光纤系统作业参考答案
第一章作业
1、光纤通信与电通信有什么不同？在光纤通信中起主导作用的部件是什么？
光纤通信，就是用光作为信息的载体、以光纤作为传输介质的一种通信方式。起主导作用的是激光器和光纤。
2、常规的光纤的三个的低损耗窗口是在哪个波段？其损耗值各为多少？
850nm 3db/km ；1310nm 0.4db/km；1550nm 0.2db/km
3、光纤通信有哪些优点？
（1）频带宽，通信容量大（2）损耗低，中继距离长（3）抗电磁干扰（4）无窜音干扰，保密性好（5）光纤线径细，重量轻，柔软（6）光纤原材料丰富，用光纤可节约金属材料（7）耐腐蚀，抗辐射，能源消耗小
4、PDH和SDH各表示什么？其速率等级标准是什么？
PDH表示准同步数字序列，即在低端基群采用同步，高次群复用采用异步，SDH表示同步数字序列
PDH速率标准
SDH速率等级标准：STM-1：155.520Mbit/s STM-4：622.080 Mbit/s STM-16：2.5 Gbit/s STM-64：10 Gbit/s
5、图示光纤通信系统，解释系统基本结构。
输入输出
光发送机通信信道光接收机
光纤通信系统由光发送机、光纤光缆与光接收机等基本单元组成。系统中包含一些互连与光信号处理部件，如光纤连接器、隔离器、调制器、滤波器、光开关及路由器等。在长距离系统中还设置有中继器(混合或全光)。
第2章1节布置的作业
1、光纤的主要材料是什么？光纤由哪几部分构成？各起什么作用？
SiO2；芯区、包层、图层；
芯区：提高折射率，光传输通道；包层：降低折射率，将光信号封闭在纤芯内，并保护纤芯；图层：提高机械强度和柔软性
2、光纤中的纤芯折射率与包层折射率的关系？单模光纤和多模光纤中两者的纤芯直径一般分别为多少？
纤芯折射率较高，包层折射率较小
单模光纤纤芯直径：2a=8μm～12μm，包层直径：2b=125μm；多模光纤纤芯直径：2a=50μm，包层直径：2b=125μm。
3、根据芯、包折射率分布及模式传播情况，指出有哪些典型形式光纤？
折射率在纤芯与包层介面突变的光纤称为阶跃光纤；折射率在纤芯内按某种规律逐渐降低的光纤称为渐变光纤；根据模式传播情况不同分为多模光纤和单模光纤
4、什么是全反射？它的条件是什么？
指光从光密介质入射到光疏介质是，全部被反射会原介质的现象
条件：光从光密介质入射至光疏介质；入射角大于或等于临界角（=arcsin（n2/n1））
在光纤端面：要求入射角θ < θo 全；在芯包界面：要求入射角θ1 > θC芯包界面全反射
5、数值孔径NA的物理意义？表达式是什么？
反映光纤对光信号的集光能力，定义入射临界角的正弦为数值孔径N A ，N A越大，对光信号的接受能力越强
N A=sin=
6、什么是光纤的自聚焦？产生在何种类型光纤里？
如果折射率分部合适，就用可能使以不同角度入射的全部光线以同样的轴向速度在光纤中传播，同时到达光纤轴上的某点，即所有光线都有相同的空间周期L，这种现象称为自聚焦。出现在渐变光纤里。当折射率分布按平方率分布（即双曲正割变化），可形成自聚焦特性。
7、阶跃光纤的纤芯和包层折射率分别为n1＝1.46和n2＝1.45，试计算：
(a)相对芯包折射率差△；
(b)若该光纤的端面外为空气，计算允许的最大入射角θ0及数值孔径NA；
(c)若该光纤浸于水中，n0=1.33，计算θ0及NA的大小。
解：（a）
（b）由得=9.8°N A=sin=0.17
（c）同上
8、有一SI型多模光纤的芯径（纤芯直径）为50 μm，芯包折射率分别为nl=1.465和n2=1.46。计算与光纤轴线夹角最大的那条子午射线，在1m的传输距离上共要反射多少次?
解：=85.3°反射一次的轴向距离L=2*a/2*tan=2*50/2*tan85.3°=604μm 反射次数=（1*106）/604=1656
第2章2节布置的作业
1、导模的传播常数应满足什么条件？
k2<β 2、归一化频率V与什么参量有关？其值与导模数的关系？ V=k0a≈（2π/）a*n1* 归一化常量与波长、芯径、芯包折射率等有关 多模阶跃光纤导模数M=V2/2 多模渐变光纤导模数M=V2/4 3、什么是单模光纤？实现单模传输的条件是什么？ 在给定的工作波长上只传输单一基模的光纤 阶跃光纤的归一化常量（频率）V<2.405 4、有一阶跃型单模光纤，其截止波长为1.4 μm ，芯包折射率分别为nl=1.465，n2=1.46，计算它的纤芯半径及在波长分别为0.85及1.3 μm 的模式数。 解： 由V=（2π/）an1得 a===4.43μm 当=0.85μm时V=（2π/）a*n1*=3.96 m=V2/2=8 当=1.3mm时V=（2π/）a*n1*=2.3 m=V2/2=3 （四舍五入） 5、有一阶跃光纤，N A=0.2，当λ=850 nm时可支持1000个左右的模式，计算： (a)纤芯直径； (b)在λ=1310 nm波长时的传输模式数； (c)在λ=1550 nm波长时的传输模式数。 解：（a）M=V2/2 = V=（k0a）2（）=N A2 代入数据可得a=30.25μm，则纤芯直径2a=60.5μm （b）当λ=1310nm时，M=N A2=421 （c）当λ=1550nm时，M=N A2=301 第2章4节布置的作业 1、什么是光纤色散？光纤色散包括哪些？这些色散分别由什么引起？零色散点所处的波长在哪儿，由哪些因素决定？ 光纤的色散是在光纤中传输的光信号，随传输距离增加，由于不同成分的光传输时延不同引起的脉冲展宽的物理效应。 材料色散（模内）、波导色散（模内）、模式（模间）色散、偏振色散。 材料色散--- 这是由于光纤材料的折射率随光频率呈非线性变化引起的色散，而光源有一定 谱宽，于是不同的波长引起不同的群速度。 波导色散--- 这是某个导模在不同波长(光源有一定的谱宽)下的群速度不同引起的色散，它与光纤结构的波导效应有关，因此又称结构色散。 模间色散--- 多模光纤中由于各个导模之间群速度不同造成模间色散。在发送端多个导模同时激励时，各个导模具有不同的群速，到达接收端的时刻不同。 偏振模色散--- 普通单模光纤实际上传输两个相互正交的模式，若光纤中结构完全轴对称，则这两个正交偏振模有完全相同的群时延，不产生色散。实际单模光纤存在少量的不对称性，造成两个偏振模的群时延不同，导致偏振模色散。 在1310nm处，决定因素是材料色散和波导色散。 全色散为两种色散的近似相加，即 D＝Dmat + D W[ps/(nm.km)] 全色散为零的波长约在1.31μm。 2、光纤有那些类型？G.652、G.65 3、G.65 4、G.655光纤各表示什么？ G.652光纤（SSF）：常规单模光纤，色散在零的波长约在1310nm，1550nm具有更低的损耗； G.653光纤（DSF）：色散位移光纤，将零色散波长从1.3μm移到1.55mm，这种低损耗、低色散的光纤，有益于长距离大容量光纤通信； G.654光纤（CSF）：截止波长位移光纤，进一步降低1550nm处的衰弱，零色散波长仍为1310nm； G.655光纤（NZ-DSF）：非零色散位移光纤，将零色散波长移至1550nm附近，目的是应用DWDM，克服非线性产物四波分频（FWM） 3、已知一弱导波阶跃型光纤，纤芯和包层的折射率分别为n1＝1.5，n2＝1.45，纤芯半径a ＝4μm，λ＝1.31μm，L＝1km。计算： （a）光纤的数值孔径； （b）光纤的归一化频率； （c）光纤中传输的模数量； （d）光纤的最大时延差。 解（a）N A==0.384 （b）V=（2π/）aN A=7.37 （c）M=V2/2=27 （d） =16.4ns 4、有一个波长为1310nm LED，其谱宽45 nm。则光纤材料色散造成的单位长度脉冲展宽是多少?若是谱宽为2 nm的LD，则脉冲展宽又是多少? D M=1.22（1—）=1.22（1—）=3.4x10-2 ps/nm km =D*L*=（ps/nm km）x1（km）x45（nm）=1.55ps =D*L*=（ps/nm km）x1（km）x2（nm）=0.068ps 第2章5节作业 1、写出损耗的表达式。光纤损耗有哪几种？造成光纤损耗的原因是什么？ 当光在光纤中传输时，随着传输距离的增加，光功率逐渐减小，这种现象即称为光纤的损耗。损耗一般用损耗系数α表示。 α（db/km）=—（10/L）lg（P out/P in）； 吸收损耗、散射损耗、辐射损耗； 光纤材料本身吸收、散射作用和光纤受外力而产生的曲率半径弯曲 2、为什么光纤通信向长波长、单模传输方向发展？ 因为从损耗和色散与波长的关系中反映出在长波长区损耗（瑞利散射的大小与光波长4次方成反比）和色散特性均比短波长区小，而单模光纤中没有模式色散，总色散小于多模光纤，且单模光纤在长波长区可以实现零色散，所以光纤通信向长波长、单模方向发展可以获得更大传输容量和传输距离。 3、有一个1300／1550 nm的WDM系统，在1300nm和1550 nm波长上的入纤信号光功率分别为150 μw和100 μw。若这两个波长上的光纤损耗分别为O.5 dB／km和0.25dB／km，试计算当光纤长度为50 km时它们的输出光功率。 