以突变型多模光纤的交轴(子午)光线为例，设纤芯和包层折射率分别为n1和n2，空气的折射率n0=1，纤芯中心轴线与z轴一致，如图。光线在光纤端面以小角度θ从空气入射到纤芯(n0<n1)，折射角为θ1，折射后的光线在纤芯直线传播，并在纤芯与包层交界面以角度ψ1入射到包层(n1>n2)。改变角度θ，不同θ相应的光线将在纤芯与包层交界面发生反射或折射。
根据全反射原理，存在一个临界角θc。
基于单片机的信号发生器
当θ<θc时，相应的光线将在交界面发生全反射而返回纤芯，并以折线的形状向前传播，如光线1。根据斯奈尔(Snell)定律得到
n0sinθ=n1sinθ1=n1cosψ1
当θ=θc时，相应的光线将以ψc入射到交界面，并沿交界面向前传播(折射角为90°)，如光线2
当θ>θc时，相应的光线将在交界面折射进入包层并逐渐消失，如光线3。
由此可见，只有在半锥角为θ≤θc的圆锥内入射的光束才能在光纤中传播。
【3】光纤通信系统的总体结构框图。
答：单向传输的光纤通信系统，包括发射、接收和作为广义信道的基本光纤传输系统
（1）光发信机：
光发信机是实现电/光转换的光端机。它由光源、驱动器和调制器组成。其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。（2）光收信机：
光收信机是实现光/电转换的光端机。它由光检测器和光放大器组成。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端汲去。
（3）光纤或光缆：
光纤或光缆构成光的传输通路。其功能是将发信端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。
（4）中继器：
中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个：
一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减；另一个是对波形失真的脉冲近行政性。
（5）光纤连接器、耦合器等无源器件：由于光纤或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度的（如1Km)。因此一条光纤线路可能存在多根光纤相连接的问题。于是，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。
【6】激光器工作所需要的条件
在谐振腔内开始建立稳定的激光振荡的阈值条件为γth =α
gis地图制作+1/2L*ln(1/R1R2) 式中，γth 为阈值增益系数，α为谐振腔内激活物质的损耗系数，L为谐振腔的长度，R1，R2<1为两个反射镜的反射率
激光振荡的相位条件为；式中，λ为激光波长，n为激活物质的折射率，q=1, 2, 3 …称为纵模模数 【7】双异质结结构的优点。
（1）异型异质结可以增加载流子从高能带间隙区到低能带间隙的注入效率；
（2）同型异质结提供一个势垒，把载流子限制在低能带间隙区域内；（3）不论同型异质结或异型异质结都因折射率差而形成一个光波导，对光场进行限制；
（4）降低器件的接触电阻。
正是由于这几个作用，就使得双异质结半导体激光器的阈值电流大大降低双异质结结构能有效地将注入载流子和复合产生地光子限制在有源区，因而提高了载流子的注入效率，降低了激光器的阈值电流，实现了室温下连续工作。
【8】单模传输所需要的条件。
单模传输条件为由式(2.36)可以看到，对于给定的光纤(n1、n2和a确定)，存在一个临界波长λc，当λ<λc时，是多模传输，当λ>λc时，是单模传输，这个临界波长λc称为截止波长。由此得到
【8】什么是归一化频率V，V取值多少时光纤单模传输？什么叫光纤的截止波长？
光纤的归一化频率V是一个综合性参数，与光纤的结构参数（纤芯的折射率n1、半径a、折射率相对差△）和工作波长0有关。其数值大小决定了弱波导光纤中电磁场的分布和传输情况。
光纤单模传输的条件是0<V< 2.4。
光纤的截止波长c是一组数组波长，表示不同导模刚好截止不传（波长大于该值时，相应的电磁场模式不能沿光纤有效传输）。
单模光纤进行单模传输的最小波长称为单模光纤的截止波长。
【9】光纤连接器的概念。
连接器是实现光纤与光纤之间可拆卸(活动)连接的器件，主要用于光纤线路与光发射机输出或光接收机输入之间，或光纤线路与其他光无源器件之间的连接。
【10】光纤耦合器的分类及工作原理。
答：耦合器类型有：
（1）T形耦合器（2）星形耦合器（3）定向耦合器（4）波分复用
器/解复用器；
工作原理：光纤耦合器是光纤与光纤之间进行可拆卸连接的器件，它是把光纤的两个端面精密对接起来，以使发射光纤输出的光能量能最大限度地耦合到接收光纤中去，并使其介入光链路从而对系统造成的影响减到最小。
【11】LD的工作原理。
答：半导体激光器是向半导体PN结注入电流，实现粒子数反转分布，产生受激辐射，再利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光振荡的。
欧米伽3榨油机【12】LED的工作原理。
答：当给LED外加合适的正向电压时，大量的空穴和电子产生定向扩散运动，形成电流，而在PN结区，部分运动的导带自由电子在运动过程中自发跃迁回价带，放出一定频率的光子，这就是LED的发光原理。【13】PIN管的工作原理。
