物理学院-11课堂练习参考答案

1课堂练习（一）（第一章、第二章第2、4节）

一、名词解释1、均匀光纤的数值孔径2、渐变型光纤本地数值孔径3、相对折射率指数4、自聚焦光纤二、选择填空1、高锟提出带包层的光纤用于光通信的理论和设想是在

B

年。A.1960B.1966C.1970D.19762、光纤通信的发展历史中，

C

年被称为光纤通信元年。A.1960B.1966C.1970D.19763、到目前为止，光纤通信的商业化历程共经历了

D

代？A.2B.3C.3D.44、目前常用于光纤通信的窗口为

CD

nm，损耗最小的窗口为

D

nm。A.630B.850C.1310D.15505、用于光纤通信的光纤，其纤芯折射率比包层折射率

B

。A.大得多B.略大C.小得多D.略小26、均匀光纤的数值孔径与

D

有关。A.入射角大小B.入射点位置C.光纤几何尺寸D.纤芯和包层折射率7、斜光线与子午光线的数值孔径相比，一般

A

。A.前者更大B.前者更小C.两者相等D.难以判断8、自聚焦光纤中的光线传播必须满足

B

条件。A.全反射B.等光程C.近轴条件D.均匀折射率分布9、对光纤包层必须的要求包括

AB

。A.足够的厚度B.材料纯度较高C.与纤芯同种材料D.折射率均匀10、单模光纤的包层和一次涂覆层直径分别规定为

B

和

C

。A.50μmB.125μmC.245μmD.900μm3三、简述1、光纤的弯曲、直径不均匀和端面倾斜对光纤的什么特性有共同影响？（光纤逸出损耗增加）2、抛物型折射分布的光纤对于光纤通信中的光信号传输有何重要意义？（大大减小模式色散，增加传输速率和容量）3、自聚焦光纤区别于普通单个透镜的特点有哪些？

多次成像、弯曲成像、端平面成像、超短焦距、任意成像…4、光纤通信将来的发展中，可能有哪些重要的进展？

（更低损耗石英光纤，红外光纤、晶体光纤、塑料光纤，光孤子通信和相干光通信…）一、名词解释1、光纤中传输光波的模式2、光纤的归一化工作频率3、模式的(归一化)截止频率4、模式的截止波长5、单模光纤的模场直径二、正误判断1、均匀光纤的本征值方程是根据边界条件建立的。（正确）2、在弱导近似条件下，因为存在模式简并从而使均匀光纤的标量波动方程由非齐次简化为齐次方程。（错误）

3、均匀光纤中LP01模的归一化截止频率为2.4048。（错误）4、均匀光纤的的本征态和本征值可以完全解析求解，非均匀光纤却不能。

（错误）5、模式数越少，包层中的光功率分布相应越多。（正确）三、计算与分析1、试比较下列光纤单模传输时归一化截止频率的大小。⑴.阶梯光纤(2.4048)⑵.三角形光纤(4.165)⑶.抛物型光纤(3.401)课堂练习（二）4

2、一阶梯光纤,芯径2a=50μm，n1=1.48,n2=1.46，工作波长0.85μm，问：⑴.光纤中能传输多少模式？包层中光功率占多大比重？⑵.λ=1.3μm时，光纤中能传输多少模式？包层中光功率占多大比重？⑶.在不改变n分布和芯径情况下，λ最小为多大时，光纤可以单模工作？⑷.若要在1.55μm下单模工作，芯径应减小至多大？此时模场直径为多少？⑸.若将单模截止波长置于1.26μm处(拟单模工作于1.31和1.55μm波段)，则芯径又应减小至多大？在1.31和1.55μm处工作时的模场直径为多少？(1004,4.2%；422,6.5%；15.84μm；4.9μm,5.30微米μm；3.977μm,4.47μm,5.33μm)3、某抛物型光纤，NA=0.161，a=70μm，能稳定传输742个模式，试求：⑴.光纤的工作波长为多少？(1.30微米)

