2022年光纤基础知识点

1、1、第一根光纤是什么时候出现的？其损耗是多少？答：第一根光纤大约是1950 年出现的。传输损耗高达1000dB/km 左右。2、试述光纤通信系统的组成及各部分的关系。答：光纤通信系统主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。系统中光发送机将电信号转换为光信号，并将生成的光信号注入光纤光缆，调制过的光信号经过光纤长途传输后送入光接收机，光接收机将光纤送来的光信号还原成原始的电信号，完成信号的传送。中继器就是用于长途传输时延长光信号的传输距离。3、光纤通信有哪些优缺点？答：光纤通信具有容量大，损耗低、中继距离长，抗电磁干扰能力强，保密性能好，体积小、重量轻，节省有色金属和原材料等优点；但它也

2、有抗拉强度低，连接困难，怕水等缺点。1光纤是由哪几部分组成的？各部分有何作用？答：光纤是由折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层组成的。纤芯和包层是为满足导光的要求；涂覆层的作用是保护光纤不受水汽的侵蚀和机械擦伤，同时增加光纤的柔韧性。4简述光纤的导光原理。答：光纤之所以能够导光就是利用纤芯折射率略高于包层折射率的特点，使落于数值孔径角 ) 内的光线都能收集在光纤中，并在芯包边界以内形成全反射，从而将光线限制在光纤中传播。7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）光纤的相对折射率差 ；（2）数值孔径 NA；（ 3）若

3、将光纤的包层和涂敷层去掉，求裸光纤的 NA和相对折射率差 。2 2 2 2解：（1）n 1-n2 2 1.5 .1 452 3 . 3 %2n 1 2 1.5（2）NA 1n 2 1.5 2 0.033 0.39（3）若将光纤的包层和涂敷层去掉，则相当于包层的折射率 n2=1，则2 2 2 2n 1-n2 2 1.5 12 28 . 1 %2n 1 2 1.5NA 1n 2 1.5 2 0.281 1.12而 NA sin 0 最大为 1，所以说只要光纤端面的入射角在 90 O以内，就可以在光纤中形成全反射。8已知阶跃型光纤，纤芯折射率 n1=1.50 ，相对折射率差 =0.5%，工作波长 0

4、=1.31 m，试求：（ 1）保证光纤单模传输时，光纤的纤芯半径 a应为多大？（ 2）若 a=5 m，保证光纤单模传输时，n2 应如何选择？解：（1）因为是阶跃型光纤，所以归一化截止频率 Vc2.405 ；2V n 1 a 2 2 . 4050a2. 405201.502.4050.5%1.31m3 .34mn 1222（2）若 a=5 m，保证光纤单模传输时，V2n 1a22 . 4050n.2 405212 . 405m.1 31m220 . 22 %0n 1a22.1 5052n 12-n220.22%2n 122n1121 . 52.022 %.1 49671简述石英系光纤损耗产生的原

5、因，光纤损耗的理论极限值是由什么决定的？答：（1）吸收损耗本征吸收紫外吸收 红外吸收杂质吸收氢氧根（ OH）吸收光纤损耗散射损耗过渡金属离子吸收原子缺陷吸收瑞利散射损耗结构不完善引起的散射损耗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 P1，输出端的光功率为 P2。则 P1 2P2光纤的损耗系数10lgP 110lg2P 20 .3dB/kmLP 210kmP 23光纤色散产生的原因有哪些？对数字光纤通信系统有

6、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 材料色散波 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 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

7、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）MCLcLLn 1n 11n1=1.47 ，n2=1.45 ，使用工作波长为sinCCn 2n 1n 110km1.501.5011.72s3105km1. 45（2）若将光纤的包层和涂敷层去掉，则n2=1.0 MCLcLLn 1n 11sinCC

8、n 2n 1n 110km1.501.50125s3105km10.6一制造长度为2km的阶跃型多模光纤，纤芯和包层的折射率分别为1.31 m，光源的谱线宽度 3nm，材料色散系数Dm6ps/nmkm，波导色散w 0，光纤的带宽距离指数 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 Ln 1 n 11 2 km5 1 . 47 .1 471 135 2. nsC n 2 3 10 km / s .1 45m D m L 6 ps / nm km 3 nm 2 km 36 ps2 2 2 2总 M ( m w ) 135 2. 0 . 036 135 . 2 ns

9、（2）BT 0 . 441 0 . 4413 . 26 MHz135 2. nsB B T L 3 . 26 2 0 . 85 . 68 MHz7一制造长度为 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 m，光源的谱线宽度 6nm，材料色散系数 Dm 15ps/nmkm，波导色散 w10 ps ，光纤的带宽距离指数 0.9 。试求：（1）光纤的总色散；（2）总带宽和单位公里带宽。解：（1）n02-nc21.52.12 481 . 34 %898ps2n0222 1.5M1Ln(0)212 km1.50 .013

10、422C23105km/smD mL15ps/nmkm6nm2km180ps2 2 2 2总 M ( m w ) 898 180 10 918 ps（2）BT 0 . 441 0 . 441 480 MHz918 ps0 9.B B T L 480 2 896 MHz8某系统使用工作波长 0 1.31 m，谱线宽度 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 0.8%，纤芯半径 a8 m，光纤的材料色散系数 Dm8ps/nmkm，波导色散 w0，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 Ln 1 3 km5 1 .

