显然在无中继传输距离为40Km的情况下，系统能正常工作；在15Km、60Km的情况下系统不能正常工作。
1、按照纤芯剖面折射率分布不同，光纤可分为哪两种形式？
解释其含义。
阶跃折射率光纤和渐变型多模光纤。
阶跃折射率光纤中，纤芯和包层折射率沿光纤半径方向分布都是均匀的，而在纤芯和包层的交界面上，折射率呈阶梯形突变。
渐变型多模光纤中，纤芯的折射率不是均匀常数，而是随纤芯半径方向坐标增加而逐渐减少，一直变到等于包层折射率的值。
2、实现光源调制的方法有哪些，请具体说明。
直接调制和间接调制。
直接调制又叫内调制，就是将电信号直接加在光源上，使其输出的光载波信号的强度随调制信号的变化而变化，即直接调制半导体激光器的注入电流，是光纤通信中最常用的通信方式。
间接调制又叫外调制，就是不直接调制光源，而是在光源输出的通路上，利用某些晶体的电光、声光和磁光效应等特性，加外调制器来对光波进行调制。
4、.光接收机中主放大器的主要作用是什么？
主放大器一般是多级放大器，它的功能主要是提供足够高的增益，把来自前置放大器的输出信号放大到判决电路所需的电平，并通过它实现自动增益控制（ＡＧＣ），以使输入光信号在一定的范围内变化时，输出电信号应保持恒定输出。
主放大器和ＡＧＣ决定着光接收机的动态范围。
5.已知阶跃折射率光纤中n1=1.52，n2=1.49。
（开方、反三角函数计算困难时，必需列出最后的表达式。
）
1、光纤浸没在水中（n0=1.33），求光从水中入射到光纤输入端面的光纤最大接收角；
2、光纤放置在空气中，求数值孔径。
解：
1、根据全反射条件，可最大入射角满足以下关系：
sinα=
其中n0为光纤外围介质的折射率
sinα=
∴α≈13.06°
即光从水中入射到光纤输入端面的光纤最大接收角为13.06°。
2、光纤放置在空气中，则n0=1
这时数值孔径NA=
2、画出典型的数字光纤通信系统接收端机的原理框图?
2、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/（kmnm），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。
（7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。
一、名词概念
1、光纤：
光纤是传光的纤维波导或光导纤维的简称。
2、光纤通信：
光纤通信是以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式。
3、光纤通信系统：
光纤通信系统是以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信系统。
二、光在电磁波谱中的位置
----光也是一种电磁波，只是它的频率比无线电波的频率高得多。
红外线、可见光和
紫外线均属于光波的范畴。
1、可见光是人眼能看见的光，其波长范围为：
0.39至0.76。
2、红外线是人眼看不见的光，其波长范围为：
0.76至300。
一般分为：
（1）近红外区：
其波长范围为：
0.76至15；
（2）中红外区：
其波长范围为：
15至25；
（3）远红外区：
其波长范围为：
25至300；
三、光纤通信所用光波的波长范围
（1）光纤通信所用光波的波长范围为0.8至1.8，属于电磁波谱中的近红外区。
（2）在光纤通信中，常将0.8至0.9称为短波长，而将0.8至0.9称为长
波长。
四、光纤通信中常用的低损耗窗口
（1）0.85、1.31和1.55左右是光纤通信中常用的三个低损耗窗口。
（2）早期光纤通信系统传输所用的是多模光纤，其工作波长在0.85的第一个工作
窗口。
（3）非色散位移光纤（G.652光纤）工作在1.31附近的第二个工作窗口。
（4）色散位移光纤（G.653光纤）工作在1.55附近的第二个工作窗口。
