光纤通信系统与技术复习

1、n 1、光通信的分类。波导光通信、非波导光通信。n 2、光纤通信系统的总体结构框图及其发展历程。输入输出光接收机通信信道光发射机五代：一，0.85um系统（1980），阶跃折射率光纤；二，1.3um系统（1985），单模光纤；三，1.55um（1990）色散位移光纤（DSF）和单模激光；四，光放大器和WDM系统（1996），光放大器；五，光孤子通信。n 3、光纤通信的优点？（1），传输频带宽，通信容量大。（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

2、、价格低廉。n 4、简述光纤的组成结构及光在其中传输的原理。涂覆层、纤芯、包层。光在折射率大的纤芯传输，在折射率小的包层界面上发生全反射。n 5、光纤的分类。多模光纤，单模光纤，特种光纤（色散位移光纤DSF，色散补偿光纤，色散平坦光纤，保偏光纤，掺杂光纤）。n 6、什么是截止波长？单模传输条件是什么？截止波长是能使光纤实现单模传输的最小工作光波波长。单模传输条件是V<2.405，即光信号波长小于截止波长。n 7、阶跃折射率光纤的数值孔经(NA)有何意义？物理意义是能是光信号在光纤内以全反射形式传播的角度的正切值。表示光纤捕捉入射光线的能力,NA越大，收集入射光的能力越强。n 8、什么是单

3、模光纤的双折射？单模光纤中存在两个正交偏振模式,当光纤不完全圆柱对称时,两个正交偏振模式并不是简并的,两个正交偏振的模折射率的差的绝对值即为双折射。B=nx-ny，nx和ny分别表示两个正交偏振模式的模折射率。n 9、光纤的色散有几种？与什么有关？模式色散：光纤中的不同模式，在同一波长下传输，各自的相位常数不同，它所引起的色散称为模式色散。材料色散：由于光纤材料本身的折射指数n和波长呈非线性关系，从而使光的传播速度随波长而变化，这样引起的色散称为材料色散。波导色散：光纤中同一模式在不同的频率下传输时，其相位常数不同，这样引起的色散称为波导色散。与光纤波导的结构参数有关。取决于光波模式和材料特性

4、。n 10、光纤的色散对光纤通信系统的性能会产生什么影响？ 光纤的色散将使光脉冲在光纤中传输过程中发生展宽。影响误码率的大小，和传输距离的长短，以及系统速率的大小。n 11、产生光纤损耗的原因有什么？光纤衰减系数是如何定义的？原因：吸收损耗、散射损耗和辐射损耗。光纤的衰减是指在一根光纤的两个横截面间的光功率的减少。衰减系数定义为单位长度光纤引起的光功率的衰减，用dB/km作单位时，有=。n 12、光纤中的非线性效应有哪些？由于散射作用而产生的非线性效应。如，受激喇曼散射、布里渊散射；由于光纤的折射指数随光强度变化引起的非线性效应。如，自相位调制SPM、交叉相位调制XPM、四波混频FWM等。n

5、13、在目前商用光纤中，最小色散和最小损耗的波长是？1310nm波长的光具有最小色散，1550nm波长的光具有最小损耗。n 14、描述光纤线路传输特性的基本参数有哪些？包括损耗、色散、带宽、截止波长、模场直径等。n 15、光缆主要由什么组成？ 光缆是由若干根光纤组成的缆芯、加强元件和护套组成。主要由：纤芯、光纤油膏、护套材料、PBT（聚对苯二甲酸丁二醇酯）等材料组成。n 16、在光纤通信系统中，常见下列符号，请指出其名称。 G652，G653，G654，G655。G652：标准单模光纤，G653：色散位移光纤，G654：截止波长位移单模光纤；G655：非零色散光纤。n 17、什么是光纤连接器的

6、插入损耗和回波损耗？ 插入损耗：连接器的输出光功率与输入光功率之比，单位为dB，用L表示，为L=(dB). 回波损耗：在光纤连接处，后向反射光功率与输入光功率之比，单位为dB，用RL表示，写成RL=-10lg(dB)。n 18、 简述LED的工作原理。 P-N结正向偏压时，处于低能带Ev的电子被激励到高能带Ec上，然后再跃迁到低能带，自发辐射出一个光子，能量为hv=Ec -Ev 。对于大量这样的电子来说，它们是各自独立的发生自发辐射。高能带上电子处于不同能级，辐射光子能量既有差别。n 19、 内量子效率的定义。内量子效率表征了辐射复合在电光转换中所占的比例。i=或i= Rrr是辐射复合率，Rn

