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。
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入纤得，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=6.63 10-34 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 (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 (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。 ①0.85μm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。 22 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。 红色：重点、绿色：了解 第1章 1、光纤通信的基本概念：以光波为载频，用光纤作为传输介质的通信方式。光纤通信工作波长在于近红外区：0.85～2.00μm的波长区，对应频率: 167～375THz。 对于SiO2光纤，在上述波长区内的三个低损耗窗口，是目前光纤通信的实用工作波长，即0.85μm、 1.31μm 1.55μm及 1.625μm 2、光纤通信系统的基本组成：P5 图1-3 目前采用比较多的系统形式是强度调制/直接检波（IM/DD）的光纤数字通信系统。该系统主要由光发送设备（光发射机）、光纤传输线路、光接收设备（光接收机）、光中继器以及各种耦合器件组成。 各部件功能： 电发射机：对来自信源的信号进行模/数转换和多路复用处理； 光发送设备：实现电/光转换； 光接收机：实现光/电转换； 光中继器：将经过光纤长距离衰减和畸变后的微弱光信号放大、整形、再生成具有一定强度的光信号，继续送向前方，以保证良好的通信质量。 3、光纤通信的特点：（可参照P1、2） 优点：（1），传输容量大。（2）传输损耗小，中继距离长。 （3）保密性能好：光波仅在光纤芯区传输，基本无泄露。 （4）抗电磁干扰能力强：光纤由电绝缘的石英材料制成，不受电磁场干扰。（5）体积小、重量轻。（6）原材料来源丰富、价格低廉。 缺点：1）弯曲半径不宜过小；2）不能远距离传输；3）传输过程易发生色散。 4、适用光纤：P11 G.652 和G.654：常规单模光纤，色散最小值在1310nm处，衰减最小值在1550nm 处。常见的结构有阶跃型和下凹型单模光纤。 G.653：色散位移光纤，色散最小值在1550nm处，衰减最小值在1550nm处。难 以克服FWM混频等非线性效应带来的影响。 G.655：非零色散光纤，色散在1310nm处较小，不为0；衰减最小值在1550nm 处。可以尽量克服FWM混频等非线性效应带来的影响。 补充：1、1966年7月，英籍华人（高锟）博士从理论上分析证明了用光纤作为传输介质以实现光通信的可能性。 2、数字光纤通信系统有准同步数字体系（PDH）和同步数字体系（SDH）两种传输体制。 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： 2、光在光纤中传输是利用光的（折射）原理。 5、光纤通信系统中最常用的光检测器有：（ PIN光电二极管）、（雪崩光电二极管）。 6、要使物质能对光进行放大，必须使物质中的( 受激辐射 )强于( 受激吸收 )，即高能级上的粒子数多于低能级上的粒子数。物质的这一种反常态的粒子数分布，称为粒子数的反转分布。 7、在多模光纤中，纤芯的半径越( 大 )，可传输的导波模数量就越多。 9、（波导色散）是指由光纤的光谱宽度和光纤的几何结构所引起的色散。 11、PDH的缺陷之一：在复用信号的帧结构中，由于( 开销比特 )的数量很少，不能提供足够的运行、管理和维护功能，因而不能满足现代通信网对监控和网管的要求。 12、光接收机的主要指标有光接收机的动态范围和（灵敏度）。 13、激光器能产生激光振荡的最低限度称为激光器的（阈值条件）。 14、光纤的（色散）是引起光纤带宽变窄的主要原因，而光纤带宽变窄则会限制光纤的传输容量。 15、误码性能是光纤数字通信系统质量的重要指标之一，产生误码的主要原因是传输系统的脉冲抖动和（噪声）。 二、选择题：（每小题2分，共20分。1-7:单选题，8-10：多选题） 4、CCITT于（）年接受了SONET概念，并重新命名为SDH。 A、1985 B、1970 C、1988 D、1990 6、掺铒光纤放大器（EDFA）的工作波长为（）nm波段。 