闽南理工光纤期末复习题目.docx

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闽南理工光纤期末复习题目

（一）、填空。

1、光与物质的相互作用主要有三个过程受激吸引、自发辐射、受激辐射。

2、光源的作用是将电信号电流变换为光信号功率。

3、光检测器的作用是将光信号功率变换为电信号电流。

4、光纤中的传输信号由于受到光纤的损耗和色散的影响，使得信号受到的幅度受到衰减，波形出现失真。

5、光纤的主要材料是Sio2，光纤的结构从里到外依次为纤芯、包层、涂覆层，其中纤芯是用来传导光信号的。

6、光纤的传输特性是光纤的损耗特性、色散特性。

7、光纤的色散分为模式色散、波导色散和材料色散。

8、光纤通信中最常用的三个依损耗窗口的中心波是850nm、1310nm、1550nm。

9、EDFA称为掺饵光纤放大器，其实现放大的光波范围是1.53um~1.56um。

10、光纤通信是以光纤为传媒，以光波为载波的通信方式。

11、随着半导体激光器温度上升，其输出功率会下降。

12、发光二极管依靠自发辐射发光。

半导体激光器依靠受激辐射发光。

13、阶跃型光纤的单模传输条件是

（二）、选择。

1、光纤单模传输条件，归一化频率V应满足（B）。

A、V>2.4048B、V<2.4048C、V>3.832D、V<3.832

2、激光是通过什么产生的（A）。

A、受激辐射B、自发辐射C、热辐射D、电流

3、EDFA的泵浦光源典型工作波长为（D）。

A、850nmB、980nmC、1310nmD、1550nm

4、光隔离器的工作原理是（A）。

A、基于法拉第旋转的非相互性B、基于多层电介质干涉膜的滤波原理

C、基于光栅的衍射原理D、基于圆柱形透镜的聚焦原理

5、光隔离器的作用是（B）。

A、调节光信号的功率B、保证光信号的正向传输

C、分离同向传输的各路光信号D、将光线传输的监控信号隔离开

6、在激光器中，光的放大是通过（C）。

A、光学谐振腔来实现B、泵浦光源

C、离子束反转分布的激活物质D、外加直流

7、单模光纤的主要色散是（），多模光纤的主要色散是（）。

A

A、波长色散、模式色散B、波长色散、材料色散

C、材料色散、偏振模式色散D、偏振模式色散、模式色散

8、光纤是利用光的（A），现象来传递光信号的。

A、折射B、散射C、全反射D、辐射

9、光纤的纤芯折射率应（A）包层射射率，光纤才能导光。

A、大于B、小于C、等于D、大于等于

10、通常影响光接收机灵敏度的因素是（B）。

A、光纤色散B、光接收机噪声C、光纤衰减D、暗电流

1、随着激光器温度上升，其输出功率会（A）。

A、下降B、上升C、不变D、先升再降

2、在光纤通信中，EDFA以何种应用形式可以显著提高光接收机的灵敏度（D）。

A、作前置放大器使用B、作后置放大器使用

C、作功率放大器使用D、作光中继器使用

3、光中继器中均衡的作用是（D）。

A、放大B、消除噪声干扰

C、均衡成矩形脉冲D、均衡成有利于判决的波形

4、通常影响光接收机灵敏度的主要因素是（B）。

A、光纤色散B、光接收机的噪声干扰

C、光纤衰减D、均衡成有利于判决的波形

5、EDFA用于降低放大器噪声的器件是（C）。

A、光耦合器B、波分复用器C、光滤波器D、光衰减器

6、以下哪一样不是光无源器件（C）。

A、光调制器B、光纤连接器C、LEDD、光纤耦合器

7、关于PIN和APD的偏置电压表述，正确的是（D）。

A、均为正向偏压B、均为反向偏压

C、前者正偏，后者反偏D、前者反偏，后者正偏

