光纖通信練習題(調整格式)

1、一、填空題1. 單模光纖中不存在模間色散，僅存在模內色散,具體來講，可分為波導色散和材料色散。2. 光纖中的最低階非線性效應起源于三階電極化率，它是引起三次諧波、四波混頻、自相位調制和非線性折射等現(xiàn)象的原因。3. 光纖通信中常用的三個低損耗窗口的中心波長為850nm,1310nm,550nm；最低損耗窗口的中心波長是在1550nm。4. 數(shù)值孔徑(NA)越大，光纖接收光線的能力就越強，光纖與光源之間的耦合效率就越高。5. 光與物質的粒子體系的相互作用主要有三個過程是自發(fā)輻射,受激輻射，受激吸收；產(chǎn)生激光的最主要過程是受激輻射。6. 光纖單模傳輸條件，歸一化頻率V應滿足V2.40483。7. 光

2、源的作用是將電信號電流變換為光信號功率；光檢測器的作用是將光信號功率轉換為電信號電流。&散射損耗與光纖自身缺陷及材料分布不均勻有關。9. 單模光纖只能傳輸一個模式，即HE算模，稱為光纖的基模。10. 光纜的種類很多，但是不論它的具體結構如何，都是由纜芯、加強元件和護套組成。11限制光纖傳輸容量(BL積)的兩個基本因素是光纖色散和光纖損耗。12. LD是一種閾值器件，它通過受激發(fā)射發(fā)光，具有輸出功率高、輸出光發(fā)散角窄、與單模光纖耦合效率高、輻射光譜線窄等優(yōu)點。13. PIN二極管的特點包括耗盡層很寬、偏置電壓小和附加噪聲小。14. LED的主要特性參數(shù)為輸出功率與效率、輸出光譜特性和響應

3、速率與帶寬。15. 光纖和光纖連接的方法有兩大類活動連接和固定連接。16. 影響光纖耦合性能的主要因素有插入損耗、附加損耗、分光比和隔離度。17. 在光波系統(tǒng)中得到廣泛應用的兩種光檢測器是PIN光電二極管和APD光電二極管。18. 光發(fā)送機主要由光源、驅動電路和輔助電路組成。19. 接收機中存在的噪聲源可分為光電檢測器的噪聲和光接收機電路的噪聲組成。20. 構成SDH網(wǎng)絡的基本單元稱為網(wǎng)元。該設備有終端復用器、分插復用器、再生復用器和數(shù)字交叉連接設備四種。21. 段開銷可以實現(xiàn)不間斷誤碼監(jiān)測、自動倒換、公務通信和數(shù)據(jù)通信等功能。22. 對于碼速率不同的信號，如果進行復接，則會出現(xiàn)重疊和錯位現(xiàn)象

4、。23. 數(shù)字復接中的碼速調整有正碼速調整、負碼速調整和正負零碼速調整三種方式。24. 光傳輸設備包括光發(fā)射機、光中繼器和光接收機等。25. 1.7Gb/s的單個比特間隔是0.588ns。26. 光纖衰減為0.00435dB/m，則10km長光纖的總衰減為435dB。27. SDH線路碼型一律采用NRZ碼加擾碼。二、簡答1. 光接收機前端的作用是什么？有哪三種不同的前端設計方案？各有何特點？2、光接收機前端的作用是將光纖線路衣端耦合到光電匚極管的光比特流轉換為時饗電流，然后進行預放大，一邊后級作進一歩址理"三種方案：（1）低阻抗前端電路簡單，不需更或只要很少的均衡，前登級的動態(tài)范圍也

