12芯光缆连接1:8分光器能出多少芯_百度知道
12芯光缆连接1:8分光器能出多少芯
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你好，12芯接1:8的分光器，意思就是12芯里的每一芯可以分出8根小纤芯，也就是12 x 8 = 96芯，前提是每一芯都用到，有关光纤光缆的问题，可以问问湖南长光通信科技
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《光纤通信基础》习题及答案
《光纤通信基础》部分习题及参考答案一、相应的名词解释： 1.1、光子学――研究光子作为信息载体的科学，光子不仅是信息载体, 也是能量载体 详细解释：光子学（PHOTONICS）是研究作为信息和能量载体的光子行为及其应用 的科学。在理论上，它主要研究光子的量子特性及其在与物质（包括与分子、原子、电子 以及与光子自身）的相互作用中出现的各类效应及其规律；在应用方面，它的研究内容主 要包括光子的产生、传输、控制以及探测的规律等。 1.2、光纤通信――以光导纤维（光纤）为传输媒质，以光波为载波，实现信息传输。 1.3、光纤通信系统――是以光纤为传输媒介，光波为载波的通信系统。 2.1、单模光纤――是只能传输一种模式的光纤，单模光纤只能传输基模(最低阶模)，不存在 模间时延差，具有比多模光纤大得多的带宽，这对于高码速传输是非常重要的。 （只能传输 一种模式的光纤称为单模光纤。单模光纤只能传输基模(最低阶模)，它不存在模间时延差， 因此它具有比多模光纤大得多的带宽， 这对于高码速传输是非常重要的。 单模光纤的带宽一 般都在几十 GHz?km 以上。（单模光纤只传输一种模式，纤芯直径较细，通常在 4μm～10 ） μm 范围内。 ） 2.2、多模光纤――在一定的工作波上，当有多个模式在光纤中传输时，则这种光纤称为多 模光纤。 （多模光纤就是允许多个模式在其中传输的光纤，或者说在多模光纤中允许存在多 个分离的传导模。（多模光纤可传输多种模式，纤芯直径较粗，典型尺寸为 50μm 左右。 ） ） 2.3、色散――由于光纤中所传信号的不同频率成分， 或信号能量的各种模式成分，在传输 过程中，因群速度不同互相散开，引起传输信号波形失真，脉冲展宽的物理现象称为色散。 2.4、模式色散――用光的射线理论来说，就是由于轨迹不同的各光线沿轴向的平均速度不 同所造成的时延差。 2.5、光纤――光纤是传光的纤维波导或光导纤维的简称。 2.6、阶跃型光纤――阶跃型光纤在纤芯和包层交界处的折射率呈阶梯形突变，纤芯的折射 率 n1 和包层的折射率 n2 是均匀常数。 2.7、渐变型光纤――渐变型光纤纤芯的折射率nl随着半径的增加而按一定规律逐渐减少，到 纤芯与包层交界处为包层折射率n2，纤芯的折射率不是均匀常数。 3.1、受激辐射发光现象――处于粒子数反转分布状态的大多数电子，在受到外来入射光子 激励时同步发射光子的现象， 也就是说受激辐射的光子和入射光子， 不仅波长相同而且相位、 方向也相同。这样，由弱的入射光激励而得到了强的出射光，起到了光放大作用。 3.2、有源光器件 - --光纤通信使用的有源光器件是光端机的核心，有光源和光检测器两种。 3.3、光源 -- -光源的作用是将信号电流变换为光信号功率， 即实现电-光的转换， 以便在光纤中传输。 目前光纤通信系统中常用的光源主要有：半导体激光器 LD、半导体发光二极管 LED、半导 体分布反馈激光器 DFB 等。3.4、光检测器 ---光检测器的作用是将接受的光信号功率变换为电信号电流，即实现光-电的转换。 光纤通信系统中最常用的光检测器有：半导体光电二极管、雪崩光电二极管。 3.5、激光器 -- -激光器就是光的振荡器。激光振荡是建立在光与物质相互作用的基础上。 3.7、光与物质的相互作用 -- -光与物质的相互作用主要有三种基本过程: (1)受激吸收；(2)自发辐射；(3)受激辐射。 3.8、粒子数的反转分布 -- -要使物质能对光进行放大，必须使物质中的受激辐射强于受激吸收，即高能级上的粒子 数多于低能级上的粒子数。物质的这一种反常态的粒子数分布，称为粒子数的反转分布 3.9、发光二级管――半导体发光二极管是非阈值器件。它与半导体激光器的本质区别是它 没有光学谐振腔，不能形成激光振荡。发光二极管是非相干光源，发光以自发辐射为主。 3.10、半导体光电二极管――是利用半导体材料的光电效应将入射光子转换成电子-空穴对， 形成光生电流，即实现光-电的转换。 3.11、PIN 光电二极管――一次电子空穴对＋光电转换 3.11、雪崩光电二极管――（二次电子空穴对＋光电转换＋光放大）雪崩光二极管（APD) 是利用载流子在高场区的碰撞电离形成雪崩倍增效应，使检测灵敏度大大提高，APD 的雪 崩增益随偏压的提高而增大。 3.12、各种无源光器件的定义 4.1、直接调制――直接调制是用电信号直接调制光源器件的偏置电流，使光源发出的光功 率随信号而变化。光源直接调制的优点是简单、经济、容易实现，但调制速率受载流子寿命 及高速率下的性能退化的限制。光纤通信中光源多采用直接调制方式。 4.2、外调制――外调制一般是基于电光、磁光、声光效应，让光源输出的连续光载波通过 光调制器，光信号通过调制器实现对光载波的调制。外调制方式需要调制器，结构复杂，但 可获得优良的调制性能，特别适合高速率光通信系统。 4.3、模拟调制――模拟调制可分为两类，一类是利用模拟基带信号直接对光源进行调制； 另一类采用连续或脉冲的射频波作副载波， 模拟基带信号先对它进行调制， 再用该已调制的 副载波去调制光载波。由于模拟调制的调制速率较低，均使用直接调制方式。 4.4、数字调制――数字调制主要指 PCM 脉码调制。先将连续的模拟信号进行抽样、量化、 编码，转化成一组二进制脉冲代码，对光信号进行通断调制。 数字调制也可使用直接调制 和外调制。 4.5、光接收机的线性通道――由光电检测器、前置放大器、主放大器和均衡器构成的这部 分电路，称为线性通道。在光接收机中，线性通道主要完成对信号的线性放大，以满足判决 电平的要求。 4.6、光接收机灵敏度――光接收机的灵敏度是指满足给定信噪比指标的条件下，光接收机 所需要的最小接收光功率 4.7、mBnB 码――是把输入的二进制原始码流进行分组，每组有 m 个二进制码，记为 mB，称为一个码字，然后把一个码字变换为 n 个二进制码，记为 nB，并在同一个时隙内输出。 5.1、SDH――同步数字传输体制，类似于 PDH（准同步数字传输体制） ，均为数字信号传输 体制。 5.2、误码率相关定义――5.3、抖动――数字信号在各有效瞬时对标准时间位置的偏差。 7.1、掺铒光纤放大器――是将掺铒光纤在泵浦源的作用下而形成的光纤放大器。 7.2、复用技术――是为了提高通信线路的利用率，而采用的在同一传输线路上同时传输多 路不同信号而互不干扰的技术 7.3、光孤子(Soliton)――是经光纤长距离传输后，其幅度和宽度都不变的超短光脉冲(ps 数 量级)。 7.4、光孤子通信――利用光孤子作为载体的通信方式称为光孤子通信。 7.5、全光网络(All-Optical Networks，AON)技术――是指光信息流在网络中的传输及交换时 始终以光的形式存在。 二、相应的问答题 （一）简答部分第一章部分1.1、光纤通信的优点： 答 A：1）光纤的容量大 2）损耗低、中继距离长 3）抗电磁干扰能力强 4）保密性能好 5）体积小，重量轻 6）节省有色金属和原材料 或 B：光纤通信的优点有： 1）容许频带很宽，传输容量很大 2）损耗很小， 中继距离很长且误码率很小 3）重量轻、 体积小 4）抗电磁干扰性能好 5）泄漏小， 保密性能好 6）节约金属材料，有利于资源合理利用 1.2、光纤通信的缺点：答： （1）. 抗拉强度低； （2）.光纤连接困难； （3）.光纤怕水 1.3、光纤通信的各种应用包括哪些方面？ 答：可概括如下：① 通信网, 包括全球通信网、各种专用通信网、特殊通信手段。② 构成 因特网的计算机局域网和广域网。③ 有线电视网的干线和分配网; 自动控制系统的数 据传输。④ 综合业务光纤接入网, 分为有源接入网和无源接入网。 1.4、光纤通信系统的组成以及各组成部分的功能？ 答：主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成 系统中光发送机的作用是将电信号转换为光信号， 并将生成的光信号注入光纤。 光发送 机一般由驱动电路、光源和调制器构成，如果是直接强度调制可以省去调制器； 光接收机的作用是将光纤送来的光信号还原成原始的电信号。 它一般由光电检测器和解 调器组成，对于直接强度调制解调器可以省略；　 光纤的作用是为光信号的传送提供传送媒介(信道)，将光信号由一处送到另一处； 中继器分为电中继器和光中继器(光放大器)两种， 其主要作用就是延长光信号的传输距 离。 