光纖通信的習(xí)題.doc
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北京郵電大學(xué)高等函授教育、遠(yuǎn)程教育 《光纖通信技術(shù)》綜合練習(xí)題及答案 適用于高等函授教育: 光纖通信、移動(dòng)通信、計(jì)算機(jī)通信專業(yè) (專科) 四年級 通信工程專業(yè) (高起本) 五年級 適用于遠(yuǎn)程教育: 通信工程專業(yè) (??疲?四年級 通信工程專業(yè) (高起本) 五年級 第一部分 習(xí)題 注:帶*的為《光纖通信原理》的階段作業(yè)題 一、 填空題: 1. 矢量是指即有 又有 的量。 2.所謂場是指 在空間或一部分空間中的分布。 3.梯度既有大小又有方向,是一 。 4.積分形式的麥克斯韋方程為 。 5.變化電場和變化磁場的相互激發(fā),從而形成了 的傳播。 6.相位常數(shù)是 。 7. 光的全反射是指 的全反射,此時(shí)折射波是 。 8. 導(dǎo)波是指 。 波導(dǎo)是指 / 9. 光纖是 。 10.所謂光纖通信是 的一種通信方式。 11.光纖通信是以 作為傳輸信號,是以 作為傳輸線路。 12.在光纖通信中起主導(dǎo)作用的是 和 。 * 13.光纖通信的主要優(yōu)點(diǎn)是 、 、 、 、 、 。 14.在光纖中,纖芯是由 稍高的 構(gòu)成,它的作用是 。 15.目前實(shí)用的光纖通信系統(tǒng)普遍采用的是 的光纖通信系統(tǒng)。 16.強(qiáng)度調(diào)制直接檢波光纖數(shù)字通信系統(tǒng)是由 、 、 、 、 、 構(gòu)成的。 * 17.目前在光纖通信系統(tǒng)中采用的調(diào)制方式是 。 *18.目前,實(shí)用光纖的三個(gè)低損耗窗口在 、 、 附近,色散位移單模光纖是在 處,實(shí)現(xiàn) 和 . * 19.光波在均勻介質(zhì)里,沿 傳播,當(dāng)光射線遇到兩種介質(zhì)交界面時(shí),將產(chǎn)生 或 。 20.均勻光纖的導(dǎo)光原理為 ,它的數(shù)值孔徑表示了 ,定義式為 ,也可表示為 。 21. 均勻光纖的光路長度的表示式為 ,對于長度和折射率確定的光纖來說,光路長度隨著 的變化而變化,從而不同光線經(jīng)過光纖的 不同,從而引起 。 22. 采用非均勻光纖的目的是為了 ,這樣會(huì)在光纖中近似產(chǎn)生 現(xiàn)象,這需要纖芯折射率服從 分布。 23. 在非均勻光纖中, 處的折射率最大,因而此處的 達(dá)到最大值,即表示該點(diǎn)捕捉光線的能力最 。 24. 光纖中產(chǎn)生衰減的主要原因是 和 。 25. 色散系數(shù)的定義式為 。 26. 所謂模場是指 ,模場直徑是描述 。 27.松套光纖的優(yōu)點(diǎn)是耐 好,防 強(qiáng),成纜時(shí),光纖 。 28.緊套光纖的緩沖層是為了 而設(shè)置的,但是它的抗 差。 *29.單模光纖的色散包括 色散和 色散,此外,系統(tǒng)所使用的光源與光纖色散相互作用,給系統(tǒng)引進(jìn)了的干擾和噪聲主要有三種,即 、 和 。 30.一般光纖分為單模光纖和多模光纖,單模光纖的芯徑為 ,存在 色散和 色散,傳輸?shù)幕J? 。 31.在單模光纖中所存在的基模是 ,它的歸一化截止頻率為 ,單模傳輸條件是 。 32.多模光纖的芯徑為 ,存在 色散、 色散和 色散。 *33.按照纖芯折射率分布的不同,光纖可分為 、 ,按照傳輸模式的多少來分,可分為 、 。 * 34.階躍型光纖的相對折射指數(shù)差的表達(dá)式為 。 35. 光纖的數(shù)值孔徑是 的物理量。 36. 在非均勻光纖中,其集光能力是用 數(shù)值孔徑表示,定義式為 。 37.頻域中以半功率點(diǎn)來確定光纖的帶寬,即為光纖 。 *38.所謂線極化波是指 ,以 表示。 39.在弱波導(dǎo)光纖中,光射線幾乎與 平行,因此,弱波導(dǎo)光纖中的和分布是一種 。 *40.