【正文】 11 用光導纖維進行通信最早在哪一年由誰提出答：1966年7月英籍華人高錕提出用光導纖維可進行通信。12 光纖通信有哪些優(yōu)點光纖通信具有許多獨特的優(yōu)點，他們是：1. 頻帶寬、傳輸容量大；2. 損耗小、中繼距離長；3. 重量輕、體積??；4. 抗電磁干擾性能好；5. 泄漏小、保密性好；6．節(jié)約金屬材料，有利于資源合理使用。第2章 復習思考題參考答案21 用光線光學方法簡述多模光纖導光原理答：現(xiàn)以漸變多模光纖為例，說明多模光纖傳光的原理。我們可把這種光纖看做由折射率恒定不變的許多同軸圓柱薄層na、nb和nc等組成，（a）所示，而且。使光線1的入射角qA正好等于折射率為na的a層和折射率為nb的b層的交界面A點發(fā)生全反射時臨界角，然后到達光纖軸線上的O39。點。而光線2的入射角qB卻小于在a層和b層交界面B點處的臨界角qc(ab)，因此不能發(fā)生全反射，而光線2以折射角qB39。 折射進入b層。如果nb適當且小于na，光線2就可以到達b和c界面的B39。點，它正好在A點的上方（OO39。線的中點）。假如選擇nc適當且比nb小，使光線2在B39。發(fā)生全反射，即qB39。 qC(bc) = arcsin(nc/nb)。于是通過適當?shù)剡x擇na、nb和nc，就可以確保光線1和2通過O39。那么，它們是否同時到達O39。呢？由于nanb，所以光線2在b層要比光線1在a層傳輸?shù)每欤M管它傳輸?shù)寐方?jīng)比較長，也能夠趕上光線1，所以幾乎同時到達O39。點。這種漸變多模光纖的傳光原理，相當于在這種波導中有許多按一定的規(guī)律排列著的自聚焦透鏡，把光線局限在波導中傳輸，（b）所示。 漸變（GI）多模光纖減小模間色散的原理22 作為信息傳輸波導，實用光纖有哪兩種基本類型答：作為信息傳輸波導，實用光纖有兩種基本類型，即多模光纖和單模光纖。當光纖的芯徑很小時，光纖只允許與光纖軸線一致的光線通過，即只允許通過一個基模。只能傳播一個模式的光纖稱為單模光纖。用導波理論解釋單模光纖傳輸?shù)臈l件是，當歸一化波導參數(shù)（也叫歸一化芯徑）時，只有一種模式，即基模（即零次模，N = 0）通過光纖芯傳輸，這種只允許基模傳輸?shù)墓饫w稱為單模光纖。23 什么叫多模光纖？什么叫單模光纖答：傳播數(shù)百到上千個模式的光纖稱為多模（MultiMode，MM）光纖。24 光纖傳輸電磁波的條件有哪兩個答：光纖傳輸電磁波的條件除滿足光線在纖芯和包層界面上的全反射條件外，還需滿足傳輸過程中的相干加強條件。25 造成光纖傳輸損耗的主要因素有哪些？哪些是可以改善的？最小損耗在什么波長范圍內(nèi)答：引起衰減的原因是光纖對光能量的吸收損耗、散射損耗和輻射損耗。光纖是熔融SiO2制成的，光信號在光纖中傳輸時，由于吸收、散射和波導缺陷等機理產(chǎn)生功率損耗，從而引起衰減。吸收損耗有純SiO2材料引起的內(nèi)部吸收和雜質引起的外部吸收。內(nèi)部吸收是由于構成SiO2的離子晶格在光波（電磁波）的作用下發(fā)生振動損失的能量。外部吸收主要由OH離子雜質引起。散射損耗主要由瑞利散射引起。瑞利散射是由在光纖制造過程中材料密度的不均勻（造成折射率不均勻）產(chǎn)生的。非線性散射損耗：在DWDM系統(tǒng)中，當光纖中傳輸?shù)墓鈴姶蟮揭欢ǔ潭葧r就會產(chǎn)生受激拉曼散射、受激布里淵散射和四波混頻等非線性現(xiàn)象，使輸入光能量轉移到新的頻率分量上，產(chǎn)生非線性損耗。減小OH離子雜質和提高光纖制造過程中材料密度的均勻性可以減小光纖的損耗。為了減小非線性散射損耗，可以使每個WDM信道的光功率不要太強。26 什么是光纖的色散？對通信有何影響？多模光纖的色散由什么色散決定？單模光纖色散又有什么色散決定答：色散是由于不同成分的光信號在光纖中傳輸時，因群速度不同產(chǎn)生不同的時間延遲而引起的一種物理效應。