光纤通信复习资料

1、一、填空：1、1966年，在英国标准电信实验室工作的华裔科学家高锟首先提出用石英玻璃纤维作为光纤通信的媒质，为现代光纤通信奠定了理论基础。2、光纤传输是以激光光波作为信号载体，以光纤作为传输媒质的传输方式。3、光纤通常由纤芯、包层和涂覆层三部分组成的。4、据光纤横截面上折射率分布的不同将光纤分类为阶跃光纤和渐变光纤。5、光纤色散主要包括材料色散、皮导色散、模式色散和偏振模色散。6、光纤通信的最低损耗波长是1550nm，零色散波长是1310nm。7、数值孔径表示光纤的集光能力，其公式为=&二丄吗8、阶跃光纤的相对折射率差公式为9、光纤通信中常用的低损耗窗口为850nm、1310nm、15

2、50nm。10、V是光纤中的重要结构参量，称为归一化频率，其定义式为11、HE11模式是任何光纤中都能存在、永不截止的模式，称为基模或主模。12、阶跃折射率光纤单模传输条件为：VV2.405。13、电子在两能级之间跃迁主要有3个过程，分别为自发发射、受激辐射和受激吸收。14、光纤通信中最常用的光源为半导体激光器和发光二极管。15、光调制可分为直接调制和间接调制两大类。16、光纤通信中最常用的光电检测器是光电二极管和雪崩光电二极管。17、掺铒光纤放大器EDFA采用的泵浦源工作波长为1480nm和980nm。18、STM-1是SDH中的基本同步传输模块，其标准速率为：155.520Mbit/s。1

3、9、单信道光纤通信系统功率预算和色散预算的设计方法有两种：统计设计法和最坏值设计法。20、光纤通信是以光波为载频，以光纤为传输介质的通信方式21、光纤单模传输时，其归一化频率应小于等于2.405。AA二-ir22、数值孔径表示光纤的集光能力，其公式为：-。23、所谓模式是指能在光纤中独立存在的一种电磁场分布形式。24、传统的O/E/O式再生器具有3R功能，即在再整形、再定时和再生功能。25、按射线理论，阶跃型光纤中光射线主要有子午光线和斜射线两类。26、光纤中的传输信号由于受到光纤的损耗和色散的影响，使得信号的幅度受到衰减；波形出现失真。27、半导体材料的能级结构不是分立的单值能级，而是有一定

4、宽度的带状结构，称为能带。28、半导体P-N结上外加负偏压产生的电场方向与内电场方向一致，这有利于耗尽层的加宽。29、采用渐变型光纤可以减小光纤中的模式色散。30、SDH网中，为了便于网络的运行、管理等，在SDH帧结构中设置了开销比特（或管理比特）。31、SDH的STMN是块状帧结构，有9行，270xN列。32、处于粒子数反转分布状态的工作物质称为激活物质（或增益物质）。33、EDFA的泵浦结构方式有：a、同向泵浦结构；b、反向泵浦结构；c、双向泵浦结构。34、灵敏度和动态范围是光接收机的两个重要特性指标。35、随着激光器温度的上升，其输出光功率会减少。36、目前，通信用光纤的纤芯和包层绝大多

5、数是由石英材料构成的。37、在阶跃型（弱导波）光纤中，导波的基模为LP01。38、根据光纤中的传输模式数量分类,光纤可分为多模光纤和单模光纤。39、LD是一种阈值器件，它通过受激发射发光，而LED通过自发发射发光。40、光纤色散主要包括模式色散、波导色散、材料色散和偏振模色散41、常见的光线路码型大体可以归纳为3类：扰码二进制、字变换码和插入型码。42、在一根光纤中同时传播多个不同波长的光载波信号称为光波分复用。43、允许单模传输的最小波长称为截止波长。44、在1.3»m波段进行光放大通常用掺镨光纤放大器，1.55»m波段通常用掺铒光纤放大器。45、导模的传输常数的取值范围

6、为：。46、量子效率是用来衡量激光器的转换效率的高低，其主要分为内量子效率、处量子效率和外微分量子效率。47、典型的光电瞬态响应有：光电延迟、张弛振荡和自脉动。48、掺铒光纤放大器EDFA采用的泵浦源工作波长为1480nm和980nm。49、自愈环结构可以分为两大类：通道倒换环和复用段倒换环。50、一般来说，无电中继传输距离超过1000km的系统被称为长距离传输系统，超过2000km的被称为很长距离，超过3000km被称为超长距离传输系统。51、系统容量和传输距离（无电中继）是衡量长距离WDM光传输系统性能的两个基本指标。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

7、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将电信号转换光信号，生成的光信号注入光纤中去光纤光缆为为光信号的传输提供媒介中继器延长光信号的传输距离光接收机接收光信号5根数值孔径为0.20的阶跃折射率多模光纤在850nm波长上可以支持1000个左右的传播模式。试问：（1）其纤芯直径为多少？（2）在1310nm波长上可以