1.5、传统上，以服务范围的大小把光纤通信网络分为哪几类？ 答： （1） 、LAN（光纤局域网） ：服务范围 2km，如以太网、信令网和信令总线； （2） 、MAN（光纤城域网） ：服务范围 100km，如电话本地交换网或者电缆电视（CATV） 分配系统； （3） 、WAN（广域网） ：服务范围可达数千千米，如开发系统互连国际网络等。 1.6、光纤通信网络的两种发展趋势是什么？ 答： （1） 、光纤技术逐渐从骨干网向宽 WAN 和 MAN 发展，最后也将渗透到本地网； （2） 、以太网技术逐渐从 LAN 向 MAN 和 WAN 发展，最后在骨干网上也将可能传送的 是国际互联网协议（IP）数据包。 这两种技术的结合，将有可能导致最终广泛采用综合了最好的光纤技术和以太网技术的 光 IP 以太网（如：IPoverWDM） 。它将是在一个平台上提供数据、视频和语音业务的主 要工具。 1.7、数字通信系统和模拟通信系统的区别？ 答：数、模实质：数字通信系统用参数取值离散的信号（如脉冲的有和无、电平的高和低等） 代表信息， 强调的是信号和信息之间的一一对应关系； 而模拟通信系统则用参数取值连续的 信号代表信息，强调的是变换过程中信号和信息之间的线性关系。 1.8、数字通信系统的优点是什么？ 答：数字通信系统的优点如下：①、抗干扰能力强，传输质量好。②、可以用再生中继，传 输距离长。③、适用各种业务的传输，灵活性大。④、容易实现高强度的保密通信。 ⑤、数字通信系统大量采用数字电路，易于集成，从而实现小型化、微型化，增强设备可靠 性，有利于降低成本。 1.9、光传送网的关键技术？ 、光交换技术 5） 、光 答：1） 、全光放大中继技术 2） 、光多路传输技术 3） 、波长选择技术 4） 分插复用（OADM）技术 6） 、波长转换技术 7） 、网络控制和管理技术 8） 、集成光学和光纤光栅技术 第二章部分 2.1、光纤的结构由哪几部分组成？各有什么作用？ 答：光纤（Optical Fiber）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。包层为光的传输提供反射 面和光隔离，并起一定的机械保护作用。 2.2、简述光纤的类型包括哪几种以及各自特点？ 解：实用光纤主要有三种基本类型： 1） 、突变型多模光纤（Step 　 Index Fiber, SIF） 纤芯折射率为 n1 保持不变，到包层突然 ， 变为 n2。 这种光纤一般纤芯直径 2a=50~80 μm， 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。 2） 、渐变型多模光纤（Graded 　 Index Fiber, GIF） 在纤芯中心折射率最大为 n1，沿径向 ， r 向外围逐渐变小，直到包层变为 n2。这种光纤一般纤芯直径 2a 为 50μm，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。 3） 、单模光纤（Single 　 Mode Fiber, SMF） ，折射率分布和突变型光 纤相似，纤芯直径只有 8~10 μm，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（两个偏振态简并） ，所以称为单模光纤，其信号畸变很小。 2.3、色散的产生以及危害？ 答：由于光纤中所传信号的不同频率成分， 或信号能量的各种模式成分，在传输过程中， 因群速度不同互相散开，引起传输信号波形失真，脉冲展宽的物理现象称为色散；光纤色散 的存在使传输的信号脉冲畸变，从而限制了光纤的传输容量和传输带宽。 2.4、光缆的结构分类？ 答： (1) 层绞式结构： 层绞式光缆的结构类似于传统的电缆结构方式， 故又称为古典式光缆。 (2) 骨架式结构：架式光缆中的光纤置放于塑料骨架的槽中，槽的横截面可以是 V 形、U 形 或其他合理的形状，槽的纵向呈螺旋形或正弦形，一个空槽可放置 5~10 根一次涂覆光纤。 (3) 束管式结构： 束管式结构的光缆近年来得到了较快的发展。 它相当于把松套管扩大为整 个纤芯，成为一个管腔，将光纤集中松放在其中。 (4) 带状式结构： 带状式结构的光缆首先将一次涂覆的光纤放入塑料带内做成光纤带， 然后 将几层光纤带叠放在一起构成光缆芯。 2.5、光缆的种类？ 答：根据光缆的传输性能、距离和用途，光缆可以分为市话光缆、长途光缆、海底光缆和用 户光缆；根据光纤的种类，光缆可以分为多模光缆、单模光缆； 根据光纤套塑的种类，光缆可以分为紧套光缆、松套光缆、束管式新型光缆和带状式多 芯单元光缆；　 根据光纤芯数的多少，光缆可以分为单芯光缆和多芯光缆等等； 根据加强构件的配置方式，光缆可以分为中心加强构件光缆(如层绞式光缆、骨架式光 缆等)、分散加强构件光缆(如束管式光缆)和护层加强构件光缆(如带状式光缆)；　 根据敷设方式，光缆可以分为管道光缆、直埋光缆、架空光缆和水底光缆；　 根据护层材料性质，光缆可以分为普通光缆、阻燃光缆和防蚁、防鼠光缆等。 2.6 、 目 前 光 纤 通 讯 为 什 么 采 用 以 下 三 个 工 作 波 长 ： λ1 =0.85 μm ， λ2 =1.31 μm ，λ3 =1.55 μm ？解：因为光纤通信的三个传输窗口分别为：0.85um（短波长） ，1.31um 及 1.55um（长波长） 2.7、光纤通讯为什么向长波长、单模光纤方向发展？ 解：从多模突变型(SIF)、渐变型(GIF)光纤到单模(SMF)光纤，损耗依次减小。 0.8~1.55 μ 在 m 波段内，除吸收峰外， 光纤损耗随波长增加而迅速减小；另一方面，从色散的讨论中看 到： 从多模 SIF、 GIF 光纤到 SMF 光纤，色散依次减小(带宽依次增大)。正因为这些特性， 使光纤通信从 SIF、 光纤发展到 SMF 光纤， GIF 从短波长(0.85 μm)“窗口”发展到长波长(1.31 μm 和 1.55 μm)“窗口”。 2.8、光纤色散产生的原因及其危害是什么？ 解： 色散(Dispersion)是在光纤中传输的光信号， 由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的 一种物理效应。色散对光纤传输系统的影响，在时域和频域的表示方法不同。如果信号是模 拟调制的，色散限制带宽(Bandwith)； 如果信号是数字脉冲，色散产生脉冲展宽(Pulse broadening)。 2.9、光纤损耗产生的原因及其危害是什么？ 解： （1） 、原因：吸收损耗是由 SiO2 材料引起的固有吸收和由杂质引起的吸收产生的；散 射损耗主要由材料微观密度不均匀引起的瑞利(　 Rayleigh)散射和由光纤结构缺陷(如气泡) 引起的散射产生的。 （2） 、由于损耗的存在，在光纤中传输的光信号，不管是模拟信号还是 数字脉冲，其幅度都要减小；光纤的损耗在很大程度上决定了系统的传输距离。 2.10、对光缆的基本要求是什么？ 解：对光缆的基本要求是：保护光纤的机械强度和传输特性，防止施工过程和使用期间光纤 短裂，保护传输特性稳定。 2.11、简述光缆的结构和类型？ 解：光缆一般由缆芯和护套两部分组成，有时在护套外面加有铠装。 根据缆芯结构的特点，光缆可分为四种基本型式：1） 、层绞式；2） 、骨架式；3） 、中心束管 式；4） 、带状式。根据使用条件，光缆又可以分为许多类型：一般光缆有室内光缆、 架空 光缆、 埋地光缆和管道光缆等 2.12、简述光缆的型式代号由哪几部分构成？ 解：光缆的型式代号是由分类、加强构件、派生(形状、特性等)、护套和外护层五部分组成。 2.13、简述光纤的型式代号由哪几部分构成？ 解：光纤的规格代号是由光纤数目、光纤类别、光纤主要尺寸参数、传输性能和适用温度五 部分组成，各部分均用代号或数字表示。 2.14、一个金属加强构件、油膏填充、钢-铝-塑料综合护套、钢丝铠装、聚乙烯外护层的 通信用室外光缆，其中包括 12 根模场直径/包层直径为 10/125μm 的二氧化硅系单模光纤， 在 1300nm 波长上衰减常数不大于 0.5dB/km， 光缆的适用温度为-20～+60℃的光缆型号如何 表示？ 解：GYTS33―12D10/125（205）C 2.15、光纤的特性参数具体包括那些？ 解：光纤的特性参数很多，基本上可分为几何特性、光学特性和传输特性三类。几何特性包 括纤芯与包层的直径、偏心度和不圆度；光学特性主要有折射率分布、数值孔径、模场直径 和截止波长；传输特性主要有损耗、带宽和色散。 2.16、说明光纤损耗、带宽(色散)和截止波长这些特性参数测量的共同的特点以及测量系 统的组成？ 解： 共同的特点是用特定波长的光通过光纤， 然后测出输出端相对于输入端的光功率或幅度、相位等物理量的变化，再经过相应的数据处理而实现的。