信息光學(xué)期末試卷及答案考試時長：120分鐘滿分：100分試卷名稱：信息光學(xué)期末試卷考核對象：信息光學(xué)專業(yè)學(xué)生題型分值分布：-單選題（10題，每題2分，共20分）-填空題（10題，每題2分，共20分）-判斷題（10題，每題2分，共20分）-簡答題（3題，每題4分，共12分）-應(yīng)用題（2題，每題9分，共18分）總分：100分一、單選題（每題2分，共20分）1.光在均勻介質(zhì)中傳播時，其相位變化與下列哪個因素成正比？A.波長B.時間C.速度D.距離2.光纖通信中，常用的低損耗窗口是哪個波段？A.紅外波段B.可見光波段C.微波波段D.紫外波段3.激光器中，實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的關(guān)鍵條件是？A.高溫環(huán)境B.低氣壓環(huán)境C.能量泵浦D.高頻振動4.光纖的色散主要來源于？A.材料吸收B.波導(dǎo)結(jié)構(gòu)C.模式色散D.傳輸損耗5.光纖連接器中，LC型連接器的典型插入損耗是多少？A.0.5dBB.1.0dBC.1.5dBD.2.0dB6.光放大器中，EDFA主要工作在哪個波段？A.1310nmB.1550nmC.1625nmD.1690nm7.光纖的數(shù)值孔徑（NA）主要影響？A.傳輸帶寬B.光纖彎曲損耗C.光纖耦合效率D.光纖機械強度8.光纖傳感器的核心原理是利用？A.光的干涉B.光的衍射C.光的反射D.光的吸收9.光通信系統(tǒng)中，光分路器的主要作用是？A.增強信號強度B.分配或合并光信號C.降低傳輸損耗D.調(diào)制光信號10.光纖的色散補償技術(shù)通常采用？A.選用低色散光纖B.增加光放大器C.使用色散補償模塊D.提高傳輸速率二、填空題（每題2分，共20分）1.光纖通信系統(tǒng)中，常用的光波長是______nm和______nm。2.激光器的輸出功率與泵浦功率的關(guān)系可以用______因子描述。3.光纖的衰減主要分為______損耗和______損耗。4.光纖的色散分為______色散、______色散和______色散。5.光纖連接器中，SC型連接器的典型回波損耗是______dB以下。6.光放大器中，Raman放大器利用的是______效應(yīng)。7.光纖傳感器的分類包括______傳感器和______傳感器。8.光通信系統(tǒng)中，波分復(fù)用（WDM）技術(shù)可以同時傳輸______路信號。9.光纖的彎曲損耗通常發(fā)生在光纖彎曲半徑小于______mm時。10.光纖的色散補償模塊通常采用______結(jié)構(gòu)。三、判斷題（每題2分，共20分）1.光纖的數(shù)值孔徑越大，光纖的耦合效率越高。（√）2.激光器中，粒子數(shù)反轉(zhuǎn)意味著高能級粒子數(shù)量多于低能級粒子。（×）3.光纖的色散會導(dǎo)致信號脈沖展寬，降低傳輸速率。（√）4.光纖連接器中，F(xiàn)C型連接器比LC型連接器更常用。（×）5.光放大器中，EDFA的主要缺點是體積較大。（√）6.光纖傳感器的靈敏度越高，其抗干擾能力越差。（×）7.光通信系統(tǒng)中，波分復(fù)用技術(shù)可以提高光纖的傳輸容量。（√）8.光纖的彎曲損耗與光纖的長度成正比。（×）9.光纖的色散補償模塊可以完全消除光纖的色散。（×）10.光纖的衰減主要是由材料吸收和散射引起的。（√）四、簡答題（每題4分，共12分）1.簡述光纖通信系統(tǒng)的基本組成及其功能。2.解釋什么是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，并說明其在激光器中的作用。3.比較單模光纖和多模光纖的主要區(qū)別及其應(yīng)用場景。五、應(yīng)用題（每題9分，共18分）1.某光纖通信系統(tǒng)采用1550nm波長傳輸信號，已知光纖的色散系數(shù)為16ps/(nm·km)，傳輸距離為50km，求接收端信號脈沖的展寬量。