光纤通信试题资料

1、一、单项选择题 (在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题干的括号内。每小题1 分，共 10 分。)1.在薄膜波导的薄膜中形成导波的条件是平面波的入射角1 必须满足(C)A.1>C13B. 1<C12C.90°>1>C12D.90°>1>C132.薄膜波导中的单模传输条件为(B)A.c(TE0)< 0<c(TM 0)B. c(TM 0)<0<c(TE0)C.c(TE1)<0<c(TM 1)D.c(TM 0)<0< c(TE 1)3.光纤相对折射指数差的

2、定义为(C)A.=n1n2B.=n2n1C.=(n21n22)/2n21D.=(n21n22)/n214.阶跃型光纤中，导模的传输条件为(C)A.V<V cB.V>2.405C.V>V cD.V>05.STM4 每秒可传输的帧数是 (D)A.1000B.2000C.4000D.80006.随着激光器温度的上升，其输出光功率会(A)A.减少B.增大C.保持不变D.先逐渐增大，后逐渐减少7.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1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8.在下列选项中，光纤通信的监

3、控系统不能监控的项目为(C)A.光中继器的接收光功率B.电源的电压C.光缆线路的色散特性D.光纤通信系统的误码性能9.光接收机中，雪崩光电二极管引入的噪声为(D)A.光电检测器的暗电流噪声、雪崩管倍增噪声、光接收机的电路噪声B.量子噪声、雪崩管倍增噪声、光接收机的电路噪声C.量子噪声、光电检测器的暗电流噪声、光接收机的电路噪声D.量子噪声、光电检测器的暗电流噪声、雪崩管倍增噪声10.表示光放大器放大能力的特性指标是(A)A. 功率增益B.带宽C.输出饱和功率D.噪声系数二、填空题 (每小题 1 分，共 20 分 )1.利用光波作为载波的通信方式称为_。2.光纤通信的主要优点有：a._；b.传输

4、损耗小； c.抗电磁干扰能力强； d.资源丰富。3.在光纤数字通信系统中，发送光端机的主要作用是_。4.薄膜波导由 _、衬底和敷层三层介质构成。5.薄膜波导中，导波的特征方程2k1xd212213=2m的物理意义2是表示薄膜波导中的导波具有_特性。6.按射线理论，阶跃型光纤中光射线主要有子午光线和_两类。7.在阶跃型光纤中，当导波远离截止时，导波的光能量将完全集中在_中。8.PDH 信号“组装”为标准的同步传输模块STM N，主要步骤是：_、定位、复用。9.使用 8B1H 线路码型的光端机设备可用_方式来传输监控信号。10.已知光纤单位长度的带宽为 1GHz·km，距离带宽系数 q=

5、0.5，用这种 光纤构成 16km 的光中继 段，则 该中继 段的总带 宽为_。11.SDH 网中，为了便于网络的运行、管理等，在SDH 帧结构中设置了_。12.SDH 的 STMN 是块状帧结构，有9 行，_列。13.处于粒子数反转分布状态的工作物质称为_。14.光发射机的输出光功率通常是指_。15.对光源输出光功率稳定度的要求是：在环境温度变化或器件老化的过程中，稳定度要求在 _范围内。16.EDFA 的泵浦结构方式有： a.同向泵浦结构； b._结构；c.双向泵浦结构。17.掺铒光纤放大器在光纤通信系统中的主要作用是_。318._和动态范围是光接收机的两个重要特性指标。19.EDFA 泵

6、浦光源的工作波长约为_或 1.48m。20.已知某 SiPIN 光电二极管量子效率 =70%，一个光子的能量为2.24×1019 焦耳，电子电荷量为 1.6×1019 库仑。问该光电二极管的响应度为 _。三、名词解释题 (每小题 3 分。共 15 分 )1.光纤的子午面2.EDFA 的输出饱和功率3.受激辐射4.输入抖动容限5.光接收机的动态范围四、画图题 (第1题7分，第 2题8分，共 15分)1.画出 LD 数字信号的直接调制原理图。2.请补全下面的强度调制数字光接收机的方框图，并简述填入的各部分的功能。光纤电主放解 解编输出至信前 置号放 大大器码 扰码器电端机光信号

