通信工程專業(yè)光纖通信技術(shù)試題及答案

、填空題（20分） 1、 目前光纖通信所用光波的光波波長范圍為：0.8?1.8»m，屬于電磁波譜中的 近 紅外區(qū)。 2、 光纖的典型構(gòu)造是多層同軸圓柱體，它由纖芯、包層和涂覆層三局部組成。 3、 光纖通信中常用的三個(gè)低損耗窗口的中心波長0.85口m 1.31口m, 1.55m 最低損耗窗口的中心波長是在：1.55口m 4、 光纖的色散分為 材料色散波導(dǎo)色散和模式色散。 5、 光與物質(zhì)的粒子體系的相互作用主要有三個(gè)過程是：自發(fā)輻射,受激吸收, 受 激輻射；產(chǎn)生激光的最主要過程是：受激輻射。 6、 光源的作用是將電信號電流變換為光信號功率；光檢測器的作用是將光信號 功 轉(zhuǎn)換為電信號電流。 二、單項(xiàng)選擇題（15分） 1 光纖通信指的是：[ B ] A 以電波作載波、以光纖為傳輸媒介的通信方式； B 以光波作載波、以光纖為傳輸媒介的通信方式； C 以光波作載波、以電纜為傳輸媒介的通信方式； D 以激光作載波、以導(dǎo)線為傳輸媒介的通信方式。 2光纖單模傳輸條件，歸一化頻率V應(yīng)滿足：[B ] A- V>2.405 B- V<2.405 C- V>3.832 D- V<3.832 3 使用連接器進(jìn)展光纖連接時(shí)，如果接續(xù)點(diǎn)不連續(xù)，將會(huì)造成：[ C ] A光功率無法傳輸； B光功率的菲涅耳反射； C光功率的散射損耗； D光功率的一局部散射損耗，或以反射波形式返回發(fā)送端。 4在激光器中，光的放大是通過：[D ] A光學(xué)諧振腔來實(shí)現(xiàn)； B泵浦光源來實(shí)現(xiàn)； C外加直流來實(shí)現(xiàn)； D粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的激活物質(zhì)來實(shí)現(xiàn)。 5摻鉺光纖的激光特性：[A ] A主要由摻鉺元素決定； B主要由起主介質(zhì)作用的石英光纖決定； C主要由泵浦光源決定； D主要由入射光的工作波長決定。 三、〔15分〕如下圖，用射線理論分析子午光線在階躍光纖中的傳輸原理。 ---簡答： ---射線光學(xué)的根本關(guān)系式是反射和折射的菲涅耳定律: 反射定律 折射定律 反射臨界角：，相應(yīng)的光纖端面的入射角為入射臨界角。在圖中如 光線1所示。當(dāng)子午光線以大于入射臨界角從空氣入射纖芯端面的入射角時(shí)，該光線將 進(jìn)入包層，并從光纖透射出來被損耗掉，如光線2所示。當(dāng)子午光線以小于入射角從空 氣入射纖芯端面的入射角時(shí)，如光線3所示，進(jìn)入纖芯的光線將會(huì)不斷在芯包界面間 產(chǎn)生全反射，從而使光波向前傳播。這就是光纖的傳光原理。 四、（15分）簡答以下問題： 1、 什么是光纖色散？光纖色散主要有幾種類型？其對光纖通信系統(tǒng)有何影響？ 2、 分別說明G.652、G.653光纖的性能及應(yīng)用。 1、簡答： 由于光纖中所傳信號的不同頻率成分，或信號能量的各種模式成分，在傳輸過 程中，因群速度不同互相散開，引起傳輸信號波形失真，脈沖展寬的物理現(xiàn)象稱 為色散。光纖色散的存在使傳輸?shù)男盘柮}沖畸變，從而限制了光纖的傳輸容量和 傳輸帶寬。從機(jī)理上說，光纖色散分為材料色散，波導(dǎo)色散和模式色散。前兩種 色散由于信號不是單一頻率所引起，后一種色散由于信號不是單一模式所引起。 雪崩光電二極管如下圖 雪崩光電二極管 雪崩光電二極管工作時(shí)外加高反向偏壓〔約100V?150V〕，在PN結(jié)內(nèi)部形成一 高電場區(qū)，入射光功率產(chǎn)生的電子空穴對經(jīng)過高場區(qū)時(shí)不斷被加速而獲得很高的 能量，這些高能量的電子或空穴在運(yùn)動(dòng)過程中與價(jià)帶中的束縛電子碰撞，使晶格 中的原子電離，產(chǎn)生新的電子空穴對。新的電子空穴對受到同樣加速運(yùn)動(dòng)，又與 原子碰撞電離，產(chǎn)生電子空穴對，稱為二次電子空穴對。如此重復(fù)，使載流子和 反向光生電流迅速增大，這個(gè)物理過程稱為雪崩倍增效應(yīng)，雪崩過程倍增了一次 光生電流，因此，在雪崩光電二極管內(nèi)部就產(chǎn)生了放大作用。 六、（10分）如下圖，分析說明摻鉺光纖放大器主要由幾局部構(gòu)成？各局部的作 用是什么？ 簡答: 摻鈕光纖放大器 摻鉺光纖放大器主要由一段摻鉺光纖、泵浦光源、光耦合器及光隔離器等構(gòu)成。 采用摻鉺單模光纖作為增益物質(zhì)，在泵浦光激發(fā)下產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，在信號光誘 導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)受激輻射放大。泵浦光和信號光一起通過光耦合器注入摻鉺光纖；光隔 離器作用是只允許光單向傳輸，用于隔離反應(yīng)光信號，提高穩(wěn)定性。 、（15分）光纖通信系統(tǒng)構(gòu)成的框圖如下圖，分析說明各局部的作用。 簡答: 光纖通信系統(tǒng)構(gòu)成的框圖 〔1〕光發(fā)信機(jī)： 光發(fā)信機(jī)是實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。它由光源、驅(qū)動(dòng)器和調(diào)制器組成。其功能 是 將來自于電端機(jī)的電信號對光源發(fā)出的光波進(jìn)展調(diào)制，成為已調(diào)光波，然后再 將已調(diào) 的光信號耦合到光纖或光纜去傳輸。 〔2〕光收信機(jī)： 光收信機(jī)是實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。它由光檢測器和光放大器組成。其功能是 將光纖或光纜傳輸來的光信號，經(jīng)光檢測器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，然后再將這微弱的 電信號經(jīng)放大電路放大到足夠的電平，送到接收端的電端汲去。 〔3〕光纖或光纜： 光纖或光纜構(gòu)成光的傳輸通路。其功能是將發(fā)信端發(fā)出的已調(diào)光信號，經(jīng)過光 纖或光纜的遠(yuǎn)距離傳輸后，耦合到收信端的光檢測器上去，完成傳送信息任務(wù)。 〔4〕中繼器： 中繼器由光檢測器、光源和判決再生電路組成。它的作用有兩個(gè)：一個(gè)是補(bǔ)償 光信號在光纖中傳輸時(shí)受到的衰減；另一個(gè)是對波形失真的脈沖進(jìn)展糾正。 〔5〕光纖連接器、耦合器等無源器件：由于光纖或光纜的長度受光纖拉制工藝 和光纜施工條件的限制，且光纖的拉制長度也是有限度的〔如1 Km）。因此一條 光纖線路可能存在多根光纖相連接的問題。于是，光纖間的連接、光纖與光端 機(jī)的連接及耦合，對光纖連接器、耦合器等無源器件的使用是必不可少的。