测量系统一般包括发射光源、注入 装置和接收与数据处理设备。 第三章部分 3.1、半导体激光器发光的条件？ 答： （1）有源区里产生足够的粒子数反转分布； （2）在谐振腔里建立起稳定的振荡。 3.2、半导体发光二极管与半导体激光器的区别？ 答：半导体发光二极管是非阈值器件。它与半导体激光器的本质区别是它没有光学谐振腔， 不能形成激光振荡。发光二极管是非相干光源，发光以自发辐射为主。 3.3、半导体激光器有哪些特性？ 解：发射波长与半导体材料有关；光谱特性：在直流驱动下，随着驱动电流的增加，纵模模 数逐渐减少，谱线宽度变窄；在数字调制下，随着调制电流增大，纵模模数增多，谱线宽度 变窄。 3.4、对光纤通信系统所用的光无源器件的特性的普遍要求是什么？ 解：普遍要求插入损耗小、反射损耗大、工作温度范围宽、性能稳定、寿命长、 体积小、 价格便宜， 许多器件还要求便于集成。 3.5、对光纤通信系统所用的光无源器件――连接器的作用是什么？ 解：连接器是实现光纤与光纤之间可拆卸(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。 3.6、对光纤通信系统所用的光无源器件――光耦合器的功能是什么？波分复用器的概念是 什么？ 解：耦合器的功能是把一个输入的光信号分配给多个输出， 或把多个输入的光信号组合成 一个输出。 这种器件对光纤线路的影响主要是附加插入损耗， 还有一定的反射和串扰噪声耦 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。 3.7、对光纤通信系统所用的光无源器件――光隔离器的主要作用是什么？ 解：隔离器就是一种非互易器件，其主要作用是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。 3.8、对光纤通信系统所用的光无源器件――光开关的功能是什么？ 解：光开关的功能是转换光路， 实现光交换， 它是光网络的重要器件。 3.9、PN 结半导体激光器发光机理是什么？ 解：PN 结半导体激光器是用 PN 结作激活区，用半导体天然解里面作为反射镜组成光子谐 振腔，外加正向偏压作为泵浦源。 3.10、PN 结半导体发光二极管发光机理是什么？ 解：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。 第四章部分 4.1、光波的调制以及分类？ 答：在光纤通信系统中，把随信息变化的电信号加到光载波上，使光载波按信息的变化而变 化，这就是光波的调制。从调制方式与光源的关系上来分，强度调制的方法有两种：直接调 制和外调制。从调制信号的形式来分，光调制又分为模拟调制和数字调制。 4.2、对数字信号进行编码的理由是什么？答： 为了使接收再生电路把相位或频率锁定到信号定时上因为光接收机采用电容耦合， 接收 机不能对直流或低频分量响应，使长连零信号的幅度逐渐下降，经判决电路后会产生误码 4.3、对数字信号进行编码的目的是什么？ 答：使输出的二进制码不要产生长连“1”或长连“0”，而是使“1”码和“0”码尽量相间排列 4.4、进行码型变换的意义是什么？ 答：在光纤通信系统中，从电端机输出的是适合于电缆传输的双极性码。光源不可能发射负 光脉冲，因此必须进行码型变换，以适合于数字光纤通信系统传输的要求。 4.5、数字光纤通信系统常用的线路码型包括：扰码、mBnB 码、插入码。 4.6、mBnB 码的基本特点是什么？ 答：这种码型是把 mB 变换为 nB，所以称为 mBnB 码，其中 m 和 n 都是正整数，n&m，一般选 取 n=m+1。mBnB 码有 1B2B、3B4B、5B6B、8B9B、17B18B 等等。 4.7、激光器（LD）产生张弛振荡和自脉冲现象的机理是什么？它的危害是什么？应如何消 除这两种现象？ 解： 半导体激光器在高速脉冲调制下， 输出光脉冲和注入电流脉冲之间存在一个初始延迟时 间，称为电光延迟时间 td，其数量级一般为 ns。当电流脉冲注入激光器后，输出光脉冲会 出现幅度逐渐衰减的振荡， 称为张弛振荡；张弛振荡的后果是限制调制速率。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； 自脉动现象是激光器内部不均匀增益或不均匀吸收产生的 严重影响 LD 的高速调制特性。消除方法是对 LD 施加偏置电流 4.8、LD 为什么能够产生码型效应？其危害及消除方法是什么？ 解：当电光延迟时间td与数字调制的码元持续时间T/2 为相同数量级时，会使“0”码过后的第 一个“1 码的脉冲宽度变窄，幅度减小，严重时可能使单个“１”码丢失， 这种现象称为“码型 效应”； “码型效应”的特点是， 在脉冲序列中较长的连“0”码后出现的“1”码，其脉冲明显 变小，而且连“0”码数目越多，调制速率越高，这种效应越明显；用适当的“过调制”补偿方 法， 可以消除码型效应。 4.9、在 LD 的驱动电路里，为什么要设置功率自动控制电路 APC？功率自动控制实际是控制 LD 的哪几个参数？ 解： （1） 、保证输出光功率有足够的稳定性（2） 、功率、幅度、频率、相位。 4.10、在 LD 的驱动电路里，为什么要设置温度自动控制电路 ATC？具体措施是什么？控制 电路实际是控制的是哪几个参数？ 解： （1） 、半导体光源的输出特性受温度影响很大，特别是长波长半导体激光器对温度更加 敏感。为保证输出特性的稳定，对激光器进行温度控制是十分必要的。 （2） 、温度控制装置 一般由致冷器、热敏电阻和控制电路组成，致冷器的冷端和激光器的热沉接触，热敏电阻作 为传感器，探测激光器结区的温度，并把它传递给控制电路，通过控制电路改变致冷量，使 激光器输出特性保持恒定。 （3） 、电流、电压 4.11、光接收机前置放大器第一个晶体管选 FET 或 BJT 的依据是什么？ 解：放大器噪声特性取决于所采用的前置放大器类型， 根据放大器噪声等效电路和晶体管 理论可以决定光接收机前置放大器第一个晶体管选 FET 或 BJT。 4.12、为什么光接收机的前置放大器多采用跨阻型？ 解： 由于跨阻型前置放大器最大的优点是改善了带宽特性和动态范围， 并具有良好的噪声特 性。 4.13、在数字光接收机中，设置均衡滤波网络的目的是什么？ 解：消除外部电磁干扰产生的噪声。 4.14、在数字光接收机中，为什么要设置 AGC 电路？解：因为主放大器和 AGC 决定着光接收机的动态范围。 4.15、数字光接收机量子极限的含义是什么？ 解：光接收机可能达到的最高灵敏度，其极限值是由量子噪声决定的，所以称为量子极限。 4.16、在数字光纤通信系统中，选择码型时应考虑哪几个因素？ 解：数字光纤通信系统对线路码型的主要要求是保证传输的透明性，具体要求有：(1) 能限 制信号带宽，减小功率谱中的高低频分量；(2) 能给光接收机提供足够的定时信息；(3) 能 提供一定的冗余码，用于平衡码流、误码监测和公务通信。 4.17、衡量接收机性能的主要指标是什么？在接收机的理论中，中心的问题是什么？光接收 机灵敏度主要取决于什么？ 解：衡量接收机性能的主要指标是接收灵敏度。在接收机的理论中，中心的问题是如何降低 输入端的噪声， 提高接收灵敏度。 光接收机灵敏度主要取决于光电检测器的响应度以及检测 器和放大器的噪声。 第五章部分5.1、中继器的组成和作用 答：中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个：一个是补偿光信号在 光纤中传输时受到的衰减；另一个是对波形失真的脉冲近行校正。 5.2、为什么要引入 SDH？ 解：SDH 解决了 PDH 存在的问题，是一种比较完善的传输体制。 5.3、SDH 的特点有哪些？SDH 帖中 AU PTR 表示什么？它有何作用？ 解： （1） 、SDH 具有下列特点： SDH 采用世界上统一的标准传输速率等级； SDH 各网络单元的光接口有严格的标准规范； 在 SDH 帧结构中，丰富的开销比特用于网络的运行、维护和管 理，便于实现性能监测、故障检测和定位、故障报告等管理功能； 采用数字同步复用技术，其最小的复用单位为字节，不必进行码 速调整，简化了复接分接的实现设备，由低速信号复接成高速信 号，或从高速信号分出低速信号，不必逐级进行； 采用数字交叉连接设备 DXC 可以对各种端口速率进行可控的连 接配置，对网络资源进行自动化的调度和管理，既提高了资源利用率，又增强了网络的抗毁 性和可靠性。 （2） 、管理单元指针(AU PTR)是一种指示符， 主要用于指示 Payload 第一个字节在帧内的 准确位置(相对于指针位置的偏移量) 5.4、数字光纤通信系统很适合于长距离、大容量和高质量的信息传输的原因？ 