8、处于高能级E2电子，在未受到外界激发的情况下，自发地跃迁到低能级E1，从而发射出一个能量为hf=（E2-E1）的光子的过程是（A）。

A、自发辐射B、受激吸收C、受激辐射D、非辐射复合

9、目前在光纤通信系统中已获得广泛应用的光放大器是（B）。

A、半导体放大器B、EDFAC、FRAD、布里渊光纤放大器

10、STM-1每秒可传输帧数是（A）。

A、8000B、4000C、2000D、1000

11、PIN光电二极管，雪崩倍增因子G是（C）。

A、G>1B、G<1C、G=1D、G=0

12、光纤系统中，常用的光源有LD和LED。

13、光发射机消光比，一般要求小于或等于（B）。

A、5%B、10%C、15%D、20%

14、EDFA中光滤波器的主要作用是（A）。

A、降低光放大器输出噪声B、消除反射光的影响

C、提高光放大器增益D、使光信号再生

15、STM-1中，信息净负荷的字节数为（C）。

A、576B、261C、2349D、4608

1.3光纤通信系统的组成主要包括哪些部分？

试

画出简图予以说明。

•解：

光纤通信系统的基本组成包括：

光纤、光发送器、光

接收器、光中继器以及适当的连接器件等。

其中：

光发送

器的功能是将来自用户端的电信号转换成为光信号，然后

入射到光纤内传输。

它一般由驱动电路、光源和调制器构

成；光接收器的功能是将光纤传送过来的光信号还原成为

电信号，然后送往用户端。

它一般由光电检测器、解调器、

放大器和相关电路组成；光中继器是用来增大光的传输距

离，它将经过光纤传输后有较大衰减和畸变的光信号变成

没有衰减和畸变的光信号，再继续输入光纤内传输。

´2.2什么是单模光纤？

常用的单模光纤有哪些？

各自的特点是什么？

•解：

单模光纤（SMF）是纤芯内只传输一个最低模式的光波，纤芯直径很小（几个微米），适合大容量、长距离通信。

多模光纤（MMF）是纤芯内传输多个模式的光波，纤芯直径较大（50微米左右），仅用于中小容量、中短距离通信。

ITU-T规定的单模光纤包括：

G.652光纤，又称常规单模光纤，其色散零点在1310nm附近，而在1550nm处的衰减最低，但色散较大，价格较低，技术成熟，是世界上应用量最大的光纤；

G.653光纤，又称色散位移光纤，将色散零点位移到1550nm附近，在光纤的最低损耗波长处的色散系数几乎为零，对于单波长系统无疑是最好的，但在多波长系统中，由于零色散会导致严重的四波混频现象，故不能支持波分复用系统，处于被市场淘汰的现状;

G.654光纤又称截止波长位移光纤，在1550nm波长具有极小的衰减0.2dB/km，主要用于远距离无中继海底通信系统中，制造困难，价格高；

G.655光纤又称非零色散位移光纤，它在1550nm波长处有最小损耗和较小的色

散值，专门为新一代密集波分复用系统设计和制造.

2.3什么是光纤的数值孔径？

一阶跃型光纤，纤

芯折射率为1.5，相对折射率差∆=1%，求光纤的

数值孔径。

•解：

光纤端面临界入射角的正弦值，称为数值孔

径（NA）。

由于光纤端面上小于或等于临界入

射角的入射光才可以在光纤内传输，故NA表示

光纤采光能力的大小。

NA越大，则光纤与光源

或其它光纤的耦合就越容易。

但NA过大会增加

光纤传输损耗，故NA应适当取值。

2.4阶跃型光纤的纤芯折射率是1.5，包层折射率

是1.498，工作波长为1310nm，当纤芯直径为多

大时为单模传输？

•解：

单模传输的工作条件是归一化频率V满足，

•此时光纤内只含有基模。

加问题：

此光纤的数值孔径是多大？

光纤入射端面容许

光线的最大入射角是多大？

总接收角是多大?

