光纤通信重点考点

1、典型例题STM-1光帧的结构包含哪几部分？传输速率是如何定义的？激光是通过什么产生的（C）受激辐射多模光纤：纤芯内传输多个模式的光波，纤芯直径较大（50Dm左右），适用于中容量、中距离通信。光纤的单模工作条件为0<V<2.4048多模工作条件为V>2.40482.单模光纤：纤芯内只传输一个最低模式的光波，纤芯直径很小（几个微米），适用于大容量、长距离通信。受激吸收：在外来入射光的作用下，处在低能级上的电子可以吸收入射光子的能量而跃迁到高能级上。数值孔径:入射到光纤端面的光线并不能全部被光纤所传输，只是在光纤端面临界入射角范围内的入射光可以在光纤内传输，取这个角度的正弦值称为数

2、值孔径。1. 光纤通信是以（A）为载体，光纤为传输媒体的通信方式。A.光波B.电信号C.微波D.卫星2. 要使光纤导光必须使（B）A.纤芯折射率小于包层折射率B.纤芯折射率大于包层折射率C.纤芯折射率是渐变的D.纤芯折射率是均匀的3. （D）是把光信号变为电信号的器件A.激光器B.发光二极管C.光源D.光检测器4.SDH传输网最基本的同步传送模块是STM-1,其信号速率为（A）kbit/soA.155520B.622080C.2488320D.99532805. CCITT于（C）年接受了SONET概念，并重新命名为SDH。A、1985B、1970C、1988D、19906掺铒光纤放大器（ED

3、FA）的工作波长为（B）nm波段。A.1310B.1550C.1510D.8507. 发光二极管发出的光是非相干光，它的基本原理是（B）oA.受激吸收B.自发辐射C.受激辐射D.自发吸收8. 光纤通信指的是（B）A.以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式B.以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式C.以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式9. 弱导光纤中纤芯折射率n1和包层折射率n2的关系是（A）A.n1=n2B.n1=n2C.n1>>n2D.n1«n210. 决定光纤通信中继距离的主要因素是（B）A.光纤的型号B.光纤的损耗和传输带宽C.光发射机的输出功率D.光接收

4、机的灵敏度11. 光纤单模传输条件，归一化频率V应满足（B）A.V>2.405B.V<2.405C.V>3.832D.V<3.83212. 光纤包层需要满足的基本要求是（A）A.为了产生全反射，包层折射率必须比纤芯低B.包层不能透光，防止光的泄漏C.必须是塑料，使得光纤柔软D.包层折射率必须比空气低13. 在激光器中，光的放大是通过（A）A.粒子数反转分布的激活物质来实现的B.光学谐振腔来实现的C.泵浦光源来实现的D.外加直流来实现的14.STM-64信号的码速率为（D）A.155.520Mb/sB.622.080Mb/sC.2488.320Mb/sD.9953.280

5、Mb/s15. 数字光接收机的灵敏度Pr=100微瓦，则为（A）dBm。A.-10B.10C.-20D.-3016. 光纤的数值孔径与（C）有关。A.纤芯的直径B.包层的直径C.相对折射指数差D.光的工作波长17. EDFA中将光信号和泵浦光混合起来送入掺铒光纤中的器件是（B）A.光滤波器B.光耦合器C.光环形器D.光隔离器18.STM-1的帧结构中，AU指针区域的位置是在（D）A.第4列，13行B.第4列，19行C.13列，第4行D.19列，第4行19.掺铒光纤放大器的工作波长所处范围是（D）A.0.85pm0.87pmB.1.31pm1.35pmC.1.45pm1.55pmD.1.53pm

6、1.56pm20.SDH传输网最基本的同步传送模块是STM-1，其信号速率为（A）kbit/soA、155520B、622080C、2488320D、995328021.STM-4每秒可传输的帧数是（D）A.1000B.2000C.4000D.80006、STM-N-帧的字节数是（CA.270X9B.274XNX?C.270XNX9D.261XNX91、NA表示光纤接受和传输光的能力，NA越大，光纤接收光的能力越强。（V）2、采用雪崩光电二极管（APD）的要求是有较高的偏置电压和复杂的温度补偿电路O（V）6、帧结构是由段开销和有效信息载荷组成的。（X）10. 段开销分为SOH和LOH，前者占前

7、3行，后者占59行。（V）1. 今后光纤通信的发展主方向是_扩大通信容量、延长中继距离2. LD属于受激发射发光，而LED属于自发辐射发光。3. SDH传输系统每秒传送8000帧STM-16帧，则该系统的传送速率为2.488Gbit/s（或2488.32Mbit/s）O4. 在SDH网中，为了网络的OAM，在SDH的帧结构中设置了段开销和通道开销（或路开销）O5. EDFA不能_（能/不能）对1.3pm的光信号进行放大。6. 掺铒光纤放大器EDFA的应用方式有三种，即中继放大器、前置放大器和线路放大器。7. 光纤可分为单模光纤和多模光纤，其中多模光纤又可以分为突变型多模光纤和渐变型多模光纤8.

