第2章 光纤一、填空1被誉为世界光纤之父的是 ，于2009年获得诺贝尔物理学奖。被誉为中国光纤之父的是 。答案：高锟，赵梓森。3光纤由 和 构成。答案：纤芯，包层。4多模纤芯外径一般为 或 ，包层外径一般为 ，防护层外径一般为 。头发的直径大概 ，光波长量级为 。单模光纤纤芯外径一般为 。答案：50um,62.5um,125um,250um,60um,1um,10um。5光纤的制造工艺主要包括哪三步 、 和 。答案：原料提纯，预制棒熔炼，拉丝及涂覆。6光纤预制棒的熔炼分为管内和管外两种，管内有 和 ，管外有 和 。答案：MCVD,PCVD,VAD,OVD。7光缆的结构主要包括： 、 和 。答案：缆芯，加强元件，护层。9渐变光纤折射率分别表示式中，当g=1时，为 分布，当g=2时，为 分布，当g=时，为 分布。答案：抛物线，三角，阶跃。10从光在光纤中传输的光路判断，（a）是 光纤，（b）是 光纤。（选择阶跃或渐变）答案：阶跃，渐变。11光纤的模的实质是 。答案：满足边界条件的电磁场波动方程的解。12当多模光纤的归一化频率相等时，折射率三角分布的光纤模式数目是阶跃光纤的 倍。答案：1/3。13单模光纤如果不是圆柱形对称，基模分解的两个相互正交的线性偏振模传播常数不同，导致了光脉冲的展宽，称这一现象叫 。答案：偏振模色散。14为了保证光纤中只能存在一个模式，归一化频率应该满足 。答案：。15多模光纤中的色散是 色散，单模光纤中的色散是 色散。答案：模间，波长。17色散位移型光纤工作波长为 ，非零色散型光纤工作波长为 ，常规型单模光纤工作波长为 ，截止波长位移型工作波长为 。答案：1.55m，1.55m，1.31m，1.55m。18当光线中光功率较低时，光纤的折射率一直为常数；当光功率升高后，折射率随光强度的调制而发生变化。非线性折射率波动效应可分为三类： 、 和 。答案：自相位调制，交叉相位调制，四波混频。19在光强度调制系统中，当光信号与声波（或光纤材料中的振荡分子）相互作用时，会引起散射光，并能把能量向更长的波长转移。非线性受激散射可分为： 和 。答案：受激布里渊散射和受激拉曼散射。二、判断1制造石英系光纤时，在石英钟掺入折射率低于石英的掺杂剂，就可以制作光纤的纤芯。 （ ）答案：错误。掺杂剂折射率应该是高于石英。2多模光纤常用波动光学分析，单模光纤常用几何光学分析。 （ ）答案：错误。分析方法刚好相反。3光纤的数值孔径与纤芯和包层的折射率分布有关，而与光纤的直径无关。 （ ）答案：正确。4数值孔径表征了光纤的集光能力，差别越大，越大，光纤的集光能力越强。 （ ）5对于多模光纤，控制折射率分布可以减小模式数目。 （ ）答案：正确。6模间色散的最大时延可以超过比特周期的1/2三、选择1ITU-T建议（ ）为色散位移型光纤，（ ）为非零色散型光纤，（ ）为常规型单模光纤，（ ）为截止波长位移型。 （ ）AG.652，G.653，G.654，G.655； BG.653，G.652，G.654，G.655；CG.652，G.653，G.655，G.654，； DG.652，G.654，G.653，G.655。答案：A2光纤预制棒熔炼时，下列关于氧气的作用说法错误的是 （ ）A高温下发生氧化还原反应 B载气 C水解反应答案：C3石英光纤的掺杂说法错误的是 （ ）A基质是 B纤芯掺杂二氧化锗、五氧化二磷C包层掺杂三氧化二硼、氟 D纤芯折射率小于的杂质答案：D4关于相对折射率差说法正确的是（）A越小，模式越多 B越大，损耗越大 C多模小于单模 D越大越好答案：B三、问答1什么是模间色散、波长色散？