宁波工程学院 光纤通信 包含公式的版本

1.光纤通信是以光波为载波，以光纤为传输介质的通信方式2.光纤通信优势：承载信息的载波f高→带宽宽→通信容量大3.光纤通信的三个低损耗窗口（传输窗口）是什么0.85m、1.31μm和1.55μm4.光纤通信的优点：（1）容许频带很宽，传输容量很大；（2）损耗很小，中继距离长且误码率很小；（3）重磁量轻，体积小；（4）抗电干扰性能好；（5）泄露小、保密性能好；（6）节约金属材料，有利于资源合理利用。第二章1.光纤的基本结构：纤芯：a，n1；包层：b，n2光能在光纤中传输的必要条件n1＞n2；将光限制在包层的光纤纤层中的作用原理：纤芯——包层界面上的全反射。2.（按折射率分布分类），光纤分两类为：①阶跃光纤②渐变光纤。传输模式数量分：①单模光纤-允许1个模式（基模）；②多模光纤——传输多个模式。3.阶跃光纤子午射线的数值孔径—表征光纤接收或输出光的能力：其中：相对折射率差：★可见：NA只取决于n1和n2，与a无关。★NA取值要适当。NA(或θc)越大，光纤接收光的能力越强，从光源到光纤的耦合效率越高；纤芯对光能量的束缚越强，光纤抗弯曲性能越好。但NA越大经光纤传输后产生的信号畸变越大，因而限制了信息传输容量。所以要根据实际使用场合，选择适当的NA。单模传输条件：λ＞λc（λc为截止波长）V=2πa/λ√(n1^2-n2^2)截止波长:V=2.405λc/λ或λc=Vλ/2.4055.光纤的传输特性参数主要是：损耗特性、色散特性和光纤的非线性效应。6.什么是光纤的损耗（光纤对光波的衰减效应）损耗用衰减系数α表示：α的单位：dB/km可见：总损耗=。7.光纤损耗分三类：①.吸收损耗；②.散射损耗；③.其他损耗。光纤弯曲损耗：光纤弯曲半径越大，弯曲损耗越小。8.什么是光纤的色散？在光纤中，光信号是由很多不同的成份（如不同模式、不同频率）组成的，由于不同成份的信号传播速度不同，经过光纤传输一段距离后，不同成份之间出现时延差，从而引起信号畸变，这种现象称为色散。光纤的色散通常用色散系数D表示，色散系数D的单位为：Ps／(nm·km)。光纤色散分三类：①模式色散②材料色散③波导色散9.光纤损耗和色散对光纤传输性能的影响：损耗(dB/km)——光功率↓（按指数衰减，P0＝Pie-αZ）直接影响中继距离；色散(ps/nm.km)——光脉冲展宽和码间串扰。损耗和色散最终影响通信距离和容量。第三章1.(P48)光纤通信系统中所用的光器件可分为哪两大类。有源器件和无源器件(P48)什么是有源器件?什么是无源器件?有源器件包括光源、光检测器和光放大器，无源器件主要有连接器、耦合器、波分复用器、调制器、光开关和隔离器等，2.半导体激光器是向半导体PN结注入电流，实现粒子数反转分布，产生受激辐射，再利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光振荡的。3.光与物质相互作用的三种基本过程：①受激吸收；②自发辐射；③受激辐射。4.什么是泵浦源？不需要经过光-电-光的变换,直接对光信号进行放大的有源器件★LD工作的先决条件是：必须使用外部能源泵浦，以实现粒子数反转分布。5.半导体光源LED和LD的应用场合。LED通常和多模光纤耦合，用于1.3μm(或0.85μm)波长的小容量短距离系统。LD通常和G.652或G.653规范的单模光纤耦合，用于1.3μm或1.55μm大容量长距离系统6.（P53）半导体激光器发射光波波长：7.光纤通信常用光电检测器有哪两种？半导体PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）。灵敏度要求不高的场合，一般采用半导体PIN光电二极管。8.光电检测器的工作原理：是把光信号转换为电信号的功能，所依据半导体PN结的物理效应——光电效应9.光接收机中，雪崩光电二极管引入的噪声为量子噪声，光电检测器的暗电流噪声雪崩管倍增噪声。10.（P67）什么是光纤连接器光纤与光纤之间进行可拆卸（活动）连接的器件，主要用于光纤线路与光发射机输出或光接收机输入之间，或光纤线路与其他光无源器件之间的连接。11.什么是光定向耦合器，波分复用器，其功能是什么？光定向耦合器是一种2*2的3端或4端耦合器，其功能是分别取出光纤中向不同方向传输的光信号。定向耦合器可用作分路器，不能用作合路器。波分复用器是一种与波长有关的耦合器，其功能是把多个不同波长的发射器输出的光信号组合在一起。12.光环行器与光隔离器异同点。光隔离器主要用在激光器光放大器后面，以避免发射光回到流器件致使器件性能变化，光信号只能延规定的端口顺序传输。环行器有多个端口外，相当于多个隔离器组成。1.光源输出光谱谱线宽度越窄，性能越好。★谱线宽度越窄、光纤传输频带越宽，则光纤的通信容量越大。2.光源的调制分为两类：①直接调制（内调制）②间接调制（外调制）3.直接光强度数字调制时，通常：对LD：需要给激光器加一偏置电流Ib。