7、2.4时钟恢复电路五、简答题 ( 每小题 5 分，共 20 分)41.在渐变型光纤中，子午光线轨迹的形状与哪些因素有关?2.半导体发光二极管的主要特点是什么?3.简述光衰减器在光通信中的应用。4.什么是光电检测器的量子噪声?六、计算题 (每小题 10 分，共 20 分)1.已知阶跃型光纤的n1=1.51,=0.01，工作波长 =0.85m，求： (1)当纤芯半径 a=25m 时，此光纤中传输的导模数M?(2)若要实现单模传输，纤芯半径应为多大?2.已知某光纤通信系统的光发送机光源的入纤功率为2mW，光纤损耗为 0.5dB/km，光纤平均接头损耗为 0.1dB/km，光接收机最大允许输入光功率为

8、 32W,光接收机的动态范围可达 19dB，系统富余度7dB。试核算在无中继传输距离分别为15km、40km、60km 情况下，该系统能否正常工作 ?5光纤通信原理试题参考答案一、单项选择题 (每小题 1 分，共 10 分 )1.C2.B3.C4.C5.D6.A7.A8.C9.D10.A二、填空题 (每小题 1 分，共 20 分 )1.光通信2.传输频带宽，通信容量大3.将电信号变换成光信号4.薄膜5.横向谐振6.斜光线7.光纤的纤芯8.映射9.时分复用10.250MHz11.开销比特 (或管理比特 )12.270×N13.激活物质 (或增益物质 )14.耦合进光纤的功率 (或入纤功

9、率 )15.5%10%16.反向泵辅17.延长中继距离18.灵敏度20. 0.5A/W三、名词解释 (每小题 3 分，共 15 分)1.通过光纤轴线的平面。2.当饱和增益下降3dB 时所对应的输出功率值，它表示EDFA 的最大输出功率。3.处于高能级 E2 的电子，在受到外来能量为hf=(E 2E1)的光子激发的情况下， 跃迁到低能级 E1，从而发射出一个和激发光子相同的光子的过程称为受激幅射。64.是指光纤数字通信系统允许输入脉冲产生抖动的范围。5.在保证系统的误码率指标要求下，光接收机的最低输入光功率(用 dBm 表示 )和最大允许输入光功率(用 dBm 表示 )之差 (dB)四、画图题

10、(第1题7分，第 2题8分，共 15分)1.LD 数字信号的直接调制原理图为：PI g光信号时间IgID电信号时间OI2.补全的强度调制数字光接收机的方框图如下：光纤电主放解 解编输出至信前 置判光电检决测器号放 大均码大器码 扰电端机器衡器光信号器2.4时钟恢自动增复电路益控制7各部分的功能：光电检测器：将接收到的光信号转变为电信号。均衡器：将放大后的信号均衡为无码间干扰的升余弦波形。判决器：将均衡器输出的信号判为“1”或“ 0”码。自动增益控制电路：利用电反馈环路来控制主放大器的增益。五、简答题 (每小题 5 分，共 20 分 )1.从子午光线的轨迹方程可知，子午光线轨迹的形状与光纤的折射

11、率分布 n(r) 、光线的初始条件n(0)和 N0(N0cosz0)有关。2.a.光谱较宽；b.PI 曲线的线性较好；c.与光纤的耦合效率低；d.寿命长；e.温度特性较好。3.当输入光功率超过某一范围时，应用光衰减器对输入信号进行一定程度的衰减，可以使光接收机不产生失真，或满足在光线路中进行某种测试的需要。4.由于光的传播是由大量的光量子(光子 )传播来进行的。大量的光量子是随机的。因而光电检测器在某个时刻实际接收的光子数，是在一个统计平均值的附近浮动而产生的噪声。六、计算题 ( 每小题 10 分，共 20 分)1.(1)v=n1a 22M=V22=n21a2 228=(1.51)2×

12、;(25)2×220.01 =7780.85(2)阶跃光纤单模传输条件为0<v<2.40483而 V=n1a 220<a<2.40483=2.40483=1.54(m)2 n1221.51 2 0.010.85即 0<a<1.54m2.根据题意可得：pmax=101g(32×103)=15 dBmPT=101g2=3 dBm已知 D=19 dB=0.5 dB/KM 1=0.1 dB/KM M=7 dB根据动态范围的定义：D=PmaxPmin得 Pmin =PmaxD=1519=34 dBm由 PT=Pmin +Lmax(+1)+M得L m