•2.5什么是光纤的损耗？

若光纤的损耗为

2.5dB/km，入纤光功率为1μW，经过20km传输

后光功率为多少？

•解：

光纤的损耗即指光信号经过一定距离的光纤传输后

要产生衰减，光信号幅度减小，其损耗机理包括：

吸收

损耗，由于制造光纤材料本身以及其中的过渡金属离子

（如铁、钴、镍、铜、锰、铬等）和氢氧根离子（OH）－

等杂质对光的吸收而产生的损耗。

散射损耗，由于光纤

材料密度的微观变化以及各成分浓度不均匀，使得光纤

中出现折射率分布不均匀，从而引起光的瑞利散射，将

一部分光功率散射到光纤包层或外部。

辐射损耗，在成

纤后产生的损耗，主要是由于光纤受到弯曲和微弯曲所

产生的，即光纤从直线部分进入弯曲部分时传导模变成

了辐射模，使部分光渗透到包层中或穿过包层外泄，因

而造成光损耗。

•光纤损耗系数定义为

l=

•将数值代入可得

2.8什么是光纤的色散？

光纤中有哪几种色散？

解释其含义。

•解：

光纤的色散是指光信号经过一定距离的光纤

传输后要产生畸变，光信号波形展宽，色散限制

光纤通信系统的传输容量。

光纤中的色散类型包括：

①波长色散，指同

一个导波模式中不同波长光线的传播路径和速度

不同，产生时延差，引起光脉冲展宽。

波长色散

包含材料色散和波导色散两类，其中材料色散是

因光源光谱不纯以及光纤石英材料的折射率随波

长而变化所产生；波导色散是因光源光谱不纯以

及波导结构的影响而产生。

②模式色散，指同一

波长光信号中不同模式光线的传播路径和速度不

同，产生时延差，引起光脉冲展宽，模式色散只

在多模光纤中存在.

3.6光纤耦合器有哪些性能指标，分别是如何定

义的？

•解：

光纤耦合器的常见性能指标有

①附加损耗Le，指所有输出端口的光功率总和相对于输

入总光功率损失的分贝数的负值。

②插入损耗Li，指光信号经过光纤耦合器后，每一路光

信号输出相对于输入光信号光功率损失的分贝数的负值。

③分光比，指光纤耦合器各输出端口的输出功率的比值。

④隔离度I，指一个输入端的光功率和由其反射到其他

端的光功率的比值的分贝数，也称方向性。

4.1物质与光波之间有哪些相互作用？

这些相

互作用分别对应于何种光器件？

解：

光波与物质原子的电子有三种相互作用

机制，分别是自发辐射、受激辐射、受激

吸收。

这些相互作用对应的光器件分别是：

---半导体发光二极管

---半导体激光器

---半导体光检测器

4.2假设GaAs材料的带隙为1.43eV，则该

物质发出的光波长和光频率分别为多少？

•解：

l=m

•将数值代入得光波长约是0.87μm。

•再利用波长与频率的关系

=

•得到光频率为3.4483e+014Hz

4.5某激光器的P-I特性曲线的斜率为

0.095mW/mA，工作波长为1550nm，计算外

微分量子效率。

•解：

外微分量子效率定义为激光器达到阈值后，

输出光子数的增量与注入电子数的增量之比。

=´

将数值代入得

为11.85%

4.12数字光发射机的组成部分有哪些，各

部分的功能又是什么？

•4.13数字光发送机的性能指标有哪些，分

别是怎样定义的？

•解：

平均发送光功率

•指在正常条件下，光发送机发送光源尾

纤输出的平均光功率。

•消光比（EXT）

•指全“1”码平均发送光功率与全“0”码平均

发送光功率之比。

5.2.论述光电二极管进行光电转换的基本原理。

解：

光照射到半导体的PN结上，若光子能量

足够大，则半导体材料中价带的电子吸收

光子的能量，从价带越过禁带到达导带，

在导带中出现光电子，在价带中出现光空

穴，即光电子－空穴对，又称光生载流子。

光生载流子在外加负偏压和内建电场的作

用下，在闭合外电路中形成光生电流

５.5设某种半导体材料的Eg=1.15eV，试求该半导体

材料的截止波长λc.

解：

由产生光电效应的条件，入射光子能量必须至

少等于禁带宽度Eg得

代入数值得波长为1.078微米

5.7.光接收机主要由哪几部分组成？

其各自的功能是

什么？