光纤通信技术分题型期末考试复习

1、 光纤通信 分题型复习 前言 水平有限，仅供参考。如有错误，敬请纠正。（1） 选择填空判断或名词解释第一章1、 利用光导纤维传输光波信号的通信方式称为光纤通信。2、 属于光波范围之内的电磁波主要包括紫外线、可见光和红外线。目前光纤通信使用的工作波长0.85m（损耗2dB/km）,1.31m（损耗0.5dB/km）和1.55m（损耗0.2dB/km）（0.81.8m），对应的频率是167375THz。3、 光纤通信系统的形式：强度调制/直接检波（IM/DD），主要由光发射机，光纤，光接收机，及光中继器组成。（光发射机将电信号转化成光信号耦合进光纤，光接收机将光信号转换成电信号，中继器分为光-电-

2、光和光层上直接进行放大的光放大器）。4、 光纤通信优越性：1、传输频带宽，通信容量大，2、传输损耗小，中继距离长。3、抗电磁干扰能力强。4、光纤细，重量轻，制作资源丰富。第二章1、 外层的折射率比内层低。折射率高的叫纤芯，其折射率为n1，直径为2a，折射率低的叫包层，其折射率为n2，直径为2b。n1>n2。2、 光纤的分类：1、按光纤横截面折射率分布不同：阶跃型光纤（均匀光纤）和渐变型光纤（非均匀光纤）。2、按纤芯中的传输模式:单模光纤 (直径较小，为410m，纤芯较小，适合于大容量，长距离)，多模光纤（直径约为50m，传输多种模式）3、 反射定律：1=1'，反射角=入射角。折射

3、定律：n1 sin1=n2 sin2 。4、 全反射的条件： n1>n2； c<1<90º 。5、 弱波导光纤： 。6、 数值孔径:光纤捕捉光射线能力的物理量 ，用NA表示。7、 全反射形成导波的条件： ，是入射角。8、 渐变型光纤的本地数值孔径：，9、 光纤的自聚焦：渐变型光纤中，不同射线具有相同的轴向速度的现象。10、 截止：光纤中出现了辐射模时，即认为导波截止。11、 0<V<2.40483是阶跃型光纤的单模传输条件。归一化公式：。12、 阶跃型光纤的传输模数量：。渐变型光纤的传输模数量：。13、 单模光纤的特性参数：衰减系数，单位dB/km。14

4、、 其他常用单模光纤：1、色散位移单模光纤：在1.55m处损耗最小（最小为0.2dB/km）在1.31m时色散系数趋于零。2、非零色散光纤:工作波长在1.541.565m，此区域色散值最小 3、色散平坦光纤：在整个光纤通信的长波段都保持低色散。4、色散补偿光纤：利用一段光纤来消除由于色散使得光脉冲发生的展宽的畸变。15、 光纤的损耗特性：吸收损耗和散射损耗。1、吸收损耗又分为本征吸收和杂质吸收。2、本征吸收有两个吸收带：紫外吸收带和红外吸收带。3、散射损耗分为线性或非线性。4、线性散射损耗主要包括瑞利散射和材料不均匀散射，非线性散射主要包括：受激拉曼散射和受激布里渊散射。16、 受激光散射效应

5、是由于光纤材料等的缺陷，有可能使得光纤通过介质时发生散射；或当输入光功率很强时，任何介质对光的响应都是非线性的。第三章1、 半导体光源：半导体激光器，半导体发光二极管。2、 光量子（光子）：E=hf；费米能级：电子占据各个能级的概率是不等的，占据低能级的电子多，占据高能级的电子少。（外层电子数多，能量少，内层电子数目少，能量高）。3、 激光器的工作原理：受激辐射必须大于受激吸收。粒子反转分布状态是使物质产生光放大的必要条件。激光振荡器包括以下三个部分：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状态的激励源，能够完成频率选择及反馈作用的光学谐振腔。4、 激光器的参量：平均衰减系数（

