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光纤课后

1.1

1、什么是光纤通信?

2、光纤通信的优点有哪些?

3、光纤通信的各发展阶段的特征是什么?

4、光通信系统工作波长为0.88mm,1.3mm和1.55mm,计算载波频率及单个光子能量。

5、假设数字通信系统能够在高达1%的载波频率下工作,试问在5GHz的微波载波和1.55m m的光载波上能传输多少64kb/s的话路?

1.2

1、光纤通信系统由哪几部分组成?简述各部分的作用。

2、光纤通信的三个窗口指什么?

3、光纤通信中对光源的要求是什么?

4、光纤通信中对检测器的要求是什么?

1.4

1、10mW的1310nm激光,其发送光功率为多少dBm?

2、某光纤损耗为10dB,计算光通过光纤后,功率减小多少?

3、0.8mm的光波以1mW的光功率入射到探测器,则探测器每秒接收的光子数是多少?

4、设光纤的损耗为0.2dB/km,计算光功率下降一个数量级所对应的传输距离。如果光功率以exp(-aL)规律下降,计算a(in cm-1).

5、设有1.55mm的数字通信系统工作于1Gb/s,探测器接收的平均功率为(-40dBm).假设比特流中的1和0比特数相等,计算每个比特中的光子数。

6、画出比特率为2.5Gb/s的数字非归零(NRZ)比特流(010*********)的功率随时间变化图象,并计算最短和最长的光脉冲持续时间。

1.5

1、什么是TDM?为何使用TDM?

2、试述PCM方式下语音数字通信的基本过程?

3、PCM 30路制式的速率等级是怎么样的?

4、基群的传输速率为多少?

5、PCM基群的帧周期、时隙宽度、码元宽度是怎样计算的?

6、对10路语音信号进行PCM时分复用传输,采样速率为8kHz,采样后的信号使用M级电平量化,二进制编码,传输信号为半占空RZ码,求M=8和256时,传输10路PCM时分复用信号所需带宽。

光纤课后

光纤课后

M=8,3bit/路,30bit/10路 8000帧/秒,B=30bit*8k/s=240kb/s M=256,8bit/路,80bit/10路 8000帧/秒,B=80bit*8k/s=640kb/s 2.1

1.写出光波在真空和介质中传播速度的关系、波长的关系、频率的关系、传播常数的关系。

2.光纤的结构如何?

3.何谓SIF ?何谓GIF ?画出它们折射率分布示意图,标出结构参数2a ,2b 。

4.何谓单模光纤?何谓多模光纤? 2.2

1.何谓相对折射率差?

2.SIF 和GIF 光纤中光线的传播路径有何区别?

3.从射线分析方法看,光纤中导波的形成必须具备什么条件?

4.根据射线分析方法,SIF 光纤内导波模式的横向谐振条件是

说明上式中各符号含义及由该式可得出的导波模式结论。 5. 根据GIF 光纤中光线的轨迹方程 其中入射光线--

说明GIF 光纤的自聚焦效应。

1.何谓光纤中的导波模式?

2.何谓矢量模?何谓标量模?

3.写出归一化频率V 的定义式,并说明各符号的意义。

4.光纤的单模工作条件是什么?在a ,n 1,n 2给定条件下的单模截止波长为多少?

5.设多模光纤的2a =50um ,n1=1.48,D=0.01,计算在工作波长为l=840nm 时的归一化频率V=?光纤中存在多少导波模式? 2.3

1. 已知单模光纤传输波长为1.2mm 的光波,其中 n1=1.45, D=5×10-3, 估算单模光纤的芯径。

2. A step-index fiber has a normalized frequency V=26.6 at a 1300-nm wavelength. If the core

radius is 25mm, let us find the numerical aperture.

)

,(i i r θ入射光线--

)

,(θr 出射光线--

,...)

2,1,0(,22401==+j j ak x πδ???? ?????

? ??-=???? ??i i r Az Az An Az An Az r θθ)cos()sin()sin(1)cos(a A /2?=

3. 已知SIF 光纤, n1=1.5, D=0.01, a =25um, 求(1)LP01,LP02,LP11,LP12模的截止波长各为多少?(2)若波长为1mm ,求V=?光纤中传播的模式数量M=?(参见提示) 提示:光纤中的低阶模式和相应的V 值范围

1.描述光纤损耗通常用损耗系数a 来描述,写出其表达式。

2.引起光纤损耗的因素有哪些?

