光纤通信复习题.doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date光纤通信复习题光纤通信复习题1，利用光导纤维传输光波信号的通信方式称为光纤通信。（填空）2，目前光纤通信的实用工作波长在近红外区，即0.81.8m的波长区，对应的频率为167375THz（太赫兹），目前光纤通信的使用工作波长，即0.85m，1.31m，及1.55m。3，光纤通信的优越性：答：1，传输频带宽，通信容量大；2，传输损耗小，中继距离长；3，抗电磁干扰能力强；

2、4，光纤线径细，重量轻，而且制作光纤的资源丰富。4，光纤通信网络的发展趋势：答：1，全光网（AON）；2，SDH技术；3，波分复用技术；5，光纤通信的关键技术答：1，大容量，超长距离传输技术；1） 正交频分复用；2） 光时分复用；3） 偏振复用。2，全光缓存器；3，光层调度技术。该系统主要由光发射机、光纤、光接收机以及长途干线上必须设置的光中继器组成。（如下图）6，光纤的结构，涂敷层，包层，纤芯。（填空）7，光纤的分类：横截面折射率划分：1.阶跃型光纤；2.渐进型光纤；传输模式划分：1.单模管钱； 2.多模光纤。8，全反射：若入射角再增大，光就不再进入第二种介质了，入射光全部被反射回来，这种现

3、象称为全反射。9，自聚焦：渐变型光纤中，不同射线具有相同轴向速度的现象称之为自聚焦现象。10，在导波系统中，截止波长最长的模式最低哦，称之为基模，其余所有模式均为高次模。LP01最低工作模，LP11第一个高次模 0VVc可传，VVc截至，因此，要保证光纤中只传输LP01一个模式则必须要求： VC(LP01)VVC(LP11) 即： 0V2.404838. 什么是单模光纤的双折射？答：在单模光纤中，电场沿x方向或y方向偏振的偏振模LPx及LPy，当它们的相位常数不相等时（即x y），这种现象称为模式的双折射9. 什么是光纤的色散？色散的大小用什么来描述？色散的单位是什么？答：光纤中传送的信号是由

4、不同的频率成分和不同的模式成分构成的，它们有不同的传输速度，将会引起脉冲波形的形状发生变化。从波形在时间上展宽的角度去理解，也就是光脉冲在光纤中传输，随着传输距离的加大，脉冲波形在时间上发生了展宽，这种现象称为光纤的色散 10.什么是模式色散？材料色散？波导色散？答：模式色散：光纤中的不同模式，在同一波长下传输，各自的相位常数mn不同所引起的色散 材料色散：由于光纤材料本身的折射指数n和波长呈非线性关系，从而使光的传播速度随波长而变化所引起的色散 波导色散：光纤中同一模式在不同的频率下传输时，其相位常数不同所引起的色散11.什么是光纤的非线性效应？答：在强光场的作用下，光波信号和光纤介质相互作

5、用的一种物理效应。主要包括两类：一类是由于散射作用而产生的非线性效应，如受激拉曼散射及布里渊散射；另一类是由于光纤的折射指数随光强度变化而引起的非线性效应12.什么是受激拉曼散射和受激布里渊散射？答：如设入射光的频率为f0，介质分子振动频率为fv，则散射光的频率为：fs=f0士fv，这种现象称为受激拉曼散射 受激布里渊散射与受激拉曼散射相比较物理过程很相似，都是在散射过程中通过相互作用，光波与介质发生能量交换，但受激布里渊散射所产生的斯托克斯波在声频范围，其波的方向和泵浦光波方向相反，而受激拉曼散射所产生的斯托克斯波在光频范围，其波的方向和泵浦光波方向一致13.自相位调制、交叉相位调制以及四波

