2007-2008年度教学质量综合评估测验试卷

《光纤通信》试题

注：1、开课学院：通信与信息工程学院。 命题组：通信工程教研组·延锋

2、考试时间：90分钟。 试卷满分：100分。

3、请考生用黑色或蓝色中性笔作答，考试前提前带好必要物件（含计算器）。

4、所有答案请写于相应答题纸的相应位置上，考试结束后请将试卷与答题纸一并上交。

试题如下：

一、 选择题（每小题仅有一个选项是符合题意要求的，共10小题，每小题2分，共20分）

1、表示光纤色散程度的物理量是

A.时延 B.相位差 C.时延差 D.速度差

2、随着激光器使用时间的增长，其阈值电流会

A.逐渐减少 B.保持不变 C.逐渐增大 D.先逐渐增大,后逐渐减少

3、当平面波的入射角变化时，在薄膜波导中可产生的三种不同的波型是

A.TEM波、TE波和TM B.导波、TE波和TM波

C.导波、衬底辐射模和敷层辐射模 D.TEM波、导波和TM波

4、平方律型折射指数分布光纤中总的模数量等于

A. B. 　　　 C. D.

5、光接收机中将升余弦频谱脉冲信号恢复为“0”和“1”码信号的模块为

A. 均衡器 B. 判决器和时钟恢复电路　 C. 放大器 D. 光电检测器

6、在光纤通信系统中，EDFA以何种应用形式可以显著提高光接收机的灵敏度

A.作前置放大器使用 B.作后置放大器使用

C.作功率放大器使用 D.作光中继器使用

7、EDFA中用于降低放大器噪声的器件是

A.光耦合器 B.波分复用器 C.光滤波器 D.光衰减器

8、关于PIN和APD的偏置电压表述，正确的是

A.均为正向偏置 B.均为反向偏置C.前者正偏,后者反偏 D.前者反偏,后者正偏

9、下列哪项技术是提高每个信道上传输信息容量的一个有效的途径？

A.光纤孤子(Soliton)通信 B. DWDM C. OTDM D. OFDM

10、光纤数字通信系统中不能传输HDB3码的原因是

A.光源不能产生负信号光 B.将出现长连“1”或长连“0”

C.编码器太复杂 D.码率冗余度太大

二、 填空题（本题共三部分，每部分6分，共18分）

（一）、基本概念及基本理论填空（每空1分，共4小题6小空，共6分）

11、以色散为基，对于单模光纤来说，主要是材料色散和 ，而对于多模光纤来说， 占主要地位。

12、渐变型光纤中,不同的射线具有相同轴向速度的现象称为 现象。

13、EDFA中的关键器件是 和 。

14、SDH的帧结构除行、列、字节、帧长等外，还包括信息净负荷区域、支路单元指针区域和 区域。

（二）、基本运算能力填空（每小题3分，共2小题，共6分）

15、某种光纤的纤芯和包层的折射率分别是1.48和1.46，则其临界传播角为 。

16、设PIN光电二极管的量子效率为75％，渡越时间为10ps，则该检测器的3dB带宽为 。

（三）、名词解释填空（每小题2分，共3小题，共6分）

17、光纤色散： 。

18、插入码： 。

19、啁啾： 。

三、 简答画图题（本题共两部分，每部分15分，共30分）

（一）、按要求简答各题（每小题5分，共3小题，共15分）

20、简述半导体激光器由哪三个部分构成？试分别加以说明。

21、简述光电检测器的响应度和量子效率描述的是什么？二者有什么联系？

22、解释光纤通信为何越来越多地采用WDM+EDFA方式。

（二）、按题要求画图或据图回答问题（共2小题，共15分）

23、SDH帧结构是实现数字同步时分复用、保证网络可靠有效运行的关键。试画出SDH帧结构。（7分）

24、阅读下图同学的，按要求完成各题。（8分）

增益 增益

G G

R=0.3

R=0

O 频率w O 频率w

图（a） 图（b）

（1）SOA表示 ，它分为法布里-珀罗放大器FPA和行波放大器TWA两大类。

（2）图（a）中 放大器的增益频谱是一条振荡的曲线，其R=0.3；同样 放大器的增益频谱就为 型曲线，其R=0。且R代表的容是 。

（3）图（b）中，是 放大器的带宽，通常该值不超过 GHz，同样是 放大器的带宽。

（4）SOA的增益依赖于输入信号的偏振状态的原因是 所致。

（5）一般减少SOA的偏振增益差可采用：是有源区的横截面成 ；通过 （选填“串联”或“并联”或“串联或并联”）两个SOA来补偿增益差。

四、 综合解答题（请按各题题意解答，要求写出必要的解题思想与具体公式，本题共2小题，每小题10分，共20分）

25、（本小题10分）

一阶跃折射率光纤，纤芯折射率n1=1.5，相对折射率差，工作波长为1310nm，试计算：

(1) 为了保证单模传输，其芯径应取多大？

(2) 若取芯径，求其数值孔径及其模式数。

26、（本小题10分）

若一个565Mbit/s单模光缆传输系统，其系统总体要求如下：光纤通信系统光纤损耗为0.4dB/km，光纤接头损耗为0.1dB/km，光源的入纤功率为-2.5dbm，接收机灵敏度为-37dbm，线路码型5B6B，传输速率为677990kbit/s,光源采用MLM－LD，光源谱宽为2nm，光纤的色散系数为2.5ps/(km nm)，ε光通道功率参数取0.115。设计中取光功率代价为1db,光连接器衰减为1db，光纤富余度为0.1db/km,设备富余度为5.5db。

试求：系统的最大中继距离。

五、 分析题（请按要求写出必要的解题过程，本题共1题，共12分）

27、（本小题12分）

已知某光纤参数如下：,,纤芯折射率为。

试问：

（1） 此光纤能否传输波长的和模？说明理由。

（2） 如要使和模能够传输，光波长应做怎样的调整？

2008-2009年度教学质量综合评估测验试卷

《光纤通信》试题

注：1、开课学院：通信与信息工程学院。 命题组：通信工程教研组·延锋

2、考试时间：90分钟。 试卷满分：100分。

3、请考生用黑色或蓝色中性笔作答，考试前提前带好必要物件（含计算器）。

4、所有答案请写于相应答题纸的相应位置上，考试结束后请将试卷与答题纸一并上交。

试题如下：

一、判断题（每小题所诉只有对错之分，请判断正误，共10小题，每小题2分，共20分）

1、光纤中的孤子是光纤色散与非线性相互作用的产物。

2、NA表示光纤接受和传输光的能力，NA越大，光纤接收光的能力越强。

3、通常单模光纤的纤芯半径在几个微米之，这是从物理尺度上保证单模传输的必要条件。

4、在多模光纤中，模式色散是其主要的色散因素。

5、弛振荡是激光器部光电相互作用所表现出来的固有特性，增加直流偏置可对其进行抑制，而且预偏置越接近阈值，效果越显著。

6、散粒噪声属于白噪声，为了降低它的影响，通常在判决电路之前使用低通滤波器，使得信道的带宽变窄。

7、光纤通信系统最适合的参杂光纤放大器是工作在1550nm的掺铒光纤放大器和工作在1300nm的掺镨光纤放大器。

8、电光效应、热光效应等是利用材料的折射率随电压和温度的变化而变化，从而实现光开关器件。

9、EDFA在WDM系统中工作时的模式有三种：自动增益控制模式，自动功率控制模式和自动电流控制模式。

10、时分复用可分为比特交错OTDM和分组交错OTDM，只有前一种方式需要利用信号区分不同的复用数据或分组。

二、填空题（本题共三部分，每部分6分，共18分）

（一）、基本概念及基本理论填空（每空1分，共4小题6小空，共6分）

11、阶跃型光纤的单模传输条件是 。

12、由于双异质结激光器在有源区两侧，既限制了光波，又限制了 ，故它的光强分布基本被约束在有源区，而且大大降低 。

13、发光二极管依靠 发光，半导体激光器依靠 发光。

14、EDFA噪声系数的定义为 。

（二）、基本运算能力填空（每小题3分，共2小题，共6分）

15、有一个由4信道组成的WDM传输系统。假设信道具有零带宽，则信道间隔应为 ，才能保证被选信道比检测到的相邻信道的功率大10倍。

16、一个GaAsPIN光电二极管平均每两个入射光子，产生一个电子－空穴对，假设所有的电子都被接收，则该器件的量子效率为 。

（三）、名词解释填空（每小题2分，共3小题，共6分）

17、mBnB码： 。

18、子午射线： 。

19、 光源的外调制： 。

三、简答画图题（本题共两部分，每部分15分，共30分）

（一）、按要求简答各题（每小题5分，共3小题，共15分）

20、从形成色散的机理来看，光纤的色散可以分为哪几种？

色散对光纤通信系统性能有什么影响？

21、光放大器包括哪些种类？EDFA有哪些优点？

22、简述右图1所示平面阵列波导光栅的设计思想和方法。

（二）、按题要求画图或据图回答问题（共2小题，共15分）

23、请画出EDFA的典型结构。（7分）

24、阅读下图，按要求完成各题。（8分）

（1）上图为 、直接检测方式的数字光接收机方框图。

（2）主放大器和AGC决定着光接收机的 。

（3）图中的均衡器目的是对放大器出来的 的电信号进行补偿，使输出信号的波形适合于判决，以消除 ，减小误码率。

（4）图中的 和 就是我们所谓的再生电路，它的功能是从放大器输出的信号与噪声混合的波形中提取 ，并逐个地对码元波形进行取样判决，以得到原发送的码流。时钟提取的目的是为了 。