13、ax=(PTPmin M)/( +1)=(3+347)/0.6=50 KmL min =(PTPmaxM)/( +1)=(3+157)/0.6=18.3 Km 18.3<L<50显然在无中继传输距离为40Km 的情况下，系统能正常工作；在 15Km 、60Km 的情况下系统不能正常工作。91.已知阶跃型光纤的n1 =1.51,=0.01，工作波长 =0.85 m，求： (1)当纤芯半径a=25 m 时，此光纤中传输的导模数M?(2)若要实现单模传输，纤芯半径应为多大?22解： (1)v=n 1aV 22222M=n1a222=(1.51) 2× (25)2×0.

14、01=7780.85(2)阶跃光纤单模传输条件为0<v<2.40483而 V=n 1a222.40483=2.404830<a<=1.54( m)2n1221.51 2 0.010.85即 0<a<1.54 m2.已知某光纤通信系统的光发送机光源的入纤功率为2mW ，光纤损耗为0.5dB/km ，光纤平均接头损耗为0.1dB/km ，光接收机最大允许输入光功率为32 W,光接收机的动态范围可达19dB ，系统富余度7dB 。试核算在无中继传输距离分别为15km、40km、 60km 情况下，该系统能否正常工作?解：.根据题意可得：3)=15 dBmpmax

15、=101g(32× 10PT=101g2=3 dBm已知 D=19 dB=0.5 dB/KM1=0.1 dB/KMM=7 dB根据动态范围的定义：D=P maxPmin得 Pmin=P maxD= 15 19=34 dBm由 PT =Pmin+L max( + 1)+M得L max=(P T Pmin M)/( + 1)=(3+34 7)/0.6=50 KmL min=(PT Pmax M)/( + 1)=(3+15 7)/0.6=18.3 Km 18.3<L<50显然在无中继传输距离为 40Km 的情况下，系统能正常工作；在 15Km、60Km 的情况下系统不能正常工作

16、。1、按照纤芯剖面折射率分布不同，光纤可分为哪两种形式？解释其含义。阶跃折射率光纤和渐变型多模光纤。阶跃折射率光纤中，纤芯和包层折射率沿光纤半径方向分布都是均匀的，而在纤芯和包层的交界面上，折射率呈阶梯形突变。渐变型多模光纤中，纤芯的折射率不是均匀常数，而是随纤芯半径方向坐标增加而逐渐减少，一直变到等于包层折射率的值。2、实现光源调制的方法有哪些，请具体说明。直接调制和间接调制。直接调制又叫内调制，就是将电信号直接加在光源上，使其输出的光载波信号的强10度随调制信号的变化而变化，即直接调制半导体激光器的注入电流，是光纤通信中最常用的通信方式。间接调制又叫外调制，就是不直接调制光源，而是在光源输

17、出的通路上，利用某些晶体的电光、声光和磁光效应等特性，加外调制器来对光波进行调制。4、. 光接收机中主放大器的主要作用是什么？主放大器一般是多级放大器，它的功能主要是提供足够高的增益，把来自前置放大器的输出信号放大到判决电路所需的电平，并通过它实现自动增益控制（），以使输入光信号在一定的范围内变化时，输出电信号应保持恒定输出。主放大器和决定着光接收机的动态范围。5.已知阶跃折射率光纤中n1 =1.52， n2 =1.49。（开方、反三角函数计算困难时，必需列出最后的表达式。）1、光纤浸没在水中(n 0=1.33)，求光从水中入射到光纤输入端面的光纤最大接收角；2、光纤放置在空气中，求数值孔径。

18、解： 1、根据全反射条件，可最大入射角满足以下关系：n 12n 22sin =其中 n0 为光纤外围介质的折射率n 0152. 2149. 2sin =0.226133. 13.06 °即光从水中入射到光纤输入端面的光纤最大接收角为13.06 °。2、光纤放置在空气中，则 n0=1n12n221.5221.492这时数值孔径 NA=10.30n02、画出典型的数字光纤通信系统接收端机的原理框图?2、 若一个 565Mbit/s 单模光缆传输系统，其系统总体要求如下：光纤通信系统光纤损耗为0.4dB/km ，光纤接头损耗为0.1dB/km ，光源的入纤功率为-2.5dbm，接

