光纤通信考试复习重点.doc

简答题一、光纤通信的特点？优点：1、速率高，传输容量大 ；2、损耗低，传输距离远；3、抗干扰能力强，保密性好；4、质量轻，敷设方便；5、耐腐蚀，寿命长；缺点：线路施工过程中连接较复杂，造价高。2、 光纤通信系统的基本组成，各个单元的作用？主要组成部分包括光纤、光发送器、光接收机、光中继器和适当的接口设备。光发送机：把输入电信号转换为光信号，最大 限度地耦合到光纤线路。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：把光纤线路输出的微弱光信号转换为电信号，并经放大处理后恢复成原始信号。3、 半导体激光器的结构原理？ 4、 新型半导体激光器1、 分布反馈DFB激光器 优点： 单纵模激光器； 谱线窄，波长稳定性好； 动态谱线好； 线性好。2、 分布布拉格反射DBR激光器 优点：增益区和它的波长选择是分开的， 因此可以对它们分别进行控制。3、 量子阱QW激光器 优点： 阈值电流低，输出功率大。 单纵模，谱线窄，利于调制。 温度要求低。无需温度控制，无需制冷器。 外微分量子效率大。 频率啁啾小，动态单纵模特性好。4、 垂直腔面发射激光器VCSEL 优点： 实现极低阈值工作； 平行光互连和光信息处理； 圆形光斑，发散角小，方向性好； 动态单纵模工作； 高密度集成； 适合光电集成电路OEIC结构。 5、 数字光发送机基本组成，各单元模块功能？采用直接调制（IM）的光发送机主要包括：输入电路（输入盘）和电光转换电路（发送盘）。 （1）均衡器的作用是对由PCM电端机送来的HDB3码或CMI码流进行均衡，用以补偿由电缆传输所产生的衰减和畸变，保证电、光端机间信号的幅度、阻抗适配，以便正确译码。（2）码型变换的作用是将适合在电缆中传输的双极性码，通过码型变换转换为适合于光纤线路传输的单极性码。（3）扰码电路的作用就是当线路码流出现长连“0”或长连“1”的情况 ，有规律地破坏长连“0”和长连“1”的码流，从而使“0”、“1”等概率出现，便于接收端提取时钟信号。 （4）线路编码的作用是限制信号带宽，减小功率谱中的高低频分量；给光接收机提供足够的定时信息；提供一定的冗余码，用于平衡码流、误码监测和公务通信。（5）时钟提取的作用是在传输码流中提取出时钟信号（位同步信号），供给码型变换、扰码电路和线路编码使用。（6）单管驱动电路的工作原理：晶体管T工作在开关状态，当调制信号加于Si端时，T通过其集电极向LD提供调制电流Im，再通过另一路的直流偏置电流Ib的调整就实现对LD的有效调制。（7）自动功率控制电路APC：由光检测器来感应激光器后端面辐射光功率的变化，并与参考功率相比较，然后根据比较结果自动调整直流偏置电流，最终使光功率峰值保持为一个稳定值。（8）自动温度控制电路ATC：ATC一般由半导体致冷器TEC 、热敏电阻和控制电路组成。半导体致冷器TEC的冷端和激光器的热沉接触，热敏电阻作为温度传感器，探测激光器结区的温度，并把它传递给控制电路，通过控制电路改变致冷量，使激光器输出特性保持恒定。（9）保护电路等辅助电路：1、电路保护：限流、 慢启动、电源滤波、电路退耦 、接地与屏蔽。2、无光告警电路：光发射机电路出现故障，或输入信号中断，或激光器失效，都将使激光器长时间不发光。3、LD寿命告警：LD管随使用时间增长，阈值电流逐步增大，LD的不能使用。六、各调制的特点和应用场合？1）直接调制 是利用调制信号直接改变LD的注入电流，来获得与电信号相对应的光强信号，也称为内调制。直接调制的特点：简单，但调制速率受到载流子寿命及频率啁啾等影响，调制速率一般限制在1Gb/s左右。2）间接调制是指激光形成之后，在激光器的输出光路上放置光调制器，用调制信号改变光调制器的物理特性，当激光通过调制器时，就会使光波的某参量（如强度等）受到调制， 也称为外调制。