解： 数字光纤传输系统是一种通过光纤信道传输数字信号的通信系统， 由于数字信号只取有 限个离散值，可以通过取样、判决而再生，所以这种通信系统对信道的非线性失真不敏感， 在通信全程中，即使有多次中续、失真（包括线性失真和非线性失真）和噪声也不会累积。 因而， 与模拟光纤通信相比， 数字光纤通信系统对光源特性的线性要求与对接收信噪比的要 求都不高，更能充分发挥光纤的优势，很适合于长距离、大容量和高质量的信息传输。 5.5、光纤大容量数字传输目前普遍采用什么技术？它包括哪两种传输体制？ 解：光纤大容量数字传输目前都采用同步时分复用(TDM)技术， 复用又分为若干等级，因而先后有两种传输体制：准同步数字系列(PDH)和同步数字系列(SDH)。 5.6、抖动的定义是什么？ 解：抖动是数字信号传输过程中产生的一种瞬时不稳定现象。 抖动的定义是：数字信号在 各有效瞬时对标准时间位置的偏差。 5.7、对数字光纤通信系统而言，系统设计的主要任务是什么？ 解： 对数字光纤通信系统而言， 系统设计的主要任务是， 根据用户对传输距离和传输容量(话 路数或比特率)及其分布的要求，按照国家相关的技术标准和当前设备的技术水平，经过综 合考虑和反复计算，选择最佳路由和局站设置、 传输体制和传输速率以及光纤光缆和光端 机的基本参数和性能指标，以使系统的实施达到最佳的性能价格比。 5.8、对数字光纤通信系统而言，在技术上，系统设计的主要问题是什么？中继距离的设计 有哪三种方法？ 解：技术上，系统设计的主要问题是确定中继距离，尤其对长途光纤通信系统，中继距离设 计是否合理，对系统的性能和经济效益影响很大。中继距离的设计有三种方法：最坏情况法 (参数完全已知)、 统计法(所有参数都是统计定义)和半统计法(只有某些参数是统计定义)。 5.9、光纤通信系统设计的任务以及它与工程设计的主要区别分别是什么？ 答：系统设计的任务是：遵循建议规范，采用先进、成熟技术，综合考虑系统经济成本，合 理地选用器件和设备，明确系统的全部技术参数，完成实用系统的合成。 它与工程设计主要区别在于： 首先系统设计与工程设计的区别表现在复杂程度上； 其次系统 设计与工程设计的区别表现在它们的任务不同。 5.10、抖动产生的原因以及危害？ 答：主要与定时提取电路的质量、输入信号的状态和输入码流中的连“0”码数目有关； 抖动严重时，使得信号失真、 误码率增大。 5.11、光纤传输系统的技术水平由什么来综合反映？举例说明。 答：可以由传输速率×中继距离(fb×L)来表示。 可以把反映光纤传输系统技术水平的指标：速率×距离(fb×L)乘积大体归纳如下：　 　 0.85μm，SIF光纤，fb×L～0.01×1=0.01 (Gb/s)?km　 0.85μm，GIF光纤，fb×L～0.1×20=2.0 (Gb/s)?km　 1.31 μm，SMF光纤，fb×L～1×125=125 (Gb/s)?km　 1.55μm，SMF光纤，fb×L～2×75=150 (Gb/s)?km　 1.55μm，DSF光纤，fb×L～20×80=1600 (Gb/s)?km 第六章部分 6.1、模拟光纤通信系统的特点是什么？ 解： 模拟光纤通信系统是一种通过光纤信道传输模拟信号的通信系统， 目前主要用于模拟电 视传输。模拟光纤通信系统采用参数大小连续变化的信号来代表信息，要求在电/光转换过 程中信号和信息存在线性对应关系，因此，对光源功率特性的线性要求，对信号信噪比的要 求都比较高。由于噪声的积累，和数字光纤通信相比，模拟光纤通信系统的传输距离较短。 6.2、模拟光纤通信系统目前使用的主要调制方式是什么？其概念分别是什么？ 解：包括模拟基带直接光强调制、模拟间接光强调制、频分复用光强调制 1） 、模拟基带直接光强调制(DIM)是用承载信息的模拟基带信号，直接对发射机光源(LED 或 LD)进行光强调制， 使光源输出光功率随时间变化的波形和输入模拟基带信号的波形成比 例。 2） 模拟间接光强调制方式是先用承载信息的模拟基带信号进行电的预调制， 、 然后用这个预调制的电信号对光源进行光强调制(IM)。这种系统又称为预调制直接光强调制光纤传输系 统。 3） 、频分复用光强调制方式是用每路模拟电视基带信号，分别对某个指定的射频(RF)电信号 进行调幅(AM)或调频(FM)， 然后用组合器把多个预调 RF 信号组合成多路宽带信号，再用 这种多路宽带信号对发射机光源进行光强调制。 6.3、什么叫副载波复用（SCM）？副载波复用光纤通信有哪些优点？ 解：光载波经光纤传输后，由远端接收机进行光/电转换和信号分离。因为传统意义上的载 波是光载波，为区别起见，把受模拟基带信号预调制的 RF 电载波称为副载波，这种复用方 式也称为副载波复用(SCM)。 SCM 模拟电视光纤传输系统的优点：　 (1)一个光载波可以传输多个副载波，各个副载波可以承载不同类型的业务，有利于数字和 模拟混合传输以及不同业务的综合和分离。 (2)SCM 系统灵敏度较高，又无需复杂的定时技术 (3)在数字电视传输系统未能广泛应用的今天，这种系统不仅可以满足目前社会对电视频道 日益增多的要求，而且便于在光纤与同轴电缆混合的有线电视系统(HFC)中采用。 6.4、副载波复用的实质是什么？ 解： 载波复用的实质是利用光纤传输系统很宽的带宽换取有限的信号功率， 也就是增加信道 带宽，降低对信道载噪比(载波功率/噪声功率)的要求，而又保持输出信噪比不变。 6.5、评价模拟信号直接光强调制系统的传输质量的最重要的特性参数是什么？ 解：评价模拟信号直接光强调制系统的传输质量的最重要的特性参数是信噪比(SNR)和信号 失真(信号畸变)。 6.6、模拟基带直接光强调制光纤电视传输系统光发射机的功能是什么？对这种光发射机的 基本要求是什么？ 解： 模拟基带直接光强调制光纤电视传输系统光发射机的功能是， 把模拟电信号转换为光信 号。 对这种光发射机的基本要求是： 发射(入纤)光功率要大， (1) 以利于增加传输距离； 非 (2) 线性失真要小；(3) 调制指数 m(mTV)要适当大；(4) 光功率温度稳定性要好。 6.7、副载波复用(SCM)模拟电视光纤传输系统的基本过程是什么？ 解：副载波复用(SCM)模拟电视光纤传输系统的基本过程是：N 个频道的模拟基带电视信号 分别调制频率为 f1,f2,f3,…,fN 的射频(RF)信号， N 个带有电视信号的副载波 f1s, f2s, f3s， 把 …, fNs 组合成多路宽带信号，再用这个宽带信号对光源(一般为 LD)进行光强调制，实现电/光 转换。光信号经光纤传输后，由光接收机实现光/电转换， 经分离和解调，最后输出 N 个频 道的电视信号。 第七章部分 7.1、光纤通信发展的目标是什么？ 解：光纤通信发展的目标是提高通信能力和通信质量，降低价格，满足社会需要。 7.2、光放大器的类型及特点是什么？ 解：光放大器有半导体光放大器和光纤放大器两种类型。半导体光放大器的优点是小型化， 容易与其他半导体器件集成； 缺点是性能与光偏振方向有关，器件与光纤的耦合损耗大。 光纤放大器的性能与光偏振方向无关，器件与光纤的耦合损耗很小， 因而得到广泛应用。 光纤放大器实际上是把工作物质制作成光纤形状的固体激光器，所以也称为光纤激光器。 7.3、EDFA 的工作原理是什么？有哪些应用方式？解： 、EDFA 的工作原理是：在掺铒光纤(EDF)中，铒离子(Er3+)有三个能级： 其中能级 （1） 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(Pump, 抽运)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(1→3)。但是激发态是不稳定的，Er3+很快返回到能级 2。如果输入的信号 光的光子能量等于能级 2 和能级 1 的能量差，则处于能级 2 的 Er3+将跃迁到基态(2→1)，产 生受激辐射光，因而信号光得到放大。 （2） 、EDFA 的应用， 归纳起来可以分为三种形式： 中继放大器、前置放大器和后置放大器。 7.4、对于 980nm 泵浦和 1480nm 泵浦的 EDFA，哪种泵浦方式的功率转换效率高？哪种泵浦 方式的噪声系数小？为什么？ 解： 对泵浦光源的基本要求是大功率和长寿命。 波长为 1480 μm 的 InGaAsP 多量子阱(MQW) 激光器， 输出光功率高达 100 mW, 泵浦光转换为信号光效率在 6 dB/mW 以上。 波长为 980 nm 的泵浦光转换效率更高，达 10 dB/mW， 而且噪声较低，是未来发展的方向。 7.5、光波分复用的概念及基本原理是什么？ 解：光波分复用(WDM： Wavelength Division Multiplexing)技术是在一根光纤中同时传输多 个波长光信号的一项技术。