四、 综合解答题（请按各题题意解答，要求写出必要的解题思想与具体公式，本题共2小题，每小题10分，共20分）

25、（本小题10分）

已知阶跃型光纤的=1.5，=0.01，芯子半径a=10m，波长=1.5m, 试计算：

（1）数值孔径NA  

（2）归一化频率  

（3）入射光线的激励角围 

26、（本小题10分）

一段12km长的光纤线路，其损耗为。试回答：

（1）如果在接收端保持的接收光功率，则发送端的功率至少为多少？

（2）如果光纤的损耗变为，则所需的输入光功率为多少？

五、 分析题（请按要求写出必要的解题过程，本题共1题，共10分）

27、（本小题10分）

已知某光纤参数如下：,,纤芯折射率为。若干模的截止频率和若干模的截止频率如表1和表2。试问：

（1）当光波长分别为，，时，光纤中能传输哪些导波模？

（2）从（1）中能看出波长与归一化频率、可传输的模式数量有何关系？可传输的模式数量与归一化频率的近似关系表达式是？

表1 若干模的截止频率

表2 若干模的截止频率

2009-2010年度教学质量综合评估测验试卷

《光纤通信》试题

注：1、开课学院：通信与信息工程学院。 命题组：通信工程教研组·延锋

2、考试时间：90分钟。 试卷满分：100分。

3、请考生用黑色或蓝色中性笔作答，考试前提前带好必要物件（含计算器）。

4、所有答案请写于相应答题纸的相应位置上，考试结束后请将试卷与答题纸一并上交。

试题如下：

一、 选择题（每小题仅有一个选项是符合题意要求的，共10小题，每小题2分，共20分）

1、激光二极管LED的工作原理是

A.光的吸收 B.光的自发辐射 C.光的受激发射 D.光的受激散射

2、现知临界传播角为，要保证光线在光纤全反射，必须要求传播角

A． B． C． D．

3、偏振反映了在给定点上电场强度矢量的取向随时间变化，当电磁波的与的振幅相等且相位差为时，其为

A．圆偏振 B．线偏振 C．椭圆偏振 D．垂直偏振

4、色散是由于光在光纤中传输的物理现象，单模光纤不存在以下哪种色散？

A.材料色散 B.模式色散 C. 波导色散 D. 色度色散

5、半导体激光器的发光谱线会随着工作条件的变化而变化，当注入电流低于阈值电流时发出的是

A.激光，谱线较窄 B.荧光，光谱较宽

C. 激光，谱线较宽 D. 荧光，光谱较窄

6、APD光电二极管出现雪崩击穿是因为

A.载流子在耗尽区的漂移时间过长 B.将光信号转换为电信号的效率太低

C.其所加的反向偏置电压过大 D.其注入的非平衡载流子扩散过快

7、以下属于光纤通信系统所用的有源器件的是

A. 耦合器　 B. 隔离器 C. 掺铥光纤放大器　 D. 光开关

8、用来显示和测量光纤中波长光信号特性，在WDM系统中应用较多的是

A.光时域反射仪 B.光纤熔接机 C.光谱分析仪 D.光功率计

9、DWDM与WDM的主要区别可以说DWDM使用的波长间隔

A. 很大，常常大于0.8nm B. 很小，常常小于0.8nm

C. 很大，常常大于1.6nm D.很小，常常小于1.6nm

10、以下不是OCDMA扩频多址访问技术的是

A.直接序列 B.频率跳变 C.啁秋系统 D.双线性光序列

二、 填空题（本题共三部分，每部分6分，共18分）

（一）、基本概念及基本理论填空（每空1分，共4小题6小空，共6分）

11、目前在光纤通信系统使用的外调制器通常是 电光调制器。

12、 和色散是因光纤特性而导致的光纤通信系统的基本问题。

13、由物理学可知，光具有 和波动性，对其分析也有两种：一是几何光学分析法，二是 。

14、为解决半导体激光器温度敏感问题，可以在驱动电路中进行 ，或是采用制冷器来保持器件的温度稳定。

15、法布里—珀罗放大器的增益频谱是一条 的曲线。

（二）、基本运算能力填空（每小题3分，共2小题，共6分）

16、一阶跃折射率光纤，已知纤芯和包层的折射率分别是：,,则其最大接收角为 。

17、弱导波阶跃光纤芯子和包层的折射指数分别为,,则纤芯和包层的相对折射指数差Δ为 。

（三）、名词解释填空（每小题2分，共3小题，共6分）

18、调制带宽： 。

19、本征区： 。

20、响应时间： 。

三、 简答画图题（本题共两部分，每部分15分，共30分）

（一）、按要求简答各题（每小题5分，共3小题，共15分）

21、光线中的非线性效应有哪些？

22、什么是直接调制？什么是间接调制？各有何特点？

23、简述自动交换网络ASON的优点。

（二）、按题要求画图或据图回答问题（共2小题，共15分）

24、画出典型的数字光纤通信系统接收端机的原理框图。（6分）

25、阅读下图，按要求完成各题。（9分）

（1）上图显然为 的工作原理。

（2）在掺铒光纤(EDF)中，铒离子(Er3+)有三个能级：能级1代表基态， 能量最低；能级2是 ，处于中间能级；能级3代表 ， 能量最高。

（3）据图分析，请阐述该工作原理： 。（3分）

（4）从该工作原理可以看出，光放大是由于 的能量转换为信号光的结果。为提高放大器增益， 应提高对 的吸收。

四、 综合解答题（请按各题题意解答，要求写出必要的解题思想与具体公式，本题共3小题，共20分）

26、（本小题8分）

设PIN光电二极管的量子效率为80%，计算在和波长时的响应度，说明为什么在处光电二极管比较灵敏。

27、（本小题8分）

一根数值孔径为0.20的阶跃折射率多模光纤在850nm波长上可以支持1000个左右的传播模式。试问：

（1）其纤芯直径为多少？

（2）在1310nm波长上可以支持多少个模？

28、（本小题6分）

用纤芯折射率为，长度未知的弱导光纤传输脉冲重复频率的光脉冲，经过该光纤后，信号延迟半个脉冲周期，试估算光纤的长度。

五、 分析题（请按要求写出必要的解题过程，本题共1题，共10分）

29、（本小题10分）

某SI型光纤，光纤的芯径d=2a为100m，折射率n1=1.458，包层的折射率n2=1.450，在该光纤中传输的光波的波长=850nm。则：

（1）计算该光纤的V参数；

（2）估算在该光纤传输的模式数量；

（3）计算该光纤的数值孔径；

（4）计算该光纤单模工作的波长。

2010-2011年度教学质量综合评估测验试卷

《光纤通信》试题

注：1、开课学院：通信与信息工程学院。 命题组：通信工程教研组·延锋

2、考试时间：90分钟。 试卷满分：100分。

3、请考生用黑色或蓝色中性笔作答，考试前提前带好必要物件（含计算器）。

4、所有答案请写于相应答题纸的相应位置上，考试结束后请将试卷与答题纸一并上交。

试题如下：

一、 判断题（每小题所诉只有对错之分，请判断正误，共10小题，每小题2分，共20分）

1、自发辐射光是一种相干荧光，即是单一频率、相位和偏振方向相同的光。

2、光放大器可以代替再生中继器。

3、最大接收角越大，即纤芯与包层的折射率之差越大，光纤捕捉光线的能力越弱，这种能力用数值孔径NA来表示。

4、多模光纤通常用于短距离通信场合。

5、自脉冲现象是某些激光器在某些注入电流下发生的一种持续振荡，实际工作中常遇到这种器件，属正常现象，无需更换。

6、假设光检测器具有理想特性，则其量子效应为0，且无热噪声，无暗电流。

7、光放大器是基于自发辐射或光子吸收原理来实现对微弱入射光进行光放大的，其机制与激光器类似。

8、LED比LD更适合作为WDM系统的光源。

9、大家每天使用的与本地交换局间的连接属于线性总线型网络结构。

10、根据理论分析，只有当输出的光脉冲为严格地双曲正割脉冲，光孤子才能稳定地传输。

二、 填空题（本题共三部分，每部分6分，共18分）

（一）、基本概念及基本理论填空（每空1分，共4小题6小空，共6分）

11、衰减和色散是因光纤特性而导致的光纤通信系统的基本问题，其中衰减的主要原因有散射损耗、 和 ；色散主要包括模式色、材料色散和 。

12、我们将光纤的光线分为两类：子午光线和斜光线。其中斜光线是 。

13、数字光纤传输系统中常用的码型是5B6B码和 。

14、衰减器的功能是对 进行预定量的衰减。

（二）、基本运算能力填空（每小题3分，共2小题，共6分）

15、已知语音信道的带宽为3.4KHz，则接收机信噪比S/N=30dB是的信道容量是 。

16、已知某阶跃光纤参数如下：，纤芯折射率为，已知光波长 ，则单模传输时光纤具有的纤芯半径 。

（三）、名词解释填空（每小题2分，共3小题，共6分）

17、光接收机的灵敏度： 。

18、散射损耗： 。

19、光时分复用(OTDM)： 。

三、 简答画图题（本题共两部分，每部分15分，共30分）

（一）、按要求简答各题（每小题5分，共3小题，共15分）

20、激光器谐振腔激光振荡是如何产生的？

21、简述雪崩光电二极管的雪崩倍增效应。

22、简述光码分多址OCDMA的特点。

（二）、按题要求画图或据图回答问题（共2小题，共15分）

23、请对以下模拟、数字电流信号对激光器的调制示意图进行一定的补画，且要求表明阈值电压。（5分）

P（mW） P（mW）

O O

24、阅读下图EDFA的结构，按要求完成各题。（10分）

掺铒光纤

输入 输出

光信号 光信号

熔接点

图（a）

掺铒光纤

输入 输出

光信号 光信号

图（b）

（1） 是EDFA的核心部件，它以石英光纤作为基质，在纤芯中掺入固体激光工作物质—— 。

（2）掺铒光纤的模场直径为3--6，比常规光纤小很多，这是为了提高信号光和泵浦光的能量密度，从而提高其 。但由于其芯径的减小其与常规光纤模场不匹配，解决方法有：在纤芯中掺入 ；在熔接时进行一定处理减小 （填英文缩写）的不匹配。

