《光纤通信》第2章复习思考题参考答案..doc

第2章 复习思考题 参考答案 2-1 用光线光学方法简述多模光纤导光原理 答：现以渐变多模光纤为例，说明多模光纤传光的原理。我们可把这种光纤看做由折射率恒定不变的许多同轴圆柱薄层na、nb和nc等组成，如图2.1.2（a）。使光线1的入射角?A正好等于折射率为na的a层和折射率为nb的b层的交界面A点发生全反射时临界角，然后到达光纤轴线上的O点。而光线2的入射角?B却小于在a层和b层交界面B点处的临界角?c(ab)，因此不能发生全反射，而光线2以折射角?B 折射进入b层。如果nb适当且小于na，光线2就可以到达b和c界面的B点，它正好在A点的上方（OO线的中点）。假如选择nc适当且比nb小，使光线2在B发生全反射，即?B ?C(bc) = arcsin(nc/nb)。于是通过适当地选择na、nb和nc，就可以确保光线1和2通过O。那么，它们是否同时到达O呢？由于nanb，所以光线2在b层要比光线1在a层传输得快，尽管它传输得路经比较长，也能够赶上光线1，所以几乎同时到达O点。这种渐变多模光纤的传光原理，相当于在这种波导中有许多按一定的规律排列着的自聚焦透镜，把光线局限在波导中传输，如图2.1.1（b）所示。 图2.1.2 渐变（GI），，时，只有一种模式，即基模（即零次模，N = 0）通过光纤芯传输，这种只允许基模传输的光纤称为单模光纤。 2-3 什么叫多模光纤？什么叫单模光纤 答：传播数百到上千个模式的光纤称为多模（MultiMode，MM）光纤。 2-4 光纤传输电磁波的条件有哪两个 答：光纤传输电磁波的条件除满足光线在纤芯和包层界面上的全反射条件外，还需满足传输过程中的相干加强条件。 2-5 造成光纤传输损耗的主要因素有哪些？哪些是可以改善的？最小损耗在什么波长范围内 答：引起衰减的原因是光纤对光能量的吸收损耗、散射损耗和辐射损耗，如图2.3.1所示。光纤是熔融SiO2制成的，，SiO2材料引起的内部吸收和杂质引起的外部吸收。内部吸收是由于构成SiO2的离子晶格在光波（电磁波）的作用下发生振动损失的能量。外部吸收主要由OH离子杂质引起。散射损耗主要由瑞利散射引起。瑞利散射是由在光纤制造过程中材料密度的不均匀（造成折射率不均匀）产生的。 非线性散射损耗：在DWDM系统中，当光纤中传输的光强大到一定程度时就会产生受激拉曼散射、受激布里渊散射和四波混频等非线性现象，使输入光能量转移到新的频率分量上，产生非线性损耗。 减小OH离子杂质和提高光纤制造过程中材料密度的均匀性可以减小光纤的损耗。为了减小非线性散射损耗，可以使每个WDM信道的光功率不要太强。 最小损耗在1.55?m波长附近。 2-6 什么是光纤的色散？对通信有何影响？多模光纤的色散由什么色散决定？单模光纤色散又有什么色散决定 答：色散是由于不同成分的光信号在光纤中传输时，因群速度不同产生不同的时间延迟而引起的一种物理效应。光信号分量包括发送信号调制和光源谱宽中的频率分量，以及光纤中的不同模式分量。如果信号是模拟调制，，Numerical Aperture，NA）定义为 （2.2.3） 为纤芯与包层相对折射率差。用数值孔径表示的子午光线最大入射角?max是 （时） （2.2.4）2?max称为入射光线的总接收角，它与光纤的数值孔径和光发射介质的折射率有关。 NA表示光纤接收和传输光的能力，NA（或?max）越大，，，?max内的入射光都能在光纤中传输。NA越大，，NA越大，，，NA。 图2.2.1 光纤传输条件 2-8 单模光纤的传输特性用哪几个参数表示 答：单模光纤的传输特性有衰减、色散和带宽。在传输高强度功率条件下，G.652标准单模光纤是指零色散波长在1.3 ?m窗口的单模光纤，它属于第一代单模光纤，其特点是当工作波长在1.3 ?m时，光纤色散很小，系统的传输距离只受一个因素，即光纤衰减所限制。但这种光纤在1.3 ?m波段的损耗较大，为0.3~0.4 dB/km；在1.55 ?m波段的损耗较小，为0.2~0.25 dB/km。这种光纤可支持用于在1.55 ?m波段的2.5?Gb/s的干线系统，但由于在该波段的色散较大，若传输10?Gb/s的信号，传输距离超过50?km时，就要求使用价格昂贵的色散补偿模块，另外由于它的使用也增加了线路损耗，缩短了中继距离，所以不适用于DWDM系统。 G.653光纤是一种把零色散波长从1.3 ?m移到1.55 ?m的色散移位光纤，它属于第二代单模光纤。 G. 654光纤是衰减最小光纤，该光纤具有更大的有效面积（大于110 ?m2），超低的非线性和损耗，它在1.55??m波长附近仅为0.151 dB/km，可以尽量