解：P（100μw）=10lg=—10dbm P（150μw）=10lg=—8.24dbm 则在50km长光纤的出端功率为： P out（1300nm）=—8.24dbm—（0.5db/km）x50（km）=—33.24dbm=0.47μw P out（1550nm）=—10dbm—（0.25db/km）x50（km）=—22.5dbm=5.6μw 4、设一长度L = 1km的光纤，其损耗常数α＝2.3×10—5／cm，光纤输入端的功率为l mw。计算光纤输出端的功率。 解：P out=P in exp（—αL）=1（mw）exp【—2.3x10-5/cm x105km】=0.1mw=—10dbm 第2章7节作业 1、按照成缆结构方式不同可分为哪几种光缆？ 层绞式、骨架式、带状式、束管式 2、光纤光缆制造的主要流程是什么？ 制棒—拉丝—涂敷—成缆 第3章1节作业 1、原子的基本跃迁有那些过程？ 受激吸收、受激发射、自发发射 2、为什么双异质结材料构成的发光器件能很好地将 光场限制在有源区里？图示说明。 由图可见，中间n—GaAs为有源层，它与右边的n—GaAlAs构成一个异质结，其势垒阻止空穴进入n—GaAlAs区。有源层左边与p—GaAlAs也构成一个异质结，其势垒阻止电子进入p区，这样就把载流子的复合很好地限定在了有源层内。同时，有源层两边的折射率比有源层低，它的光波导作用对光场具有很好的约束，大大提高了发光强度。 3、设激光器的高能级和低能级的能量各为E1和E2 ，频率为ν，相应能级上的粒子密度各为N1和N2 。试计算： （a）当频率ν= 300MHz T=300K时，N2 ∕ N1为多少？ （b）当波长λ =1 μm ，T=300K时，N2 ∕ N1为多少？ （c）当波长λ =1 μm ，若N2 ∕ N1 = 0.1 ，环境温度T为多少？（按玻尔兹曼分布规律计算）解：（a）N2/N1=exp(-hv/kT)=exp(-6.63x10-34x300x106/1.38x10-23x300)=1 （b） N2/N1=exp(-hv/kT) =exp(-6.63x10-34x3x108/1.38x10-23x300x1x10-6)=1.4047x10-21 （c）代入直接算T=6255.7K 第3章2节作业 1、用于光纤通信的发光二极管有哪几类？特点是什么？ 面发光LED：称为布鲁斯(Burrus)型LED，这种LED发射面积限制在一个小区域，小区域的横向尺寸与光纤纤芯直径接近。面发光管输出功率较大，一般注入电流100mA时可达几毫瓦，但光发散角大，其水平发散角θ≈120°，垂直发散角θ≈120°，光束呈朗伯分布，与光纤耦合效率很低。 边发光LED：采用条形半导体激光器的设计方案，其发散光束不同于面发光LED，它在垂直于结平面方向的发散角仅为30°，所以边发光LED的输出耦合效率比面发光LED高，调制带宽亦较大，可达约200MHz。 2、有一个双异质结InGaAsP—LED，中心发光波长为1310nm，其材料的辐射复合率为50ns，非辐射复合率为70ns。试计算： (a) 发光时的内量子效率ηint； (b) 设驱动电流为100mA，计算该LED的内部发光功率； (c) 若该LED芯片与多模光纤的直接耦合效率为-14dB，计算入纤的光功率大小。 解：（a） 少数载流子寿命为ns （b）P int= （c）P=0.01x P int=0.553mw 由—14db=10lg得，P入纤=10—14P=0.04x0.553mw=0.022mw 第3章3节作业 1、半导体激光器产生激光输出的基本条件是哪些？ 形成粒子数反转；提供光反馈；满足激光震荡的阈值条件 2、比较发光二极管与半导体激光器，指出各自特点？ LED输出非相干光，谱宽宽，入纤功率小，调制速率低，适合短距离低速系统 LE输出相干光，谱宽窄，入纤功率大，调制速率高，适合长距离高速系统 3、分别画出用发光二极管（LED）和激光器（LD）进行数字调制的原理图。 LED数字调制LD数字调制 LED模拟调制LD模拟调制 4、分析DFB-LD特点。 光反馈是由周期结构——布拉格相位光栅构成，光栅沿着整个有源层。代替FP—LD中的解理反射面。特点是工作温度变化(例如20—100℃)，DFB—LD有很高的单模稳定性，输出波长的温漂较小，由此可见，DFB—LD，尤其是掩埋异质结DFB—LD显示了优异的动态单纵模特性，阈值电流低(10-20mA)，调制速率高(GHz以上)等特点。 5、有一个GaAs—LD，工作波长870 nm，其纵模之间的间隔为278 GHz，GaAs的折射率，n1＝3.6，计算其光腔的长度及纵模数。 解：由得 光腔长度L==（3x108m/s）/(2x3.6x278x109HZ)=150μm 由v=得 模式数m=2nl/=（2x3.6x150μm）/870nm=1241 第3章4节作业 1、抑制张弛振荡、减小电光延迟时间的简单方法是什么？ 把LD预偏置在Ith附近时，是减小td，缩短载流子寿命τsp，有利于提高调制速率的简单方法。所以，无论是从减弱张弛振荡，还是从缩短电光延迟时间来提高调制性能，LD都需要预偏置在阈值附近。 2、画出半导体激光器的L-I特性曲线。若调制信号为脉冲型，试画出调制图。 3、一个GaAsAl一LD在15°C时的阈值电流密度为3000 A／cm2，LD的阈值电流密度Jth 与温度的关系为Jth（T）=J0exp（T/T0）。计算在条形接触为20μm×100 μm 、阈值温度系数为T0=180 K及工作温度为600C时的阈值电流。 解：有J th（T）=J0exp（T/T0）得 3000A/cm2=J0exp[(15k+273k)/180k] 则J0=605.7A/cm2 所以J th(333k)=J0exp(T/T0)=605.7A/cm2xexp[(60k+273k)/180k]=3852.1A/cm2 则I th=3852.1A/cm2x20μm×100 μm=7.7A 第3章5节作业 1、光驱动电路的基本结构是什么？ 由调制电路和控制电路组成，提供恒定的偏置电流和调制信号，采用伺服回保持平均光功率保持不变。分为LD和LED两类，数字电路通常由差分对管组成差分电流开关电路，特点是速度快，电路易于调整，若用LD管还需提供偏置电路。模拟电路由单管和多管构成。由于对线性要求较高，需要复杂的补偿电路。 2、APC与ATC电路起何作用？简述控制方法。 为了克服温度及老化造成的输出功率的下降，在驱动电路中要采取稳定补偿措施，这就是自动功率控制（APC）和自动温度控制（A TC） ATC控制利用LD组件内的半导体致冷器及热敏电阻进行反馈控制即可恒定LD芯片的温度； APC可通过两种途径，一是自动追踪I th的变化，将LD偏置在最佳状态，二是控制调节脉 冲电流幅度I m，自动追踪外量子效率的变化，由于对一般外量子效率随温度的变化不是非常大，通过检测直流光功率控制 3、画出光发射机的方框图，并简述图中的各部分的作用。 输入电路（在数字通信中）将输入的PCM脉冲信号进行整形，变换成NRZ／RZ码后通过驱动电路调制光源(直接调制)，或送到光调制器，调制光源输出的连续光波(外调制)。 驱动电路为光源提供恒定的偏置电流和调制信号。 自动偏置电路为了稳定输出的平均光功率和工作温度，通常设置一个自动偏置控制及温控电路。 告警电路是对光源寿命及工作状态进行监测与报警。 第4章第1节作业 1、光纤通信系统用的光检测器是怎样偏置外加工作电压的？为什么这样偏置？ 反向偏置；足够的反向偏置电压是使本征区中的载流子完全耗尽，形成高电场耗尽区，使入射到检测器上的光子能量高速度、高效率转换成光生电子。APD管加上更高反向电压，可以形成雪崩倍增增益。 2、比较PIN光电检测器与APD光电检测器，各自有那些特点？ PIN 光电二极管没有倍增，使用简单，工作偏压低(5-10V)，不需要任何控制。在较大光功率注入下，PIN接收机噪声性能要比APD接收机噪声性能（信噪比降低Gx 倍）优越；APD 具有很高的内部倍增因子（通过合理设计，可以使APD工作在最佳倍增状态），这样接收灵敏度比PIN光检测器高。但由于APD需要较高的工作偏压（200V）以及其倍增特性受温度的影响较严重因此使用起来也比较复杂，需要AGC电路对APD的工作偏压进行精细控制，在要求较高的数字光接收机中，还必须对APD采取温度补偿措施。在较小光功率注入下，APD接收机噪声性能（信噪比提高G2 倍）要比PIN接收机噪声性能优越。 3、光电检测器转换能力的物理量有哪些？写出其表达式。 量子效率和响应度R0 R0=(A/w) 4、设PIN光电二极管的量子效率为80%，计算在1.3和1.55 μm波长时的响应度，说明为什么在1.55 μm光电二极管比较灵敏？ 解：R0==（0.8x1.3μm）/1.24=0.839A/w R0’==（0.8x1.55μm）/1.24=1A/w 0.839<1.24 则在1.55μm出较为灵敏 5、现有1011个光子／秒，光子能量为1.28×10-19J ，入射到一个理想的光电二极管上，计算：（ (a)入射光波长； (b)输出光电流大小； (c)若这是一个APD ，其G=18，计算光电流。 