对LED：不需要给激光器加一偏置电流Ib。（P89）光接收机灵敏度的定义。在保证通信质量（限定误码率或信噪比）的条件下，光接收机所需的最小平均接受光功率<P>min，并以dBm为单位。Pr=10lg[<P>min(W)/10^-3]数字光纤通信中，常用有哪些码型？扰码、mBnB码和插入码。第五章1.最基本的同步传输模块STM-1的传输速率为155.520Mb/s，计算同步传输模块STM-4（4*155.520=622.080）、STM-16（2488.320）、STM-64的传输速率。2.SDH帧结构可分成3个区域段开销，信息载荷，管理单元指针3.SDH核心的三个特点是：同步复用、强大的网络管理能力和统一的光接口及复用标准。4.各种业务信号装入STM－N帧的过程，都需要经过哪三个步骤。（映射；定位校准；复用）……映射是指支路信号适配装入虚容器VC的过程。5.SDH网络的主要特点是端到端之间存在一条以上的路径，可同时构成一条以上的传输通道，通过DXC的灵活配置，是网络具有更好的抗毁性和更高的可靠性。6．（P119）中断距离设计考虑损耗限制和色散限制。损耗限制L≤Pt-P对于SLM—LDε=0.0306，对于MLM—LDε=0.1151.光纤通信的新技术：光放大技术，光波分复用技术，光交换技术，光弧子通信，相干光通信，光时分复用技术和波长变换技术。光分复用技术充分利用光源的带宽资源，提高传输特性。EDFA的工作原理及其应用形式？掺铒光纤放大器的工作原理:在掺铒光纤中，铒离子有三个能级：期中能级1代表基态，能量最低：能级2是亚稳态，处于中间能级;能级3代表激发态，能量最高。当泵浦光的光子能量等于能级3和能级1的能量差时，铒离子吸收泵浦光从基态跃迁到激发态。但是激发态是不稳定的，铒离子很快返回到能级2.如果输入的信号光的能量等于能级2和能级1的能量差，则处于能级2的铒离子将跃迁到基态，产生受激辐射光，因而信号光得到放大。由此可见，这种放大是由于泵浦光的能量转换为信号光能量的结果。为提高放大器增益，应提高对泵浦光的吸收，使基态铒离子尽可能跃迁到激发态。应用：中继放大器：在光纤线路上每隔一定距离设置一个光纤放大器，一延长传输距离、前置放大器：此放大器置于光接收机前面，放大非常微弱的光信号，以改善接收灵敏度作文前置放大器要求噪声系数尽量小。后置放大器：此放大器置于光接收机的后面，以提高发射光功率。对后置放大器的噪声要求不高，而饱和输出光功率是主要参数对于980nm泵浦和1480nm泵浦的EDFA，哪一种泵浦方式的功率转换效率高？那一种泵浦的噪声系数小？为什么？答：980nm。980nm。因为更容易达到激发态。EDFA的泵浦光源典型工作波长为980nm。2-5光纤通信为什么向长波长、单模光纤方向发展？答：长波长、单模光纤比短波长、多模光纤具有更好的传输特性。(1)单模光纤没有模式色散，不同成分光经过单模光纤的传播时间不同的程度显著小于经过多模光纤时间不同的程度(2)由光纤损耗和波长的关系曲线知，随着波长增大，损耗呈下降趋势，且在1.55μm处有最低损耗值；而且在1.31μm和1.55μm处的色散很小。故目前长距离光纤通信一般工作在1.55μm。3-20什么是粒子数反转？什么情况下能实现光放大？答：假设能级E1和E2上的粒子数分别为N1和N2，在正常的热平衡状态下，低能级E1上的粒子数N1是大于高能级E2上的粒子数N2的，入射的光信号总是被吸收。为了获得光信号的放大，必须将热平衡下的能级E1和E2上的粒子数N1和N2的分布关系倒过来，即高能级上的粒子数反而多于低能级上的粒子数，这就是粒子数反转、当光通过粒子数反转分布激活物质时，将产生光放大。4-1激光器（LD）产生弛张振荡和自脉动现象的机理是什么？他的危害是什么？应如何消除这两张现象的产生？答：当电流脉冲注入激光器后，输出光脉冲出现幅度逐渐衰减的振荡，称为弛张振荡。弛张振荡的后果是限制调制速率。当最高调制频率接近弛张振荡频率时，波形失真严重，会使光接收机在抽样判决时增加误码率，因此实际中最高调制频率应低于弛张振荡频率。某些激光器在脉冲调制甚至直流驱动下，当注入电流达到某个范围时，输出光脉冲出现持续等幅的高频振荡，这种现象称为自脉动现象。自脉动频率可达2GHz,严重影响LD的高速调制特性。3-9半导体激光器的发射光子的能量近似等于材料的禁带宽度，已知GaAs材料的Eg=1.43eV，某一InGaAsP材料的Eg=0.96eV，求它们的发射波长。

答：公式λ=1.24EgEg=1.43λ=0.867μmEg=0.962-10一阶跃折射率光纤的相对折射率差∆=0.005,n1=1.5，当波长分别为0.85,1.31,1.55um时，要实现单模传输，纤芯半径a应小于多少？答：单模传输：V=2πaλn12-n2λ=0.85,α≤2.164;λ=1.31,α≤2.164;λ=1.55,α≤3.362-24一段12km长的光纤线