⑵.若要求在该波长下运转于单模状态，其芯径应减小到多少？（8.74微米）

4、一均匀光纤，芯径2a=8μm，n1=1.465，n2=1.460，试问：

⑴.判断该光纤在850、1310、1550三个通信窗口属于单模还是多模光纤。（850：双模；1310：单模；1550：单模）

⑵.保证光纤单模工作的最小波长为多少？工作波长对模场直径有何影响？（1.263微米，工作波长越长，模场直径越大）5课堂练习（三）一、名词解释衰减系数本征吸收模式色散材料色散和波导色散二、简述：光纤的损耗和色散分别来自于哪些方面？

损耗：参见讲稿归纳表色散：模式色散、波长色散(材料色散、波导色散)、偏振模式色散三、选择填空1、光纤的数值孔径显著影响着

BCD

。

A.损耗B.径向功率分布C.归一化工作频率D.单模截止波长2、一光纤经5公里传输后，输出功率下降为输入功率的1/10，则该光纤的衰减系数大约为

2.0

dB/km。A.0.2B.0.5C.1.0D.2.06四、正误判断

1、瑞利散射是光纤的基本损耗极限，其大小与波长的四次方成反比。（正确）

2、单模光纤完全不存在模式色散。（错误）

3、波长色散大小与其材料情况和波导结构有关，与传输光波的单色性无关。（错误）71、一阶梯型光纤，芯径2a=60μm，n1=1.48，n2=1.46，工作波长1.31μm，LD光源谱宽Δλ=5nm，材料色散系数σm=6ps/nm•km，波导色散系数σw=-5ps/nm•km，带宽距离指数r=0.5，求总色散、1km和10km带宽。

(66.2ns/km,6.65MHz,2.10MHz)2、一抛物型光纤，芯径2a=60μm，n1=1.48，n2=1.46，工作波长1.31μm，LD光源谱宽Δλ=5nm，材料色散系数

σm=6ps/nm•km，波导色散系数σw=-5ps/nm•km，带宽距离指数r=0.5，求总色散、1km和10km带宽。

(444ps/km,1.0GHz,316MHz)3、一阶梯型光纤，芯径2a=8μm，n1=1.465，n2=1.460，工作波长1.31μm，LD光源谱宽Δλ=5nm，材料色散系数

σm=6ps/nm•km，波导色散系数σw=-5ps/nm•km，求：总色散、1km和10km带宽。

(5ps/km,88GHz,8.8GHz)五、计算8课堂练习（四）一、名词解释

四波混频波分复用一次涂覆光纤的张力筛选二、简述

1、英文缩写：CCITT、ITU、IEC、ISO、IEEE分别指的是哪些国际组织？(国际电报电话咨询委员会，国际电信联盟，国际

电工委员会，国际标准化组织，美国电气及电子工程师协会)2、宏弯和微弯分别在什么情况下出现？它们影响光纤损耗的异同点是什么？微弯：低温涂覆层收缩时，侧压，小半径宏弯时

宏弯：线路自然弯曲，缆中光纤需要的弯曲，预留光缆弯曲

相同点：光纤损耗增加。不同点：微弯损耗要量值要大得多

3、要改善一次涂覆光纤的温度特性，可以做哪些考虑？采用光纤松套结构，内软外硬双层涂覆，尽量选用低温度系数涂覆材料4、光通信线路为什么要有严格的阻水措施？

水汽会导致通信波段内吸收损耗严重及降低石英光纤抗拉强度9三、选择填空1、四波混频对

B

通信系统的信号传输产生不利影响。

A.单信道大容量B.多信道波分复用2、光纤较低温度下损耗显著增加的主要原因是

D

。A.芯/包分界面内应力增加B.光纤材料热胀冷缩严重C.光纤相对折射率差减小D.涂覆层收缩压缩光纤导致微弯3、能降低相位调制和四波混频不利影响的有效办法是

C

。A.低功率输入B.高功率入射C.采用非零值低色散光纤D.加入反向隔离器四、正误判断

1、（）色散和相位调制均会导致信号脉冲的脉宽和谱宽的展宽，从而降低传输速率。（错误）2、（）石英光纤有很高的抗拉强度，使用中允许光纤承受较大拉力。（错误）1011课堂练习：关于通信用光纤的若干常识