（3）实用的EDFA泵浦源都是LD，其泵浦波长有980nm和 nm；两种，应用较多的是980nm泵浦源，其优点是 。

（4）其泵浦方式按泵浦所在位置分为三种：如图（a）为 ； 如图（b）为 ；双向泵浦。

（5）双向泵浦对信号的放大特性与信号传输方向 。（填“有关”或“无关”）

四、 综合解答题（请按各题题意解答，要求写出必要的解题思想与具体公式，本题共3小题，共22分）

25、（本小题8分）

一光纤通信系统的光纤损耗为0.35 dB/km，光发射机的平均发送光功率为-1 dBm，全程光纤平均接头损耗为0.05 dB/km。设计要求系统富裕度为6 dB，无中继传输距离为70 km。求：

（1）满足上述要求，光接收机灵敏度至少应取多少？

（2）若要求系统允许的最大接收功率为－10 dBm，则光接收机的动态围至少应取多少？

26、（本小题6分）

某光纤通信系统，其发送光功率为-4dBm，光接收机灵敏度为-40dBm，设备富余度为6 dB，光缆富余度为0.1dB/km，光纤接头损耗为0.2dB/km，且不考虑色散的影响，求当无光缆配线架时，如果希望最长中继距离为60 km，此时的光缆的衰减系数为多大？

27、（本小题8分）

已知某光纤参数如下：,,纤芯折射率为。

试问：

（1）此光纤能否传输波长的和模？说明理由。

（2）如要使和模能够传输，光波长应做怎样的调整？

五、 分析题（请按要求写出必要的解题过程，本题共1题，共10分）

28、（本小题10分）

有一GaAlAs半导体激光器，其谐振腔长为300，材料折射率n=3.0，两端的解理面的反射率为0.35。则：

(1)求因非全反射导致的等效损耗系数。

(2)求相邻纵模间的频率间隔和波长间隔。

(3)若此激光器的中心波长λ=1310nm，与此相应的纵模序数。

2011-2012年度教学质量综合评估测验试卷

《光纤通信》试题

注：1、开课学院：通信与信息工程学院。 命题组：通信工程教研组·延锋

2、考试时间：90分钟。 试卷满分：100分。

3、请考生用黑色或蓝色中性笔作答，考试前提前带好必要物件（含计算器）。

4、所有答案请写于相应答题纸的相应位置上，考试结束后请将试卷与答题纸一并上交。

试题如下：

一、 判断题（每小题所诉只有对错之分，请判断正误，共10小题，每小题2分，共20分）

1、光在光纤中传输的工作波长由载波频率决定。

2、比特率和带宽是衡量数字通信系统和模拟通信系统的主要指标。

3、辐射模是指电磁场在纤芯中按简谐函数变化，在包层中按指数规律衰减的模式。

4、激光器的横模决定了激光光束的空间分布，它直接影响到器件和光纤的偶和效率。

5、数字光纤传输系统中常采用的码型是3B4B和插入码。

6、PIN光检测器反向偏压可以取较小的值，因为其耗尽区厚度基本上是由I区的宽度决定的。

7、滤波器属无源器件，故从严格意义上讲，可调谐滤波器属于无源器件。

8、CWDM可采用不带冷却器的半导体激光器。

9、SDH的第一级传输速率为155.52Mb/s，SDH在北美地区常常采用。

10、目前有两种途径可以提高传输速率：波分复用WDM和光时分复用OTDM。

二、填空题（本题共三部分，每部分6分，共18分）

（一）、基本概念及基本理论填空（每空1分，共4小题6小空，共6分）

11、我们把 nm的波长围称为C波段。

12、光纤的主模是 ，阶跃折射率光纤单模传输的条件是 。

13、色散补偿光纤是具有 特性的光纤，其实现色散补偿的基本思想是在具有 特性的标准单模光纤之后接入一段色散补偿光纤。

14、在光纤通信系统中采用外差或零差检测方式可以显著提高接收灵敏度和选择性，这就是 。

（二）、基本运算能力填空（每小题3分，共2小题，共6分）

15、光检测器的响应度R表明了光检测器将光信号转化成电信号的效率，现知光检测器的光电流，其入射光功率为，则响应度R的大小为 。

16、当光放大器的增益比较大时，自发辐射因子,则其噪声系数的大小为 。

（三）、名词解释填空（每小题2分，共3小题，共6分）

17、杂质吸收损耗： 。

18、光孤子： 。

19、 波分复用（WDM）： 。

三、简答画图题（本题共两部分，每部分15分，共30分）

（一）、按要求简答各题（每小题5分，共3小题，共15分）

20、什么是激光器的阈值条件？

21、EDFA的泵浦方式有哪些？每一方式作简要说明。

22、简述PDH和SDH的特点与不同。

（二）、按题要求画图或据图回答问题（共2小题，共15分）

23、试用2×2耦合器构成一个8×8空分开关阵列，画出连接图和输入、输出端口信号间的流向。（7分）

24、阅读下图，按要求完成各题。（8分）

高能带

hv hv

输入光 hv 输出光

（1）上图为光的 机理过程图。（1分）

（2）实现上述过程需要两个条件：一是 ，这种状态称为粒子数反转，可采用通过向半导体激光二极管注入 的方式来实现粒子数反转；二是半导体激光器必须存在 ，并在其建立起确定的振荡，从而得到 的激光输出。（4分）

（3） 试依上图画出光的自发辐射（发光二极管）机理过程。（3分）

四、综合解答题（请按各题题意解答，要求写出必要的解题思想与具体公式，本题共2小题，每小题10分，共20分）

25、（本小题10分）

弱导阶跃光纤纤芯和包层折射率分别为，，试计算：

（1）纤芯和包层的相对折射率；

（2）光纤的数值孔径。

26、（本小题10分）

有一段由阶跃折射率光纤构成的5km长的光纤链路，纤芯折射率，相对折射率差。求：

（1）接收端最快和最慢的模式之间的时延差；

（2）由模式色散导致的均方根脉冲展宽；

（3） 假设最大比特率就等于带宽，则此光纤的带宽距离积是多少？

五、分析题（请按要求写出必要的解题过程，本题共1题，共12分）

27、（本小题12分）

一阶跃折射率光纤，纤芯折射率n1=1.5，相对折射率差，工作波长为1310nm，试计算：

(1) 为了保证单模传输，其芯径应取多大？

(2) 若取芯径，求其数值孔径及其模式数。

2012-2013年度教学质量综合评估测验试卷

《光纤通信》试题

注：1、开课学院：通信与信息工程学院。 命题组：通信工程教研组·延锋

2、考试时间：90分钟。 试卷满分：100分。

3、请考生用黑色或蓝色中性笔作答，考试前提前带好必要物件（含计算器）。

4、所有答案请写于相应答题纸的相应位置上，考试结束后请将试卷与答题纸一并上交。

试题如下：

一、选择题（每小题仅有一个选项是符合题意要求的，共10小题，每小题2分，共20分）

1、下列哪一种吸收属于光纤的本征吸收?

