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第1页有线传输专业第一章光纤通信基本理论一、填空题1．光纤通信中所使用的光纤是截面很小的可绕透明长丝，它在长距离内具有(束缚)和传输光的作用。2．光具有波粒二像性，既可以将光看成光波，也可以将光看作是由光子组成的(粒子流)。3．波动光学是把光纤中的光作为经典(电磁场)来处理。4．光纤色散是指由于光纤所传输的信号是由不同频率成分和不同模式成分所携带的，由于不同频率成分和不同模式成分的传输速度不同，从而导致(信号畸变)的一种物理现象。5．在数字光纤通信系统中，色散使(光脉冲)发生展宽。6．波导色散主要是由光源的光谱宽度和光纤的(几何结构)所引起的。7、光纤的非线性可以分为两类，即受激散射效应和（折射率扰动）。8．当光纤中的非线性效应和色散(相互平衡)时，可以形成光孤子。9．单模光纤的截止波长是指光纤的第一个(高阶模)截止时的波长。10．单模光纤实际上传输两个(相互正交)的基模。11、光纤通信是以（光波）为载频，以光纤为（传输媒介）的通信方式。14、G．653光纤又称做色散位移光纤是通过改变折射率的分布将(1310)nm附近的零色散点，位移到(1550)nm附近，从而使光纤的低损耗窗口与零色散窗口重合的一种光纤。17、在多波长光纤通信系统中，克尔效应会导致信号的相位受其它通路功率的（调制），这种现象称（交叉相位调制）。19、G．652光纤有两个应用窗口，即1310nm和1550nm,前者每公里的典型衰耗值为（0.34dB）,后者为（0.2dB）。20、单模光纤的（模场直径）是作为描述单膜光纤中光能集中程度的度量。二、单项选择题1．将光纤的低损耗和低色散区做到1450～1650rim波长范围，则相应的带宽为(B)THz。A.2．5B．25C．5.0D．50第2页2．阶跃光纤中的传输模式是靠光射线在纤芯和包层的界面上(B)而使能量集中在芯子之中传输。A．半反射B．全反射C．全折射D．半折射3．多模渐变折射率光纤纤芯中的折射率是(A)的。A．连续变化B．恒定不变C．间断变化D．基本不变4．目前，光纤在(B)nm处的损耗可以做到0．2dB／km左右，接近光纤损耗的理论极限值。A．1050B．1550C．2050D．25505．石英光纤材料的零色散系数波长在(B)nm附近。A．127B．1270C．227D．22706．普通石英光纤在波长(A)nm附近波导色散与材料色散可以相互抵消，使二者总的色散为零。A．1310B．2310C．3310D．43107、非零色散位移单模光纤也称为(D)光纤，是为适应波分复用传输系统设计和制造的新型光纤。A．G．652B．G．653C．G．654D．G．65510、光纤通信的波段在电磁波谱中的（A）区。A、近红外B、远红外C、可见光D、紫外线12、用来描述传输系统可靠性的参数是（D）A、传输数率B、频带利用率C、转换效率D、误码率13、单波光纤通信限制中继距离的主要因素是（C）A、数值孔径和模场直径B、纤芯直径和包层直径C、衰减和色散D、受激散色和克尔效应14、光时域反射仪工作原理是根据光纤传输中的（A）理论来实现其相关功能。A、瑞利散射B、拉曼散射C、布里渊散射D、克尔效应15、表征光纤集光能力的光学参数为（A）A、数值孔径B、包层直径C、模场直径D、纤芯不圆度第3页16、ITU-T命名色散位移单模光纤为（B）光纤。A、G..652B、G..653C、G.654D、G.65517、ITU-T命名非零色散位移单模光纤为（D）光纤。A、G.652B、G..653C、G.654D、G.655三、多项选择题1．根据光纤横截面折射率分布的不同，常用的光纤可以分成(AB)。A．阶跃光纤B．渐变光纤C．单模光纤D．多模光纤2．光纤的损耗因素主要有本征损耗、(ABCD)和附加损耗等。A.制造损耗B．连接损耗C．耦合损耗D．散射损耗3．光纤通信所使用的低损耗窗口是(AC)和1310nm波段。A·850nm波段B．