光纤通信复习

1、名词解释:.什么是光纤通信？利用激光作为信息的载波信号，并通过光纤来传送信息的通信系统。光纤通信是工作在近红外区，其波长是0.81.8刈，对应的频率为167375THz.光通信的三要素：光源；传输介质；光检测；.光纤怎么分类？答：（1）根据折射率的分布：阶跃型光纤（纤芯和包层的折射率是 均匀分布的，也叫反射型光纤）和 渐变型光纤（纤芯的折射率在轴线上最大，然后沿 着横截面的径向逐渐变小，也叫梯度光纤或折射型光纤。）阶跃| n（r） 剖面渐变n（r） 剖w纤芯1 打（2）按照传输模式来区分：多模光纤（多模光纤里允许多个模式（几十甚至几百个）在光纤中传播，其纤芯一般可达50100 Nm。）和单模光

2、纤（单模光纤由于只允许一个模式存在，其纤芯较小，一般为510Mm。）.每种模式指什么，如何评价（截止频率）？模式：在传播过程中只有相位变化，没有形状的变化，且始终满足边界条件（传播常数？必须满足条件：n2k ? Ez ）HE模。电场贡献为主（Ez Hz） EH模。在弱导光纤中，沿着传播方面，E、H分量都近似零。存在的模式为线性偏振（ Linearly Polarized ）模LP。某个模式成为导波模的条件是，它的传播常数b满足下列条件：n2k b n1k 。导波模和辐射模的分界点（截止条件）为：b = n2k。与截止条件相对应的重要参数是归一化V= q J野:一东 =NA频率V：人人它决定了光

3、纤可支持的模式总数。当V 2.405时，光纤 可以支持多个传输模式，即多模光纤。.色散指什么？如何评价？单位是什么?色散指信号能量中的各种分量由于在光纤中传输速度不同，而引起的信号畸变，将引起光脉冲展宽和码间串扰，最终影响通信距离和容量的现象。色散包括模式色散（模间色散），模内色散（波长色散）（又包括波导色散和材料色散），偏振模色散。 光纤色散描述：最大时延差光纤3dB带宽Bo最大时延差：光纤中速度最快和速度最慢的光波成分传输同样距离的时延之差。时延差与色散有关， 时延差越大，色散就越严重。时延差 力可以表示光纤的色散程度：AT = DL 尢D为 色散系数，单位为ps/（nm km）,单位波长

4、间隔内光波长信号通过单位长度光纤所产 生的时延差。的光源谱宽，即光功率下降到峰值光功率一半时所对应的波长范围。L 为传输的距离。.损耗指什么？如何评价？单位是什么？光纤损耗成为限制光纤传输容量（BL积）的因素之一，它是通信距离 L的固有限制。 给定发送功率和接收机灵敏度条件下，损耗决定了从光发送机到光接收机之间的最大 距离。损耗过大会影响通信系统的性能。评价光纤损耗特性可以通过损耗系数来衡量。光纤的损耗系数定义为：0f =12log|fLl （dB/Km）L :k其中L为光纤长度，Pin和Pout分别为，俞入和输出光功率。即便是在理想的光纤中都存在损耗一一本征损耗。光纤的损耗限制了光信号的传播

5、距离。这些损耗主要包括：1.吸收损耗2.散射损耗3.弯曲损耗。损耗主要机理：吸收、散射和弯曲损耗。.数值孔径如何定义？答：数值孔径NA = sin，中是光线在纤芯与包层界面刚好产生全反射时，对应的端面 最大入射角。任何入射角小于 中的光线入射到光纤后，都能在光纤与包层界面产生全 反射，从而实现光在光纤的传播。NA表示光纤接收和传输光的能力。NA越大，光纤接收光的能力越强，纤芯对能量的束缚越强，光纤抗弯曲性能越好。.光电二极管有哪些？工作原理是什么？（暗电流及工作效率如何?）常用的半导体光电检测器:PIN光电二极管和雪崩光电二极管pn结。当PN结加光电二极管的物理原理：光电二极管实际上是一个加了