8、 光和物质相互作用时，存在的三种基本跃迁过程是受激吸收、受激辐射和自发辐射9. 数字光纤传输系统的两种传输体制为PDH和SDHO10.1966年7月，英籍华人（高锟）博士从理论上分析证明了用光纤作为传输介质以实现光通信的可能性11. 光在光纤中传输是利用光的（折射）原理。12. 数值孔径越大，光纤接收光线的能力就越（强），光纤与光源之间的耦合效率就越（高）13. 光纤通信系统中最常用的光检测器有：（PIN光电二极管；雪崩光电二极管）14. 光缆由缆芯、（加强元件（或加强芯）和外护层组成。15. 按光纤传导模数量光纤可分为多模光纤和（单模光纤）。16. V是光纤中的重要结构参量，称为归一化频率，

9、其定义式为。17. 数值孔径表示光纤的集光能力，其公式为。18. 光纤通信中最常用的光源为半导体激光器和发光二极管。19. STM-1是SDH中的基本同步传输模块，其标准速率为：155.520Mbit/s。20. 光纤单模传输时，其归一化频率应小于等于2.405。21. SDH的STM-N是块状帧结构，有9行，270小列。22. 光纤由纤芯、包层和涂覆层3部分组成。1. 光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分作用。P218（1-2）答：光纤通信系统由发射机、接收机和光纤线路三个部分组成。发射机又分为电发射机和光发射机。相应地，接收机也分为光接收机和电接收机。电发射机的作用是将信（息）源输出的基

10、带电信号变换为适合于信道传输的电信号，包括多路复接、码型变换等：光发射机的作用是把输入电信号转换为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。光发射机由光源、驱动器、调制器组成，光源是光发射机的核心。光发射机的性能基本取决于光源的特性；光源的输出是光的载波信号，调制器让携带信息的电信号去改变光载波的某一参数（如光的强度）。光纤线路把来自于光发射机的光信号，以尽可能小的畸变（失真）和衰减传输到光接收机。光纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。光纤是光纤线路的主体，接头和连接器是不可缺少的器件。光接收机把从光纤线路输出的产生畸变和衰减的微弱光信号还原为电信号。光接收机的功能主要由光检测器

11、完成，光检测器是光接收机的核心。电接收机的作用一是放大，二是完成与电发射机相反的变换，包括码型反变换和多路分接等。2. 比较半导体激光器（LD）和发光二极管（LED）的异同。P229（3-4）答LD和LED的不同之处：工作原理不同，LD发射的是受激辐射光，LED发射的是自发辐射光。LED不需要光学谐振腔，而LD需要。和LD相比丄ED输出光功率较小，光谱较宽，调制频率较低。但发光二极管性能稳定，寿命长，输出功率线性范围宽，而且制造工艺简单，价格低廉。所以，LED的主要应用场合是小容量（窄带）短距离通信系统；而LD主要应用于长距离大容量（宽带）通信系统。LD和LED的相同之处：使用的半导体材料相同

12、、结构相似，LED和LD大多采用双异质结（DH）结构，把有源层夹在P型和N型限制层之间。3. 光与物质间的相互作用过程有哪些？并分别解释其含义。P234（3-19）答：光与物质之间的三种相互作用包括受激吸收、自发辐射和受激辐射。（1）受激吸收。在正常状态下，电子处于低能级E1，在入射光作用下，它会吸收光子的能量跃迁到高能级E2上，这种跃迁称为受激吸收。自发辐射。在高能级E2的电子是不稳定的，即使没有外界的作用，也会自动地跃迁到低能级E1上与空穴复合，释放的能量转换为光子辐射出去，这种跃迁称为自发辐射。（3）受激辐射。在高能级E2的电子，受到入射光的作用，被迫跃迁到低能级E1上与空穴复合，释放的

13、能量产生光辐射，这种跃迁称为受激辐射。4. 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。5. 光纤通信的优点(6点)？答：容许频带很宽，传输容量很大；损耗很小，中继距离很长且误码率很小；重量轻、体积小；抗电磁干扰性能好；泄漏小，保密性能好；节约金属材料，有利于资源合理使用。L一阶跃折射率光纤的相对折射率刼=0.00乩111-1.5,当液氏分別再0.85"皿1.31Pm、1.55pm时*要实现单模件输纤芯半径el应小于多少？P222(.2-10)解由单模传输的条件卩=弩厉52.403推导出2.405xA盘</2;rJ叫*_叫2.4

