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第三章 光纤的传输特性
1．简述石英系光纤损耗产生的原因，光纤损耗的理论极限值是由什么决定的？
答：（1）
紫外吸收
本征吸收
红外吸收
－
氢氧根（OH）吸收 吸收损耗
杂质吸收 过渡金属离子吸收
光纤损耗
原子缺陷吸收
瑞利散射损耗 散射损耗
结构不完善引起的散射损耗
光纤弯曲损耗 弯曲损耗
光纤微弯损耗
（2）光纤损耗的理论极限值是由紫外吸收损耗、红外吸收损耗和瑞利散射决定的。
2．当光在一段长为10km光纤中传输时，输出端的光功率减小至输入端光功率的一半。
求：光纤的损耗系数α。
解：设输入端光功率为P1，输出端的光功率为P2。
则P1＝2P2 光纤的损耗系数?＝2P10P110lg?lg2?0.3?dB/km? LP210kmP23．光纤色散产生的原因有哪些？对数字光纤通信系统有何危害？
答：（1）按照色散产生的原因，光纤的色散主要分为：模式（模间）色散、材料色散、波导色散和极化色散。
（2）在数字光纤通信系统中，色散会引起光脉冲展宽，严重时前后脉冲将相互重叠，形成码间干扰，增加误码率，影响了光纤的传输带宽。因此，色散会限制光纤通信系统的传输容量和中继距离。
4．为什么单模光纤的带宽比多模光纤的带宽大得多？
答：光纤的带宽特性是在频域中的表现形式，而色散特性是在时域中的表现形式，即色散越大，带宽越窄。由于光纤中存在着模式色散、材料色散、波导色散和极化色散四种，并且模式色散>>材料色散＞波导色散＞极化色散。由于极化色散很小，一般忽略不计。在多模光纤中，主要存在模式色散、材料色散和波导色散；单模光纤中不存在模式色散，而只存在材料色散和波导色散。因此，多模光纤的色散比单模光纤的色散大得多，也就是单模光纤的带宽比多模光纤宽得多。
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5．均匀光纤纤芯和包层的折射率分别为n1=1.50，n2=1.45，光纤的长度L=10km。试求：
（1）子午光线的最大时延差；
（2）若将光纤的包层和涂敷层去掉，求子午光线的最大时延差。
解：（1）?M?LCsin?cn1??LLn1?n1????1 ??CC?n2?n1?10km?1.50?1.50??1??1.72??s? ?53?10km?1.45?（2）若将光纤的包层和涂敷层去掉，则n2=1.0
?M?LCsin?cn1??LLn1?n1????1 ??CC?n2?n1?10km?1.50?1.50??1??25??s? ?51.03?10km??6．一制造长度为2km的阶跃型多模光纤，纤芯和包层的折射率分别为n1=1.47，
n2=1.45，使用工作波长为1.31μm，光源的谱线宽度Δλ＝3nm，材料色散系数Dm＝6ps/nm·km，波导色散τw＝0，光纤的带宽距离指数γ＝0.8。试求： （1）光纤的总色散；
（2）总带宽和单位公里带宽。
解：（1）?M??2km?1.47?1.47?Ln1?n1???1??3?105km/s?1.45?1??135.2?ns? C?n???2??m?Dm????L?6ps/nm?km?3nm?2km?36?ps?
?总??M2?(?m??w)2 ?135.22?0.0362?135.2?ns?
（2）BT?0.4410.441 ? ?3.26?MHz? ?135.2nsB?BT?L? ?3.26?20.8?5.68?MHz?
7．一制造长度为2km的抛物线型渐变多模光纤，纤芯轴线处的折射率n(0)＝1.5，
包层的折射率nC=1.48，使用工作波长为0.85μm，光源的谱线宽度Δλ＝6nm，材料色散系数Dm＝15ps/nm·km，波导色散τw＝10 ps，光纤的带宽距离指数γ＝0.9。
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试求：
（1）光纤的总色散；
（2）总带宽和单位公里带宽。 解：（1）?＝n?0?-nc222n?0?21.52?1.482 ? ?1.34% 22?1.5?M1Ln(0)212km?1.5?0.01342??????898?ps? 52C23?10km/s?m?Dm????L?15ps/nm?km?6nm?2km?180?ps?
?总??M2?(?m??w)2 ?8982??180?10?2?918?ps?
（2）BT?0.441? ?0.441 ?480?MHz? 918psB?BT?L? ?480?20.9?896?MHz?
8．某系统使用工作波长λ0＝1.31μm，谱线宽度Δλ＝5nm的光源和长度为3km的阶跃型光纤，其纤芯的折射率n1=1.458，相对折射率差Δ＝0.8%，纤芯半径a＝8μm，光纤的材料色散系数Dm＝8ps/nm·km，波导色散τw＝0，其带宽速率比为0.8。试求光纤的模式畸变带宽和波长色散带宽。
解：?M?Ln13km?1.458????0.8%?116.7?ns? 5C3?10km/sBM?0.4410.441 ? ?3.78?MHz? ?116.7nsBc?0.4410.441 ? ?3.68?GHz?
Dm????L8ps/nm?km?5nm?3km
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光纤通信课后习题解答第3章习题参考答案