1050nm波段C．1550nm波段D．2650nm波段4．根据色散产生的原因，光纤色散的种类主要可以分为(ABC)。A．模式色散B．材料色散C．波导色散D．偏振模色散5．单模光纤可以分为(ABCD)。A．非色散位移单模光纤B．色散位移单模光纤c．截止波长位移单模光纤D．非零色散位移单模光纤6、光纤是由（ABC）构成的圆柱介质光波导结构。A、纤心B、包层C、涂敷层D、缓冲层7、光纤分类若按光纤传导电磁波模式数量可分为（AB）。A、单模光纤B、多模光纤C、石英光纤D、套塑光纤10、光纤通信系统主要是由（ABC）构成的。A、光纤B、光源C、光检测器D、光信号13、不是描述光纤的传输特性的参数为（ABD）A、数值孔径B、包层直径C、衰减D、纤芯不圆度15、引起光纤损耗的因素有（ABCD）A、吸收损耗B、散射损耗C、弯曲损耗D、微弯损耗四、判断题1．光纤是圆截面介质波导。(√)第4页2.在多模阶跃光纤的纤芯中，光按曲线传输，在纤芯和包层的界面上光发生反射。(×)3．在渐变光纤中，光射线的轨迹是直线。(X)4.光纤的折射率分布采取双曲正割函数的分布，所有的子午射线具有完善的自聚焦性质。(√)5．材料色散引起的脉冲展宽与光源的光谱线宽和材料色散系数成正比。(√)6.偏振模色散是由于实际的光纤总是存在一定的不完善性，使得沿着两个不同方向偏振的同一模式的相位常数β不同，从而导致这两个模式传输不同步，形成色散。(√)7．在高强度电磁场中光纤对光的响应会变成线性。(×)8.四波混频是指由2个或3个不同波长的光波混合后产生新的光波的现象。(√)9．为了保证单模传输，光纤的芯径较小，一般其为4～10µm。(√)10、由于光纤双折射的存在，将引起光波的偏振态沿光纤长度发生变化。(√)12、描述光纤的传输特性的参数为衰减和色散。（√）13、描述光纤的几何特性的参数为纤芯不圆度和包层不圆度。（√）15、在光纤通信系统中可以采用光的频分复用的方法来提高系统的传输容量。（√）五、简答题1．简述光纤通信的特点。答：(1)频带宽，通信容量大；(2)传输损耗低，无中继距离长；(3)抗电磁干扰；(4)光纤通信串话小，保密性强，使用安全；(5)体积小，重量轻，便于敷设；(6)材料资源丰富。2．简述渐变光纤的折射率分布。答：渐变光纤横截面的折射率分布，包层的折射率是均匀的，而在纤芯占中折射率则随着纤芯的半径的加大而减小，是非均匀、且连续变化的。3．简述光纤材料色散的定义及其引起的原因。答：由于光纤材料的折射率是波长入的非线性函数，从而使光的传输速度随波长的变化第5页而变化，由此而引起的色散叫材料色散。材料色散主要是由光源的光谱宽度所引起的。由于光纤通信中使用的光源不是单色光，具有一定的光谱宽度，这样，不同波长的光波传输速度不同，从而产生时延差，引起脉冲展宽。4.解释什么是单模光纤的偏振色散？答：所谓单模光纤，实际上传输两个相互正交的基模，在完美的光纤中，这两个模式有相同的相位常数，是互相兼并的。但实际光纤会有椭圆变形和制造过程中的残余应力等问题，这些因素使得两正交基模的传播常数不相等，这种现象叫做光纤的双折射，由于双折射，两模式的群速度不同，从而引起偏振色散。六、论述题1．阐述光纤受激散射效应的定义、表现形式及其主要区别。(1)定义。受激散射效应是光通过光纤介质时，有一部分能量偏离预定的传播方向，且光波的频率发生改变，这种现象称为受激散射效应。(2)表现形式。受激散射效应表现形式有两种，即受激布里渊散射和受激拉曼散射。这两种散射都可以理解为一个高能量的光子被散射成一个低能量的光子，同时产生一个能皎为两个光子能量差的另一个能量子。(3)主要区别。两种散射的主要区别在于受激拉曼散射的剩余能量转变为光频声子，而受激布里渊散射转变为声频声子；光纤中的受激布里渊散射只发生在后向，受激拉曼散射主要是前向。受激布里渊散射和受激拉曼散射都使得入射光能量降低，在光纤中形成一种损耗机制在较低光功率下，这些散射可以忽略。当入射光功率超过一定阈值后，受激散射效应随入射光功率成指数增加。