14、05x22.405x0.85x10"一一軒2-x0J5a<»-_-=2.1同理，当2=1.31/胪时+<3343/pm；当2=1.55m时*a<3.955/>2、若一个565Mbit/s单模光缆传输.恋其系统总体要求如下：光纤通信.系统光纤损耗为(Md田km,光好接头损耗为O.ldB/km,光源的入纤功率为-2.5dbinf接收机灵敏度为-37dbm-线路码型5B6B,传输速率为677990kbiVs,光源采用MLM-LD,光源谱宽为21U11,光歼的色散系数2.5ps/(kmirni),e光通道功率参数取0.1L5.设计中取光功率代价为1肌光连接器

15、衰减为ldb，光纤富余度为(Mdb'kui,设备富余度为S.Sdb.试求，系统的最衣中继距离m解：衰减的影响L=(PrPE-2Ac-PP-Mey(AfH-As-McH-5+37-2-1-5.5)/(0.4+0,1+0)=43.3kni)色散的彭响LDK：exlOfi)/(BxA功=(0小01沪)艇77,99減乜=33.9km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“设光纤的纤芯折射率nll,500,包层折射率02=1,485.求：1)相对折射率弄也;<2)数值孔径NA；C3)入射临界角自max.s口+T%乩1.500

16、-14S5解：1相对折射率差A：A=0.01rt|1.?00数值扎径NA：NA-V2A-1,5002x0,01-0-21【计篦題】C3)入射临界角日max：闵込-sin(ArJ)-sitrO1)_12.12理论指岀，LD的纵模频率间隔Af=，其中訂是谐振腔内半导体材料的折肘率，L是谐振腔长度-若某一&砧激光一一极管的A=S50nm+L=0.5mmtn=3.7h试求该激光器的纵模液长间隔。皓；2尸Q852.Aa=V=:=0.195xio_?urn=0.19511111c2也2x3.7x500以单模光纤通信系统为例计算中继距离设系统平均发射功率Pt=dBm,接收灵敏度-=-42dBm,没备

17、余量Me=3dB，连接器损«f=03dB/对，光纤损耗系數oy=0.35dB/kms光纤线路损耗>am=0.1dB/km，光纤平均接头损耗a?=0.03dBAmc计算中继距离和传输速率。片-卩宀业-_年2-a/xu.吕吕74(km)解：中泄距离丄L=af+am+as设线路码型为5B6B3线路吗速=14OX(6/5)=16BMb/s»|CoI=3J0ps/Cnm恤人毋=2,She<r£X1060.115X106得到中继距离：L-0.35+0.03+0,1Fgg伽曲嗨广9Ckm)在_程设计中屮淮距离应74km.在本例中申继距离左要受损耗限制:FhC016S

18、X3.5X365"km)则此时中堆距离主要爱色散限制.中继距离应定为65km.但杲如果假设(nm*km：cc(=3nmt而其他参数不变'T£X10fi0.115X106得到中继距离L-知识点第一章概论1、谁提出了现代光纤通信？【高锟&霍克哈姆】2、光纤通信用的是【近红外光】（波长约1pm,频率约300THZ）3、光纤是由绝缘的【石英（SiO2）】材料制成的。4、【简答题】光纤通信的优点（6点）？答：容许频带很宽，传输容量很大；损耗很小，中继距离很长且误码率很小；重量轻、体积小；抗电磁干扰性能好；泄漏小，保密性能好；节约金属材料，有利于资源合理使用。第二章光纤

19、和光缆1、光纤是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。纤芯的折射率比包层稍高，损耗比包层更低，光能量主要在纤芯内传输。2、光纤结构：（由内到外）纤芯，包层，涂覆层。作用：纤芯：光能量传输的通道； 包层：为光的传输提供反射面和光隔离以及机械保护作用； 涂覆层：保护光纤不受水汽的侵蚀和机械擦伤。一般为硅橡胶材料或聚丙乙烯。3、光纤分类：按光纤的制造材料不同分类：石英光纤和塑料光纤； 按光纤的折射率分布不同分类：阶跃型光纤和渐变型光纤； 按光纤传播模式分类：多模光纤（MMF）和单模光纤（SMF）；模式：光纤可以看成是导引电磁能量沿光纤长度方向传播的光波导，被导电磁波称为导波模式。多模光纤:当