中间的I层是N型掺杂浓度很低的本征
半导体，用Π(N)表示；两侧是掺杂浓度很
高的P型和N型半导体，用P+和N+表示。气力提升机
I层很厚，吸收系数很小，入射光很容易
进入材料内部被充分吸收而产生大量电子 -
空穴对，因而大幅度提高了光电转换效
率。
两侧P+层和N+层很薄，吸收入射光的比
例很小，I层几乎占据整个耗尽层，因而光生电流中漂移分量占支配地位，从而大大提高了响应速度。
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另外，可通过控制耗尽层的宽度w，来改变器件的响应速度。
【14】APD的工作原理。
答：根据光电效应，当光入射到PN结时，光子被吸收而产生电子-空穴对。如果电压增加到使电场达到200 kV/cm以上，初始电子(一次电子)在高电场区获得足够能量而加速运动。高速运动的电子和晶格原子相碰撞，使晶格原子电离，产生新的电子-空穴对。新产生的二次电子再次和原子碰撞。如此多次碰撞，产生连锁反应，致使载流子雪崩式倍增。【16】掺铒光纤放大器的优缺点。
答：EDFA的主要优点有：（1）工作波长正好落在光纤通信最佳波段(1500～1600 nm)；其主体是一段光纤(EDF)，与传输光纤的耦合损耗很小，可达0.1 dB。（2）增益高；约为30～40 dB; 饱和输出光功率大，约为10～15 dBm；增益特性与光偏振状态无关。（3）噪声指数小；一般为4～7 dB；用于
多信道传输时，隔离度大，无串扰，适用于波分复用系统。（4）频带宽；在1550 nm窗口，频带宽度为20～40 nm，可进行多信道传输，有利于增加传输容量。
EDFA的缺点：
（1）波长固定，只能放大1.55um左右的光波，换用不同基质的光纤时，铒离子能级也只能发生很小的变化，可调节的波长有限，只
能换用其他元素。
（2）增益带宽不平坦，在WDM系统中需要采用特殊的手段来进行增益谱补偿。
原理
掺铒光纤放大器主要由一段掺铒光纤、泵浦光源、光耦合器及光隔离器等构成。采用掺铒单模光纤作为增益物质，在泵浦光激发下产生粒子数反转，在信号光诱导下实现受激辐射放大。泵浦光和信号光一起通过光耦合器注入掺铒光纤；光隔离器作用是只允许光单向传输，用于隔离反馈光信号，提高稳定性。EDFA的原理是：在泵浦光作用于掺铒光纤的铒离子和电子，产生受激吸收和粒子反转，信息光此时再作用于掺铒光纤，产生受激辐射从而放大了信息光。光泵浦波长比光信号波长短（能量高），在光信号波长的带外
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【17】波分复用系统的组成结构。
答：实际的WDM系统主要由五部分组成：光发射机、光中继放大、光接收机、光监控信道和网络管理系统，如下图所示:
1、试列出五种以上DWDM系统的关键部件（技术），说明DWDM系统在C波段的波段范围、最小波长间隔和频率间隔，试比较光信号波长与光监控波长的波长范围和信息速率。
DWDM系统的核心部件（技术）有：波长转换器（或DWDM光源技术）、光放大器、波分复用器、光监控系统、光复用段保护和散补偿部件等
C-波段的波长范围1525~1565nm（写成1526~1563也可），最低标准波长间隔是0.8nm（个别情况最小可达0.4nm），频率间隔是100GHz。
光信号波长，如1552.52nm，信息速率10Gbit/s较高。监控波长151010nm在带外，2Mbit/s是低速信号。
【18】SDH的概念及优点。
答：SDH：同步数字系列，是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合信息传送同步光网络。
优点：（1）SDH采用世界上统一的标准传输速率等级。最低的等级也就是最基本的模块称为STM-1，传输速率为155.520 Mb/s； 4个STM-1 同步复接组成STM-4，传输速率为622.080 Mb/s；16个STM-1 组成STM-16，传输速率为2488.320 Mb/s，以此类推。（2）SDH各网络单元的光接口有严格的标准规范。因此，光接口成为开放型接口，这有利于建立世界统一的通信网络。标准的光接口综合进各种不同的网络单元，简化了硬件，降低了网络成本。
（3）在SDH帧结构中，丰富的开销比特用于网络的运行、维护和管理，便于实现性能监测、故障检测和定位、故障报告等管理功能。（4）采用数字同步复用技术，其最小的复用单位为字节，不必进行码速调整，简化了复接分接的实现设备，由低速信号复接成高速信号，或从高速信号分出低速信号，不必逐级进行。
（5）采用数字交叉连接设备DXC可以对各种端口速率进行可控的连接配置，对网络资源进行自动化的调度和管理，既提高了资源利用率，又增强了网络的抗毁性和可靠性。SDH采用了DXC后，大大提高了网络的灵活性及对各种业务量变化的适应能力，使现代通信网络提高到一个崭新的水平。
不足： 1. 频带利用率低 2. 指针调整机理复杂 3. 软件的大量使用对系统安全性的影响
【20】数字通信系统的优点如下：
1 抗干扰能力强，传输质量好。② 可以用再生中继，传输距离长。
③ 适用各种业务的传输，灵活性大。
④ 容易实现高强度的保密通信。⑤ 数字通信系统大量采用数字电路，易于集成，从而实现小型化、微型化，增强设备可靠性有利于降低成本。