其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来(复用)，并 耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光信号分开(解复 用)，并作进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端，因此将此项技术称为光波长分割 复用， 简称光波分复用技术。 7.6、WDM 系统的基本构成主要有哪两种形式？ 解：WDM 系统的基本构成主要有以下两种形式：(1) 双纤单向传输。单向 WDM 传输是指 所有光通路同时在一根光纤上沿同一方向传送。(2) 单纤双向传输。 双向 WDM 传输是指 光通路在一根光纤上同时向两个不同的方向传输。 7.7、目前国际上长途高速光纤通信线路的主要技术方向是什么？ 解：目前，“掺铒光纤放大器(EDFA)+密集波分复用(WDM)+非零色散光纤(NZDSF，即 G.655 光纤)+光子集成(PIC)”正成为国际上长途高速光纤通信线路的主要技术方向。 7.8、光波分复用器的基本要求是什么？ 解：对波分复用器的基本要求是：插入损耗小，隔离度大，带内平坦，带外插入损耗变化陡 峭，温度稳定性好，复用通路数多，尺寸小等。 7.9、光交换的作用以及光交换有哪些方式？ 解： （1） 、在现有通信网络中，高速光纤通信系统仅仅充当点对点的传输手段，网络中重要 的交换功能还是采用电子交换技术。传统电子交换机的端口速率只有几 Mb/s 到几百 Mb/s， 不仅限制了光纤通信网络速率的提高， 而且要求在众多的接口进行频繁的复用/解复用，光 /电和电/光转换，因而增加了设备复杂性和成本，降低了系统的可靠性。要彻底解决高速光 纤通信网存在的矛盾，只有实现全光通信，而光交换是全光通信的关键技术。 （2） 、光交换主要有三种方式： 空分光交换、 时分光交换和波分光交换。 7.10、光交换三种方式的概念及功能是什么？ 解： （1） 、空分光交换的功能是使光信号的传输通路在空间上发生改变。空分光交换的核心 器件是光开关； （2） 、时分光交换是以时分复用为基础， 用时隙互换原理实现交换功能的； （3） 、波分光交换(或交叉连接)是以波分复用原理为基础， 采用波长选择或波长变换的方 法实现交换功能的。 7.11、光孤子通信的概念及优点是什么？ 解：光孤子(Soliton)是经光纤长距离传输后，其幅度和宽度都不变的超短光脉冲(ps 数量级)； 光孤子的形成是光纤的群速度色散和非线性效应相互平衡的结果。 利用光孤子作为载体的通 信方式称为光孤子通信。光孤子通信的优点是：传输距离可达上万公里，甚至几万公里。7.12、相干光通信技术的概念、优点及关键技术各是什么？ 解： （1） 、所谓相干光，就是两个激光器产生的光场具有空间叠加、 相互干涉性质的激光， 利用相干光进行通信的技术称相干光通信。 （2） 、相干检测技术主要优点是可以对光载波实 施幅度、频率或相位调制； 、相干光系统的关键技术是：a、必须使用频率稳定度和频谱 （3） 纯度都很高的激光器作为信号光源和本振光源；b、相干光系统要求信号光和本振光混频时 满足严格的匹配条件，才能获得高混频效率，这种匹配包括空间匹配、波前匹配和偏振方向 匹配。 7.13、光纤通信的目标是什么？ 解：提高速率和增大容量是光纤通信的目标。 7.14、要实现光时分复用技术（OTDM） 需要解决的关键技术是什么？ ， 解：要实现 OTDM， 需要解决的关键技术有：(1) 超短光脉冲光源；(2) 超短光脉冲的长距 离传输和色散抑制技术；(3) 帧同步及路序确定技术；(4) 光时钟提取技术；(5) 全光解复用 技术。 7.15、在 WDM 光网络中使用波长变换技术的原因是什么？目前惟一成熟的波长变换技术是 什么？ 解： 、在 WDM 光网络中使用波长变换技术的原因有：首先，信息可以通过 WDM 网络 （1） 中不适宜使用的波长进入 WDM 网络；其次，在网络内部，可以提高链路上现有波长的利 用率；最后，如果不同网络由不同的组织管理，并且这些网络没有协调一致的波长分配，那 么在网络之间就可以使用波长变换器。 （2） 、波长变换的基本方法有两种：光/电/光方法和全光方法。将光信号经光/电转换变成电 信号，电信号再调制所需波长的激光器，从而实现波长变换――光/电/光方法，这是目前惟 一成熟的波长变换技术。 7.16、掺铒光纤的定义和作用？ 答： 掺铒光纤是一种向常规传输光纤的石英玻璃基质中掺入微量铒元素的特种光纤； 掺入铒 元素的目的， 是促成被动的传输光纤转变为具有光放大能力的主动光纤， 光放大的特性主要 由掺铒元素决定。 7.17、掺铒光纤放大器的光路结构 答：(1） 、前向（同向）泵浦掺铒光纤放大器 ----前向（同向）泵浦掺铒光纤放大器，表示信号光和泵浦光同向进入掺铒光纤。光隔离器 用于隔离反馈光信号，提高稳定性。这种结构噪声特性较好。 (2） 、后向（反向）泵浦掺铒光纤放大器 ----后向（反向）泵浦掺铒光纤放大器，表示信号光和泵浦光从两个不同方向进入掺铒光纤。 这种结构具有较高的输出信号功率，但噪声特性较差。 (3)、双向泵浦掺铒光纤放大器 ----双向泵浦掺铒光纤放大器，表示两个泵浦光从两个相反方向进入掺铒光纤。这种结构具 有的输出信号功率最高，噪声特性也不差。 7.18、光放大器的分类？ 答：光放大器按原理不同大体上有三种类型。　 (1) 掺杂光纤放大器，就是利用稀土金属离子作为激光工作物质的一种放大器； (2) 传输光纤放大器，其中有受激喇曼散射(Stimulated Raman Scattering，SRS)光纤放大器、 受激布里渊散射(Stimulated Brilliouin Scattering， SBS)光纤放大器和利用四波混频效应(FWM)的光放大器等； (3) 半导体激光放大器。其结构大体上与激光二极管(Laser Diode，LD)相同。 7.19、掺饵光纤放大器的工作原理？ 答： 掺饵光纤放大器采用掺铒离子单模光纤作为增益物质， 在泵浦光激发下产生粒子数反转， 在信号光诱导下实现受激辐射放大 7.20、EDFA 固有的缺点是什么？ 答：(1) 波长固定，只能放大 1.55μm 左右的光波，换用不同基质的光纤时，铒离子能级也 只能发生很小的变化，可调节的波长有限，只能换用其他元素；　 (2) 增益带宽不平坦，在 WDM 系统中需要采用特殊的手段来进行增益谱补偿。 7.21、简述各种复用技术的原理？ 答：光波分复用(WDM)技术是在一芯光纤中同时传输多波长光信号的一项技术。其基本原 理是在发送端将不同波长的光信号组合起来，并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传 输， 在接收端将组合波长的光信号分开， 并作进一步处理， 恢复出原信号后送入不同的终端。 为了进一步提高光纤带宽利用率，相邻两光载波的间隔将越来越小，一般认为：当相邻光载 波的间隔小到 0.1nm(10GHz)以下时，此时的复用称为光频分复用。 光时分复用(OTDM)技术指利用高速光开关把多路光信号在时域里复用到一路上的技术。 光副载波复用(OSCM)技术是将基带信号首先调制到 GHz 的副载波上，再把副载波调制到 THz 的光载波上。 光码分复用(OCDM)技术是 CDM(Code Division Multiplexing)技术和光纤通信技术相结合的 产物，在这种复用技术中，每个信道不是占用一个给定的波长、频率或者时隙，而是以一个 特有的编码脉冲序列方式来传送其比特信息。 7.22、光孤子的形成原理？ 答： 光孤子的形成是光纤的群速度色散和非线性效应相互平衡的结果。 光纤非线性效应和色 散单独起作用时，在光纤中传输的光信号都要产生脉冲展宽，对传输速率的提高是有害的。 但是如果适当选择相关参数，使两种效应相互平衡，就可以保持脉冲宽度不变， 因而形成 光孤子。 （二） 、回答下列简写的含义：第二章部分 主要公式：1、纤芯和包层的相对折射率差――Δ=（n1-n2）/n1 2、数值孔径―― NA = 3、时间延迟―― τ =2 n12 ? n 2 ≈ n1 2Δθ2 n1l n1l nL = secθ 1 ≈ 1 (1 + 1 ) c c c 24、时间延迟差（脉冲展宽）――Δτ =nL L 2 L θc = ( NA) 2 ≈ 1 Δ 2n1c 2n1c c5、归一化频率―― v =2πaλ2 n12 ? n 26、模式总数――a、阶跃型： M = b、渐变型：V2 2M = (g g v2 ) a 2 k 2 n 12 Δ = ( ) g + 2 g + 2 27、单模传输条件：V ≤ 2.405 主要缩写：1、SIF――Step-Index Fiber ~ ~突变型多模光纤 2、GIF――Graded-Index Fiber~ ~渐变型多模光纤 3、SMF――Single-Mode Fiber ~ ~单模光纤 4、DFF――Dispersion-Flattened Fiber ~ ~色散平坦光纤 5、DSF――Dispersion-Shifted Fiber ~ ~ 色散移位光纤 6、PCM～～脉冲编码调制 第三章部分主要公式：1、波尔条件: E 2 ? E1 = hf12f12 --吸收或辐射的光子频率2、处于热平衡状态的系统存在的分布:N1 E ? E1 = exp( ? 