7、r是非辐射复合率。n 20、 LD的工作原理。正向偏置时，同LED一样的过程产生初始光场，增加电流使半导体粒子数反转，再由满足相位条件和阈值条件的光学谐振腔形成激光。n 21、 LED和LD发出的光最突出的差别是什么？ LED发出的光是非相干光，光谱宽。LD发出的光是相干光，单色性好，发散角小，光谱窄。n 22、 LED和LD工作特性最明显的不同是什么？LD需要更大的电流以实现粒子数反转，需要在光学谐振腔里满足相位条件和阈值条件才能产生激光。n 23、激光器工作所需要的条件？要有工作介质，激励源，光学谐振腔。需要满足阈值条件和相位条件。n 24、单纵模半导体激光器常用的有哪两种？分布反馈型激光

8、器：分布反馈型激光器（DFB）与分布布拉格反射激光器（DBR）。以及耦合腔激光器n 25、检测器的响应度和量子效率的定义。响应度：平均输出光电流与平均入射光功率之比。R=。量子效率指每入射一个光子所产生的对光电流有贡献的光生载流子对数，是一个无量纲的量。定义式为：=。n 26、检测器上升时间和下降时间？上升时间:脉冲前沿由幅值的10%上升到90%的时间；下降时间：脉冲后沿由90%下降到10%的时间。n 27、常用的光检测器主要有哪两种？ PIN光电二极管，APD雪崩光电二极管。n 28、PIN光电二极管的工作原理。在PN区间生长一层厚的非参杂或轻掺杂半导体材料（本征区），在PN结加上负偏压，由

9、于本征区电阻高，电压基本落在该区形成强电场，扩宽了耗尽层。光子在耗尽层充分吸收，产生的光生载流子立即被高电场加速，形成外电路的光电流。n 29、APD的工作原理。光生载流子在P-N结强电场处加速后与晶格的原子发生碰撞后使价带的电子得到了能量；越过禁带到达导带，产生新的电子空穴对；电子空穴对在强电场再次被加速，再次碰撞；连锁反应，能量倍增。n 30、PIN检测器和APD检测器最主要的差别是什么？APD与PIN光电二极管相比，突出优点是具有内部增益，有较高的增益带宽积，因此灵敏度高，中继距离长。APD也需要较高的反向偏压，为了稳定电流增益G需有温度补偿电路和自动增益控制电路。n 31、光接收机的组

10、成结构框图。数据输出判决电路均衡滤波电压供给光探测器信号光时钟恢复自动增益控制光电变换和前放数据恢复主放（线性通道）n 32、接收机的噪声有哪些？散粒噪声和热噪声，散粒噪声是由光量子传输时的随机性、光电管倍增过程的随机性和暗电流的涨落所产生的；热噪声是在有限温度下，电阻性材料中自由电子和振动离子间热相互作用引起随机脉动所产生的噪声。即使在没有外供电源时也存在。n 33、什么是BER？通信系统中要求低于多少？BER，误码率是指传输的码元信号被错误判决接收的概率，又称为差错率。可表达为BER=漏码概率+假码概率。设接收到“1”码和“0”码的概率分别为P(1)和P(0)，而将“1”码错判为“0”码和

11、将“0”码错判为“1”码的概率分别为P(0/1)和P(1/0)，于是BER=P(1)P(0/1)+P(0)P(1/0)。BER<10-9.n 34、接收机灵敏度的定义？灵敏度定义为在保证给定误码率指标的条件下，接收机所需的最小平均接受光功率Pr。通常用毫瓦分贝（dBm）表示，即Sr=10lgPr(W)/10-3 (dBm)。n 35、设计光纤通信系统时要考虑哪些参数？工作波长的选择；光源（LED适用短距离、低码速系统；LD适用长距离高码速）、光电检测器和光纤的选择；损耗限制的最大中继距离；色散限制的最大中继距离。n 36、从应用结构上划分，光纤系统可以分为哪三类？点对点系统；光纤分配网络