19、收机灵敏度为-37dbm，线路码型5B6B ，传输速率为677990kbit/s, 光源采用MLM LD ，光源谱宽为2nm，光纤的色散系数为 2.5ps/(km nm) ，光通道功率参数取 0.115。设计中取光功率代价为 1db,光连接器衰减为 1db，光纤富余度为 0.1db/km,设备富余度为 5.5db 。试求：系统的最大中继距离。（7 分）解：衰减的影响11L a=(PT-PR-2A c-Pp-Me)/(A f +As+Mc)=(-2.5+37-2-1-5.5)/(0.4+0.1+0.1)=43.3(km)色散的影响662×2.5)=33.9kmL D=( ×

20、10)/(B×× D)=(0.115)/(677×10.99由上述计算可以看出, 中继段距离只能小于33.9km, 对于大于 33.9km 的线段 , 可采取加接转站的方法解决。一、名词概念1、光纤：光纤是传光的纤维波导或光导纤维的简称。2、光纤通信：光纤通信是以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式。3、光纤通信系统：光纤通信系统是以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信系统。二、光在电磁波谱中的位置- 光也是一种电磁波，只是它的频率比无线电波的频率高得多。红外线、可见光和紫外线均属于光波的范畴。1、可见光是人眼能看见的光，其波长范围为：0.39 至 0.76 。2

21、、红外线是人眼看不见的光，其波长范围为：0.76 至 300 。一般分为：（1）近红外区：其波长范围为：0.76 至 15；（2）中红外区：其波长范围为：15 至25；（3）远红外区：其波长范围为：25 至 300；三、光纤通信所用光波的波长范围（1）光纤通信所用光波的波长范围为0.8 至 1.8 ，属于电磁波谱中的近红外区。（2）在光纤通信中，常将 0.8至 0.9称为短波长， 而将 0.8至 0.9称为长波长。四、光纤通信中常用的低损耗窗口（1） 0.85 、 1.31 和 1.55 左右是光纤通信中常用的三个低损耗窗口。（2）早期光纤通信系统传输所用的是多模光纤，其工作波长在0.85的第

22、一个工作窗口。（ 3）非色散位移光纤（ G.652 光纤）工作在 1.31 附近的第二个工作窗口。（ 4）色散位移光纤（ G.653 光纤）工作在 1.55 附近的第二个工作窗口。 -五、光纤通信的特点与电缆或微波等电通信方式相比，光纤通信的优点如下：(1) 传输频带极宽，通信容量很大；(2) 由于光纤衰减小，无中继设备，故传输距离远；(3) 串扰小，信号传输质量高；(4) 光纤抗电磁干扰，保密性好；(5) 光纤尺寸小，重量轻，便于传输和铺设；(6)耐化学腐蚀；(7)光纤是石英玻璃拉制成形,原材料来源丰富二、光纤与导光原理-由于光纤具有低损耗、容量大以及其他方面的许多优点，现已成为通信系统的重

23、要传输介质之一。光纤特性包括它的结构特性、光学特性及传输特性。结构特性主要指光纤的几何尺寸（芯径等） ； 光学特性包括折射率分布、数值孔径等；传输特性主要是损耗及色散特性。光波在光纤中传输，随着距离的增加光功率逐渐下降，这就是光纤的传输损耗，该损耗直接关系到光纤通信系统传输距离的长短，是光纤最重要的传输特性之一。自光纤问世12以来，人们在降低光纤损耗方面做了大量的工作，1.31m 光纤的损耗值在05dB/km 以下，而 1.55m 的损耗为 0.2dB/km 以下，这个数量级接近了光纤损耗的理论极限。光纤的色散- 由于光纤中所传信号的不同频率成分，或信号能量的各种模式成分，在传输过程中，因群速

24、度不同互相散开，引起传输信号波形失真，脉冲展宽的物理现象称为色散。光纤色散的存在使传输的信号脉冲畸变，从而限制了光纤的传输容量和传输带宽。从机理上说，光纤色散分为材料色散，波导色散和模式色散。前两种色散由于信号不是单一频率所引起，后一种色散由于信号不是单一模式所引起。光纤色散如图2-19 所示。光纤与导光原理小结一、名词概念1、阶跃型光纤 : 阶跃型光纤在纤芯和包层交界处的折射率呈阶梯形突变，纤芯的折射率 n1 和包层的折射率 n2 是均匀常数。2、渐变型光纤：渐变型光纤纤芯的折射率nl 随着半径的增加而按一定规律逐渐减少，到纤芯与包层交界处为包层折射率n2，纤芯的折射率不是均匀常数。3、单模

