【正文】 7。14. 根據(jù)光纖損耗測量中截?cái)喾ㄋ罁?jù)的公式，要測量的功率正比于光檢測器的輸出電壓。解：最大帶寬距離積為，而NA=，將以上數(shù)據(jù)帶入可得到B=。計(jì)算光纖帶寬。解：n2=n(0)[12Δ]1/2 NA 9. 。解：=225μm/1μm（2）= 模數(shù)量=5555. 。2. 計(jì)算n1==。（3）以波長路由為基礎(chǔ)，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)和故障的自動(dòng)恢復(fù)，構(gòu)成具有高度靈活性和生存性的光傳送網(wǎng)。7. 解釋光纖通信為何越來越多的采用WDM+EDFA方式。答：未來光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢為全光網(wǎng)，關(guān)鍵技術(shù)為多波長傳輸和波長交換技術(shù)。缺點(diǎn)：接口昂貴；強(qiáng)度差；不能傳送電力；需要專用的工具、設(shè)備以及培訓(xùn)；未經(jīng)受長時(shí)間的檢驗(yàn)。2. 光通信系統(tǒng)由哪幾部分組成，各部分功能是什么？答：通信鏈路中最基本的三個(gè)組成部分是光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)和光纖鏈路。6. 簡述WDM的概念。答：WDM波分復(fù)用技術(shù)是光纖擴(kuò)容的首選方案，由于每一路系統(tǒng)的工作速率為原來的1/N，因而對(duì)光和電器件的工作速度要求降低了，WDM合波器和分波器的技術(shù)與價(jià)格相比其他復(fù)用方式如OTDM等，有很大優(yōu)勢；另一方面，光纖放大器EDFA的使用使得中繼器的價(jià)格和數(shù)量下降，采用一個(gè)光放大器可以同時(shí)放大多個(gè)波長信號(hào)，使波分復(fù)用（WDM）的實(shí)現(xiàn)成為可能，因而WDM＋EDFA方式是目前光纖通信系統(tǒng)的主流方案。第二章1. 光波從空氣中以角度θ1=330投射到平板玻璃表面上，這里的θ1是入射光線與玻璃表面之間的夾角，根據(jù)投射到玻璃表面的角度，光束部分被反射，另一部分發(fā)生折射。如果光纖端面外介質(zhì)折射率n=，則允許的最大入射角θmax為多少？解：NA== 最大入射角θmax=arcsin（）=3. 弱導(dǎo)波階躍光纖纖芯和包層折射率指數(shù)分別為n1=，n2=，試計(jì)算：（1） 纖芯和包層的相對(duì)折射指數(shù)差Δ。試問：（a） 其纖芯直徑為多少？（b） 在1310nm波長上可以支持多少個(gè)模式？（c） 在1550nm波長上可以支持多少個(gè)模式？解：（a），而從而得到纖芯半徑：a=V/（）=，（b），與波長的平方成反比因此在1310nm上的模式數(shù)為M=（850/1310）21000=421 （c）在1550nm上的模式數(shù)為M=（850/1550）21000=3006. 纖芯折射指數(shù)為n1=，長度未知的弱導(dǎo)波光纖傳輸脈沖重復(fù)頻率f0=8MHz的光脈沖，經(jīng)過該光纖后，信號(hào)延遲半個(gè)脈沖周期，試估算光纖的長度L。假設(shè)下面兩種光信號(hào)同時(shí)進(jìn)入光纖：1300nm波長的150μW的光信號(hào)和1550nm波長的100μW的光信號(hào)，試問這兩種光信號(hào)在8km和20km處的功率各是多少？以μW為單位。解：最大帶寬距離積為，而NA=，將以上數(shù)據(jù)帶入可得到B=。14. 某工程師想測量一根1895m長的光纖在波長1310nm上的損耗，唯一可用的儀器是光檢測器，它的輸出讀數(shù)的單位是伏特。如果兩次功率測量時(shí)電壓讀數(shù)相差177。1%(dB/km) 光纖至少5Km。這三段光纖的損耗分別是多少dB/km？接頭損耗是多少dB？第二段和第三段光纖接頭處接頭損耗較大的原因是什么？解：（1）根據(jù)光纖的損耗P(L)=P(0)可知，pp2的值由圖給出如下：第一段P1(L=0)和P2(L=2)讀數(shù)分別是70 和30；第二段P1(L=1km)和P2(L=2km)讀數(shù)分別是30 和10；第三段P1(L=2km)和P2(L=3km)讀數(shù)分別是7 ；第一個(gè)接頭損耗：第二個(gè)接頭損耗：（2）第二段和第三段光纖的模場直徑MFD不一樣。利用這個(gè)關(guān)系式，（f）/P（0）與頻率的關(guān)系曲線，頻率范圍是0～1000MHz。 100MHz， E=hf= 1034108=1026焦耳。