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第1章
1. 光通信的优缺点各是什么？
答：优点有：通信容量大；传输距离长；抗电磁干扰；抗噪声干扰；适应环境；重量轻、安
全、易敷设；；寿命长。
缺点：接口昂贵；强度差；不能传送电力；需要专用的工具、设备以及培训；未经受长时间的检验。
2. 光通信系统由哪几部分组成，各部分功能是什么？
答：通信链路中最基本的三个组成部分是光发射机、光接收机和光纤链路。各部分的功能参
见1.3节。
3. 假设数字通信系统能够在载波频率1%的比特率下工作，试问在5GHz的微波载波和1.55
μm的光载波上能传输多少路64kb/s的音频信道？ 答：5GHz×1％/64k＝781路
8-67
（3×10/1.55×10）×1％/64k＝3×10路
4. SDH体制有什么优点？
答：主要为字节间插同步复用、安排有开销字节用于性能监控与网络管理，因此更加适合高速光纤线路传输。
5. 简述未来光网络的发展趋势及关键技术。
答：未来光网络的发展趋势为全光网，关键技术为多波长传输和波长交换技术。
6. 简述WDM的概念。
答：WDM的基本思想是将工作波长略微不同，各自携带了不同信息的多个光源发出的光信
号，一起注入同一根光纤，进行传输。这样就充分利用光纤的巨大带宽资源，可以同时传输多种不同类型的信号，节约线路投资，降低器件的超高速要求。
7. 解释光纤通信为何越来越多的采用WDM+EDFA方式。 答：WDM波分复用技术是光纤扩容的首选方案，由于每一路系统的工作速率为原来的1/N，因而对光和电器件的工作速度要求降低了，WDM合波器和分波器的技术与价格相比其他复用方式如OTDM等，有很大优势；另一方面，光纤放大器EDFA的使用使得中继器的价格和数量下降，采用一个光放大器可以同时放大多个波长信号，使波分复用（WDM）的实现成为可能，因而WDM＋EDFA方式是目前光纤通信系统的主流方案。
8. WDM光传送网络（OTN）的优点是什么？
答： （1）可以极提高光纤的传输容量和节点的吞吐量，适应未来高速宽带通信网的要求。
（2）OXC和OADM对信号的速率和格式透明，可以建立一个支持多种电通信格式的、透明的光传送平台。
（3）以波长路由为基础，可实现网络的动态重构和故障的自动恢复，构成具有高度灵活性和生存性的光传送网。
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第二章
1. 光波从空气中以角度θ1=33投射到平板玻璃表面上，这里的θ1是入射光线与玻璃表面之
间的夹角，根据投射到玻璃表面的角度，光束部分被反射，另一部分发生折射。如果折
0
射光束和反射光束之间的夹角正好为90，请问玻璃的折射率等于多少？这种玻璃的临界角又为多少？
解： 入射光束与玻璃表面的法线角度（即入射角）θ=90-33=57度。
则反射角θr=θ，折射角θ2=180-90-57=33度，假设空气的折射率为n1=1， 由折射定理n1sinθ=n2sinθ2 得到玻璃的折射率为 n2=n1sinθ/ sinθ2 = 1.54
-1
全反射发生在从玻璃射向空气的时候，此时θc=sin(n1/n2)=40.49度。
2. 计算n1=1.48及n2=1.46的阶跃折射率光纤的数值孔径。如果光纤端面外介质折射率
n=1.00，则允许的最大入射角θmax为多少？
2解：NA=n12?n2= 0.2425
0
2最大入射角θmax=arcsin（n12?n2）=14.03度
3. 弱导波阶跃光纤纤芯和包层折射率指数分别为n1=1.5，n2=1.45，试计算：
（1） 纤芯和包层的相对折射指数差Δ。 （2） 光纤的数值孔径NA。
2n12?n2解：（1）??= 0.0328 22n12 （2）NA=n12?n2= 0.3841
4. 已知阶跃光纤纤芯的折射率为n1=1.5，相对折射指数差Δ=0.01，纤芯半径a=25μm，若
λ0=1μm，计算光纤的归一化频率V及其中传播的模数量M。 解：V?2?a?21/2(n12?n2)?2?a?20.5
（2×1.5×0.01）= 33.3216 (2n12?)1/2=2?×25μm/1μm×
V2 模数量M?=555
2
5. 一根数值孔径为0.20的阶跃折射率多模光纤在850nm波长上可以支持1000个左右的
传播模式。试问：
（a） 其纤芯直径为多少？
（b） 在1310nm波长上可以支持多少个模式？ （c） 在1550nm波长上可以支持多少个模式？ 解：（a）V?2?a?(n?n)2121/22V2 ?NA，而M??22?a.