间接调制的特点：调制频率展宽很小，甚至没有，光源谱线宽度能维持很小，应用于高速率、长距离传输。但间接调制比较复杂，损耗大，且造价高。七、PIN、APD如何满足对光检测器的要求？1、PIN光电二极管 ）层很厚，入射光容易进入耗尽区被充分吸收而产生电子空穴对，大幅提高转换效率。）零电场区（扩散运动）减薄，电场区（漂移运动）增厚，提高响应速度。2、APD光电二极管 在PIN光电二极管的基础上，对P区和N区都进行了重掺杂，在邻近P区或N区引进n型或p型倍增区，从而实现对一次光电流的放大作用。响应速度快，转换效率高。八、光检测器性能参数，描述对象，反应什么问题？1、响应度与量子效率。响应度：在一定波长的光照射下，光电探测器的平均输出电流与入射的平均光功率之比称为响应度。（反应宏观灵敏特性）量子效率：光电检测器输出的光生电子-空穴对数与入射的光子数之比称为量子效率。（反应微观灵敏特性）提高量子效率措施：减少入射表面的反射率，使入射光子尽可能多地进入PN结；减少光子在表面层被吸收的可能性，增加耗尽区的宽度，使光子在耗尽区内被充分吸收。2、响应光谱或波长响应范围。上限波长（红限）：产生光生载流子，必须有 hvEg，不同半导体材料存在着上限波长即截止波长 波长=hv/Eg. 下限波长（蓝限）：当波长很短时，材料的吸收很大（半导体材料的吸收作用随波长减小而迅速增强），这样，光在半导体材料表层即被吸收殆尽。在表层产生的光生载流子要扩散到耗尽层才能产生光生电流，而在表层为零电场扩散区，扩散速度很慢，还没有到达耗尽层时就大量被复合掉了，使光电转换效率在波长很短时大大下降。3、响应时间或响应速度。响应速度指光电检测器的光电转换速度，一般用响应时间（从器件接收到光子时起到有光生电流输出的时间）来描述。响应时间通常用光检测器输出脉冲的上升时间来表示。响应时间的主要影响因素：（1）耗尽区的光生载流子的渡越时间；（2）零电场产生的光生载流子的扩散时间；（3）结电容和负载电阻的电路时间常数RC；（4）雪崩倍增的建立时间（只对APD）。措施：光电探测器要具有快速响应的特性，在结构上首先要减薄零电场区；其次减少结电容。4、暗电流。理想条件下，当光电检测器无光照时，应无光电流。但由于PN结热效应产生的电子空穴对在反向偏置电压的作用下流动形成的电流称为暗电流ID。当偏置电压增大时，暗电流增大。暗电流还随着器件温度升高而增加。暗电流决定了能被检测到的最小光功率。九、光接收机组成框图，各单元模块的作用？通常将光接收机分为三部分：光检测与前置放大；主放大、均衡滤波和自动增益控制；判决与再生。光检测器与前置放大器合起来称为接收机前端。前端：由光电二极管和前置放大器组成。作用：将耦合入光电检测器的光信号转换为时变电流，然后进行预放大（电流电压转换），以便后级作进一步处理。是光接收机的核心。要求：低噪声、高灵敏度、足够的带宽。主放大器：提供高的增益，放大到适合于判决电路的电平。均衡滤波：对主放输出的失真数字脉冲进行整形，使之成为有利于判决码间干扰最小的升余弦波形。自动增益控制（AGC）：可根据输入信号（平均值）大小自动调整放大器增益，使输出信号保持恒定。用以扩大接收机的动态范围。判决器、译码器和时钟恢复组成光接收机的判决、再生部分。判决器：为确定是“1”或是“0”，需要对某时隙的码元作出判决。若判决结果为“1”，则由再生电路产生一个矩形“1”脉冲；若判决结果为“0”，则由再生电路重新输入一个“0”。时钟恢复：为了精确地确定“判决时刻”，需要从信号码流中提取准确的时钟信息作为标定，以保证与发送端一致。10、 前置放大器类型，各自特点？前置放大器的类型目前有3种：低阻抗前置放大器（输入阻抗低，电路时间常数RC小于信号脉冲宽度T，因而码间干扰小，适用于高速率传输系统）、高阻抗前置放大器（输入阻抗高，噪声小，高频特性较差，适用于低速率传输系统。）和跨阻抗前置放大器（具有宽频带、低噪声的优点，并改善了带宽特性和动态范围，并具有良好的噪声特性）。