光纤通信原理与系统张明德第三章习题解析
1. 什么是光纤？光纤有哪些优点？
答：光纤是一种利用全内反射原理将光信号传输的介质，它由芯部和包层组成，芯部的折射率高于包层，使得光线在芯部内反射传播。光纤有以下优点：
1.传输容量大，频带宽，可实现高速、大容量的信息传输；
2.传输损耗小，可实现长距离、无中继的通信；
3.抗电磁干扰，不受外界电磁场的影响，也不会产生电磁辐射；
4.安全可靠，不易被窃听或破坏，具有较高的保密性；
5.质量轻，体积小，易于安装和维护。
2. 光纤按照什么标准进行分类？各类光纤有什么特点？
答：光纤按照芯部和包层的折射率分布可以分为两大类：阶跃型光纤和渐变型光纤。阶跃型光纤的芯部和包层的折射率是不连续变化的，芯部的折射率高于包层的折射率一个固定值。渐变型光纤的芯部和包层的折射率是连续变化的，芯部的折射率从中心向外逐渐降低。阶跃型光纤又可以分为单模光纤和多模光纤。单模光纤的芯径很小，只能传输一种模式的光波，具有较低的色散和较高的带宽。多模光纤的芯径较大，可以传输多种模式的光波，但由于不同模式的传播速度不同，会产生较大的色散和较低的带宽。渐变型光纤一般都是多模光纤，但由于其折射率分布使得不同模式的传播速度更加接近，因此色散比阶跃型多模光纤小。
3. 什么是数值孔径？数值孔径与什么参数有关？
答：数值孔径（NA）是一种描述光纤接收光信号能力的参数，它定义为光纤入射端面上单位面积内能够进入光纤的光功率与入射端面上单位面积内入射的光功率之比。数值孔径与光纤的芯部和包层的折射率有关，可以用以下公式表示：
其中，$n_1$是芯部的折射率，$n_2$是包层的折射率。数值孔径越大，表示光纤接收光信号的能力越强，但也意味着光纤传输的模式数越多，色散越大。
4. 什么是色散？色散有哪些类型？如何减小色散？
答：色散是指光信号在光纤中传输过程中发生波形畸变的现象，它会导致信号质量下降，传输速率和距离受限。色散有以下几种类型：
1.模式色散：由于不同模式的光波在光纤中的传播速度不同，导致不同模式的光波到达接收端的时间不同，造成信号波形展宽。模式色散主要存在于多模光纤中，可以通过使用单模光纤或渐变型多模光纤来减小。
2.材料色散：由于不同波长的光波在光纤材料中的折射率不同，导致不同波长的光波在光纤中的传播速度不同，造成信号波形展宽。材料色散主要存在于单模光纤中，可以通过使用合适的波长或特殊设计的色散移位光纤来减小。
3.波导色散：由于单模光纤中不同波长的光波在芯部和包层之间的分布不同，导致不同波长的光波受到芯部和包层折射率差异的影响不同，造成信号波形展宽。波导色散主要存在于单模光纤中，可以通过使用合适的芯径或特殊设计的色散展平光纤来减小。
5. 什么是损耗？损耗有哪些来源？如何降低损耗？
答：损耗是指光信号在光纤中传输过程中发生功率衰减的现象，它会导致信号强度下降，通信质量降低。损耗有以下几个来源：