2 ) N2 kT3、半导体激光器的发射波长取决于导带的电子跃迁到价带时所释放的能量，这 个能量近似等于禁带宽度 Eg(eV)： hf=Eg 发射波长： λ =hc 1.24 = Eg Eg4、激光振荡的相位条件为：L=qλ2n或λ =2nL q式中：L――谐振腔的长度； λ ――激光波长；n――激活物质的折射率； q＝1，2，3……称为纵模模数 5、量子效率η : a、一般： η =IP I hf 光生电子 ? 空穴对 e = = P P0 入射光子数 P0 e hfb、器件表面反射率为零，P 层和 N 层对量子效率的贡献可以忽略：η = 1 ? exp( ?α (λ )ω )6、响应度:ρ=I P ηe A = ( ) P0 hf W1 2πτ 0 0.357、脉冲响应时间：τ=τr=τf=2.2τ0 　 8、当光电二极管具有单一时间常数τ0 时：fc= 9、光电二极管的总均方噪声电流为： 〈i2〉=2e(IP+Id)B+=τr4 KTB R主要缩写：1、LD――Laser Diode ~ ~半导体激光二极管（或称激光器） 2、LED――Light Emitting Diode~ ~发光二极管（或称发光管） 3、Nd：YAG――Yttnium Aluminum Garnet~ ~掺钕钇铝石榴石 YAG/LED sourceDD钇铝石榴石/发光二极管光源 用于光纤传输的一种激光光源，它由发光二极管（LED）泵激的钇铝石 榴石（YAG）晶体激光器组成。钇铝石榴石/发光二极管光源发射一个约 200 毫微米波长的窄光谱，但它效率低，体积大。 4、DFB-LD――Distributed Feedback ~ ~分布反馈激光器 5、PD――Photo Detection ~ ~光电二极管 6、PIN-PD ~ ~ 在 PN 结中间设置了一层掺杂浓度很底的本征半导体 7、APD――Avalanche Photodiode ~ ~雪崩光电二极管 第四章部分主要公式：1、灵敏度：Pr=10lg [& P & min( w) ](dBm) 10 ?32、理想光接收机灵敏度: Pr=10lgnhcf b 2λη主要缩写：1、APC――Automatic Power Contrl ~ ~自动功率控制 2、ATC ――Automatic Temperature Contrl ~ ~自动温度控制 3、AGC――Automatic Gain Contrl ~ ~自动增益控制 4、FET DD~ ~ 场效应管 5、BJT DD~ ~双极型晶体管 6、OEIC ――Opto-electronic integrated circuit ~ ~ 光电集成电路 第五章部分主要公式：1、中继距离：L≤p t ? p r ? 2a c ? M c a f + as + am主要缩写：1、TDM――Time-Division Multiplexing～～时分复用 2、PDH ――Plesiochronous Digital Hierarchy～～准同步数字系列 3、SDH――Synchronous Digital Hierachy～～同步数字系列 4、ISDN ――Integrated-services Digital Network ～～综合业务数字网 5、BER――Bit-error rate～～(比特)误码率 6、 BERth ―― 7、DM 8、SEC 9、EC ―― ―― ―― ～～误码率门限值 ～～劣划分 ～～严重误码秒 ～～误码秒 ～～长期平均误码率10、 BERav ――11、PCM ――Pulse-Code Modulation～～脉（冲编）码调制 12、D-IM―― ～～模拟基带直接光强调制 13、IM ―― ～～光强调制 第六章部分 主要缩写：1、SCM――Synchronous Digital Hierachy～～副载波复用 2、FM、PM、AM～～调频（率） 、调幅（度） 、调相（位） 第七章部分 主要缩写：1、EDFA――Erbium-Doped Fiber Amplifier ~ ~掺铒 （Er）光纤放大器 2、WDM ――Warelength-Division Multiplexing ~ ~ 光波分复用 3、OTDM――Optical Time Division Multiplexing ~ ~光时分复用 4、WC ――Wavelength Conversion ~ ~ 波长交换《光纤通信基础》部分习题及参考答案 2三、相应的设计题（参考答案提示） 1.1、设计一个单项传输光纤通信系统，并回答系统中各组成部分的作用。 解：设计的一种光纤通信系统的基本组成(单向传输)参考答案：发 射 信 息 源 电 发 射 机 电信号 输入 光 发 射 机 基本光纤传输系统 光纤线路 光 接 收 机 接 收 电 接 收 机 电信号 输出 信 息 宿光信号 输出光信号 输入3.1、设计一个衍射光栅型光合波和光分波的原理图。3.2、 光分波的原理图。设计一个棱镜型光合波和13.3、设计一个波导型分波的原理图。3.4、设计一个波导型分波的结构图。3.5、设计一个干涉模分光器分光原理图。3.6、设计一个带通滤波器原理图。 答：调整带通滤波器可以对 2 个波长的光按反射或者透过进行分离。23.7、设计一个光隔离器的结构及工作原理图。3.8、根据光隔离器的工作原理，构成一个三端口光环行器的结构，并说明各元件的作用？ 解：具有光隔离器的光纤通信系统简图如下： 信号源发射机 1发射机 2接收机 2接收机 1显示装置3其中：为隔离器，其内部结构如下：端口 1端口 2端口 3 （解法 1：“理想”的环行器： ）SWP 端口 1法拉第旋转器半波片SWP 端口 2半波片法拉第旋转器法拉第旋转器半波片SWP 端口 3（1） 、具有任意偏振态的入射光首先通过一个空间分离偏振器(SWP: Spatial Walk-off Polarizer)。 这个 SWP 的作用是将入射光分解为两个正交偏振分量， 让垂直分量直线通过， 水 平分量偏折通过。 （2） 、两个分量都要通过法拉弟旋转器，其偏振态都要旋转 45°。 （3） 、法拉弟旋转器后面跟随的是一块半波片（λ2plate 或 half-wave plate） 。这个半波片的0作用是将从左向右传播的光的偏振态顺时针旋转 45 ， 将从右向左传播的光的偏振态逆时针 旋转 45°。4因而法拉弟旋转器与半波片的组合可以使垂直偏振光变为水平偏振光， 反之亦然。 最后两个 分量的光在输出端由另一个 SWP 合在一起输出。 另一方面， 如果存在反射光在反方向上传输， 半波片和法拉弟旋转器的旋转方向正好相反， 当两个分量的光通过这两个器件时，其旋转效果相互抵消，偏振态维持不变，在输入端不能 被 SWP 再组合在一起，于是就起到隔离作用。 　 解： （解法 2：“非理想”的环行器： ） 从端口 1 输入，从端口 2 输出的情况：双折射分离元件 A 将输入光束分离成正交偏振的寻 常光线和非寻常光线。寻常光线继续沿着其原来的光路前进，而非寻常光线则向上位移。接 着单向法拉第旋转器和相位延迟器的复合效应使两束光线的偏振方向反转。由于偏振反转， 双折射分离元件 B 的作用与分离元件 A 的作用正好相反，它把两束光线重新复合，在端口 2 输出。 从端口 2 输入，从端口 3 输出的情况：输入光束被双折射分离元件 B 分成两个正交偏振光 线，由于法拉第旋转器的非互易性，所以光线偏振不会在该方向上改变。这时分离元件 A 使两束光线更加分离， 以致使它们偏离端口 1 的轴。 但是两束光线分别通过偏振分束立方体 透镜和反射棱镜后又重新组合，从端口 3 输出。端口 3 单向 法拉 第旋 转器 偏振分 束立方 体透镜相 位 旋 转 器端口 2端口 1 反射棱镜 双折射分 离元件 A （SWP） 半 波 片 双折射分 离元件 B （SWP）4.1、运用 WDS（码字数字和）规律设计一个 3B4B 码表以及对应的码表存储器原理图，并说 明你设计的依据。 解： 所谓“码字数字和”， 是在 nB 码的码字中， 用“-1”代表“0”码，用“+1”代表“１” 码， 整个码字的代数和即为 WDS。 如果整个码字“１”码的数目多于“0”码， WDS 为正； 则 如果“0”码的数目多于“1”码， 则 WDS 为负； 如果“0”码和“1”码的数目相等， WDS 则5为 0。 nB 码的选择原则是： 尽可能选择|WDS|最小的码字，禁止使用|WDS|最大的码字。 3B4B 以 为例，应选择 WDS=0 和 WDS=±2 的码字， 禁止使用 WDS=±4 的码字。下表示出根据这个规 则编制的一种 3B4B 码表，表中正组和负组交替使用。 一种 3B4B 码表 信号码（3B） 码字 0 1 2 3 4 5 6 7 000 001 010 011 100 101 110 111 01 10
