光纤通信原理及应用 考试重点题 适合大学考试卷

光纤通信原理及应用第一章绪论1、光纤之父——英籍华人高锟2、光纤通信系统的组成及优点。答：光纤通信系统油光发射机、光接收机、光纤光缆以及其他连接和光处理器件等组成。与电缆或微波等电通信方式相比，光纤通信的优点如下：1）通信容量大,传输频带极宽；2)不受电磁干扰；3）投资省。、mB1CmBC码。第二章光纤与光缆1、光纤的结构：从横截面看，自内向外为纤芯、包层和涂覆层。2、光纤类型：折射率分为阶跃光纤和渐变光纤；按传输模式单模光纤和多模光纤；按材料分为石英系列、塑料包层石英纤芯、多成分玻璃纤维、全塑光纤。3、阶跃光纤中有两种光射线：子午射线和斜射光线。、光纤损耗有吸收损耗和散射损耗。吸收损耗本征吸收，有两个吸收带：紫外吸收带和红外吸收带杂质吸收原子缺陷吸收。散射损耗：在光纤通信中，影响较大的是光纤的本征散射损耗和非线性散射损耗。 、光纤的色散：模式色散和模内色散。、四波混频（改变光纤的折射率，从而在不同的频率处发生相位调制，产生新的波长。、光缆分类（敷设方式：架空、管道、直埋、隧道、水底光缆。8、按缆芯结构光缆分为：中心管式光缆、层绞式光缆和骨架试光缆。第三章有源光器件及设备1、光与物质相互作用分三种不同的过程：自发发射、受激吸收和受激辐射。1）自发发射的光是一种非相干光。2）受激吸收特点：是受激跃迁过程，没有多余能量放出。3）受激辐射特点：发射的是一种相干光。2、激光器的组成部分与垫振荡器相似，即有放大系统、反馈系统、振荡回路。、LED基本原理：发光二极管（利用正向偏压下的PN结在激活区中载流子的复合发出自发辐射的光，因此D的出射光是一种非相互光，其谱线较宽，辐射角也较大。在低速率的数字通信和较窄的驱动电路较为简单，并且产量高、成本低。发光二极管两种类型：正面发光型和侧面发光型。、PINPN区一侧延伸吸收，在经过耗尽层时，由于吸收光子能量，电子从价带被激励到导带而产生电子空穴对（即光生载流子电场作用下，分别向N型区和P有电场作用，所以由光电效应产生的电子空穴对，在扩散运动中相遇发生复合，从而消失。不过在扩散运动过程中，也有些扩散距离长的电子空穴将进入耗尽层，在耗尽层和空间电场的作用下进入对方区域。于是在P区和N区两端之问产生与被分隔开的电子和空穴数量成正比的电压。若与外电路连通，这些电子就可经外部电路与空穴复合形成电流。APDPN时，其PN于是与晶格的原子发生碰撞电离，将价带的电子激发到导带，产生新的电子——空穴对。新的载流子与原来的载流子一起再被强电场加速，再次发生碰撞电离而获得新的载流子，如此重复进行，使强电场区域的载流子成倍增加，而产生雪崩现象（即雪崩倍增效应，形成倍增的电流。、声光调制：声和光的相互作用是声光调制的物理基础，这种作用表现为光波被介质中超声波衍射或散射，都随超声波场变化，结果使光波受到调制。7、光发射机：光源和电路。电路功能：线路编码、光的调制、光源驱动、光功率控制、其他保护监测功能。8、数字光接收机组成：光检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、时钟提取电路、取样判决器、AGC。第四章光无源器件(重点）实用型隔离器的原理：正向传输过程，具有任意偏振状态的入射光首先通过SWP，SWP

将入射光分解为水平1 1和垂直的两个正交偏振分量，且让垂直分量直线通过，而水平分量偏折通过。两个分量都要通过法拉第旋转器和半波片，其偏振态都要顺时针旋转2后由SWP2

把两个分量的光合在一起输出，即完成正向无损传输。反向传输过程，具有任意偏振态的入射光首SWP

将入射光分解为水平和垂直的两个正交偏振分量，且让垂直分量直线通过，而水平分量偏2 2折通过。由于半波片的作用，两个分量的偏振态都逆时针旋转要顺时针旋转1法拉第旋转器后，其偏振态又转回原态，偏振态维持不变，在输出端不能被SWP1

再组合在一起，于是实现了反射的隔离。第五章光纤放大器1、光纤放大器分为：非线性光纤放大器和掺铒光纤放大器。2、光纤放大器组成：DEF、LD、WDM、光隔离器和光滤波器。、掺铒光纤放大器的工作原理：在掺铒光钎中，铒离子有三个工作能级：能量最低的称为基态，记作E；处1于中间能级的为亚稳态，记作E。在自然状态下，E3 处在最低能级上，当用泵浦光源的激光不断地激发光纤2 rE跃迁到E，由于粒子在高能级上是不稳定的，它1 3将迅速以无辐射过程跃迁至亚稳态级上。粒子在亚稳态级上相对有较长的存活寿命，由于泵浦光源不断地激发，E则亚稳态级上的粒子数不断增加，而E1