6、混频的基本概念是什么？答：光脉冲在传输过程中由于自身引起的相位变化而导致光脉冲频谱展宽的这种现象称为自相位调制 由光纤中某一波长的光强对同时传输的另一不同波长的光强度所引起的非线性相移，称为交叉相位调制 由三阶电极化率x参与的三阶参量过程，由于光纤中非线性效应的存在，光波之间会产生能量交换，三阶电极化率将会引起第四种频率的光波出项，该光波可以是三个入射光波频率的各种组合，因而产生四波混频现象 14.什么是光孤子通信？答：光孤子通信是利用光孤子来实现在光纤中所传输的光信号能够保持其脉冲波形的稳定，从而提高系统的传输距离 15.弱导波阶跃光纤纤芯和包层的折射指数分别为n1=1.5，n2=1.45，

7、试计算：（1）纤芯和包层的相对折射指数差（2）光纤的数值孔径NA解：（1） 是弱导波光纤 可用公式： 代入n1，n2得：（2）代入（1）中的 可得：16.已知阶跃光纤纤芯的折射指数为n1=1.5，相对折射指数差、纤芯半径a=25m，若0=1m，计算光纤的归一化频率值及其中传播的模数量。 解： 又 代入数据可得归一化频率为：代入数据可得：17.阶跃型光纤，若n1=1.5，0=1.31m，（1）若，当保证单模传输时，纤芯半径a应取多大？（2）若去纤芯半径a=5m，保证单模传输时，应怎样选择？解：（1） 要保证单模传输，则要求： 0VN1，而在正常状态时N2N1（其中N1表示低能级上的粒子密度，N2

8、表示高能级上的粒子密度），所以粒子数反转分布状态是使物质产生光放大的必要条件。3.构成激光器必须具备的条件是什么？答：激光器必须包括以下三部分：能够产生激光的工作物质，能够使工作物质处于粒子数反转分布状态的激励源，能够完成频率选择及反馈作用的光学谐振腔。 4.什么是激光器的阈值条件？答：激光器需满足一定的条件才可以发出激光，要使激光器产生自激振荡，最低限度应要求激光器的增益刚好能抵消它的衰减。将激光器能产生激光振荡的最低限度称为激光器的阈值条件 阈值条件为：5.简述半导体的光电效应？答：光照射到半导体的P-N结上，若光子能量足够大，则半导体材料中价带的电子吸收光子的能量，从价带越过禁带到达导带

9、，在导带中出现光电子，在价带中出现光空穴，即光电子空穴对，又称光电子载流子。 光生载流子在外加负偏压和内建电电场的作用下，在外电路中出现光电流，从而在电阻R上有信号电压产生。这样，就实现了输出电压跟随输入光信号变化的光电转换作用。 6.什么是雪崩增益效应？答：在半导体的P-N结上加高反向电压，在结区形成一个强电场；在高场区内光生载流子被强电场加速，获得高的动能，与晶格的原子发生碰撞，使价带的电子得到了能量；越过禁带到导带，产生了新的-空穴对；新产生的电子-空穴对在强电场中又被加速，再次碰撞，又激发出新的电子-空穴对如此循环下去，像雪崩一样的发展，从而使光电流在管子内部获得了倍增，这种现象叫做雪

10、崩增益效应 7.试比较P-N结光电二极管、PIN光电二极管以及APD雪崩光电二极管的优缺点答：P-N结光电二极管优点：简单；缺点：P66 第一段 在P-N结中，由于有内建电场的作用（对应在图3-23（b）中，内建电场使耗尽层的能带形成一个“斜坡”-位垒），光电子和光空穴的运动速动加快，从而使光电流能快速地跟着光信号变化，即响应速度快。然而，在耗尽层以外产生的光电子和光空穴，由于没有内建电场的加速作用，运动速度慢，因而相应速度低，而且容易发生复合，使光电转换效率低，这是不希望的。 PIN光电二极管优点：P66 第二段；为了改善光电检测器的相应速度和转换效率，显然，适当加大耗尽层的宽度是有利的。为

11、此，在制造时，在P型材料和N型材料之间加一层掺杂的N型材料，称为I（Intrinsic，本征的）层，如图3-24所示。由于是轻掺杂，因此电子浓度很低，经扩散作用后可形成一个很宽的耗尽层。缺点：P76 第五段；在长途光纤通信系统中，仅有毫瓦数量级的光功率从发射机输出，经过几十千米光纤的传输衰减，到达光接收机处的光信号将变得十分微弱。为了能使数字光接收机的判决电路正常工作，需要采用放大器。放大器将引入噪声，从而使光接收机的信噪比降低，光接收机的灵敏度降低。 APD雪崩光电二极管优点：P76 最后一段和P77 第一段；雪崩光电二极管的雪崩倍增效应，是在二极管的P-N结上加高方向电压（一般为几十伏或几