解：（a ）由E=hf=hc/ 得 （b ）P 0=1011x1.28x10-19=1.22x10-8w I p =R 0P 0=P 0=1.6x10-8A （c ）I p =GR 0P 0=2.88x10-7A 6、有一个PIN 光电二极管，其η=O.9，λ=1300 nm ，入射光功率Pin=-37 dBm 。计算： (a)光电流大小；（h=6.6310-34 J s ） (b)当负载电阻RL 等于50Ω，1000Ω及lOM Ω时的输出电压。 解：首先计算该光电二极管的响应度 R 0= =0.94（A/W ） 0076666(0.94/)(37)0.942100.188()50(0.18810)(50)9.41000(0.18810)(1000)18850(0.18810)(1010) 1.88L L L L L L L R P A W dBm A b R R R A V R R A V R M R A V μμμ----==-=??==Ω=?Ω==Ω=?Ω==Ω=??Ω=P P P P 光电流为 I 负载电阻上的输出电压为 时，V=I 时，V=I 时，V=I 第4章第2节作业 1、光接收机前端电路有哪几种？各自的特点是什么？ 低阻抗、高阻抗、互阻抗前置放大电路。 (1)低阻抗前端。低阻抗前端电路简单，不需要或只需要很少的均衡，前置级的动态范围也较大。但缺点是灵敏度较低，噪声比较高。 (2)高阻抗前端。比低阻抗前端热噪声小，但高阻抗将使前置放大器动态范围缩小，而且当比特率较高时，输入端信号的高频分量损失过大，对均衡电路要求较高，很难实现，所以高阻抗前端一般只适用于低速系统。 (3)跨(互)阻抗前端。这种前端将负载电阻连接为反相放大器的反馈电阻，因而又称互阻抗前端。负反馈使有效输入阻抗降低了G 倍，G 是前置放大器增益，从而使其带宽比高阻抗前端增加了G 倍，动态范围也提高了，所以具有频带宽、噪声低、灵敏度高、动态范围大等综合优点，被广泛采用。 2、光接收机的线性通道包括哪几个部分？光接收机的带宽由哪个部件决定？ 高增益放大器（主放大器）、低通滤波器；低通滤波器；因为低通滤波器电压脉冲整形，降低噪声，控制可能出现的码间串扰(ISI)。接收机噪声正比于接收机带宽，为降低噪声，采用带宽Δf小于比特率B的低通滤波器。在接收机设计中其他部件的带宽均大于滤波器带宽，因此接收机带宽主要由线性通道的低通滤波器决定。 3、数据重建由哪几种电路构成？其任务是什么？ 判决电路和时钟恢复电路；把线性通道输出的升余弦波形恢复成数字信号 4、高阻抗前置放大器的输入电阻为4 MΩ，它与光检测器的偏置电阻Rb相匹配，CT = 6 pF，计算未均衡时带宽；若采用互阻抗，Rf=100 kΩ，反馈环路的增益G = 400，计算其带宽。 第6章3节作业 1、光接收机中存在哪些噪声？图示这些噪声分布。 散粒噪声和热噪声，散粒噪声包括光检测器的量子噪声、暗电流噪声、漏电流噪声和APD 倍增噪声。热噪声主要指负载电阻RL产生的热噪声，放大器对噪声亦有影响。 量子噪声(或散弹噪声)：来自单位时间内到达光检测器上信号光子数的随机性，因此它与信号电平有关。在采用APD作光检测器时，倍增过程的统计特征产生附加的散弹噪声，它随倍增增益而增加。 暗电流噪声：当没有光信号照射光检测器时，外界的一些杂散光或热运动亦会产生一些电子—空穴对，光检测器还会产生一些电流，这种残留电流称为暗电流Id，暗电流也要产生散粒噪声。 漏电流噪声：光检测器表面物理状态不完善和加有偏置电压，也会引起很小的漏电流噪声，但这种噪声并非本征性噪声，可通过光检测器的合理设计，良好的结构和严格的工艺降低。热噪声：热噪声是在有限温度下，导电媒质内自由电子和振动离子间热相互作用引起的一种随机脉动。一个电阻中的这种随机脉动，即使没有外加电压也表现为一种电流波动。在光接 收机中，前端负载电阻中产生的这种电流波动将叠加到光检测器产生的光电流中。 放大器噪声：前端的前置放大器要增加噪声，而且其影响远远超过后级元器件产生的噪声。 2、分解式4.4.19，写出PIN 光接收机与APD 光接收机的信噪比表达式，分析在何种条件下何种光接收机信噪比占优势。 解：（1）S/R PIN = ① 散粒噪声限制下 S/R PIN = SNR 随入射功率线性增加，只与量子效率、光子能量和带宽有关 ② 热噪声限制下 S/R PIN = SNR 随入射功率平方倍变化，增加负载电阻可以提高信噪比 （2）S/R APD = ①散粒噪声限制下 S/R APD = SNR 下降了G x 倍 ② 噪声限制下 S/R APD = SNR 降低了G 2倍 散粒噪声限制下：APD 的SNR 降低了GX 倍，PIN 占优。 热噪声限制下：APD 的SNR 提高了G2 倍，APD 占优。 3、有一个光纤通信系统，光源为LED ，输出功率：10mW ，工作波长850nm ，LED 与光纤的耦合损耗为14 dB 。系统光纤的总损耗20 dB ，其他损耗10 dB 。PIN 光电二极管的R 0＝0.5 A ／W ，ID=2 nA ，负载电阻RL=50 Ω，接收带宽Be=10 MHz ，T=300 K ．计算接收光功率、检测信号电流、散弹噪声和热噪声功率，最后计算其信噪比。 解：LED 输出功率=10mw=10dbm 接受光功率：P R =10dbm —14db —20db —10db=-34dbm=0.4μw 光电流：I P =R 0P R =（0.5A/w ）（0.4x10-6w ）=2x10-7A=0.2μA 由于暗电流（2nA ）< 2196717222 1.610()0.210()10()0.06410() s P i eI Be C A Hz A ---<>==?????=? 电路噪声： 223617244 1.38103001101050331.210() c L kTFnBe i R A --<>= ??????= =? 信噪比 26217171217 42(0.210)0.06410331.2100.041012(10.8)331.26410P n e P e L I S R kTF B eI B R dB -----=+ ?= ?+??=≈=? 第4章4节作业 1、光接收机的灵敏度是怎样定义的？ 是描述其准确检测光信号能力的一种性能指标，定义为接收工作于某一误码率（BER ）条件下所需要的最小平均接受光功率。对于模拟接收机，定义为接收机工作于给定信噪比所要求的的最小平均接受光功率。 2、误码率如何定义? 通常标准要求是多少？ 定义为接收机判决电路错误确定一个比特的概率，1x10-6的BER 代表每百万比特中平均有一个错码。标准为BER 小于等于10-9，这是通常实际光波系统的系统规范。 3、光接收机的极限灵敏度如何表达？其中各参量表示什么？ 为每比特的平均光子数，B 为比特流的速率。 3、引起光接收机灵敏度恶化因素是哪些？ 消光比引起的灵敏度恶化；强度噪声引起的灵敏度恶化；取棒时间抖动引起的灵敏度恶化。 4、假定接收机工作于1550nm ，带宽为3GHz ，前置放大器噪声系数为4dB ，接收机负载为 1000L R Ω＝，温度300T K ＝，响应度 1.25/R A W =，M=5，碰撞电离系数kA ＝0.7，设计12 10BER -＝ ，试计算接收机的灵敏度。 第6章5节作业 1、图示数字光纤通信系统中的光电混合的中继器的原理图，并简述其功能。 为了满足长距离通信的需要，在光纤传输线路上每隔一定距离加入一个中继器，以补偿光信号的衰减和对畸变信号进行整形，然后继续向终端传送。 通常有两种中继方法：一种是传统方法，采用光—电—光转换方式，亦称光电光混合中继器；另一种是近几年才发展起来的新技术，它采用光放大器对光信号进行直接放大的中继器。 2、何为3R中继器？何为2R中继器？何为1R中继器？ 3R中继器：具有均衡放大，识别再生和再定时3种功能的中继器 2R中继器：具有均衡放大和识别再生2种功能的中继器 1R中继器：采用光放大器对光信号进行直接放大的中继器 5.1作业 1、光放大器有哪几种类？光纤型光放大器又分为哪几类？ 半导体光放大器(SOA)、光纤放大器（掺稀土元素）、非线性光纤放大器（光纤喇曼放大器FRA），最常用的是掺铒光纤放大器 光纤喇曼放大器、光纤布里渊放大器、光纤参量放大器、掺杂光纤放大器 2、光放大器在光波系统中有哪些可能的应用？图示说明。 线路放大器、光发送机功率放大器、光接收机前置放大器、局域网的功率放大器 3、掺铒光纤放大器（EDFA）有哪些优点？ 答：其优点为：高增益、高功率、宽带宽、低噪声、低串音、低插损等优良特性。 4、EDFA光放大器主要应用方式？ 答：主要做为发送机功率提升放大器、光接收机前置放大器和替代3R光电—电光中继器的光中继放大器。 5、掺铒光纤放大器（EDFA）的关键技术是什么？ 答：是掺铒光纤和泵铺源技术 5.2作业 1、掺铒光纤放大器的基本结构有哪几种？图示说明。 (a) 前向或正向泵结构EDFA；(b) 后向或反向泵结构EDFA；(c) 双向泵结构EDFA 2、EDFA中的噪声有哪几种？哪一种噪声对EDFA的性能影响最大？ EDFA的噪声主要有四种：信号光的散粒噪声、被放大的自发辐射（ASE，Amplified sponteneous Emission）、ASE光谱与信号光之间的差拍噪声（sig-sp）、ASE光谱间的差拍噪声(sp-sp)。 