25、光纤：单模光纤只传输一种模式，纤芯直径较细，通常在4m 10 m 范围内。4、多模光纤：多模光纤可传输多种模式，纤芯直径较粗，典型尺寸为50m 左右。光纤的传输特性二、光纤的损耗-光纤损耗限制了光纤通信的最大直通距离。-产生光纤损耗的原因主要分为三种：吸收损耗、散射损耗和辐射损耗。(1)物质的吸收作用将传输的光能变成热能，从而造成光功率的损失。吸收损耗有三个原因，一是本征吸收，二是杂质吸收，三是原子缺陷吸收。(2)光纤中出现折射率分布不均匀而引起光的散射，将一部分光功率散射到光纤外部,由此引起的损耗称为本征散射损耗。又称瑞利(Rayleigh) 散射。（ 3）当理想的圆形光纤受到某种外力作用时

26、，会产生一定曲率半径的弯曲，引起能量泄漏到包层，这种由能量泄漏导致的损耗称为辐射损耗。三、光纤的色散- 由于光纤中所传信号的不同频率成分，或信号能量的各种模式成分，在传输过程中，因群速度不同互相散开，引起传输信号波形失真，脉冲展宽的物理现象称为色散。光纤色散的存在使传输的信号脉冲畸变，从而限制了光纤的传输容量和传输带宽。- 从机理上说，光纤色散分为材料色散，波导色散和模式色散。前两种色散由于信号不是单一频率所引起，后一种色散由于信号不是单一模式所引起四、常用单模光纤的性能及应用-1G.652 称为非色散位移单模光纤，也称为常规单模光纤，其性能特点是：(1)在1310nm 波长处的色散为零。 （

27、 2）在波长为 1550nm 附近衰减系数最小，约为 .22dB/km ，但在 1550nm 附近其具有最大色散系数， 为 17ps/(nm? km) 。（3）这种光纤工作波长即可选在 1310nm 波长区域，又可选在1550nm 波长区域，它的最佳工作波长在1310nm 区域。 G.652 光纤是当前使用最为广泛的光纤。-G.653 称为色散位移单模光纤。色散位移光纤是通过改变光纤的结构参数、折射率分布形状，力求加大波导色散，从而将零色散点从1310nm 位移到 1550nm， 实现1550nm 处最低衰减和零色散波长一致。这种光纤工作波长在1550nm 区域。它非常适合13于长距离单信道光

28、纤通信系统。-G.655 这种光纤在1550nm 波长处色散不为零，故其被称为非零色散位移单模光纤。它在 1550nm 波长区域具有合理的低色散，足以支持10Gbit/s 的长距离传输而无需色散补偿；同时，其色散值又保持非零特性来抑制四波混频和交叉相位调制等非线性效应的影响。这种光纤主要适用密集波分复用传输系统。三、光缆及无源光器件- 构成一个完整的光纤传输系统，除了光源、光检测器及光纤外，还需要众多的无源光器件。无源光器件在光纤通信系统中起着重要的作用。光缆- 目前，光纤通信用的光纤都经过了一次涂覆和二次涂覆的处理，经过涂覆后的光纤虽然已具有了一定的抗张强度，但还是经不起施工中的弯折、扭曲和

29、侧压等外力作用，为了使光纤能在各种环境中使用，必须把光纤与其他元件组合起来构成光缆，使其具有良好的传输性能以及抗拉、抗冲击、抗弯、抗扭曲等机械性能。光缆的基本组成- 目前光纤通信中使用这各种不同类型的光缆，其结构形式多种多样，但无论何种结构形式的光缆，基本上都由缆芯、加强元件和护层三部分组成。-（ 1）缆芯- 缆芯是由单根或多根光纤芯线组成，其作用是传输光波。-（ 2）加强元件- 加强元件一般有金属丝和非金属纤维，其作用是增强光缆敷设时可承受的拉伸负荷。-（ 3）护层- 光缆的护层主要是对已形成缆的光纤芯线起保护作用，避免受外界的损伤。-光缆按结构形成主要分为:(1) 层绞式光缆； (2)骨架