12、百伏），在结区形成一个强电场；在高场区内光生载流子被强电场加速，获得高的动能，与晶格的原子发生碰撞，使价带的电子得到能量；越过禁带到导带，产生了新的电子-空穴对；新产生的电子-空穴对在强电场中又被加速，再次碰撞，又激发出新的电子-空穴对.循环下去，像雪崩一样的发展，从而使光电流在管子内部获得了倍增。缺点：P77 倒数第二段；雪崩倍增效应的随机性会带来它的不利方面，就是这种随机性将引入噪声。8.画出EDFA的结构示意图，并简述各部分的主要作用。答： P71 图3-27掺铒光纤放大器结构示意图： 主要作用：在图3-27下的五段 光耦合器是：将输入光信号和泵浦光源输出的光波混合起来的无源光器件，一般

13、采用波分复用器（WDM）。 光隔离器是：防止反射光影响光放大器的工作稳定性，保证光信号只能正向传输的器件。 掺铒光纤是：一段长度为10100m的掺铒石英光纤。将稀土元素饵离子Er3+注入到纤芯中，浓度约为25mg/kg. 泵浦光源为：半导体激光器，输出光功率为10100mW，工作波长为0.98m。 光滤波器：的作用是滤除光放大器的噪声，降低噪声对系统的影响，提高系统的信噪比。9.简述EDFA的工作原理答： P71-P72 （2）EDFA的工作原理中内容 工作原理就是在泵浦的作用下，在掺铒光纤中出现了粒子数反转分布，产生了受激辐射，从而使光信号得到放大。10.EDFA的主要特征指标是什么？说明其

14、含义。答： P72 “3.EDFA的主要特征参数” 这一部分 功率增益：定义为（功率增益=10log输出光功率/输入光功率（dB），它表示了光放大器的放大能力，增益的大小与泵浦光功率以及光纤长度等诸多因素有关。 输出饱和功率：是一个描述输入信号功率与输出信号功率之间关系的参量。 噪声系数：掺铒光纤放大器噪声的主要来源包括信号光的散弹噪声，信号光波与放大器自发辐射光波之间的差拍噪声，被放大的自发辐射光的散弹噪声，光放大器自发辐射的不同频率光波间的差拍噪声。F=放大器的输入信噪比/放大器的输出噪声比。11.为什么说F-P腔型滤波器具有频率选择性？答： P91 第六段 由于两反射镜的反射系数 由于两

15、个反射镜面的反射系数均小于1，因此光波在镜面有反射光也有透射光。如光波是从左端输入，则透过镜面M1向左方输出的为反射光，而透过镜面M2向右方输出的为正向传输光，两列光都产生多光束干涉而呈谐振现象，因而此器件具有频率选择性。12.简述光定向耦合器、光隔离器、光环行器以及光开关在光纤通信系统中的作用答： 光定向耦合器：P88 倒数第二段光定向耦合器：在光纤通信系统或光纤测试中，如需从光纤的注传输信道中取出部分光信号，作为监测、控制等使用，或需要把两个不同方向来的光信号合起来送入一根光纤中传输，在上述情况下，都要通过光定向耦合器来完成。 光隔离器：P89 倒数第二段光隔离器：是保证光信号只能正向传输

16、的器件，避免线路中由于各种因素而产生的反射光再次进入激光器而影响激光器的工作稳定性。 光环行器：P90 最后一段 光环行器：光环行器和光隔离器工作原理基本相同，只是光隔离器一般是两端口器件，而光环行器则为多端口器件。光滤波器：在光纤通信系统中，只允许一定波长的光信号通过的器件称为滤波器。光开关：能够控制传输线路中光信号通或断或进行光路切换作用的器件，称为光开关。13.试用图说明光波长转换器的工作原理。答： P92 图3-45 P93 图3-46 14.什么是波分复用技术？答：P93 第一段 在一根光纤中能同时传输多波长光信号的技术。15.简述光波分复用器的工作原理。答：P94 “（1）光波分复