A、1310 B、1550 C、1510 D、850 7、发光二极管发出的光是非相干光，它的基本原理是（）。 A、受激吸收 B、自发辐射 C、受激辐射 D、自发吸收 9、要精确控制激光器的输出功率，应从两方面着手：一是控制（ B ）； 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。 本实验指导书为《数字传输技术（A）》《光纤通信系统》《光纤通信测量技术》《光同步传输技术》课程的实验用书，其有关内容也可以配合《数字传输技术（A）》《光纤通信系统》《光纤通信测量技术》《光同步传输技术》等课程教材使用。 本实验指导书用于光纤数字传输系统性能测试和光纤传输网络的设备与网络管理操作几方面的必做实验，主要是光纤数字线路系统传输性能测试、SDH 设备认识和SDH网络管理系统及操作。其中光纤数字线路系统传输性能测试是最基本的实验项目。 光纤数字线路系统包括光端机、光中继机和光纤线路等，其性能参数包括设备和系统光接口参数和电接口传输性能，光接口参数主要是光设备光接口参数、光通道（光纤线路）传输特性，电接口传输性能主要包括误码性能、定时性能和可用性等，需要测试的项目较多，涉及多种测试仪表和测试方法。本指导书重点介绍光纤线路接续和接续损耗的监测、光纤衰减测试实验、光接口参数测试和光纤数字传输系统的传输性能测试实验。 选做实验的指导书另行编写。 实验一光纤接续和监测 1 实验二光纤衰减测试 3 实验三光接口参数测试 5 实验四电接口传输性能测试10 实验五SDH设备认识17 实验六SDH网络管理系统及操作19 实验一 光纤的接续和监测 一． 试验目的 掌握光纤接续原理 掌握光纤接续损耗的测试原理 学习使用熔接机和了解光纤接续过程 二．试验原理 光纤接续的常用方法有热熔法和冷接法等，热熔法的主要步骤如下：连接光纤端面的制备，端面的定位和对准，熔接。 光纤接续损耗A s 的定义为 t r s p p A lg 10?= （dB ） 式中 p t 为发射光纤发出的光功率，W p r 为接收光纤接收的光功率，W 监测光纤接续损耗的方法有多种，如：光时域反射计(OTDR)监测和四功率法测试等，目前都采用光时域反射计监测法，其测试系统原理土如图1.1所示。 测试时OTDR 发出测试光脉冲，并测得连接光纤的背向色散曲线如图1.2所示，根据所得曲线设置五个测试点（即采用五点法）即得到接续损耗值。 三． 试验仪器和设备 1.TYPE35SE 光纤熔接机， 1台 2.光时域反射计， 1台 3.光纤， 2盘，2Km/盘 四． 测试步骤 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 试题2 《光纤通信技术》综合测试（二） 一、填空题 1、为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须纤芯的折射率。 2、光纤的典型结构是多层同轴圆柱体，它由、和三部分组成。 3、光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长是：，， ；最低损耗窗口的中心波长是在： 。 4、光纤的色散分为色散 色散色散和色散。 5、光与物质的粒子体系的相互作用主要有三个过程是：，， ；产生激光的最主要过程是： 。 6、光源的作用是将变换为；光检测器的作用是将 转换为。 二、单项选择题 1 光纤通信指的是：[ ] 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 光纤单模传输条件，归一化频率V应满足：[ ] 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：[ ] A 光功率无法传输； B 光功率的菲涅耳反射； C 光功率的散射损耗； D 光功率的一部分散射损耗，或以 反射波形式返回发送端。 4 在激光器中，光的放大是通过：[ ] A 光学谐振腔来实现； B 泵浦光源来实现； C 粒子数反转分布的激活物质来 实现； D 外加直流来实现。 5 掺铒光纤的激光特性：[ ] A 主要由起主介质作 用的石英光纤决定； B 主要由掺铒元素决 定； C 主要由泵浦光源决 定； D 主要由入射光的工 作波长决定 6 下面说法正确的是：[ ] A 多模光纤指的是传输多路信号； B 多模光纤可传输多种模式； C 多模光纤指的是芯径较粗的光纤； D 多模光纤只能传输高次模。 7 下面哪一种光纤是色散位移单模光纤？[ ] A 光纤； B 光纤； C 光纤； 《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。 