以上四种噪声中，后两种噪声影响最大，特别是第三种噪声，它是决定EDFA性能的重要因素。 第8章第1节作业 1、简述有哪些方式构成光纤通信系统？ 模拟和数字光波系统，线性和非线性光孤子光波系统，强度调制/直接检测与想干检测光波系统，单信道与多信道复用光波系统，陆地、海底和自由空间光波系统 2、根据图8.1(c)说明业务信号经过那些步骤完成传输。 1）首先把经过PCM编码的语言信号，经过压缩编码的视频信号和由以太网交换机或路由器转发的数据信号等多媒体数字业务信号复用成更高速率等级的信号。 2）为业务在SDH系统/网络中的传输与运营维护和管理（OAM），在数据流中插入运营维护管理开销，并为方便接收端进行定时提取进行扰码，以破坏数据流中的长连“0”和长连“1”。3）对半导体光源进行直接或外调制，完成电数字信号到光数字信号的转换。 4）高速光数字信号经光纤传输，传输链路上通常接有1R或3R中继器。 5） 光信号到达接收端后，首先由光电检测器完成O/E 转换，把光信号转换成电信号，并进一步放大均衡，然后提取时钟信号，在时钟信号作用下“判决再生”出数字信号。 6） 解扰并取出开销进行处理，或进行线路解码，同时处理OAM 开销。 7） 解复用出各路数字业务信号。 第8章第2节作业 1、简述光纤通信系统发展情况并分别写出限制BL 的因素。 ① 0.85μm 光波系统, 采用低成本的多模光纤作为传输媒质。 限制BL 主要的因素是光纤的模间色散。 2 ??11多模阶跃型光纤： c BL= 2n 多模渐变型光纤： 2c BL= n ② 1.3μm 光波系统，早期单模光纤，限制BL 主要的因素是光源的谱宽。 14BL D λ σ≤ ③ 1.55μm 光波系统，第三代光波系统工作在损耗最小的1.55μm 波长。限制BL 主要的 因素是光纤色散。 2 2 116B L β< 第8章第3节作业 1、系统在什么条件下受损耗限制？此时决定的因素是什么？ 光纤带宽与信号速率之比足够大，传输距离主要受光纤损耗限制即当系统的工作频宽远小于光纤带宽，当码速较低(B<100Mb ／s)时，光纤色散对灵敏度的影响较小时。 决定因素：发送端耦合入纤光纤的平均功率PT （dbm ）；光发送机的接收灵敏度P min （dbm ）；光纤线路的总损耗αT （db ） 2、系统在什么条件下受色散限制？此时决定的因素是什么？ 系统损耗足够小，传输码率高时，传输距离主要受光纤色散等限制 色散造成的系统上升时间的限制 3、从传输带宽角度看，NRZ 和RZ 码，哪一个占用带宽宽？参数是多少？ NRZ 码所需的传输带宽仅为RZ 码的一半。即RZ 码占用传输带宽宽 RZ 脉冲 T r B=0.35 B （bit/s ）＝Bc （Hz ） NRZ 脉冲 T r B=0.7 B （bit/s ）＝2Bc （Hz ）Bc （Hz ）＝1/2 B （bit/s ） 4、有一长距离单模光纤传输系统，工作波长1300 nm ，其他参数如下： LD 光源平均入纤功率 0 dBm 光缆损耗0.4 dB／km 熔接头损耗0.1 dB／km 活动连接器损耗1dB／个 APD接收机灵敏度： B=35 Mb／s时(BER=10-9) - 55 dBm B=500 Mb／s时(BER=10-9) - 44 dBm 系统富余度9 dB 试计算损耗限制传输距离。 解：（1）当B=35Mb/s时 P T—=2a L+（a f+a s）L+M 则0dbm-（-55dbm）=2x（1db）+（0.4db/km+0.1db/km）xL+9db 于是L=44db/（0.5db/km）=88km （2）当B=500mb/s时，代入计算得L=66km 5、有一条1.3 m光波系统，设计工作码速为lGb／s，拟采用单模光纤，中继距离5Okm。发送机和接收机上升时间分别为0.25ns和O.35ns，光源谱宽3nm，光纤平均色散在工作波长上为2ps／(nm·km)：计算RZ和NRZ码时的系统上升时间预算。 操作系统作业 （第一章—第四章） 一、单项选择 1 在计算机系统中配置操作系统的目的是【】。 A 增强计算机系统的功能 B 提高系统资源的利用率 C 合理组织工作流程以提高系统吞吐量 D 提高系统的运行速度 2 在操作系统中采用多道程序设计技术，能有效提高CPU、内存和I/O设备的【】。 A 灵活性 B 可靠性 C 兼容性 D 利用率 3 在操作系统中，并发性是指若干事件【】发生。 A 在同一时刻 B 一定不在同一时刻 C 在某一时间间隔内 D 依次在不同时间间隔内 4 以下不属于衡量操作系统性能指标的是【】。 A 作业的大小 B 资源利用率 C 吞吐量 D 周转时间 5 下列选项中，操作系统提供给应用程序的接口是【】。 A 系统调用 B 中断 C 函数 D 原语 6 在分时系统中，当用户数为50时，为了保证响应时间不超过1s，选取的时间片最大值为【】。 A 10ms B 20ms C 50ms D 100ms 7 假设就绪队列中有10个就绪进程，以时间片轮转方式进行进程调度，如果时间片为180ms，切换开销为20ms。如果将就绪进程增加到30个，则系统开销所占的比率为【】。 A 10% B 20% C 30% D 90% 8 中断系统一般由相应的【】组成。 A 硬件 B 软件 C 硬件和软件 D 固件 9 以下工作中，【】不是创建进程所必须的。 A 创建进程的PC B B 为进程分配内存 C 为进程分配CPU D 将PCB插入就绪队列 10 系统中有5个用户进程且CPU工作于用户态，则处于就绪状态或阻塞状态的进程数最多分别为【】。 A 5，4 B 4，0 C 0，5 D 4，5 11 如果系统中有n个进程，则就绪队列中进程的个数最多为【】。 A 1 B n-1 C n D n+1 第8章第3节作业 1、系统在什么条件下受损耗限制？此时决定的因素是什么？ 答：当光纤带宽与信号速率之比足够大时，传输距离主要受到光纤损耗的限制。 即当系统的工作频宽远小于光纤带宽，当码速较低(B<100Mb／s)时，光纤色散对灵敏度的影响较小时。限制决定于下列因素： (dBm)； (1)发送端耦合入光纤的平均功率P T (2)光接收机的接收灵敏度Pmin (dBm)； (dB)。 (3)光纤线路的总损耗 T 2、系统在什么条件下受色散限制？此时决定的因素是什么？ 答：当系统的损耗足够小，传输码速高时，传输距离主要受光纤色散等的限制。 即在光纤损耗较低，码速较高时，对传输距离的限制往往主要来自色散造成的系统上升时间的限制，这种系统称为色散限制系统。 3、从传输带宽角度看，NRZ和RZ码，哪一个占用带宽宽？参数是多少？ 答： NRZ码所需的传输带宽仅为RZ码的一半。即RZ码占用传输带宽宽。 NRZ码：B（bit/s）＝Bc（Hz） RZ码：B（bit/s）＝2Bc（Hz） Bc（Hz）＝1/2 B（bit/s） 4、有一长距离单模光纤传输系统，工作波长1300 nm，其他参数如下： LD光源平均入纤功率 0 dBm 光缆损耗 0.4 dB／km 熔接头损耗 0.1 dB／km 活动连接器损耗 1dB／个 APD接收机灵敏度： B=35 Mb／s时(BER=10-9) - 55 dBm B=500 Mb／s时(BER=10-9) - 44 dBm 系统富余度 9 dB 试计算损耗限制传输距离。 解：（a）当B=35Mb/s时 （b）当B=500Mb/s时 5、有一条1.3 m光波系统，设计工作码速为lGb／s，拟采用单模光纤，中继距离5Okm。发送机和接收机上升时间分别为0.25ns和O.35ns，光源谱宽3nm，光纤平均色散在工作波长上为2ps／(nm·km)：计算RZ和NRZ码时的系统上升时间预算。 解： 光纤通信概论 一、单项选择题 1、光纤通信指的就是: A 以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式; B 以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式; C 以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式; D 以激光作载波、以导线为传输媒介的通信方式。 2 光纤通信所使用的波段位于电磁波谱中的: A 近红外区 B 可见光区 C 远红外区 D 近紫外区 3 目前光纤通信所用光波的波长范围就是: A 0、4～2、0 B 0、4～1、8 C 0、4～1、5 D 0、8～1、6 4 目前光纤通信所用光波的波长有三个,它们就是: A 0、85、1、20、1、80 ; B 0、80、1、51、1、80 ; C 0、85、1、31、1、55 ; D 0、80、1、20、1、70。 6 下面说法正确的就是: A 光纤的传输频带极宽,通信容量很大; B 光纤的尺寸很小,所以通信容量不大; C 为了提高光纤的通信容量,应加大光纤的尺寸; D 由于光纤的芯径很细,所以无中继传输距离短。 二、简述题 1、什么就是光纤通信？ 2、光纤的主要作用就是什么？ 3、与电缆或微波等电通信方式相比,光纤通信有何优点？ 4、光纤通信所用光波的波长范围就是多少？ 