线路码（4B） 模式 1（正组） WDS +2 +2 0 0 0 0 +2 +2 模式 2（负组） 码字 01 10
WDS -2 -2 0 0 0 0 -2 -2码表存储编码器原理图如下：变换时钟 并→串 A B1 B2 B3 B4 PROM C b1 b2 b3 串→并 待变换输入 信号码流 B已变换的输出 4B码流组别 变换变前时钟4.2、设计一个完整的 LD 组件内部结构原理图。64.3、设计一个数字接收机的原理框图。4.4、设计一个模拟接收机的原理框图。5.1、设计一个实用光纤通信系统组成框图。77.1、设计一个掺铒光纤放大器的工作原理框图。四、相应的计算题 见各章习题 1-1 假设数字通信系统能够在高达 1%的载波频率的比特率下工作，试问在 5GHz 的微波载波 和 1.55μ m 的光载波上能传输多少 64kb/s 的话路？ 解：在 5GHz 微波载波上能传输的 64kb/s 的话路数k=5 ×109 ×1% ≈ 781 (路) 64 ×103在 1.55μ m 的载波上能传输的 64kb/s 的话路数3 ×108 ( ) ×1% ?6 k = 1.55 ×10 3 = 3.0242 ×107 (路) 64 ×10试计算： 2.1 均匀光纤芯与包层的折射率分别为： n1 = 1.50，n2 = 1.45， （1） 、光纤芯与包层的折射率指数差 Δ = ？ （2） 、光纤的数值孔径 NA=？ （3） 、在 1m 长的光纤上，由子午线的光程差所引起的最大时延差 Δτ mas = ？ 解： （1）由纤芯和包层的相对折射率差 Δ = ( n1 ? n2 ) / n1 得到Δ = (n1 ? n2 ) / n1 =（1.50-1.45）/1.50=0.0338（2）NA= n1 ? n2 = 1.5 ? 1.45 ≈ 0.3842 222（3） Δτ max ≈n1 L 1.5 × 1 Δ= × 0.384 =1.92ns c 3 × 1082.2、均匀光纤，若 n1 =1.5， λ0 =1.3 μm ，试计算： （1） 、若 Δ =0.25，为保证单膜传输，其芯半径应取多大？ （2） 、若取 a=5 μm ，为保证单膜传输， Δ 应取多大？ 解： （1）由单模传输条件为V=推导出2π aλ2 n 21 ? n2 ≤ 2.045a≤2.045 × λ2 2π n 21 ? n2其中，λ =1.3 μ m ， n2 = n1 ? Δ ? n1 =1.125a≤ 2.045 ×1.3 ×10?6 2π 1.52 ? 1.12522.045 × λ 2π a=0.426 μ m则（2）当 a =5 μ m 时，2 n 21 ? n2 ≤解得 Δ ≤ ( n1 ? n2 ) / n1 =0.、阶跃折射率光纤中 n1 = 1.52，n2 = 1.49， （1） 、光纤浸在水中（ n0 =1.33） ，求光从水中入射到光纤输入端面的最大接收角； （2） 、光纤放置在空气中，求数值孔径？ 解：(1)、sin θ 1 n2 sin θ 1 1.49 = ? = ? sin θ 1 = 0.98 ? θ 1 ≈ 78.6 0 π 1.52 sin θ 2 n1 sin 2 sin θsin(π2=? θ1 )2n1 1.52 = ? θ ≈ 13.10 n0 1.33（2） NA = 、n1 ?n 2 = 1.52 2 ? 1.49 2 ≈ 0.32θ2θθ19n0 n2 n12.4、一阶跃折射率光纤，纤芯半径为 a =25 μ m ，折射率 n1 = 1.5 ，相对折射率差为Δ =1%，长度 L=1Km。求：（1）光纤的数值孔径 （2）子午光纤的最大时延差 （3）若将光纤的包层和涂敷层去掉，求裸光纤的 NA 和最大时延差。 解： （1）NA=2 n12 ? n2 ≈ n1 2Δ ≈ 0.212（2） Δτ max ≈n1 L 1.5 × 1000 Δ= ? 0.01 =50ns 3 × 108 c（3）若将光纤的包层和涂敷层去掉，则此时 n1 = 1.5 ， n2 = 1.0 ，所以 NA=2 n12 ? n2 =1.52 ? 1 =1.118Δτ max =2-5n1 L ( n1 ? n2 ) =2.5μs ? c n2一 阶 跃 折 射 率 光 纤 的 相 对 折 射 率 差 Δ = 0.005 ， n1 = 1.5 ， 当 波 长 分 别 为0.85 μ m ， 1.31μ m ， 1.55μ m 时，要实现单模传输，纤芯半径 a 应小于多少？ 解： 由单模传输的条件 V = 推导出2π aλ2 n 21 ? n2 ≤ 2.045a≤2.045 × λ2 2π n 21 ? n22 n21 ? n2 ≈ n1 2Δ =0.15当 λ = 0.85μ m 时 同理： 当 λ = 1.31μ m 时 当 λ = 1.55 μ m 时2.045 × 0.85 × 10?6 ≈ =1.84 μ m a≤ 2 2π × 0.15 2π n 21 ? n22.045 × λa ≤ 2.84 μ m a ≤ 3.36 μ m2.6、已知光纤的芯径 2a=50 μm ， Δ = 0.01, n1 = 1.45, λ = 0.85μm ，若光纤的折射率分布 分别为阶跃型和 g=2 的渐变型，求它们的导模数量？若波长改变为 1.3 μm ，导模数量如何 变化？ 解： （1） λ = 0.85μ m 时，10Vmax =2π aλn1 2Δ =2π × 25 × 1.45 × 2 × 0.01 ≈ 38 ，故得导模数量： 0.85阶跃型M≈V 2 max = 722 2 V 2 max = 361 4渐变型M≈（2）若波长改变为 1.31 μ m ，则 Vmax =25，故得 阶跃型 渐变型 2-7M ≈ 313 M ≈ 156一个阶跃折射率光纤纤芯折射率 n1 = 1.4258 ，包层折射率 n2 = 1.4205 。该光纤工作在 1.3 μ m 和 1.55μ m 两个波段上。求出该光纤为单模光纤时的最大纤芯直径.2 2π a n 21 ? n2 2.045解： 由截止波长 得λc =λ ≥ λc 时单模传输，由题中条件得 λc ≤ 1.30μ m则2a ≤2.0452 π n 21 ? n2× 1.3 =2.045 × 1.3π 1.42582 ? 1.42052= 8.1μ m3.1 设激光器的高能级和低能级的能量各为 E 2 和E1 , 频率为 f，相应能级上的粒子密度各为N 2 和N1 。试计算：（1） 、当 f=3000MHz，T=300K 时， N 2 / N1 = ? （2） 、当 λ = 1μm ，T=300K 时， N 2 / N1 = ? （3） 、当 λ = 1μm ，若 N 2 / N1 = 0.1 ，环境温度 T=？（按波尔兹曼分布规律计算。 ） 解：由波尔条件： E2 ? E1 = hf (1)h = 6.628 × 10?34 J ? sf = 3000 MHZ , T = 300 K 时E2 ? E1 = hf = 6.628 × 10 ?34 × 3 × 109≈ 2.0 × 10 ?242 × 10 ?24 N2 E ? E1 ) = 0.9995 = exp(? 2 ) = exp(? N1 kT 1.381 × 10 ? 23 × 30011（2）当 λ = 1μ m, T = 300 K 时，E 2 ? E1 =hcλ=6.628 × 10 ?34 × 3 × 10 8 = 1.988 × 10 ?19 ?6 10N2 E ? E1 = exp(? 2 ) = 1.45 × 10 ?21 N1 kT（3） 当 λ = 1μ m, N 2 / N1 = 0.1 时，E 2 ? E1 1.988 × 10 ?19 T = ? = ? = 6.25 × .381 × 10 × ln(0.1) k × ln( N 2 ) N1(K)3.2、某激光器采用 Ga As 为激活媒质，问其辐射的光波频率和波长各为多少？ 解 ： Ga As 禁 带 宽 度 为 E g = 1.424eV ， 由 hf = E g （ h 为 普 朗 克 常 数 ，可得以 Ga As 为激活媒质的激光器的辐射光波频率 h = 6.628 × 10?34 J ? s ）f =Eg h=1.424 × 1.6 ×10?19 = 3.44 × 108 MHZ ?34 6.628 × 10波长 λ =c hc 1.24 1.24 = = = = 0.87 μ m f Eg Eg 1.4243.3、 计 算 一 个 波 长 为 λ = 1μm 的 光 子 的 能 量 等 于 多 少 ？ 