5、比較大，但缺點是靈韌變較低，噪聲比較局。（2）髙阻抗前端一般只適用于低速系統(tǒng).跨阻抗前端：具有頻帶寬、噪聲低、靈敏度高、動態(tài)范圍廣等綜合優(yōu)點，被廣泛釆用2. 論述光纖損耗和色散對系統(tǒng)設計的限制。3、由干損耗的療在，在光纖的傳輸?shù)墓庑盘?，不管是模擬信號還是數(shù)子脈沖，其幅度都要減小，它在很大程度上決定了系統(tǒng)的傳輸距離°所以系統(tǒng)在設計的時候要考慮用光信號的放大中繼色散是光纖的傳輸特性之一.由于不同波長光脈沖在光纖中具有不同的傳播速度，囲此，色散反應了光脈沖沿光纖傳播時的展寬光纖的色散現(xiàn)象對光纖逋信極為不利。光纖數(shù)字昨傳輸?shù)氖且恍搅忻}沖碼，光纖在傳輸中的脈沖展寬，導致了脈沖與脈沖相重疊現(xiàn)象，

6、即產(chǎn)生了碼間干擾，從而形成復輸碼的失誤，適成差錯匚為避免誤碼出現(xiàn)，就要拉長脈沖間距，導致扶輸速率降從而減少了通信容量*另一方面，光纖脈沖的展寬程度隨著伎喻距離的增長而越來越嚴重“閔此，対了避免誤碼，光纖的傳輸距離也要縮短:：3、WDM系統(tǒng)是按什么標準進行分類的？各自的特點是什么？答：WDM系統(tǒng)按照通道間隙分類，可分為波分復用、密集波分復用和粗波分復用。波分復用是原始的波分復用，由于容量有限（容量較單通道系統(tǒng)提高倍）和光放大不能有效解決EDFA工作在1550nm窗口，無法實現(xiàn)1310nm光放大而應用受限。粗波分復用（CWDM）的特點：由于CWDM系統(tǒng)采用的DFB激光器不需要冷卻，在成本、功耗要求

7、和設備尺寸方面，CWDM系統(tǒng)比DWDM系統(tǒng)更有優(yōu)勢。密集波分復用（DWDM）的特點：主要應用于長距離傳輸系統(tǒng)，DWDM能夠在同一根光纖中把不同的波長同時進行組合和傳輸，傳輸容量大。4、光接收機中存在哪些噪聲？答：光接收機中存在的基本噪聲是散粒噪聲和熱噪聲，另外還有激光器引起的強度噪聲。5、光放大器的作用？它在哪些方面得到應用？答：是對復用后的光信號進行放大，以解決WDM系統(tǒng)的超長距離傳輸和系統(tǒng)中波分復用器件的插損問題，具體應用在下述幾個方面：（1）在WDM系統(tǒng)中應用；（2）在光纖通信網(wǎng)中；（3）在光孤子通信中的應用。6、試比較PN結光電二極管、PIN光電二極管以及APD雪崩光電二極管的優(yōu)缺點。

8、答：PN型優(yōu)點是暗電流小，一般情況下，響應速度較低。PIN型缺點是暗電流大，因結容量低，故可獲得快速響應。ADP型響應速度非?？?，因具有倍速作用，故可檢測微弱光，缺點是電流噪聲大。7、在設計一個光纖通信系統(tǒng)時，路由、系統(tǒng)傳輸速率及光纖的類型如何選擇？答：在選擇路由時，需要確定路由、計算中繼距離、選擇中繼站地址等。在選擇系統(tǒng)傳輸速率時，考慮通信容量和成本合理選擇傳輸速率和設備。在選擇光纖類型時，根據(jù)傳輸距離、色散系數(shù)、傳輸容量和傳輸頻率合理選擇光纖。8、簡要描述自愈環(huán)兩類結構的工作特點。答：根據(jù)自愈環(huán)業(yè)務保護的范圍的不同，自愈環(huán)結構可分為兩大類：通道倒換環(huán)和復用段倒換環(huán)。通道倒換環(huán)屬于子網(wǎng)連接保

9、護，其業(yè)務量的保護是以通道為基礎，是否倒換以離開環(huán)的每一個通道信號質量的優(yōu)劣而定，通常利用通道AIS信號來決定是否應進行倒換。復用段倒換環(huán)屬于路徑保護，其業(yè)務量的保護以復用段為基礎，以每對結點的復用段信號質量的優(yōu)劣來決定是否倒換。三、計算1、階躍光纖的纖層和包層的折射率指數(shù)分別為n=1.46,n=1.45,試計算：12(1) 光纖纖層和包層的相對折射指數(shù)差;(2)光纖的數(shù)值孔徑NA；(3) 在1km光纖上，由于子午光線的光程差所引起的最大時延厶tmax；(4) 若將tmax減小為10ns/km，n的取值。2(1) 答：=(n1-n2)/n1=0.00685；(2) 答：NA=n1*sqrt(2

10、)=0.171；(3) 答：sinx=n2/n1(L/sinx-L)*n1/c=33.5ns(4) 答：=1.4572、已知階躍光纖纖層的折射率nl=1.465，相對折射率差厶=0.01,纖芯半徑a=25um.。試求:(1) LP01,LP02,LP11,LP12模的截止波長；(2) 若九0=1.3um，計算光纖的歸一化頻率V及光纖中傳輸?shù)哪５臄?shù)量。注：下圖類型一樣，但是參數(shù)不同，請自己改正；解：二勁匸=二3氏，由表22可知：AVLP(ii模的截止頻率為02.405，LPh模的截止頻率為2)53.呂32、LP忙模的截止頻率為3.S32LP|二模的截止頻率為5.52(17X116，又A=期J=2

11、5乂I-亍J2?<O.Ol13.86umV；2.405k.3&2A=-25xI.5v2x0.01泛8.70um'匚3.832A=二期J2=25xI.52x0.0I紜丫5.53025I呂JIX0-01屯-.75um7.016-LP淚模的截止波長為兀13.&問,LPii模的截止波長為6恥&7屮m、LPg模的截止波長為S.7(16.()4invLP|二模的截止波長為4.75LH11O25IO-'I.52-0.0133.32(2)V=氣嚴2A=二砂弋ua,Ix10可見，"均大于以上各模的歸一化頻率，即>=-,或3、多模光纖芯徑為100um，

12、在九=0.85um，折射率n=1.457n=1.455情況下，求：(1)光纖V參數(shù)，估計允許傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量；1(2)單模工作的波長；(3)數(shù)值孔徑；(4)最大可接受角；(5) 若方均根色散b=0.29At，At是全寬，計算模式色散At以及比特速率和距離的成績BL。(I) y=nka2A=2幾1-A=0.0014nr-rv=2S.4SN=406個（2）實現(xiàn)單模傳輸?shù)臈l件是fto<2.405.即<2.405心竺空旦gm2.405(3)A4=sin0ttii=ni-=n2A=0.077(4)sin松=0.999咖:=87.44n-最大可接受角=174.88(5)(7=0.29A27At=

13、3.448crLN心CT壯7=Hi=”=.=1.7132；v2A"久2a/2Ajr.ya設距離為lOOtlin有：b立l=12SxlOAr=3.448(7=4.41xl0"2BL=5.67xl0754、如果一個光纖的零色散波長在1312nm處，零色散斜率為0.090ps/(nm2.km),長度為100km,工作于1310nm，計算由色度色散引起的脈沖擴展。其中LD的光譜寬度為lnm.5、對于某激光器的工作物質譜線展寬的躍遷線寬為1.5GH，激光器的F-P腔長為0.5m,Z，該激光器會出現(xiàn)幾種模式？如若實現(xiàn)單縱模輸出，應該采取什么辦法？此時的腔長為多少?站1(/=0.2jhA