解：在λ=：E==1020焦耳輸出功率1W=1J/s，即每秒輸出的能量為1J，則光子數(shù)為1/1020=1018那么每秒從激活物質(zhì)的高能級(jí)躍遷到低能級(jí)的粒子數(shù)等于出射光子數(shù)的一半，1018 4. 光與物質(zhì)間的互作用過程有哪些？解：在介質(zhì)材料中存在著受激吸收，自發(fā)發(fā)射和受激發(fā)射等三種光與物質(zhì)的相互作用過程。解：當(dāng)注入電流較小時(shí)，激活區(qū)不能實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，自發(fā)發(fā)射占主導(dǎo)地位，激光器發(fā)射普通的熒光。解：由E=hc/λ可得到， λ=hc/E； 求關(guān)于光子能量的微分，可以得到 ，則 ，而，通常為，這樣再將E=hc/λ帶入，得到8. 試畫出APD雪崩二極管的結(jié)構(gòu)示意圖，并指出高場區(qū)及耗盡區(qū)的范圍。a試計(jì)算該器件的量子效率；，計(jì)算平均輸出光電流；c計(jì)算波長，當(dāng)這個(gè)光電二極管超過此波長時(shí)將停止工作，即長波長截止點(diǎn)λc。11. 設(shè)PIN光電二極管的量子效率為80%。第三種是在光檢測器之前使用的光放大器產(chǎn)生的放大的自發(fā)輻射噪聲ASE。內(nèi)調(diào)制優(yōu)點(diǎn)：簡單、經(jīng)濟(jì)、容易實(shí)現(xiàn)；缺點(diǎn)：隨著傳輸速率的不斷提高，直接強(qiáng)度調(diào)制帶來了輸出光脈沖的相位抖動(dòng)即啁啾效應(yīng)，使得光纖的色散增加，限制了容量的提高。7. 證明對(duì)于OOK直接檢測接收機(jī)的誤碼率公式： 解：　　　　　則由BER=1/2+1/2 8. 對(duì)于PIN直接接收機(jī)，假設(shè)熱噪聲是主要噪聲源，且方差由（）給出，對(duì)于誤碼率為1012，速率為100Mbit/s和1Gbit/s，以每1比特的光子數(shù)表示的接收靈敏度是多少？設(shè)工作波長為1550nm。外部損耗主要有軸向位移、連接間隔、傾斜位移、截面不平整。解：1123456781213415162171821需開關(guān)數(shù)12個(gè)。 4. 簡述光耦合器和WDM分波器有什么不同。 光濾波器用于濾出特定波長的光信號(hào)。解：FP腔型濾波器的主體是FP諧振腔，是由一對(duì)高度平行的高反射率鏡面構(gòu)成的腔體，當(dāng)入射光波的波長為腔長的整數(shù)倍時(shí)光波可形成穩(wěn)定振蕩，輸出光波之間會(huì)產(chǎn)生多光束干涉，最后輸出等間隔的梳狀波形。9. NLOM是否可作光開關(guān)？解：可以。優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)移效率高、放大的譜寬適合于WDM光纖通信、具有較高的飽和輸出光功率、動(dòng)態(tài)范圍大、噪聲指數(shù)小、與光纖的耦合損耗小、增益穩(wěn)定性好、增益時(shí)間常數(shù)較大；缺點(diǎn)：存在ASE噪聲、串?dāng)_、增益飽和等問題。其主要特點(diǎn)是高增益、低噪聲、窄小帶寬。同向泵浦：優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)成簡單，噪聲低， 信號(hào)一進(jìn)入光纖即得到較強(qiáng)的放大；缺點(diǎn)是由于吸收，泵浦光將沿光纖長度而衰減。解：放大器在1542nm處的增益為10log（Pout/Pin）=。SBA中由于除了滿足能量守恒定理外，還要滿足動(dòng)量守恒定理（或相位匹配條件），當(dāng)散射光與入射光夾角為180度時(shí)得到最大的散射頻移和散射光強(qiáng)。解：增益，是輸出光功率與輸入光功率的比值（dB為單位）。增益波動(dòng)，是增益帶寬內(nèi)的增益變化范圍（以dB為單位）。前置放大器：將光放大器接在光接收機(jī)前，以提高接收功率和信噪比。9. 敘述SOA－XGM波長變換的原理？解： CW探測波(λs)和泵浦波(λp)經(jīng)耦合器注入SOA，SOA對(duì)入射光功率存在增益飽和特性。證明當(dāng)Req=75Ω時(shí)，在任何接收光功率電平下，熱噪聲都超過量子噪聲而成為起決定作用的噪聲因素。，將參數(shù)代入即可。解：m==（120）=。（a） 若接收光功率為10dBm，試求這個(gè)鏈路的載噪比；（b） 若每個(gè)信道的調(diào)制指數(shù)增加到7%，接收光功率減少到13dBm，試求這個(gè)鏈路的載噪比。5 已知一