12、；局域网（LAN）。n 37、光纤分配网的结构有哪两种？（计算分配用户（总线结构）第N个用户可用功率为：PN=PTC(1-)(1-C)N-1，P T是发射功率，C是耦合器的分光比，是耦合器插入损耗）光纤到路边（FTTC）和光纤到户（FTTH）。n 38、局域网的结构有哪些？包括以太网、令牌环以及光纤分布数据接口（FDDI）等。n 39、怎样进行功率预算？Tr2=Ttr2+Tf2+Trec2,后三项分别是发射机、传输光纤和接收机的上升时间。Tr=0.35/f3dB 。后者是带宽。0.35/B RZ码0.7/B NRZ码TrPout（dBm）=Prec（dBm，接收机灵敏度）+Ltot（dB 信道

13、损耗=L+Lcon+Lsplice ,光纤损耗系数·传输长度+光纤连接损耗+光纤熔接损耗）+Pm（dB 功率余量46dB）n 40、引起功率劣化的因素有哪些？模式噪声、模式分配噪声、频率啁啾、色散脉冲展宽以及反射回馈和噪声。n 41、光放大器的类型有哪些？半导体光放大器、非线性光纤放大器（拉曼放大器）以及参杂光纤放大器（掺铒光纤放大器（EDFA）n 42、什么是增益饱和？当信号光功率增大到可与饱和功率相比拟时，增益系数将随信号光功率的增大而降低，放大器的增益G也将降低，这种现象称为增益饱和。n 43、SOA的工作原理任何激光器偏置于阈值以下而接近阈值时，都表现为激光放大器。半导体激光

14、器的注入电流略低于阈值电流时就成为了半导体光放大器。n 44、EDFA的工作原理由光耦合器将泵浦光和信号光合在一起，在泵浦光的作用下，EDF中的Er3+离子出现粒子数反转分布，在信号光的诱发下，产生了受激辐射，从而使信号光放大。n 45、RA突出的优点是什么？频带宽、增益高、输出功率大、响应快以及噪声低。n 46、举例说明光放大器在光纤通信领域中的应用。接在光发射机后可以增强发射机功率，称为后置放大器；接在接收机之前可以提高接收机的灵敏度，称为前置放大器；在长距离光纤通信中，取代光电混合中继器，称为在线放大器；还可以应用在光纤局域网中工作分配补偿放大器。n 47、光纤通信系统为什么需要进行色散

15、管理（补偿）？消除光纤中色散引起的光脉冲信号的展宽和畸变，增加工作距离。n 48、有哪些技术可以实现色散补偿？前补偿技术：预啁啾补偿，双二进制码，非线性预啁啾技术；后补偿技术，色散补偿光纤（DCF）；光滤波器；光纤布拉格光栅：均匀周期光栅、啁啾光纤光栅、啁啾码耦合器；光学相位共轭；n 49、DCF的特点有哪些？如果常规光纤的色散在1.55m波长区为正色散值，那么DCF应具有负的色散系数。使得光脉冲信号在此工作窗口波形不产生畸变。DCF的这一特性可以比较好地达到高速率长距离传输的目的。1. 对1310nm零色散标准单模光纤系统升级扩容简单；2. DCF是线性无源器件，可放在线路中的任何位置，安放

16、灵活；3. 能实现宽带色散补偿和一阶色散、二阶色散全补偿。可以在EDFA增益带宽的宽谱带内色散补偿。对比特率、光源波长以及波分复用通道的布置都是透明的。n 50、啁啾光纤布拉格光栅是怎样实现色散补偿的？对普通单模光纤，在1550nm处色散值为正，处在反常色散区，高频分量比低频分量传输的快。若把光栅放置成节距大的一端在前，随着长度增加，光栅间距也减小，提供正常GVD，正好与普通光纤相反。低频分量在前端反射，高频分量在末端发射，高频分量多走了两倍光栅长度，于是经过光栅传输后，低频分量便赶上了高频分量，实现色散补偿。n 51、OPC是怎样实现色散补偿的？对于脉冲传输方程的共轭式，可以发现GVD参数2

