光纤通信作业
第一章：光纤通信
1、光纤通信及系统的组成？P1
答：光纤通信系统通常由电发射机，光发射机，光接收机，电接收机和由光纤构成的光缆组成。
2、什么是光通信？
答：光纤通信是利用光导纤维传输光波信号的通信方式。 3、光纤通信的优点？P4
答：① 传输频带宽，通信容量大。② 传输衰减小，传输距离长。 ③ 抗电磁干扰，传输质量好。 ④ 体积小、重量轻、便于施工。 ⑤ 原材料丰富，节约有色金属，有利于环保 4、光纤通信的工作波长？
答：光源：近红外区。波长：0.8—1.8μm。频率：167—375THz。 5、WDM是指什么？DWDM指什么？
答：WDM指波分复用；DWDM指密集波分复用 6、光纤从材料上可以分为哪几种？P8
答：光纤从材料上可以分为石英系光纤，多组分玻璃光纤，氟化物光纤，塑料光纤等。 7、光纤活动连接器从连接方式来看分为哪几种？常见的插针端面有哪几种？P12 答：光纤活动连接器从连接方式来看分为
（1）FC型光纤连接器（连接方式为螺纹锁紧式）。（2）ST型光纤连接器（连接方式为卡口旋转锁紧式）。（3）SC型光纤连接器（连接方式为推拉式插拔卡式）
常见的插针端面有PC,SPC,APC三种。（PC为端面呈球面的物理接触，SPC为超级抛光
端面呈球面的物理接触，APC为端面与插针体中心线成8°角的物理接触 8、按缆芯结构分，光缆分为哪几种？P9
答：按缆芯结构分，光缆分为层绞式光缆，单位式光缆，骨架式光缆，带状式光缆。 9、光纤的制造分哪几个步骤？
答：材料制备和提纯——制棒——拉丝和涂覆——套塑——成缆——成品监测 10、按材料分光纤分几种？
答：光纤从材料上可以分为石英系光纤，多组分玻璃光纤，氟化物光纤，塑料光纤等。 11、无源器件的种类？P11
答：光纤连接器，光纤分路器与耦合器，光衰减器，光隔离器，滤波器，波分复用器，光开关和光调制器
第二章：光纤通信的物理学基础
1、通过哪些现象可以证明光具有波动性？
光的波动性可以从光的干涉、光的衍射和光的偏振等现象证明 2、光电效应具有哪些试验规律？（由于光的照射使电子从金属中溢出的现象称为光电效应）
⑴ 每种金属都有一个确定的截止频率γ0，当入射光的频率低于γ0 时，不论入射光多强，照射时间多长，都不能从金属中释放出电子。
⑵ 对于频率高于γ0的入射光，从金属中释放出的电子的最大动能与入射光的强度无关，只与光的频率有关。频率越高释放出的电子的动能就越大。
⑶ 对于频率高于γ0的入射光，即使入射光非常微弱，照射后也能立即释放出电子。
3、什么是光的吸收、光的色散和光的散射？
光的吸收是指光波通过介质后，光强衰减的现象。（物体的颜色）
n?f(?) 光的色散是指介质的折射率n随光波波长λ而变化的现象。（三棱镜）
光的散射指当光通过介质时，偏离原来的方向而向四周传播的现象。（天是蓝的） 4、什么是自发辐射、受激吸收和受激辐射
①：无外界激发，自发产生。 ①：在外界激发下产生。 ①：频率、相位、偏振方向相同。 ②：辐射的光子是多频率的。 ②：外界激发能量要满足 ②：相干光
③：辐射的方向、相位不同。 h f ＝ E2－E1 ③：光放大f ＝（ E2－E1 ) / h
③：非相干光
自发辐射：处于激发态的原子在无外界作用的情况下跃迁到基态时将能量以光辐射的形式释放出去的过程。
受激吸收：处于基态的原子，如果受到一个能量为hv的光子的作用，原子吸收光子的能量，从基态E1跃迁到激发态E2，这个过程称为受激吸收。
受激辐射：处在激发态的原子，受到外来的能量为hv光子的激发作用，可以从高能态E2跃迁到低能态E1，同时辐射出一个不仅能量与外来光子相同，而且频率，相位，振动方向以及传播方向都相同的光子，这一过程称为受激辐射。 5、构成激光器的三个基本条件是什么？
激光工作物质（激活介质/增益介质）、激励、光学谐振腔 6、激光器的波长取决于什么条件
取决于光学谐振腔的腔长
第三章：光纤
第三章：光纤
1、从结构上看光纤由纤芯、包层和涂敷层构成，包层起什么作用。
答：包层的折射率略小于纤芯，与纤芯形成光波导效应，使大部分电磁场被约束在纤芯中传播。
2、按照传输模式分类，光纤可分为单模光纤和多模光纤。理论上，为什么单模光纤只能传送基模？
答：光纤的归一化频率V满足0?V?2.405，只传导单一模式LP11以上的所有01模，LP高阶模都处于截止状态。
3、按照光纤材料分类，光纤可分为哪三类？
答：按照光纤材料分类可分为：石英光纤，石英纤芯塑料包层光纤，塑料光纤等 4、光纤制造必须经过哪4个主要过程？
答：制棒——拉丝与涂覆——套塑——成缆
5、按照折射率分布来分类，光纤可分为阶跃型光纤和渐变型光纤。单模光纤属于那种折射率分布？
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答：单模光纤属于阶跃型光纤
6、什么是光纤的相对折射率指数差？对阶跃型光纤其相对折射率指数差表达式是什么？ 对渐变型光纤其相对折射率指数差的表达式是什么？
答：纤芯的折射率n1和包层的折射率n2的相差程度可以用相对折射指数差?来表示
2n12?n2 ??2n12阶跃型光纤：??n1?n2 n1 渐变型光纤的相对折射率差Δ一般以光纤的光轴点的折射率n(0)和包层的折射率n(a)
n2(0)?n2(a)的差别Δ来表示：??