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. 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 光纤通信系统与网络试卷及答案 浙江师范大学《光纤通信》考试卷 （2013----2014 学年第一学期） 考试形式闭卷使用学生 sample 考试时间120分钟出卷时间2013年12月27日 说明：考生应将全部答案都写在答题纸上，否则作无效处理。 一、选择题（10％） 1 半导体光源中，由以下哪个电路模块解决其对温度变化敏感的问题（B） A.APC B.ATC C.过流保护 D.时钟控制 2 ECL激光器是利用以下哪个器件对工作波长进行选择。（A） A.光栅 B.棱镜 C.透镜 D.波导 3 STM-16的标准速率为（C） A.155Mb/s B.622Mb/s C. 2.5Gb/s D.10Gb/s 4.下列哪些指标是系统可靠性指标（D） A.HRDL B.HRDS C.BER D.MTTR 5如果原始码序列为100010001，采用3B1P奇校验进行编码，则变换后的码序列为（C） A.100101010010 B.100101000010 C.100001000010 D.1000100010 二、是非判断题(28％) 1.由于LED具有阈值电流，所以不适合模拟调制 2.光纤通信系统的带宽主要由其色散所限制 3.光纤通信系统所采用的波长的发展趋势是向短波方向转移的 4.激光是光纤通信系统所采用的主要光源 5.在通信中，我们通常使用弱导光纤 6.本征半导体中掺入施主杂质，称为N型半导体 7.光纤的数值孔径越大，集光能力越强，所以在通信中我们采用大数值孔 径光纤 8.在光纤中，比光波长大的多的粒子引起的散射称为瑞利散射 9.光电效应产生的条件是入射波长大于截止波长 10.SRS现象总是由于光信号和介质中的声子相作用产生 11.OXC节点和OADM节点是全光网中的核心节点 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 一、填空题（40分，每空1分） 1、光纤通信是光纤为传输媒质。以光波为载波的通信方式。 2、无源器件主要有光纤连接器、波分复用器、光调制器、光隔离器、光耦合器和光衰减器、光开关等。 3、单模光纤纤芯直径一般为 8~10um ，多模光纤纤芯直径为 50~80 um ，光纤包层直径一般为 125 um 。 4、光缆结构包括缆芯、铠装和护套。常用光缆有层绞式、骨架式、中心管式、带状式等结构。 5、光纤主要的传输特性是损耗和色散。 7、在光纤通信系统中，对光源的调制可分外调制和内调制两类。 8、掺铒光纤放大器应用方式有中继放大器、前置放大器和 后置放大器。 10、EDFA的泵浦结构方式有：a. 同向泵浦；b. ___反向泵浦____结构；c.双向泵浦结构。 11、SDH的主要复用步骤是映射、定位和复用。 12、光中继器实现方式有光-电-光形式中继放大器 和光放大器两种 1、为增大光接收机的接收动态范围，应采用（ B ）电路。 A．ATC B．AGC C．APC D．ADC 2、光纤数字通信系统中不能传输HDB3码的原因是( A ) A.光源不能产生负信号光 B.将出现长连“1”或长连“0” C.编码器太复杂 D.码率冗余度太大 4、在光纤通信系统中，EDFA以何种应用形式可以显著提高光接收机的灵敏度( A ) A.作前置放大器使用 B.作后置放大器使用 C.作功率放大器使用 D.作光中继器使用 5、STM－4每秒可传输的帧数是( D ) A.1000 B.2000 C.4000 D.8000 6、STM-N一帧的字节数是( C )。 A.2709 B.274N9 C.270N9 D.261N9 7、在光纤通信系统中，当需要保证在传输信道光的单向传输时，采用( B )。 A.光衰减器 B.光隔离器 C.光耦合器 D.光纤连接器 8、决定光纤通信中继距离的主要因素是( B ) A.光纤的型号 B.光纤的损耗和色散 C.光发射机的输出功率 D.光接收机的灵敏度 9、下列哪一个不是SDH网的特点( D ) A.具有全世界统一的接口标准 B.大量运用软件进行系统配置的管理 C.复用映射结构灵活 D.指针调整技术降低了设备复杂性 10、将光限制在有包层的光纤纤芯中的作用原理是（ B ） A.折射 B.在包层折射边界上的全内反射 C.纤芯—包层界面上的全内反射 D.光纤塑料涂覆层的反射 三、简答题（20分） 1、简述掺铒光纤放大器（EDFA）工作原理。（9分） 1、在掺铒光纤（EDF）中，铒离子有三个能级：基态E1、亚稳态E2和激发态E3。 