光纖通信中級(jí)測(cè)試題與參考答案解析一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.以下哪種損耗是單模光纖在1550nm波段的主要損耗來(lái)源？（）A.本征吸收損耗B.瑞利散射損耗C.彎曲損耗D.雜質(zhì)吸收損耗2.G.652光纖的零色散波長(zhǎng)位于（）附近。A.850nmB.1310nmC.1550nmD.1625nm3.光發(fā)射機(jī)中，用于將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的核心器件是（）。A.光探測(cè)器B.光放大器C.光源D.耦合器4.以下關(guān)于PIN光電二極管和APD雪崩光電二極管的描述，錯(cuò)誤的是（）。A.APD具有內(nèi)部增益，靈敏度更高B.PIN的響應(yīng)速度比APD快C.PIN無(wú)需高反向偏壓，工作更穩(wěn)定D.APD的噪聲比PIN小5.密集波分復(fù)用（DWDM）系統(tǒng)中，相鄰信道的典型間隔是（）。A.100GHzB.200GHzC.500GHzD.1THz6.摻鉺光纖放大器（EDFA）的工作波長(zhǎng)主要覆蓋（）。A.850nm波段B.1310nm波段C.C波段（1530-1565nm）D.L波段（1565-1625nm）7.光纖的數(shù)值孔徑（NA）與纖芯和包層折射率的關(guān)系為（）。A.NA=n?2-n?2B.NA=√(n?2-n?2)C.NA=n?-n?D.NA=(n?+n?)/28.對(duì)于10Gbps的光纖通信系統(tǒng)，若采用非歸零碼（NRZ），其光源的譜寬需控制在（）以內(nèi)以避免嚴(yán)重的色散展寬。A.0.1nmB.1nmC.10nmD.100nm9.以下哪種色散會(huì)導(dǎo)致單模光纖中不同偏振態(tài)的光信號(hào)傳輸速度不同？（）A.模式色散B.材料色散C.波導(dǎo)色散D.偏振模色散（PMD）10.光監(jiān)控信道（OSC）在DWDM系統(tǒng)中的主要作用是（）。A.傳輸業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)B.監(jiān)控各信道光功率和波長(zhǎng)C.提供時(shí)鐘同步D.實(shí)現(xiàn)光放大二、填空題（每空2分，共20分）1.光纖的三個(gè)低損耗窗口是850nm、______和1550nm。2.單模光纖的截止波長(zhǎng)λc計(jì)算公式為_(kāi)_____（用纖芯半徑a、纖芯折射率n?、包層折射率n?和常數(shù)λ表示）。3.光源的調(diào)制方式分為直接調(diào)制和______，其中______更適用于高速率系統(tǒng)。4.光接收機(jī)的靈敏度定義為：在保證一定誤碼率（如10??）時(shí)，接收機(jī)所需的______光功率。5.波分復(fù)用（WDM）系統(tǒng)中，為避免信道串?dāng)_，通常需采用______器件對(duì)各信道波長(zhǎng)進(jìn)行嚴(yán)格濾波。6.光纖的色散會(huì)導(dǎo)致光脈沖在傳輸過(guò)程中______，從而限制系統(tǒng)的______和傳輸距離。7.同步數(shù)字體系（SDH）的基本傳輸模塊是STM-1，其速率為_(kāi)_____。三、簡(jiǎn)答題（每題8分，共32分）1.簡(jiǎn)述光纖的模式色散、材料色散和波導(dǎo)色散的區(qū)別及各自影響的光纖類型。2.比較半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）和半導(dǎo)體激光器（LD）的優(yōu)缺點(diǎn)，說(shuō)明各自適用的場(chǎng)景。3.光接收機(jī)中為什么需要前置放大器？前置放大器的主要性能指標(biāo)有哪些？