十一、掺铒光纤放大器EDFA的结构，工作原理？ 同向泵浦(前向泵浦)型：好的噪声性能；反向泵浦(后向泵浦)型：输出信号功率高；双向泵浦型：输出信号功率比单泵浦源高3dB，且放大特性与信号传输方向无关。EDFA采用掺铒离子单模光纤为增益介质，在泵浦光作用下产生粒子数反转，在信号光诱导下实现受激辐射放大。工作原理描述：信号光与波长较其为短的光波（泵浦光）同沿光纤传输，泵浦光的能量被光纤中的稀土元素离子吸收而使其跃迁至更高能级，并可通过能级间的受激发射转移为信号光的能量。信号光沿光纤长度得到放大，泵浦光沿光纤长度不断衰减。12、 三种放大器各自的特点？1、半导体光放大器SOA。与半导体激光器的结构相似，但它没有反馈机制，而反馈机制对产生相干激光是必要的。因此SOA只能放大光信号，但不能产生相干的光输出。2、掺铒光纤放大器（EDFA）。优点：工作频带正处于光纤损耗最低处（1535-1565nm）；频带宽，可同时对多路信号进行放大（波分复用）；对数据率/格式透明，系统升级成本低；增益高（40dB）、输出功率大（30dBm）、噪声低（45dB） ，且对温度不敏感，稳定性好；耦合效率高。全光纤结构，与光纤系统兼容；转换效率高，所需的泵浦功率低（数十毫瓦）。缺点：存在工作波段（15351565nm）和带宽（30nm）的局限性；增益带宽不平坦，对多信道光纤传输系统造成很大的影响（可采取增益平坦、均衡技术）；自发辐射噪声的影响，系统级联时，ASE的影响会大大降低系统接收端的信噪比。3、 光纤拉曼放大器（FRA）。特点：（1）增益波长由泵浦光波长决定，只要泵浦源的波长适当，理论上可以得到任意波长的信号放大。具有很宽的增益谱（12921660nm）；（2）利用传输光纤本身作增益介质，此特点使光纤拉曼放大器可以对光信号的放大构成分布式放大，实现长距离的无中继传输和远程泵浦；（3）调整各个泵浦功率来动态调整信号增益平坦度；（4）具有较低的等效噪声指数。（5） 喇曼放大的作用时间为飞秒(10-15s)级，可实现超短脉冲的放大。13、 SDH同步传输体系特点？优点：1、新型的复用映射方式：同步复用方式和灵活的映射结构。2、接口标准统一：全世界统一的NNI，体现了横向兼容性。3、网络管理能力强：帧结构中丰富的开销比特。4、兼容性好：具有完全的前向兼容性和后向兼容性。5、系列标准规范： 便于国内、国际互连互通。注：SDH最为核心的三个特点是同步复用、强大的网络管理能力和统一的光接口及复用标准。缺点：1、频带利用率低：频带利用率不如传统的PDH系统高。2、指针调整机理复杂：从高速信号中直接分插出低速支路信号，省去了多级复用解复用过程 。3、软件的大量使用对系统安全性的影响 。须进行强的安全管理。4、定时信息传送困难：分插、重选路由及指针调整所致。14、 SDH设备有哪些，各自有什么作用？SDH设备包括SDH终端复用器（TM）、分插复用设备(ADM)、数字交叉连接设备（DXC）和再生中继器（REG）。1、TM终端复用器：TM的作用是将准同步电信号（2 Mbit/s、34 Mbit/s或140Mbit/s）复接成STM-N信号，并完成电/光转换；也可将准同步支路信号和同步支路信号（电的或光的）或将若干个同步支路信号（电的或光的）复接成STM-N信号，并完成电/光转换。在收端则完成相反的功能。2、ADM分插复用设备：ADM作用是从主流信号中分出一些信号并接入另外一些信号。3、DXC数字交叉连接设备：DXC是一种具有一个或多个准同步数字体系（G.702）或同步数字体系（G.707）信号的端口，可以在任何端口信号速率（及其子速率）间进行可控连接和再连接的设备。4、REG再生中继器：再生中继器的功能是对经传输衰减后的信号进行放大、整形和判决再生，以延长传输距离。15、 DWDM、CWDM性能比较？1、DWDM。优势： DWDM波长间隔小，因此在光纤的低