1、高速率、大容量通信应使用

(多模/单模)光纤。2、目前最常用的光纤材料是

(多组分玻璃/石英/塑料)。3、石英光纤最低损耗窗口在

nm，约为

(dB/km)

。4、

和

对通信传输距离有显著影响。5、带宽更宽的多模光纤是

(均匀/抛物型)光纤。6、单模均匀石英光纤的零色散点位于

nm。7、影响单模光纤色散的因素是

(宏弯/温度/光源/水汽)。8、光纤的抗拉强度

(很高/很低)，使用中应避免受拉。9、单模和多模光纤的涂覆层直径分别是

和

微米。10、一次涂覆层的层数通常是

(1/2/3/4)层。11、对光纤损耗影响最大的是

(拉力/微弯/高温/侧压)。12、光纤应

(严格/尽量/无须)避免水汽。

15500.20损耗色散1310245900一、名词解释

滤(扰)模基准测量法近场法插入法λc和λcc二、简述

1、色散位移光纤是怎样实现零色散点移动的？改变光纤波导结构(折射率分布)以改变波导色散，从而实现总色散零色散点的移动2、简述光纤拉丝的工艺流程，其中重要的工艺环节有哪些？工艺流程：参见教材重要工艺环节：送棒及拉丝速度，测径，涂覆，环境清洁、稳定等3、光纤滤(扰)模的目的是什么？增大辐射模的损耗，经短距离后即去除辐射膜，使光纤中仅余导波模，便于其后的准确测量。4、简述截断法和插入法测量光纤衰减系数的方法，并画出测量示意图。参见PPT讲稿5、光时域反射计(OTDR)可以测量哪些参数？光纤的总损耗及衰减系数，接头位置及损耗，光纤断点、裂纹及一致性，光纤总长度等课堂练习（五）12三、正误判断

1、我国在光纤设计和制造能力上远强于光缆的设计和制造。

（错误）

2、源于VAD方法的光纤，其折射率的控制非常精确。（错误）

3、G.652光纤通信线路，其光纤的V值必须小于2.4048才能单模工作。（错误）4、测量前，所有单模光纤均须使用包层模消除液。（错误）

四、选择填空1、目前损耗最低的单模光纤是

B

位移光纤。A.色散B.截止波长C.非色散D.非零色散2、长途干线大容量、高速率通信线路，宜选用

C

光纤。A.梯度型多模B.G.652C.G.655D.色散补偿3、要求双窗口工作，可选用

A

B

E

光纤。A.G.652B.G.653C.G.654D.G.655E.色散平坦134、目前通信市场最廉价的光纤是

A

光纤。A.G.652B.G.653C.G.654D.G.655E.色散平坦5、G.653光纤的零色散点位于

D

nm。A.1260B.1270C.1310D.15506、目前G.652光纤在1310和1550处的衰减系数大致分别为

C

、

B

dB/km。A.0.15B.0.20C.0.35D.0.857、用于降低包层折射率的掺杂材料有

D

E

。A.GeO2B.Al2O3C.P2O5D.B2O3E.

F8、以下缩写语中，色散补偿光纤是

E

，密集波分复用是

B

。A.EDFAB.DWDMC.WDMD.CWDME.DCF

14课堂测验根据各类单模光纤的特点，完成下列表格：

15应用场合宜选用光纤一宜选用光纤二北川县农话网G.652G.652向家坝水电站——成都线路G.652G.653成都—西安线路G.655G.655香港—新加坡G.655G.65416思考：我国在90年左右，建有相当长度的、工作于1310nm波段的中短距离