当泵浦光的光子能级等于E3和E1的能量差时，铒离子吸收泵浦光的光能从基态跃迁到激发态，但激发态不稳定，电子很快返回到E2，若输入的信号光的光子能量等于E 2和E1之间能量差，则电子从E2跃迁到E1，产生受激辐射光，故光信号被放大。 2、光纤通信有哪些优点？（6分） 2、①传输衰减小，传输距离长。 ②频带宽，通信容量大。 ③抗电磁干扰，传输质量好。 ④体积小、重量轻、便于施工。 ⑤原材料丰富，节约有色金属，有利于环保 ⑥易碎不易接续。 3、什么叫光纤损耗？造成光纤损耗的原因是什么？（5分） 3、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。 （dB/km）（3分） 损耗产生的主要原因是光纤材料的吸收、散射作用和光纤在使用过程中由于连接、弯曲而导致附加光功率损失。（2分） 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 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 光纤通信基础复习题 及答案 光纤通信基础复习题 1．光通信的发展大致经历几个阶段？ 光通信的发展大致经历如下三个阶段 可视光通信阶段：我国古代的烽火台，近代战争中的信号弹、信号树，舰船使用的灯塔、灯光信号、旗语等，都属于可视光通信。 大气激光通信阶段：光通信技术的发展应该说始于激光器的诞生。1960年美国人梅曼发明了第一台红宝石激光器，使人们开始对激光大气通信进行研究。激光大气通信是将地球周围的大气层作为传输介质，这一点与可视光通信相同。但是，激光在大气层中传输会被严重的吸收并产生严重的色散作用，而且，还易受天气变化的影响。使得激光大气通信在通信距离、稳定性及可靠性等方面受到限制。 光纤通信阶段：早在1950年，就有人对光在光纤中的传播问题开始了理论研究。1951年发明了医用光导纤维。但是，那时的光纤损耗太大，达到1000 dB/km，即一般的光源在光纤中只能传输几厘米。用于长距离的光纤通信几乎是不可能。1970年，美国康宁公司果然研制出了损耗为20dB/km的光纤，使光纤远距离通信成为可能。自此，光纤通信技术研究开发工作获得长足进步，目前，光纤的损耗已达到0.5dB/km（1.3μm）0.2dB/km（1.55μm）的水平。 2. 光纤通信技术的发展大致经历几个阶段？ 第一阶段（1966～1976）为开发时期. 波长: λ= 0.85um, 光纤种类: 多模石英光纤, 通信速率: 34～45Mb/s, 中继距离: 10km. 第二阶段（1976～1986）为大力发展和推广应用时期. 波长: λ= 1.30um, 光纤种类: 单模石英光纤, 通信速率: 140～565Mb/s, 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： 第一章 1. 光纤通信有哪些优点 容许频带很宽，传输容量很大； 损耗很小，中继距离很长且误码率很小； 重量轻，体积小； 抗电磁干扰性能好； 泄露小，保密性能好； 节约金属材料，有利于资源合理使用。 2. 光纤通信系统有哪几部分组成？简述各部分作用。 信息源：把用户信息转换为原始电信号，这种信号称为基带信号。 电发射机：把基带信号转换为适合信道传输的信号，这个转换如果需要调制，则其输出信号称为已调信号。 光发射机：把输入电信号转换为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。 光纤线路：把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机。 光接收机：把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号，并经放大和处理后恢复成发射前的电信号。 电接收机：功能和电发射机的功能相反，它把接收的电信号转换为基带信号。 信息宿：恢复用户信息。 第二章 1均匀光纤芯与包层的折射率分别为:45.1,50.121 ==n n 试计算： （1）光纤芯与包层的相对折射率差△=？ （2）光纤的数值孔径NA=? （3）在1米长的光纤上，由子午线的光程差所引起的最大时延差?max =?τ 解：()121n n n -=? NA= ?≈-212 221n n n ()?≈= =?c L n NA c n L c n L c 12121max 22θτ 2.目前光纤通信为什么采用以下三个工作波长 ?55.1,31.1,85.0321m m m μλμλμλ=== 损耗：在1.31，1.55存在低损耗窗口 色散：随波长增加，色散减小，带宽增加 所以采用1.31,1.55,0.85 3.