原荣 编著 《光纤通信（第3版）》
第1章 复习思考题参考答案
1-1 用光导纤维进行通信最早在哪一年由谁提出
答：1966年7月英籍华人高锟提出用光导纤维可进行通信。
1-2 光纤通信有哪些优点
光纤通信具有许多独特的优点，他们是： 1. 频带宽、传输容量大； 2. 损耗小、中继距离长； 3. 重量轻、体积小； 4. 抗电磁干扰性能好； 5. 泄漏小、保密性好；
6．节约金属材料，有利于资源合理使用。
1-3 简述通信网络的分层结构
构成通信网络的基础设施可用图1.1.3所示的分层模型来描述。这种分层网络支持传统的电复用信号传输，但是也可以提供全光端对端透明连接。在光层中传输的网络功能，如分插复用（ADM）、交叉连接、信号存储以及业务调度均在光层中完成。
光接入LAN声音POTS视频CATV业务和应用层网络管理OXCOXCOXCOADM光传送/网络层电交换/复接层( 层)SDH/ATMOADMOADM: 光分插复用光交叉连接OXC：
图1.1.3 通信网络的分层结构
1-4 比较光在空气和光纤中传输的速度，哪个传输得快
答：当光通过比真空密度大的光纤时，其传播速度要减慢，如图1.2.3所示，减慢的程
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第1章 复习思考题参考答案
度与介质折射率n成反比。
图1.2.3 光通过密度大的介质时传播速度要减慢
1-5 简述抗反射膜的工作原理。
答：当光入射到光电器件的表面时总会有一些光被反射回来，除增加耦合损耗外，还会对系统产生不利的影响，为此需要在器件表面镀一层电介质材料，以便减少反射，如图1.3.6所示。在该例中，空气折射率n1?1，器件材料是硅，n3?3.5，电介质材料选用Si3N4，其折射率n2?1.9，在空气和硅器件折射率之间。当入射光到达空气和抗反射膜界面时，标记为A的一些光被反射回来，因为它是外反射，所以反射光与入射光相比有180o的相位变化。该光波在电介质材料中传播，当到达抗反射膜和器件界面时，除大部分光进入器件外，一些光又被反射回来，标记为B。因为n3?n2，还是外反射，B光仍有180o的相位变化，而且当它从抗反射膜出来时，已经受了2d距离的传输延迟，d为抗反射膜的厚度。其相位差为kc?2d?，这里kc是电介质材料的波矢量，并且kc?2π?c，式中?c是光在电介质材料抗反射膜中的波长。因为?c??n2，这里?是自由空间波长，反射光A和B间的相位差是
????2π n2???2d? （1.3.18） 为了减少反射光，光波A和B必须相消干涉，这就要求两者的相位差必须为 ? 或者 ? 的奇
数倍，于是
???2πn2??????2d?mπ 或 d?m?c??m??4n????4??2??? m?1, 3, 5 ??? （1.3.19） ?于是要求镀膜的厚度必须是四分之一镀膜介质波长的奇数倍。
d入射光反射光AB抗反射膜表面n1n2n3?n2>n1n3透射光器件 图1.3.6 镀抗反射膜以减少反射光强度
为了使反射光波A和B的相消干涉效果更好，两者的幅度必须尽量相等，这就要求n2?n1n3，此时空气和镀膜介质间的反射系数就与镀膜介质和器件间的反射系数相等。在
本例中，n2?n1n3?3.5?1.87，所以Si3N4是减少光从空气射入硅器件的抗反射膜的最好
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原荣 编著 《光纤通信（第3版）》
的材料。如果光波长是1 500 nm，膜厚d???4n2??1500?4?1.9??197.4nm，或者197.4 nm的奇数倍。
1-6 简述电介质镜的工作原理
答：电介质镜由数层折射率交替变化的电介质材料组成，如图1.3.7（a）所示，并且n1?n2，每层的厚度为?L/4，?L是光在电介质层传输的波长，且?L??on， ?o是光在自由空间的波长，n是光在该层传输的介质折射率。从界面上反射的光相长干涉，使反射光增强，如果层数足够多，波长为?o的反射系数接近1。图1.3.7（b）表示典型的多层电介质镜反射系数与波长的关系。
对于介质1传输的光在介质1和2的界面1-2反射的反射系数是r12??n2?n1??n1?n2?，而且是正数，表明没有相位变化。对于介质2传输的光在介质2和1的界面2-1反射的反射系数是r21??n1?n2??n2?n1?，其值是负数，表明相位变化了?。于是通过电介质镜的反射系数的符号交替发生变化。考虑两个随机的光波A和B在两个前后相挨的界面上反射，由于在不同的界面上反射，所以具有相位差?。反射光B进入介质1时已经历了两个（?2/4）距离，即?2/2，相位差又是 ?。此时光波A和B的相位差已是2?。于是光波A和B是同相，于是产生相长干涉。与此类似，我们也可以推导出光波B和C产生相长干涉。因此，所有从前后相挨的两个界面上反射的波都具有相长干涉的特性，经过几层这样的反射后，透射光强度将很小，而反射系数将达到1。
电介质镜原理已广泛应用到垂直腔表面发射激光器中。
?1/4?2/4入射光A反射光BCn1透射光n2>n1n1透射光n2n212121反射系数0330550?(nm)?o770(a)对反射光相长干涉的原理(b) 反射系数与波长的关系
图1.3.7 多层电介质镜工作原理
1-7 简述分光镜的工作原理
图1.3.12表示光束入射到玻璃棱镜的斜边可以发生全反射。利用光学隧道效应阻止全反射的基理，可以制做分光镜，如图1.3.13所示，两个三角棱镜A和C被一层低折射率薄膜B分开，此时A中的一些光线穿过薄膜B进入C，然后从立方棱镜出去。由于A镜斜面阻止全反射的作用，导致产生透射光束，因此入射光束被分成两束。两种光束能量分配的比例取决于薄膜层厚度和它的折射率。
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