光纖通信復(fù)習(xí)

1、毫秒(ms)、微秒 (s)、納秒(ns)、皮秒(ps)、飛秒(fs) 1 s = 103 ms = 106 us = 109 ns = 1012 ps第一章1、關(guān)于光纖通信的歷史中、光通信的研究從低谷到重大的突破的轉(zhuǎn)折點(diǎn)是？P2答：1966年英籍華裔高琨就 光纖傳輸?shù)那熬鞍l(fā)表了具有重大歷史意義的論文 ，論文分析了玻璃纖維損耗大的主要原因。大膽地預(yù)言，只要能設(shè)法降低玻璃纖維的雜質(zhì)，就有可能使光纖的損耗從每公里1000分貝降低到 20分貝公里，從而有 可能用于通信1970年美國康寧公司研制出損耗20dB/Km的石英光纖，標(biāo)志著光纖用于通信有了現(xiàn)實(shí)的可能性。 2、光纖通信的優(yōu)點(diǎn)是什么？P5-P7答：

2、（1）容許頻帶寬很寬，傳輸容量很大；（2）損耗很小，中繼距離很長且誤碼率很??；（3）重量輕、體積?。唬?）抗電磁干擾性能好；（5）泄露小，保密性能好；（6）節(jié)約金屬材料，有利于資源合理使用；3、基本光纖通信系統(tǒng)的組成是什么？P10-P11第2章1、光纖的結(jié)構(gòu)？P14答：光纖（Optical Fiber）是由中心的纖芯和外圍的包層同軸組成的圓柱形細(xì)絲。纖芯和包層的折射率分別為n1和n2，光能量在光纖中傳輸?shù)谋匾獥l件是n1>n2。2、相對折射率差的計(jì)算P14復(fù)習(xí)題目2-17答：纖芯和包層的相對折射率差=（n1-n2）/n1的典型值，一般單模光纖為0.3%0.6%， 多模光纖為1%2%。越大，

3、把光能量束縛在纖芯的能力越強(qiáng)，但信息傳輸容量卻越小。3、三種光纖的基本類型？P14-P15 需要學(xué)會鑒別三種光纖類型答：（1）突變型多模光纖特點(diǎn)：信號畸變大；（2）漸變型多模光纖特點(diǎn)：信號畸變?。唬?）單模光纖特點(diǎn)：因?yàn)檫@種光纖只能傳輸一個模式，所以稱為單模光纖，其信號畸變很?。?、數(shù)值孔徑NA的計(jì)算p17 復(fù)習(xí)題目2-17答：NA的意義：（1）NA表示光纖接收和傳輸光的能力。（2）NA(或c)越大，光纖接收光的能力越強(qiáng)，從光源到光纖的耦合效率越高。（3）對于無損耗光纖，在c內(nèi)的入射光都能在光纖中傳輸。NA越大， 纖芯對光能量的束縛越強(qiáng)，光纖抗彎曲性能越好。（4）但NA越大 經(jīng)光纖傳輸后產(chǎn)生的

4、信號畸變越大，因而限制了信息傳輸容量。所以要根據(jù)實(shí)際使用場合，選擇適當(dāng)?shù)腘A5、時間延遲差的計(jì)算P17（2.5式）6、模式數(shù)目計(jì)算、（對于突變型光纖如何計(jì)算？對于平方律漸變性光纖如何計(jì)算？）P25復(fù)習(xí)題目2-11答：公式1： 其中V表示光的歸一化頻率，表示光的波長，a表示纖芯半徑，n1表示內(nèi)芯折射率，n2表示外芯折射率。該結(jié)論意義：可以通過V求出光纖中的傳輸模數(shù)M。（1）對于突變型光纖，傳輸模數(shù)M=V2/2（2）對于漸變性光纖，傳輸模數(shù)M=V2/47、單模光纖傳輸?shù)臈l件？P25復(fù)習(xí)題目2-10答：模式的數(shù)目決定于歸一化頻率的大小。當(dāng)V<2.405的時候，僅有一個單?？梢栽诠饫w波導(dǎo)中傳播，

5、這個模就是HE11 模或者是弱導(dǎo)近似下的線偏振模LP01模，其它模式均被截至。8、光纖的傳輸特性？哪兩種？這兩種特性能導(dǎo)致什么結(jié)果？P26答：光纖的傳輸特性：損耗和色散。損耗的影響：使信號幅度減小、限制傳輸距離；色散的影響：使信號產(chǎn)生畸變（失真）即使信號波形展寬限制傳輸容量。9、時間延遲差 的計(jì)算？均方根脈沖展寬和3dB帶寬的計(jì)算？復(fù)習(xí)題目2-14 、2-25f3 dB= =2.355 = （單位ns）10、光纖線路損耗的計(jì)算P32,復(fù)習(xí)題目P2-24答：光纖損耗系數(shù)= 是損耗系數(shù)。L(km)為光纖長度， Pi輸入光功率，Po輸出光功率。損耗是光纖的第二個傳輸特性，使信號幅度減小。光纖的損耗在