G.652

光纤通信线路。随着通信容量需求的不断提高，这些原有线路已不能满足需要。出于经济性的考虑，在不新铺设或更换光缆的前提下，拟对这些线路进行升级扩容改造，请你根据自己所学的知识，指出改造方案所包含的内容、须增加的器材(器件)及某些关键技术环节。方案要点：2、增加1550nm波段波分复用。(含光端机、接收机、波分复用器)

3、如果一段距离后1550nm波段色散过大，则：(1).用分波器将1550nm波段光分出；(2).接入DCF进行色散补偿，损耗过大则用EDFA进行功率补偿；1、增加1310nm波段粗波分复用。(含光端机、接收机、波分复用器)

(3).用合波器(耦合器、波分复用器)将1550波段光接入原线路。4、输出端使用分光器和解波分复用器分离各个信道。示意框图(略)17

1、对一条数百米以上的通信线路而言，更有意义的是

D

。A.理论截止波长λct

B.2米光纤截止波长λc

C.22米光缆截止波长λccD.有效截止波长λce

2、皮特曼法是测量光纤

B

的方法。A.损耗B.模场直径C.截止波长D.折射率3、OTDR是一种可测量光纤

A、B、D

的仪器。A.长度B.缺陷的位置C.色散系数D.接头位置4、2米光纤或22米光缆截止波长的基准测量法是

D

方法。A.剪断法B.近场扫描法C.背向散射法D.传输功率法5、皮特曼法属于

D

。A.插入法B.频域法C.时域法D.远场扫描法

6、测量光纤衰减谱可使用

D

。A.脉冲时延法B.替代测量法C.OTDRD.插入法测

7、插入法中使用的短光纤应和被测长光纤

D

。A.同型号B.同一生产批次C.同等缺陷D.完全相同课堂测验一、名词解释

光纤的二次被覆ADSSOPGWGWWOP

二、简述

1、成缆需从哪些主要方面对光纤施以保护？

抗拉、抗侧压、阻水、弯曲控制

2、通用野外光缆一般包括哪些结构组成部分？缆芯(束管式、层绞式、骨架式)，阻水层(阻水包带及阻水环)，阻水油膏填充，电磁屏蔽层，防机械损伤层，抗拉抗侧压铠装层，外护层等3、完整的光缆型号由几部分、哪些内容组成？参见讲稿

4、型式代号为GYFTY05和GYGTY53的光缆包含哪些结构信息？GYFTY05：室外光缆，非金属加强，全油膏填充，聚乙烯护套，无铠装层，加套聚乙烯保护管。GYGTY53：室外光缆，骨架式缆芯，金属加强，全油膏填充，聚乙烯护套，纵包皱纹钢带，聚乙烯外护套课堂练习（六）

185、对抗侧压要求较高的有哪几类光缆？

水底光缆，直埋光缆

6、对抗拉强度要求较高的有哪几类光缆？水底光缆，OPGW，ADSS，直埋光缆，军用光缆7、敷设于深水湖底的光缆，宜考虑怎样的光缆结构？

多层阻水结构，多层铠装钢丝结构

8、可能对光纤提出更高强度要求的光缆有哪些？

OPGW，军用紧套光缆

9、ADSS光缆有哪些显著的应用优势？

参加讲稿

10、光缆中常用抗拉材料和阻水材料分别有哪些？抗拉材料：钢丝，钢带，芳纶，涤纶，尼龙，FRP，PBT等阻水材料：纤膏，缆膏，聚酯阻水包带，阻水硅橡胶19一、名词解释

光纤余长套管余长绞合余长放纤张力绞合张力和绞合节距等效杨氏模量等效温度系数长期和短期允许拉力SZ绞

二、简述1、“宏弯控制法”的基本含义是什么？

以宏弯半径和光纤余长作为主要控制参数，对缆芯结构尺寸进行计算与设计的方法2、光纤余长有哪几种常见类型和数学模型？套管余长，绞合余长，综合余长正弦模型，螺旋模型，两种模型的混合