6、反向偏压的反向偏压时，外加电场方向与 PN结的内建电场方向一致，势垒加强，在PN结界面附近载流子基本上耗尽形成耗尽区。当光照射到光电二极管的光敏面上时，会在整个耗 尽区（高场区）及耗尽区附近引起受激跃迁现象，从而产生电子空穴对。产生的电子空 穴对在外部电场作用下定向移动，被电极收集产生电流。当入射光变化时，光生电流 随之作线性变化，从而把光信号转换成电信号。形成的光电流与入射光功率成比例。在PN结间插入一层非掺杂或轻掺杂半导体材料，以增大耗尽区宽度w,达到减小扩散运动的影响，提高响应度的要求。由于PN结中间插入的半导体材料近似为本征半导体（Intrinsic）,因此这种结构称为 PIN光电二极

7、管。由于是轻掺杂，电子浓度很低，经扩 散后形成一个很宽的耗尽层。雪崩二极管（APD）:在光生电流尚未遇到后续电路的热噪声时已经在高电场的雪崩区 中得到放大，因此有助于显著提高接收机灵敏度。PIN: 1个光子最多产生一对电子-空穴对，无增益APD:电离碰撞，1个光子产生多对 电子-空穴对，有增益。暗电流是指，没有光入射时流过检测器偏置电路的电流，它是体暗电流iDB和表面暗电流iDS之和。暗电流噪声是当没有入射光时流过器件偏置电路的电流，它是由于PN结内热效应产生的电子一空穴对形成的，是 PIN的主要噪声源。当偏置电压增大时， 暗电流增大。暗电流还随着器件温度的升高而增加。暗电流的大小与光电二极管

8、的结 面积成正比，故常用单位面积上的暗电流即暗电流密度来衡量。表面暗电流由表面结构（缺陷、清洁程度、面积大小）和偏置电压决定：Ds） =dDs =2qIiB 表面暗电流（漏电流）和体暗电流一样，都只能通过合理设计、良好的结构及严格的 工艺来降低。对于pin ,主要噪声来自检测器电路中的电阻和有源器件。对于 APD,电路噪声不占重要地位，主要噪声来源于检测器被雪崩区放大的量子噪声和体暗电流。PIN二极管特点2口结构简单，可靠性高。电压 低，使用方便.口量子效率高。口噪声小Q口带宽较高口ATD二极管特点:口灵敏度高口高增益R口高电压，结构复杂。口噪声大.光电二极管的响应时间是指它的光电转换速度。影

9、响响应时间的主要因素：1 .耗尽区的光载流子的渡越时间 2.耗尽区外产生的光载流子的扩散时间 3.光电二极管以及与其w、吸收系数as、相关的电路的 RC时间常数。影响这三个因素的参数有：耗尽区宽度 等效电容、等效电阻等。9.SDH,PDH 是什么？ 光纤大容量数字传输目前都采用同步时分复用技术。复用又分为若干等级，先后有两 种传输体制：准同步数字系列（PDH）,同步数字系列（SDH）.PDH规定标称速率和允许偏差范围。PDH主要适用于中、低速率点对点的传输。它将每路模拟话音信号进行抽样、量化、编码，变成一种64Kbit/s数字信号。PCM技术在复接成一次群时，采用同步复接，但在复接成二、三、四

10、次群里采用异步复接。SDH:是一套可进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的标准化数字信号的结构等级。SDH网络具有统一的网络节点接口（ NNI）,简化了信号的互通以及信号的传 输、复用、交叉连接和交换过程；有一套标准化的信息结构等级，称为同步传送模块 STM-N （N=1, 4, 16, 64）。10.如何表示帧结构？（第 4章34页）souMOliALIFTR整个帧结构分为三个区域：段开销 SOH;管理单元指针AU-PTR;信息净负荷Payload. 行：在SDH帧结构中，指沿帧结构横方向，从上方数到下方的行数。一帧中共有 9行, 列：在SDH帧结构中，指沿帧结构纵方向，从左数到右的列数。