8、支持多少个模？（3）在1550nm波长上可以支持多少个模？解：（1）由V=an2n=a-NA，得到纤芯直径为1尢12尢11九V九<2M0.85*2000“2NA2NA20.20（2）当九=1.31pm，有2x2M2NA2NA得到模的个数为x2M=fM2x212(0.85)2(1.31)2x1000=421（3）当X=1.55pm，得到模的个数为2X2M=fM3X212(0.85)2(1.55)2x1000=35411有一段由阶跃折射率光纤构成的5km长的光纤链路，纤芯折射率n=1.49,1相对折射率差A=0.01。（1）求接收端最快和最慢的模式之间的时延差；（2）求由模式色散导致的均方根

9、脉冲展宽；（3）假设最大比特率就等于带宽，则此光纤的带宽距离积是多少？解：（1）纤芯和包层的相对折射率差A为n2n2A=十一旷=0.012n21则得到n2=1.475接收端最快和最慢的模式之间的时延差5x103Ln25t=lA=x0.01=0.113pscn3x108x1.4752（2）模式色散导致的均方根脉冲展宽实际上就等于最快和最慢的模式之间的时延差Ln25T二0.113yscn23）光纤的带宽距离积4c4x3x108nA21.49x0.012=8.05km-Gb/s光纤的基本结构；纤芯（折射1率高）、包层（折射率低）、涂覆层光纤按横截面分；阶跃光纤、渐变光纤光纤按传输数量；单模光纤、多模

10、光纤光纤按工作波长分；长波、短波、超长波单模光纤；只能传输一种光纤多模光纤；能传输多种光纤光缆；光纤和其他元件的组合体2太阳向地球辐射光波，设其平均波长九=0.7帥，射到地球外面大气层的光强大约为I=0.14W/cm2。如果恰好在大气层外放一个太阳能电池，试计算每秒钟到达太阳能电池上每平方米板上的光子数。解：光子数为n=hfcX104=牛X104=0.14x6.63x10-34x3x1080.7x10-6x104=3.98x10-164光与物质间的相互作用过程有哪些？答：受激吸收，受激辐射和自发辐射。5什么是粒子数反转？什么情况下能实现光放大？答：粒子数反转分布是指高能级粒子布居数大于低能级的

11、粒子布居数。处于粒子数反转分布的介质（叫激活介质）可实现光放大。12光检测过程中都有哪些噪声？答：量子噪声，暗电流噪声，漏电流噪声和热噪声。色散系数；脉冲展宽单模光纤没有色散、单模比多模时延差小，所以带宽较宽1光纤的连接损耗有哪些？如何降低连接损耗？答：光纤连接器引入的损耗有插入损耗（insertionloss）和回波损耗（returnloss）。插入损耗是由光纤端接缺陷造成的光信号损失，插入损耗越小越好。回波损耗是由于光波在光纤端接的界面处产生菲涅耳反射，反射波对光源造成干扰，故回波损耗越大越好。ITU建议回波损耗值不小于38dB。由径向偏移产生的损耗比纵向偏移大得多，因而首先要保证光纤轴心

12、对准、靠紧。4简述光耦合器和WDM分波器有什么不同？答：光纤耦合器是实现光信号分路/合路的功能器件，一般用于把一个输入光信号分配给多个输出，或把多个输入光信号组合成一个输入。耦合器大多与波长无关，与波长相关的耦合器专称为波分复用器/解复用器。5光滤波器有哪些种类？滤波器应用在什么场合？答：光滤波器种类有：1.F-P腔型光滤波器：光纤型F-P腔滤波器，铁电液晶光滤波器，微机械F-P滤波器；2马赫-曾德干涉型光滤波器：3基于光栅的滤波器：声光可调滤波器，电光可调滤波器，光栅滤波器，光纤布拉格光栅滤波器;4介质膜滤波器；5有源滤波器；6原子共振滤波器。光滤波器主要应用于DWDM系统中。7简述F-P腔

13、可调谐滤波器的工作原理。答：F-P腔可调谐滤波器的种类：光纤型FP腔滤波器、铁电液晶光滤波器以及MEMS滤波器。这里就以光纤型FP腔（FFP）滤波器为例说说它的工作原理。光纤型FP腔（FFP）滤波器如图所示。图中两根光纤相对的端面镀膜以增强反射率，形成FP光学谐振腔。在光纤型FP腔滤波器中利用了压电陶瓷的压电效应，通过改变外加电压的大小改变压电陶瓷的长度，从而改变了由光纤构成的FP谐振腔的腔长，造成谐振波长改变，实现了用电信号来选通光波长。光纤连接器采用螺丝卡口、卡销固定、推拉式三种结构。直套筒、锥形套筒、扩展光束连接器的主要特性；1.插入损耗2回波损耗3可重复性无源器件；光环形器、滤光器、光

