光纤通信基本理论练习题

光纤通信基本理论练习题及答案

[大] [中] [小] 一、填空题

1．光纤通信中所使用的光纤是截面很小的可绕透明长丝，它在长距离内具有（束缚）和传输光的作用。

2．光具有波粒二像性，既可以将光看成光波，也可以将光看作是由光子组成的（粒子流）。

3．波动光学是把光纤中的光作为经典（电磁场）来处理。

4．光纤色散是指由于光纤所传输的信号是由不同频率成分和不同模式成分所携带的，由于不同频率成分和不同模式成分的传输速度不同，从而导致（信号畸变）的一种物理现象。

5．在数字光纤通信系统中，色散使（光脉冲）发生展宽。

6．波导色散主要是由光源的光谱宽度和光纤的（几何结构）所引起的。 7．光纤的非线性可以分为两类，即受激散射效应和（折射率扰动）。 8．当光纤中的非线性效应和色散（相互平衡）时，可以形成光孤子。 9．单模光纤的截止波长是指光纤的第一个（高阶模）截止时的波长。 10．单模光纤实际上传输两个（相互正交）的基模。 二、单项选择题 1．将光纤的低损耗和低色散区做到1 450～1 650 nm波长范围，则相应的带宽为（B） THz。 A．25 B．25 C．50 D．50

2．阶跃光纤中的传输模式是靠光射线在纤芯和包层的界面上（B）而使能量集中在芯子之中传输。

A．半反射 B．全反射 C．全折射 D．半折射 3．多模渐变折射率光纤纤芯中的折射率是（A）的。

A．连续变化 B．恒定不变 C．间断变化 D．基本不变

4．目前，光纤在（B）nm处的损耗可以做到02dB/km左右，接近光纤损耗的理论极限值。

A．1050 B．1550 C．2050 D．2550 5．石英光纤材料的零色散系数波长在（B）nm附近。 A．127 B．1270 C．227 D．2270

6．普通石英光纤在波长（A）nm附近波导色散与材料色散可以相互抵消，使二者总的色散为零。

A．1310 B．2310 C．3310 D．4310

7．非零色散位移单模光纤也称为（D）光纤，是为适应波分复用传输系统设计和制造的新型光纤。

A．G652 B．G653 C．G654 D．G655

三．多项选择题

1．根据光纤横截面折射率分布的不同，常用的光纤可以分成（AB）。

A．阶跃光纤 B．渐变光纤 C．单模光纤 D．多模光纤

2．光纤的损耗因素主要有本征损耗、（ABCD）和附加损耗等。 A．制

造损耗 B．连接损耗 C．耦合损耗 D．散射损耗

3．光纤通信所使用的低损耗窗口是（AC）和1310nm波段。

A．850 nm波段 B．1050 nm波段 C．1550 nm波段 D．2650 nm波段

4．根据色散产生的原因，光纤色散的种类主要可以分为（ABC）。

A．模式色散 B．材料色散 C．波导色散 D．偏振模色散

5．单模光纤可以分为（ABCD）。

A．非色散位移单模光纤 B．色散位移单模光纤

C．截止波长位移单模光纤 D．非零色散位移单模光纤 四．判断题

1．光纤是圆截面介质波导。（√）

2．在多模阶跃光纤的纤芯中，光按曲线传输，在纤芯和包层的界面上光发生反射。（×）

3．在渐变光纤中，光射线的轨迹是直线。（×）

4．光纤的折射率分布采取双曲正割函数的分布，所有的子午射线具有完善的自聚焦性质。（√） 5．材料色散引起的脉冲展宽与光源的光谱线宽和材料色散系数成正比。（√） 6．偏振模色散是由于实际的光纤总是存在一定的不完善性，使得沿着两个不同方向偏振的同一模式的相位常数β不同，从而导致这两个模式传输不同步，形成色散。（√）

7．在高强度电磁场中光纤对光的响应会变成线性。（×） 8．四波混频是指由2个或3个不同波长的光波混合后产生新的光波的现象。（√）

9．为了保证单模传输，光纤的芯径较小，一般其芯径为4～10μm。（√） 10．由于光纤双折射的存在，将引起光波的偏振态沿光纤长度发生变化。（√） 五．论述题

1．阐述光纤受激散射效应的定义、表现形式及其主要区别。

（1）定义。受激散射效应是光通过光纤介质时，有一部分能量偏离预定的传播方向，且光波的频率发生改变，这种现象称为受激散射效应。

（2）表现形式。受激散射效应表现形式有两种，即受激布里渊散射和受激拉曼散射。这两种散射都可以理解为一个高能量的光子被散射成一个低能量的光子，同时产生一个能量为两个光子能量差的另一个能量子。