30、式（沟槽式) 光缆； (3) 束管式（套管式）光缆。 （ 4）带状式无源光器件- 光纤通信系统的传输线路，需要一些无源光器件来构成光纤线路的连接、分路、合路和其他的功能。 由于光纤和光缆的长度受光纤拉制工艺和光缆施工条件的限制，且光纤的拉制长度也是有限的。因此一条光纤线路可能存在多根光纤相连接的问题。由此可见，光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合，对光纤连接器、耦合器等无源器件的使用是必不可少的。1、光纤连接器- 光纤连接器是使一根光纤与另一根光纤相连接的器件，是光波系统中使用量最多的器件。- 光纤与光纤的连接有两种形式，一种是永久性连接，另一种是活动连接。永久性连接具有粘接法和熔接法之分，

31、目前多采用熔接法。熔接法如图3-1 所示。单模光纤的纤芯直径要在 10 m 以下，因此熔接必须使用机器才行。2、光纤耦合器-光纤耦合器是实现光信号分路 /合路的功能器件，一般是对同一波长的光功率进行分路或合路，其使用量仅次于连接器。3、光合波器和光分波器- 光合波器和光分波器是用于波分复用等传输方式中的无源光器件。可将不同波长的多个光信号合并在一起藕合到一根光纤中传输，或者反过来说，将从一根光纤传输来的不同波长的复合光信号，按不同光波长分开。前者称为合波器，后者称为光分波器。144、光滤波器- 光滤波器一般是采用多层介质膜作为光滤波器，使某一波长的光通过，而其他波长的光被阻止。具体结构有两类，

32、一类为干涉滤波器，另一类为吸收滤波器，两者均可用介质膜构成。5、光隔离器光隔离器是一种只允许单向光通过，阻止反射光返回的无源光器件，其工作原理是基于法拉弟旋转的非互易性。- 在光纤通信系统中，尤其在相干光纤通信系统中，为了防止各种原因产生的反射光进入激光器，影响激光器的稳定性，常需要光隔离器。三、光源和光检测器光通信器件是光纤通信系统中的核心部件，它们的性能直接影响通信系统的质量。在光纤通信系统中使用的光器件主要有：光源和光检测器等。- 光源的作用是将电信号电流变换为光信号功率，即实现电 - 光的转换，以便在光纤中传输。目前光纤通信系统中常用的光源主要有：半导体激光器LD 、 半导体发光二极管

33、LED 、半导体分布反馈激光器DFB 等。- 光检测器的作用是将接收的光信号功率变换为电信号电流，即实现光-电的转换。光纤通信系统中最常用的光检测器有：半导体光电二极管、雪崩光电二极管。光源-在光纤通信系统中用光波作为载波，通过光纤这种传输介质，完成通信全过程。然而，目前各种终端设备多为电子设备，这就在输入端先将电信号变成光信号，也就是用电信号调制光源。- 光源的作用是将信号电流变换为光信号功率，即实现电-光的转换。目前光纤通信系统中常用的光源主要有：半导体激光器LD 、半导体发光二极管 LED 、半导体分布反馈激光器 DFB 等。半导体激光器体积小、价格低、调制方便，只要简单地改变通过器件的

34、电流，就能将光进行高速的调制，因而发展成为光通信系统中最重要的器件。光检测器- 光检测器的作用是通过光电效应，将接收的光信号转换为电信号。目前的光接收机绝大多数都是用光电二极管直接进行光电转换，其性能的好坏直接影着接收机的性能指标。光电二极管的种类很多，在光纤通信系统中，主要采用半导体PIN 光电二极管和雪崩光电二极管（ APD) 。光源和光检测器小结1一、基本概念1、有源光器件- - 光纤通信使用的有源光器件是光端机的核心，有光源和光检测器两种。2、光源- - 光源的作用是将信号电流变换为光信号功率，即实现电 -光的转换，以便在光纤中传输。目前光纤通信系统中常用的光源主要有：半导体激光器LD

35、 、半导体发光二极管 LED 、半导体分布反馈激光器DFB 等。3、光检测器-光检测器的作用是将接受的光信号功率变换为电信号电流，即实现光-电的转换。光纤通信系统中最常用的光检测器有：半导体光电二极管、雪崩光电二极管。4、激光器15- - 激光器就是光的振荡器。激光振荡是建立在光与物质相互作用的基础上。5、光与物质的相互作用- - 光与物质的相互作用主要有三种基本过程:(1) 受激吸收； (2)自发辐射； (3) 受激辐射。6、粒子数的反转分布- - 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