A.SiO2的吸收 B.OH-的吸收 C.Cu2+的吸收 D.V3+的吸收

2、发光二极管LED产生的光

A.是荧光而不是激光 B.是激光而不是荧光

C.是自然光而不是激光 D.是相干光而不是荧光

3、弱导光纤中纤芯折射率n1和包层折射率n2的关系是

A.n1≈n2 B.n1=n2 C.n1>>n2 D.n1<2

4、PIN光电二极管，因无雪崩倍增作用，因此其雪崩倍增因子为

A. G＞1 B. G＜1　　　 C. G＝1 D. G＝0

5、在阶跃型光纤中，当模式处于截止的临界状态时，其特性参数

A.W＝0 B.β＝0 C.V＝0 D.U＝0

6、下列不属于EDFA的优点的是

A.增益高 B.频带宽 C.噪声系数小 D.可放大多个波段

7、光时域反射仪（OTDR）是利用光在光纤中传输时的瑞利散射所产生的背向散射而制成的精密仪表，它不可以用作以下哪项的测量？

A.光纤的长度　　 B.光纤的传输衰减

C.故障定位　　 　 D.光纤的色散系数

8、下列属于有源光器件的是

A.光定向耦合器 B.半导体激光器 C.光纤连接器 D.光隔离器

9、在一根光纤中同时传输多个波长信号的一项技术是

A.色散补偿技术 B.相干光通信技术

C.光时分复用技术 D.光波分复用技术

10、下列哪一个不是SDH网的特点？

A.具有全世界统一的接口标准 B.大量运用软件进行系统配置的管理

C.复用映射结构灵活 D.指针调整技术降低了设备复杂性

二、填空题（本题共三部分，每部分6分，共18分）

（一）、基本概念及基本理论填空（每空1分，共4小题6小空，共6分）

11、光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是0.85μm、　　　　　和　 　 　　。

12、EDFA的应用，归结起来可以分为三种形式：(1) __ ；(2)前置放大器；(3).后置放大器。

13、光纤的 是引起光纤带宽变窄的主要原因，而光纤带宽变窄则会限制光纤的传输容量。

14、SDH具有一套标准化的信息结构等级，称为 ，其最低级别STM－1网络节点接口的速率为 Mbit/s。

（二）、基本运算能力填空（每小题3分，共2小题，共6分）

15、某种光纤的纤芯和包层的折射率分别是1.48和1.46，则其临界传播角为 。

16、光接收机的灵敏度是指在满足给定误码率或信噪比条件下，接收机接受微弱信号的能力，工程上常用最低平均光功率 来描述，现若有最低平均光功率为10mW，则其灵敏度为 。

（三）、名词解释填空（每小题2分，共3小题，共6分）

17、粒子数反转分布： 。

18、数值孔径： 。

19、 啁啾： 。

三、简答画图题（本题共两部分，每部分15分，共30分）

（一）、按要求简答各题（每小题5分，共3小题，共15分）

20、简述构成激光器的三个基本条件。

21、简述形成光纤损耗的主要原因。

22、简述掺铒光纤放大器(EDFA)工作原理。

（二）、按题要求画图或据图回答问题（共2小题，共15分）

23、请画出半导体激光器与边发光二极管的P-I特性曲线。（7分）

24、阅读下图，按要求完成各题。（8分）

掺铒光纤 掺铒光纤

（1）如上图在掺铒光纤链路上放置均衡滤波器的目的是 。（2分）

（2）结合上图及题意暗含容，画出图（a）和图（b）的容。（6分）

掺 滤 放

铒 波 大

光 器 器

纤 特 增

增 性 益

益

O O O

波长 波长 波长

图（a） 图（b） 图（c）

四、综合解答题（请按各题题意解答，要求写出必要的解题思想与具体公式，本题共2小题，每小题10分，共20分）

25、（本小题10分）

一阶跃折射率光纤，已知纤芯和包层的折射率分别是：,,现仅考虑模式色散，则：

（1）每1km长度的脉冲宽度。

（2）假设输入光脉冲的宽度T与模式色散产生的展宽相比可以忽略不计，在以上情况下计算可传输光脉冲的最大比特率。

26、（本小题10分）

弱导波阶跃型光纤的纤芯折射率为n1＝1.50，相对折射率差Δ＝0.25，纤芯的半径a＝5μm，工作波长λ＝1.31μm。 求：

（1）该光纤的数值孔径NA；

（2）光纤中传输模式的数量；

（4） 为保证光纤的单模传输，光纤的芯径应取多大？

五、分析题（请按要求写出必要的解题过程，本题共1题，共12分）

27、（本小题12分）

某LAN光纤链路工作波长，链路长度，最大比特率为16Mb/s，采用线宽为20nm的LED光源，光设备的上升时间为8ns，10/100Mb/s LAN最大光缆长度如表1，用MMF（多模光纤）62.5/125的光纤。