（3）主要区别。两种散射的主要区别在于受激拉曼散射的剩余能量转变为

光频声子，而受激布里渊散射转变为声频声子；光纤中的受激布里渊散射只发生在后向，受激拉曼散射主要是前向。受激布里渊散射和受激拉曼散射都使得入射光能量降低，在光纤中形成一种损耗机制。在较低光功率下，这些散射可以忽略。当入射光功率超过一定阈值后，受激散射效应随入射光功率成指数增加。 2．阐述光纤的折

射率扰动所引起的各种非线性效应。 答：折射率扰动主要引起自相位调制（SPM）、交叉相位调制（XPM）、四波混频（FWM）和光孤子形成四种非线性效应。

（1）自相位调制。自相位调制是指光在光纤内传输时光信号强度随时间的变化对自身相位的作用。它导致光谱展宽，从而影响系统的性能。

（2）交叉相位调制。交叉相位调制是任一波长信号的相位受其他波长信号强度起伏的调制产生的。交叉相位调制不仅与光波自身强度有关，而且与其他同时传输的光波的强度有关，所以交叉相位调制总伴有自相位调制。交叉相位调制会使信号脉冲谱展宽。

（3）四波混频。四波混频是指由2个或3个不同波长的光波混合后产生新的光波的现象。其产生原因是某一波长的入射光会改变光纤的折射率，从而在不同频率处发生相位调制，产生新的波长。四波混频对于密集波分复用（DWDM）光纤通信系统影响较大，成为限制其性能的重要因素。

（4）光孤子形成。非线性折射率和色散间的相互作用，可以使光脉冲得以压缩变窄。当光纤中的非线性效应和色散相互平衡时，可以形成光孤子。光孤子脉冲可以在长距离传输过程中，保持形状和脉宽不变。 六．简答题

1．简述光纤通信的特点。 答：（1）频带宽，通信容量大； （2）传输损耗低，无中继距离长； （3）抗电磁干扰；

（4）光纤通信串话小，保密性强，使用安全； （5）体积小，重量轻，便于敷设； （6）材料资源丰富。

2．简述渐变光纤的折射率分布。

答：渐变光纤横截面的折射率分布，包层的折射率是均匀的，而在纤芯中折射率则随着纤芯的半径的加大而减小，是非均匀、且连续变化的。 3．简述光纤材料色散的定义及其引起的原因。 答：由于光纤材料的折射率是波长λ的非线性函数，从而使光的传输速度随波长的变化而变化，由此而引起的色散叫材料色散。 材料色散主要是由光源的光谱宽度所引起的。由于光纤通信中使用的光源不是单色光，具有一定的光谱宽度，这样，不同波长的光波传输速度不同，从而产生时延差，引起脉冲展宽。

1．阐述光纤受激散射效应的定义、表现形式及其主要区别。

（1）定义。受激散射效应是光通过光纤介质时，有一部分能量偏离预定的传播方向，且光波的频率发生改变，这种现象称为受激散射效应。

（2）表现形式。受激散射效应表现形式有两种，即受激布里渊散射和受激拉曼散射。这两种散射都可以理解为一个高能量的光子被散射成一个低能量的光子，

同时产生一个能量为两个光子能量差的另一个能量子。 （3）主要区别。两种散射的主要区别在于受激拉曼散射的剩余能量转变为光频声子，而受激布里渊散射转变为声频声子；光纤中的受激布里渊散射只发生在后向，受激拉曼散射主要是前向。受激布里渊散射和受激拉曼散射都使得入射光能量降低，在光纤中形成一种损耗机制。在较低光功率下，这些散射可以忽略。当入射光功率超过一定阈值后，受激散射效应随入射光功率成指数增加。 2．阐述光纤的折射率扰动所引起的各种非线性效应。 答：折射率扰动主要引起自相位调制（SPM）、交叉相位调制（XPM）、四波混频（FWM）和光孤子形成四种非线性效应。

（1）自相位调制。自相位调制是指光在光纤内传输时光信号强度随时间的变化对自身相位的作用。它导致光谱展宽，从而影响系统的性能。

（2）交叉相位调制。交叉相位调制是任一波长信号的相位受其他波长信号强度起伏的调制产生的。交叉相位调制不仅与光波自身强度有关，而且与其他同时传输的光波的强度有关，所以交叉相位调制总伴有自相位调制。交叉相位调制会使信号脉冲谱展宽。

（3）四波混频。四波混频是指由2个或3个不同波长的光波混合后产生新的光波的现象。其产生原因是某一波长的入射光会改变光纤的折射率，从而在不同频率处发生相位调制，产生新的波长。四波混频对于密集波分复用（DWDM）光纤通信系统影响较大，成为限制其性能的重要因素。

（4）光孤子形成。非线性折射率和色散间的相互作用，可以使光脉冲得以压缩变窄。当光纤中的非线性效应和色散相互平衡时，可以形成光孤子。光孤子脉冲可以在长距离传输过程中，保持形状和脉宽不变。