6、放大的光能要足以抵消腔内的损耗）、增益系数、阈值条件。5、 光源的要求：1、光源的发光波长应符合光纤的低损耗窗口2、能长时间连续的工作3、与光纤的耦合效率高。4、光源的谱线宽度窄。5、寿命长，工作稳定。6、 P-N结外加正偏压后的能带分布：N区点子多，能量低，P区电子少，能量高。7、 半导体激光器的阈值特性，当I大于阈值电流才发出激光，I小于阈值电流发出的是荧光。温度特性，阈值电流随着温度的升高而加大。8、 I层：在P型材料和N型材料之间加一层轻掺杂的N型材料（掺了低浓度的+3价）加速作用。9、 光检测器的特性：响应时间:光电流随入射光信号变化的快慢。暗电流：在无光的情况下，光电检测器输出的电

7、流。10、 光纤拉曼放大器通常采用反向泵浦方式，可以分为分立式RFA和分布式RFA。其工作原理是基于非线性光学效应。11、 光纤式定向耦合器参数：隔离度A：A1,4=-10lg(P4/P1)(dB),一般情况下要求A>20dB。插入损耗L=-10lg（(P2+P3)/P1)。一般情况下要求L0.5dB。分光比T等于两个输出端口的光功率之比即为P3/P2。12、 光隔离器的基本原理是法拉第旋转效应。13、 波长转换器的功能：能够使信号从一个波长转换到另一个波长的器件。14、 波分复用器（WDM）：在一根光纤中能同时传输多波长光信号的技术。第四章1、 强度调制-直接检波IM-DD，在光通信系

8、统中无法传输HDB3码。HDB3有三种状态。2、 对光发射机的要求：(1)光源的发光波长要合适，与0.85m、1.31m、1.55m三个波长相适应。(2)合适的输出光功率（3）较好的消光比：EXT=全0码时的平均输出功率/全1码时的平均输出功率，一般要求EXT10.(4)调制性好3、 光中继器 接收机+发射机4、 激光器的谱线特性：普通激光器工作在直流或低码速的情况下，具有良好的单纵模（单频）谱线。5、 接收机噪声：散粒噪声和热噪声。第五章1、 SDH网是由一些SDH的网络单元组成的，在光纤上进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的网络。2、 网络节点接口是表示网络节点的接口，同步数字体系的速

9、率最为基础的模块信号STM-1其速率是155.520Mbit/s，更高等级的STM-N信号速率是STM-1的N倍，N=1,4,16,54,256等。3、 一般帧结构分为3个区域：段开销(SOH)区，信息净负荷区和管理单元指针（AU-PTR），段开销：为了保证信息正常传送而供网络运行、管理和维护所使用的附加字节。信息净负荷区：用于通道监视，管理和控制的通道开销组成。管理单元指针：用来指示净负荷中信息起始字节的位置。9*270*8/125*10-6=155.5204、 SDH的特点：SDH网络由一系列的SDH网元（NE）组成的，有全世界统一的网络节点接口，有一套标准化的信息结构等级，有一种块状帧结

10、构，有一套特殊的复用结构。5、 STM-N帧结构的过程都必须经过映射、定位和复用三大关键步骤。SDH复用结构由一系列复用单元组成，常用的有容器(C)主要完成PDH与VC之间的适配功能、虚容器(VC)用来支持SDH通道层连接的信息结构、支路单元(TU)为低阶通道层和高阶通道层提供适配功能、管理单元(AU)用来指示该高阶VC在STM-N中的位置6、 SDH光传输系统结构分为点到点链状线路系统和环路系统。SDH网元有终端复用器，分叉复用器，DXC数字交叉连接器，再生中继器。7、 SDH传送网分层分为电路层网络，通道层网络，传输媒质层网络。8、 SDH网络的保护自愈功能，它是指当网络出现故障时，能够在