-
五、光纤通信的特点
与电缆或微波等电通信方式相比，光纤通信的优点如下：
（1）传输频带极宽，通信容量很大；
（2）由于光纤衰减小，无中继设备，故传输距离远；
（3）串扰小，信号传输质量高；
（4）光纤抗电磁干扰，保密性好；
（5）光纤尺寸小，重量轻，便于传输和铺设；
（6）耐化学腐蚀；
（7）光纤是石英玻璃拉制成形,原材料来源丰富
二、光纤与导光原理
-由于光纤具有低损耗、容量大以及其他方面的许多优点，现已成为通信系统的重要传
输介质之一。
光纤特性包括它的结构特性、光学特性及传输特性。
结构特性主要指光纤的
几何尺寸（芯径等）；光学特性包括折射率分布、数值孔径等；传输特性主要是损耗及
色散特性。
光波在光纤中传输，随着距离的增加光功率逐渐下降，这就是光纤的传输损耗，该损
耗直接关系到光纤通信系统传输距离的长短，是光纤最重要的传输特性之一。
自光纤问世
以来，人们在降低光纤损耗方面做了大量的工作，1.31μm光纤的损耗值在0．5dB/km以下，
而1.55μm的损耗为0.2dB/km以下，这个数量级接近了光纤损耗的理论极限。
光纤的色散
----由于光纤中所传信号的不同频率成分，或信号能量的各种模式成分，在传输过程中，
因群速度不同互相散开，引起传输信号波形失真，脉冲展宽的物理现象称为色散。
光纤色
散的存在使传输的信号脉冲畸变，从而限制了光纤的传输容量和传输带宽。
从机理上说，
光纤色散分为材料色散，波导色散和模式色散。
前两种色散由于信号不是单一频率所引
起，后一种色散由于信号不是单一模式所引起。
光纤色散如图2-19所示。
光纤与导光原理小结
一、名词概念
1、阶跃型光纤:
阶跃型光纤在纤芯和包层交界处的折射率呈阶梯形突变，纤芯的折射
率n1和包层的折射率n2是均匀常数。
2、渐变型光纤：
渐变型光纤纤芯的折射率nl随着半径的增加而按一定规律逐渐减少，
到纤芯与包层交界处为包层折射率n2，纤芯的折射率不是均匀常数。
3、单模光纤：
单模光纤只传输一种模式，纤芯直径较细，通常在4μm～10μm范围
内。
4、多模光纤：
多模光纤可传输多种模式，纤芯直径较粗，典型尺寸为50μm左右。
光纤的传输特性
二、光纤的损耗
---光纤损耗限制了光纤通信的最大直通距离。
---产生光纤损耗的原因主要分为三种：
吸收损耗、散射损耗和辐射损耗。
（1）物质的吸收作用将传输的光能变成热能，从而造成光功率的损失。
吸收损耗有三个
原因，一是本征吸收，二是杂质吸收，三是原子缺陷吸收。
（2）光纤中出现折射率分布不均匀而引起光的散射，将一部分光功率散射到光纤外部,
由此引起的损耗称为本征散射损耗。
又称瑞利（Rayleigh）散射。
（3）当理想的圆形光纤受到某种外力作用时，会产生一定曲率半径的弯曲，引起能量
泄漏到包层，这种由能量泄漏导致的损耗称为辐射损耗。
三、光纤的色散
----由于光纤中所传信号的不同频率成分，或信号能量的各种模式成分，在传输过程
中，因群速度不同互相散开，引起传输信号波形失真，脉冲展宽的物理现象称为色
散。
光纤色散的存在使传输的信号脉冲畸变，从而限制了光纤的传输容量和传输带
宽。
----从机理上说，光纤色散分为材料色散，波导色散和模式色散。
前两种色散由于信
号不是单一频率所引起，后一种色散由于信号不是单一模式所引起
四、常用单模光纤的性能及应用
---1G.652称为非色散位移单模光纤，也称为常规单模光纤，其性能特点是：
（1）在
1310nm波长处的色散为零。
（2）在波长为1550nm附近衰减系数最小，约为.22dB/km，
但在1550nm附近其具有最大色散系数，为17ps/（nm•km）。
（3）这种光纤工作波长
即可选在1310nm波长区域，又可选在1550nm波长区域，它的最佳工作波长在1310nm区
域。
G.652光纤是当前使用最为广泛的光纤。