5、光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长分别就是多少？ 光纤传输特性测量 一、单项选择题 1 光纤的损耗与色散属于: A 光纤的结构特性; B 光纤的传输特性; C 光纤的光学特性; D 光纤的模式特性。 2 光纤的衰减指的就是: A 由于群速度不同而引起光纤中光功率的减少; B 由于工作波长不同而引起光纤中光功率的减少; C光信号沿光纤传输时,光功率的损耗; D 由于光纤材料的固有吸收而引起光纤中光功率的减少。 操作系统作业(1-4)答案 操作系统作业 （第一章—第四章） 一、单项选择 1 在计算机系统中配置操作系统的目的是【】。 A 增强计算机系统的功能 B 提高系统资源的利用率 C 合理组织工作流程以提高系统吞吐量 D 提高系统的运行速度 2 在操作系统中采用多道程序设计技术，能有效提高CPU、内存和I/O设备的【】。 A 灵活性 B 可靠性 C 兼容性 D 利用率 3 在操作系统中，并发性是指若干事件【】发生。 A 在同一时刻 B 一定不在同一时刻 C 在某一时间间隔内 D 依次在不同时间间隔内 4 以下不属于衡量操作系统性能指标的是【】。 A 作业的大小 B 资源利用率 C 吞吐量 D 周转时间 5 下列选项中，操作系统提供给应用程序的接口是【】。 A 系统调用 B 中断 C 函数 D 原语 6 在分时系统中，当用户数为50时，为了保证响应时间不超过1s，选取的时间片最大值为【】。 A 10ms B 20ms C 50ms D 100ms 7 假设就绪队列中有10个就绪进程，以时间片轮转方式进行进程调度，如果时间片为180ms，切换开销为20ms。如果将就绪进程增加到30个，则系统开销所占的比率为【】。 A 10% B 20% C 30% D 90% 8 中断系统一般由相应的【】组成。 A 硬件 B 软件 C 硬件和软件 D 固件 9 以下工作中，【】不是创建进程所必须的。 A 创建进程的PC B B 为进程分配内存 C 为进程分配CPU D 将PCB插入就绪队列 10 系统中有5个用户进程且CPU工作于用户态，则处于就绪状态或阻塞状态的进程数最多分别为【】。 A 5，4 B 4，0 C 0，5 D 4，5 11 如果系统中有n个进程，则就绪队列中进程的个数最多为【】。 A 1 B n-1 C n D n+1 应用题参考答案 第二章 1、下列指令中哪些只能在核心态运行? (1)读时钟日期；（2）访管指令；（3）设时钟日期；（4）加载PSW；（5）置特殊 寄存器；(6) 改变存储器映象图；(7) 启动I/O指令。 答：(3)，(4)，(5)，(6)，(7)。 2、假设有一种低级调度算法是让“最近使用处理器较少的进程”运行，试解释这种算法对“I/O繁重”型作业有利，但并不是永远不受理“处理器繁重”型作业。 答：因为I/O繁忙型作业忙于I/O，所以它CPU用得少，按调度策略能优先执行。同样原因一个进程等待CPU足够久时，由于它是“最近使用处理器较少的进程”，就能被优先调度，故不会饥饿。 6、若有一组作业J1，…，Jn，其执行时间依次为S1，…，Sn。如果这些作业同时到达系统，并在一台单CPU处理器上按单道方式执行。试找出一种作业调度算法，使得平均作业周转时间最短。 答：首先，对n个作业按执行时间从小到大重新进行排序，则对n个作业：J1’，…，J n’，它们的运行时间满足：S1’≤S2’≤…≤S(n-1)’≤S n’。那么有： T=[S1’+( S1’+S2’)+ (S1’ + S2’+ S3’)+…+(S1’ + S2’+ S3’+…+ S n’)]/n =[n×S1’+( n-1)×S2’+ (n-3)×S3’]+…+ S n’]]/n =(S1’ + S2’+ S3’+…+ S n’)-[0×S1’+1×S2 ’+2×S3’+…+(n-1) S n’]/n 由于任何调度方式下，S1’ + S2’+ S3’+…+ S n’为一个确定的数，而当S1’≤S2’≤…≤S(n-1)’≤S n’时才有：0×S1’+1×S2 ’+2×S3’+…+(n-1) S n’的值最大，也就是说，此时T值最小。所以，按短作业优先调度算法调度时，使得平均作业周转时间最短。 10、有5个待运行的作业，预计其运行时间分别是：9、6、3、5和x，采用哪种运行次序可以使得平均响应时间最短？ 答：按照最短作业优先的算法可以使平均响应时间最短。X取值不定，按照以下情况讨论： 1）x≤3 次序为：x，3，5，6，9 2）3 第一章作业 1、光纤通信与电通信有什么不同？在光纤通信中起主导作用的部件是什么？ 光纤通信，就是用光作为信息的载体、以光纤作为传输介质的一种通信方式。起主导作用的是激光器和光纤。 2、常规的光纤的三个的低损耗窗口是在哪个波段？其损耗值各为多少？ 850nm 3db/km ；1310nm 0.4db/km；1550nm 0.2db/km 3、光纤通信有哪些优点？ （1）频带宽，通信容量大（2）损耗低，中继距离长（3）抗电磁干扰（4）无窜音干扰，保密性好（5）光纤线径细，重量轻，柔软（6）光纤原材料丰富，用光纤可节约金属材料（7）耐腐蚀，抗辐射，能源消耗小 4、PDH和SDH各表示什么？其速率等级标准是什么？ PDH表示准同步数字序列，即在低端基群采用同步，高次群复用采用异步，SDH表示同步数字序列 PDH速率标准 SDH速率等级标准：STM-1：155.520Mbit/s STM-4：622.080 Mbit/s STM-16：2.5 Gbit/s STM-64：10 Gbit/s 5、图示光纤通信系统，解释系统基本结构。 光纤通信系统由光发送机、光纤光缆与光接收机等基本单元组成。系统中包含一些互连与光信号处理部件，如光纤连接器、隔离器、调制器、滤波器、光开关及路由器等。在长距离系统中还设置有中继器(混合或全光)。 第2章1节布置的作业 1、光纤的主要材料是什么？光纤由哪几部分构成？各起什么作用？ SiO2；芯区、包层、图层； 芯区：提高折射率，光传输通道；包层：降低折射率，将光信号封闭在纤芯内，并保护纤芯；图层：提高机械强度和柔软性 2、光纤中的纤芯折射率与包层折射率的关系？单模光纤和多模光纤中两者的纤芯直径一般分别为多少？ 纤芯折射率较高，包层折射率较小 单模光纤纤芯直径：2a=8μm～12μm，包层直径：2b=125μm；多模光纤纤芯直径：2a=50μm，包层直径：2b=125μm。 3、根据芯、包折射率分布及模式传播情况，指出有哪些典型形式光纤？ 折射率在纤芯与包层介面突变的光纤称为阶跃光纤；折射率在纤芯内按某种规律逐渐降低的光纤称为渐变光纤；根据模式传播情况不同分为多模光纤和单模光纤 4、什么是全反射？它的条件是什么？ 指光从光密介质入射到光疏介质是，全部被反射会原介质的现象 条件：光从光密介质入射至光疏介质；入射角大于或等于临界角（=arcsin（n2/n1）） 在光纤端面：要求入射角θ < θo 全；在芯包界面：要求入射角θ1 > θC芯包界面全反射 5、数值孔径NA的物理意义？表达式是什么？ 反映光纤对光信号的集光能力，定义入射临界角的正弦为数值孔径N A ，N A越大，对光信号的接受能力越强 N A=sin= 6、什么是光纤的自聚焦？产生在何种类型光纤里？ 如果折射率分部合适，就用可能使以不同角度入射的全部光线以同样的轴向速度在光纤中传播，同时到达光纤轴上的某点，即所有光线都有相同的空间周期L，这种现象称为自聚焦。出现在渐变光纤里。当折射率分布按平方率分布（即双曲正割变化），可形成自聚焦特性。 7、阶跃光纤的纤芯和包层折射率分别为n1＝1.46和n2＝1.45，试计算： (a)相对芯包折射率差△； (b)若该光纤的端面外为空气，计算允许的最大入射角θ0及数值孔径NA； (c)若该光纤浸于水中，n0=1.33，计算θ0及NA的大小。 解：（a） （b）由得=9.8°N A=sin=0.17 （c）同上 8、有一SI型多模光纤的芯径（纤芯直径）为50 μm，芯包折射率分别为nl=1.465和n2=1.46。计算与光纤轴线夹角最大的那条子午射线，在1m的传输距离上共要反射多少次? 解：=85.3°反射一次的轴向距离L=2*a/2*tan=2*50/2*tan85.3°=604μm 反射次数=（1*106）/604=1656 第2章2节布置的作业 1、导模的传播常数应满足什么条件？ k2<β 《光纤通信》作业 2—1 均匀光纤芯与包层的折射率分别为：，，试计算： ⑴光纤层与包层的相对折射率差△为多少 ⑵光纤的数值孔径NA为多少 ⑶在1m长的光纤上，由子午线的光程差所引起的最大时延差为多少 解： ⑴ 纤芯和包层的相对折射率差 ⑵ ⑶ 2—10 一阶跃折射率光纤的相对折射率差，，当波长分别为μm、μm、μm时，要实现单模传输，纤芯半径a应小于多少 解： 单模传输条件为： → 当时， 当时， 当时， 3—1 设激光器激活物质的高能级和低能级的能量各为和，频率为f，相应能级上的粒子密度各为和。试计算： ⑴当，时， ⑵当，时， ⑶当，若。环境温度(按玻尔兹曼分布规律计算) 解： ⑴ 其中，，，， 代入数据，得 ⑵ ， 其中，，，， ， 代入数据，得 ⑶ →→ 其中，，，， ， 代入数据，得 3—10 一个半导体激光器发射波长为μm，谐振腔具有“箱式”结构，腔长，宽，厚，介质的折射率。