11、无需人为干预的条件下，在极短的时间内从失效状态自动恢复所携带的业务。有两种方式，(1)自动线路倒换：最为简单的自愈形式，其结构有两种，即1n与1+1两种。(2)环路保护。9、 SDH网同步方式有主从同步方式、相互同步方式和准同步方式，大都数国家采取主从同步方式。10、 时钟电路的工作模式可以分为正常工作状态、保持工作模式和自由运行状态3种状态模式。11、 当频率>10HZ时的随机变化被称为抖动，反之为漂移。第六章1、 光监控信道的接口参数：监控波长：1510nm。2、 波分复用结构：利用波长分割原理，将不同的SDH信号赋予不同的中心波长，这样不同波导可以同时共用一根光纤进行信息的传输。3

12、、 WDM网络的关键设备有 (1)光差分复用器OADM(2)光数字交叉连接器OXC(3)光终端复用器OTM。光传送网分为光通道(OCH)层、光复用段(OMS)层和光传输断(OTS)层4、 OADM的功能：波长上、下话路的功能、具有波长转换的功能、具有光中继放大的功率平衡的功能、提供复用段和通道保护倒换功能、具有多业务接入功能。5、 OXC的实现方式：光线交叉连接、波长交叉连接和波长转换连接。6、 影响波分复用系统性能的因素，除系统性能的因素外，有：制作技术和成本限制、串扰影响、稳频、阻塞特性。7、 目前出现的1.6Tbit/s WDM系统中采用波长间插技术，使用C+L波段160个波长，其相邻波

13、长间隔为50GHz。8、 OTN（光传送网）3种保护方式：线性保护、子网连接保护（ODUk SNC）和共享保护环。9、 WDM对光源和光电检测器的要求：一：对光源的要求：(1)激光器的输出波长保持稳定(2)激光器应具有比较大的色散容纳值(3)采用调制技术。二：对光检测器的要求：应具有多波长检测能力。10、 为什么全波段EDFA结构中，有两个放大器：C波段的EDFA具有体积小，功耗低，可靠性高的特点；L波段的EDFA是专门为L波段应用设计的，通过光学结构的优化设计，使其各项技术指标已完全达到C波段的EDFA，并且在产品结构上采用和C波段EDFA完全兼容的机械结构、电器接口和通信接口，从而实现C+

14、L全波段EDFA产品。11、 波长通道（WP）机制和虚波长通道（VWP）机制的区别：WP是光通路上的OXC节点没有波长转换功能，因此某一光通道中的不同光复用段必须使用相同的波长；VWP是光通道上的OXC节点具有波长转换功能，因此一个光通道中的各光复用段可以占用不同的波长。第七章1、 宽带城域网三种分层：核心层、汇聚层和接入层。2、 POS（IP over SDH）是通过SDH提供的高速传输通道来直接传送IP分组。特点：保留了因特网的无连接特性，简化了网络体系结构，提高了传输效率，降低了成本，易于容易兼容。符合Internet业务的特点。能利用SDH技术本身的环路自愈功能进行链路保护。仅对IP业

15、务提供良好的服务。3、 POW（IP over WDM）是光纤直接与光耦合器相连，耦合器把各波长分开或组合，输入和输出端都用简单的光纤连接器。特点：简化了层次，减少了网络设备和功能重叠，从而降低了网管复杂程度。充分利用了光纤的宽带资源。对传输码率、数据格式及调制方式透明。4、 一般PON的结构有树型、星型、环型、总线型等几种。5、 OLT、ONU：核心服务块、服务功能块、通用功能块。6、 ODN（光配线网）位于OLT和ONU之间。7、 测距的目的：要求补偿因各ONU和OLT之间的距离不同，而带来的延时差异，而时到达OLT的逻辑距离一样。8、技术性能EPONGPON传输层协议IP/Etherne

16、tATM/GEM下行复用技术TDMTDM上行复用技术TDMATDMA最高传输速率12502500、25001250最大分路比132164 11289、 MSTP是指能够同时实现TDM、ATM、以太网业务的接入、处理和传送功能，并能提供统一网管的、基于SDH的平台。级联是一种组合过程，通过将几个C-n的容器组合起来，构成一个大的容器来满足数据业务传输的要求。虚级联只要求源节点和目的节点具有级联功能。 第八章1、 分组传送网（PTN）是一种能够面向连接，以分组交换为内核的承载电信级以太业务为主，兼容TDM 、ATM等业务的综合传送技术。2、 PTN网元的功能模块由传送平面、控制平面、管理平面构成的