6、很大程度上決定了系統(tǒng)的傳輸距離。11、色散種類構(gòu)成？損耗種類構(gòu)成？答：目前的單模光纖色散系數(shù)一般為20ps/km.nm，光纖長度越長，所引起的色散總值也就越大。色散系數(shù)越小越好，因?yàn)樯⑾禂?shù)越小，光纖的帶寬也就越大，傳輸容量也就越大。色散的種類：模式色散、材料色散和波導(dǎo)色散；（單模光纖只有：材料和波導(dǎo)色散）損耗的種類：吸收損耗、散射損耗12、三種實(shí)用的低損耗和色散對應(yīng)的波長值？P34答：0.85m、1.31 m和1.55 m13.光纖通信采用光波長發(fā)展的方向是？答：14.光纜包括哪2部分？其中、纖芯包括哪2部分？答：光纜組成：纜芯、護(hù)套（有時外有鎧裝） 纜芯組成：被覆光纖（或稱芯線）、加強(qiáng)件第

7、三章1、通信用光器件的分類？有源器件包括哪些？光無源器件包括哪些？P48答：通信用光器件：光有源器件和光無源器件。光有源器件：光源：半導(dǎo)體激光器（LD）、發(fā)光二極管（LED）和分布式反饋激光器（DFB）；光檢測器： 光電二極管 （PD）、PIN光電二極管和雪崩光電二極管（APD）；光放大器： 摻鉺光纖放大器（EDFA）；光無源器件：光纖連接器、光耦合器、光隔離與光環(huán)形器、光調(diào)制器、光波分復(fù)用器/解復(fù)用器、光開關(guān)2、光源的作用？常用的光源主要有哪些？半導(dǎo)體激光機(jī)LD的工作原理？P48答：光源的作用是把電信號轉(zhuǎn)換為光信號。常用光源：半導(dǎo)體激光器（LD）、發(fā)光二極管（LED）和分布式反饋激光器（DF

8、B）；半導(dǎo)體激光器工作原理和基本結(jié)構(gòu)：（1）在向半導(dǎo)體PN結(jié)注入電流作用下，電子從低能級躍遷到高能態(tài)，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。（粒子數(shù)反轉(zhuǎn)：低能級電子數(shù)<高能級電子數(shù)）（2）再在入射光的作用下，電子再從高能態(tài)躍遷到低能態(tài)產(chǎn)生光子而發(fā)光受激輻射。（3）最后，利用光學(xué)諧振腔的正反饋，實(shí)現(xiàn)光放大而產(chǎn)生激光震蕩的。3、何為粒子數(shù)目反轉(zhuǎn)？P49 復(fù)習(xí)題目3-20答：假設(shè)能級E1和E2上的粒子數(shù)分別為N1和N2，在正常的熱平衡狀態(tài)下，低能級E1上的粒子數(shù)N1是大于高能級E2上的粒子數(shù)N2的，入射的光信號總是被吸收。為了獲得光信號的放大，必須將熱平衡下的能級E。和E：上的粒子數(shù)N1和N：的分布關(guān)系倒過來，即高

9、能級上的粒子數(shù)反而多于低能級上的粒子數(shù)，這就是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。4、光和物質(zhì)相互作用的方式有哪些？復(fù)習(xí)題目3-19答：光與物質(zhì)之間的三種相互作用包括受激吸收、自發(fā)輻射和受激輻射。 (1)受激吸收。在正常狀態(tài)下，電子處于低能級E。，在入射光作用下，它會吸收光子的能量躍遷到高能級E2上，這種躍遷稱為受激吸收。 (2)自發(fā)輻射。在高能級E2的電子是不穩(wěn)定的，即使沒有外界的作用，也會自動地躍遷到低能級E1上與空穴復(fù)合，釋放的能量轉(zhuǎn)換為光子輻射出去，這種躍遷稱為自發(fā)輻射。 (3)受激輻射。在高能級E2的電子，受到入射光的作用，被迫躍遷到低能級E2上與空穴復(fù)合，釋放的能量產(chǎn)生光輻射，這種躍遷稱為受激輻射。5