導(dǎo)波的徑向歸一化相位常數(shù)U是表明 ,而波導(dǎo)的徑向歸一化衰減常數(shù)W是表明 。 41.漸變型光纖中,纖芯折射率是 ,包層折射率是 。 *42.漸變型光纖的本地?cái)?shù)值孔徑的定義為 . 43.漸變型光纖子午線的軌跡方程是 . *44.平方律型折射指數(shù)分布光纖的折射指數(shù)表示式為 . 45.單模光纖是 .在階躍型單模光纖中,只傳輸 模. *46.單模光纖的雙折射是指 . 47.光纖色散的概念是 . 48.多縱模激光器在高速調(diào)制下的輸出譜線呈 譜線,各譜線功率總合 ,但每根譜線的功率 ,即各譜線的 。 49.在采用多縱模激光器的光纖通信系統(tǒng)中,激光器的譜線特性和 相互作用,產(chǎn)生了一種叫 的現(xiàn)象,它限制了 和 。 50.一條光纜,一般由 、 和 構(gòu)成。常用的光纜結(jié)構(gòu)有 結(jié)構(gòu)、 結(jié)構(gòu)、 結(jié)構(gòu)和 結(jié)構(gòu)。 51.在研究光和物質(zhì)相互作用時(shí),愛因斯坦指出存在三種不同的基本過程: 、 、 。 52.在熱平衡條件下,一個(gè)電子占據(jù)一個(gè)能級的幾率為 53.激活物質(zhì)是指 。 54. 叫縱模。 55.諧振腔的諧振條件是 。 56.光纖通信中半導(dǎo)體光源的主要作用是 ,常用的種類有 和 。 57.發(fā)光二極管與激光器在結(jié)構(gòu)上的根本區(qū)別是 ,它所發(fā)的光是 。 58.光發(fā)送機(jī)的消光比是 ,它將使光纖系統(tǒng)產(chǎn)生 ,使接收靈敏度 。 59.光電檢測器在光纖通信系統(tǒng)中的作用是 ,常采用的半導(dǎo)體光電檢測器為 、 。 60.光接收靈敏度的定義是 。 61.比特率即 ,定義為 。 62.暗電流是指 。 63.光電檢測器引入的噪聲有 、 、 。 64.響應(yīng)度R0和η之間的關(guān)系式為 。 65.APD管是在二極管P-N結(jié)上加 。 66.判決器和時(shí)鐘恢復(fù)電路和起來構(gòu)成 。 67.監(jiān)控系統(tǒng)是指 、 、 的總稱。 68.光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)的誤碼性能用 來描述, 定義為 。 69.光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)的抖動(dòng)定義是 ,抖動(dòng)的程度目前大多用 來表示,其符號為 。 70.抖動(dòng)容限的定義是 。 71.并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度 每個(gè)元件的可靠度,而且并聯(lián)的元件越多,系統(tǒng)的可靠性越 。 72.摻餌光纖放大器的工作波長范圍在 ,與光纖的 窗口一致。 二、 畫圖題: 1.畫出光纖通信系統(tǒng)組成方框圖。 2.畫出松套光纖結(jié)構(gòu)示意圖。 3.畫出緊套光纖結(jié)構(gòu)示意圖。 4.畫出層絞式光纜結(jié)構(gòu)示意圖。 5.畫出骨架式光纜結(jié)構(gòu)示意圖。 6.畫出帶狀式光纜結(jié)構(gòu)示意圖。 *7.畫出數(shù)字光纖通信光發(fā)射端機(jī)的方框圖,并簡述各部分主要作用。 *8.畫出數(shù)字光纖通信光接收端機(jī)的方框圖,并簡述各部分主要作用。 *9.畫出數(shù)字光纖通信光中繼器的方框圖,并簡述各部分主要作用。 10.畫出光接收機(jī)中脈沖再生電路原理方框圖,并簡述各部分主要作用。 11.試畫出PIN光電二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。 12.試畫出APD雪崩光電二極管的結(jié)構(gòu)示意圖 13.請畫出外加正偏壓后P-N結(jié)形成的能帶分布。 14.請畫出激光器輸出特性曲線,并標(biāo)明激光區(qū)。 15.請畫出用LED管進(jìn)行模擬信號內(nèi)調(diào)制原理圖。 16.