17、。3、 MPLS(多协议标签交换)第九章1、 ASON（智能光网络）核心是控制平面。2、 ASON控制平面的基本功能：资源发现、路由控制、连接管理、连接恢复。3、 全光网是指网络中用户与用户之间的信号传输与交换全部采用光波技术。4、 全光网的关键技术：光交换技术（电路交换（空分光交换）和分组交换）。（2） 名词解释第一章1、 光网络的基本概念：基于光纤的电信网。2、 OTM（光终端复用器）、OADM(光分插复用器)、OXC（光数字交叉连接器）、ONN（光网路节点）。3、 MSTP技术：基于SDH的多业务传送平台。ASON技术：智能光网络技术。PON技术：以太网光网络技术。第二章1、光纤的非线性

18、效应：在强光场的作用下，光波信号和光纤介质相互作用的一种物理效应。包括：1、散射作用引起的（受激拉漫、受激布里渊散射）2、光纤折射指数随光强变化而引起的（自相位调制，交叉相位调制，四波混频）。2、自相位调制：把光脉冲在传输过程中由于自身引起的相位变化而导致光脉冲频谱展宽。 交叉相位调制：由光纤中某一波长的光强对同时传输的另一不同波长的光强所引起的非线性相移。四波混频：当多个频率光波以较大的功率在光纤中同时传输时，由于光纤中非线性效应的存在，光波之间会产生能量交换。第三章1、 半导体光电效应：光照射到半导体的P-N结上，使半导体材料中价带电子吸收光子的能量，从价带越过禁带到达导带，在导带中出现光

19、电子，在价带中出现光空穴，总称光生载流子。光生载流子在外加负偏压和内建电场的共同作用下，在外电路中出现光电流，这就实现了输出电信号随输入光信号变化的光电转换作用。2、 雪崩倍增效应：光生的电子-空穴对经过APD的高电场区时被加速，从而获得足够的能量，它们在高速运动中与P区晶格上的原子碰撞，使晶格中的原子电离，从而产生新的电子-空穴对，称为二次电子-空穴对，新产生的二次电子和空穴在高电场区里运动时又被加速，又可能碰撞别的原子，这样多次碰撞电离的结果，使载流子迅速增加，反向电流迅速加大，形成雪崩倍增效应。3、 波分复用器（WDM）：在一根光纤中能同时传输多波长光信号的技术。第四章1、 模分配噪声：

20、在接收端取样点得到的取样信号有强度的起伏，引入了附加噪声。2、 接收机灵敏度：在满足给定误码率(BER=1*10-10)条件下，光接收机能够接收到的最小平均光功率。第五章1、 误块（EB）：当同一块内的任意比特发生差错时，则认为该块出现差错。2、 误块秒比（ESR），严重误块秒比（SESR），背景误块比（BBSR）。第六章1、 光传送网(OTN)是以波分复用技术(WDM)技术为基础、在光层组织网络的传送网。2、 光波分复用的概念：将两种或多种各自携带有大量信息的不同波长的光载波信号，在发射端经复用器汇合，并将其耦合到同一根光纤中进行传输，在接收端通过解复用器对各种波长的光载波信号进行分离，然后

21、由光接收机作进一步的处理，使原信号复原。3、 DWDN是密集波分复用的英文缩写。DWDM系统是一种波长间隔只有0.82nm的WDM系统，甚至小于0.8nm。4、 WDM网络的关键设备有 (1)光差分复用器OADM(2)光数字交叉连接器OXC(3)光终端复用器OTM。光传送网分为光通道(OCH)层、光复用段(OMS)层和光传输断(OTS)层。5、 GMP：基于多种带宽颗粒的通用映射规程。6、 光通道网络：基于波长路由的网络。第七章1、 目前计算机网可分为局域网(LAN)、城域网(MAN)和广域网，IP over SDH（POS）、IP over WDM(POW)、IP over OTN、吉比特以

