2025年光纖通信技術(shù)試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.階躍型光纖中，若纖芯折射率n?=1.465，包層折射率n?=1.460，其數(shù)值孔徑NA約為（）A.0.121B.0.108C.0.096D.0.0832.以下哪種損耗是單模光纖在1550nm窗口的主要損耗來源？（）A.瑞利散射B.材料吸收C.波導(dǎo)散射D.彎曲損耗3.G.654.E光纖的主要優(yōu)化目標(biāo)是（）A.降低1310nm色散B.提高1550nm有效面積C.兼容波分復(fù)用D.增強(qiáng)抗彎性能4.光發(fā)射機(jī)中，直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器（DML）的主要缺點(diǎn)是（）A.調(diào)制速率低B.啁啾效應(yīng)明顯C.功耗過高D.溫度敏感性差5.EDFA（摻鉺光纖放大器）的最佳泵浦波長通常為（）A.808nmB.980nmC.1310nmD.1480nm6.400G光模塊中采用的PAM4調(diào)制，其每個符號攜帶的比特數(shù)為（）A.1bitB.2bitC.3bitD.4bit7.相干光通信相比強(qiáng)度調(diào)制-直接檢測（IM-DD）的核心優(yōu)勢是（）A.成本更低B.對光源線寬要求低C.可同時恢復(fù)幅度、相位和偏振信息D.無需色散補(bǔ)償8.密集波分復(fù)用（DWDM）系統(tǒng)中，相鄰信道間隔通常為（）A.100GHzB.200GHzC.50GHzD.25GHz9.OTDR（光時域反射儀）通過測量（）來定位光纖故障點(diǎn)A.后向瑞利散射光B.前向散射光C.自發(fā)輻射噪聲D.受激拉曼散射光10.未來800G光傳輸系統(tǒng)中，降低功耗的關(guān)鍵技術(shù)是（）A.提高調(diào)制階數(shù)B.采用硅光集成C.增大發(fā)射功率D.簡化數(shù)字信號處理二、填空題（每空1分，共20分）1.光纖的三個主要低損耗窗口為______nm、______nm和______nm。2.單模光纖的截止波長λc=______（用纖芯半徑a、纖芯與包層折射率差Δ、常數(shù)V表示）。3.階躍型多模光纖的最大理論數(shù)值孔徑NA=______（用n?、n?表示）。4.光檢測器的響應(yīng)度R定義為______與______的比值，單位為A/W。5.EDFA的增益介質(zhì)是______，其工作波長覆蓋______nm波段。6.PM-QPSK調(diào)制格式中，每個符號同時調(diào)制光的______和______，可實(shí)現(xiàn)______bit/符號的信息傳輸。7.相干接收機(jī)通常由______、______和模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）組成。8.光信噪比（OSNR）的定義是______與______在單位帶寬內(nèi)的功率比。9.拉曼放大器的增益基于______效應(yīng)，其增益波長由______決定。10.5G前傳網(wǎng)絡(luò)中，常用的光纖技術(shù)是______，要求傳輸距離一般不超過______km。三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述階躍型多模光纖的模式色散產(chǎn)生原因及改善方法。2.對比EDFA（摻鉺光纖放大器）與拉曼放大器（FRA）的主要區(qū)別（至少列出4點(diǎn)）。3.相干光通信中，數(shù)字信號處理（DSP）的主要功能有哪些？4.