3.什么是全波光纤?

1、写出多模光纤模间色散引起的带宽表达式,并加以说明。

2、写出单模光纤模内色散引起的带宽表达式,并加以说明。

3、按照产生的原因不同将模内色散分为哪两类色散?

4、模内色散用色散系数来描述,其是如何定义的?并 加以说明。 1、什么是光纤的非线性极化? 2、说出若干光纤的非线性效应。

3、受激RAMAN 散射与受激Brillouin 散射的区别是什么?

4、什么是Kerr 效应?

1.下列光纤中属于多模光纤的是 G .651, G .652, G .653, G .654

2. G .653称作色散位移光纤(DSF),其零色散波长为多 少?

3.1

1.为什么原子中电子的状态用能级描述,而半导体中电子的状态用能带表示?

2.什么是导带和价带?半导体中哪个带的电子参与导电?

3.何谓费米能级?写出费米分布的表达式,并加以说明。

4.画出本征半导体能带的示意图,并标出带隙?

5.当E-E f >5kBT 时,计算费米分布函数大小,并说明其物理意义。 1.何谓耗尽层和有源区? 2.何谓同质结和异质结?

1. LED 具有怎样的发光特点?

2. 描述LED 的特性有哪些?

L P 01 H E 11

L P 11 H E 21 T M 01 T E 01 L P 02 H E 12

L P 12 H E 22 T M 02 T E 02 L P 03 H E 13

L P 13 H E 23 T M 03 T E 03

0~2.405 2.405~3.832 3.832~5.520 5.520~7.016 7.016~8.654

8.654~10.173

低阶模式

V 值范围

3. 若波长为1.31mm 的LED ,当驱动电流为50mA 时产生2mW 的输出光功率,计算LED 的量子效率h ?

4. LED 的最高调制频率大约为多少?

5. 面发光二极管(SLED)与光纤的耦合效率为多少? 1.画出LD 的结构框图,并说明各部分的功能? 2.如何实现LD 的粒子数反转?

3.什么是LD 的内量子效率?外量子效率?微分量子效率?

4.已知LD 的波长为1.31mm ,微分量子效率为10%,求该LD 的P-I 曲线的斜率?

5.何谓单模激光和多模激光?边模抑制比是如何定义的? 1.何谓QW-LD ? 2.何谓FB-LD ? 3.何谓DFB-LD ? 4.何谓DBR-LD ? 5.何谓VCSE-LD ? 3.2

1.光端机的功能是什么?

2.画出光端机的基本组成框图并说明各个部分输入输出何种码型的信号?

1. 画出光发送电路的框图,说明各单元的功能?

2. 什么是光纤数字通信系统中的脉冲编码-强度调制(PCM-IM )?

3. 何谓光发送电路的消光比?

1. 将“1010000000001”转换为HDB3码。

2. 将“1000011000001”转换为CMI 码。

3. 将下列HDB3码还原原来NRZ 码。

光纤课后

1. HDB3输入接口电路中输入和输出的各为什么信号?

1. 何谓光纤线路码型?

2. 何谓冗余度?

3. 何谓mBnB 码?何谓码字数字和(WDS )?

4. 根据下表规则(模式1和模式2交替使用),画出“1001100111”的1B2B 码波形,最长连码数为多少?

1. 何谓光纤线路码型?

2. 何谓冗余度?

3. 何谓mBnB 码?何谓码字数字和(WDS )?

4. 根据下表规则(模式1和模式2交替使用),画出“1001100111”的1B2B 码波形,最长连码数为多少?

V V

光纤课后

4.1

1.说出若干光电检测器件。

2.光纤通信中通常选用什么光电检测器件?

3.PD 和PMT 分别代表什么光电检测器?

4.PD 的工作原理是什么?一般PD 有什么缺点?

5.半导体PD 工作时需要外加正向偏压还是反向偏压?

Example1: A photodiode is constructed of GaAs, which has a band-gap energy of 1.43eV at 300K. What is the cutoff wavelength?

Example2: In a 100-ns pulse, 6×106 photons at a wavelength of 1300nm fall on an InGaAs photodetector. On the average, 5.4×106 electron-hole pairs are generated. What is the quantum efficiency?