----G.653称为色散位移单模光纤。
色散位移光纤是通过改变光纤的结构参数、折射
率分布形状，力求加大波导色散，从而将零色散点从1310nm位移到1550nm，实现
1550nm处最低衰减和零色散波长一致。
这种光纤工作波长在1550nm区域。
它非常适合
于长距离单信道光纤通信系统。
--G.655这种光纤在1550nm波长处色散不为零，故其被称为非零色散位移单模光纤。
它在1550nm波长区域具有合理的低色散，足以支持10Gbit/s的长距离传输而无需色散
补偿；同时，其色散值又保持非零特性来抑制四波混频和交叉相位调制等非线性效应
的影响。
这种光纤主要适用密集波分复用传输系统。
三、光缆及无源光器件
----构成一个完整的光纤传输系统，除了光源、光检测器及光纤外，还需要众多的无源光器
件。
无源光器件在光纤通信系统中起着重要的作用。
光缆
----目前，光纤通信用的光纤都经过了一次涂覆和二次涂覆的处理，经过涂覆后的光纤虽然
已具有了一定的抗张强度，但还是经不起施工中的弯折、扭曲和侧压等外力作用，为了使光
纤能在各种环境中使用，必须把光纤与其他元件组合起来构成光缆，使其具有良好的传输性
能以及抗拉、抗冲击、抗弯、抗扭曲等机械性能。
光缆的基本组成
----目前光纤通信中使用这各种不同类型的光缆，其结构形式多种多样，但无论何种结构形
式的光缆，基本上都由缆芯、加强元件和护层三部分组成。
---
（1）缆芯
----缆芯是由单根或多根光纤芯线组成，其作用是传输光波。
---
（2）加强元件
----加强元件一般有金属丝和非金属纤维，其作用是增强光缆敷设时可承受的拉伸负荷。
---（3）护层
----光缆的护层主要是对已形成缆的光纤芯线起保护作用，避免受外界的损伤。
---
光缆按结构形成主要分为:
（1）层绞式光缆；
（2）骨架式（沟槽式）光缆；（3）束
管式（套管式）光缆。
（4）带状式
无源光器件
----光纤通信系统的传输线路，需要一些无源光器件来构成光纤线路的连接、分路、合路
和其他的功能。
由于光纤和光缆的长度受光纤拉制工艺和光缆施工条件的限制，且光纤的拉制长度也是有限的。
因此一条光纤线路可能存在多根光纤相连接的问题。
由此可见，光纤
间的连接、光纤与光端机的连接及耦合，对光纤连接器、耦合器等无源器件的使用是
必不可少的。
1、光纤连接器
----光纤连接器是使一根光纤与另一根光纤相连接的器件，是光波系统中使用量最多
的器件。
---光纤与光纤的连接有两种形式，一种是永久性连接，另一种是活动连接。
永久性
连接具有粘接法和熔接法之分，目前多采用熔接法。
熔接法如图3-1所示。
单模光纤的纤芯直径
要在10μm以下，因此熔接必须使用机器才行。
2、光纤耦合器
---光纤耦合器是实现光信号分路/合路的功能器件，一般是对同一波长的光功率进行
分路或合路，其使用量仅次于连接器。
3、光合波器和光分波器
----光合波器和光分波器是用于波分复用等传输方式中的无源光器件。
可将不同波长
的多个光信号合并在一起藕合到一根光纤中传输，或者反过来说，将从一根光纤传输
来的不同波长的复合光信号，按不同光波长分开。
前者称为合波器，后者称为光分波
器。
4、光滤波器
----光滤波器一般是采用多层介质膜作为光滤波器，使某一波长的光通过，而其他波
长的光被阻止。
具体结构有两类，一类为干涉滤波器，另一类为吸收滤波器，两者均
可用介质膜构成。
5、光隔离器
光隔离器是一种只允许单向光通过，阻止反射光返回的无源光器件，其工作原理是基于法拉弟旋转的非互易性。
----在光纤通信系统中，尤其在相干光纤通信系统中，为了防止各种原因产生的反射光进入激光器，影响激光器的稳定性，常需要光隔离器。
三、光源和光检测器
光
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