17、用器的工作原理”的内容答：光波分复用器对不同波长光波的光信号进行合成与分离的器件，结构上分为单纤单向WDM系统和单纤多向WDM系统。16.简述RFA的工作原理。答：P86 “（2）RFA的工作原理”的内容 光纤拉曼放大器（RFA）的基本原理是基于非线性光学效应。如果一强泵浦光波和一个弱信号光波同时在一根光纤中传输，而弱信号光波的波长又在强泵浦光波的拉曼增益带宽内，基于受激拉曼散射（SRS）原理而使弱信号光波得到放大获得拉曼增益的放大器，称为光纤拉曼放大器（RFA）17.RFA具有哪些特点？答：P85 “1.RFA的特点”的内容 a. 具有很宽的工作带宽。RFA不但可以工作在EDFA使用的C波段

18、（1.534.56m），而且也能工作在S波段（1.351.45m）以及L波段（1.561.62m），因此基本上可实现全波段光放大。b. 在传输系统中和EDFA组合使用时，能有效地降低系统的噪声指数。c. 可以对光信号构成分布式放大，因此可实现无中继长距离传输。d. 使用分布式拉曼放大，可以减少入射信号的光功率，降低了光纤非线性的影响，因而避免了四波混频效应对系统的影响。e. 具有比较宽的拉曼增益谱。RFA如果使用多个泵浦源，可以得到比EDFA宽得多的增益带宽。据报道，目前增益带宽可达到132m。1.对光发射机有哪些要求？答：P99 “（2）对光发射机的要求”的内容 1）光源的发光波长要合适；2

19、）合适的输出光功率；3）较好的晓光比；4）调制特性好2.什么是消光比？答： P99 “较好的消光比”中 所谓消光比（EXT）就是3.请画出SDH数字光纤通信系统中的光发射机基本组成方框图答： P100 图4-2 光数字发射机原理图 4.光纤通信中常用的线路码型是什么？答： P97 P98 ”4.1.1 光纤通信中的线路码型“中内容 常使用的线路编码有分组码、伪双极性码、插入码、加扰二进码5.光电检测器在接收机中的作用是什么？答： P102 ”光电检测器”中的内容 利用光电检波管，将有发送光端机经光纤传过来的光信号转变为电信号，目前广泛使用的光电检波管有PIN光电二极管和雪崩光电二极管。6.请画

20、出光纤通信系统的基本结构图。答： P108 图4-22 IM-DD光纤通信系统原理方框图 7.IM-DD光纤通信系统中存在哪些噪声？答： 接收机噪声中主要有散粒噪声、暗噪声和热噪声三种。如果接收机中采用APD作为光电检测器，那么系统中还会存在雪崩噪声 8. 采用EDFA作为光中继器的IM-DD光通信系统中存在的主要噪声是什么？答： P117 第3行开始的一段内容 9.一个622Mbit/s单模光缆通信系统，系统中所采用的是InGaAs隐埋异质结构多纵模激光器，其标称波长，光脉冲谱线宽度。发送光功率。如用高性能的PIN-FET组件，可在条件下得到接收灵度。光纤固有衰减系数0.25dB/km，光纤

21、色散系数D=1.8ps/(kmnm)，问系统中所允许的最大中继距离是多少？注：若光纤接头损耗为0.09dB/km，活接头损耗1dB，设备富裕度取3.8，光纤线路富余度取0.1dB/km。光通道功率代价1dB.答： 先利用P112式（4-2-1）计算出由于衰减的影响所允许的最大中继距离，再利用P114式（4-2-5）计算出由于色散的影响所允许的最大中继距离，两结果的最小值即为最大中继距离。 最大中继距离取51.35km。1.SDH网的基本特点是什么？答：P125 “2.SDH网的特点”中的内容 1、 SDH网络是由一系列SDH网元（NE）组成的，它是一个可在光纤或微波、卫星上进行同步信息传输、复