3、定性说明宏弯半径和光纤余长，与光缆性能和材料成本间的关系。

通常随着宏弯半径和余长的增加，可提高光缆的相关性能，也同时伴随缆芯甚至光缆材料成本的上升。课堂练习（七）

204、通用室外光缆一般制造过程大致包含哪些阶段和主要过程？

1、光纤准备2、缆芯制造3、外层结构制造其中包括：光纤检验及配长，光纤着色，(光纤成带)，光纤套管，套管绞合，光纤衰减及余长检测，缠包阻水带，各护层和铠装层制造，计米印码，包装等

5、光纤松套二次被覆的生产过程是怎样的？其中关键的工艺环节有哪些？参见讲稿6、光纤松套二次被覆后能否立即测试余长和衰减？

不能。通常须于24小时后才能测量。等待套管、油膏及光纤温度均匀、稳定，以及光纤张力完全释放后进行相关测量。21三、正误判断1、采用松套结构较之于紧套结构能获得更好的光缆温度性能。正确

2、缠包阻水包带通常处在一条生产工艺流程线最后一个环节。错误

3、光缆的计米误差要求为正误差，标识通常采用凸印方式。错误4、ADSS光缆的结构设计与线路条件和气象条件密切相关。正确√×

四、选择填空

1、ADSS光缆结构设计中的关键环节有

A

C

。

A.松套管内径B.内、外护层厚度C.芳纶用量D.光缆断裂强度2、影响套管余长的因素有

A

C

D

。A.光纤放线张力B.套管绞合节距C.高低温水槽水温差D.生产线速度3、层绞式光缆中，光纤余长是由

D

产生的。A.高温光纤冷却收缩B.注入纤膏压缩光纤C.套管遇冷收缩D.套管扭绞于中心加强件4、12芯集束光纤等效半径约为

B

mm。A.0.25B.0.50C.1D.2牛。例：20℃静态时，N，，mm2，，40℃时光缆已受力2000N，求该条件下，光缆最多还能承受多大拉力。

(牛)

22某光缆技术参数显示：光缆外直径为10毫米，等效杨氏模量为20GPa，等效温度系数为2.0×10-5/度，20℃条件下的光纤余长为1‰，问：⑴.该光缆在20℃条件下的长期允许拉力是多少?(1570牛顿)⑵.在光缆不受拉力的情况下，能保证光纤不受力的最高环境温度是多少?（忽略光纤长度随温度的变化）(70度)⑶.如果施工中允许光纤短暂承受1‰的应变，在10℃的环境温度下，光缆施工时允许使用的短期最大拉力是多少?(3454牛顿)23课堂练习：解：(1)

(2)最高温时，有：(2)10度时的光纤余长为：针对光纤余长，完成下列各题填空。1、光纤余长可分为

、

和综合余长。2、中心束管式光缆中的带状光纤宜采用

模型(正弦/螺旋)。3、层绞式光缆中分离光纤宜采用

模型(正弦+螺旋/双螺旋)。4、

余长主要由PBT套管材料的温度性能(温度系数)所决定。5、采用层绞式缆芯结构可以获得较大和可控的

余长。6、选取大的光纤余长，可

(增大/减小)光纤(缆)温度适应范围。7、选取大的光纤余长，可

(增加/减少)光缆抗拉材料用量。8、增大光纤余长，会导致缆芯材料用量的

(增加/减少)。9、当缆芯受到拉力时，光纤余长会

(增大/减小/不变)。10、环境温度升高时，光纤余长会

(增大/减小/不变)。11、光纤通信线路的环境温度或所受拉力在额定范围内显著变化时，线路的衰减会

(显著/微小/无)变化。12、光纤余长的选取一般应针对光缆线路的

、

、

等情况综合考虑。(至少填3项，尽可能多填。)光纤余长专项课堂测验(一)套管余长绞合余长√√套管绞合√√√√√√敷设方式环境温度最大拉力成本控制、套管及抗拉材料性质、生产工艺条件和参数