17、符号改变了，变成了负值。于是加入在传输光纤中间，光场是相位共轭的，那么前半段光纤传输积累的色散将被后半段光纤补偿。而3没有变号，所以OPC不能补偿三阶色散。n 52、提高通信系统容量的技术有哪些？光波分复用、频分复用、光时分复用、光码分复用、空分复用以及副载波复用。n 53、什么是WDM？怎样计算WDM系统的BL？WDM即光波分复用是一种采用波分复用器在发送端将两种或多种不同波长的信号光载波合成起来，并送入一根光纤进行传输，在接收端再由波分复用器将各种波长的光载波进行分离的复用方式。BL=（B1+B2+BN）Ln 54、WDM系统需要哪些主要的光器件？光发射机、光放大器、光接收机，监控信道，网

18、络管理系统。n 55、什么是OTDM?OTDW即光时分复用是一种与电时分复用相对应的光复用技术。光信号按照一定的帧结构进行传输，将一帧光信号时域划分为N个相等的时隙，每个时隙按照顺序传输已被输入信道数据调制的基带光脉冲，复用器把各信道的光脉冲在时域上分割复用成高速脉冲流，并在同一根光纤进行传输；在接收端，解复用器把高速脉冲流分拆成原来的低速脉冲信号。n 56、WDM和OTDM的区别？WDM是对光波波长的不同进行分割处理的技术，而OTDM采用单波长技术，是对光波的时间的不同而进行分割处理的技术。因此，不受四波混频非线性影响，对光纤放大器的增益平坦度要求不高，但色散更严重。n 57、光耦合器的功能

19、有哪些？如何实现光耦合？如何改变耦合器的分光比？光耦合器的功能主要是将光信号进行分路和合路，即可以把多路光纤的光功率组合在一起，或者把一路光纤的光功率分成多路。按分光和合光原理，分两种：一种是应用普通光学分束技术进行分、合光；另一种是利用渐逝场耦合的模式理论实现光能的分配。分光比是指某一输出端口的光功率P0相对于输出总功率P的百分比。n 58、解释环行器的工作原理，给出光环行器的应用例子。光环行器工作原理基于法拉第磁光效应，利用法拉第旋转器非互易特性和偏振器件的组合滤光作用。n 59、DWDM系统中的参考波长为多少？标准信道间隔是多少？1552nm，100GHznn 60、光纤孤子是怎样产生的

20、？有哪些特性？孤子的分类？利用光在光纤中传输时随光强而变化的SPM特性来补偿光纤中的GVD，使光脉冲在传输过程中不发生畸变，形成光孤子。光孤子分基态孤子和高阶孤子，基态孤子的脉冲波形在传输过程中保持不变；高阶孤子的强度和形状则随距离呈周期性变化。暗孤子：凹陷脉冲；亮孤子：在非正常群色散介质中产生的脉冲形式。n 61、孤子通信系统采用什么样的调制格式？外调制n 62、怎样计算孤子的能量？Es=2P0T0 。P0是峰值能量，T0与FWHM有关。n 63、光孤子源有哪些？外腔锁模激光器、增益开关分布反馈半导体激光器，掺铒光纤孤子激光器、n 64、什么是损耗管理孤子？由于光纤存在损耗，使光孤子能量随传

21、输距离增加而减少，这将会削弱补偿光纤色散所必需的非线性效应的影响，导致光孤子脉冲展宽。运用集总式光放大或分布式光放大法对其进行能量补偿的就是损耗管理孤子。n 65、什么是色散管理孤子？让色散随光纤长度衰减从而使GVD和SPM效应平衡的既是色散管理孤子。n 66、什么是DDF?GVD随长度衰减的光纤，即色散衰减光纤。n 67、解释Gordon-Haus抖动的起源。光滤波器和调制器是如何减小这种定时抖动的？孤子频率的改变量将影响孤子在光纤中的传输速度，如果因放大器噪声而波动，孤子在光纤中的传输时间也将随机变化。孤子到达时间的ASE致抖动被称为Gordon-Haus抖动。光滤波器带宽的选择满足使孤子通过而ASE被阻断的条件。振幅调制器通过对偏离初始位置的孤子引入附加损耗来产生影响。调制器迫使孤子朝着损耗最小的传输峰值移动。相位调制器导致的时域位移使得孤子限制在初始位置。数字信号n 68、相干光通信系统的组成结构图。光载波激光器调制器光匹配器判决再生基带放大滤波解调中频放大滤波光电检测器光匹配器本征激光器信号光光探测电信号处理本振光基带信号n 69、相干光通信系统与非相干光通信系统的区别？非相干光通信使用电子数据脉冲流直接调制光载