10、、半導(dǎo)體激光器LD的發(fā)射波長計(jì)算？P53 復(fù)習(xí)題目3-9 6、光源隨著工作溫度的升高、導(dǎo)致？激光器輸出光功率隨溫度而變化有兩個原因： （1）是激光器的閾值電流Ith隨溫度升高而增大；（2）是外微分量子效率d隨溫度升高而減?。粶囟壬邥r，Ith增大，d減小， 輸出光功率明顯下降，達(dá)到一定溫度時，激光器就不激射了。7、發(fā)光二級管LED的工作原理？P57 激光器（LD）的工作原理：受激輻射光；發(fā)光二極管（LED）的工作原理：自發(fā)輻射光相同點(diǎn)：都采用雙異質(zhì)結(jié)（DH）結(jié)構(gòu)（把有源層夾在P型和N型限制層中間）不同點(diǎn)：LED不需要光學(xué)諧振腔， 無閾值電流。8、激光器LD的電光轉(zhuǎn)換的效率計(jì)算？（按定義計(jì)算）P

11、549、光檢測器的量子效率計(jì)算（按定義計(jì)算）P62復(fù)習(xí)題目3-1510、光檢測器響應(yīng)度和量子效率的計(jì)算（公式3.14）P62 復(fù)習(xí)題目3-17第四章1、光端機(jī)包括哪幾部分？P78光端機(jī)包括：光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)。2、光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)分別由哪些部分組成？答：光發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)組成：光源、相關(guān)電路（調(diào)制電路、控制電路、線路編碼電路）光接收機(jī)主要包括：光檢測器、前置放大器、主放大器、均衡器、 時鐘提取電路、取樣判決器以及自動增益控制(AGC)電路。3、激光器LD產(chǎn)生張弛振蕩和自脈沖現(xiàn)象的原理是？危害是？如何消除危害？P80-81復(fù)習(xí)題目4-1答：當(dāng)電流脈沖注人激光器后，輸出光脈沖出現(xiàn)幅度逐漸衰減的振蕩，稱

12、為弛張振蕩。弛張振蕩的后果是限制調(diào)制速率。當(dāng)最高調(diào)制頻率接近弛張振蕩頻率時，波形失真嚴(yán)重，會使光接收機(jī)在抽樣判決時增加誤碼率，因此實(shí)際中最高調(diào)制頻率應(yīng)低于馳張振蕩頻率。 某些激光器在脈沖調(diào)制甚至直流驅(qū)動下，當(dāng)注入電流達(dá)到某個范圍時，輸出光脈沖出現(xiàn)持續(xù)等幅的高頻振蕩，這種現(xiàn)象稱為自脈動現(xiàn)象。自脈動頻率可達(dá)2 GHz，嚴(yán)重影響LD的高速調(diào)制特性。4、光檢測器中的前置放大器的類型？應(yīng)選擇哪種類型？P87-88復(fù)習(xí)題目P4-6答: 雙極型晶體管前置放大器、場效應(yīng)管前置放大器和跨阻型前置放大器；在光接收機(jī)的前置放大器采用跨組型，是因?yàn)榭缃M型前置放大器改善了帶寬特性及動態(tài)范圍，并具有良好的噪聲特性。5、光

13、檢測器的靈敏度計(jì)算？P89復(fù)習(xí)題目4-10答：Pr=10lg 靈敏度表示光接收機(jī)調(diào)整到最佳狀態(tài)時，能夠接收微弱光信號的能力。6、光纖通信中常用的碼型？P94-98復(fù)習(xí)題目4-13答：第五章1、數(shù)字光纖通信先后有哪兩種傳輸體制？P102答：準(zhǔn)同步數(shù)字系列（PDH）和同步數(shù)字系列（SDH）2、SDH相比PDH的優(yōu)點(diǎn)？答：PDH 的固有缺陷：1、接口方面：電接口只有地區(qū)性的電接口規(guī)范，無世界標(biāo)準(zhǔn)。無光接口規(guī)范，各廠家獨(dú)自開發(fā)。2、復(fù)用方式：PDH采用異步復(fù)用方式：低速信號在高速信號中的位置無規(guī)律性，即無預(yù)知性，即不能從高速信號中直接分離低速信號。與PDH相比， SDH具有下列優(yōu)點(diǎn)：(1)SDH采用世

14、界上統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率等級。最低的等級也就是最基本的模塊稱為STM-1，傳輸速率為155.520 Mb/s；4個STM-1同步復(fù)接組成STM-4，傳輸速率為4×155.52 Mb/s = 622.080 Mb/s；16個STM-1組成STM-16，傳輸速率為2488.320 Mbs，以此類推。一般為STM-N，N=1，4，16，64。由于速率等級采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，SDH就具有了統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)接口，并可以承載現(xiàn)有的PDH（E1、E3等）和各種新的數(shù)字信號單元，如ATM信元、以太鏈路幀、IP分組等，有利于不同通信系統(tǒng)的互聯(lián)。 (2)SDH傳送網(wǎng)絡(luò)單元的光接El有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。因此，光接El