2．阐述光纤的折射率扰动所引起的各种非线性效应。答：折射率扰动主要引起自相位调制(SPM)、交叉相位调制(XPM)、四波混频(FWM)和光孤子形成四种非线性效应。(1)自相位调制。自相位调制是指光在光纤内传输时光信号强度随时间的变化对自身相位的作用。它导致光谱展宽，从而影响系统的性能。(2)交叉相位调制。交叉相位调制是任一波长信号的相位受其他波长信号强度起伏的调制产生的。交叉相位调制不仅与光波自身强度有关，而且与其他同时传输的光波的强度有关，第6页所以交叉相位调制总伴有自相位调制。交叉相位调制会使信号脉冲谱展宽。(3)四波混频。四波混频是指由2个或3个不同波长的光波混合后产生新的光波的现象。其产生原因是某一波长的入射光会改变光纤的折射率，从而在不同频率处发生相位调制，产生新的波长。四波混频对于密集波分复用(DWDM)光纤通信系统影响较大，，成为限制其性能的重要因素。(4)光孤子形成。非线性折射率和色散问的相互作用，可以使光脉冲得以压缩变窄。当光纤中的非线性效应和色散相互平衡时，可以形成光孤子。光孤子脉冲可以在长距离传输过程中，保持形状和脉宽不变。4、举例说明由SPM引起的非线性影响的结果有几种可能?答：由SPM引起的非线性影响的结果有两种可能：当使用色散系统D为负的光纤工作区时(例如C．653光纤的短波长侧或工作区色散为负的G.655光纤)，系统色散受限距离变短；当使用色散系数D为正的光纤工作区时(例如C．652光纤、C·653光纤的长波长侧，或工作区色散为正的C．655光纤)，系统色散受限距离反而会延长。第二章光发送机与光接收机一、填空题1．(受激)辐射是半导体激光器的基本工作原理。2．半导体光源的核心是PN结，它由(高掺杂浓度)的P型半导体材料和N型半导体材料组成。3．半导体激光器要产生稳定的激光振荡必须满足一定的条件，即阈值条件和(相位)条件。4．半导体激光器的激光振荡是由光栅形成的光耦合来提供，其基本原理是(布拉格)反射原理。5．半导体激光器的(PW－I，特性)是指它的输出功率P随注入电流，的变化关系。6．半导体激光器把激励的电功率转换成(光功率)发射出去。7．发光二极管是非相干光源，它的基本工作原理是(自发)辐射。8．在光纤通信系统中，光发送机的任务是将(电端机)送来的电信号转变为光信号。9．光发送机中的调制电路将电信号转变为(调制电流)，以便实现对光源的强度调制。10．PIN光电二极管可以对一定波长范围内的入射光进行(光电转换)，这一波长范围就是PIN第7页光电二极管的波长响应范围。11、光纤通信中激光器间接调制，是在光源的输出通路上外加调制器对光波进行调制，此调制器实际起到一个(开关)的作用。12、恒定光源是一个连续发送固定波长和功率的(高稳定)光源。13、电光效应是指电场引起晶体(折射率)变化的现象，能够产生电光效应的晶体称为电光晶体。14、光耦合器的作用是将信号光和泵浦光合在一起，一般采用(波分复用)器来实现。二、单项选择题1．为了获得高辐射度，发光二极管一般采用(D)结构。A．多同质B．双同质C．多异质D．双异质2．发光二极管的远场特性是距离器件输出端面一定距离的光束在(B)的分布。A．时间上B．空间上C．磁场上D．电场上3．光发送机技术指标中的消光比直接影响光接收机的灵敏度，从提高接收机灵敏度的角度希望消光比尽可能大，消光比一般应大于(A)dB。A．10B．8C．6D．44．一般PIN光电二极管在入射光功率(D)毫瓦量级时，能够保持比较好的线性。A．高于B．略高于C．等于D．低于5．雪崩光电二极管特性中的量子效率只与初级光生载流子数目有关，不涉及倍增问题，故量子效率值总是(D)。A．大于1B．略大于1C．等于1D．小于16．在光纤通信中，光接收机再生电路的任务是把放大器输出的升余弦波形恢复成(B)，它由判决电路和时钟恢复电路组成。A．模拟信号B．数字信号C．电子信号D．光子信号17、光纤通信限制中继距离的主要因素是（C）A、数值孔径和模场直径B、纤芯直径和包层直径C、