1、一、填空： 1、1966年，在英國標準電信實驗室工作的華裔科學家 首先提出用石英玻璃纖維作為光纖通信的媒質，為現代光纖通信奠定了理論基礎。2、光纖傳輸是以 作為信號載體，以 作為傳輸媒質的傳輸方式。3、光纖通常由 、 和 三部分組成的。4、據光纖橫截面上折射率分布的不同將光纖分類為 和 。5、光纖色散主要包括材料色散、 、 和偏振模色散。6、光纖通信的最低損耗波長是 ，零色散波長是 。7、數值孔徑表示光纖的集光能力，其公式為 。8、階躍光纖的相對折射率差公式為 9、光纖通信中常用的低損耗窗口為 、1310nm、 。10、V是光纖中的重要結構參量，稱為歸一化頻率，其定義式為 。11、 模式是任何

2、光纖中都能存在、永不截止的模式，稱為基模或主模。12、階躍折射率光纖單模傳輸條件為： 。13、電子在兩能級之間躍遷主要有3個過程，分別為 、 和受激吸收。14、光纖通信中最常用的光源為 和 。15、光調制可分為 和 兩大類。16、光纖通信中最常用的光電檢測器是 和 。17、摻鉺光纖放大器EDFA采用的泵浦源工作波長為1480nm和 。18、STM-1是SDH中的基本同步傳輸模塊，其標準速率為： 。19、單信道光纖通信系統功率預算和色散預算的設計方法有兩種：統計設計法和 。20、光纖通信是以 為載頻，以 為傳輸介質的通信方式。21、光纖單模傳輸時，其歸一化頻率應小于等于 。22數值孔徑表示光纖的

3、集光能力，其公式為： 。23、所謂模式是指能在光纖中獨立存在的一種 分布形式。24、傳統的O/E/O式再生器具有3R功能，即在 、 和再生功能。25、按射線理論，階躍型光纖中光射線主要有子午光線和 兩類。26、光纖中的傳輸信號由于受到光纖的損耗和 的影響，使得信號的幅度受到衰減；波形出現失真。27、半導體材料的能級結構不是分立的單值能級，而是有一定寬度的帶狀結構，稱為 。28、半導體P-N結上外加負偏壓產生的電場方向與 方向一致，這有利于耗盡層的加寬。29、采用漸變型光纖可以減小光纖中的 色散。30、SDH網中，為了便于網絡的運行、管理等，在SDH幀結構中設置了 。31、SDH的STMN是塊狀

4、幀結構，有9行， 列。32、處于粒子數反轉分布狀態的工作物質稱為 。33、EDFA的泵浦結構方式有：a、 結構；b、 結構；c、雙向泵浦結構。34、 和動態范圍是光接收機的兩個重要特性指標。5、隨著激光器溫度的上升，其輸出光功率會 。36、目前，通信用光纖的纖芯和包層絕大多數是由 材料構成的。37、在階躍型（弱導波）光纖中，導波的基模為 。38、根據光纖中的傳輸模式數量分類，光纖可分為 和 。39、LD是一種閾值器件，它通過 發射發光，而LED通過 發射發光。40、光纖色散主要包括 、 、材料色散和偏振模色散41常見的光線路碼型大體可以歸納為3類：擾碼二進制、 和插入型碼。42、在一根光纖中同

5、時傳播多個不同波長的光載波信號稱為 。43、允許單模傳輸的最小波長稱為 。44、在1.3m波段進行光放大通常用摻 光纖放大器，1.55m波段通常用摻 光纖放大器。45、導模的傳輸常數的取值范圍為： 。46、量子效率是用來衡量激光器的轉換效率的高低，其主要分為內量子效率、 和 。47、典型的光電瞬態響應有：光電延遲、 和 。48、摻鉺光纖放大器EDFA采用的泵浦源工作波長為1480nm和 。49、自愈環結構可以分為兩大類： 和 。50、一般來說，無電中繼傳輸距離超過1000km的系統被稱為長距離傳輸系統，超過 2000 km的被稱為很長距離，超過 3000 km被稱為超長距離傳輸系統。51、系統