22、太网(GE)技术。2、 MSTP（基于SDH的多业务传送平台）3、 光接入网（OAN）是指以光纤作为传输媒体来取代传统的双绞线接入网。电信号转换为光信号由OLT完成，光信号转换成电信号由ONU完成。ONU靠近用户侧，OLT靠近网络侧。4、 OAN分为：光纤到路边（FTTC）、光纤到大楼（FTTB）、光纤到户（FTTH）。5、 GFP（通用成帧）：一种先进的数据信号适配、映射技术。（3） 简答题第二章1、光纤的色散:不同频率和不同模式的光在光纤中传播时有不同的传播速度，将会引起波形在时间上发生了展宽。色散的大小用色散系数表示，单位为：ps/kmnm。模式色散：光纤中的不同模式，在同一波长下传输，

23、各自的相位常数不同。材料色散：由于光纤材料本身的折射指数和波长呈非线性关系，从而使光的传播速度随波长而变化。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。材料色散和波导色散都属于频率色散。在多模光纤中，频率色散和模式色散都存在；而在单模光纤中，只存在频率色散。第三章1、 光和物质的相互作用：（1）自发辐射:发光过程，处于高能级的电子在未受到激发的情况下自发的产生跃迁，发射出一个能量为hv的光子。特点：、是自发跃迁。、光子频率不同，范围很宽。、发射方向和相位不同，是非相干光。（2）受激吸收：在外来光子的激发下，低能级上的电子吸收了外来光子的能量，而跃迁到高能级上。特点：、必须在外

24、来光子的激发下产生，是受激跃迁。、外来光子的能量等于电子跃迁的能级之差。、消耗外来能量的过程。（3）受激辐射：发光过程受到外来光子的激发而跃迁到低能级而E1时，放出一个能量为hv的光子。特点：、外来光子的能量等于跃迁的能级之差。、发射出的光子与外来光子频率，相位，偏振方向的传播方向都相同，是全同光子。、可以使光得到放大。2、 谐振腔如何产生激光振荡？当工作物质在泵浦源的作用下变为了激活物质以后，即有了放大作用。如果被放大的光有一部分能够反馈回来再参加激励，这就相当于电路中用正反馈实现振荡，这时被激励的光就产生了振荡，满足一定条件后，即可发出激光。3、 激光的产生？当P-N结上外加正向偏压足够大

25、时，使得结区处于粒子数反转分布状态，即出现受激辐射大于受激吸收的情况，可产生光的放大作用。被放大的光在由P-N结构成的光学谐振腔中来回反射，不断增强，当满足阈值条件后，即可发出激光。4、 掺铒光纤放大器（EDFA）的结构及其作用：光耦合器是将输入光信号和泵浦光源输出的光波混合起来的无源光器件。光隔离器是防止光影响光放大器的工作稳定性，保证光信号只能正向传输的器件。掺铒光纤是一段长度为10100mW的掺铒石英光纤。泵浦光源为半导体激光器，输出光功率为10100mW，工作波长为0.98um。光滤波器的作用是滤除光放大器的噪声，降低噪声对系统的干扰，提高系统信噪比。掺铒光纤放大器（EDFA）的主要特

26、点：1、工作波长与光纤最小损耗窗口一致。2、对掺铒光纤进行激励的泵浦功率低。3、增益高，噪声低，输出功率高。4、连接的损耗低。三种泵浦方式：同向，反向，双向。掺铒光纤放大器（EDFA）的工作原理：掺铒光纤在泵浦光源（0.98um更好）的作用下产生受激辐射，而且所辐射的光随着输入光信号的变化而变化，这就相当于对输入光信号进行了放大。掺铒光纤放大器（EDFA）的噪声系数：F=放大器的输入信噪比/放大器的输出信噪比。第四章1、 光发射机结构：直接调制时(1)均放：补偿衰减的电平和均衡畸变的波形 (2)码型变换：将双极性码变成单极性码(3)复用：是指利用一个大的传输信道来同时传送多个低容量的信道以及开销信息的过程(4)扰码：是为了避免出现长连0和长连1