假设谐振腔周围的壁能完全地反射光，则谐振腔模式满足 m，s，q是整数，为1，2，3，…，它们分别表示各个方向上的模数，求： ⑴谐振腔允许的纵模模数； ⑵设，，计算纵模的波长间隔。 解： ⑴ 已知 则纵模模数 其中，，，，为定值 当q取得最大值时，m、s均取最小值1 此时，计算得 ∴，且q为整数 谐振腔允许的纵模模数为910 ⑵ 由第⑴问，得当，时， 当时，；当时， 4—11 在数字光纤通信系统中，选择码型时应考虑哪几个因素 答： 数字光纤通信系统对线路码型的主要要求是保证传输的透明性，具体要求有： ①能限制信号带宽，减小功率谱中的高低频分量。这样就可以减小基线漂移、提高输出功率的稳定性和减小码间干扰，有利于提高光接收机的灵敏度。 ②能给光接收机提供足够的定时信息。因而应尽可能减少连“1”码和连“0”码的数目，使“1”码和“0”码的分布均匀，保证定时信息丰富。 ③能提供一定的冗余度，用于平衡码流、误码监测和公务通信。但对高速光纤通信系统，应尽量减小冗余度，以免占用过大的带宽。 华师操作系统作业答案文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256） 华师《操作系统》作业答案名词解释： 进程：进程是一个具有一定独立功能的程序。关于某个数据集合的一次运行活动。它是操作系统的动态执行的基本单元。在传统的操作系统中，进程既是基本的分配单元也是基本的执行单元。 长期调度：按照某种原则从磁盘某些盘区的作业队列和交互作业中选取作业进入主存，并为作业做好运行前的准备工作和作业完成后的善后工作。 死锁：一组进程中，每个进程都无限等待被该组进程中另一进程所占有的资源，因而永远无法得到的资源，这种现象称为进程死锁，这一组进程就称为死锁进程。若死锁发生，会浪费大量系统资源，甚至导致系统崩溃。 SPOOL系统：spool系统是通过共享设备来模拟独点型设备的动作，使独点型设备成为共享设备从而提高了设备利用率和系统的效率，这种技术被称为虚拟设备技术，实现这一技术的硬件和软件系统被称为SPOOL系统，或称为假脱机系统。 绝对地址：——是指存储控制部件能够识别的主存单元编号（或字节地址），也就是主存单元的实际地址。 综合分析题 第6题：在一个请求分页系统，采用最佳页面置换算法时，假如一个作业的 作业的页架数为3时，试 写出页面调度的过程，并 计算缺页次数 答：页数为三，先把前三个页面装进去，7，0，1，发生3次缺页次数；下一个 是2，按照最佳置换，应该把7拿出去，变成2，0，1，累计4次缺页次数；下 一个是2，在内，不动，不发生缺页；下一个是0，在内，不动，不发生缺页； 下一个是3，应该把1拿出去，变成2，0，3；。。。。。。。；依次往下推； 累计发生9次缺页。 第7题据所给出的参数，请分析操作系统的不同调度算法，计算并填写下表中 空白的地方。 答案： 第8题请画出进程的五种基本状态及其转换过程，并作相应解释 运行状态(Running)：进程占用处理器资源；处于此状态的进程的数目小于等于 处理器的数目，在没有其他进程可以执行时（如所有进程都在阻塞状态），通常 会自动执行系统的空闲进程 2）就绪状态，进程已获得进程可以按多个优先级别划分队列，例如，当一个进 程由于是境片用完而过入就绪状态时，排入低优先级队列，当进程由I/Or操作 完成而进入就绪状态时，排入高优先级队列。 3）阻塞状态，当进程由于等待I/O气操作或进程同步等条件而暂停运行时，它 处于阻塞状态。 操作系统作业参考答案及其知识点 第一章 思考题： 10、试叙述系统调用与过程调用的主要区别？ 答： （一）、调用形式不同 （二）、被调用代码的位置不同 （三）、提供方式不同 （四）、调用的实现不同 提示：每个都需要进一步解释，否则不是完全答案 13、为什么对作业进程批处理可以提高系统效率？ 答：批处理时提交程序、数据和作业说明书，由系统操作员把作业按照调度策略，整理为一批，按照作业说明书来运行程序，没有用户与计算机系统的交互；采用多道程序设计，可以使CPU和外设并行工作，当一个运行完毕时系统自动装载下一个作业，减少操作员人工干预时间，提高了系统的效率。 18、什么是实时操作系统？叙述实时操作系统的分类。 答：实时操作系统（Real Time Operating System)指当外界事件或数据产生时，能接收并以足够快的速度予以处理，处理的结果又能在规定时间内来控制监控的生产过程或对处理系统做出快速响应，并控制所有实时任务协调一致运行的操作系统。 有三种典型的实时系统： 1、过程控制系统(生产过程控制) 2、信息查询系统(情报检索) 3、事务处理系统(银行业务) 19、分时系统中，什么是响应时间？它与哪些因素有关？ 答：响应时间是用户提交的请求后得到系统响应的时间（系统运行或者运行完毕）。它与计算机CPU的处理速度、用户的多少、时间片的长短有关系。 应用题： 1、有一台计算机，具有1MB内存，操作系统占用200KB，每个用户进程占用200KB。如果用户进程等待I/0的时间为80％，若增加1MB内存，则CPU的利用率提高多少？ 答：CPU的利用率=1-P n，其中P为程序等待I/O操作的时间占其运行时间的比例1MB内存时，系统中存放4道程序，CPU的利用率=1－（0.8）4＝59％ 2MB内存时，系统中存放9道程序，CPU的利用率=1－（0.8）9＝87％ 所以系统CPU的利用率提高了28％ 2、一个计算机系统，有一台输入机和一台打印机，现有两道程序投入运行，且程序A先开始做，程序B后开始运行。程序A的运行轨迹为：计算50ms，打印100ms，再计算50ms，打印100ms，结束。程序B的运行轨迹为：计算50ms，输入80ms，再计算100ms，结束。 第5章光放大器 一、填空题 1．损耗和色散是影响光纤通信最大中继距离的两个重要因素，为保证长途光纤信号传输质量的可靠性，必须要在线路的适当位置设立中继站，传统的中继器采用的是形式的中继器。 答案：光电混合 2．研究最早而推广最慢的光放大器为，目前已投入市场的光放大器是。答案：半导体光放大器，EDFA 3．常见的非线性效应光放大器有和两种。 答案：受激拉曼光放大器，受激布里渊光放大器 4．常选EDFA泵浦激光的波长为nm和nm。 答案：980，1480 5．EDFA的输入信噪声比与输出信噪比叫。 答案：噪声系数。 6．掺铒光纤激光器的结构包括三部分，分别为：、和。答案：增益介质，光学谐振腔，泵浦源。 7．光纤激光器的工作条件是增益介质。 答案：粒子数反转。 8．成对出现的光栅是光栅，把光栅烧入掺杂光纤中的光栅是光栅。 答案：分布布拉格，分布反馈。 9光纤激光器用在和未来的系统中。 答案：DWDM，相干光通信 二、选择题 1．EDFA属于再生器。（）A．1R B．2R C．3R D．光电混合 答案：A 2．光载波为1550nm，光放大器的泵浦激光波长为，才是共振泵浦。（）A．980nm B．1480nm C．1310nm C．1400nm 答案：B 3．如何使SOA实现粒子数反转？（）A．光泵浦B．反向偏置电压C．正向偏置电压D．不加电压 答案：C 4．当强泵浦激光注入时，可利用在中发生的交叉增益调制、交叉相位调制和四波混频来制成波长变换器。（）A．SBA B．EDFA C．EPFA D．SOA 答案：D 5．提高DBR光纤光栅激光器的吸收效率，可用下列哪种方法？（）A．Er-Yb共掺杂光纤B．采用主振荡器—功率放大器一体化 C．有源反馈技术D．采用共振泵浦 答案：A 6．EDFA的工作波长正好落在（）范围。（）A．0.8~1.0μm B．1.5~1.53μm C．1.53~1.56μm D．1.56~1.58μm 答案：C 第二章作业 1.操作系统中为什么要引入进程的概念？为了实现并发进程中的合作和协调，以及保证系统的安全，操作系统在进程管理方面要做哪些工作？ 答：为了从变化角度动态地分析研究可以并发执行的程序，真实的反应系统的独立性、并发性、动态性和相互制约，操作系统中不得不引入进程的概念。 为了防止操作系统及其关键的数据结构如：PCB等，受到用户程序破坏，将处理机分为核心态和用户态。对进程进行创建、撤销以及在某些进程状态之间的转换控制。 2.试描述当前正在运行的进程状态改变时，操作系统进行进程切换的步骤。答：分为两种情况： （1）：运行状态就绪状态：根据进程的自身的情况插入到就绪队列的适当位置，系统收回处理及转入进程调度程序重新进行调度。 （2）：运行状态→阻塞状态：系统会调用进程调度程序重新选择一个进程投入运行。 3.现代操作系统一般都提供多任务的环境，是回答以下问题。 为支持多进程的并发执行，系统必须建立哪些关于进程的数据结构？ 答：系统必须建立PCB。 为支持进程的状态变迁，系统至少应该供哪些进程控制原语？ 答：阻塞、唤醒、挂起和激活原语。 当进程的状态变迁时，相应的数据结构发生变化吗？ 答：会根据状态的变迁发生相应的变化。例如：将进程PCB中进程的状态从阻塞状态改为就绪状态，并将进程从阻塞队列摘下，投入到就绪队列中。 4.什么是进程控制块？从进程管理、中断处理、进程通信、文件管理、设备管理及存储管理的角度设计进程控制块应该包含的内容。 