20、纤芯远大于光波波长（约1um）时，传输会存在多个传输模式，光纤称为多模光纤。4、光纤类型：突变型多模光纤（多模阶跃折射率光纤）；纤芯直径2a=5080tjm，光线以折线形状沿纤芯中心轴线方向传播,特点是信号畸变大。带宽只有1020MHzkm，一般用于小容量（8Mb/s以下）短距离（几km以内）系统。 渐变型多模光纤（多模渐变折射率光纤）；这种光纤一般纤芯直径2a为50tjm，光线以正弦形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变小。渐变型多模光纤的带宽可达12GHzkm，适用于中等容量（34T40Mb/s）中等距离（1020km）系统 单模光纤。折射率分布和阶跃型光纤相似，纤芯直径只有810财,

21、光线以直线形状沿纤芯中心轴线方向传播。因为这种光纤只能传输一个模式（只传输主模），所以称为单模光纤，其信号畸变很小。Q二arcsin5、全反射：-数值孔径：根据全反射原理，定义临界角ec的正弦为数值孔径(na)NA=皿sin(max)NA=ll0Sin(Omcix)=Jninl二(n0=1)A二(®-冬)/®为相对折射率羞NA表示光纤接收和传输光的能力。NA的选择1)NA越大，纤芯对光能量的束缚越强，光纤抗弯曲性能越好；2)NA越大，经光纤传输后产生的信号畸变越大。【计算题】设光纤的纤芯折射率n1=1.500，包层折射率n2=1.485。求：1)相对折射率差;(2)数值孔径

22、NA;(3)入射临界角emax。.n-n1.500-1.485A=2=n1.500解：(1)相对折射率差:10.01NA=n五二1.500叮2x0.01二1(2)数值孔径NA：0.210二sin-1(NA)二sin-1(0.21)二max12.12°(3)入射临界角emax:V:光纤的归一化频率;n1:纤芯折射率；:相对折射率差；入：传输光波长。V=?aJn2-n26、归一化频率V:入12V二字坪2405单模传输条件:归一化频率ggV2M=()a2k2n2A=()g+21g+227、传输模数(模的数量):V22对于阶跃（突变型）光纤，g=8，其模式数目为对于渐变型光纤,g=2其模式数

23、目为计算题】d=62.5um,如果纤芯直径数值孔径NA=0.275,工作波长1300nm，计算渐变折射率的模式数量。解：V=一a.n2-n2=(3.14x62.5x10-6x0.275)/1300x10-9=41.5九512M=冬=4314第三章通信用光器件1、光与物质的三种相互作用：受激吸收，自发辐射和受激辐射。h討受激吸收跃迁民.hv、hvy受激辐射的光子与原光子具有相同的波长、相位和传播方向受激吸收：（产生光放大的主要原因）光经过晶体时，受激吸收占主要地位，光被衰减吸收。2、【简答题】受激辐射和自发辐射产生的光的特点很不相同：答：受激辐射光的频率、相偏振态和传播方式与入射光相同，这种光称

24、相干光； 自发辐射光是由大量不同激发态的电子自发跃迁产生的其频率和方向分布在一定范围内，相位和偏振态是混乱的，这种光称为非相干光。【计算题】“2nL理论指出，LD的纵模频率间隔，其中n是谐振腔内半导体材料的折射率，L是谐振腔长度。若某一GaAs激光二极管的入=850nm,L=0.5mm,n=3.7,试求该激光器的纵模波长间隔。翻九27208孚解：AX=_Af=*=0.195403凹二0.195nmc2nL2x3.7x5003、发光二极管（LED） 发光二极管（LED）的工作原理与激光器（LD）不同丄D发射的是受激辐射光，LED发射的是自发辐射光； LED与LD结构相似，采用双异质结（DH）结构

25、;正面发光型LED LED分类 和激光器相比，发光二极管输出光功率较小，光谱宽度较宽，调制频率较低；但发光二极管性能稳定，寿命长，输出光功率线性范围宽，而且制造工艺简单，价格低廉;LED在小容量短距离系统中发挥重要作用。4、光检测器：PIN光电二极管；雪崩光电二极管（APD） PIN光电二极管：两侧是掺杂浓度很高的P型和N型半导体； 雪崩光电二极管（APD）:增加了一个附加层，倍增区或增益区，以实现碰撞电离产生二次电子空穴对。5、光隔离器 隔离器是一种非互易性器件； 作用：只允许光波往一个方向传输，阻止光波往其他方向特别是反方向传输 插入损耗和隔离度是隔离器的两个主要参数 插入损耗值为1dB，隔离度的典型值为40-50dB。第四章光端机灵敏度：Pr=101gPmin（W）（dBm）（Pmir为输入最小光功率）10-3第五章数字光纤