11、随着不同STM-N等级：一帧中共有：270 XN歹U.帧长：指SDH一帧中有多少个字节 例：STM-1的字节=270 X9=2430个字节；STM-N的字节=（270 XN） X9个字节。一 帧比特数：STM-1 一帧比特数 =270 X9X8bit=19440bit ; STM-N一帧比特数 =19440 XNbit。一帧传输时间 在SDH网中任何等级的STM传输一帧所用的时间均为 125匹。 码速率：以STM-1为例，码速率=1帧比特数/传1帧的时间=270 X9X8/125 X10e- 6=155.520Mbit/s。传送顺序 从左右；从上下。简答:1.半导体激光器如何工作？ 半导体激光

12、放大器（SOA）在通过外加正向偏压的泵浦能量作用下，实现粒子数反转， 然后通过外部光照导致受激辐射实现对入射光信号的放大。结构大体上与激光二极管 相同，半导体激光器芯片两端镀上增透膜。优点：尺寸小，易制作成集成电路与集成光电路结合使用；结构较为简单、功耗低、 寿命长、成本低；增益响应相当快速，适用于交换及信号处理等光网络应用中；同时 具有光放大及信号处理的能力，如开关功能等。应用在全光波长变换、光交换中。缺点：与光纤的耦合损耗太大 ；易受偏振态影响（0.5-2 dB）;噪声指数高（-8 dB）; 易造成串音；易受环境温度影响，稳定性较差光电检测器（两个）如何工作？2.SDH的工作特点？随着光纤

13、通信的发展，这种基于点对点传输的PDH暴露出一些固有的缺点：1.北美、欧洲和日本三种数字体系彼此互不兼容，造成国际互通的困难。2.没有世界性的标准光接口规范。3.二次群以上复用结构采用异步复用。4. PDH系列的帧结构中,用于网络操作、管理和维护（OAM）的比特在帧结构中占用较少的空间，无法适应不 断演变的现代通信网对监控和网管的要求。5.点到点通信体制无法提供最佳的路由选择。PDH所存在的上述这些固有弱点，制约了电信网的“网络化、智能化、综合化” 的发展，而要想完美地在原在的技术体制和技术框架上来修改完善，解决这些问题已 无济于事，于是一个更为先进白体制一一同步数字体系（SDH）应运而生。S

14、DH特点：1.把速率为1.55 Mbit/s , 2 Mbit/s的基本模块作为同步传输模块的第一级， 记作STM-1。使得北美、欧洲、日本三个地区的PDH传输系列在STM-1上获得了统一,形成了全球传输体制方面的统一标准。2.在SDH的帧结构中安排了足够的开销比特，大大增强了网络维护管理能力，可实现故障检测，有利于将来 B-ISDN综合业务的运行。3. SDH采用同步复用方式和灵活的利用映射结构，利用设置指针的方法，可以在任意 时刻，在总的复接码流中确定任意支路字节的位置，从而可以从高速信号一次直接插 入或取出低速支路信号，使上下业务十分容易。4. SDH确定了统一新型的网络部件，这些部件是

15、终端复接器（TM）、分插复接器（ADM）、数字交叉连接设备（DXC）以 及网络管理设备（NMS）。用一个光接口代替大量的电接口，可以直接经光接口通过 中间节点，省去大量电路单元。5. SDH对网管设备的接口进行了规范，使不同厂家的网管系统互联成为可能。这种网管简单、实时，降低了网管费用，提高了网络的效率、灵活和可靠性。6. SDH与现有PDH完全兼容，体现了后向兼容性。同时 SDH还 能容纳各种新业务信号，体现了完全的前向兼容性。7.强大的自愈能力主要优点总结：同步复用；标准的光接口；强大的网管能力。缺点： 1.频带利用率不如PDH系统。2. 在复接中采用了指针调整技术，因此技术和设备相对复杂