表1 10/100Mb/s LAN最大光缆长度

求：

(1) 系统要求的上升时间。

(2) 模式色散引起的脉冲展宽，即光线模式上升时间。

(3) 色度色散引起的脉冲展宽。

(4) 求系统实际上升时间。

(5) 可以达到指定的比特率吗？

(6) 如果光纤的带宽不能满足要求，你认为该如何解决？

注：色度色散计算公式和。

2013-2014年度教学质量综合评估测验试卷

《光纤通信》试题

注：1、开课学院：通信与信息工程学院。 命题组：通信工程教研组·延锋

2、考试时间：90分钟。 试卷满分：100分。

3、请考生用黑色或蓝色中性笔作答，考试前提前带好必要物件（含计算器）。

4、所有答案请写于相应答题纸的相应位置上，考试结束后请将试卷与答题纸一并上交。

试题如下：

一、选择题（每小题仅有一个选项是符合题意要求的，共10小题，每小题2分，共20分）

1、G.653光纤是指

A.渐变多模光纤 B.标准单模光纤 C.色散位移光纤 D.非零色散光纤

2、目前EDFA采用的泵浦波长是

A．0.85μm和1.3μm B．0.85μm和1.48μm

C．0.98μm和1.48μm D．0.98μm和1.55μm

3、以下是阶跃折射率光纤低阶模式的横向电场截面分布图的是

A B C D

4、以下不是单模光纤的非线性效应的是

A.自相位调制SPM B.交叉相位调制XPM

C. 偏振模色散PMD D. 四波混频FWM

5、具有低阈值电流、可高温工作、谱线宽度窄和调制速度高的优点的激光器是

A.量子阱激光器 B.分布式反馈DFB激光器

C.垂直腔面发射激光器 D.分布式布拉格反射DBR激光器

6、下面哪一种器件只允许光单方向传输

A.隔离器 B.光开关 C.耦合器 D.连接器

7、光缆的架空办法有两种，分别是

用水泥管道安装 定滑轮牵引法 缆盘移动放出法 在顶棚敷设

A. 和　　 B. 和 C. 和　　 D. 和

8、ITU-T G.692建议，WDM系统的工作波长目前是在

A.S波段 B.C波段 C.L波段 D.P波段

9、以下不是SDH/SONET网络的基本设备的是

A.终端复用器TM B.分插复用器ADM

C.再生器REG D.光交叉连接器OXC

10、下列哪一个不是自动交换光网络ASON的特点？

A.实现灵活的Mesh组网 B.网络拓扑自动发现

C.缩短业务建立时间 D.频率选择性极好

二、填空题（本题共三部分，每部分6分，共18分）

（一）、基本概念及基本理论填空（每空1分，共4小题6小空，共6分）

11、光纤通信与其他形式通信的主要区别有两点，一是 ，二是用光纤作为传输介质。

12、外调制器是利用晶体的电光、磁光和 等效应对光辐射进行调制，即在光源光辐射产生后再加载调制信号。

13、几何光学分析法是用射线光学理论分析光纤中光传输特性的方法，这种分析方法的前提条件是 。

14、粒子数反转、 是激光器获得激光的条件，除此之外，产生激光还必须满足 。

15、数字传输系统设计的任务就是要通过器件的适当选择以减少 的影响，确保系统达到要求的性能。

（二）、基本运算能力填空（每小题3分，共2小题，共6分）

16、光接收机的动态围D是指在保证系统误码率指标要求下，接收机的最低光功率和最大允许光功率之比，现知和分别是10W和100W，则其动态围D为 。

17、对于单纵模激光器，定义边模抑制比MSR为主模功率与次边摸功率之比，它是半导体激光器频谱纯度的一种度量，若，，则MSR为 。

（三）、名词解释填空（每小题2分，共3小题，共6分）

18、消光比： 。

19、暗电流： 。

20、 电光延迟： 。

三、简答画图题（本题共两部分，每部分15分，共30分）

（一）、按要求简答各题（每小题5分，共3小题，共15分）

21、请简述光波分复用技术的基本原理。

22、为了获得EDFA较为平坦的增益特性，增大EDFA的带宽，常采用的两种方法是什么？。

23、可调谐外腔激光器不用做WDM光源而只作为测试用光源的原因是什么？

（二）、按题要求画图或据图回答问题（共2小题，共15分）

24、请画出边发光二极管、面发光二极管、超辐射发光二极管的P-I特性曲线，且画在同一幅图中。（7分）

25、阅读下图，按要求完成各题。（8分）

未调制光信号 已调制光信号

电信号

（1）在2.5Gb/s 的高速率光纤通信系统中，不采用直接调制方式，而必须使用外调制器的原因是 。（3分）

（2）外调制下的光源是在 （选填“直流”或“交流”）状态下工作，因而避免了激光器的 效应。（2分）

（3）光纤通信系统对调制的要：高的调制效率和 ；低的驱动电压；低的 ； 。

四、综合解答题（请按各题题意解答，要求写出必要的解题思想与具体公式，本题共2小题，每小题10分，共20分）

26、（本小题10分）

一阶跃折射率光纤，已知纤芯和包层的折射率分别是：,,求：

（1） 其临界入射角；

（2）其临界传播角；

（3）其数值孔径NA；

（4）其最大接收角；

（5）是否能得知相对折射率差的大小？相对折射率差和光纤与光源之间的耦合效率有何关系？实际光纤对有什么要求？

27、（本小题10分）

设PIN光电二极管的量子效率为75％，渡越时间为10ps。

（1）计算该检测器的3dB带宽；

（2）计算在1.3um和1.55um波长时的响应度，并说明为什么在1.55um处光电二极管比较灵敏。

五、分析题（请按要求写出必要的解题过程，本题共1题，共12分）

28、（本小题12分）

已知某光纤参数如下：,,纤芯折射率为。若干模的截止频率和若干模的截止频率如表1和表2。

表1 若干模的截止频率

表2 若干模的截止频率

试问：

（1） 当光波长分别为，，时，光纤中能传输哪些导波模？

（2） 从（1）中能看出波长与归一化频率、可传输的模式数量有何关系？可传输的模式数量与归一化频率的近似关系表达式是？

（3） 归一化频率的值一般还决定了包层传输的功率占总功率的比例，对于上例光波长为而言，若假设总功率为1000dBm，则包层传输的功率为多少？

2014-2015年度教学质量综合评估测验试卷

《光纤通信》试题

注：1、开课学院：通信与信息工程学院。 命题组：通信工程教研组·延锋

2、考试时间：90分钟。 试卷满分：100分。

3、请考生用黑色或蓝色中性笔作答，考试前提前带好必要物件（含计算器）。

4、所有答案请写于相应答题纸的相应位置上，考试结束后请将试卷与答题纸一并上交。

试题如下：

一、选择题（每小题仅有一个选项是符合题意要求的，共10小题，每小题2分，共20分）

1、以下哪种光纤是为了满足海底光缆长距离通信需求研制的？

A. G.651光纤 B. G.652光纤 C. G.653光纤 D. G.654光纤

2、多模光纤的芯径/包层直径或单模光纤的模场直径/包层直径的单位是

A．nm B．mm C．μm D．cm

3、外调制器的半波电压是指调制指数为以下哪个值时的调制电压？

A． B．2 C．3 D．4

4、当V→∞时，光纤中的光能

A. 大部分集中在纤芯，小部分在包层 B. 大部分集中在包层，小部分在纤芯

C. 都集中在纤芯中，包层中没有 D. 都集中在包层中，纤芯中没有

5、光发射机的消光比，一般要求小于或等于

A．5％ 　 B．10％ 　 C．15％ 　 D．20％

6、载流子在漂移的单位距离产生的电子—空穴对是指

A.电离率 B.响应度 C.响应光谱 D.暗电流

7、转换光路，实现光交换的重要器件是

A. 耦合器　　 B. 隔离器 C. 光衰减器　　D. 光开关

8、日前采用的LD的结构种类属于

A．F-P腔激光器（法布里—珀罗谐振腔）　　B．单异质结半导体激光器

C．同质结半导体激光器 　 D．双异质结半导体激光器

9、光孤子源主要有

A．掺铒光纤孤子激光器、信道频率激光器

B．掺铒光纤孤子激光器、窄纤谱半导体激光器

C．锁模半导体激光器、锁模半导体激光器

D．掺铒光纤孤子激光器、锁模半导体激光器

10、在SDH帧结构中， 以下哪项是用于传送网络运行、管理和维护的附加字节？

A. 容器 B. 信息净负荷 C. 支路单元 D. 段开销

二、填空题（本题共三部分，每部分6分，共18分）

（一）、基本概念及基本理论填空（每空1分，共4小题6小空，共6分）

11、 和量子效率都是描述光电检测器光电转换能力的一种物理量。

12、数字光接收机最主要的性能指标是灵敏度和 。

13、数字光纤传输系统的两种传输体制为准同步数字系列（PDH）和 。PDH有两种基础速率，一种是以1.544Mb/s为第一级基础速率；另一种是以 其 第一级基础速率。

14、光纤通信的光中继器主要是补偿衰减的光信号和对畸变失真信号进行整形等，它的类型主要有 　 　 和全光型光中继器。

15、线路编码之所以必要，主要是因为电端机输出的数字信号是适合电缆传输的双极性码，而光源不能发射负脉冲，所以要变换为适合于光纤传输的 。

（二）、基本运算能力填空（每小题3分，共2小题，共6分）

16、He-Ne激光器的中心频率 Hz，自发辐射谱线宽度为 Hz，若想获得单模输出，腔长最长不能超过 。

17、有10km长的多模阶跃折射光纤，如果其纤芯折射率为，则光纤带宽B< 。

（三）、名词解释填空（每小题2分，共3小题，共6分）

18、数值孔径： 。

19、光波模式： 。

21、 网络自愈： 。

三、简答画图题（本题共两部分，每部分15分，共30分）

（一）、按要求简答各题（每小题5分，共3小题，共15分）

21、简述光纤模拟通信系统中的预失真补偿原理。

22、简述数字光纤通信系统码型选择应满足的主要条件。

23、简述线性偏振模LPmn的m、n的物理意义。

（二）、按题要求画图或据图回答问题（共2小题，共15分）

24、请画出数字光接收机的方框图。（7分）

25、阅读下图，按要求完成各题。（8分）

（1）上图为 的构成方框图。

（2）上图中的 作用是防止反射光影响光放大器的工作稳定性。

（3）其中光耦合器（在上图中是）的作用是把信号光和泵浦光混合起来。

（4）其中的掺珥光纤：长约10-100m， Er3+浓度约为 。

（5）泵浦光源使得形成粒子数反转分布，光功率为10-100mW，工作波长为 。

四、综合解答题（请按各题题意解答，要求写出必要的解题思想与具体公式，本题共2小题，每小题10分，共20分）

26、（本小题10分）

已知阶跃型光纤的n1=1.5，△=0.5％，工作波长=1.31m光纤中的导模数量M=2。求：

(1) 光纤的数值孔径NA。

(2) 全反射临界角。

(3) 光纤的纤芯半径a。

27、（本小题10分）

一个GaAsPIN光电二极管平均每三个入射光子产生一个电子空穴对。假设所以的电子都被收集，那么

（1）计算该器件的量子效率；

（2）在波段接收功率是，计算平均是输出光电流；

（3）计算波长，当这个光电二极管超过此波长时将停止工作，即长波长截止点。

五、分析题（请按要求写出必要的解题过程，本题共1题，共12分）

28、（本小题12分）

一直有一个565Mb/s单模光纤传输系统，其系统总体要求如下：

（1）光纤通信系统的光纤损耗为0.1dB/km，有5个接头，平均每个接头损耗为0.2dB，光源的入纤功率为-3dBm，接收机灵敏度为-56dBm（BER=10-19）。

（2）光纤线路上的线路码型是5B6B，光纤的色散系数为2ps/（km.nm），光源光谱宽度为1.8nm。

求：最大中继距离是多少？

注：设计中选取色散（功率）代价为1dB，光连接器损耗为1dB（发送和接收端各一个），光纤富于度为0.1dB/km，设备富于度为5.5dB。

2007-2008年度教学质量综合评估测验试卷评卷答案：

一、 选择题（每小题仅有一个选项是符合题意要求的，共10小题，每小题2分，共20分）

1、C 2、C 3、C 4、C 5、B

6、 D 7、C 8、B 9、C 10、A

二、填空题（本题共三部分，每部分6分，共18分）

（一）、基本概念及基本理论填空（每空1分，共4小题6小空，共6分）

11、波导色散，模式色散

12、光纤的自聚焦

13、高功率泵浦源，掺铒光纤

14、管理单元指针

（二）、基本运算能力填空（每小题3分，共2小题，共6分）

15、

16、

（三）、名词解释填空（每小题2分，共3小题，共6分）

17、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。

18、插入比特码是将信码流中每m比特划为一组,然后在这一组的末尾一位之后插入一个比特码输出。

19、 啁啾是指产生光脉冲时引入的附加线性调频，即光脉冲的载频随时间变化。

三、简答画图题（本题共两部分，每部分15分，共30分）

（一）、按要求简答各题（每小题5分，共3小题，共15分）

20、产生激光的工作物质，能够产生激光的工作物质,也就是处于粒子数反转分布状态的工作物质,它是产生激光的必要条件；

能够使工作物质处于粒子数反转分布状态的激励源，使工作物质产生粒子数反转分布的外界激励源。物质在泵浦源的作用下,使粒子数从低能级跃迁到高能级,使得在这种情况下受激辐射大于受激吸收,从而有光的放大作用。这时的工作物质已被激活,成为激活物质或增益物质；

有能够完成频率选择及反馈作用的光学谐振腔。激活物质只能使光放大,只有把激活物置于光学谐振腔中,以提供必要的反馈及对光的频率和方向进行选择,才能获得连续的光放大和激光振荡输出。

21、响应度和量子效率都是描述这种器件光电转换能力的物理量。响应度R0 定义为:R0=IP·A/W·P0式中： IP：光电检测器的平均输出电流；P0：光电检测器的平均输入功率。

量子效率n定义为：n=（光生电子-空穴对数）/入射光字数。二者关系：R0=en/hf。这即是说，光电二极管的响应度和量子效率与入射光波频率有关。

22、采用WDM技术的原因是和它的优点分不开的，它有如下优点：

（1）充分利用了光纤的巨大带宽资源；

（2）同时传输多种不同类型的信号；

（3）实现单根光纤双向传输；

（4）多种应用形式；

（5）节约线路投资；

（6）降低器件的超高速要求。

采用EDFA技术的原因是和它的优点分不开的，它有如下优点：

（1）中继器的价格下降了；

（2）对传送的数据速率和调制格式透明，这样系统只需改变链路的终端设备就很容易升级到高的速率；

（3）可以同时放大多个波长信号， 使波分复用（WDM）的实现成为可能；

（4）提供了系统扩容的新途径， 无需增加光纤和工作的速率， 只需通过增加波长就可提高系统的容量；

（5）最关键的是系统的成本下降了。

（二）、按题要求画图或据图回答问题（共2小题，共15分）

23、

24、（1）半导体放大器

（2）法布里-珀罗，行波，高斯，反射面的反射系数

（3）法布里-珀罗，10，行波

（4）有源区的矩形性质和晶体结构

（5）正方形，串联或并联

四、综合解答题（请按各题题意解答，要求写出必要的解题思想与具体公式，本题共2小题，每小题10分，共20分）

25、（本小题10分）

解：由单模传输条件

（3分）

得 （2分）

由数值孔径的定义式有

（2分）

（1分）

则模式数为， （1分）

所以光纤中存在13个模式。 （1分）

26、（本小题10分）

解：衰减的影响

La=(PT-PR-2Ac-Pp-Me)/(Af+As+Mc)=(-2.5+37-2-1-5.5)/(0.4+0.1+0.1)=43.3(km)