2n2(0) 7、什么是弱导波光纤？什么是近轴光纤？为什么光纤必须是弱导波光纤？
相对折射指数差Δ很小的光纤称为弱导波光纤/光纤的包层和纤芯的折射率差别极小时，称弱导波光纤，阶跃型光纤也称为弱导波光纤。 8、什么是光纤的数值孔径？什么是光纤的本地数值孔径？对阶跃折射率分布的光纤其数值孔径的表达式是什么？对渐变折射率分布的光纤其本地数值孔径的表达式是什么？
数值孔径：表示光纤捕捉光射线的能力大小，用NA表示。 阶跃折射率分布的光纤其数值孔径是常数，NA?2n12?n2?n12?
本地数值孔径，就是指射入纤芯某点 r 处的光线的数值孔径。表示该点捕
捉光射线的能力。
渐变折射率分布的光纤其本地数值孔径NA(r)?n2(r)?n2(a)
9、什么叫子午射线？什么叫偏（斜）射线？（阶跃型光纤中光射线种类） 斜射线 (偏射线）不经过光纤中心轴线的空间折线
子午射线：通过光纤中心轴线的平面--子午面内的光射线
10、光纤的3个低损耗窗口分别是哪几个？什么叫光纤的微弯？微弯对光纤造成什么结果？
三个低损耗窗口：第一低损耗窗口短波长0.85?m附近；
第二低损耗窗口长波长1.31?m附近； 第三低损耗窗口长波长1.55?m附近
光纤的微弯是指光纤成缆时由于涂覆材料而产生的随机性扭曲。
微弯引起的附加损耗一般很小，基本上观测不到。但是当温度低于50?C弯损耗加大。
11、什么叫多模光纤？什么叫单模光纤？
单模光纤： 光纤中只传输一种标量模LP01的光纤单模光纤
多模光纤：传输两种以上标量模的光纤为多模光纤。 12、什么叫单模光纤的截止波长？模场直径？偏振特性？
60?C时，微
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阶跃型单模光纤的单模工作条件是 0 < V < 2.405，而光纤的单模工作条件是以第一次高阶模（LP11）的截止频率给出的，而对应着归一化截止频率的波长称为截止波长，用 λc 表示。
2?2?an1
?c?模场直径：纤芯中场分布曲线最大值的1/e处所对应的宽度 2.405偏振特性：（单模光纤的双折射效应）光场沿光纤传输时，偏振状态不断发生变化 13、为什么单模光纤用模场直径作为其特征参数，而不用纤芯直径？
单模光纤传输的能量并非全部集中在纤芯中，而是有相当部分在包层中传播，因此光纤的纤芯直经的概念在物理上已没有什么意义，应采用模场直径的概念。
14、分别写出矢量模和标量模的基模表达式和归一化截止频率。
基模表达式 归一化截止频率
矢量模 标量模
15、光纤的损耗主要有哪些？什么叫吸收损耗？吸收损耗有哪些？什么叫散射损耗？散射损耗有哪些？为什么当温度很低时损耗随温度的降低而增加？什么叫全波光纤？主要做什么用？ 光纤损耗大致可分为吸收损耗、散射损耗和弯曲损耗。
吸收损耗 ：由于组成光纤的材料及其中的杂质对光波的吸收，使一部分光能转变为散失的热能，从而造成光功率的损失。
吸收损耗包括：本征吸收损耗、 杂质吸收损耗、原子缺陷吸收损耗三部分。
散射损耗：光线在结构不均匀的光纤中传播时，将有部分光线在不均匀点变更其传播方向造成光线的传播方向极为散乱，即为光纤的散射现象。发生散射后终端接收到的光能量减小，这种光能量衰减现象即为光纤中的散射损耗。
散射损耗：线性散射损耗（瑞利散射损耗、波导散射损耗）非线性散射损耗
温度低时损耗随温度降低而增加，产生这种现象的原因是光纤的热胀冷缩。构成光纤的石英材料（Sio2）的热膨胀系数很小，在温度降低时几乎不收缩。而光纤在成缆过程中必须经涂覆和加上一些其他构件，涂覆材料及其他构件的膨胀系数较大，当温度降低时，收缩比较严重，所以当温度变化时，材料的膨胀系数不同，将使光纤产生微弯，尤其表现在低温区。
