光纤通信原理与应用第三版是一本系统介绍光纤通信技术的教材,共分为十二章,涵盖了光纤通信的基础理论、光纤、光源、光检测器、光放大器、光开关、光复用器、光传输系统、光网络、光接入网、非线性效应和数字信号处理等内容。每一章都配有课后习题,旨在帮助读者巩固和检验所学知识。本文将对每一章的课后习题进行简要的解析,供读者参考。
第一章介绍了光纤通信的发展历史、特点和优势,以及光纤通信系统的基本组成和工作原理。课后习题主要考察了读者对光纤通信概念和基本参数的理解和计算能力。例如:
1.习题1.1:简述光纤通信系统的基本组成部分及其功能。
2.解答:光纤通信系统的基本组成部分有三个,分别是发射端、传输介质和接收端。发射端的功能是将电信号转换为光信号,并将其注入到传输介质中。传输介质的功能是提供光信号的传输路径,并保证其质量和稳定性。接收端的功能是将传输介质中的光信号转换为电信号,并进行放大、整形和恢复等处理。
3.习题1.2:计算在1550 nm波长下,单模光纤的截止频率为10 GHz时,其截止波长和模场直径。
4.解答:根据截止频率的定义,有 $$f_c=\\frac{c}{2\\pi a n_1\\sqrt{2\\Delta}}$$ 其中c是光速,a是模场半径,n1是芯层折射率,Δ是相对折射率差。由此可得 $$a=\\frac{c}{2\\pi f_c n_1\\sqrt{2\\Delta}}$$ 将已知数据代入,可得 $$a=\\frac{3\\times 108}{2\\pi\\times 1010\\times 1.45\\sqrt{2\\times 0.003}}=0.011 mm$$ 模场直径D=2a=0.022 mm。根据截止波长的定义,有 $$\\lambda_c=\\frac{\\lambda}{\\sqrt{V2-2.4052}}$$ 其中λ是工作波长,V是归一化频率。由此可得 $$V=\\sqrt{\\frac{\\lambda2}{\\lambda_c2}+2.4052}$$ 将已知数据代入,可得 $$V=\\sqrt{\\frac{(1550\\times 10{-9})2}{(\\lambda_c)2}+2.4052}=2.405$$ 由此可解出 $$\\lambda_c=1550\\times 10{-9}\\sqrt{\\frac{1}{V2-2.4052}}=1266 nm$$
第二章介绍了光纤通信中涉及到的电磁波理论、几何光学理论和波动光学理论,以及光纤的分类、结构和特性。课后习题主要考察了读者对光纤的理论分析和实际应用的能力。例如: