光纖通信試題資料

1、一、單項(xiàng)選擇題 (在每小題列出的四個選項(xiàng)中只有一個選項(xiàng)是符合題目要求的，請將正確選項(xiàng)前的字母填在題干的括號內(nèi)。每小題1 分，共 10 分。)1.在薄膜波導(dǎo)的薄膜中形成導(dǎo)波的條件是平面波的入射角1 必須滿足(C)A.1>C13B. 1<C12C.90°>1>C12D.90°>1>C132.薄膜波導(dǎo)中的單模傳輸條件為(B)A.c(TE0)< 0<c(TM 0)B. c(TM 0)<0<c(TE0)C.c(TE1)<0<c(TM 1)D.c(TM 0)<0< c(TE 1)3.光纖相對折射指數(shù)差的

2、定義為(C)A.=n1n2B.=n2n1C.=(n21n22)/2n21D.=(n21n22)/n214.階躍型光纖中，導(dǎo)模的傳輸條件為(C)A.V<V cB.V>2.405C.V>V cD.V>05.STM4 每秒可傳輸?shù)膸瑪?shù)是 (D)A.1000B.2000C.4000D.80006.隨著激光器溫度的上升，其輸出光功率會(A)A.減少B.增大C.保持不變D.先逐漸增大，后逐漸減少7.在光纖通信系統(tǒng)中，EDFA 以何種應(yīng)用形式可以顯著提高光接收機(jī)1的靈敏度(A)A.作前置放大器使用B.作后置放大器使用C.作功率放大器使用D.作光中繼器使用8.在下列選項(xiàng)中，光纖通信的監(jiān)

3、控系統(tǒng)不能監(jiān)控的項(xiàng)目為(C)A.光中繼器的接收光功率B.電源的電壓C.光纜線路的色散特性D.光纖通信系統(tǒng)的誤碼性能9.光接收機(jī)中，雪崩光電二極管引入的噪聲為(D)A.光電檢測器的暗電流噪聲、雪崩管倍增噪聲、光接收機(jī)的電路噪聲B.量子噪聲、雪崩管倍增噪聲、光接收機(jī)的電路噪聲C.量子噪聲、光電檢測器的暗電流噪聲、光接收機(jī)的電路噪聲D.量子噪聲、光電檢測器的暗電流噪聲、雪崩管倍增噪聲10.表示光放大器放大能力的特性指標(biāo)是(A)A. 功率增益B.帶寬C.輸出飽和功率D.噪聲系數(shù)二、填空題 (每小題 1 分，共 20 分 )1.利用光波作為載波的通信方式稱為_。2.光纖通信的主要優(yōu)點(diǎn)有：a._；b.傳輸

4、損耗?。?c.抗電磁干擾能力強(qiáng)； d.資源豐富。3.在光纖數(shù)字通信系統(tǒng)中，發(fā)送光端機(jī)的主要作用是_。4.薄膜波導(dǎo)由 _、襯底和敷層三層介質(zhì)構(gòu)成。5.薄膜波導(dǎo)中，導(dǎo)波的特征方程2k1xd212213=2m的物理意義2是表示薄膜波導(dǎo)中的導(dǎo)波具有_特性。6.按射線理論，階躍型光纖中光射線主要有子午光線和_兩類。7.在階躍型光纖中，當(dāng)導(dǎo)波遠(yuǎn)離截止時，導(dǎo)波的光能量將完全集中在_中。8.PDH 信號“組裝”為標(biāo)準(zhǔn)的同步傳輸模塊STM N，主要步驟是：_、定位、復(fù)用。9.使用 8B1H 線路碼型的光端機(jī)設(shè)備可用_方式來傳輸監(jiān)控信號。10.已知光纖單位長度的帶寬為 1GHz·km，距離帶寬系數(shù) q=

5、0.5，用這種 光纖構(gòu)成 16km 的光中繼 段，則 該中繼 段的總帶 寬為_。11.SDH 網(wǎng)中，為了便于網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行、管理等，在SDH 幀結(jié)構(gòu)中設(shè)置了_。12.SDH 的 STMN 是塊狀幀結(jié)構(gòu)，有9 行，_列。13.處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)的工作物質(zhì)稱為_。14.光發(fā)射機(jī)的輸出光功率通常是指_。15.對光源輸出光功率穩(wěn)定度的要求是：在環(huán)境溫度變化或器件老化的過程中，穩(wěn)定度要求在 _范圍內(nèi)。16.EDFA 的泵浦結(jié)構(gòu)方式有： a.同向泵浦結(jié)構(gòu)； b._結(jié)構(gòu)；c.雙向泵浦結(jié)構(gòu)。17.摻鉺光纖放大器在光纖通信系統(tǒng)中的主要作用是_。318._和動態(tài)范圍是光接收機(jī)的兩個重要特性指標(biāo)。19.EDFA 泵

6、浦光源的工作波長約為_或 1.48m。20.已知某 SiPIN 光電二極管量子效率 =70%，一個光子的能量為2.24×1019 焦耳，電子電荷量為 1.6×1019 庫侖。問該光電二極管的響應(yīng)度為 _。三、名詞解釋題 (每小題 3 分。共 15 分 )1.光纖的子午面2.EDFA 的輸出飽和功率3.受激輻射4.輸入抖動容限5.光接收機(jī)的動態(tài)范圍四、畫圖題 (第1題7分，第 2題8分，共 15分)1.畫出 LD 數(shù)字信號的直接調(diào)制原理圖。2.請補(bǔ)全下面的強(qiáng)度調(diào)制數(shù)字光接收機(jī)的方框圖，并簡述填入的各部分的功能。光纖電主放解 解編輸出至信前 置號放 大大器碼 擾碼器電端機(jī)光信號

7、2.4時鐘恢復(fù)電路五、簡答題 ( 每小題 5 分，共 20 分)41.在漸變型光纖中，子午光線軌跡的形狀與哪些因素有關(guān)?2.半導(dǎo)體發(fā)光二極管的主要特點(diǎn)是什么?3.簡述光衰減器在光通信中的應(yīng)用。4.什么是光電檢測器的量子噪聲?六、計(jì)算題 (每小題 10 分，共 20 分)1.已知階躍型光纖的n1=1.51,=0.01，工作波長 =0.85m，求： (1)當(dāng)纖芯半徑 a=25m 時，此光纖中傳輸?shù)膶?dǎo)模數(shù)M?(2)若要實(shí)現(xiàn)單模傳輸，纖芯半徑應(yīng)為多大?2.已知某光纖通信系統(tǒng)的光發(fā)送機(jī)光源的入纖功率為2mW，光纖損耗為 0.5dB/km，光纖平均接頭損耗為 0.1dB/km，光接收機(jī)最大允許輸入光功率為

8、 32W,光接收機(jī)的動態(tài)范圍可達(dá) 19dB，系統(tǒng)富余度7dB。試核算在無中繼傳輸距離分別為15km、40km、60km 情況下，該系統(tǒng)能否正常工作 ?5光纖通信原理試題參考答案一、單項(xiàng)選擇題 (每小題 1 分，共 10 分 )1.C2.B3.C4.C5.D6.A7.A8.C9.D10.A二、填空題 (每小題 1 分，共 20 分 )1.光通信2.傳輸頻帶寬，通信容量大3.將電信號變換成光信號4.薄膜5.橫向諧振6.斜光線7.光纖的纖芯8.映射9.時分復(fù)用10.250MHz11.開銷比特 (或管理比特 )12.270×N13.激活物質(zhì) (或增益物質(zhì) )14.耦合進(jìn)光纖的功率 (或入纖功

9、率 )15.5%10%16.反向泵輔17.延長中繼距離18.靈敏度20. 0.5A/W三、名詞解釋 (每小題 3 分，共 15 分)1.通過光纖軸線的平面。2.當(dāng)飽和增益下降3dB 時所對應(yīng)的輸出功率值，它表示EDFA 的最大輸出功率。3.處于高能級 E2 的電子，在受到外來能量為hf=(E 2E1)的光子激發(fā)的情況下， 躍遷到低能級 E1，從而發(fā)射出一個和激發(fā)光子相同的光子的過程稱為受激幅射。64.是指光纖數(shù)字通信系統(tǒng)允許輸入脈沖產(chǎn)生抖動的范圍。5.在保證系統(tǒng)的誤碼率指標(biāo)要求下，光接收機(jī)的最低輸入光功率(用 dBm 表示 )和最大允許輸入光功率(用 dBm 表示 )之差 (dB)四、畫圖題

10、(第1題7分，第 2題8分，共 15分)1.LD 數(shù)字信號的直接調(diào)制原理圖為：PI g光信號時間IgID電信號時間OI2.補(bǔ)全的強(qiáng)度調(diào)制數(shù)字光接收機(jī)的方框圖如下：光纖電主放解 解編輸出至信前 置判光電檢決測器號放 大均碼大器碼 擾電端機(jī)器衡器光信號器2.4時鐘恢自動增復(fù)電路益控制7各部分的功能：光電檢測器：將接收到的光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。均衡器：將放大后的信號均衡為無碼間干擾的升余弦波形。判決器：將均衡器輸出的信號判為“1”或“ 0”碼。自動增益控制電路：利用電反饋環(huán)路來控制主放大器的增益。五、簡答題 (每小題 5 分，共 20 分 )1.從子午光線的軌跡方程可知，子午光線軌跡的形狀與光纖的折射

11、率分布 n(r) 、光線的初始條件n(0)和 N0(N0cosz0)有關(guān)。2.a.光譜較寬；b.PI 曲線的線性較好；c.與光纖的耦合效率低；d.壽命長；e.溫度特性較好。3.當(dāng)輸入光功率超過某一范圍時，應(yīng)用光衰減器對輸入信號進(jìn)行一定程度的衰減，可以使光接收機(jī)不產(chǎn)生失真，或滿足在光線路中進(jìn)行某種測試的需要。4.由于光的傳播是由大量的光量子(光子 )傳播來進(jìn)行的。大量的光量子是隨機(jī)的。因而光電檢測器在某個時刻實(shí)際接收的光子數(shù)，是在一個統(tǒng)計(jì)平均值的附近浮動而產(chǎn)生的噪聲。六、計(jì)算題 ( 每小題 10 分，共 20 分)1.(1)v=n1a 22M=V22=n21a2 228=(1.51)2×

12、;(25)2×220.01 =7780.85(2)階躍光纖單模傳輸條件為0<v<2.40483而 V=n1a 220<a<2.40483=2.40483=1.54(m)2 n1221.51 2 0.010.85即 0<a<1.54m2.根據(jù)題意可得：pmax=101g(32×103)=15 dBmPT=101g2=3 dBm已知 D=19 dB=0.5 dB/KM 1=0.1 dB/KM M=7 dB根據(jù)動態(tài)范圍的定義：D=PmaxPmin得 Pmin =PmaxD=1519=34 dBm由 PT=Pmin +Lmax(+1)+M得L m

13、ax=(PTPmin M)/( +1)=(3+347)/0.6=50 KmL min =(PTPmaxM)/( +1)=(3+157)/0.6=18.3 Km 18.3<L<50顯然在無中繼傳輸距離為40Km 的情況下，系統(tǒng)能正常工作；在 15Km 、60Km 的情況下系統(tǒng)不能正常工作。91.已知階躍型光纖的n1 =1.51,=0.01，工作波長 =0.85 m，求： (1)當(dāng)纖芯半徑a=25 m 時，此光纖中傳輸?shù)膶?dǎo)模數(shù)M?(2)若要實(shí)現(xiàn)單模傳輸，纖芯半徑應(yīng)為多大?22解： (1)v=n 1aV 22222M=n1a222=(1.51) 2× (25)2×0.

14、01=7780.85(2)階躍光纖單模傳輸條件為0<v<2.40483而 V=n 1a222.40483=2.404830<a<=1.54( m)2n1221.51 2 0.010.85即 0<a<1.54 m2.已知某光纖通信系統(tǒng)的光發(fā)送機(jī)光源的入纖功率為2mW ，光纖損耗為0.5dB/km ，光纖平均接頭損耗為0.1dB/km ，光接收機(jī)最大允許輸入光功率為32 W,光接收機(jī)的動態(tài)范圍可達(dá)19dB ，系統(tǒng)富余度7dB 。試核算在無中繼傳輸距離分別為15km、40km、 60km 情況下，該系統(tǒng)能否正常工作?解：.根據(jù)題意可得：3)=15 dBmpmax

15、=101g(32× 10PT=101g2=3 dBm已知 D=19 dB=0.5 dB/KM1=0.1 dB/KMM=7 dB根據(jù)動態(tài)范圍的定義：D=P maxPmin得 Pmin=P maxD= 15 19=34 dBm由 PT =Pmin+L max( + 1)+M得L max=(P T Pmin M)/( + 1)=(3+34 7)/0.6=50 KmL min=(PT Pmax M)/( + 1)=(3+15 7)/0.6=18.3 Km 18.3<L<50顯然在無中繼傳輸距離為 40Km 的情況下，系統(tǒng)能正常工作；在 15Km、60Km 的情況下系統(tǒng)不能正常工作

16、。1、按照纖芯剖面折射率分布不同，光纖可分為哪兩種形式？解釋其含義。階躍折射率光纖和漸變型多模光纖。階躍折射率光纖中，纖芯和包層折射率沿光纖半徑方向分布都是均勻的，而在纖芯和包層的交界面上，折射率呈階梯形突變。漸變型多模光纖中，纖芯的折射率不是均勻常數(shù)，而是隨纖芯半徑方向坐標(biāo)增加而逐漸減少，一直變到等于包層折射率的值。2、實(shí)現(xiàn)光源調(diào)制的方法有哪些，請具體說明。直接調(diào)制和間接調(diào)制。直接調(diào)制又叫內(nèi)調(diào)制，就是將電信號直接加在光源上，使其輸出的光載波信號的強(qiáng)10度隨調(diào)制信號的變化而變化，即直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器的注入電流，是光纖通信中最常用的通信方式。間接調(diào)制又叫外調(diào)制，就是不直接調(diào)制光源，而是在光源輸

17、出的通路上，利用某些晶體的電光、聲光和磁光效應(yīng)等特性，加外調(diào)制器來對光波進(jìn)行調(diào)制。4、. 光接收機(jī)中主放大器的主要作用是什么？主放大器一般是多級放大器，它的功能主要是提供足夠高的增益，把來自前置放大器的輸出信號放大到判決電路所需的電平，并通過它實(shí)現(xiàn)自動增益控制（），以使輸入光信號在一定的范圍內(nèi)變化時，輸出電信號應(yīng)保持恒定輸出。主放大器和決定著光接收機(jī)的動態(tài)范圍。5.已知階躍折射率光纖中n1 =1.52， n2 =1.49。（開方、反三角函數(shù)計(jì)算困難時，必需列出最后的表達(dá)式。）1、光纖浸沒在水中(n 0=1.33)，求光從水中入射到光纖輸入端面的光纖最大接收角；2、光纖放置在空氣中，求數(shù)值孔徑。

18、解： 1、根據(jù)全反射條件，可最大入射角滿足以下關(guān)系：n 12n 22sin =其中 n0 為光纖外圍介質(zhì)的折射率n 0152. 2149. 2sin =0.226133. 13.06 °即光從水中入射到光纖輸入端面的光纖最大接收角為13.06 °。2、光纖放置在空氣中，則 n0=1n12n221.5221.492這時數(shù)值孔徑 NA=10.30n02、畫出典型的數(shù)字光纖通信系統(tǒng)接收端機(jī)的原理框圖?2、 若一個 565Mbit/s 單模光纜傳輸系統(tǒng)，其系統(tǒng)總體要求如下：光纖通信系統(tǒng)光纖損耗為0.4dB/km ，光纖接頭損耗為0.1dB/km ，光源的入纖功率為-2.5dbm，接

19、收機(jī)靈敏度為-37dbm，線路碼型5B6B ，傳輸速率為677990kbit/s, 光源采用MLM LD ，光源譜寬為2nm，光纖的色散系數(shù)為 2.5ps/(km nm) ，光通道功率參數(shù)取 0.115。設(shè)計(jì)中取光功率代價為 1db,光連接器衰減為 1db，光纖富余度為 0.1db/km,設(shè)備富余度為 5.5db 。試求：系統(tǒng)的最大中繼距離。（7 分）解：衰減的影響11L a=(PT-PR-2A c-Pp-Me)/(A f +As+Mc)=(-2.5+37-2-1-5.5)/(0.4+0.1+0.1)=43.3(km)色散的影響662×2.5)=33.9kmL D=( ×

20、10)/(B×× D)=(0.115)/(677×10.99由上述計(jì)算可以看出, 中繼段距離只能小于33.9km, 對于大于 33.9km 的線段 , 可采取加接轉(zhuǎn)站的方法解決。一、名詞概念1、光纖：光纖是傳光的纖維波導(dǎo)或光導(dǎo)纖維的簡稱。2、光纖通信：光纖通信是以光波作載波、以光纖為傳輸媒介的通信方式。3、光纖通信系統(tǒng)：光纖通信系統(tǒng)是以光波作載波、以光纖為傳輸媒介的通信系統(tǒng)。二、光在電磁波譜中的位置- 光也是一種電磁波，只是它的頻率比無線電波的頻率高得多。紅外線、可見光和紫外線均屬于光波的范疇。1、可見光是人眼能看見的光，其波長范圍為：0.39 至 0.76 。2

21、、紅外線是人眼看不見的光，其波長范圍為：0.76 至 300 。一般分為：（1）近紅外區(qū)：其波長范圍為：0.76 至 15；（2）中紅外區(qū)：其波長范圍為：15 至25；（3）遠(yuǎn)紅外區(qū)：其波長范圍為：25 至 300；三、光纖通信所用光波的波長范圍（1）光纖通信所用光波的波長范圍為0.8 至 1.8 ，屬于電磁波譜中的近紅外區(qū)。（2）在光纖通信中，常將 0.8至 0.9稱為短波長， 而將 0.8至 0.9稱為長波長。四、光纖通信中常用的低損耗窗口（1） 0.85 、 1.31 和 1.55 左右是光纖通信中常用的三個低損耗窗口。（2）早期光纖通信系統(tǒng)傳輸所用的是多模光纖，其工作波長在0.85的第

22、一個工作窗口。（ 3）非色散位移光纖（ G.652 光纖）工作在 1.31 附近的第二個工作窗口。（ 4）色散位移光纖（ G.653 光纖）工作在 1.55 附近的第二個工作窗口。 -五、光纖通信的特點(diǎn)與電纜或微波等電通信方式相比，光纖通信的優(yōu)點(diǎn)如下：(1) 傳輸頻帶極寬，通信容量很大；(2) 由于光纖衰減小，無中繼設(shè)備，故傳輸距離遠(yuǎn)；(3) 串?dāng)_小，信號傳輸質(zhì)量高；(4) 光纖抗電磁干擾，保密性好；(5) 光纖尺寸小，重量輕，便于傳輸和鋪設(shè)；(6)耐化學(xué)腐蝕；(7)光纖是石英玻璃拉制成形,原材料來源豐富二、光纖與導(dǎo)光原理-由于光纖具有低損耗、容量大以及其他方面的許多優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為通信系統(tǒng)的重

23、要傳輸介質(zhì)之一。光纖特性包括它的結(jié)構(gòu)特性、光學(xué)特性及傳輸特性。結(jié)構(gòu)特性主要指光纖的幾何尺寸（芯徑等） ； 光學(xué)特性包括折射率分布、數(shù)值孔徑等；傳輸特性主要是損耗及色散特性。光波在光纖中傳輸，隨著距離的增加光功率逐漸下降，這就是光纖的傳輸損耗，該損耗直接關(guān)系到光纖通信系統(tǒng)傳輸距離的長短，是光纖最重要的傳輸特性之一。自光纖問世12以來，人們在降低光纖損耗方面做了大量的工作，1.31m 光纖的損耗值在05dB/km 以下，而 1.55m 的損耗為 0.2dB/km 以下，這個數(shù)量級接近了光纖損耗的理論極限。光纖的色散- 由于光纖中所傳信號的不同頻率成分，或信號能量的各種模式成分，在傳輸過程中，因群速

24、度不同互相散開，引起傳輸信號波形失真，脈沖展寬的物理現(xiàn)象稱為色散。光纖色散的存在使傳輸?shù)男盘柮}沖畸變，從而限制了光纖的傳輸容量和傳輸帶寬。從機(jī)理上說，光纖色散分為材料色散，波導(dǎo)色散和模式色散。前兩種色散由于信號不是單一頻率所引起，后一種色散由于信號不是單一模式所引起。光纖色散如圖2-19 所示。光纖與導(dǎo)光原理小結(jié)一、名詞概念1、階躍型光纖 : 階躍型光纖在纖芯和包層交界處的折射率呈階梯形突變，纖芯的折射率 n1 和包層的折射率 n2 是均勻常數(shù)。2、漸變型光纖：漸變型光纖纖芯的折射率nl 隨著半徑的增加而按一定規(guī)律逐漸減少，到纖芯與包層交界處為包層折射率n2，纖芯的折射率不是均勻常數(shù)。3、單模

25、光纖：單模光纖只傳輸一種模式，纖芯直徑較細(xì)，通常在4m 10 m 范圍內(nèi)。4、多模光纖：多模光纖可傳輸多種模式，纖芯直徑較粗，典型尺寸為50m 左右。光纖的傳輸特性二、光纖的損耗-光纖損耗限制了光纖通信的最大直通距離。-產(chǎn)生光纖損耗的原因主要分為三種：吸收損耗、散射損耗和輻射損耗。(1)物質(zhì)的吸收作用將傳輸?shù)墓饽茏兂蔁崮埽瑥亩斐晒夤β实膿p失。吸收損耗有三個原因，一是本征吸收，二是雜質(zhì)吸收，三是原子缺陷吸收。(2)光纖中出現(xiàn)折射率分布不均勻而引起光的散射，將一部分光功率散射到光纖外部,由此引起的損耗稱為本征散射損耗。又稱瑞利(Rayleigh) 散射。（ 3）當(dāng)理想的圓形光纖受到某種外力作用時

26、，會產(chǎn)生一定曲率半徑的彎曲，引起能量泄漏到包層，這種由能量泄漏導(dǎo)致的損耗稱為輻射損耗。三、光纖的色散- 由于光纖中所傳信號的不同頻率成分，或信號能量的各種模式成分，在傳輸過程中，因群速度不同互相散開，引起傳輸信號波形失真，脈沖展寬的物理現(xiàn)象稱為色散。光纖色散的存在使傳輸?shù)男盘柮}沖畸變，從而限制了光纖的傳輸容量和傳輸帶寬。- 從機(jī)理上說，光纖色散分為材料色散，波導(dǎo)色散和模式色散。前兩種色散由于信號不是單一頻率所引起，后一種色散由于信號不是單一模式所引起四、常用單模光纖的性能及應(yīng)用-1G.652 稱為非色散位移單模光纖，也稱為常規(guī)單模光纖，其性能特點(diǎn)是：(1)在1310nm 波長處的色散為零。 （

27、 2）在波長為 1550nm 附近衰減系數(shù)最小，約為 .22dB/km ，但在 1550nm 附近其具有最大色散系數(shù)， 為 17ps/(nm? km) 。（3）這種光纖工作波長即可選在 1310nm 波長區(qū)域，又可選在1550nm 波長區(qū)域，它的最佳工作波長在1310nm 區(qū)域。 G.652 光纖是當(dāng)前使用最為廣泛的光纖。-G.653 稱為色散位移單模光纖。色散位移光纖是通過改變光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)、折射率分布形狀，力求加大波導(dǎo)色散，從而將零色散點(diǎn)從1310nm 位移到 1550nm， 實(shí)現(xiàn)1550nm 處最低衰減和零色散波長一致。這種光纖工作波長在1550nm 區(qū)域。它非常適合13于長距離單信道光

28、纖通信系統(tǒng)。-G.655 這種光纖在1550nm 波長處色散不為零，故其被稱為非零色散位移單模光纖。它在 1550nm 波長區(qū)域具有合理的低色散，足以支持10Gbit/s 的長距離傳輸而無需色散補(bǔ)償；同時，其色散值又保持非零特性來抑制四波混頻和交叉相位調(diào)制等非線性效應(yīng)的影響。這種光纖主要適用密集波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)。三、光纜及無源光器件- 構(gòu)成一個完整的光纖傳輸系統(tǒng)，除了光源、光檢測器及光纖外，還需要眾多的無源光器件。無源光器件在光纖通信系統(tǒng)中起著重要的作用。光纜- 目前，光纖通信用的光纖都經(jīng)過了一次涂覆和二次涂覆的處理，經(jīng)過涂覆后的光纖雖然已具有了一定的抗張強(qiáng)度，但還是經(jīng)不起施工中的彎折、扭曲和

29、側(cè)壓等外力作用，為了使光纖能在各種環(huán)境中使用，必須把光纖與其他元件組合起來構(gòu)成光纜，使其具有良好的傳輸性能以及抗拉、抗沖擊、抗彎、抗扭曲等機(jī)械性能。光纜的基本組成- 目前光纖通信中使用這各種不同類型的光纜，其結(jié)構(gòu)形式多種多樣，但無論何種結(jié)構(gòu)形式的光纜，基本上都由纜芯、加強(qiáng)元件和護(hù)層三部分組成。-（ 1）纜芯- 纜芯是由單根或多根光纖芯線組成，其作用是傳輸光波。-（ 2）加強(qiáng)元件- 加強(qiáng)元件一般有金屬絲和非金屬纖維，其作用是增強(qiáng)光纜敷設(shè)時可承受的拉伸負(fù)荷。-（ 3）護(hù)層- 光纜的護(hù)層主要是對已形成纜的光纖芯線起保護(hù)作用，避免受外界的損傷。-光纜按結(jié)構(gòu)形成主要分為:(1) 層絞式光纜； (2)骨架

30、式（溝槽式) 光纜； (3) 束管式（套管式）光纜。 （ 4）帶狀式無源光器件- 光纖通信系統(tǒng)的傳輸線路，需要一些無源光器件來構(gòu)成光纖線路的連接、分路、合路和其他的功能。 由于光纖和光纜的長度受光纖拉制工藝和光纜施工條件的限制，且光纖的拉制長度也是有限的。因此一條光纖線路可能存在多根光纖相連接的問題。由此可見，光纖間的連接、光纖與光端機(jī)的連接及耦合，對光纖連接器、耦合器等無源器件的使用是必不可少的。1、光纖連接器- 光纖連接器是使一根光纖與另一根光纖相連接的器件，是光波系統(tǒng)中使用量最多的器件。- 光纖與光纖的連接有兩種形式，一種是永久性連接，另一種是活動連接。永久性連接具有粘接法和熔接法之分，

31、目前多采用熔接法。熔接法如圖3-1 所示。單模光纖的纖芯直徑要在 10 m 以下，因此熔接必須使用機(jī)器才行。2、光纖耦合器-光纖耦合器是實(shí)現(xiàn)光信號分路 /合路的功能器件，一般是對同一波長的光功率進(jìn)行分路或合路，其使用量僅次于連接器。3、光合波器和光分波器- 光合波器和光分波器是用于波分復(fù)用等傳輸方式中的無源光器件?？蓪⒉煌ㄩL的多個光信號合并在一起藕合到一根光纖中傳輸，或者反過來說，將從一根光纖傳輸來的不同波長的復(fù)合光信號，按不同光波長分開。前者稱為合波器，后者稱為光分波器。144、光濾波器- 光濾波器一般是采用多層介質(zhì)膜作為光濾波器，使某一波長的光通過，而其他波長的光被阻止。具體結(jié)構(gòu)有兩類，

32、一類為干涉濾波器，另一類為吸收濾波器，兩者均可用介質(zhì)膜構(gòu)成。5、光隔離器光隔離器是一種只允許單向光通過，阻止反射光返回的無源光器件，其工作原理是基于法拉弟旋轉(zhuǎn)的非互易性。- 在光纖通信系統(tǒng)中，尤其在相干光纖通信系統(tǒng)中，為了防止各種原因產(chǎn)生的反射光進(jìn)入激光器，影響激光器的穩(wěn)定性，常需要光隔離器。三、光源和光檢測器光通信器件是光纖通信系統(tǒng)中的核心部件，它們的性能直接影響通信系統(tǒng)的質(zhì)量。在光纖通信系統(tǒng)中使用的光器件主要有：光源和光檢測器等。- 光源的作用是將電信號電流變換為光信號功率，即實(shí)現(xiàn)電 - 光的轉(zhuǎn)換，以便在光纖中傳輸。目前光纖通信系統(tǒng)中常用的光源主要有：半導(dǎo)體激光器LD 、 半導(dǎo)體發(fā)光二極管

33、LED 、半導(dǎo)體分布反饋激光器DFB 等。- 光檢測器的作用是將接收的光信號功率變換為電信號電流，即實(shí)現(xiàn)光-電的轉(zhuǎn)換。光纖通信系統(tǒng)中最常用的光檢測器有：半導(dǎo)體光電二極管、雪崩光電二極管。光源-在光纖通信系統(tǒng)中用光波作為載波，通過光纖這種傳輸介質(zhì)，完成通信全過程。然而，目前各種終端設(shè)備多為電子設(shè)備，這就在輸入端先將電信號變成光信號，也就是用電信號調(diào)制光源。- 光源的作用是將信號電流變換為光信號功率，即實(shí)現(xiàn)電-光的轉(zhuǎn)換。目前光纖通信系統(tǒng)中常用的光源主要有：半導(dǎo)體激光器LD 、半導(dǎo)體發(fā)光二極管 LED 、半導(dǎo)體分布反饋激光器 DFB 等。半導(dǎo)體激光器體積小、價格低、調(diào)制方便，只要簡單地改變通過器件的

34、電流，就能將光進(jìn)行高速的調(diào)制，因而發(fā)展成為光通信系統(tǒng)中最重要的器件。光檢測器- 光檢測器的作用是通過光電效應(yīng)，將接收的光信號轉(zhuǎn)換為電信號。目前的光接收機(jī)絕大多數(shù)都是用光電二極管直接進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，其性能的好壞直接影著接收機(jī)的性能指標(biāo)。光電二極管的種類很多，在光纖通信系統(tǒng)中，主要采用半導(dǎo)體PIN 光電二極管和雪崩光電二極管（ APD) 。光源和光檢測器小結(jié)1一、基本概念1、有源光器件- - 光纖通信使用的有源光器件是光端機(jī)的核心，有光源和光檢測器兩種。2、光源- - 光源的作用是將信號電流變換為光信號功率，即實(shí)現(xiàn)電 -光的轉(zhuǎn)換，以便在光纖中傳輸。目前光纖通信系統(tǒng)中常用的光源主要有：半導(dǎo)體激光器LD

35、 、半導(dǎo)體發(fā)光二極管 LED 、半導(dǎo)體分布反饋激光器DFB 等。3、光檢測器-光檢測器的作用是將接受的光信號功率變換為電信號電流，即實(shí)現(xiàn)光-電的轉(zhuǎn)換。光纖通信系統(tǒng)中最常用的光檢測器有：半導(dǎo)體光電二極管、雪崩光電二極管。4、激光器15- - 激光器就是光的振蕩器。激光振蕩是建立在光與物質(zhì)相互作用的基礎(chǔ)上。5、光與物質(zhì)的相互作用- - 光與物質(zhì)的相互作用主要有三種基本過程:(1) 受激吸收； (2)自發(fā)輻射； (3) 受激輻射。6、粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)分布- - 要使物質(zhì)能對光進(jìn)行放大，必須使物質(zhì)中的受激輻射強(qiáng)于受激吸收，即高能級上的粒子數(shù)多于低能級上的粒子數(shù)。物質(zhì)的這一種反常態(tài)的粒子數(shù)分布，稱為粒子數(shù)的

36、反轉(zhuǎn)分布二、半導(dǎo)體激光器-半導(dǎo)體激光器是利用在有源區(qū)中受激而發(fā)射光的器件。只有當(dāng)注入電流超過閾值電流的情況下，激光器才會輻射激光，所以半導(dǎo)體激光器是有閾值的器件。-（ 1）有源區(qū)里產(chǎn)生足夠的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布；-（ 2）在諧振腔里建立起穩(wěn)定的振蕩。三、半導(dǎo)體發(fā)光二極管-半導(dǎo)體發(fā)光二極管是非閾值器件。它與半導(dǎo)體激光器的本質(zhì)區(qū)別是它沒有光學(xué)諧振腔，不能形成激光振蕩。發(fā)光二極管是非相干光源，發(fā)光以自發(fā)輻射為主。四、半導(dǎo)體光電二極管-半導(dǎo)體光電二極管是利用半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)將入射光子轉(zhuǎn)換成電子- 空穴對，形成光生電流，即實(shí)現(xiàn)光-電的轉(zhuǎn)換。五、雪崩光二極管- 雪崩光二極管（ APD) 是利用載流子在高場區(qū)

37、的碰撞電離形成雪崩倍增效應(yīng)，使檢測靈敏度大大提高， APD 的雪崩增益隨偏壓的提高而增大。摻鉺光纖放大器 小結(jié)一、摻鉺光纖- -摻鉺光纖是一種向常規(guī)傳輸光纖的石英玻璃基質(zhì)中摻入微量鉺元素的特種光纖。摻入鉺元素的目的，是促成被動的傳輸光纖轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂泄夥糯竽芰Φ闹鲃庸饫w。光放大的特性主要由摻鉺元素決定。二、摻鉺光纖放大器的工作原理- 摻鉺光纖放大器主要由一段摻鉺光纖、泵浦光源、光耦合器及光隔離器等構(gòu)成。采用摻鉺單模光纖作為增益物質(zhì)，在泵浦光激發(fā)下產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，在信號光誘導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)受激輻射放大。泵浦光和信號光一起通過光耦合器注入摻鉺光纖；光隔離器作用是只允許光單向傳輸，用于隔離反饋光信號，提高穩(wěn)定性

38、。三、摻鉺光纖放大器的光路結(jié)構(gòu)1、前向（同向）泵浦摻鉺光纖放大器- 前向（同向）泵浦摻鉺光纖放大器，表示信號光和泵浦光同向進(jìn)入摻鉺光纖。光隔離器用于隔離反饋光信號，提高穩(wěn)定性。這種結(jié)構(gòu)噪聲特性較好。2、后向（反向）泵浦摻鉺光纖放大器- 后向（反向）泵浦摻鉺光纖放大器，表示信號光和泵浦光從兩個不同方向進(jìn)入摻鉺光纖。這種結(jié)構(gòu)具有較高的輸出信號功率，但噪聲特性較差。3、雙向泵浦摻鉺光纖放大器- 雙向泵浦摻鉺光纖放大器，表示兩個泵浦光從兩個相反方向進(jìn)入摻鉺光纖。這種結(jié)構(gòu)具有的輸出信號功率最高，噪聲特性也不差。四、 EDFA 有三種基本的應(yīng)用方式在光纖通信系統(tǒng)中， EDFA 有三種基本的應(yīng)用方式，分別是

39、分別是功率放大器、前16置放大器和在線放大器。它們對發(fā)放大器性能有不同的要求，功放要求輸出功率大，前放對噪聲性能要求高，而線放須兩者兼顧。五、光發(fā)射機(jī)與光接收機(jī)- 光發(fā)射機(jī)是實(shí)現(xiàn)電 / 光轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。它由光源、驅(qū)動器和調(diào)制器組成。其功能是將來自于電端機(jī)的電信號對光源發(fā)出的光波進(jìn)行調(diào)制，成為已調(diào)光波，然后再將已調(diào)的光信號耦合到光纖或光纜去傳輸。- 光接收機(jī)是實(shí)現(xiàn)光 / 電轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。它由光檢測器和光放大器組成。其功能是將光纖或光纜傳輸來的光信號，經(jīng)光檢測器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺缓?，再將這微弱的電信號經(jīng)放大電路放大到足夠的電平，送到接收端的電端機(jī)去。光發(fā)射機(jī)與光接收機(jī) 小結(jié)一、光發(fā)射機(jī)- - 光發(fā)射

40、機(jī)是實(shí)現(xiàn)電 /光轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。它由光源、驅(qū)動器和調(diào)制器組成。其功能是將來自于電端機(jī)的電信號對光源發(fā)出的光波進(jìn)行調(diào)制，成為已調(diào)光波，然后再將已調(diào)的光信號耦合到光纖或光纜去傳輸。1、光波的調(diào)制- 在光纖通信系統(tǒng)中，把隨信息變化的電信號加到光載波上，使光載波按信息的變化而變化，這就是光波的調(diào)制。從調(diào)制方式與光源的關(guān)系上來分，強(qiáng)度調(diào)制的方法有兩種：直接調(diào)制和外調(diào)制。從調(diào)制信號的形式來分，光調(diào)制又分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。2、直接調(diào)制- 直接調(diào)制是用電信號直接調(diào)制光源器件的偏置電流，使光源發(fā)出的光功率隨信號而變化。光源直接調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是簡單、經(jīng)濟(jì)、容易實(shí)現(xiàn)，但調(diào)制速率受載流子壽命及高速率下的性能退化的限制。

41、光纖通信中光源多采用直接調(diào)制方式。3、外調(diào)制- 外調(diào)制一般是基于電光、磁光、聲光效應(yīng)，讓光源輸出的連續(xù)光載波通過光調(diào)制器，光信號通過調(diào)制器實(shí)現(xiàn)對光載波的調(diào)制。外調(diào)制方式需要調(diào)制器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但可獲得優(yōu)良的調(diào)制性能，特別適合高速率光通信系統(tǒng)。4、模擬調(diào)制- 模擬調(diào)制可分為兩類，一類是利用模擬基帶信號直接對光源進(jìn)行調(diào)制；另一類采用連續(xù)或脈沖的射頻波作副載波，模擬基帶信號先對它進(jìn)行調(diào)制，再用該已調(diào)制的副載波去調(diào)制光載波。由于模擬調(diào)制的調(diào)制速率較低，均使用直接調(diào)制方式。5、數(shù)字調(diào)制- 數(shù)字調(diào)制主要指 PCM 脈碼調(diào)制。先將連續(xù)的模擬信號進(jìn)行抽樣、量化、編碼，轉(zhuǎn)化成一組二進(jìn)制脈沖代碼，對光信號進(jìn)行通斷調(diào)

42、制。數(shù)字調(diào)制也可使用直接調(diào)制和外調(diào)制。二、光接收機(jī)光接收機(jī)是實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。它由光檢測器和光放大器組成。其功能是將光纖或光纜傳輸來的光信號，經(jīng)光檢測器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，然后，再將這微弱的電信號經(jīng)放大電路放大到足夠的電平，送到接收端的電端機(jī)去。1、線性通道- 由光電檢測器、前置放大器、主放大器和均衡器構(gòu)成的這部分電路，稱為線性通道。在光接收機(jī)中，線性通道主要完成對信號的線性放大，以滿足判決電平的要求。2、光接收機(jī)靈敏度- - 光接收機(jī)的靈敏度是指滿足給定信噪比指標(biāo)的條件下，光接收機(jī)所需要的最小接17收光功率光纖通信系統(tǒng)小結(jié)一、光纖通信系統(tǒng)- - 光纖通信系統(tǒng)是以光作為信息載體，以光纖作為傳輸

43、媒介的通信系統(tǒng)。二、光纖通信系統(tǒng)的組成- 光纖通信系統(tǒng)由光發(fā)信機(jī)、光收信機(jī)、光中繼器、光纖連接器及耦合器的無源器件等五個部分組成。1、光發(fā)信機(jī)：- 光發(fā)信機(jī)是實(shí)現(xiàn)電 / 光轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。 它由光源、驅(qū)動器和調(diào)制器組成。其功能是將來自于電端機(jī)的電信號對光源發(fā)出的光波進(jìn)行調(diào)制，成為已調(diào)光波，然后再將已調(diào)的光信號耦合到光纖或光纜去傳輸。電端機(jī)就是常規(guī)的電子通信設(shè)備。2、光收信機(jī)：- 光收信機(jī)是實(shí)現(xiàn)光 / 電轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。 它由光檢測器和光放大器組成。其功能是將光纖或光纜傳輸來的光信號，經(jīng)光檢測器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺缓?，再將這微弱的電信號經(jīng)放大電路放大到足夠的電平，送到接收端的電端汲去。3、光纖或光纜：-

44、 光纖或光纜構(gòu)成光的傳輸通路。其功能是將發(fā)信端發(fā)出的已調(diào)光信號，經(jīng)過光纖或光纜的遠(yuǎn)距離傳輸后，耦合到收信端的光檢測器上去，完成傳送信息任務(wù)。4、中繼器：- 中繼器由光檢測器、光源和判決再生電路組成。它的作用有兩個：一個是補(bǔ)償光信號在光纖中傳輸時受到的衰減；另一個是對波形失真的脈沖近行政性。5、光纖連接器、耦合器等無源器件：- 由于光纖或光纜的長度受光纖拉制工藝和光纜施工條件的限制，且光纖的拉制長度也是有限度的（如 1Km) 。 因此一條光纖線路可能存在多根光纖相連接的問題。于是，光纖間的連接、光纖與光端機(jī)的連接及耦合，對光纖連接器、耦合器等無源器件的使用是必不可少的。七、光纖傳輸特性的測量小結(jié)

45、（一）、光纖傳輸特性測量- 光纖傳輸特性對光纖通信系統(tǒng)的工作波長、傳輸速率、傳輸容量、傳輸距離和信息質(zhì)量等都有著至關(guān)重要的影響。因此，光纖傳輸特性的測量是十分重要和必不可少的工作。衰減和色散是光纖的兩個主要傳輸特性。-1 、基準(zhǔn)測試法- 基準(zhǔn)測試法是嚴(yán)格按照光纖某一給定特性的定義進(jìn)行的測試方法。-2 、替代測試法- 替代測試法是在某種意義上與給定特性的定義相一致的測試方法。（二）、光纖的衰減測量-1 、光纖的衰減- 光波在光纖中傳輸，隨著傳輸距離的增加，光功率會逐漸減小，這種現(xiàn)象稱為光纖的衰減（或稱為光線的損耗） 。光纖的衰減關(guān)系到光纖通信傳輸距離的長短和中繼距離的選擇，光纖的衰減與波長的關(guān)系

46、曲線即損耗波譜曲線，關(guān)系到光波波長的選擇。-22 、光纖衰減測量- 測定光纖衰減的測試方法常用有三種：切斷法、插入損耗法和后向散射法。- （1）切斷法原理18切斷法是測量光纖衰減特性的基準(zhǔn)測試方法。（ 2）插入損耗法原理- 插入損耗法是測量光纖衰減特性的替代測試法，其測量原理類似于切斷法。由光發(fā)射設(shè)備和光接收設(shè)備組成一個完整的光纖傳輸系統(tǒng)，待測光纖即為傳輸部分。在測試前首先對測量儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，用 1cm 左右長的 " 短路 "光纖連接系統(tǒng)的發(fā)射和接收部分，通過調(diào)整光源的輸出功率使得接收部分顯示的功率為0dBm，然后拆去 " 短路 " 光纖，接入待測光纖，此時接收部分顯示的即為待測光纖的總平均損耗 (dB) ，用此值除以光纖的長度即為光纖的損耗系數(shù) 。- 插入損耗法的測量精確度和重復(fù)性要受到耦合接頭(或連接器 )的精確度和重復(fù)性的影響， 所以這種測試方法不如切斷法的精確度高。 但是因?yàn)檫@種測試方法是非破壞性的，所以測量簡單方便，很適合于工程、維護(hù)使用。（ 3）后向散射法原理- 后向散射法測量原理是將大功率的窄脈沖注入被測光纖，然后在同一端檢測光纖后向返回的散射光功率。由于主要的散射作用是瑞利散射，瑞利散射光的