光纤通信试卷(-整理-)

一一 填空题 填空题 光接收机中光接收机中 PIN 光电二极管引入的主要噪声有光电二极管引入的主要噪声有 暗电流暗电流 噪声和噪声和 量子量子 噪声 噪声 光隔离器是一种只允许光沿 一个方向一个方向 通过而在 相反方向相反方向 阻挡光通过的光无源器件 光与物质的粒子体系的相互作用主要有三个过程是 自发辐射自发辐射 受激吸收受激吸收 受激辐射受激辐射 产生激光的最主要过程是 受激辐射受激辐射 光源的作用是将 电信号电信号 变换为 光信号光信号 光检测器的作用是将 光信号光信号 转换为 电信号电信号 光中继器实现方式主要有 光光 电电 光中继器光中继器 和 对光信号直接放大的中继器对光信号直接放大的中继器 两种 光纤传输衰减分为 材料的吸收材料的吸收 衰减 光纤的散射光纤的散射 衰减和 辐射辐射 衰减 光纤数字通信系统中 误码误码 性能和 抖动抖动 性能是系统传输性能的两个主要指标 光纤中的传输信号由于受到光纤的 色散色散 和 损耗损耗 的影响 使得信号的幅度受到衰减 波形出现失真 光与物质作用时有 输出功率与效率输出功率与效率 输出光谱特性输出光谱特性 和 响应速率与带宽响应速率与带宽 三个物理过程 光纤的主要材料是 二氧化硅二氧化硅 光纤的结构从里到外依次为 纤芯纤芯 包层包层 其中 纤芯纤芯 部分是用来传导光信号的 光纤的传输特性是光纤的 损耗损耗 特性 色散色散 特性 光纤的色散分为 材料材料 色散 波导波导 色散和 模式模式 色散 光纤的分类中按传输的模式来分可分为 单模单模 和 多模多模 光纤 按纤芯的折射率分布的不同来分可分为 阶跃型阶跃型 和 渐变型渐变型 光纤 光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长 0 85um 1 31um 1 55um 最低损耗窗口的中心波长是在 1 55um 目前光纤通信所用光波的光波波长范围为 0 8 1 8um 属于电磁波谱中的 近红外区近红外区 区 EDFA 称为 掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器 其实现放大的光波长范围是 1 53 1 56um 光纤通信是以 光纤光纤 为传输媒质 以 光波光波 为载波的通信方式 光纤通信系统的长期平均误码率定义为 传送错误的码元数占传送的总码元数的百分比传送错误的码元数占传送的总码元数的百分比 反映突发性误码 用 严重误码秒严重误码秒 SES 误码秒误码秒 ES 两个性能指标来评价 单模光纤是指在给定的工作波长上 只传输 单一基模单一基模 的光纤 单模光纤的波长色散分为 材料材料 色散 波导波导 色散和 光纤光纤 色散 mBnB 码又称为 分组码分组码 它是把 把输入码流中把输入码流中 M 比特分为一组比特分为一组 然后变换为然后变换为 N 比特比特 PIN 光电二极管 是在 P 型材料和 N 型材料之间加上一层 轻掺杂质的轻掺杂质的 N 型材料型材料 I 层层 WDM 技术从传输方向分 有 双向结构双向结构 和 单向结构单向结构 两种基本应用形式 在热平衡条件下 一个电子占据一个能量为 E 的能级的概率 f E 的计算式为 f E 1 1 e E E f KT 在阶跃型光纤中 LP01 模是最低工作模式 LP11 是第一高阶模 在光纤通信系统中光接收机的基本功能是 把接收来的光信号转变为原来的电信号把接收来的光信号转变为原来的电信号 在光接收机中 与光电检测器相连的放大器称为 前置放大器前置放大器 它是 低噪声 髙增益低噪声 髙增益 的放大器 渐变型光纤中 不同的射线具有相同轴向速度的现象称为 光纤的自聚焦光纤的自聚焦 现象 随着半导体激光器温度的上升 其输出功率会 降低降低 发光二极管依靠 自发辐射自发辐射 发光 半导体激光器依靠 受激辐射受激辐射 发光 通常用的光纤绝大多数用 石英石英 材料制成 折射率高的中心部分叫做 