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全波光纤 也叫无水光纤，进一步减小OH的浓度，这样OH吸收损就会减小，1.39μm 的吸收峰极大地降低，从1.1μm－1.6μm 都会损耗较小，为波分复用提供广阔的空间。 16、什么叫光纤色散？光纤色散对通信会造成什么影响？
光信号通过光纤传播期间，波形在时间上发生展宽的现象称为光纤色散。
光纤色散使输入的光信号在光纤传输过程中展宽到一定程度，就会产生码间干扰，增加误码率，从而限制了通信容量。
17、光纤色散的种类有哪些？什么叫光纤的模式色散？什么叫光纤的材料色散？什么叫波导色散？
⑴ 模间（模式）色散 ⑵ 材料色散 ⑶ 波导色散 ⑷ 偏振色散 ⑸ 高阶色散
模式色散： 也称为模间色散，在多模光纤中光信号是由很多模式携带的，不同的传输模式的相位常数（传输常数）不同，而引起的色散。
材料色散： 由于材料折射率随光波长非线性变化引起的色散。
波导色散 ：由于光波导的结构（光纤结构）而引起的色散，这种色散在无限大介质应该
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说是不存在的，但是光信号被限制在光纤中传输，光纤的纤芯和包层的折射率不同，必然会导致色散。
18、什么叫色散位移光纤？它有什么好处？
1.55um附近的损耗最低合理的设计光波导结构把零色散波长位移到1.55um附近，这样1.55um附近色散也最小，利用这种原理制成色散位移光纤。
对长距离大容量的光纤通信十分有利
19、什么是单模光纤的偏振特性？什么叫单模光纤的偏振模色散
xy偏振特性：在单模光纤传输中的基膜LP01是相互垂直的两个模式LP01和LP01，在理想的
轴对称单模光线中，这两个模式相互简并，即具有相同的传播常数?。
偏振模色散：实际的光纤，它的形状不可能是理想的轴对称分布，折射率和应力分布的不均匀性，将会导致两个模式的简并性受到破坏，两个模式的传输相位常数?x和?y不同，因此会产生色散。这种色散就称为偏振模色散。
20、为什么说多模渐变型光纤的模式色散比多模阶跃型光纤的要小？
多模渐变型光纤的模式色散，其模式色散比阶跃型的色散小很多，对于最佳折射率分布的光纤，模式色散几乎为零，原因是子午线轨迹的自聚焦性。 21、什么叫光纤的自聚焦现象？
渐变型光纤中不同的射线，具有相同轴向速度的现象，称为自聚焦现象。
22、矢量模的场结构分为哪几种？为什么矢量波动方程可以转化为标量波动方程求解？ 矢量模的场结构分为横电波TEmn、横磁波TMmn和混合模EHmn、HEmn
光纤中传播的矢量模式可以很多，不同的矢量模式有不同的场型结构，但它们如果具有相同的传播常数时，这些模式在传播过程中会互相兼并（线性叠加）成为标量模 23、什么叫光纤的双折射现象？
实际的光纤，它的形状不可能理想的轴对称分布，折射率和应力分布的不均匀性，将会
导致两个模式的简并性受到破坏，两个模式的传输相位常数不同使两种模式的?x ，?y值不等，形成相位差?? 。这种现象称做光纤的双折射现象。 24、什么叫群速度？
指波的包络传播的速度。实际上就是波实际前进的速度。
第四章：光源和光发射机
1、什么叫同质结？什么叫异质结？双异质结有哪些优点？
同质结：PN结两边使用相同的半导体材料。
异质结：两种不同的半导体相接触所形成的界面区域（百度的）
优点：在单异质结的基础上，在有源区的另一侧加了一块异质材料，从而在有源区的两
侧对载流子和光波进行了限制。这样，光能被有效地限制在有源区内，阈值电流大大降低
2、发光二极管分哪两种？
面发光二级管、边发光二极管
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光纤通信复习作业