答：在多模光纤中，光能量首先被分配到光纤中所存在的模式上去，然后由不同的模携带能量向前传输。由于不同模的传播路径不同，因此达到目的地时，不同模之间存在时延差，这就叫模间色散；激光发出的光脉冲不可能是理想的单色光，且调制过的光波也存在一定带宽，这些不同波长的光信号在光纤中传输时，由于速度的不同而引起光脉冲的展宽现象叫波长色散。2什么是相速、群速？答：相速为与行波光场保持固定相位的观察者前进的速度或等相位面（）前进的速度：；包络波行进的速度相应地称为群速，即。3什么是色散位移光纤、色散补偿光纤？答：减小纤芯向径可以使波导色散增加，增加波长可以使波导色散减小。于是可以通过减小纤芯向径将零色散波长移向，这种光线叫色散位移光纤。普通单模光纤的色散为正色散，典型值为1ps/(nm.km)。色散补偿光纤的色散符号与普通光纤的色散符号相反，即为负色散，这样DCF与普通单模光纤混合使用时，色散得到补偿。3什么是光孤子通信？答：光孤子通信时利用光孤子作为载波的光纤通信。所谓光孤子，是指在大功率光脉冲输入光纤时产生非线性效应（光纤折射率随大功率入射光强而变化的现象），从而导致光脉冲压缩。通过适当选择有关参数，并采用光纤放大器来补偿光纤损耗，可使非线性压缩与光纤色散展宽相互抵消，从而使光纤中传输的光脉冲宽度始终保持不变，这种光脉冲叫光孤子。4何谓光纤的非线性效应？主要有哪些类型？有什么危害？答：光纤的非线性效应，是指光纤折射率除了含有常数项（即线性折射率）以外，还有与光波电场强度的二次方和三次方有关，后者构成光纤的非线性折射率，能够导致一些非线性现象发生。光纤的非线性效应主要有以下三种：1）自相位调制是指光纤传输的强光波在非线性折射率作用下，其光强波动引起了光波自身相位发生波动，从而导致光波频谱变化的现象。自相位调制现象也叫频率啁啾。理论计算表明：自相位调制能够引起光脉冲的频谱红移（即频率降低），光脉冲后沿的频谱蓝移（即频率升高）。SPM的危害是：所产生的频率变化可以导致传输光波的频谱变宽（相当于光源光谱变宽），就会因模内色散而使光脉冲的时域波形展宽，引起码间干扰。2）交叉相位调制是指当两个或两个以上不同频率的强光波同时在光纤中传输时，其中任一个光波的非线性相位偏移不仅与该光波自身的光强有关（即上述自相关相位调制），也与其它光波的光强有关，后者即为交叉相位调制。XPM的危害是：交叉相位调制能够引起相邻信道光波信号之间的串扰。3）四波混频（FWM）是指当三个频率分别为、和的光波同时的光波同时在光纤中传输时，将会产生频率为的光波，一起与、和在光纤中传输，叫四波混频。FWM的危害是：原来光波的部分功率会转移到新的频率上，使信号光强下降，信噪比变坏。FWM所产生的最大破坏是在零色散区域附近。且WDM系统的信道间隔越小，FWM的影响就越严重。四、计算1设入射光波长为m，多模光纤的纤芯直径和包层外径分布为50m和125m，纤芯中最大的相对折射率差，纤芯折射率。求数值空径和归一化频率。解：数值孔径为归一化频率为2设有一光脉冲注入长为的阶跃光纤中，可用几何光学求出其最大的时延差。设一单色光注入光纤中，其能量将由不同的模式携带，速度最快的模是沿中心轴传播（路径最短），速度最慢的模是沿全反射路径传播（路径最长），求最大的时延差。解：最大的时延差为其中利用了纤芯与包层界面的全反射定理：，定义为单位长度时延。1