4.簡(jiǎn)述自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò)（ASON）的核心特點(diǎn)及其相對(duì)于傳統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.某單模光纖通信系統(tǒng)工作在1550nm波段，光纖衰減系數(shù)為0.2dB/km，光源輸出光功率為+3dBm，接收機(jī)靈敏度為-32dBm，光連接器損耗為0.5dB/個(gè)（發(fā)送端和接收端各1個(gè)），預(yù)留3dB的系統(tǒng)余量。求該系統(tǒng)的最大傳輸距離。2.某10Gbps光纖系統(tǒng)采用NRZ碼，光源譜寬Δλ=0.5nm，光纖的色散系數(shù)D=17ps/(nm·km)。計(jì)算傳輸50km后，色散導(dǎo)致的脈沖展寬Δτ，并判斷是否滿足系統(tǒng)要求（通常要求Δτ≤10%的比特周期）。五、分析題（8分）某40GbpsDWDM系統(tǒng)在開(kāi)通后發(fā)現(xiàn)部分信道誤碼率偏高，排查發(fā)現(xiàn)光放大器輸出功率正常，各信道波長(zhǎng)偏差在±0.1nm以內(nèi)。請(qǐng)分析可能的故障原因及解決措施。參考答案與解析一、單項(xiàng)選擇題1.答案：B解析：?jiǎn)文９饫w在1550nm波段的主要損耗是瑞利散射損耗（與波長(zhǎng)四次方成反比，1550nm波長(zhǎng)較長(zhǎng)，散射較弱，但仍是主要損耗來(lái)源）；本征吸收損耗是材料固有特性，雜質(zhì)吸收損耗已通過(guò)工藝控制降低，彎曲損耗為非本征損耗。2.答案：B解析：G.652光纖（標(biāo)準(zhǔn)單模光纖）的零色散波長(zhǎng)位于1310nm附近，1550nm波段色散較大但損耗更低，需通過(guò)色散補(bǔ)償技術(shù)解決。3.答案：C解析：光源（如LD或LED）是光發(fā)射機(jī)的核心，負(fù)責(zé)電-光轉(zhuǎn)換；光探測(cè)器是接收機(jī)器件，光放大器用于中繼，耦合器用于光信號(hào)分路。4.答案：D解析：APD利用雪崩倍增效應(yīng)獲得增益，但伴隨更大的噪聲（如倍增噪聲），因此噪聲比PIN大；PIN無(wú)內(nèi)部增益，噪聲更低但靈敏度較低。5.答案：A解析：DWDM系統(tǒng)通常采用100GHz（約0.8nm）或50GHz（約0.4nm）的信道間隔，200GHz為粗波分（CWDM）典型間隔。6.答案：C解析：EDFA的增益譜主要覆蓋C波段（1530-1565nm），L波段EDFA需特殊設(shè)計(jì)，850nm和1310nm波段無(wú)有效摻鉺增益。7.答案：B解析：數(shù)值孔徑NA定義為纖芯和包層折射率平方差的平方根，即NA=√(n?2-n?2)，反映光纖的集光能力。8.答案：A解析：10Gbps系統(tǒng)的比特周期T=1/10G=0.1ns=100ps。色散展寬需控制在10%以內(nèi)（≤10ps），根據(jù)Δτ=|D|·L·Δλ，若L=100km，D=17ps/(nm·km)，則Δλ≤10ps/(17×100)=0.0058nm，實(shí)際中通常要求光源譜寬≤0.1nm。9.答案：D解析：偏振模色散（PMD）是單模光纖中兩個(gè)正交偏振模的群速度差異導(dǎo)致的，模式色散僅存在于多模光纖，材料色散和波導(dǎo)色散屬于色度色散。10.答案：B解析：OSC用于監(jiān)控各信道的光功率、波長(zhǎng)、放大器狀態(tài)等運(yùn)維信息，不傳輸業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)；時(shí)鐘同步由SDH/OTN層實(shí)現(xiàn)。二、填空題1.1310nm2.λc=2πa√(n?2-n?2)/Vc（Vc≈2.405為單模截止的歸一化頻率）3.