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从而得到纤芯半径：a=V?/（2?NA）=30.25μm，则直径为60.5μm
V2?a（b）M??(NA)2，与波长的平方成反比
2?2
因此在1310nm上的模式数为M=（850/1310）×1000=421
2
（c）在1550nm上的模式数为M=（850/1550）×1000=300
6. 纤芯折射指数为n1=1.5，长度未知的弱导波光纤传输脉冲重复频率f0=8MHz的光脉冲，
经过该光纤后，信号延迟半个脉冲周期，试估算光纤的长度L。
-4
解：脉冲周期T=1/ f0=1.25×10s。
路径最短的光通过光纤的时间为从而解得：L= 12.5 km
7. 阶跃型光纤，若n1=1.5，λ0=1.31μm，
（1） Δ=0.25，为保证单模传输，光纤纤芯半径a应取多大？ （2） 若取芯径a=5μm，保证单模传输时，Δ应怎样选择？ 解：（1）单模传输要求 V?L-4
=T/2＝0.625×10s c/n12?a?21/2(n12?n2)?2?a?(2n12?)1/2?2.405
解得到 a? 0.4727μm
（3） 同样用
2?a?(2n12?)1/2?2.405
得到 Δ? 0.0022
8. 渐变型光纤的折射指数分布为
???r??n(r)?n(0)?1?2?????a?????1/2
求光纤的本地数值孔径。 解：n2=n(0)[1-2Δ]
NA?r??1/2
2n2?n2(0)?n2(0)?2?
2n2(0)?n2?n(0)2?
9. 某光纤在1300nm处的损耗为0.6dB/km，在1550nm波长处的损耗为0.3dB/km。假设
下面两种光信号同时进入光纤：1300nm波长的150μW的光信号和1550nm波长的100μW的光信号，试问这两种光信号在8km和20km处的功率各是多少？以μW为单位。 解：?(?)?10p(z?0)logLp(z?L)(dB/km)
(??(?)L10 因此 p(z?L)?p(z?0)10)
将数值代入可得到：
对1310nm、150μW的光信号，在8km和20km处的功率分别为49.67μW和9.46μW；
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对1550nm波长的100μW的光信号，在8km和20km处的功率分别为57.54μW和25.12μW。
10. 一段12km长的光纤线路，其损耗为1.5dB/km；
（a） 如果在接收端保持0.3μW的接收光功率，则发送端的功率至少为多
少？
（b） 如果光纤的损耗变为2.5dB/km，则所需的输入光功率为多少？ 解：（a）利用 p(z?0)?p(z?L)10 （b） p(z?0)?p(z?L)10((?(?)L10)，得到p(z?0)=18.93μW
?(?)L10) ，得到 p(z?0)=30018.93μW
11. 考虑一段由阶跃折射率光纤构成的5km长的光纤链路，纤芯折射率n1=1.49，相对折射
率差Δ=0.01：
（a） 求接收端最快和最慢的模式之间的时间差； （b） 求由模式色散导致的均方根脉冲展宽；
（c） 假设最大比特率就等于带宽，则此光纤的带宽距离积是多少？ 解：（a）?t?Ln1?=5*1.49*0.01/3*105=2.48×10-7 s c-7
（b）均方根脉冲展宽就是最快和最慢的模式之间的时延差，即2.48×10s （c）带宽距离积为
c?10（Mb/s）gkm 2n1?
12. 考虑10km长，NA=0.30的多模阶跃折射率光纤。如果纤芯折射率为1.45，计算光纤带
宽。 解：最大带宽距离积为BL?c，而NA=n12?，将以上数据带入可得到B=483.3kHz。 2n1?13. 考虑10km长，NA=0.30的多模阶跃折射率光纤。如果纤芯折射率为1.45，计算光纤带
宽。 解：最大带宽距离积为BL?c，而NA=n12?，将以上数据带入可得到B=483.3kHz。 2n1?
14. 某工程师想测量一根1895m长的光纤在波长1310nm上的损耗，唯一可用的仪器是光
检测器，它的输出读数的单位是伏特。利用这个仪器，使用截断法测量损耗，该工程师测量得到光纤远端的光电二极管的输出电压是3.31V，在离光源2m处截断光纤后测量得到光检测器的输出电压是3.78V，试求光纤的损耗是多少dB/km？ 解：光检测器输出电压与光功率成正比。因此 ??10VN103.78lg?lg?0.3046 dB/km。 LVF1.8933.31.
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14. 根据光纤损耗测量中截断法所依据的公式，要测量的功率正比于光检测器的输出电压。
如果两次功率测量时电压读数相差±0.1%，则损耗精度的偏差有多大？若要获得优于±0.05dB/km的灵敏度，光纤至少应有多长？ 解：
10×(±0.1%)=±1%(dB/km) 光纤至少5Km。
15.现已测得光纤的色散系数为120ps/（nm·km），当光源谱宽是2.5nm时，此时单位长度光
纤的3dB带宽有多宽？ 解：根据公式 B?0.441
D???将数据代入得到B=1.47GHz。
16. 将3根500m长的光纤有序地连接在一起，然后使用OTDR测量这段光纤的损耗，得到
的数据如图所示。这三段光纤的损耗分别是多少dB/km？接头损耗是多少dB？第二段和第三段光纤接头处接头损耗较大的原因是什么？
解：（1）根据光纤的损耗P(L)=P(0)e??L可知??ln???p2??，p1、p2的值由图给出如下： ??p1?第一段P1(L=0)和P2(L=2×0.5km)读数分别是70 和30； 第二段P1(L=1km)和P2(L=2km)读数分别是30 和10； 第三段P1(L=2km)和P2(L=3km)读数分别是7 和1.9； 第一个接头损耗：4.1 第二个接头损耗：5.1
（2）第二段和第三段光纤的模场直径MFD不一样。
17. 如果使用OTDR将光纤故障定位在真实位置±0.5m围，试证明光脉冲的宽度应不大于5ns。 解： L?得到T?cT? n22nL2?1.5?0.5??5?10?9=5 ns 8c3?10.
《光纤通信》习题解答