14、v=13GIIZ<1.5GIIZ2L1尹12二會出現(xiàn)縱模和橫模兩種。若實現(xiàn)單縱模輸出，應降低腔長，使大于躍遷線寬。=>1.5jHZ”L<=0.Ini2L.5CHZ6、一半導體激光器，諧振腔長L=300um,工作物質的損耗系數(shù)a=1mm，諧振腔兩鏡面的反射率RR=0.330.33，求激光器的閾值增益系數(shù)。若后腔鏡的反射率提高到R=0.9,122求1閾2值增益系數(shù)的變化，并解釋原因。2解：=3666.67G/=uIn尺rp-pip)=2023.3m&增大，丄將減小,進而InL_減小,所以爲(門減小。R占二R占二7、若光發(fā)送電路輸出全“1”碼時的平均輸出光功率為10nW，輸

15、出全“0”時的平均輸出光功率為1nW，求該光端機的消光比。解：治=旦=1,3202*10歸川8、一個GaAsPIN光電二極管平均每三個入射光子產(chǎn)生一個電子-空穴對。假設所有的電子都被收集，那么請回答下列問題：(1)試計算該器件的量子效率；(2) 當在0.8um波段、接收功率是10-7W時，計算平均輸出光電流。(3) 若禁帶寬度Eg=1.424Ev,計算這個光電二極管的上截止波長九c。解：(1丿量子效率可=1(2) 平均輸出光電流上截止波長k1.24勺1.424-9、設PIN光電二極管的量子效率為80%，計算在1.3um和1.55um波長時的響應度,說明為什么在1.55um處光電二極管比較靈敏。

16、解：1.3um波長時的響應度1.55_Lim波長時的響應度心=1.241.2410、已知某光接收機的靈敏度為一40dBm(BER=10-1。)，動態(tài)范圍為20dB，若接收到的光功率為2uW,問系統(tǒng)能否正常工作？為什么？答：根據(jù)己知條件，系統(tǒng)能正常工作時以w為單位的光功率變化范圍為0.1小V10小口所以若接收到的光功率為2娜系統(tǒng)能正常工作。12、某數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的誤碼率為10-9,理想PIN光接收機的量子效率耳=0.7，接收波長九=0.85um，碼速f=8.44Mb/s的光脈沖信號。求此時理想光接收機的靈敏度為多少dBm?b解：此時理想光接收機的靈敏度Jiht.'f/<=10lg

17、2x7=101g2.96xl0_=16*3卻用13、已知PIN光接收機的工作參數(shù)如下：光波長=0.85um，速率f=8.448Mb/s，光電二極管響應b度R=0.4，互阻抗前置放大器（FET）的nA10-18。要求誤碼率Pe=10-9,即超擾比Q=6,求實際光接收機的靈敏度為多少dBm?解：實際光接收機的靈敏度亦7“I6xVl0_?K=101gl5xl0_l=7&2個“14、假設光纖連接器兩端的光纖參數(shù)完全一樣，連接精度也非常好，但連接端面上有8%的光反射回來，試計算此光纖連接器的連接損耗及回波損耗。答：根據(jù)連接損耗的計算公式可得連接損耗為I®理四計算得0.36dB回波損耗為

18、101<）為8/100,計算得10.97dB口15、有一根1.5km長的國產(chǎn)多模光纖，測出輸入、輸出光脈沖的寬度分別為3ns和5ns，試求光纖總寬和每千米光纖的帶寬。解：根據(jù)己知，先求光纖的展寬寬度Atr=（込廠）一（凸巧）-=V?-3-=4/i-v于是得到光纖總帶寬R=110.25-AT4每公里光纖的帶寬B=/?r=110.25x1.5"7=46.6MH:16、現(xiàn)已測得光纖的色散系數(shù)為120ps/（nm.km），當光源的譜線寬度時2.5nm時，此時光纖的3dB帶寬有多寬？解：時延差Ar=i>'A2=120x2.5=300ns光纖時3dB帶寬=I.47W-Ar30017、一個PIN光電二極管，它的P+接觸層為1um