同 时 计 算 频 率 为 f=1MHz 和 f=1000MHz 无线电波的能量？ 解：光子的能量为E p = hυ =hcλ=6.628 × 10?34 J ? s × 3 ×108 m / s = 1.9884 ×10?19 J ?6 1× 10对于 1MHz 无线电波E0 = hf c = 6.63 × 10?34 ( J ? s ) × 1× 106 Hz = 6.63 × 10?28 J对于 1000MHz 无线电波E 0 = hf c = 6.63 × 10 ?34 ( J ? s ) × 1000 × 10 6 ( Hz ) = 6.63 × 10 ?25 ( J )3.4、太阳向地球辐射的光波平均波长 λ = 0.7 μm ，射到地球外面大气层的光强约为 I=0.4W/ cm 2 。若在大气层外放一太阳能电池，计算每秒钟到达太阳能电池板上每平方米面 积的光子数是多少？12解：波长为 λ = 0.7 μ m 的光子能量为E0 =hcλ=6.63 ×10?34 ( J ? s) × 3 × 108 m / s = 2.84 × 10?19 J ?6 0.7 × 10 m每秒钟到达太阳能电池上每平方米板上的能量为E = 1s × 0.4W / cm 2 × 1m 2 = 4000 J则每秒钟到达太阳能电池上每平方米板上的光子数为E 4000 = ≈ 1.4 × 1022 (个) E0 2.84 × 10?193.5 、 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 Ga As 材 料 的E g = 1.43eV ，某一 InGa As P 材料的 Eg = 0.96eV ，求它们的发射波长。解： 对于 Ga As 材料的 LDλ=1.24 1.24 = ≈ 0.867 μ m Eg 1.43对于 InGa As P 材料的 LDλ=1.24 1.24 = ≈ 1.29μ m Eg 0.963.6、短波长 LED 能由材料 Ga1? x Al x As 制成。其中 x 表示成份数。这样的材料的带隙能量E g (eV ) = 1.424 + 1.266 x + 1.266 x 2 。已知 x 必须满足 0 ≤ x ≤ 0.37 ，求这样的 LED 能覆盖的波长范围。 解：由 E g (eV ) = 1.424 + 1.266 x + 1.266 x 和 0 ≤ x ≤ 0.37 得：2E g (eV ) x =0 = 1.424eV E g (eV ) x = 0.37 = 1.923eV又由公式 λ =1.24 μm 得： Egλ x =0 = 0.8708μm λ x =0.37 = 0.6447 μm13∴ 0.6447 μm ≤ λ ≤ 0.8708 μm3.7、一个 GaAs PIN 光电二极管平均每三个入射光子，产生一个电子-空穴对。假设所有的 电子都被收集。 （1） 、计算该器件的量子效率； （2） 、当在 0.8 μm 波段接收功率是 10 ?7 W ，计算平均输出光电流。 （3）计算这个光电二极管的长波长截止点 λc （超过此波长光电二极管将不工作） 。 解： （1）由量子效率的定义η =1 光 生 电 子 -空 穴 对 = ≈ 3 3 .3 % 3 入射光子数（2）由公式η =I P hf ? P0 e得IP =η P0 e η P0eλhf = hc1 × 10?7 × 1.6 × 10?19 × 0.8 × 10?6 =3 = 2.15 ×10?8 A 8 ?34 6.628 × 10 × 3 ×10（3）对长波长的限制由公式（3.6）确定，即 λ c = 1.24 / E g 因 Ga As 的禁带宽度为 1.424 eV ， 所以 λc =0.87 μ m 。 3.6、 一个 APD 工作在 1.55 μm 波段且具有量子效率 0.3， 增益 100， 渡跃时间 10ps， k=0.1， 雪崩倍增过程是由电子开始建立的。 （1） 、计算该检测器的 3dB 带宽； （2） 、如果接收到的光功率是 2mW，计算输出光电流； （3） 、在（2）条件下，计算在 10MHz 带宽时的总均方根噪声电流：irms = ?i 2 n ?12解： （1）由公式 f c =0.42τd=0.42 = 4.2 × 104 MHz ＝42GHz ?12 10 × 10（2）APD 输出的光生电流I APD = gI P =η P0 ge η P0 geλhf = hc0.3 ×10?7 ×100 ×1.6 ×10?19 × 1.55 ×10?6 = = 3.74 ×10?6 A 8 ?34 6.628 ×10 × 3 × 10（3） 从课本P64 表 3.4 中查参数，取APD 暗电流Id=15nA；取附加噪声指数x=0.5， 取 RL = 1k Ω ，不计电放大器的噪声，即F＝1。142 2 2 2 irms =& in &1/ 2 = ( iq + id + iT ) 0.5 = [2e( I p + I d ) Bg 2 + x + 4kTFB / RL ]0.5＝ [2 × 1.6 × 10?19× (37.4 + 15) × 10?9 × 107 × 100(2+ 0.5) + 4 × 1.38 × 10?23 × 300 × 107 /103 ]0.5＝1.3×10－7 A3.7、一光电二极管，当 λ = 1.3μm 时，响应度为 0.6A/W，计算它的量子效率。 解：由于响应度为ρ=I pp 0则量子效率为η=I p hf hc 6.628 ×10?34 × 3 × 108 ? = ρ? = 0.6 ? =57.4% p0 e λe 1.3 × 10?6 × 1.6 × 10?194.1、已测得某数字光接收机的灵敏度 Pr 10μW ，求它的 dBm 值？ 解： Pr = 10 lg[ Pmin(mW )] = ?20dBm4.2、PIN 光接收机的放大器噪声因子 Z=35000，量子效率 η =0.7，接收波长 λ = 0.85 μm ， 码速 f b = 8.448Mb / s 的光脉冲信号，求此时光接收机应具有的接收灵敏度 Pr = ? 解：利用下式计算： Pr= 10 lgnhcf b 2λη5.1、设 140Mb/s 数字光纤通信系统发射光功率为-3dBm，接收机灵敏度为-38 dBm，系统余 量为 4dB， 连接器损耗为 0.5dB /对， 平均接头损耗为 0.05dB/km， 光纤衰减系数为 0.4Db/km， 光纤损耗余量为 0.05dB/km。计算中继距离 L？ 解： L ≤Pt ? Pr ? 2α c ? M e ，其中 P =-3dBm， Pr =-38dBm， M e =4dB， α c =0.5dB/ t α f + αs + αm对， α s =0.05dB/km， α f =0.4dB/km，α m =0.05dB/km。可得L≤ =Pt ? Pr ? 2α c ? M e α f + αs + αm ?3 + 38 ? 2 × 0.5 ? 4 = 60km 0.05 + 0.4 + 0.05所以受损耗限制的中继距离等于 60km。 5.2、 【注】教材中的一个类似的例子： 以 140 Mb/s 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=-3 dBm, 接 收灵敏度 Pr=-42 dBm， 设备余量 Me=3 dB， 连接器损耗αc=0.3dB/对， 光纤损耗系数αf=0.35 dB/km, 光纤余量αm=0.1 dB/km，每 km 光纤平均接头损耗αs=0.03 dB/km。把这些数据代 入式(5.8)， 得到中继距离15L=? 3 ? ( ?42) ? 3 ? 2 × 0.3 ≈ 74( km ) 0.35 + 0.03 + 0.1又设线路码型为 5B6B, 线路码速率Ｆb=140×(6/5)=168 Mb/s, |C0|=3.0 ps/(nm?km)， σλ =2.5 nm。把这些数据代入式(5.16)，得到中继距离L=0.115 × 106 ≈ 97( km ) 168 × 3.0 + 2.1在工程设计中，中继距离应取 74 km。 在本例中中继距离主要受损耗限制。　 但是，如果假设|C0|=3.5 ps/(nm?km)，σλ=3 nm，而上述其他参数不变，根据式(5.16)计算 得到的中继距离 L≈65 km， 则此时中继距离主要受色散限制，中继距离应确定为 65 km。16
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