光纤通信复习.doc

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1、光纤通信复习题杨超2015.12.09一、填空1、目前光纤通信常用的窗口有0.85μm、1.31微米和1.55μm。2、损耗使光信号幅度减小，色散使光信号脉冲减宽。3、光纤的原理与结构特性可用射线理论和波导理论两种方法分析。4、谐振腔具有正反馈作用。5、半导体激光器发射光子的能量近似等于材料的禁带宽度，已知某一InGaAsP材料的0.96eV,则它的发射波长为1.29μm。6、PIN光电二极管比PN光电二极管的耗尽层宽。7、1966年7月，被誉为光纤之父的英籍华人高锟博士从理论上分析证明了用光纤作为传输介质以实现光通信的可能性。8、在光纤通信的发展史上，光导纤

2、维和半导体激光器两个难题的解决，开创了光纤通信的时代。9、半导体激光器发射光子的能量近似等于材料的禁带宽度，已知GaAs材料的1.43Ev,则它的发射波长为0.87μm。10、半导体材料能级结构不是分立的单值能级，而是具有一定宽度的带状结构，称为能带。二、简答1、什么是光纤通信？光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的一种通信方式。2、光纤按照不同的标准可以分为哪些类？阶跃型多模光纤、渐变型多模光纤、单模光纤。3、什么是色散?光纤中存在哪些色散?窗体顶端窗体顶端色散是在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的传播时间不同而产生的一种物理效应。色散一般包

3、括模式色散、材料色散和波导色散。4、简述TE模，TM模，TEM模。TE模（横电模）：电场完全分布在与电磁波传播方向垂直的横截面内，磁场具有传播方向分量的波型；TM模（横磁模）：磁场完全分布在与电磁波传播方向垂直的横截面内，电场具有传播方向分量的波型）；TEM模（横电波模）：电磁波的传输方向上没有电场和磁场分量的波导模式）。5、什么是光子的自发辐射，受激吸收，受激辐射？①、自发辐射：在高能级E2的电子是不稳定的，即没有外界的作用，也会自动的跃迁到低能级E1上与空穴复合，释放的能量转换为光子辐射出去，这种跃迁为自发辐射；②、受激吸收：正常状态下，电子处于低能级E1

4、，在入射光作用下，它会吸收光子的能量跃迁到高能级E2上，这种跃迁为受激吸收；③、受激辐射：在高能级E2的电子，受到入射光的作用，被迫跃迁到低能级E1上与空穴复合，释放的能量产生光辐射，这种跃迁为受激辐射。6、光纤通信系统对光检测器的基本要求是什么？①、波长响应要和光纤低损耗窗口兼容；②、响应度要高，在一定的光接收功率下，能产生尽可能大的光电流；③、噪声要尽可能低，能接收微弱的光信号；④、性能稳定，可靠性高，寿命长，功耗和体积小。7、简述光源的作用、分类及工作原理。作用：把电信号转化为光信号；分类：半导体激光器（LD）、分布式反馈激光器（DFB）和发光二极管（L

5、ED）;工作原理：半导体激光器是向半导体PN结注入电流，实现粒子数反转分布，产生受激辐射，实现光放大，再利用谐振腔的正反馈二产生激光震荡。8、简述光检测器的作用、分类及工作原理。作用：把光信号转化为电信号；分类：PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）；工作原理：见书P619、光纤通信的优点有哪些？通信容量大；中继距离长，且误码率很小；保密性能好；抗电磁干扰性能好；体积小、重量轻、便于施工和维护，价格低廉。10、什么是阶跃光纤？什么是渐变光纤？阶跃光纤：纤芯折射率为n1保持不变，到包层突然变为n2；渐变光纤：在纤芯中心折射率最大为n1，沿径向r向外围逐渐变小

6、，直到包层变为n2。11、什么是损耗?光纤中存在哪些损耗?这些损耗是由什么因素引起的？①、损耗：光纤每单位长度上的衰减，单位为dB/km。②、光纤中存在吸收损耗和散射损耗；③、吸收损耗是由SiO2材料引起的固有吸收和由杂质引起的吸收产生的；散射损耗主要是由材料微观密度不均匀引起的瑞利散射和由光纤结构缺陷引起的散射产生的。12、简述TE模，TM模，TEM模。13、简述激光产生的原理？半导体激光器是向半导体PN结注入电流，实现粒子数反转分布，产生受激辐射，实现光放大，再利用谐振腔的正反馈二产生激光震荡。14、简述光源的作用、分类及工作原理。15、简述光检测器的作用

7、、分类及工作原理。16、光纤通信系统对光检测器的基本要求是什么？二、计算题1、设纤芯和包层折射率分别为n1和n2，长度为L，试求通过纤心光信号产生的最大延时是多少？解：△=△τmax≈=2、均匀光纤纤心与包层折射率分别为n1=1.5和n2=1.45,，试计算：（1）、光纤层与包层的相对折射率差△为多少？（2）、光纤的数值孔径NA为多少？并说明NA的物理意义。解：（1）、△=（n1-n2）/n1=（1.50-1.45）/1.50≈0.033（2）、NA==≈0.384NA表示光纤接受和传输光的能力，①、NA越大：光纤接收光的能力越强，从光源到光纤的耦合效率就越高

8、；对于无损耗光纤，θ小于θc的入射光都