請畫出用LD管進(jìn)行數(shù)字信號內(nèi)調(diào)制原理圖。 三、 問答題: *1.什么是弱導(dǎo)波光纖?為什么標(biāo)量近似解法只適用于弱導(dǎo)波光纖? 2. 請簡述階躍型折射率分布光纖和梯度型折射率分布光纖的不同導(dǎo)光原理。 *3.試證明:階躍型光纖的數(shù)值孔徑為什么等于最大射入角的正弦? 4.數(shù)值孔徑的定義是什么?請用公式推導(dǎo)出其計(jì)算式: 5. 光纖色散有哪幾種?它們分別與哪些因素有關(guān)? *6.為什么說采用漸變型光纖可以減少光纖中的模式色散? *7.如何解釋光纖中的模式色散、材料色散及波導(dǎo)色散? *8.光與物質(zhì)間的作用有哪三種基本過程?說明各具有什么特點(diǎn)? 9.什么是激光器的閾值條件? 10.簡述半導(dǎo)體的光電效應(yīng)? 11.光纖通信系統(tǒng)都有哪些噪聲? 12.請寫出費(fèi)米分布函數(shù)的表達(dá)式,并說明式中各符號的含義。 13.什么是量子噪聲?形成這一噪聲的物理原因是什么? 14.什么是模分配噪聲?它是如何產(chǎn)生的? 15.請寫出誤碼率的三種性能分類及定義。 16. 什么是接收靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍,它們之間的表示式是什么? 17.什么是碼間干擾?其產(chǎn)生的原因是什么? 18.什么是可靠性?什么是可靠度?它們之間的區(qū)別是什么? 19.請用公式推導(dǎo)出串聯(lián)系統(tǒng)總的故障率等于各部件故障率之和。 20.抖動(dòng)容限的指標(biāo)有幾種?并說明其含義? 21.光波分復(fù)用通信技術(shù)的特點(diǎn)有哪些? 四、 計(jì)算題 1. 在空氣中行進(jìn)的光入射到一個(gè)玻璃板上,入射光線與玻璃表面之間的夾角為35角,此時(shí)發(fā)生折射,且折射光線與反射光線彼此成90角,問這種玻璃的折射率是多大?對這種玻璃來說,臨界角是多大? *2.弱導(dǎo)波階躍型光纖芯子和包層的折射指數(shù)分別為n1=1.5, n2=1.48, 試計(jì)算:光纖的數(shù)值孔徑。 3.上題中,若纖芯半徑a=6μm, λ0=1μm, 試計(jì)算光纖中傳輸?shù)哪?shù)量。 4.階躍型光纖,若n1=1.5, λ0=1μm, 若Δ=0.018, 當(dāng)保證單模傳輸時(shí),光纖芯徑取多大? 5.已知階躍光纖的n1=1.62,n2=1.52, 試計(jì)算: (1) 相對折射率Δ (2)數(shù)值孔徑 6.已知階躍型光纖的n1=1.5,Δ=0.01,芯子半徑a=10μm,波長λ0=1.5μm, 試計(jì)算: (1)數(shù)值孔徑NA (2)歸一化頻率 (3)入射光線的激勵(lì)角范圍 7. 已知均勻光纖的n1=1.51,Δ=0.01,工作波長λ0=0.85μm, 當(dāng)纖芯半徑a=25μm,此光纖中傳輸?shù)膶?dǎo)模數(shù)是多少?若要實(shí)現(xiàn)單模傳輸,纖芯半徑應(yīng)為多少? 8. 已知階躍型光纖的n1=1.5,Δ=0.5%,λ0=1.3μm, 若光纖中的導(dǎo)模數(shù)量N=2,試問至少纖芯半徑為多大? 9.已知光功率為2.4mw,光波頻率為1015Hz,求單位時(shí)間傳播的光子數(shù)。 10.某光纖通信系統(tǒng),其發(fā)送光功率為-4dBm,光接收機(jī)靈敏度為-40dBm,設(shè)備富余度為6 dB,光纜富余度為0.1dB/km,光纖接頭損耗為0.2dB/km,且不考慮色散的影響,求當(dāng)無光纜配線架時(shí),如果希望最長中繼距離為60 km,此時(shí)的光纜的衰減系數(shù)為多大? 11.有一五次群單模光纜傳輸系統(tǒng),線路碼型為3B4B碼,應(yīng)用InGaAs-LD,其It<50mA,標(biāo)稱波長為1310nm,光譜寬度為2nm,發(fā)送光功率為-2.3dBm, 接收靈敏度為-38dBm, 動(dòng)態(tài)范圍≥20dB。