光纤通信原理与系统第五章课后习题解析
本文根据《光纤通信原理与系统》张明德著第五版的第五章内容，对课后习题进行了解析，帮助读者更好地理解和掌握光纤传输原理与特性。
一、选择题
1. 光纤的传输损耗主要由（ ）引起。
A. 光纤材料的吸收
B. 光纤材料的散射
C. 光纤结构的不均匀性
D. 光纤连接和弯曲
解析：光纤的传输损耗包括固有损耗和外加损耗。固有损耗由光纤材料的吸收和散射引起，外加损耗由光纤结构的不均匀性、光纤连接和弯曲等因素引起。外加损耗通常比固有损耗大得多，因此是光纤传输损耗的主要来源。
2. 光纤中存在许多传输模式，不同模式沿光纤轴向的传输速度也不同，到达接收端所用的时间不同，而产生了（ ）。
A. 模式色散
B. 材料色散
C. 波导色散
D. 极化模色散
解析：模式色散是多模光纤中特有的一种色散现象，由于多模光纤中存在许多传输模式，每种模式都有不同的群速度和群延迟，因此在同一时间发出的信号在经过一段光纤后会产生时间上的展宽。
3. 在单模光纤中，当波长小于截止波长时，（ ）。
A. 只有基模能够传输
B. 除基模外还有高阶模式能够传输
C. 所有模式都不能传输
D. 所有模式都能传输
解析：单模光纤是指只有基模能够稳定传输的光纤，其截止波长是指当波长大于或等于该值时，只有基模能够传输的临界波长。当波长小于截止波长时，除基模外还有高阶模式能够传输，但这些高阶模式会随着距离逐渐衰减。
4. 在单模光纤中，当波长大于或等于截止波长时，（ ）。
A. 只有基模能够传输
B. 除基模外还有高阶模式能够传输
C. 所有模式都不能传输
D. 所有模式都能传输
解析：单模光纤是指只有基模能够稳定传输的光纤，其截止波长是指当波长大于或等于该值时，只有基模能够传输的临界波长。当波长大于或等于截止波长时，只有基模能够传输，其他高阶模式都不能满足边界条件。
5. 在单模光纤中，当波长等于零色散波长时，（ ）。
A. 光纤的色散系数为零
B. 光纤的色散系数为最大值
C. 光纤的色散系数为最小值
D. 光纤的色散系数无法确定
解析：光纤的色散系数是指光纤中信号的群延迟随波长变化的速率，它由材料色散和波导色散两部分组成。在单模光纤中，材料色散和波导色散有相反的符号，因此存在一个零色散波长，使得两者相互抵消，从而使光纤的色散系数为零。
二、填空题
1. 光纤的折射率分布曲线是指（ 光纤横截面上各点的折射率与半径之间的关系 ）。
2. 在光纤中，当入射角等于临界角时，发生（ 全反射 ）现象。
3. 在多模光纤中，由于不同模式沿光纤轴向的传输速度不同，导致信号在时间上产生展宽，这种现象称为（ 模式色散 ）。
4. 在单模光纤中，由于光纤材料的折射率随波长变化而变化，导致信号在频率上产生展宽，这种现象称为（ 材料色散 ）。
5. 在单模光纤中，由于不同偏振状态下的光波具有不同的群速度和群延迟，导致信号在时间上产生展宽，这种现象称为（ 极化模色散 ）。
三、计算题
1. 已知一根多模光纤的长度为10 km，其折射率差Δ=0.01，数值孔径NA=0.22，请计算该光纤的归一化频率V和支持的最大传输模式数M。
解：根据公式V=2πaNA/λ，可得V=2π×25×10-6×0.22/1.3×10-6≈21.1。根据公式M≈V2/2，可得M≈222。
2. 已知一根单模光纤的长度为20 km，其截止波长λc=1.3 μm，请计算该光纤在1.55 μm处的归一化频率V和有效截面积Aeff。