22、用和交叉连接的网络。2、 它有全世界统一的网络节点接口（NNI）。3、 它有一套标准化的信息结构等级，被称为同步传输模块STM-N.4、 它具有一种块状帧结构，在帧结构中安排了丰富的管理比特，大大增加了网络的维护管理能力。5、 它有一套特殊的复用结构，可以兼容PDH的不同传输速率，而且还可以容纳B-ISDN信号，因而具有广泛的适应性。2.SDH帧中开销的含义是什么？各字节的用途是什么？答： P125第二、三、四段 段开销（SOH）是指SDH帧结构中，为了保证信息正常传送而供网络运行、管理和维护所使用的附加字节，它在STM-N帧结构中的位置是第19*N列中的第13行和第59行。信息净负荷区域内存

23、放的是有效传输信息，也称为信息净负荷，它是由有效传输信息加上部分用于通道监视、管理和控制的通道开销（POH）组成的。通常POH被视为净负荷的一部分，并与之一起传输，直到在接收端该净负荷被分接出来。信息净负荷在STM-N中的位置是第10270*N。管理单元指针实际上是一组数码，用来指示净负荷中信息起始字节的位置，这样在接收端可以根据指针所指示的位置正确地分解出有效传输信息。管理单元指针在STM-N中的位置是第4行的19*N列。1.城域网中可供使用的骨干传输技术有哪些？它们各自的特点是什么？答：P181 第二段 2.简述光接入网的概念。答： P181 光接入网（OAN）是指以光纤作为传输媒体来取代

24、传统的双绞线接入网，具体地说就是指本地交换机或远程模块与用户之间采用光纤或部分采用光纤来实现用户接入的系统。 1.简述MSTP的基本概念。答：P190 第二段第一句话 是指能够同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入、处理和传送功能，并能提供统一网管的、基于SDH的平台。2.简述级联与虚级联的概念。答： P191 “1.级联与虚级联的概念”中的内容 级联是一种组合过程，通过将几个C-n的容器组合起来，构成一个大的容器来满足数据业务传输的要求，就是级联。级联可分为相邻级联和虚级联。虚级联是指将分布在同一个STM-N中不相邻的VC-4或分布在不同STM-N中的VC-4按级联关系构成VC-4-Xv

25、，以这样一个整体结构进行业务信号的传输。1.简述光网络的概念。答：P229 第二段最后两句话 智能光网络也称自动交换光网络。它是一种具有灵活性、高可扩展性的，能够在光层上按用户请求自动进行光路连接的光网络基础设施。它不仅能够为客户提供更快、更灵活的组网方式和对新业务的支持能力，还能够提供多厂家、多运营商的互操作环境和网络保护与智能管理能力，所有这些能力都是利用控制平面来完成的。2.画出ASON控制平面的功能结构图。答： P233 图8-4 ASON控制平面的功能结构图 1简述光网络的概念。答：智能光网络也称自动交换光网络（ASON）。它是一种具有灵活性，高可扩展性的，能够在光层上按用户请求自动

26、进行光路连接的光网络基础设施。它不仅能够为客户提供更快，更灵活的组网方式和对新业务的支持能力，还能够提供多厂家，多运营商的互操作环境和网络保护与智能管理能力，所有这些能力都是利用控制平面来完成的。2. 智能光网络的特点：1，实现光层的动态业务分配。2，具有端到端的网络监控保护，恢复能力。3，具有分布式处理能力。3. 智能光网络的功能：1， 能够为用户提供波长批发，波长出租，带宽运营，光VPN，光拨号，基于SLA（服务品质协议）的业务和按使用量计费业务。2， 能够通过传送网络（如网状网，环形或点到点保护功能），也可通过ASON的控制平台（如动态路由选择）来保证其生存性。3， 对所进入的业务进行优先级管理，流量控制与管理，路由选择和链路管理。4， 应拥有用于建立连接的信令机制，发现机制（包括邻居发现，拓扑发现和业务发现）和业务检索及命令转换机制。-