36、反转分布二、半导体激光器-半导体激光器是利用在有源区中受激而发射光的器件。只有当注入电流超过阈值电流的情况下，激光器才会辐射激光，所以半导体激光器是有阈值的器件。-（ 1）有源区里产生足够的粒子数反转分布；-（ 2）在谐振腔里建立起稳定的振荡。三、半导体发光二极管-半导体发光二极管是非阈值器件。它与半导体激光器的本质区别是它没有光学谐振腔，不能形成激光振荡。发光二极管是非相干光源，发光以自发辐射为主。四、半导体光电二极管-半导体光电二极管是利用半导体材料的光电效应将入射光子转换成电子- 空穴对，形成光生电流，即实现光-电的转换。五、雪崩光二极管- 雪崩光二极管（ APD) 是利用载流子在高场区

37、的碰撞电离形成雪崩倍增效应，使检测灵敏度大大提高， APD 的雪崩增益随偏压的提高而增大。掺铒光纤放大器 小结一、掺铒光纤- -掺铒光纤是一种向常规传输光纤的石英玻璃基质中掺入微量铒元素的特种光纤。掺入铒元素的目的，是促成被动的传输光纤转变为具有光放大能力的主动光纤。光放大的特性主要由掺铒元素决定。二、掺铒光纤放大器的工作原理- 掺铒光纤放大器主要由一段掺铒光纤、泵浦光源、光耦合器及光隔离器等构成。采用掺铒单模光纤作为增益物质，在泵浦光激发下产生粒子数反转，在信号光诱导下实现受激辐射放大。泵浦光和信号光一起通过光耦合器注入掺铒光纤；光隔离器作用是只允许光单向传输，用于隔离反馈光信号，提高稳定性

38、。三、掺铒光纤放大器的光路结构1、前向（同向）泵浦掺铒光纤放大器- 前向（同向）泵浦掺铒光纤放大器，表示信号光和泵浦光同向进入掺铒光纤。光隔离器用于隔离反馈光信号，提高稳定性。这种结构噪声特性较好。2、后向（反向）泵浦掺铒光纤放大器- 后向（反向）泵浦掺铒光纤放大器，表示信号光和泵浦光从两个不同方向进入掺铒光纤。这种结构具有较高的输出信号功率，但噪声特性较差。3、双向泵浦掺铒光纤放大器- 双向泵浦掺铒光纤放大器，表示两个泵浦光从两个相反方向进入掺铒光纤。这种结构具有的输出信号功率最高，噪声特性也不差。四、 EDFA 有三种基本的应用方式在光纤通信系统中， EDFA 有三种基本的应用方式，分别是

39、分别是功率放大器、前16置放大器和在线放大器。它们对发放大器性能有不同的要求，功放要求输出功率大，前放对噪声性能要求高，而线放须两者兼顾。五、光发射机与光接收机- 光发射机是实现电 / 光转换的光端机。它由光源、驱动器和调制器组成。其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。- 光接收机是实现光 / 电转换的光端机。它由光检测器和光放大器组成。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端机去。光发射机与光接收机 小结一、光发射机- - 光发射

40、机是实现电 /光转换的光端机。它由光源、驱动器和调制器组成。其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。1、光波的调制- 在光纤通信系统中，把随信息变化的电信号加到光载波上，使光载波按信息的变化而变化，这就是光波的调制。从调制方式与光源的关系上来分，强度调制的方法有两种：直接调制和外调制。从调制信号的形式来分，光调制又分为模拟调制和数字调制。2、直接调制- 直接调制是用电信号直接调制光源器件的偏置电流，使光源发出的光功率随信号而变化。光源直接调制的优点是简单、经济、容易实现，但调制速率受载流子寿命及高速率下的性能退化的限制。