光信號分量包括發(fā)送信號調(diào)制和光源譜寬中的頻率分量，以及光纖中的不同模式分量。如果信號是模擬調(diào)制，色散限制了帶寬。如果信號是數(shù)字脈沖，色散使脈沖展寬。對于多模光纖，主要是模式色散。對于單模光纖，由于只有一個模式在光纖中傳輸，所以不存在模式色散，只有色度色散和偏振模色散。對于制造良好的單模光纖，偏振模色散最小。在DWDM和OTDM系統(tǒng)中，隨著光纖傳輸速率的提高，高階色散也必須考慮。27 光纖數(shù)值孔徑的定義是什么？其物理意義是什么答：數(shù)值孔徑（Numerical Aperture，NA）定義為 （）式中，為纖芯與包層相對折射率差。用數(shù)值孔徑表示的子午光線最大入射角amax是（時） （）角度2amax稱為入射光線的總接收角，它與光纖的數(shù)值孔徑和光發(fā)射介質的折射率有關。NA表示光纖接收和傳輸光的能力，NA（或amax）越大，光纖接收光的能力越強，從光源到光纖的耦合效率越高。對無損耗光纖，在amax內(nèi)的入射光都能在光纖中傳輸。NA越大，纖芯對光能量的束縛能力越強，光纖抗彎曲性能越好。但NA越大，經(jīng)光纖傳輸后產(chǎn)生的輸出信號展寬越大，因而限制了信息傳輸容量，所以要根據(jù)使用場合，選擇適當?shù)腘A。 光纖傳輸條件28 單模光纖的傳輸特性用哪幾個參數(shù)表示答：單模光纖的傳輸特性有衰減、色散和帶寬。在傳輸高強度功率條件下，則還要考慮光纖的非線性光學效應。29 多模光纖有哪兩種？單模光纖又有哪幾種答：多模光纖有折射率階躍光纖和漸變光纖。、、。210 、答： mm窗口的單模光纖，它屬于第一代單模光纖， mm時，光纖色散很小，系統(tǒng)的傳輸距離只受一個因素，即光纖衰減所限制。 mm波段的損耗較大，~ dB/km； mm波段的損耗較小，~ dB/km。 Gb/s的干線系統(tǒng)，但由于在該波段的色散較大，若傳輸10Gb/s的信號，傳輸距離超過50km時，就要求使用價格昂貴的色散補償模塊，另外由于它的使用也增加了線路損耗，縮短了中繼距離，所以不適用于DWDM系統(tǒng)。 mm的色散移位光纖，它屬于第二代單模光纖。G. 654光纖是衰減最小光纖，該光纖具有更大的有效面積（大于110 mm2），超低的非線性和損耗， dB/km，可以盡量減少使用EDFA的數(shù)量，并具有氫老化穩(wěn)定性和良好的抗輻射特性，特別適用于無中繼海底DWDM傳輸。G. mm波長區(qū)域的色散為零， mm波長區(qū)域色散較大，為17~20 ps/(nmkm)。G. 655光纖是非零色散光纖，它實質上是一種改進的色散移位光纖， mm， mm處。在光纖的制作過程中，適當控制摻雜劑的量，使它大到足以抑制高密度波分復用系統(tǒng)中的四波混頻，小到足以允許單信道數(shù)據(jù)速率達到10 Gb/s，而不需要色散補償。非零色散光纖消除了色散效應和四波混頻效應，而標準光纖和色散移位光纖都只能克服這兩種缺陷中的一種，所以非零色散光纖綜合了標準光纖和色散移位光纖最好的傳輸特性，既能用于新的陸上網(wǎng)絡，又可對現(xiàn)有系統(tǒng)進行升級改造，它特別適合于高密度WDM系統(tǒng)的傳輸，所以非零色散光纖是新一代光纖通信系統(tǒng)的最佳傳輸介質。，它是把1 380 nm波長附近的OH離子濃度降到以下，消除了1 360~1 460 nm波段的損耗峰， dB/km左右，使S+C+L波段均可應用于DWDM光纖通信。 光纖的損耗譜和工作窗口G. 657光纖是一種具有小的模場直徑（MFD）和具有比較大的纖芯/包層折射率差的光纖，它對彎曲不敏感，可以在入戶環(huán)境下?lián)頂D的管道中，或者經(jīng)過多次彎曲后固定在接線盒和插座等狹小空間的線路終端設備中使用。