11、 4580 . 8 % 116 . 7 nsC 3 10 km / sBM 0 . 441 0 . 441 3 . 78 MHz116 . 7 ns0 . 441 0 . 441B c 3 . 68 GHzD m L 8 ps / nm km 5 nm 3 km1、比较 LED和 LD，并说明各自适应的工作范围。答： LED的发射光功率比 LD要小，不适合长距离系统；LED的光谱宽度比 LD大得多，不适合长距离系统；LED的调制带宽比 LD小得多，不适合长距离系统；LED的温度特性比 LD好得多。所以， LED适应于短距离小容量光纤通信系统，而 LD 适应于长距离大容量光纤通信系统。2、试说明

12、 LED的工作原理。答：当给 LED外加合适的正向电压时，Pp 结之间的势垒（相对于空穴）和 Np结之间的势垒（相对于电子）降低，大量的空穴和电子分别从 P 区扩散到 p 区和从 N区扩散到 p 区（由于双异质结构，p 区中外来的电子和空穴不会分别扩散到 P 区和 N区），在有源区形成粒子数反转分布状态，最终克服受激吸收及其它衰减而产生自发辐射的光输出。3、试说明 LD的工作原理。答：当给 LD 外加适当的正向电压时，由于有源区粒子数的反转分布而首先发生自发辐射现象，那些传播方向与谐振腔高反射率界面垂直的自发辐射光子会在有源层内部边传播、边发生受激辐射放大（其余自发辐射光子均被衰减掉） ，直至

13、传播到高反射率界面由被反射回有源层，再次向另一个方向传播受激辐射放大。如此反复，直到放大作用足以克服有源层和高反射率界面的损耗后，就会向高反射率界面外面输出激光。9、光发送机主要由哪些部分组成？各部分的作用是什么？答：光发送机主要由光源、驱动电路及辅助电路等构成。驱动电路的主要作用是为光源提供要求的驱动电流；光源的主要作用是完成电光变换（光调制）护等功能。；辅助电路主要完成自动功率控制、自动温度控制及光源保10、光调制方式有哪些？目前的数字光纤通信系统采用的是数字调制方式？还是模拟调制方式？答：光调制方式主要按照光源与调制信号的关系及已调制信号的性质两种方式分类。根据光源与调制信号 的关系，可

14、以将光源的调制方式分为直接调制方式和外部（或间接）调制方式；根据已调制信号的性质，可以将光源的调制方式分为模拟调制方式和数字调制方式。从调制的本质上来说，目前的数字光纤通信系统采用的是模拟调制方式。4、简述 PINPD的工作原理。答：当光照射到 PIN 光电二极管的光敏面上时，会在整个耗尽区及耗尽区附近产生受激辐射现象，从而产 生电子空穴对。在外加电场作用下，这种光生载流子运动到电极。当外部电路闭合时，就会在外部电路中有电流流过，从而完成光电的变换过程。5、在 APD中，一般雪崩倍增作用只能发生于哪个区域？答：高场区（即雪崩倍增区）。6、简述 APD的工作原理。答：当光照射到 APD的光敏面上

15、时， 由于受激吸收而在器件内产生出一次电子空穴对。在外加电场作用下，一次电子空穴对运动到高场区，经过反复的碰撞电离过程而形成雪崩倍增现象，从而产生出大量的二次电子空穴对。 在外加电场的作用下，一次电子空穴对和二次电子空穴对一起运动到电极。当外部电路闭合时，就会在外部电路中有电流流过，从而完成光电变换过程。12、试画出光接收机的方框组成，并说明各部分的作用。答：光电检测器前置放大器功率放大器均衡滤波器再生器高压变换器AGC 电路直接功率检测方式原理组成光电检测器的主要作用是将接收的光信号变换成包括基本调制信号分量的电信号；前置放大器的主要 作用是低噪声接收；功率放大器（又称为主放大器）主要作用是

16、信号幅度放大到适合再生的电信号；均衡 滤波器作用是低通滤波和将信号波形变换成无码间干扰的信号波形；再生器的作用是将接收的信号恢复成 标准数字信号； AGC电路主要作用是稳定光接收机输出的信号幅度；高压变换器是为 APD提供合适的电压（同时通过调整平均倍增因子大小，来进一步稳定光接收机的输出信号幅度）。13、光接收机有哪些主要指标？它们的定义是什么？答：光纤通信系统主要包括光接收机灵敏度和光接收机动态范围两个指标。所谓光接收机灵敏度，是指在一定误码率或信噪比（有时还要加上信号波形失真量）条件下光接收机 需要接收的最小平均光功率。而光接收机动态范围，是指在一定误码率或信噪比（有时还要加上信号波形

17、失真量）条件下光接收机允许的光信号平均光功率的变化范围。18、影响光接收机灵敏度的主要因素有哪些？答：输入和输出信号波形、非理想均衡滤波、直流光和背景光和判决阈值等。1、简述掺杂光纤放大器的放大原理。答：在泵浦源的作用下，掺杂光纤中的工作物质粒子由低能级跃迁到高能级，得到了粒子数反转分布，从而具有光放大作用。当工作频带范围内的信号光输入时，信号光就会得到放大，这就是掺杂光纤放大器的 基本工作原理。只是掺杂光纤放大器细长的纤形结构使得有源区能量密度很高，光与物质的作用区很长，有利于降低对泵浦源功率的要求。2、 EDFA有光纤通信中哪些应用？答： EDFA 在光纤通信中可以作用（本地网光放大器1）光功率放大器； （2）光前置放大器； （3）光线路放大器； （4）3、 EDFA有哪些泵浦方式？答：（1）同向泵浦； （ 2）反向