答：PCB：描述进程本身的特征、状态、调度信息以及对资源占有情况等的数据结构，是进程存在的唯一标识。 进程控制块所包含的内容： ①进程信息描述；②CPU信息状态；③进程调度信息；④进程控制和资源占用信息。 5.假设系统就绪队列中有10个进程，这10个进程轮换执行，每隔300ms轮换一次，CPU在进程切换时所花费的时间是10ms，试问系统化在进程切换上的开销占系统整个时间的比例是多少？ 解：P=(10*10)/[(300+10)*10]=3.2% 6.试述线程的特点及其与进程之间的关系。 答：线程的特点：是被独立分派和调度的基本单位。线程与进程的关系：线程是进程的一部分，是进程内的一个实体；一个进程可以有多个线程，但至少必须有一个线程。 《操作系统》课程作业 （2013年春） 姓名： 学号： 专业： 年级： 学校： 日期： 作业一：作业管理 1、有三道程序A、B、C在一个系统中运行，该系统有输入、输出设备各1台。三道程序 A、B、C构成如下： A：输入32秒，计算8秒，输出5秒 B：输入21秒，计算14秒，输出35秒 C：输入12秒，计算32秒，输出15秒 问：（1）三道程序顺序执行的总时间是多少？ （2）充分发挥各设备的效能，并行执行上述三道程序，最短需多少时间（不计系统开销）？并给出相应的示意图。 2、假设一个单CPU系统，以单道方式处理一个作业流，作业流中有2道作业，共占用CPU 计算时间、输入卡片数和打印输出行数如下： 其中，卡片输入机速度为1000张/分钟，打印机输出速度为1000行/分钟，试计算：（1）不采用spooling技术，计算这两道作业的总运行时间（从第1道作业输入开始到最后一个作业输出完毕）。 （2）如采用spooling技术，计算这2道作业的总运行时间（不计读/写盘时间），并给出相应的示意图。 作业二：进程管理 1、 请写出两程序S1和S2可并发执行的Bernstein 条件。 2、 有以下5条语句，请画出这5条语句的前趋图。 S1：y=x+1 R(x) W(y) S2：c=f-w R(f,w) W(c) S3：d=r-y R(r,y) W(d) S4：x=a+b R(a,b) W(x) S5：r=c+y R(c,y) W(r) 3、 设在教材第62页3.6.4节中所描述的生产者消费者问题中，其缓冲部分为m 个长度相等 的有界缓冲区组成，且每次传输数据长度等于有界缓冲区长度以及生产者和消费者可对缓冲区同时操作。重新描述发送过程deposit(data)和接收过程remove(data)。 P P P i P .. .. 1 2 i k 4、 设有k 个进程共享一临界区，对于下述情况，请说明信号量的初值、含义，并用P ，V 操作写出有关互斥算法。 （1） 一次只允许一个进程进入临界区； （2） 一次允许m （m DWDM技术的现状与发展 摘要;随着公用通信网及国际互联网的飞速发展,人们对宽带通信提出了前所未有的要求,一些原有的通信技术,如时分复用(TDM)和波分复用(WDM)等已不能满足宽带通信的要求。在这种情况下,密集波分复用(DWDM)作为一种新兴的通信技术即应运而生。本文介绍了DWDM 技术出现的历史背景，分析了DWDM的基本原理，然后对DWDM的技术特点进行阐述，再介绍了DWDM的关键技术，研究DWDM在未来的发展趋势。 密集型光波复用（DWDM：Dense Wavelength Division Multiplexing）是能组合一组光波长用一根光纤进行传送。这是一项用来在现有的光纤骨干网上提高带宽的激光技术。更确切地说，该技术是在一根指定的光纤中，多路复用单个光纤载波的紧密光谱间距，以便利用可以达到的传输性能。这样，在给定的信息传输容量下，就可以减少所需要的光纤的总数量。 一、应用背景 传统的光纤通信技术用一根光纤只传播一种波长的光信号，这无疑是对光纤容量的一种浪费。而 DWDM 系统是在现有的光纤骨干网上通过提高带宽，利用光纤丰富的带宽来进行不同波长光的传输，大大提高了光纤的负载能力。作为一种区别于传统光纤的激光技术，它通过利用单个光纤载波的紧密光谱间距，以达到在一根指定光纤中多路复用的目的，这样就可以更好的控制信号在传播过程中的色散和信号衰减，实现在一定数量光纤下传递信息容量最大化。这是一项用来在现有的光纤骨干网上提高带宽的激光技术。这项技术的产生是对原先光钎数据传输技术的缺点的改进。原先光钎数据传输技术主要有两种：空分复用（SDM）和时分复用（TDM）。 空分复用（SDM）是靠增加光纤数量的方式线性增加传输的容量，传输设备也线性增加。如果没有足够的光纤数量，通过重新敷设光缆来扩容，工程费用将会成倍增长。而且，这种方式并没有充分利用光纤的传输带宽，造成光纤带宽资源的浪费。作为通信网络的建设，不 第3章 习题及答案 一．填空 1．对于二能级原子系统，要实现光信号的放大，原子的能级分布必须满足高能级粒子数大于低能级粒子数，即粒子数反转分布条件。 2．一个电路振荡器，必须包括放大部分、振荡回路和反馈系统。而激光振荡器也必须具备完成以上功能的部件，故它也包括三个部分：能够产生激光的 工作物质 ，能够使工作物质处于粒子数反转分布的 ，能够完成频率选择及反馈作用的 。 答案：工作物质，泵浦源，光学谐振腔 3．半导体光放大器的粒子数反转可通过对PN 节加 偏压来实现。PN 结加上这种偏压后，空间电荷区变窄，于是N 区的电子向P 区扩散，P 区的空穴向N 区扩散，使得P 区和N 区的少数载流子增加。当偏压足够大时，增加的少数载流子会引起粒子数反转。 答案：正向。 4．对于半导体激光器，当外加正向电流达到某一值时，输出光功率将急剧增加，表明振荡产生了激光，把这个电流值叫 ，用th I 表示。当th I I <时，激光器发出的是 ，因此光谱很宽，宽 度常达到几百埃；当th I I >时，激光器发出的是 ，光谱突然变得很窄，谱线中心强度急剧增加， 表面发出的是激光。 答案：阈值电流，荧光，激光。 5．影响耦合效率的主要因素是光源的发散角和光纤的数值孔径。发散角越大，耦合效率越 ；数值孔径越大，耦合效率越 。 答案：低，高。 6．激光和光纤的耦合方式有直接耦合和透镜耦合。当发光面积大于纤芯截面积时，用 ；当发光面积小于纤芯截面积时，用 。 答案：透镜耦合，直接耦合。（课本上有误） 7．半导体激光器其光学谐振腔的谐振条件或驻波条件是 。 答案：2g L q λ=（或2nL q λ=）。 8．判断单模激光器的一个重要参数是 ，即最高光谱峰值强度与次高光谱峰值强度之比。 答案：边模抑制比。 二．判断题 1．电子服从费米能级分布，即在热平衡条件下，占据能级低的概率大，占据能级高的概率小。 （ ） 正确 2．自发辐射的光子方向是随机的，发出非相干光，且不需要外来光场的激励。 （ ） 正确 3．LED 与单模光纤的耦合效率低于LD 与单模光纤的耦合效率，边发光比面发光LED 耦合效率低。 （ ） 错误，边LED 比面LED 耦合效率高 4．光检测器要产生光电流，入射光波长必须大于截止波长，所以长波长检测器能用于短波长检测。 （ ） 错误。应该小于。 5．设计工作于1.55 μm 的光检测器同样能用作1.3 μm 的光检测器，且在长波长灵敏些。 （ ） 正确。因为在一定波长工作的光检测器能工作于更短的波长。 三．选择题 1．对于半导体激光器的结构，下列说法错误的是（ ） A ．F-P 激光器是多模，DF B 和DBR 激光器是单模激光器 第3章处理机调度1）选择题 （1）在分时操作系统中，进程调度经常采用_D_ 算法。 A. 先来先服务 B. 最高优先权 C. 随机 D. 时间片轮转 （2）_B__ 优先权是在创建进程时确定的，确定之后在整个进程运行期间不再改变。 A. 作业 B. 静态 C. 动态 D. 资源 （3）__A___ 是作业存在的惟一标志。 A. 作业控制块 B. 作业名 C. 进程控制块 D. 进程名 （4）设有四个作业同时到达，每个作业的执行时间均为2小时，它们在一台处理器上按单道方式运行，则平均周转时间为_ B_ 。 A. l小时 B. 5小时 C. 2.5小时 D. 8小时 （5）现有3个同时到达的作业J1、J2和J3，它们的执行时间分别是T1、T2和T3，且T1＜T2＜T3。系统按单道方式运行且采用短作业优先算法，则平均周转时间是_C_ 。 A. T1+T2+T3 B. (T1+T2+T3)/3 C. (3T1+2T2+T3)/3 D. (T1+2T2+3T3)/3 （6）__D__ 是指从作业提交给系统到作业完成的时间间隔。 A. 运行时间 B. 响应时间 C. 等待时间 D. 周转时间 （7）下述作业调度算法中，_ C_调度算法与作业的估计运行时间有关。 A. 先来先服务 B. 多级队列 C. 短作业优先 D. 时间片轮转 2）填空题 （1）进程的调度方式有两种，一种是抢占(剥夺)式，另一种是非抢占(非剥夺)式。 （2）在_FCFS_ 调度算法中，按照进程进入就绪队列的先后次序来分配处理机。 （3）采用时间片轮转法时，时间片过大，就会使轮转法转化为FCFS_ 调度算法。 （4）一个作业可以分成若干顺序处理的加工步骤，每个加工步骤称为一个_作业步_ 。 （5）作业生存期共经历四个状态，它们是提交、后备、运行和完成。 （6）既考虑作业等待时间，又考虑作业执行时间的调度算法是_高响应比优先____ 。 