色散的影响

LD=(ε×106)/(B×Δλ×D)=(0.115×106)/(677.99×2×2.5)=33.9km

由上述计算可以看出,中继段距离只能小于33.9km,对于大于33.9km的线段,可采取加接转站的方法解决。

五、 分析题（请按要求写出必要的解题过程，本题共1题，共12分）

27、（本小题12分）

解：（1）由方程可得：

，

而和模的归一化截止频率，显然，故不能传输波长为的和模。

（2）对于和模，其截止波长为

即入射光波长应小于时，才能传播。

2008-2009年度教学质量综合评估测验试卷评卷答案：

一、判断题（每小题所诉只有对错之分，请判断正误，共10小题，每小题2分，共20分）

1、

2、

3、

4、

5、

6、

7、

8、

9、

10、 原因：时分复用可分为比特交错OTDM和分组交错OTDM，这两种方式需要利用信号区分不同的复用数据或分组。

二、填空题（本题共三部分，每部分6分，共18分）

（一）、基本概念及基本理论填空（每空1分，共4小题6小空，共6分）

11、0＜V＜2.405

12、载流子，阈值电流

13、自发辐射，受激辐射

14、放大器的输入信噪比/放大器的输出信噪比

（二）、基本运算能力填空（每小题3分，共2小题，共6分）

15、

16、

（三）、名词解释填空（每小题2分，共3小题，共6分）

17、把输入信码流中每m比特码分为一组,然后变换为n比特(n＞m)输出。

18、纤芯的轴线的平面称为子午面,在子午面的光线称为子午射线。

20、 把激光的产生和调制分开，用独立的调制器调制激光器的输出光而实现的，这种调制称为光源的外(间接)调制。

三、简答画图题（本题共两部分，每部分15分，共30分）

（一）、按要求简答各题（每小题5分，共3小题，共15分）

20、从形成色散的机理来看，光纤色散可以分为模式色散、材料色散和波导色散三种，光纤色散使光脉冲在传输过程中波形展宽，产生码间干扰，增加误码率，从而限制通信容量和无中继传输距离。

21、在光放大器包括半导体光放大器、光纤放大器（由可分为非线性光纤放大器和掺杂光纤放大器）。

EDFA优点：高增益、宽带宽、低噪声及放大波长正好是在光纤的最低损耗窗口等。

22、集成阵列波导光栅由输入／输出波导、星型波导和阵列波导三部分组成。输入、星型波导与阵列波导组成一个相位控制器，使得到达衍射光栅的光波相位与光的输入端口和光波长有关。与阵列波导输出端面相连的星型波导的输入端面充当衍射光栅的作用。每个阵列中的波导正对中心的输入／输出波导，端面展开以减小耦合损耗，阵列波导数要保证所有衍射光能被收集。这样从输入波导进来的光就能被无畸变(或畸变小)传输到输出波导。波导阵列中相邻波导间的长度差为常数，对入射光的相位周期性地调制。

（二）、按题要求画图或据图回答问题（共2小题，共15分）

23、

掺铒光纤

输入 输出

光信号 光信号

熔接点

24、（1）直接强度调制

（2）动态围

（3）已产生畸变(失真)，码间干扰

（4）判决电路，时钟提取电路，码元时钟，实现收发同步

四、综合解答题（请按各题题意解答，要求写出必要的解题思想与具体公式，本题共2小题，每小题10分，共20分）

25、（本小题10分）

26、（本小题10分）

解：（1）根据损耗系数定义

得到发送端的功率至少为

（2）如果光纤的损耗变为，则所需的输入光功率为

五、分析题（请按要求写出必要的解题过程，本题共1题，共12分）

27、（本小题12分）

解：（1）我们先求出上述波长对应的归一化频率V，然后将它们与前述各种模式归一化截止频率相比较，凡是满足条件的模式都可以在光纤中传输。

因为，所以有：

当时，，此时光纤中只能传输导波模。

当时，，此时光纤中只能传输导波模。

当时，，此时光纤中只能传输导波模。

故光纤中能传输的导波模有。

（2）从（1）中可以看出，波长越短，归一化频率越高，可传输的模式数量就越多，可传输的模式数量与归一化频率的近似关系表达式是

2009-2010年度教学质量综合评估测验试卷评卷答案：

一、选择题（每小题仅有一个选项是符合题意要求的，共10小题，每小题2分，共20分）

1、 B 2、B 3、A 4、B 5、B

6、C 7、C 8、C 9、D 10、D

二、填空题（本题共三部分，每部分6分，共18分）

（一）、基本概念及基本理论填空（每空1分，共4小题6小空，共6分）

11、铌酸锂（LiNbO3）

12、衰减

13、粒子性，波动方程分析法

14、温度补偿

15、振荡

（二）、基本运算能力填空（每小题3分，共2小题，共6分）

16、

17、

（三）、名词解释填空（每小题2分，共3小题，共6分）

18、保证调制制度不变的情况下，光功率下降到低频率值的一半时（3dB）的频率围。

19、PIN结构中，和N型半导体材料之间插入的一层参杂浓度很低的半导体材料，记为I，称为本征区。

20、用来反映光检测器对瞬变或高速调制光信号响应能力的参数。

三、简答画图题（本题共两部分，每部分15分，共30分）

（一）、按要求简答各题（每小题5分，共3小题，共15分）

21、主要有四种：自相位调制、交叉相位调制、四波混频和受激散射。

22、直接调制是用电信号直接调制光源器件的偏置电流，使光源发出的光功率随信号而变化。光源直接调制的优点是简单、经济、容易实现，但调制速率受载流子寿命及高速率下的性能退化的限制。光纤通信中光源多采用直接调制方式。

间接调制一般是基于电光、磁光、声光效应，让光源输出的连续光载波通过光调制器，电信号通过调制器实现对光载波的调制。间接调制方式需要调制器，结构复杂，但可获得优良的调制性能，特别适合高速率光通信系统。

23、引入智能特性，可以将光网络带来的好处归结如下：

实现灵活的Mesh（网状）组网，提高带宽利用率，增强网络生存性。

网络拓扑自动发现。

简化网络结构。

提供增值业务，使传统传输网向业务网演进。

缩短业务时间，实现带宽动态申请和释放。

最终实现不同网络之间的互连和互通。

（二）、按题要求画图或据图回答问题（共2小题，共15分）

24、

25、（1）掺铒光纤放大器

（2）亚稳态，激发态

（3）当泵浦(Pump, 抽运)光的光子能量等于能级3和能级1的能量差时，铒离子吸收泵浦光从基态跃迁到激发态(1→3)。

但是激发态是不稳定的，Er3+很快返回到能级2（无辐射跃迁）。

如果输入的信号光的光子能量等于能级2和能级1的能量差，则处于能级2的Er3+将跃迁到基态(2→1)，产生受激辐射光，因而信号光得到放大。

（4）泵浦光，泵浦光

四、综合解答题（请按各题题意解答，要求写出必要的解题思想与具体公式，本题共3小题，共22分）

26、（本小题8分）

解： 时的响应度为；

时的响应度为。

因为响应度正比于波长，故在处光电二极管比处灵敏。

27、（本小题8分）

解：（1）由，得到纤芯直径为

（2）当，有

得到模的个数为

28、（本小题6分）

解：信号的周期为

信号在纤芯中传输的速度为

由于信号延迟半个脉冲周期，则光纤的长度为

五、分析题（请按要求写出必要的解题过程，本题共1题，共10分）

29、（本小题10分）

解：(1) 由于归一化频率

(2)传播的模式总数

(3)该光纤的数值孔径:

(4)该光纤单模工作的波长:

(μm)

2010-2011年度教学质量综合评估测验试卷评卷答案：

一、判断题（每小题所诉只有对错之分，请判断正误，共10小题，每小题2分，共20分）

1、 原因：自发辐射光是一种相干荧光，即是单一频率、相位和偏振方向相同的光。

2、 原因：再生中继放大器可产生表示原有信息的新信号，消除脉冲信号传输后的展宽，将脉冲调整到原来的水平，从这个意义上讲，光放大器不能代替再生放大器，光放大器存在着噪声积累，而且不能消除色散对脉冲展宽的缺点。

3、 原因：最大接收角越大，即纤芯与包层的折射率之差越大，光纤捕捉光线的能力越强。

4、

5、 原因：自脉冲现象是某些激光器在某些注入电流下发生的一种持续振荡实际工作中常遇到这种器件，必须更换。

6、 原因：假设光检测器具有理想特性，则其量子效应为1，且无热噪声，无暗电流。

7、 原因：光放大器是基于受激辐射或受激散射原理来实现对微弱入射光进行光放大的，其机制与激光器类似。

8、 原因：LED不适合作为WDM系统的光源。因为： LED所产生的光不是单波长的光，谱线很宽，约50~100nm； LED的输出功率比激光器低的多； LED的最高调制效率约为几百Mb/s。