波分復(fù)用（WDM）系統(tǒng)中，為何需要搭配使用正色散光纖（如G.652）和負(fù)色散光纖（如DCF）？5.100G/400G光模塊中，PAM4調(diào)制相比NRZ（非歸零碼）的優(yōu)勢與挑戰(zhàn)分別是什么？四、計算題（每題10分，共20分）1.某階躍型單模光纖，纖芯直徑8μm，纖芯折射率n?=1.460，包層折射率n?=1.458，工作波長λ=1550nm。計算該光纖的歸一化頻率V值，并判斷是否滿足單模傳輸條件（已知單模光纖截止時V≈2.405）。2.某光接收機(jī)的靈敏度為-28dBm（對應(yīng)誤碼率1×10?12），接收光功率為-25dBm時，計算實(shí)際接收功率與靈敏度的差值（以dB表示），并說明該差值對系統(tǒng)的意義。五、綜合分析題（20分）隨著5G、AI等業(yè)務(wù)發(fā)展，光纖通信系統(tǒng)需支持更高速率、更長距離、更低功耗的傳輸。請結(jié)合當(dāng)前技術(shù)趨勢，分析以下場景的技術(shù)需求與解決方案：（1）數(shù)據(jù)中心內(nèi)部短距互聯(lián)（<2km）；（2）城域骨干網(wǎng)中距傳輸（50-200km）；（3）長途干線超距傳輸（>1000km）。答案一、單項(xiàng)選擇題1.A（NA=√(n?2-n?2)=√(1.4652-1.4602)≈0.121）2.A（1550nm窗口瑞利散射損耗約0.2dB/km，是主要損耗）3.B（G.654.E光纖優(yōu)化1550nm有效面積，降低非線性效應(yīng)）4.B（直接調(diào)制會引起載流子濃度變化，導(dǎo)致波長漂移即啁啾）5.B（980nm泵浦效率高，1480nm次之）6.B（PAM4有4個電平，2bit/符號）7.C（相干檢測可恢復(fù)幅度、相位、偏振，支持高階調(diào)制）8.C（DWDM常用50GHz或25GHz間隔，CWDM為20nm）9.A（OTDR利用后向瑞利散射光的時間延遲定位故障）10.B（硅光集成可將激光器、調(diào)制器等集成，降低功耗）二、填空題1.850、1310、15502.2πa√(2n?2Δ)/V（或2πa(n?√(2Δ))/V）3.√(n?2-n?2)4.輸出光電流、輸入光功率5.摻鉺光纖、1530-1565（C波段）6.偏振態(tài)、相位、27.90°混頻器、平衡探測器8.信號光功率、噪聲光功率9.受激拉曼散射、泵浦光波長10.彩光WDM（或灰光+無源波分）、10三、簡答題1.模式色散產(chǎn)生原因：階躍型多模光纖中不同模式的傳輸路徑不同（如子午光線的最大/最小入射角），導(dǎo)致群速度差異，信號脈沖展寬。改善方法：采用漸變型多模光纖（折射率沿徑向漸變，使各模式群速度趨于一致）；或使用單模光纖（消除模式色散）。2.主要區(qū)別：①泵浦方式：EDFA需980/1480nm泵浦源，F(xiàn)RA利用入射光與泵浦光的受激拉曼散射；②增益位置：EDFA增益集中在摻鉺光纖段，F(xiàn)RA增益分布在整個光纖鏈路；③增益帶寬：FRA帶寬由泵浦波長決定（可達(dá)100nm以上），EDFA帶寬約35nm（C波段）；④噪聲特性：EDFA有自發(fā)輻射（ASE）噪聲，F(xiàn)RA噪聲較低（僅放大信號，不產(chǎn)生新噪聲）；⑤應(yīng)用場景：EDFA用于集中放大，F(xiàn)RA用于分布式放大（降低非線性效應(yīng)）。3.DSP主要功能：①色散補(bǔ)償（補(bǔ)償光纖正色散引起的信號畸變）；②偏振模色散（PMD）補(bǔ)償（糾正偏振態(tài)隨機(jī)變化導(dǎo)致的脈沖展寬）；③相位恢復(fù)（消除激光器線寬引起的相位噪聲）；④時鐘恢復(fù)（提取信號時鐘，同步采樣）；⑤前向糾錯（FEC）編碼/解碼（提高系統(tǒng)誤碼性能）；⑥均衡（補(bǔ)償光纖非線性效應(yīng)及器件帶寬限制）。