敏度高于在1.3um处。五、分析题（请按要求写出必要的解题过程，本题共1题，共12分）28、（本小题12分）解：（1）我们先求出上述波长对应的归一化频率V，然后将它们与前述各种模式归一化截止频率c相比较，凡是满足c条件的模式都可以在光纤中传输。因为=2πλn1a√2∆，所以有：《光纤通信》试卷…第6页（共3页）1=2πλ1n1a√2∆=2π1.55×10−6×1.5×6×10−6√2×0.002=2.3062=2πλ2n1a√2∆=2π1.31×10−6×1.5×6×10−6√2×0.002=2.73=2πλn1a√2∆=2π0.85×10−6×1.5×6×10−6√2×0.002=4.21当λ1=1.55μm时，0[c(HE11)]1=2.3062.045[c(TE01，TM01)]，此时光纤中只能传输HE11导波模。当λ2=1.31μm时，2.045[c(TE01，TM01，HE21)]2=2.7323.832[c(HE1,EH11)]，此时光纤中只能传输TE01，TM01，HE21和HE11导波模。当λ1=0.85μm时，3.832[c(HE1，EH11，HE12)]=4.215.136[c(EH21)]，此时光纤中只能传输HE1，EH11，HE12，TE01，TM01，HE21和HE11导波模。故光纤中能传输的导波模有HE1，EH11，HE12，TE01，TM01，HE21和HE11。（2）从（1）中可以看出，波长越短，归一化频率越高，可传输的模式数量就越多，可传输的模式数量与归一化频率的近似关系表达式是N=122(3)归一化频率的值一般还决定了包层传输的功率占总功率的比例,即P包层P总=2√2V，对于光波长为λ1=1.55μm而言，1=2.306，总功率为P总=1000dBm，则包层传输的功率P包层为P包层=2√231×P总=2√23×2.306×1000=408.85dBm