15、成為開放型接口，任何網(wǎng)絡(luò)單元在光纖線路上可以互聯(lián)，不同廠家的產(chǎn)品可以互通，這有利于建立世界統(tǒng)一的通信網(wǎng)絡(luò)。另一方面，標(biāo)準(zhǔn)的光接口綜合進(jìn)各種不同的網(wǎng)絡(luò)單元，簡化了硬件，降低了網(wǎng)絡(luò)成本。 (3)在SDH幀結(jié)構(gòu)中，豐富的開銷比特用于網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行、維護(hù)和管理，便于實(shí)現(xiàn)性能檢測、故障檢測和定位、故障報(bào)告等管理功能。 (4)采用數(shù)字同步復(fù)用技術(shù)，其最小的復(fù)用單位為字節(jié)，不必進(jìn)行碼速調(diào)整，簡化了復(fù)接分接的實(shí)現(xiàn)設(shè)備，由低速信號復(fù)接成高速信號，或從高速信號分出低速信號，不必逐級進(jìn)行。 (5)采用數(shù)字交叉連接設(shè)備DXC可以對各種端口速率進(jìn)行可控的連接配置，對網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行自動化的調(diào)度和管理，這既提高了資源利用率，又增

16、強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的抗毀性和可靠性。SDH采用了DXC后，大大提高了網(wǎng)絡(luò)的靈活性及對各種業(yè)務(wù)量變化的適應(yīng)能力，使現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)提高到一個嶄新的水平。3、SDH幀結(jié)構(gòu)的組成部分？P106答：段開銷、信息載荷、管理單元指針。4、計(jì)算中繼距離（中繼距離受損耗的限制P116、中繼距離也受色散的限制P119）復(fù)習(xí)題目 5-6 L 第六章1、模擬光纖傳輸系統(tǒng)主要應(yīng)用于？P123答：模擬電視傳輸2、模擬光纖傳輸系統(tǒng)對光源的要求是？答：(1) 發(fā)射(入纖)光功率要大，以利于增加傳輸距離。 在光纖損耗和接收靈敏度一定的條件下，傳輸距離和發(fā)射光功率成正比。發(fā)射光功率取決于光源，LD優(yōu)于LED。(2) 非線性失真要小，以利于減

17、小微分相位(DP)和微分增益(DG)，或增大調(diào)制指數(shù)m(mTV)。LED線性優(yōu)于LD。(3) 調(diào)制指數(shù)m(mTV)要適當(dāng)大。m大，有利于改善SNR； 但m太大，不利于減小DP和DG。(4) 光功率溫度穩(wěn)定性要好。LED溫度穩(wěn)定性優(yōu)于LD， 用LED作光源一般可以不用自動溫度控制和自動功率控制， 因而可以簡化電路、降低成本。3、模擬光纖傳輸系統(tǒng)目前使用的主要調(diào)制方式是哪些？P123答：模擬基帶直接光強(qiáng)調(diào)制、模擬間接光強(qiáng)調(diào)制、頻分復(fù)用光強(qiáng)調(diào)制4、評價SCM傳輸質(zhì)量的特性參數(shù)主要有哪些？P132-P135答：對于副載波復(fù)用模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)， 評價其傳輸質(zhì)量的特性參數(shù)主要是載噪比(CNR)和信號失

18、真。5、信號失真可以用哪兩個參數(shù)來表示？ P136答：信號失真原因：副載波復(fù)用模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)產(chǎn)生信號失真的主要原因： 是作為載波信號源的半導(dǎo)體激光器LD在電/光轉(zhuǎn)換時的非線性效應(yīng)。信號失真可以用兩個參數(shù)表示：組合二階互調(diào)（CSO）和組合三階差拍（CTB）第七章1、EDFA摻鉺放大器工作原理？第7章課件當(dāng)（泵浦）光的光子能量等于能級3和能級1的能量差時，(鉺離子)吸收泵浦光從（基態(tài)）躍遷到激發(fā)態(tài)(13)。但是（激發(fā)態(tài)）是不穩(wěn)定的，Er3+很快返回到能級2。如果輸入的信號光的光子能量等于能級2和能級1的能量差，則處于能級2的Er3+將躍遷到基態(tài)(21)，（產(chǎn)生受激輻射光），因而信號光得到放大。2、WDM技術(shù)的主要特點(diǎn)？P153答：WDM