Example3: Photons of energy 1.53×10-19 J are incident on a photodiode which has a responsivity of 0.65A/W. If the optical power level is 10mW, calculate the photocurrent

Example4: As show in right figure, for the wavelength range 1300-1600nm, the quantum efficiency of InGaAs is around 90 percent. What is the responsivity at 1300nm?

)(24.1)(eV E E hc m g g C ==μλm eV E E hc m g g C μμλ869.0)

(24

.1)(===9.010*610*4.5 66===

hotons

incident p number of erated

n-hole gen of electro number ηA W W A RP I in p μμ5.6)10)(/65.0(===hv P e

I in p //=η24.1ηλη≈=hv e R m

A/W, μλin in R W A R /92.0=

光纤课后

1.PIN 中的“I ”代表什么?和一般PD 比较,其优点是什么?

2.PIN 的主要特性有哪些?(至少说出3种)

3.什么是PIN 的响应度和量子效率?写出其表达式并加以说明。

4.PIN 的噪声有哪些?

5.已知Si-PIN 的量子效率为0.7,对波长l=0.85mm 激光,求其响应度R 。

6.已知Si-PIN 的耗尽区宽度为40mm ,光生载流子漂移速度为105m/s ,结电容为1pF ,负载电阻为100W ,求该PIN 带宽。

Example5: A given silicon avalanche photodiode has a quantum efficiency of 65 percent at a wavelength of 900nm. Suppose 0.5uW of optical power produces a multiplied photocurrent of 10uA. Let us find the multiplication M.

? 在短距离的应用中,工作在850nm 的Si 器件对于大多数链路是个相对比较廉价的解

决方案。

? 在长距离的链路常常需要工作在1330nm 和1550nm 窗口,所以常用基于InGaAs 的

器件。

? APD 检测器与PIN 检测器相比,具有载流子倍增效应,其探测灵敏度特别高,但需

要较高的偏置电压和温度补偿电路。要视具体应用场合而选定。

1.何谓APD 的雪崩倍增效应?

2.APD 和PIN 比较,哪个具有更高的光探测灵敏度?

3.某InGaAs APD 工作在1.55um 波段,接收到的光功率为0.1uW ,量子效率为0.3,雪崩因子为100,渡越时间为10ps ,计算该检测器的截止频率和输出光电流。计算10MHz 带宽时的均方量子噪声。

hv P e

I in p

//=ηin p P hc

e I λη=uA I p 235.0=p M I I g M /==43235.0/10==uA uA

1.光接收机由哪两部分组成?

2.画出光接收电路的框图。

3.画出光接收机输出电路的框图。

1.光接收电路的主要性能指标是什么?写出其数学表达式并加以说明。

2.前端是光接收电路的核心,对其要求是什么?

3.何谓码间干扰?如何消除?

4.何谓眼图?有何作用?

5.叠加于信号上面的噪声会影响幅度判决,导致产生误码。如图所示,设置最佳判决门限I D 的条件是什么?

5

1.传统O-E-O 光放大器必须具有所谓的“3R ”功能,这里“3R ”指代表什么?

2.光放大器OA 有哪些类型?

3.光放大器OA 有哪些应用?画出作为线路放大的示意图。 1.何谓半导体光放大器?描述其工作原理。 1.何谓掺铒光纤?

2.掺铒光纤放大器用于放大哪个波长的光信号?

3.画出掺铒光纤放大器中铒离子的能级示意图,标出能级间的受激吸收和受激辐射过程,并借此说明光纤放大器的工作原理。

1.自发RAMAN 效应和受激RAMAN 效应有何不同?

2.光纤拉曼放大器FRA 的泵浦光波长与需要放大的通信波长之间有什么样的关系?

3.FRA 工作时需要粒子数反转吗?为什么?

1.WDM ,DWDM ,CWDM ,BWDM ,和OFDM 有何异同?

2.波分复用系统的主要特性指标有哪些?

3.画出单纤双向WDM 传输系统示意框图。

t D

信号电流

判决时

D

I 1

I 0

I

1.光纤耦合器的分波原理是什么?何谓3dB耦合器?

2.画出由4个2×2耦合器级联构成4×4耦合器的连线图。

3.波分复用器件有哪三种类型?各包含哪些器件?

4.画出M-Z干涉型波分复用器原理图。如果作为l1,l2的分路器使用,说明其分波过程。

1.制约波分复用系统的主要因素有哪些?

2.为满足光波分复用系统对光纤的新要求,有哪些新型光纤推出?