14、耦合器、光开关1光放大器包括哪些种类？简述它们的原理和特点。EDFA有哪些优点？答：光放大器包括半导体光放大器、光纤放大器（由可分为非线性光纤放大器和掺杂光纤放大器）。1）半导体光放大器它是根据半导体激光器的工作原理制成的光放大器。将半导体激光器两端的反射腔去除，就成为没有反馈的半导体行波放大器。它能适合不同波长的光放大，缺点是耦合损耗大，增益受偏振影响大，噪声及串扰大。2）光纤放大器（1）非线性光纤放大器强光信号在光纤中传输，会与光纤介质作用产生非线性效应，非线性光纤放大器就是利用这些非线性效应制作而成。包括受激拉曼放大器（SRA）和受激布里渊放大器（SBA）两种。（2）掺杂光纤放大器（常见

15、的有掺铒和掺错光纤放大器）在泵浦光作用下，掺杂光纤中出现粒子数反转分布，产生受激辐射，从而使光信号得到放大。EDFA优点：高增益、宽带宽、低噪声及放大波长正好是在光纤的最低损耗窗口等。6. EDFA在光纤通信系统中的应用形式有哪些？答：（1）作为光中继器，用EDFA可代替半导体光放大器，对线路中的光信号直接进行放大，使得全光通信技术得以实现。（2）作为前置放大器，由于EDFA具有低噪声特点，因而如将它置于光接收机的前面，放大非常微弱的光信号，则可以大大提高接收机灵敏度。（3）作为后置放大器，将EDFA置于光发射机的输出端，则可用来提高发射光功率，增加入纤功率，延长传输距离。8分别叙述光放大器在

16、四种应用场合时各自的要求是什么？答：（1）在线放大器：当光纤色散和放大器自发辐射噪声的累积，尚未使系统性能恶化到不能工作时，用在线放大器代替光电光混合中继器是完全可以的。特别是对多信道光波系统，节约大量设备投资。（2）后置放大器：将光放大器接在光发送机后，以提高光发送机的发送功率，增加通信距离。（3）前置放大器：将光放大器接在光接收机前，以提高接收机功率和信噪比，增加通信距离。（4）功率补偿放大器:功率补偿放大器的运用场合:A.用于补偿局域网中的分配损耗，以增大网络节点数；B.将光放大器用于光子交换系统等多种场合。9. 铒的等级；高能态、亚稳态、基态。具有1550nm波长的光信号EDFA的基本

17、组成；泵浦激光、波分复用合波器（WDM）、光隔离器、掺饵光纤（EDF）10. EDFA常用的结构有三种；同向泵浦、反向泵浦、双向泵浦11. 受激拉曼光纤放大器SRA、受激布里渊光纤放大器SBA1光接收机中有哪些噪声？答：热噪声、散粒噪声和自发辐射噪声。2RZ码和NRZ码有什么特点？答：NRZ（非归零码）：编码1对应有光脉冲，且持续时间为整个比特周期，0对应无光脉冲。RZ（归零码）：编码1对应有光脉冲，且持续时间为整个比特周期的一半，0对应无光脉冲。NRZ码的优点是占据频宽窄，只是RZ码的一半；缺点是当出现长连“1”或“0”时，光脉冲没有交替变换，接收时对比特时钟的提取是不利的。RZ码解决了长连

18、T”的问题，但长连“0”的问题没解决。3通信中常用的线路码型有哪些？答：扰码、mBnB码、插入码和多电平码。光和物质相互作用3种；自发辐射、受激辐射、受激吸收辐射光发动机的核心器件；光源接收机的核心器件；光检测机。参数；响应度、量的效应2假设我们想要频分复用60路FM信号，如果其中30路信号的每一个信道的调制指数m二3%，而另外30路信号的每一个信道的调制指数m二4%，试求出ii激光器的光调制指数。解：由m=m2丫得到m=（30x0.03+40x0.03）1/2。i=1J9简述PDH和SDH的特点与不同。答：PDH逐级复用造成上下路复杂而不灵活；预留开销很少，不利于网络运行、管理和维护；T系列和E系列的帧结构和线路码特性不同，难以兼容，转换比较复杂；点对点传输基础上的复用结构缺乏组网的灵活性，难以组建具有自愈能力的环形网等。与PDH相比，SDH有以下特点：有统一的标准传输速率等级；有国际标准化的网络节点接口；具有一次完成同步复用的功能；具有强大的网络管理功能。10SDH设备在规范方法上有什么不同？答：SDH体制对网络节点接口（NNI）作了统一的规范。接口的规范化与否是决定不同厂家的设备能否互连的关键。规