纤芯纤芯 折射率稍低的外层称为 包层包层 阶跃型光纤的单模传输条件是 0 V 2 405 目前光纤通信的长波波长低损耗工作窗口是 波长波长 1 31un 附近附近 和 波长波长 1 55 附近附近 工程上光接收机的灵敏度常用 光功率的相对值光功率的相对值 表示 单位是 dBm 表示光纤捕捉光射线能力的物理量被定义为 数值孔径数值孔径 用 NA 表示 对于半导体激光器 当外加正向电流达到某一值时 输出光功率将急剧增加 这时输出的光为 激光激光 这个电流称为 阈值阈值 电流 由于双异质结激光器在有源区两侧 既限制了 光波光波 又限制了 载流子载流子 故它的光强分布基本被约束在有源区 而且 阈值阈值 电流大大降低 根据 ITU T 的建议 STM 1 码速率分别 155 520 Mb s 二 选择题二 选择题 光纤单模传输条件 归一化频率 V 应满足 B A V 2 405 B V3 832 D V 3 832 激光是通过什么产生的 A A 受激辐射受激辐射 B 自发辐射 C 热辐射 D 电流 EDFA 的泵浦光源的典型工作波长为 D A 850 nm B 980 nm C 1310 nm D 1550 nm 光隔离器光隔离器的工作原理是 A A 基于法拉第旋转的非互易性 基于法拉第旋转的非互易性 B 基于多层电介质干涉膜的滤波原理 C 基于光栅的衍射原理 D 基于圆柱形透镜的聚焦原理 光隔离器光隔离器的作用是 B A 调节光信号的功率大小 B 保证光信号只能正向传输保证光信号只能正向传输 C 分离同向传输的各路光信号 D 将光纤中传输的监控信号隔离开 光纤数字通信系统中不能传输 HDB3码的原因是 A A 光源不能产生负信号光光源不能产生负信号光 B 将出现长连将出现长连 1 或长连或长连 0 C 编码器太复杂 D 码率冗余度太大 在激光器中 光的放大是通过 C A 光学谐振腔来实现 B 泵浦光源来实现 C 粒子数反转分布的激活物质来实现 粒子数反转分布的激活物质来实现 D 外加直流来实现 单模光纤中主要色散是 多模光纤中主要色散是 A A 波长色散 模式色散 波长色散 模式色散 B 波长色散 材料色散 C 材料色散 偏振模式色散 D 偏振模式色散 模式色散 目前光纤通信系统中广泛使用的调制 检测方式是 D A 相位调制 相干检测 B 强度调制 相干检测 C 频率调制 直接检测 D 强度调制强度调制 直接检测直接检测 光合波器是 D A 将多个光波信号合成一个光波信号在一根光线中传输 B 将多路光信号合并成一路光信号在光纤中传输 C 将同波长的多个光信号合并在一起耦合到一根光纤中传输 D 将不同波长的多个光信号合并在一起耦合到一根光纤中传输 将不同波长的多个光信号合并在一起耦合到一根光纤中传输 光纤是利用光的 现象传送光信号的 C A 折射 B 散射 C 全反射 全反射 D 辐射 光纤的纤芯折射率应 包层折射率 光纤才能导光 A A 大于 大于 B 小于 C 等于 D 大于等于 通常 影响光接收机灵敏度的主要因素是 B A 光纤色散 B 光接收机噪声 光接收机噪声 C 光纤衰减 D 暗电流 光纤相对折射指数差的定义为 C A n1 n2 B n2 n1 C n21 n22 2n21 D n21 n22 n21 阶跃型光纤中 某种模式截止时的归一化频率为 Vc 则这种模式形成导模的传输条件为 C A V2 405 C V Vc D V 0 随着激光器温度的上升 其输出光功率会 A A 减少减少 B 增大 C 保持不变 D 先逐渐增大 后逐渐减少 在光纤通信系统中 EDFA 以何种应用形式可以显著提高光接收机的灵敏度 D 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 作光中继器使用作光中继器使用 光接收机中 雪崩光电二极管引入的噪声为 D A 光电检测器的暗电流噪声 雪崩管倍增噪声 光接收机的电路噪声光电检测器的暗电流噪声 雪崩管倍增噪声 