采用的光纜其固有損耗為0.4dB/km, 接頭損耗為0.1dB/km,光連接器衰減為1dB,光纖色散系數(shù)≤2.0ps/nmkm, 光纖富余度為0.1dB/km。若考慮1dB色散代價(jià)(ε取0.115),5dB設(shè)備富余度,試計(jì)算在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),最大中繼距離為多少? 12.一無備用系統(tǒng)的光纜通信系統(tǒng),在420km內(nèi)共設(shè)10個(gè)中繼器,各種設(shè)備的故障率如下: 設(shè)備種類 故障率(fit) 140Mb/s光端機(jī) 20000(一端) 140Mb/s中繼器 7000(一線) 光纜 200(一公里) 供電 7500(一端) 求:①系統(tǒng)總故障率。 ②平均無故障時(shí)間。 13. 若上題中平均故障率修復(fù)時(shí)間為4小時(shí),求系統(tǒng)的失效率。 14.若在題7所示的系統(tǒng)中采用1∶1的主備比,在系統(tǒng)發(fā)送和接收端各存在一個(gè)轉(zhuǎn)換設(shè)備,轉(zhuǎn)換設(shè)備的故障率為200fit(一端),平均故障修復(fù)時(shí)間為4小時(shí)。 求:①此系統(tǒng)的失效率。 ②若系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壽命為20年,則在此間系統(tǒng)的中斷通信時(shí)間。 15.如果在無備用系統(tǒng)情況下,容許5000km光纖通信系統(tǒng)雙向全程每年4次全程故障,那么280km的數(shù)字段雙向全程每年允許出現(xiàn)的全程故障是多少次? 16.某激光器的輸出光功率為500mw, 問此功率可折合為多少dBm? 第二部分 答案 一、 填空題: 1. 大小、方向 2. 物理量 3. 矢量 4. 5. 電磁波 6.均勻平面波在無限大介質(zhì)中傳播單位距離所產(chǎn)生的相位變化 7. 能量,表面波 8. 能量被局限在某個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部或系統(tǒng)周圍并沿該系統(tǒng)導(dǎo)引的方向傳輸?shù)碾姶挪ā? 凡是能引導(dǎo)和限制電磁波傳輸?shù)南到y(tǒng)。 9.一種具有把光封閉在其中進(jìn)行傳輸?shù)慕橘|(zhì)光導(dǎo)波。 10.以光波作為載頻,以光導(dǎo)纖維作為傳光媒質(zhì) 11.光、光纜。 12.激光器,光纖 13.直徑細(xì)、重量輕、不受電磁干擾、損耗低、傳輸頻帶寬、抗化學(xué)腐蝕 14.折射率,石英玻璃,引入電磁波 15.數(shù)字編碼強(qiáng)度調(diào)制直接檢波 16.電、光發(fā)射端機(jī),光中繼器,光、電接收端機(jī),光纖,監(jiān)控系統(tǒng),備用系統(tǒng) 17.內(nèi)調(diào)制 18.0.85μm、1.31μm、1.55μm、1.55μm、最低損耗、最低色散 19.直線、全反射、部分反射 20. 全反射原理,光纖收集光線的能力。NA=noSinφMax, NA=n1。 21.S=,光線在光纖端面上的入射角,時(shí)間,模式色散。 22.減少光纖的模式色散,自聚焦,平方律型折射指數(shù)分布。 23.r=0,本地?cái)?shù)值孔徑,強(qiáng) 24.吸收損耗,散射損耗 25.色散系數(shù) () 26.光纖中基模場的電場強(qiáng)度隨空間的分布,單模光纖中光能集中的程度。 27.側(cè)壓性能,水性能,不受力, 28.減少外界側(cè)壓力的影響,側(cè)壓性能 29.材料、波導(dǎo)、碼間干擾、模分配噪聲、啁啾聲 30.4~10μm,材料,波導(dǎo),LP01, 31.LP01,0, 0- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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