2.設(shè)計一個簡單的光纖傳感系統(tǒng)，要求能夠測量溫度變化，并說明其工作原理。標(biāo)準(zhǔn)答案及解析一、單選題1.D解析：光在均勻介質(zhì)中傳播時，相位變化與傳播距離成正比，公式為Δφ=2πλL。2.B解析：光纖通信中，1310nm和1550nm波段損耗最低，其中1550nm是常用窗口。3.C解析：激光器實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)需要能量泵浦，使高能級粒子數(shù)量多于低能級粒子。4.C解析：光纖的色散主要來源于模式色散，即不同模式傳播速度不同。5.B解析：LC型連接器的典型插入損耗為1.0dB，優(yōu)于其他類型。6.B解析：EDFA主要工作在1550nm波段，是光通信中最常用的放大器。7.C解析：數(shù)值孔徑影響光纖耦合效率，NA越大，耦合越容易。8.A解析：光纖傳感器利用光的干涉、衍射等原理，其中干涉型傳感器應(yīng)用最廣。9.B解析：光分路器用于分配或合并光信號，提高光纖利用率。10.C解析：色散補償模塊通過引入負色散來抵消光纖的正色散。二、填空題1.1310,1550解析：光纖通信常用波長為1310nm和1550nm。2.激光解析：激光器輸出功率與泵浦功率的關(guān)系用激光轉(zhuǎn)換效率描述。3.材料吸收,散射解析：光纖衰減分為材料吸收和散射損耗。4.模式,色度,介入解析：色散分為模式色散、色度色散和介入色散。5.40解析：SC型連接器典型回波損耗低于40dB。6.非線性解析：Raman放大器利用光纖材料的非線性效應(yīng)。7.振動,干涉解析：光纖傳感器分為振動型和干涉型。8.多解析：WDM技術(shù)可同時傳輸多路信號。9.30解析：光纖彎曲損耗通常發(fā)生在彎曲半徑小于30mm時。10.負色散解析：色散補償模塊采用負色散光纖結(jié)構(gòu)。三、判斷題1.√解析：數(shù)值孔徑越大，光纖耦合效率越高。2.×解析：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)意味著高能級粒子數(shù)量多于低能級粒子。3.√解析：色散導(dǎo)致脈沖展寬，降低傳輸速率。4.×解析：LC型連接器更常用，因其體積小、成本低。5.√解析：EDFA體積較大，但性能優(yōu)異。6.×解析：高靈敏度傳感器抗干擾能力更強。7.√解析：WDM技術(shù)提高光纖傳輸容量。8.×解析：彎曲損耗與光纖長度無關(guān)，與彎曲半徑有關(guān)。9.×解析：色散補償模塊只能部分補償色散。10.√解析：光纖衰減主要由材料吸收和散射引起。四、簡答題1.光纖通信系統(tǒng)的基本組成及其功能-光源：產(chǎn)生光信號，如激光器或LED。-光調(diào)制器：將電信號調(diào)制到光信號上。-光纖：傳輸光信號，具有低損耗和高帶寬特性。-光檢測器：將光信號轉(zhuǎn)換回電信號。-放大器：增強光信號，如EDFA。-連接器：連接光纖，保證信號傳輸質(zhì)量。2.粒子數(shù)反轉(zhuǎn)及其作用粒子數(shù)反轉(zhuǎn)是指激光器中高能級粒子數(shù)量多于低能級粒子，這是激光產(chǎn)生的條件。通過能量泵浦（如光泵浦或電泵浦），使高能級粒子躍遷回低能級，釋放光子，形成激光。3.單模光纖和多模光纖的比較-單模光纖：纖芯直徑?。s9μm），傳輸模式單一，適合長距離傳輸，帶寬高。-多模光纖：纖芯直徑大（約50μm），傳輸模式多，適合短距離傳輸，成本較低。應(yīng)用場景：單模光纖用于長途通信和數(shù)據(jù)中心，多模光纖用于局域網(wǎng)和短距離傳輸。五、應(yīng)用題1.信號脈沖展寬量計算公式：Δt=(ΔλL)/c，其中Δλ為色散系數(shù)，L為傳輸距離，c為光速。Δt=(16ps/(nm·km)×50km)/(3×10^8m/s×10^9ps/s)Δt=2.67×10^-10s=267ps解析：接收端信號脈沖展寬量為267ps。2.溫度測量光纖傳感系統(tǒng)設(shè)計-