9、 原因：大家每天使用的与本地交换局间的连接属于星形网络结构。

10、 原因：根据理论分析，只有当输出的光脉冲为严格地双曲正割脉冲，且满足一定条件时，光孤子才能稳定地传输。

二、填空题（本题共三部分，每部分6分，共18分）

（一）、基本概念及基本理论填空（每空1分，共4小题6小空，共6分）

11、吸收损耗，弯曲损耗，波导色散

12、在传播的过程中不固定在一个平面。

13、插入码

14、光功率

（二）、基本运算能力填空（每小题3分，共2小题，共6分）

15、，注意填写单位。

16、 注意填写时加单位。

（三）、名词解释填空（每小题2分，共3小题，共6分）

17、在保证一定误码率的条件下,光接收机所需接收的最小光功率。

18、散射损耗通常是由于光纤材料密度的微观变化，以及所含SiO2 、GeO2 和P2O5 等成分的浓度不均匀，使得光纤中出现一些折射率分布不均匀的局部区域，从而引起光的散射，将一部分光功率散射到光纤外部引起损耗。

21、 将多个通道的低速率数字信息以时间分割的方式插入到同一个物理信道(光纤)中,复用之后的数字信息成为高速率的数字流。

三、简答画图题（本题共两部分，每部分15分，共30分）

（一）、按要求简答各题（每小题5分，共3小题，共15分）

20、答：当激光器光学谐振腔中的工作物质在泵浦源的作用下变成增益物质后有了放大作用。被放大的光在谐振腔的两个互相平行的反射镜面间来回反射，进一步得到放大。但在这一过程中也要消耗一部分光能（腔损耗和反射镜损耗）。当放大足以抵消损耗时，激光器就形成激光振荡

21、在二极管的P-N结上加上高反向电压形成的，此时在结区形成一个强电场，在高场区光生载流子被强电场加速，获得高的动能，与晶格的原子发生碰撞，使价带的电子得到能量，越过禁带到导带，产生新的电子-空穴对，新产生的电子-空穴对在强电场中又被加速，再次碰撞，又激发出新的电子-空穴对…如此下去，像雪崩一样的发展，从而使光电流在管子部即获得了倍增。

22、OCDMA相对WDM和OTDM有以下不可比拟的优点：

OCDMA通过不同的码字来区分不同用户信息，不需要WDM所要求的波长控制和波长转换，这样地址分配灵活，用户可以随机接入。

性好，安全性高。

OCDMA可以利用任何现有的光纤与WDM技术结合使用。

可异步接入性。

可根据不同的业务要求，提供不同的QoS的服务。

O CDMA可传送任何数字信号，包括SONET、ATM、及DS-1和DS=3信号。它是一项协议独立的技术，可与现有任何新老设备兼容。

（二）、按题要求画图或据图回答问题（共2小题，共15分）

23、课堂上及习题本上已要求练习多遍，不再详解。

24、（1）掺铒光纤，铒离子

（2）相互作用的效率，氟元素，MFD(模场直径)

（3）1480；噪声低，泵浦效率高，功率高达数百毫瓦

（4）同向泵浦，反向泵浦

（5）无关

四、综合解答题（请按各题题意解答，要求写出必要的解题思想与具体公式，本题共2小题，每小题10分，共20分）

25、（本小题8分）

解：(1) 由PT = Pmin + Lα + Lα1 + M

Pmin = PT－L(α + α1)－M =-1-70×(0.35+0.05)-6=-35 dBm

(2) 动态围D=Pmax－Pmin

D=-10-(-35)=25 dB

26、（本小题6分）

解：

=

27、（本小题8分）

解：（1）由方程可得：

，

而和模的归一化截止频率，显然，故不能传输波长为的和模。

（2）对于和模，其截止波长为

即入射光波长应小于时，才能传播。

五、分析题（请按要求写出必要的解题过程，本题共1题，共12分）

28、（本小题10分）

解：已知

1) 因非全反射导致的等效损耗系数

(mm-1)

2)由 q=1,2,3….

(Hz)

波长间隔 (m)

3）由 1374

2011-2012年度教学质量综合评估测验试卷评卷答案：

一、判断题（每小题所诉只有对错之分，请判断正误，共10小题，每小题2分，共20分）

1、 原因：光在光纤中传输的工作波长由载波频率决定。

2、

3、 原因：导波模是指电磁场在纤芯中按简谐函数变化，在包层中按指数规律衰减的模式。辐射模是指电磁波能量在向z轴方向传播的同时又在包层中形成径向的辐射。

4、

5、 原因：数字光纤传输系统中常采用的码型是5B6B和插入码。

6、

7、 原因：滤波器属无源器件，但严格意义上讲，可调谐滤波器属有源器件。

8、

9、 原因：SDH在北美以外的其他国家和地区常常采用。

10、

二、填空题（本题共三部分，每部分6分，共18分）

（一）、基本概念及基本理论填空（每空1分，共4小题6小空，共6分）

11、1530—1565

12、，

13、负色散，正色散

14、相干光通信

（二）、基本运算能力填空（每小题3分，共2小题，共6分）

15、，注意填写单位。

16、

（三）、名词解释填空（每小题2分，共3小题，共6分）

17、由引起的衰减。

18、经光纤长距离传输后，其幅度和宽度都保持不变的超短脉冲。

22、 是指将两种或多种各自携带有大量信息的不同波长的光载波信号，在发射端经复用器汇合，并将其耦合到同一根光纤中进行传输，在接收端通过解复用器对各种波长的光载波信号进行分离，然后由光接收机做进一步的处理，使原始信号复原。

三、简答画图题（本题共两部分，每部分15分，共30分）

（一）、按要求简答各题（每小题5分，共3小题，共15分）

20、阈值增益为

其中是介质的损耗系数，分别是谐振腔反射镜的反射系数。当激光器的增益时，才能有激光放出。

21、EDFA的三种泵浦形式：同向泵浦、反向泵浦和双向泵浦。同向泵浦：信号光和泵浦光经WDM复用器合在一起同向输入到掺铒光纤中，在掺铒光纤中同向传输；反向泵浦：信号光和泵浦在掺铒光纤中反向传输；双向泵浦：在掺铒光纤的两端各有泵浦光相向输入到掺铒光纤中。

22、PDH逐级复用造成上下路复杂而不灵活；预留开销很少，不利于网络运行、管理和维护；T系列和E系列的帧结构和线路码特性不同，难以兼容，转换比较复杂；点对点传输基础上的复用结构缺乏组网的灵活性，难以组建具有自愈能力的环形网等。

与PDH相比，SDH有以下特点：有统一的标准传输速率等级；有国际标准化的网络节点接口；具有一次完成同步复用的功能；具有强大的网络管理功能。

（二）、按题要求画图或据图回答问题（共2小题，共15分）

23、

24、（1）受激辐射

（2）高能带上的电子密度要大于低能带上的电子密度，正向电流，光子谐振腔，单色性和方向性

（3）

高能带

hv

hv

四、综合解答题（请按各题题意解答，要求写出必要的解题思想与具体公式，本题共2小题，每小题10分，共20分）

25、（本小题10分）

解：阶跃光纤纤芯和包层的相对折射率差为

光纤的数值孔径为

26、（本小题10分）

解：（1）纤芯和包层的相对折射率差为

则得到 接收端最快和最慢的模式之间的时延差

（2）模式色散导致的均方根脉冲展宽实际上就等于最快和最慢的模式之间的时延差

（3）光纤的带宽距离积

五、分析题（请按要求写出必要的解题过程，本题共1题，共12分）

27、（本小题12分）

解：由单模传输条件

（3分）

得 （2分）

由数值孔径的定义式有

（2分）

（1分）

则模式数为， （1分）

所以光纤中存在13个模式。 （1分）

2012-2013年度教学质量综合评估测验试卷评卷答案：

一、选择题（每小题仅有一个选项是符合题意要求的，共10小题，每小题2分，共20分）

1、A 2、A 3、A 4、C 5、A

7、 D 7、D 8、B 9、D 10、D

二、填空题（本题共三部分，每部分6分，共18分）

（一）、基本概念及基本理论填空（每空1分，共4小题6小空，共6分）

11、1.31μm，1.55μm 12、中继放大器 13、色散

14、同步传送模块，155.520

（二）、基本运算能力填空（每小题3分，共2小题，共6分）

15、

16、 该处必须注意单位的单位是dBm

（三）、名词解释填空（每小题2分，共3小题，共6分）

17、在外界能量作用下,处于低能级的粒子将不断地被激发到高能级上去,从而使高能级上的粒子数大于低能级上的粒子数,这种分布状态称为粒子数的反转分布。

18、表示光纤捕捉光射线能力的物理量,用NA表示:,是光纤能捕捉的射线的最大入射角。

23、 啁啾是指产生光脉冲时引入的附加线性调频，即光脉冲的载频随时间变化。

三、简答画图题（本题共两部分，每部分15分，共30分）

（一）、按要求简答各题（每小题5分，共3小题，共15分）

20、激光工作物质：需要有合适的工作物质,具有合适的能级分布,可以产生合适波长的光辐射；激励：需要可以实现工作物质粒子数反转分布的激励能源——泵浦源；光学谐振腔：需要可以进行方向和频率选择的光学谐振腔。

