内容发布更新时间 : 2024/9/24 11:26:49星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

2、简答题

1-1 什么是光纤通信? 目前使用的通信光纤大多数采用基础材料为SiO2的光纤，它工作在电磁波的哪个区，波长范围是多少？对应的频率范围是多少?

光纤通信是利用光导纤维传输光波信号的通信方式。

目前使用的通信光纤大多数采用基础材料为SiO2的光纤。它是工作在近红外区，波长范围为0.8～1.8μm，对应的频率范围为167～375THz。 2-9 构成激光器的三个基本条件是什么?并说明

构成一个激光器需要如下三个要素如图所示：

（1）激光工作物质：要有能实现粒子数反转发布的物质。

（2）激励：要实现粒子数反转，还必须从外界输入能量，使工作物质中有尽可能多的粒子数吸收能量后从低能级跃迁到高能级。

（3）光学谐振腔：要产生激光，必须选择传播方向和频率一定的某一光信号优先放大，而把其他方向和频率的光信号加以抑制。为了获得单色性、方向性都很好的激光，通常在激活介质的两端放置相互平行的发射镜，这对发射镜为端面的腔体叫做光学谐振腔 3-7什么是光纤的色散?为什么说光纤的色散会限制系统的通信容量?

信号在光纤中是由不同的频率成分和不同模式成分携带的，这些不同的频率成分和模式成分有不同的传播速度，从而引起色散，也可以从波形在时间上展宽的角度去理解，即光脉冲在通过光纤传播期间，其波形在时间上发生了展宽，这种观象就称为色散。

光纤色散是光纤通信的另一个重要特性，光纤的色散会使输入脉冲在传输过程中展宽，产生码间干扰，增加误码率，这样就限制了通信容量。因此制造优质的、色散小的光纤，对增加通信系统容量和加大传输距离是非常重要的。

3-8 单模光纤色散的大小与哪些因素有关?色散系数的单位是什么?色散的大小用什么来表示?其单位是什么?

单模光纤色散的大小与色散系数D、传输距离L和光源发光的波长范围Δλ有关。

对于单模光纤，色散的大小用时延差来表示，色散系数D工程上单位采用ps/(nm·km)。 4-6光电检测器的响应度和量子效率描述的是什么?二者有什么联系?

响应度和量子效率都是描述这种器件光电转换能力的物理量。但是，它们的分析角度不同。二者的关系为R0?e?hf

5-5 目前可以使用的外调制方式有几种，分别是什么?并说明?为什么采用外调制方式?

有三种：电光调制 声光调制 磁光调制 电光调制的基本工作原理是晶体的线性电光效应。 声光调制是利用介质的声光效应制成的。

磁光调制是利用法拉第效应得到的一种光外调制。

对光源进行内调制的优点是电路简单容易实现。但是，若在高码速下采用这种调制方法时，将使光源的性能变坏，如使光源的动态谱线增宽，造成在传输时色散增加，从而使在光纤中所传脉冲波形展宽，结果限制了光纤的传输容量。采用外调制方式可以克服上述

缺点。

6-6 光纤分路器及耦合器的作用是什么? 光滤波器和转发器的作用？

在光纤通信系统或光纤测试中，经常要遇到需要从光纤的主传输信道中取出一部分光，作为监测、控制等使用，这就用到光纤分路器；也有时需要把两个不同方向来的光信号合起来送入一根光纤中传输，这就用光纤耦合器来完成。

光滤波器用于波长选择，光放大器的噪声滤除，光复用/解复用；转发器具有光电变换功能、信号处理功能。

6-7 光纤通信系统中为什么必须采用光隔离器?

某些光器件，像LD及光放大器等对来自连接器、熔接点、滤波器等的反射光非常敏感，并导致性能恶化。因此需要用光隔离器来阻止反射光。 7-2 试画出IM-DD光纤通信系统结构框图。

点对点IM-DD（强度调制——直接检测）数字光纤通信系统结构如图7-1所示。

图7-1 点对点IM-DD数字光纤通信系统结构

8-6 色散会使光纤通信系统的光信号发生怎样的变化？色散补偿的原理是什么？列举两种说明？

光放大器解决了损耗问题，但同时加重了色散，因为与光电中继相比，光放大器不能把它的输出信号恢复成原来的形状。其结果是输入信号经多个放大器放大后，它引入的色散累积使输出信号展宽，对系统传输速率和距离产生了严重的限制。因此就需要色散补偿使输出的光信号恢复成原来的形状。

色散导致光信号展宽是由相位系数exp(j?2z?2?j?t)引起的，它使光脉冲经光纤传输时产生了新的频谱成分。所有的色散补偿方式都试图取消该相位系数，以便恢复原来的输入信号。色散补偿的方法很多，可以在接收机、发射机或沿光纤线路进行。

无源色散补偿：在光纤线路中加上无源光器件以实现补偿的目的。

前补偿技术：就是在光信号发射进光纤线路线路前，在发射对输入脉冲的特性进行修正。 3、计算题

2-1 一个频率为6?10Hz的光源，其发射功率为10W，它1s内发射多少个光子? 一个光子的能量为：E?h?

141s内发射的光子数为：n?WW10???2.51?1019 ?3414Eh?6.63?10?6?102-3 一单色光垂直照在厚度均匀的薄油膜上。油的折射率为1.3，玻璃的折射率为1.5 ，若单色光的波长可由光源连续调节，并观察到500nm与700nm这两个波长的单色光在反射中消失，求油膜的厚度。

解：由于空气的折射率小于油的折射率，油的折射率小于玻璃的折射率，薄油膜的上、下两表面反射而形成相干光，由于两束光的路程不同而引起的光程差为2 n2e；由于薄油膜的上、下两表面反射光都发生位相突变而不引起额外的光程差。

所以总的光程差为 ??2n2e

当反射光因干涉而减弱，则有 ??2n2e?(k?1/2)? 由上式得(k1?1/2)?1?(k2?1/2)?2k1 ，k2=1，2，3……

所以k1 =4，k2=3

把n2=1.3代入得到油膜的厚度为干涉加强的光波波长为：

e=673.08nm

2-5 一束线偏振光入射到偏振片上，光矢量方向与偏振化方向分别成30°角和60°角，问透过偏振片的光强之比是多少? 解：利用马吕斯定律：I?I0cos2?

I1cos230???3:1 2I2cos60?3-9 阶跃型光纤纤芯折射率n1=1.5，包层折射率n2=1.48，在工作波长为1.31μm条件下，要保证单模传输，纤芯半径应如何选择。 由V?k0n1a2?可知k0?2??0

a?V?0V?02.405?1.31???2.0539?m

22222?n12?2?n1?n22?3.14?1.5?1.48纤芯半径应小于2.0539μm

3-10阶跃型光纤纤芯折射率n1=1.48，包层折射率n2=1.46，试计算光纤的数值孔径?相对折射指数差？ 解：由NA?2n12?n2?n12?得

2n12?n21.482?1.4622?1.482?1.462?0.24 ????0.0134NA?n12?n2222n12?1.48

3-11阶跃型光纤纤芯折射率为1.5，包层折射率为1.48，纤芯半径为2μm，问当工作波长为1.31μm时，此光纤可传输的模式是什么?