16、；3.大规律采用软件控制，人为错误、软件病毒可导致网络故障。3.光无源器件的功能?对光无源器件的普渡要求3插入喇,回波损耗大.工作噩范围比性第稳冠寿命长。体积人价格便口便于集就激光器光放大器探测涔洸调制器球长趣器洸隔离器光耦合器光瀛f器 洸开关 .光衰减器色卜偏信3偏振博卜偿器光衰减器(optical attenuator )是对光功率进行预定量衰减的器件，它可分为可变光 衰减器和固定光衰减器。前者主要用于调节光功率电平，后者主要用于电平过高的光 纤通信线路。对光衰减器主要要求是：插入损耗低、回波损耗高、分辨率线性度和重复性好、衰减量可调范围大、衰减精度高、器件体积小，环境性能好。光耦合器 功

17、能:光信号的分配、合成、提取、监控等 。光开关实现光通道的通断和转换的器件。光纤光栅(Fiber Grating)是一种非常有吸引力的全光纤器件，其用途非常广泛，可用作光滤波器、光分插复用器和色散补偿器。光隔离器作用：只允许光波往一个方向上传输，阻止光波往其他方向特别是反方向传输。隔离器主要用在激光器或光放大器的后面，以避免反射光返回到该器件，致使器件性能变坏。光隔离器原理：由起偏器、检偏器 和旋光器组成，只允许光线单向传输。光环行器除了有多个端口外，其工作原理与光隔离器类似，也是一种单向传输器件；主要用于单纤双向传输系统和光分插复用器中。掺锂光纤放大器的基木结构裒浦输入信号匚接银光纤波分复用

18、器输出信号光隔离器.光放大器(掺饵光纤放大器 EDFA)的工作原理？组成？每部分的功能?EDFA采用掺饵离子单模光纤为增益介质，在泵浦光作用下产生粒子数反转，在信号光诱导下实现受激辐射放大。掺饵光纤：当一定的泵浦光注入到掺饵光纤中时，Er3+从低能级被激发到高能级上，由于在高能级上的寿命很短，很快以非辐射跃迁形式到较低能级上，并在该能级和低能级间形成粒子数反转分布。半导体泵浦二极管：为信号放大提供足够的能量，使物质达到粒子数反转波分复用耦合器：将信号光和泵浦光合路进入掺饵光纤中。 光隔离器：使光传输具有单向性，保证稳定工作.光接收机有几部分组成？每部分功能？光接收机是光纤通信系统的重要组成部分

19、，作用是将光信号转换回电信号，恢复光载 波所携带的原信号。主要包括光检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、自动增益控制(AGC)电路、时钟提取电路及取样判决器线性通道时钟提目数据再生前端：由光电二极管和前置放大器组成，光接收机的核心部分。作用：将耦合入光电检测器的光信号转换为时变光生电流，然后进行预放大(电流信号到电压信号的转换 ),以便后级作进一步处理。要求：低噪声、高灵敏度、足够的带宽。光检测器：能检测出入射在其上面的光功率，并完成光 /电信号的转换。前置放大器：主要作用是保持探 测的电信号不失真地放大和保证噪声最小，一般采用场效应晶体管(FET) o线性通道:1.提供高的增益，放大到适合

20、于判决电路的电平；2.对主放输出的失真数字脉冲进行整形和补偿，使之成为有利于判决的码间干扰最小的升余弦波形；3.根据输入信号大小自动调整放大器增益，使输出信号保持恒定，以扩大接收机动态范围。高速系统中通 常用限幅放大器(LA)替代AGC。主放大器作用：将前置放大器输出的信号放大到 判决电路所需要的信号电平。 它还是一个增益可调节的放大器，当光电检测器输出 的信号出现起伏时，通过光接收机的自动增益控制电路对主放大器的增益进行调整， 以使主放大器的输出信号幅度在一定范围不受输入信号的影响，一般主放大器的峰-峰值输出是几伏数量级。对于 APD的光接收机还通过控制 APD的偏压来控制雪崩倍增管 的增益。均衡滤波器作用：均衡波形有利判决。均衡滤波器是必不可少的。没有均衡滤波器将出现这些现象：将会使前、后码元的波形重叠，产生码间干扰，严重时造 成判决电路误判，产生误码。 有均衡滤波器的波形。均衡滤波器是使经过均衡器以 后的波形成为有利于判决的波形。例