光纤通信课后习题解答 第2章习题参考答案.pdf

光纤通信是现代通信技术的重要组成部分，它通过利用光的特性实现高速、大容量的数据传输。在本章中，我们主要探讨了光纤的基本结构、分类、导光原理以及一些关键参数的计算。 光纤由三部分组成：纤芯、包层和涂覆层。纤芯是光纤的核心，具有较高的折射率，用于引导光信号；包层的折射率较低，与纤芯形成一个折射率差，使得光能在纤芯内持续反射前进；涂覆层则起到保护作用，防止水分和机械损伤对光纤造成损害。 光纤的分类多种多样，主要依据其折射率分布、传输模式数量、工作波长和ITU-T的建议。例如，按照折射率分布可分为阶跃型光纤和渐变型光纤，前者折射率在界面突然改变，后者则是逐渐变化。按模式数量分，有单模光纤（仅传输一种模式）和多模光纤（可传输多个模式）。按波长，有短波长、长波长和超长波长光纤。根据ITU-T的建议，光纤被划分为如G.651、G.652、G.653、G.654和G.655等类型，分别对应不同的应用特性。 数值孔径（NA）是衡量光纤集光能力的关键参数。对于阶跃型光纤，NA与纤芯和包层的折射率差有关；而对于渐变型光纤，NA只与纤芯内最大折射率和包层折射率有关。NA越大，光纤能捕捉到的光线角度范围越广，集光性能越好。 光纤的导光原理基于全反射。当光线进入纤芯，如果入射角小于特定的数值孔径角，光线会在芯包界面发生全反射，从而在纤芯内部传播，形成光信号的传输路径。 传导模是指能够在光纤中长距离传播的光模式。在光纤中形成驻波的条件是光波传播一个周期，相位变化是2π的整数倍，这称为相位一致条件。满足这一条件的模式才能在光纤中稳定传播。 单模光纤的芯径和相对折射率差Δ比多模光纤小，这是为了满足单模传输的条件，即归一化频率V小于次低阶模的归一化截止频率Vc。V与芯径a和相对折射率差Δ直接相关，因此，减小a和Δ可以抑制多模干涉，实现单模传输。 在具体计算中，例如，给定光纤的折射率、长度和相对折射率差，可以求出数值孔径NA。如果去掉包层和涂覆层，光纤的NA和相对折射率差会相应改变。另外，为了保证光纤的单模传输，可以通过调整纤芯半径a或包层折射率n2来满足归一化频率V小于2.405的要求。 本章内容涵盖了光纤通信的基础知识，包括光纤结构、分类、参数计算以及单模传输条件。这些知识点对于理解和设计光纤通信系统至关重要。