能级上的粒子数减少，其结果，就在这段掺铒光纤中形成了粒子数反转2分布，即具备了实现光放大的条件。在此基础上，若输入一个光子能量为E=EE2

1=hf的光信号，则亚稳态2E上的粒子将以受激辐射的形成跃迁到基态E2

，并同时辐射出与输入的信号光子完全一样的全同光子。于是使1得与信号全同的光子数大大增加，从而使输入光信号在掺铒光线中变成一个强的输出光信号，实现了对光信号的直接放大。第六章光纤通信系统、相干检测原理：在相干光通信系统传输的信号可以是模拟信号，也可以是数字信号。光接收机接收的信号w=w为IF w=w

IF≠0，其检测称为外差检测，若w

IF=0，则称为零差检测。2、光孤子的形成机理：如果光场很强，则光纤的特征参数将随光场呈非线性变化。光纤群速度色散（GVD）会使光脉冲展宽，而自相位调制则使波形中较高频率分量不断累积，使波形变陡，即光纤的非线性特性使光脉冲变窄。光纤群速度色散（GVD）和自相位调制（SPM）达到平衡，则使光脉冲在传播中保持形状不变，即形成所谓的“光孤子”，使“光孤子”在光纤中长距离传输即实现了超大容量超长距离传输的光孤子通信系统。第七章光复用技术1、光纤通信网络的复用技术：OWDM、OTDM、OCDM。输；在接收端，再由另一波分复用器将这些不同信号的光载波分开。、OWDM系统组成：光发射机、光中继放大、光接收机、光监控信道和网络管理系统。、OCDM系统是一种干扰受限系统。光振幅编码OCDM系统分为：时域振幅编码、频域振幅编码、脉冲位置OCDM系统。第八章光交换技术1、按交换方式，光交换主要分为光路交换和光分组交换。2、光缓存器分为：传输型缓存器和环形缓存器。计算题阶跃型光纤中已知纤芯折射率n 1.51包层折射率n 1.45纤芯半径a6m工作波长1.31m。1 2NA和浸入水中（n0

1.33）的最大接收角。2n2n2解：数值孔径NAsin 2n2n2c 1 1 2见右图，由折射定律可得n sinnsin0 1

0.42141.5121.4521.5121.452nsin1

n2

sin

（2）A点必须满足全反射条件。因此，当90时，式变为ncos2n

（3）1由式（1）和式（3）联立可得n2nn2n21 2n0

（4）将题中已知参量代入式（，得到n2n21 2sinn2n21 2n0

1.5121.451.5121.452

0.3169arcsin 0.3169即光从水中入射到光纤输入端面的光纤最大接收角为arcsin03169。、有单模光纤，其截止波长为1.4m，芯包折射率分别为n 1.465，n 1.46，计算它的纤芯半径及波长1 2分别为0.85m时的模式数。解：由Vkna01

22，k 20

可知：0V V Vkn 202n 20kn 202n 202 n2n2

2.4051

23.1423.14 1.46521.46201 1 1 2纤芯半径为4.43m。2波长为0.85m时，由Vkna 2012n2n21.46522n2n21.46521.462Vkna01

a 0

4.432 0.85

3.96即波长为0.85m时，模式数为3.96。3、已知，在一阶跃型光纤中，n1

1.50，n2

145。求经过20km后，光纤的最大延时差。nL n nL L 20103 解： 1 ( 11) 1 (NA)2 1.5021.452

3.28106s3.28sc n c 2nc 21.503102 1、设光电二级管的截止波长16mE。EE

hc6.62610343108

1.2410-19Jg 1.6106、已知13m，响应度06A/WPIN管的量子效率。I epP hf解：量子效率 I epP hf

I hfp

hc

0.6

6.6261034

3108

0.57P e ein in

1.60210191.3106SiPIN光电二级管，量子效率08，波长085m，求其响应度。解：响应度

e

e

0.850.8

0.55hf h

1.24

1.247、已测得某光纤输入功率为Pi

80W，传输10km后输出功率为Po

56W，求衰减系数。i解：衰减系数10lgPiL Po

10lg10

1.55、已知光纤通信系统中，光纤损耗为1dB/km5对平均每个接头损耗为02dB，光源入纤功率为3dB，接收机灵敏度为56dB，求最大中继距离是多少？解：平均发射光功率Pt

3dB

接收灵敏度Pr

56dB Pd

0dB 系统余量Me

0dB光纤损耗系数f

1dB/km 连接损耗系数 0.4dBc

每千米平均接头损耗