6、容量和傳輸距離（無電中繼）是衡量長距離WDM光傳輸系統性能的兩個基本指標。1、高錕 2、激光光波 光纖 3、纖芯 包層 涂覆層4、階躍折射率型 漸變折射率型 5、模式色散 波導色散 6、1.55m 1.31m 7、 8、 9、850nm 1550nm 10、 11、HE11 12、13、自發發射 受激輻射 14、半導體激光器 發光二極管15、直接調制 間接調制 16、光電二極管 雪崩光電二極管17、980nm 18、155.520Mbit/s 19、最壞值設計法20、光波 光纖 21、2.40522 23、電磁場24、再整形 再定時 25、斜射線26、色散 27、能帶28、內電場 29、模式3

7、0、開銷比特（或管理比特） 31、270×N32、激活物質（或增益物質） 33、同向泵浦 反向泵浦34、靈敏度 35、減少36、石英 37、LP0138、多模光纖 單模光纖 39、受激 自發40、模式色散 波導色散 41字變換碼42、光波分復用 43、截止波長44、鐠 鉺 45、46、外量子效率 外微分量子效率 47、張弛振蕩 自脈動48、980nm 49、通道倒換環 復用段倒換環50、2000 3000 51、系統容量二、名詞解釋：1、瑞利散射 2、色散位移光纖3、受激輻射 4、直接調制和間接調制5、子午光線 6、弱導波光纖7、閾值電流 8、最壞值設計法參考答案1、瑞利散射是光纖材

8、料的本征散射，它是由于光纖中折射率在微觀上的隨機起伏所引起。石英光纖在加熱拉制過程中，由于熱騷動，使原子得到的壓縮不均勻，這使物質的密度不均勻，進而使折射率不均勻，這種不均勻性在冷卻的過程中被固定下來。這種不均勻度與波長相比是小尺寸的，因此產生的散射稱為瑞利散射。2、一種將零色散移到波長1.55m而該處損耗又最小的光纖。3、處于高能級的電子，在受到外來能量為hf=（E2E1）的光子激發的情況下，躍遷到低能級，從而發射出一個和激發光子相同的光子的過程稱為受激幅射。4、將激光器LD或發光二極管LED的驅動電流用疊加在偏置電流上的電信號進行調制，由此實現對LD或LED輸出的光強度進行調制的方式稱為直

9、接調制。使LD或LED在一定的驅動電流下輸出固定強度的光，再通過光調制器使輸出光的信息隨電信號而變化，將這種調制方式成為間接調制。5、處在一個子午面（包含光纖軸線的平面）內，經過光纖的軸線在周圍邊界面間作內部全反射的光纖。6、纖芯折射率與包層折射率差極小的光纖。7、當LD注入電流達到將產生激光時的電流值。8、最壞值設計法是系統設計中最常用的方法，這種方法在設計再生段距離時，將所有參考值都按最壞值選取，而不管其統計分布如何。三、簡答題：1、光纖通信發展至今經歷了哪些里程碑？2、應用于光纖通信系統的光源應該具備什么要求？3、由P-I曲線知，半導體激光器是閾值型器件，簡述激光器隨著注入電流的不同而經

10、歷的幾個典型階段。4、光纖中產生損耗的主要因素是什么？光纖中有哪些損耗？5、簡述雪崩光電二極管的工作原理。參考答案1、（1）20世紀60年代初期，光纖通信發展史上迎來了第一個里程碑，世界上第一臺相干振蕩光源紅白事激光器問世，給光通信帶來了新的希望；（2）1966年華裔科學家C. K. Kao博士和G. A. Hockham，對光纖傳輸的前景發表了具有重大歷史意義的論文，1970年，美國康寧玻璃公司的Kapron博士等人研制出傳輸損耗僅為20dB/km的光纖，這是光纖通信發展歷史上的一個里程碑。（3）1985年，南安普頓大學的Mears等人制成了摻鉺光纖放大器（EDFA）（4）1993年K. H