光纤通信为什么向长波长、单模光纤方向发展？ 长波长、单模光纤比短波长、多模光纤具有更好的传输特性。（1）单模光纤没有模式色散，不同成分光经过单模光纤的传播时间不同的程度显著小于经过多模光纤时不同的程度． ( 2 ）由光纤损耗和波长的关系曲线知，随着波长的增大，损耗呈下降趋势，且在1.31μm 和1 . 55μm 处的色散很小，故目前长距离光纤通信一般都工作在1 . 55μm. 4.光纤色散产生的原因及其危害是什么？ 答 光纤色散是由光纤中传输的光信号。由于不同成分的光时间延迟不同而产生的。光纤色散对光纤传输系统的危害有：若信号是模拟调制的，色散将限制带；是数字脉冲，色散将使脉冲展宽，限制系统传输速率（容量） . 5.光纤损耗产生的原因及其危害是什么？ 答 光纤损耗包括吸收损耗和散射损耗。吸收损耗是由SiO2材料引起的固有吸收和由杂质引起的吸收产生的。散射损耗主要由材料微观密度密度不均匀引起的瑞利散射和光纤结构缺陷（如气泡）引起的散射产生的。光纤损耗使系统的传输距离受到限制．大损耗不利于长距离光纤通信。 第三章 1.设激光器的高能级和低能级的能量各为 12E E 和,频率为f ，相应能级上的粒子密度 12N N 和。计算 (1)当f=3000MHZ,T=300K 时，?12=N N (2)当?300,112===N N K T m 时，μλ (3)当 ，若.10,112==N N m μλ环境温度 T=？ ??? ? ???????-?? ? ??----====-30010381.110300010628.61111 2 216341 2e e e N N h f E E KT hf KT E E （2）6104.2124 .1?== =λ g E hf 光纤通信原理试题＿1 参考答案 一、单项选择题（本大题共10小题，每小题1分，共10分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1. 光纤通信指的是（ B ） 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.已知某Si-PIN 光电二极管的响应度R 0＝0.5 A/W ，一个光子的能量为2.24×10－19 J ，电子电荷量为1.6×10－19 C ，则该光电二极管的量子效率为（ ） A.40％ B.50％ C.60％ D.70％ R 0=e /hf 3.STM-4一帧中总的列数为（ ） A.261 B.270 C.261×4 D.270×4 4.在薄膜波导中，要形成导波就要求平面波的入射角θ1满足（ ） A.θc13<θ1<θc12 B.θ1=0° C.θ1<θc13<θc12 D.θc12<θ1<90° 5.光纤色散系数的单位为（ ） A.ps/km B.ps/nm C.ps/nm.km ? D.nm/ps?km 6.目前掺铒光纤放大器的小信号增益最高可达（ ） A.20 dB B.30 dB C.40 dB D.60 dB 7.随着激光器使用时间的增长，其阈值电流会（ ） A.逐渐减少 B.保持不变 C.逐渐增大 D.先逐渐增大后逐渐减少 8.在阶跃型（弱导波）光纤中，导波的基模为（ ） A.LP00 值为0 B.LP01 C.LP11为第一高次模 D.LP12 9.在薄膜波导中，导波的截止条件为（ ） A.λ0≥λC B.λ0<λC C.λ0≥0 D.λ0≤1.55μm 10.EDFA 在作光中继器使用时，其主要作用是（ ） A.使光信号放大并再生 ? B.使光信号再生 C.使光信号放大 D.使光信号的噪声降低 二、填空题（本大题共20小题，每小题1分，共20分） 请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。 1.根据传输方向上有无电场分量或磁场分量，可将光（电磁波）的传播形式分为三类：一为_TEM_波；二为TE 波；三为TM 波。 2.对称薄膜波导是指敷层和衬底的_折射率相同_的薄膜波导。 3.光学谐振腔的谐振条件的表示式为________。q L c n 2=λ 4.渐变型光纤中，不同的射线具有相同轴向速度的这种现象称为_自聚焦_现象。 5.利用_光_并在光纤中传输的通信方式称为光纤通信。 6.在PIN 光电二极管中，P 型材料和N 型材料之间加一层轻掺杂的N 型材料，称为本征层（I ）层。 7. 光源的作用是将 电信号电流变换为光信号功率 ；光检测器的作用是将 光信号功光纤通信系统与应用(胡庆)复习总结
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