211 用后向散射法測量光纖損耗的根據(jù)是什么？答：瑞利散射光功率與傳輸光功率成正比，后向散射法就是利用與傳輸光方向相反的瑞利散射光功率來確定光纖損耗系數(shù)的。設在光纖中正向傳輸光功率經(jīng)過長和的兩段光纖傳輸后反射回輸入端的光功率分別為和，（b）所示。經(jīng)分析推導可知，正向和反向損耗系數(shù)的平均值為 后向散射法（OTDR）測量光纖損耗系數(shù)（dB/mW） （）212 從物理概念來看，色散、脈沖展寬和光纖帶寬三者之間的關系是什么答：由于光纖色散，光脈沖經(jīng)光纖傳輸后使輸出脈沖展寬，從而影響到光纖的帶寬。高斯色散限制的光帶寬為 （）式中，（GHz）。由式（）可知，光纖帶寬和色散引起脈沖展寬的關系是。213 簡述光時域反射計的應用答：利用光時域反射計不僅可以測量光纖的損耗系數(shù)（dB/km）和光纖長度，而且還可以測量連接器和熔接頭的損耗，觀測光纖沿線的均勻性和確定光纖故障點的位置，在工程上得到了廣泛地使用。這種儀器采用單端輸入和輸出，不破壞光纖，使用非常方便。214 mm的損耗是多少？答： mm波段的損耗較大，~ dB/km。第3章 復習思考題參考答案31 連接器和跳線的作用是什么？接頭的作用又是什么答：連接器是把兩個光纖端面結合在一起，以實現(xiàn)光纖與光纖之間可拆卸（活動）連接的器件。跳線用于終端設備和光纜線路及各種光無源器件之間的互連，以構成光纖傳輸系統(tǒng)。接頭是把兩個光纖端面結合在一起，以實現(xiàn)光纖與光纖之間的永久性（固定）連接。接頭用于相鄰兩根光纜（纖）之間的連接，以形成長距離光纜線路。32 耦合器的作用是什么？它有哪幾種耦合器的功能是把一個或多個光輸入分配給多個或一個光輸出。耦合器有T形耦合器、星形耦合器、方向耦合器和波分耦合器。33 簡述波導光柵解復用器的工作原理陣列波導光柵由N個輸入波導、N個輸出波導、兩個具有相同結構的N 180。 N平板波導星形耦合器以及一個平板陣列波導光柵組成。這種光柵相鄰波導間具有恒定的路徑長度差DL，由式（）可知，其相鄰波導間的相位差為 （）式中，l是信號波長，是路徑長度差，通常為幾十微米，為信道波導的有效折射率，它與包層的折射率差相對較大，使波導有大的數(shù)值孔徑，以便提高與光纖的耦合效率。輸入光從第一個星形耦合器輸入，在輸入平板波導區(qū)（即自由空間耦合區(qū)）模式場發(fā)散，把光功率幾乎平均地分配到波導陣列輸入端中的每一個波導，由陣列波導光柵的輸入孔闌捕捉。由于陣列波導中的波導長度不等，由式（）可知，不同波長的輸入信號產(chǎn)生的相位延遲也不等。AWG光柵工作原理是基于馬赫曾德爾干涉儀的原理，即兩個相干單色光經(jīng)過不同的光程傳輸后的干涉理論，所以輸出端口與波長有一一對應的關系，也就是說，由不同波長組成的入射光束經(jīng)陣列波導光柵傳輸后，依波長的不同就出現(xiàn)在不同的波導出口上。此處設計采用對稱結構，根據(jù)互易性，同樣也能實現(xiàn)合波的功能。 由陣列波導光柵（AWG）組成的解復用器/路由器 簡述介質薄膜干涉濾波器解復用器的作用（見原榮編著《光纖通信（第2版）》）答：介質薄膜光濾波器解復用器利用光的干涉效應選擇波長。可以將每層厚度為1/4波長，高、低折射率材料（例如和）相間組成的多層介質薄膜，用作干涉濾波器。在高折射率層反射光的相位不變，而在低折射率層反射光的相位改變180O。連續(xù)反射光在前表面相長干涉復合，在一定的波長范圍內(nèi)產(chǎn)生高能量的反射光束，在這一范圍之外，則反射很小。這樣通過多層介質膜的干涉，就使一些波長的光通過，而另一些波長的光透射。用多層介質膜可構成高通濾波器和低通濾波器。兩層的折射率差應該足夠大，以便獲得陡峭的濾波器特性。和通常用于介質薄膜的材料。30層以上的干涉濾波器已經(jīng)制造出來， mm波長時的通帶寬度可窄至1