11、ill等人提出了使用相位掩膜法制造光纖光柵，使得全光器件的研制和集成成為可能，光纖光柵、全光纖光子器件、平面波導器件及其集成的出現是光纖通信史上的又一個里程碑。2、光纖通信系統均采用半導體發光二極管（LED）和激光二極管（LD）作為光源。這類光源具有尺寸小、耦合效率高、發射波長在光纖中低損耗傳輸，響應速度快、波長和尺寸與光纖適配，并且可在高速條件下直接調制等優點3、半導體激光器是一個閾值器件，它的工作狀態隨注入電流的不同而不同。當注入電流較小時，有源區里不能實現粒子數反轉，自發發射占主導地位，激光器發射普通的熒光，其工作狀態類似于一般的發光二極管。隨著注入電流的加大，有源區里實現了粒子數反轉，

12、受激輻射占主導地位，但當注入電流小于閾值電流時，諧振腔里的增益還不足以克服損耗，不能在腔內建立起一定模式的振蕩，激光器發射的僅僅是較強的熒光，這種狀態稱之為“超輻射”狀態。只有注入電流達到閾值以后，才能發射譜線尖銳。模式明確的激光。4、由于吸收和散射的原因使光纖發生損耗。光纖中發生損耗的原因，有來自光纖本身的損耗，也有光纖與光源的耦合損耗以及光纖之間的連接損耗，如熔接損耗，彎曲損耗，端面損耗，光學損耗等。光纖本身的損耗有吸收損耗（本征吸收、雜質吸收）和散射損耗（瑞利散射、結構缺陷散射）。本征損耗是光纖基礎材料固有的吸收，并不是雜質或者缺陷所引起的。本征損耗特點是確定了某一種材料吸收損耗的下限，

13、與波長有關。5、當在光電二極管上加反向電壓，使其耗盡區內的電場強度大于105V/cm時，光生載流子在強電場作用下高速通過耗盡區向兩級移動。在移動過程中，由于碰撞游離而產生更多的新載流子，形成雪崩現象，從而使流過二極管的光電流成百倍地增加。利用光生載流子雪崩效應工作的PN結光電二極管就是APD。6、光纖通信技術的特點7、單模光纖中有那幾種色散？色散對光纖通信系統有什么影響？8、半導體激光器產生激光需要那些條件？光纖通信對半導體發光器件有哪些基本要求？9、簡述摻鉺光纖放大器的工作原理？參考答案：6、傳輸容量大；傳輸損耗小，中繼距離長；抗干擾性好，保密性強，使用安全；材料資源豐富，可節約金屬材料；重

14、量纖，可繞性好，敷設方便；缺點是組件昂貴，光纖質地脆，機械強度低，連接比較困難，分路、耦合不方便，彎曲半徑不宜太小7、單模光纖中有材料色散、波導色散和偏振色散。色散使得輸出光信號脈沖被展寬，產生碼間干擾，增加誤碼率，這樣就限制了通信容量和傳輸距離。8、條件：1）粒子反轉分布條件（粒子能從“價帶”泵浦到“導帶”上）。2）閾值條件（要有足夠的能量使粒子泵浦到一定程度）。3）選頻機制（篩成單色光）。基本要求：1）光源的發光波長應符合目前光纖的三個低損耗窗口：即短波長波段的0.85m和長波長波段的1.31m和1.55m。2）能長時間連續工作，并能提供足夠的光輸出功率。3）與光纖耦合效率高。4）光源的譜

