光纤通信课后习题解答习题参考答案

1、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）r吸收损耗3光纤损耗 <紫外吸收广本征吸收红外吸收OH水质吸收3渡金属离了吸收|原子缺陷吸收散射损耗T瑞利散射损耗、结构不完善引起的散射损耗l弯曲损耗，光纤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：光纤的损耗系数解：设输入端光功率为 Pl,输出端的光功率为 P2。贝U Pi = 2P2 10P 10 2P光纤的损耗系数：=-lg 1 lg 2=0.3

2、dB/kmL P2 10kmP23 .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 >

3、;>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。5 .均匀光纤纤芯和包层的折射率分别为ni=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) tm = L - L = Ln1n1 _1M C . 口 C C 32J一sinic2n1n110km 1.50 1.50,=z-1 =

4、1.72s3 105km 1.45(2)若将光纤的包层和涂敷层去掉，则n2=1.0LLLn1n11M =7-1Csin“C<n2n1n1= m0 型-1 =25s 3 105km1.06. 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1.31 m，光源的谱线宽度 A七3nm,材料色散系数 Dm = 6ps/nmkm,波导色散 麻=0,光纤的带宽距离指数 丫 =0.8。试求：(1)光纤的总色散；(2)总带宽和单位公里带宽。初/.、 Ln1% ;2kmM 1.47A.47 -、解：(1)tm =-1,-1 =z1 1 = 135

5、.2(ns)C W23 3M105km/sl1.45 Jm = Dm L = 6ps/nm km 3nm 2km = 36 ps, 总=，m2 +m +Tw)2 ="：135.22 +0.0362 =135.2(ns)(2) BT0.4410.441135.2ns= 3.26 MHzB=Bt L ' =3.26 20.8 -5.68 M H z7. 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 0.85师，光源的谱线宽度 A七6nm,材 料色散系数Dm=15ps/nm -km,波导色散 = 10 ps

6、,光纤的带宽距离指数 丫 =0.9。试求：(1)光纤的总色散；(2)总带宽和单位公里带宽。22_2-2珈 “、 n 0 -nc1.52 -1.482一解：(1)2 =1.34%2n 02 1.5， 一 一一一 21 皿 22km 1.5 O。134 = 898 ps2 C 23 105km/sm = Dm ,。； L =15ps/nm km 6nm 2km = 180 ps.总M2 ( mw)2 = . 8982 180 10 2 = 918 ps(2) Bt0.4410.441918 ps= 480 MHz0 9B =Bt L =480 2=896 MHz8.某系统使用工作波长%= 1.31 pm,谱线宽度 A七5nm的光源和长度为 3km的阶跃型光纤，其纤芯的折射率n=1.458 ,相对折射率差 A= 0.8%,纤芯半径a= 8 g, 光纤的材料色散系数 Dm=8ps/nmkm,波导色散 q=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：M3k