《光纤通信》复习题.pdf

1 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，1.31 m，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； 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0Vc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)N1，而在正常状态时 N2N1（其中 N1 表示低能级上的 粒子密度，N2 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？ 5 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： 21 1 ln 2 1 rrl G it 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，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 6 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 3-45P93 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（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。 7 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）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 码时的平均输出功率全 码时的平均输出功率全 “ 1 “ “0“ EXT 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 nm1310 1 ，光脉冲谱线宽度 nm2 max 。发送光功率 dBmP T 2 。如用高性能的 PIN-FET 组件， 10 101 BER 可在条件下得到接收灵度 dBmPR28 。光纤固 8 有衰减系数 0.25dB/km，光纤色散系数 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。 CSf EPCRT MAA MPAPP L 2 km73.52 09 . 0 1 . 025 . 0 8 . 312282 DB LD 6 10 km35.51 8 . 12080.622 100.115 6 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，以这