15、線寬度窄。5）壽命長，工作穩定。9、摻鉺光纖放大器的工作原理：在摻鉺光纖中，低能級的電子吸收泵浦光的能量，由基態躍遷至處于高能級的泵浦態。由于泵浦態上載流子的壽命時間只有1us，電子迅速以非輻射方式由泵浦態豫馳至亞穩態，在亞穩態上載流子有較長的壽命，在源源不斷的泵浦下, 亞穩態上的粒子數積累, 從而實現了粒子數反轉分布。信號光使得亞穩態上的電子以受激輻射的方式躍遷到基帶上，對應于每一次躍遷，都將產生一個與信號光子一樣的光子，此信號光子與電子（受激輻射）一起發射出去，實現了光放大。10. 請寫出激光產生的必要充分條件，并加以簡單論述。10.答：激光產生的必要條件：1）粒子數反轉分布（1分）當光束

16、通過原子或分子系統時，一般情況下絕大部分粒子數處于基態；而如果激發態的電子數遠遠多于基態電子數，就會使激光工作物質中受激發射占支配地位，這就是工作物質“粒子反轉分布”狀態。（2分）2）減少振蕩模式數（1分）想要得到方向性很好、單色性很好的激光，僅有激活介質是不夠的，這是因為：第一，在反轉分布能級間的受激發射可以沿各個方向產生，第二,激發出的光可以有很多頻率，對應很多模式，難以形成單色亮度很強的激光。欲使光束進一步加強，就必須使光束來回往復地通過激活介質，使之不斷地沿某一方向得到放大，并減少振蕩模式數目。（2分）激光產生的充分條件：1）起振條件閾值條件（1分）光在諧振腔內傳播時，光在鏡面上總有一

17、部分透射損失，且鏡面和腔內激活介質總還存在著吸收、散射等損失，因而只有光的增益能超過這些損失時，光波才能被放大，從而在腔內振蕩起來，稱這個條件為振蕩閾值條件。（2分）2）穩定振蕩條件增益飽和效應（1分）當入射光強增加到一定程度時，增益系數將隨光強的增大而減小并最終達到穩定，這種現象稱為增益飽和效應。（2分）11、請寫出Maxwell方程組的微分形式，解釋各個物理量的含義，并說明每個方程描述的物理現象。.答： 1） 2） 3） 4) 其中：為電場強度矢量、為磁感應強度矢量、為電位移矢量、為磁場強度矢量、=為封閉曲面內的自由電荷密度標量、=為電流密度矢量。(1)式來源于法拉第電磁感應定律，指出變化

18、的磁場會產生感應的電場，這是一個渦旋場，其電力線是閉合的，不同于閉合面內有電荷時的情況，且只要所限定的面積中磁通量發生變化，不管導體存在與否，必定伴隨電場的變化。 (2)來源于安培環路定律，但麥克斯韋將其加上了由電場變化感生的位移電流項（其中為位移電流密度），說明在交變電磁場作用下，磁場既包括傳導電流與空間自由電荷產生的部分，也包括位移電流產生的部分，變化的電場產生的位移電流與傳導電流以及空間自由電荷電流在產生磁效應方面是等效的。 (3)來源于電場的高斯定律，表示電場可以是有源場 (4)來源于磁通量連續定律，即通過一個閉合面的磁通量等于零，磁場是一個無源場，磁力線永遠是閉合的。四、計算題：1、階躍光纖纖芯和包層的折射指數分別為n1=1.46，n2=1.45，試計算：1）纖芯子和包層的相對折射指數差； 2）光纖數值孔徑NA； 3）在1km光纖上,由于子午線的光程差所引起最大時延差max； 4）若將max減小為10ns/km, n2應選什么值；2、階躍光纖，n1=1.465, =1.31m,1）=0.25,保證單模傳輸時，芯子半徑a應取多大；2）若取芯徑a=5m,保證單模傳輸時，應怎樣選擇？3、半導體激光器發射光子的能量近似等于材料的禁帶寬度，已知GaAs材料的Eg=1.43eV，某一InGaAsP材料的Eg=0.96eV，求它們的發射