24光纤余长专项课堂测验(二)1、光缆生产中，影响(1)、套管余长的主要因素有

和

。(2)、绞合余长的主要因素有

和

。2、光纤松套二次被覆或层绞后能否立即测试余长？(能/不能)3、如何简易测量中心束管式光缆的光纤余长？截取一定长度套管，抽出光纤并测出长度，按余长定义式计算

6、某型数公里长的中心束管式光缆运抵施工现场后，为长度安全起见，须对光缆长度进行复测后才能施工。现有一台OTDR，已知20℃水平静态时的光纤余长，且已知现场温度和光缆等效温度系数，请你提出测量该光缆长度的方法。4、能否采用上题方法测量层绞式光缆的光纤余长？(能/不能)5、短期受拉力时，中心束管式光缆中光纤允许应变量(约1‰)通常比层绞式光缆(约0.5‰)更大。这是为什么？光纤余长用完后继续拉伸光缆，层绞式缆芯中光纤会受到较大侧压力高低温水温差光纤放线张力套管绞合张力套管绞合节距√

√

246、某型数公里长的中心束管式光缆运抵施工现场后，为长度安全起见，须对光缆长度进行复测后才能施工。现有一台OTDR，已知20℃水平静态时的光纤余长，且已知现场温度和光缆等效温度系数，请你提出测量该光缆长度的方法。答：若光缆长度不足，则可能导致线路不能施工及光缆报废。(2).设现场温度为

t，根据中心束管式光缆的光纤套管余长：再有：解法一：解法二：(1).使用OTDR测出光缆中光纤长度，设光缆长度为

；？层绞式光缆？267、在哪些情况(场合)下，需要测量光纤的衰减系数？答：(1).光纤拉丝生产完毕后进行光纤质量检验时；(2).光缆厂家购买光纤入库前质量检验时；(3).生产光缆前进行光纤准备时；(4).套管生产完毕24小时后检查光纤附加损耗时；(5).层绞式缆芯生产完毕24小时后检查光纤附加损耗时；(6).进行光缆质量检验时需多次检测光纤的附加衰减系数；(7).光缆运抵施工现场对光纤进行复检以及测算光缆长度时；(8).光缆施工中对光纤接头损耗检测时；(9).全线路光缆工程完工后进行质量验收时；(10).长期运行中进行技术维护、线路故障判断及重新连接时。272、施工图设计指的是

。A.设计、绘制一套完整的施工图纸B.对各施工环节所需图纸的规范、式样进行相关设计C.整个工程的一套具法律效力的完整工程执行文件4、光缆的配盘指的是

。A.详细计算线路中各项预留所需的光缆长度B.确定缆盘的直径大小及最多能承载多长的光缆C.确定每个缆盘上实际所需的光缆长度3、直埋光缆埋深约为

米。A.0.5-1B.1左右C.1-3D.>31、完整通信工程设计文件包括

。A.政策性文件全文B.有关技术标准索引C.施工图纸D.光纤、光缆型式及主要性能参数B、C、DCBC课堂练习（八）285、光缆接头盒两端的预留长度为

。A.2-3米B.3-5米C.6-8米D.10-20米6、直埋光缆路由标志的设置点包括

。A.线路接头点、拐弯点B.直线段每隔50-100米C.穿越道路两侧、与地下管线交越处D.同沟敷设起止点CA、C、D7、大中型光纤通信工程（是/否）需要进行环评？8、工程投资的概、预算（是/否）需要纳入施工图设计中？√√9、光缆拉伸试验可以检测

。A.长期允许拉力B.杨氏模量C.温度系数D.光纤余长A、B、D10、光缆的温度循环属于

检验，可以检测

。A.型式B.出厂C.光纤附加衰减随环境温度变化的情况D.光缆的等效温度系数E.光纤余长C、D、E

A11、以下试验中，需对光纤衰减进行监测的是

试验。A.压扁B.磨损C.渗水D.护套完整性E.反复弯曲A、E29一、名词解释：预回填，伸缩弯，光纤收容，子管，人孔，垂度(弧垂)，纤/缆换算系数，技术维护二、简述1、线路施工分为哪几个阶段？准备，敷设，接续，测