21、材料的吸收损耗,包括紫外吸收、红外吸收和杂质吸收等,是材料本身所固有的,是一种本征吸收损耗。光纤的散射损耗,主要有瑞利散射损耗、波导散射损耗和散射损耗。辐射损耗,当理想的圆柱形光纤受到某种外力的作用时,会产生一定曲率半径的弯曲,导致能量泄漏到包层造成损耗。

22、在掺铒光纤中，铒离子(Er3+)有三个能级：能级1代表基态，能量最低，能级2是亚稳态，处于中间能级，能级3代表激发态，能量最高，当泵浦光的光子能量等于能级3和能级1的能量差时，铒离子吸收泵浦光从基态跃迁到激发态(1→3)。但是激发态是不稳定的，Er3+很快返回到能级2。如果输入的信号光的光子能量等于能级2和能级1的能量差，则处于能级2的Er3+将跃迁到基态(2→1)，产生受激辐射光，因而信号光得到放大。这种放大是由于泵浦光的能量转换为信号光的结果。为提高放大器增益，应提高对泵浦光的吸收，使基态铒离子尽可能跃迁到激发态。

（二）、按题要求画图或据图回答问题（共2小题，共15分）

23、 P P

O I O I

半导体激光器的P-I特性曲线 边发光二极管的P-I特性曲线

24、（1）为了获得较为平坦的增益特性，增大EDFA的带宽。

（2）

掺 滤 放

铒 波 大

光 器 器

纤 特 增

增 性 益

益

O O O

波长 波长 波长

图（a） 图（b） 图（c）

四、综合解答题（请按各题题意解答，要求写出必要的解题思想与具体公式，本题共2小题，每小题10分，共20分）

25、（本小题10分）

解：（1）光纤长度单位和光速单位分别是km和km/s，则

(2)输入光脉冲的宽度T与模式色散产生的展宽相比可以忽略不计，则最大比特率为

26、（本小题10分）

本题是考前直接练习多次的原题，不再给讲解！！！

五、分析题（请按要求写出必要的解题过程，本题共1题，共12分）

27、（本小题12分）

解：（1）带宽与比特率的关系，从而得：

（2）由表可知，62.5/125光纤工作于850nm时的带宽距离积为160MHz·km，由于链路长度是2000m，故模式带宽（光电宽）为

，

转换成电带宽

则

（3）由色度色散计算公式和，可得

,故有

(4)有以上得

故系统实际上升时间

其中，光设备的上升时间为8ns是已知条件。

（5）由于系统实际上升时间小于系统所要求的上升时间，故光纤的选择满足系统设计的要求。

（6）如果光纤的带宽不能满足要求，可以将波长换为1300nm或采用LD光源。

2013-2014年度教学质量综合评估测验试卷评卷答案：

一、选择题（每小题仅有一个选项是符合题意要求的，共10小题，每小题2分，共20分）

1、C 2、C 3、A 4、C 5、A

6、A 7、D 8、B 9、D 10、D

二、填空题（本题共三部分，每部分6分，共18分）

（一）、基本概念及基本理论填空（每空1分，共4小题6小空，共6分）

11、载波频率很高

12、声光

13、光的波长要远小于光线尺寸

14、光学谐振腔，阈值条件

15、系统噪声

（二）、基本运算能力填空（每小题3分，共2小题，共6分）

16、，注意单位！

17、

（三）、名词解释填空（每小题2分，共3小题，共6分）

18、分别代表逻辑1和逻辑0的最大功率与最小功率之比，通常以dB为单位衡量，它是数字传输时光源的一项重要参数。

19、是指在PIN规定的反向电压或者APDDE 90%击穿电压时，在无入射光情况下器件部的反向电流。

20、就是在电信号到来时，光信号相对于电信号的时间延迟。

三、简答画图题（本题共两部分，每部分15分，共30分）

（一）、按要求简答各题（每小题5分，共3小题，共15分）

21、答：光波分复用技术的基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来（复用）并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光信号分开（解复用），并作进一步处理，恢复出原始信号送入不同终端。

22、为了获得EDFA较为平坦的增益特性，增大EDFA的带宽，常采用的两种方法是采用新型宽谱带掺杂光纤，如在纤芯中再加入铝离子；在掺铒光纤链路上放置均衡滤波器。

23、调谐速度很慢，大约在ms量级。

（二）、按题要求画图或据图回答问题（共2小题，共15分）

24、

P

超辐射发光二极管

面发光二极管

边发光二极管

O I

发光二极管的P-I特性曲线

25、（1）直接调制方式下，带宽受半导体光源的震荡频率限制和光源啁秋效应的存在。

（2）直流，啁秋

（3）宽的调制带宽，插入损耗，高消光比。

四、综合解答题（请按各题题意解答，要求写出必要的解题思想与具体公式，本题共2小题，每小题10分，共20分）

26、（本小题10分）

解：（1）临界入射角。

（2）==。

（3）

(4)

(5)数值孔径NA在实际计算时还有另外的计算公式为：

则：。

一般而言，相对折射率差大一些，光纤与光源之间的耦合效率就高一些，但是要过大的话，色散影响就越严重，实际光纤总有。

27、 （本小题10分）

（1）

（2）响应度R定义为光生电流与输入光功率之比，即

因为入射光功率对应于单位时间平均入射的光子数而入射光子以量子效率部分被吸收，并在外电路中产生光电流，则有响应度

波长为1.3um时，(A/W)_

波长为1.55um时，(A/W)

由上式可知，在量子效率一定时，响应度与波长成正比。所以由PIN在1.55um处的灵敏度高于在1.3um处。

五、分析题（请按要求写出必要的解题过程，本题共1题，共12分）

28、（本小题12分）

解：（1）我们先求出上述波长对应的归一化频率V，然后将它们与前述各种模式归一化截止频率相比较，凡是满足条件的模式都可以在光纤中传输。

因为，所以有：

当时，，此时光纤中只能传输导波模。

当时，

，

此时光纤中只能传输导波模。

当时，

，

此时光纤中只能传输导波模。

故光纤中能传输的导波模有。

（2）从（1）中可以看出，波长越短，归一化频率越高，可传输的模式数量就越多，可传输的模式数量与归一化频率的近似关系表达式是

(3) 归一化频率的值一般还决定了包层传输的功率占总功率的比例,即，对于光波长为而言，，总功率为1000dBm，则包层传输的功率为

2014-2015年度教学质量综合评估测验试卷评卷答案：

一、选择题（每小题仅有一个选项是符合题意要求的，共10小题，每小题2分，共20分）

2、 D 2、C 3、A 4、C 5、B

6、A 7、D 8、D 9、D 10、D

二、填空题（本题共三部分，每部分6分，共18分）

（一）、基本概念及基本理论填空（每空1分，共4小题6小空，共6分）

11、响应度

12、动态围

13、同步数字系列（SDH），2.048Mb/s

14、光电型光中继器

15、单极性码

（二）、基本运算能力填空（每小题3分，共2小题，共6分）

16、0.5m，注意单位！

17、

（三）、名词解释填空（每小题2分，共3小题，共6分）

18、光纤的数值孔径是表示光纤捕获光射线能力的物理量。

19、光波模式是指能够独立存在的电磁场的结构形式。

20、网络自愈是指在无需人为干预，网络在极短时间从失效故障状态自动恢复传输所携的业务。

三、简答画图题（本题共两部分，每部分15分，共30分）

（一）、按要求简答各题（每小题5分，共3小题，共15分）

21、在光纤模拟通信系统中，由于光源P-I曲线非线性导致输出光信号出现失真。

为了对这种失真进行补偿，在系统中加入预失真电路，它使调制信号预先产生一个与该失真特性相反的失真，从而补偿P-I曲线非线性的影响。

22、码型选择应满足的主要条件为应避免出现长连“0”或长连“1”，能进行不中断业务的误码监测，尽量减少码流中直流分量的起伏。

23、它们表示相应模式的光纤截面上的分布规律，m表示沿圆周方向光场出现最大值的对数，而n表示沿半径方向光场的最大值的个数。

（二）、按题要求画图或据图回答问题（共2小题，共15分）

24、

25、（1）掺铒光纤放大器

（2）光隔离器

（3）波分复用器

（4）25mg/kg

（5）980nm

四、综合解答题（请按各题题意解答，要求写出必要的解题思想与具体公式，本题共2小题，每小题10分，共20分）

26、（本小题10分）

解：(1) （2分）

(2) （1分）

， （2分）

(3)（2分）

（3分）

28、 （本小题10分）

解：（1）量子效率为

（2）由量子效率得到

（3）GaAsPIN的禁带宽度为，则截止波长为

六、 分析题（请按要求写出必要的解题过程，本题共1题，共12分）

28、（本小题12分）

解：（1）把，，，，，，代入

其中右边分子上的1是指色散（功率）代价。于是可通过计算得到损耗限制的最大中继距离。

（2）受色散限制的最大传输距离为

由于是单模光纤，所以，，，分子上的是为了和分母的的单位相匹配，的单位一定要用Mb/s。代入数据就可以求出的值来。其中。

求出受色散限制的最大传输距离，然后与损耗限制的最大中继距离相比，取最小值，就是最大中继距离。

光纤通信试卷题与答案