41、光纤通信中光源多采用直接调制方式。3、外调制- 外调制一般是基于电光、磁光、声光效应，让光源输出的连续光载波通过光调制器，光信号通过调制器实现对光载波的调制。外调制方式需要调制器，结构复杂，但可获得优良的调制性能，特别适合高速率光通信系统。4、模拟调制- 模拟调制可分为两类，一类是利用模拟基带信号直接对光源进行调制；另一类采用连续或脉冲的射频波作副载波，模拟基带信号先对它进行调制，再用该已调制的副载波去调制光载波。由于模拟调制的调制速率较低，均使用直接调制方式。5、数字调制- 数字调制主要指 PCM 脉码调制。先将连续的模拟信号进行抽样、量化、编码，转化成一组二进制脉冲代码，对光信号进行通断调

42、制。数字调制也可使用直接调制和外调制。二、光接收机光接收机是实现光/电转换的光端机。它由光检测器和光放大器组成。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端机去。1、线性通道- 由光电检测器、前置放大器、主放大器和均衡器构成的这部分电路，称为线性通道。在光接收机中，线性通道主要完成对信号的线性放大，以满足判决电平的要求。2、光接收机灵敏度- - 光接收机的灵敏度是指满足给定信噪比指标的条件下，光接收机所需要的最小接17收光功率光纤通信系统小结一、光纤通信系统- - 光纤通信系统是以光作为信息载体，以光纤作为传输

43、媒介的通信系统。二、光纤通信系统的组成- 光纤通信系统由光发信机、光收信机、光中继器、光纤连接器及耦合器的无源器件等五个部分组成。1、光发信机：- 光发信机是实现电 / 光转换的光端机。 它由光源、驱动器和调制器组成。其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。电端机就是常规的电子通信设备。2、光收信机：- 光收信机是实现光 / 电转换的光端机。 它由光检测器和光放大器组成。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端汲去。3、光纤或光缆：-

44、 光纤或光缆构成光的传输通路。其功能是将发信端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。4、中继器：- 中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减；另一个是对波形失真的脉冲近行政性。5、光纤连接器、耦合器等无源器件：- 由于光纤或光缆的长度受光纤拉制工艺和光缆施工条件的限制，且光纤的拉制长度也是有限度的（如 1Km) 。 因此一条光纤线路可能存在多根光纤相连接的问题。于是，光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合，对光纤连接器、耦合器等无源器件的使用是必不可少的。七、光纤传输特性的测量小结

45、（一）、光纤传输特性测量- 光纤传输特性对光纤通信系统的工作波长、传输速率、传输容量、传输距离和信息质量等都有着至关重要的影响。因此，光纤传输特性的测量是十分重要和必不可少的工作。衰减和色散是光纤的两个主要传输特性。-1 、基准测试法- 基准测试法是严格按照光纤某一给定特性的定义进行的测试方法。-2 、替代测试法- 替代测试法是在某种意义上与给定特性的定义相一致的测试方法。（二）、光纤的衰减测量-1 、光纤的衰减- 光波在光纤中传输，随着传输距离的增加，光功率会逐渐减小，这种现象称为光纤的衰减（或称为光线的损耗） 。光纤的衰减关系到光纤通信传输距离的长短和中继距离的选择，光纤的衰减与波长的关系

46、曲线即损耗波谱曲线，关系到光波波长的选择。-22 、光纤衰减测量- 测定光纤衰减的测试方法常用有三种：切断法、插入损耗法和后向散射法。- （1）切断法原理18切断法是测量光纤衰减特性的基准测试方法。（ 2）插入损耗法原理- 插入损耗法是测量光纤衰减特性的替代测试法，其测量原理类似于切断法。由光发射设备和光接收设备组成一个完整的光纤传输系统，待测光纤即为传输部分。在测试前首先对测量仪器进行校准，用 1cm 左右长的 " 短路 "光纤连接系统的发射和接收部分，通过调整光源的输出功率使得接收部分显示的功率为0dBm，然后拆去 " 短路 " 光纤，接入待测光纤，此时接收部分显示的即为待测光纤的总平均损耗 (dB) ，用此值除以光纤的长度即为光纤的损耗系数 。- 插入损耗法的测量精确度和重复性要受到耦合接头(或连接器 )的精确度和重复性的影响， 所以这种测试方法不如切断法的精确度高。 但是因为这种测试方法是非破坏性的，所以测量简单方便，很适合于工程、维护使用。（ 3）后向散射法原理- 后向散射法测量原理是将大功率的窄脉冲注入被测光纤，然后在同一端检测光纤后向返回的散射光功率。由于主要的散射作用是瑞利散射，瑞利散射光的