3）解答题 （1）单道批处理系统中有4个作业，其有关情况如表3-9所示。在采用响应比高者优先调度算法时分别计算其平均周转时间T和平均带权周转时间W。（运行时间为小时，按十进制计算） 表3-9 作业的提交时间和运行时间 1．光纤通信的优缺点各是什么？ 答：优点有：带宽资源丰富，通信容量大；损耗低，中继距离长；无串音干扰，保密性好；适应能力强；体积小、重量轻、便于施工维护；原材料来源丰富，潜在价格低廉等。 缺点有：接口昂贵，强度差，不能传送电力，需要专门的工具、设备以及培训，未经受长时间的检验等。 2．光纤通信系统由哪几部分组成？各部分的功能是什么？ 答：光纤通信系统由三部分组成：光发射机、光接收机和光纤链路。 光发射机由模拟或数字电接口、电压—电流驱动电路和光源组件组成。光源组件包括光源、光源—光纤耦合器和一段光纤（尾纤或光纤跳线）组成。 模拟或数字电接的作用是实现口阻抗匹配和信号电平匹配（限制输入信号的振幅）作用。光源是LED或LD，这两种二极管的光功率与驱动电流成正比。电压—电流驱动电路是输入电路与光源间的电接口，用来将输入信号的电压转换成电流以驱动光源。光源—光纤耦合器的作用是把光源发出的光耦合到光纤或光缆中。 光接收机由光检测器组件、放大电路和模拟或数字电接口组成。光检测器组件包括一段光纤（尾纤或光纤跳线）、光纤—光检波器耦合器、光检测器和电流—电压转换器。 光检测器将光信号转化为电流信号。常用的器件有PIN和APD。然后再通过电流—电压转换器，变成电压信号输出。模拟或数字电接口对输出电路其阻抗匹配和信号电平匹配作用。 光纤链路由光纤光缆、光纤连接器、光缆终端盒、光缆线路盒和中继 器等组成。 光纤光缆由石英或塑料光纤、金属包层和外套管组成。光缆线路盒：光缆生产厂家生产的光缆一般为2km一盘，因而，如果光发送与光接收之间的距离超多2km时，每隔2km将需要用光缆线路盒把光缆连接起来。光缆终端盒：主要用于将光缆从户外（或户内）引入到户内（或户外），将光缆中的光纤从光缆中分出来，一般放置在光设备机房内。光纤连接器：主要用于将光发送机（或光接收机）与光缆终端盒分出来的光纤连接起来，即连接光纤跳线与光缆中的光纤。 3．假设数字通信系统能够在高达1%的载波频率的比特率下工作，试问在5GHz的微波载波和 1.55μm的光载波上能传输多少路64kb/s的音频信道？ 解：根据题意，求得在5GHz的微波载波下，数字通信系统的比特率为50Mb/s，则能传输781路64kb/s的音频信道。 根据题意，求得在 1.55μm的光载波下，数字通信系统的比特率为1.935Gb/s，则能传输30241935路64kb/s的音频信道。 4．SDH体制有什么优点？ 答：（1）SDH传输系统在国际上有统一的帧结构，数字传输标准速率和标准的光路接口，使网管系统互通，因此有很好的横向兼容性，它能与现有的准同步数字体制（PDH）完全兼容，并容纳各种新的业务信号，形成了全球统一的数字传输体制标准，提高了网络的可靠性； （2）SDH接入系统的不同等级的码流在帧结构净负荷区内的排列非常有规律，而净负荷与网络是同步的，它利用软件能将高速信号一次直接分插出低速支路信号，实现了一次复用的特性，克服了PDH准同步复用方 一、填空题（20分) 1、目前光纤通信所用光波得光波波长范围为:0、８～1、8μm,属于电磁波谱中得近红外区。 2、光纤得典型结构就是多层同轴圆柱体，它由、与三部分组成. 3、光纤通信中常用得三个低损耗窗口得中心波长就是: , ，；最低损耗窗口得中心波长就是在: 。 4、光纤得色散分为色散色散与色散。 5、光与物质得粒子体系得相互作用主要有三个过程就是：，，；产生激光得最主要过程就是: 。６、光源得作用就是将变换为；光检测器得作用就是将转换为. 二、单项选择题(15分） 1光纤通信指得就是：［Ｂ] A以电波作载波、以光纤为传输媒介得通信方式； B 以光波作载波、以光纤为传输媒介得通信方式; C 以光波作载波、以电缆为传输媒介得通信方式; D 以激光作载波、以导线为传输媒介得通信方式。 2 光纤单模传输条件，归一化频率V应满足：［Ｂ］ -－－-A—V>2、40５——--—－B－V〈２、405-——－－-C- V＞3、832————－D- Ｖ〈3、832 3 使用连接器进行光纤连接时,如果接续点不连续，将会造成:[Ｃ］ A 光功率无法传输； B 光功率得菲涅耳反射; Ｃ光功率得散射损耗； D 光功率得一部分散射损耗，或以反射波形式返回发送端。 4 在激光器中，光得放大就是通过：［Ｃ] A 光学谐振腔来实现; B 泵浦光源来实现； C粒子数反转分布得激活物质来实现; D 外加直流来实现. ５掺铒光纤得激光特性：［B] A主要由起主介质作用得石英光纤决定; B 主要由掺铒元素决定; C 主要由泵浦光源决定; D 主要由入射光得工作波长决定. 三、（15分)如图所示,用射线理论分析子午光线在阶跃光纤中得传输原理. 习题一 1、举例说明为什么对并发执行的程序不加控制会产生与执行时间有关的错误？ 解：程序在并发执行时由于资源是共享的，而且常常资源数少于程序对这些资源的需求数，致使这些并发执行的程序之间因为竞争资源导致存在间接制约关系，这种间接制约使得并发执行的程序具有随机性（异步性），即“执行—暂停—执行”，它们何时启动、何时停止是未知的。例如：飞机售票系统、堆栈的存数与取数过程等（示例说明略）。 2、程序并发执行为什么会失去顺序执行时的封闭性和可再现性？ 解：所谓“封闭性”是指程序执行得到的最终结果由给定的初始条件决定，不受外界因素的影响。在程序并发执行时由于资源共享，导致这些资源的状态将由多个程序来改变，又由于存在程序执行的随机性，所以程序的运行失去封闭性。由于失去了封闭性，也将导致其失去可再现性。即虽然它们执行时的环境和初始条件相同，但得到的结果却可能各不相同。 习题二 1、试用加锁的方法解决飞机售票系统的问题。 例：民航售票系统，n个售票处 2、用机器指令（testAndset）解决飞机售票系统中任一进程的算法。 习题三 1、进程在做P、V操作时对自己和其他进程有何影响？ 进程在信号量上执行P操作后，若信号量的值为正，当前进程继续执行；若信号量的值为负，当前进程变为等待状态、放弃处理机，其它进程则有机会获得CPU。 进程在信号量上执行V操作后，不会对自己有任何影响，但当信号量的值不大于0时，需要唤醒在该信号量上所对应的等待队列中的进程。 2、设课程的前驱、后继关系如下，若每修一门课程看作进程Px（x∈1..6）试用P、V操作算法描述这种前驱与后继关系。 答： Semaphore：S1：=S2：=S3：=S4：=S5：=S6：=0； Begin Cobegin P1、P2、P3、P4、P5、P6 coend; end. P1（）P2（）P3（） Begin begin begin 修计算机导论；P（S1）；P（S2）； V（S1）；修高级语言程序设计修计算机组成原理； V（S2）；V（S3）V（S4）； End; End; End; P4（）P5（）P6（） Begin begin begin P（S3）；P（S4）；P（S5）； 修数据结构；修86汇编语言；P（S6）； V（S5）；V（S6）；修操作系统； End; End; End; 习题四 1、有三个进程R、W1、W2，进程R 从输入设备上读数据送缓冲区B，若是奇数由W1 进程从B 取数输出；若 第四章1节作业 1、光纤通信系统用的光检测器是怎样偏置外加工作电压的？ 答：反向偏置。 足够大的反向偏置电压，目的是使本征区中的载流子完全耗尽，形成高电场耗尽区。使入射到检测器上的光子能量高速度、高效率转换成光生电子。APD 管加上更高反向电压，可以形成雪崩倍增增益。 2、比较PIN 光电检测器与APD 光电检测器，各自有那些特点？ 答：（1）PIN 光电二极管没有倍增，使用简单，工作偏压低(5-10V)，不需要任何控制。 在较大光功率注入下，PIN 接收机噪声性能要比APD 接收机噪声性能（信噪比降低G x 倍）优越。 （2）APD 具有很高的内部倍增因子（通过合理设计，可以使APD 工作在最佳倍增状态），这样接收灵敏度比PIN 光检测器高。 但由于APD 需要较高的工作偏压（200V ）以及其倍增特性受温度的影响较严重因此使用起来也比较复杂，需要AGC 电路对APD 的工作偏压进行精细控制，在要求较高的数字光接收机中，还必须对APD 采取温度补偿措施。 在较小光功率注入下，APD 接收机噪声性能（信噪比提高G 2 倍）要比PIN 接收机噪声性能优越。 3、光电检测器转换能力的物理量有哪些？写出其表达式。 答：量子效率η和响应度R 0 0000//(/) 1.24P P P I e I hc P hf P e I e R A W P hc m ηλ ληληλμ=====注意：以为单位 4、现有1011个光子／秒，光子能量为1.28×10-19J ，入射到一个理想的光电二极管上，计算： (a)入射光波长； (b)输出光电流大小； (c)若这是一个APD ，其G=18，计算光电流。 解：操作系统作业(1-4)答案
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