外調(diào)制；外調(diào)制（直接調(diào)制會(huì)引入啁啾，限制高速傳輸）4.最小平均5.密集波分復(fù)用器/解復(fù)用器（如陣列波導(dǎo)光柵AWG）6.展寬；傳輸速率7.155.52Mbps三、簡(jiǎn)答題1.模式色散：多模光纖中不同模式的傳輸路徑不同，導(dǎo)致群時(shí)延差異，僅存在于多模光纖；材料色散：光纖材料折射率隨波長(zhǎng)變化，導(dǎo)致不同波長(zhǎng)的光傳輸速度不同，存在于所有光纖；波導(dǎo)色散：光纖結(jié)構(gòu)（纖芯/包層尺寸）引起的色散，與光場(chǎng)在纖芯和包層的分布有關(guān)，主要影響單模光纖。2.LED：優(yōu)點(diǎn)是成本低、壽命長(zhǎng)、光譜寬（適用于短距離多模系統(tǒng)）；缺點(diǎn)是輸出功率低、譜寬大（色散嚴(yán)重）、調(diào)制速率低（≤100Mbps）。LD：優(yōu)點(diǎn)是輸出功率高、譜寬窄（色散?。?、調(diào)制速率高（≥10Gbps）；缺點(diǎn)是成本高、溫度敏感、需要溫控和APC電路。適用場(chǎng)景：LED用于短距離、低速多模系統(tǒng)（如局域網(wǎng)）；LD用于長(zhǎng)距離、高速單模系統(tǒng)（如骨干網(wǎng)）。3.前置放大器位于光探測(cè)器之后，作用是將微弱的光電流信號(hào)放大到后續(xù)電路可處理的水平（光探測(cè)器輸出電流通常為μA量級(jí)）。主要指標(biāo)：低噪聲（避免信噪比惡化）、高增益（匹配后級(jí)電路輸入）、寬頻帶（適應(yīng)高速信號(hào)）、線性度（避免信號(hào)失真）。4.ASON的核心特點(diǎn)：支持動(dòng)態(tài)光路徑建立（基于控制平面）、網(wǎng)絡(luò)資源自動(dòng)發(fā)現(xiàn)、快速保護(hù)恢復(fù)（≤50ms）、多業(yè)務(wù)支持（TDM/分組/OTN）。優(yōu)勢(shì)：相比傳統(tǒng)靜態(tài)配置光網(wǎng)絡(luò)（如SDH），ASON可實(shí)現(xiàn)按需分配帶寬、提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率、縮短業(yè)務(wù)開(kāi)通時(shí)間、增強(qiáng)抗災(zāi)能力。四、計(jì)算題1.解：系統(tǒng)總損耗預(yù)算=光源輸出功率-接收機(jī)靈敏度-系統(tǒng)余量=3dBm-(-32dBm)-3dB=32dB總損耗包括光纖衰減和連接器損耗：光纖衰減=0.2dB/km×L連接器損耗=0.5dB×2=1dB因此：0.2L+1≤32→0.2L≤31→L≤155km最大傳輸距離為155km。2.解：比特周期T=1/10Gbps=0.1ns=100ps色散展寬Δτ=|D|×L×Δλ=17ps/(nm·km)×50km×0.5nm=425ps10%比特周期為100ps×10%=10ps由于425ps>10ps，不滿足系統(tǒng)要求（需降低光源譜寬、采用色散補(bǔ)償或更換低色散光纖）。五、分析題可能原因：（1）信道間偏振模色散（PMD）累積：40Gbps系統(tǒng)對(duì)PMD敏感，若光纖PMD系數(shù)過(guò)高（>0.5ps/√km），傳輸后PMD展寬超過(guò)容限；（2）光信噪比（OSNR）不足：可能是放大器噪聲系數(shù)過(guò)高、線路衰耗異常（如光纖微彎）導(dǎo)致OSNR低于40Gbps所需的22dB（典型值）；（3）接收機(jī)靈敏度下降：探測(cè)器老化、前置放大器噪聲增加或后級(jí)電路失真；（4）色散補(bǔ)償不足：1550nm波段的正色散未完全補(bǔ)償，導(dǎo)致脈沖展寬；（5）波長(zhǎng)偏移雖在±0.1nm內(nèi)，但可