4.搭配原因：正色散光纖（如G.652，1550nm色散約17ps/(nm·km)）在傳輸中會積累正色散，導(dǎo)致信號脈沖展寬；負(fù)色散光纖（DCF，色散為-80~-120ps/(nm·km)）可提供負(fù)色散補(bǔ)償。通過級聯(lián)正色散光纖與DCF，可使整個鏈路的總色散接近零，避免色散導(dǎo)致的碼間干擾（ISI），同時降低非線性效應(yīng)（如自相位調(diào)制SPM）的影響，提升系統(tǒng)傳輸容量和距離。5.優(yōu)勢：①相同波特率下，PAM4傳輸速率翻倍（NRZ為1bit/符號，PAM4為2bit/符號），降低對器件帶寬的要求（如400GPAM4僅需50GHz帶寬，而NRZ需100GHz）；②可兼容現(xiàn)有電接口（如100G電信號通過PAM4調(diào)制到25GBaud光信號），降低成本。挑戰(zhàn)：①對噪聲更敏感（4個電平間隔小，相同信噪比下誤碼率更高）；②需要更高精度的DAC/ADC（量化位數(shù)需≥5bit）；③激光器/調(diào)制器的線性度要求嚴(yán)格（非線性失真會導(dǎo)致電平重疊）；④需引入更復(fù)雜的DSP（如線性/非線性均衡、前向糾錯）。四、計算題1.歸一化頻率V=2πa√(n?2-n?2)/λ已知a=4μm=4×10??m，λ=1550nm=1.55×10??m，n?=1.460，n?=1.458Δ=(n?2-n?2)/(2n?2)≈(1.4602-1.4582)/(2×1.4602)≈(0.005832)/(4.2632)≈0.00137√(n?2-n?2)=√(2n?2Δ)≈√(2×1.4602×0.00137)≈√(0.00583)≈0.0763V=2π×4×10??×0.0763/(1.55×10??)≈(2×3.14×4×0.0763)/1.55≈(1.917)/1.55≈1.237因V≈1.237<2.405，滿足單模傳輸條件。2.接收功率與靈敏度的差值=(-25dBm)-(-28dBm)=3dB意義：該差值為系統(tǒng)的功率余量（或裕量），用于補(bǔ)償鏈路中的額外損耗（如連接器損耗、熔接損耗、光纖老化引起的損耗增加等）。余量越大，系統(tǒng)抗干擾能力越強(qiáng)，長期運(yùn)行的可靠性越高。五、綜合分析題（1）數(shù)據(jù)中心短距互聯(lián)（<2km）：需求：超高速（400G/800G）、低功耗、低成本。解決方案：①采用并行多模光纖（MMF）或單模光纖（SMF）；②光模塊以硅光集成為主（集成激光器、調(diào)制器、探測器）；③調(diào)制格式選擇NRZ或PAM4（短距下噪聲影響小，PAM4可降低帶寬需求）；④使用VCSEL（垂直腔面發(fā)射激光器）+多模光纖（850nm）或DFB（分布反饋激光器）+單模光纖（1310nm）；⑤支持CPO（共封裝光學(xué)）技術(shù)，縮短電互連線，降低功耗。（2）城域骨干網(wǎng)中距傳輸（50-200km）：需求：高速率（100G-400G）、適中距離、低運(yùn)維成本。解決方案：①采用DWDM技術(shù)（50GHz/25GHz信道間隔）提升容量；②光放大器以EDFA為主（C/L波段），搭配拉曼放大器（FRA）擴(kuò)展帶寬；③調(diào)制格式選擇PM-QPSK（相位調(diào)制+偏振復(fù)用，4bit/符號）或PAM4（中短距下成本更低）；④使用色散補(bǔ)償模塊（DCM）或DSP色散補(bǔ)償（減少光層色散補(bǔ)償器件）；⑤引入可重構(gòu)光分插復(fù)用器（ROADM）實(shí)現(xiàn)靈活調(diào)度。（3）長途干線超距傳輸（>1000km）：需求：超長距離（跨洲/跨洋）、高可靠性、抗非線性。解決方案：①采用超低