光接收机的电路噪声 B 量子噪声 雪崩管倍增噪声 光接收机的电路噪声 C 量子噪声 光电检测器的暗电流噪声 光接收机的电路噪声 D 量子噪声 光电检测器的暗电流噪声 雪崩管倍增噪声量子噪声 光电检测器的暗电流噪声 雪崩管倍增噪声 光中继器光中继器中均衡器的作用是 D A 放大 B 消除噪声干扰 C 均衡成矩形脉冲 D 均衡成有利于判决的波形均衡成有利于判决的波形 通常 影响光接收机灵敏度的主要因素是 B A 光纤色散 B 光接收机噪声光接收机噪声 C 光纤衰减 D 暗电流 EDFA 中用于降低放大器噪声的器件是 C A 光耦合器 B 波分复用器 C 光滤波器光滤波器 D 光衰减器 以下哪一样不是无源光器件 C A 光调制器 B 光纤连接器 C LED D 光纤耦合器 关于关于 PIN 和和 APD 的偏置电压表述的偏置电压表述 正确的是正确的是 B A 均为正向偏置均为正向偏置 B 均为反向偏置均为反向偏置 C 前者正偏前者正偏 后者反偏后者反偏 D 前者反偏前者反偏 后者正偏后者正偏 处于高能级 E2的电子 在未受外界激发的情况下 自发地跃迁到低能级 E1 从而发射出一个能量为 hf E2 E1 的光子的过程称为 A A 自发辐射自发辐射 B 受激吸收 C 受激辐射 D 非辐射复合 目前在光纤通信系统中已获得广泛应用的光放大器是 B A 半导体光放大器 B 掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器 C 拉曼光纤放大器 D 布里渊光纤放大器 阶跃光纤中 子午线在包层和纤芯分界面上形成全反射的条件为 C A B C D 2 时求出的波长均不在可见光范围内 所以入时求出的波长均不在可见光范围内 所以入 500nm 2 因为因为 p 点的明纹对应的点的明纹对应的 k 1 所以是第一级明纹 这级明纹对应的衍射角由 所以是第一级明纹 这级明纹对应的衍射角由 k 1 时时 asinQ 2k 1 入入 2 求得 求得 Q 0 086 狭缝处的波面所分的波 狭缝处的波面所分的波 带数和明条纹对应的级数关系为 半波带带数和明条纹对应的级数关系为 半波带 2k 1 因为 因为 k 1 所以狭缝处的波面可分为 所以狭缝处的波面可分为 3 个半波带 个半波带 3 x 2f 入入 a 2mm 一单色光垂直照在厚度均匀的薄油膜上 油的折射率为 1 3 玻璃的折射率为 1 5 若单色光的波长可由光源连续调节 并观察到 500nm 与 700nm 这两个波长的单色光在反射中消失 求油膜的厚度 答答 答答 垂直照射光程差垂直照射光程差 2n2e 2k 1 入入 2 k 0 1 2 n2 1 3 入 入 500nm 时 时 2n2e 2k1 1 500 2 入 入 700nm 时 时 2n2e 2k2 1 700 2 得 得 7k2 1 5k1 k 值随波长增大而减小 在值随波长增大而减小 在 500nm 到到 700nm 时 不存在入时 不存在入 3 和对应的整数 和对应的整数 k3 满足满足 式 所以式 所以 k2 1 k1 求得 求得 k1 4 k2 3 将 将 k 3 带入得到带入得到 e 2k1 1 入入 1 2 2 n2 673 1nm 一波长为 600nm 的单色平行光垂直照射一个光栅上 光栅常数为 d 6 m 问第二级明纹所对应的衍射角 为多少 答 由光栅公式 a b sinQ 土 k 入 第 2 级明纹满足 a b sinQ 2 入 因为 a b 6um 求得 Q arcsin0 2 11 54 He Ne 激光器的中心频率 Hz 自发辐射谱线宽度为 Hz 若想获得单模输出 腔长应为多少 14 0 1074 4 8 106 答 设激光器腔长为 L vm c 2nL 3 10 8 2 1 L N v vm 4L 要想获得单模输出 则 v 2 vm c nL 所以 L c n v 3 10 8 6 10 8 0 5 即腔长最长不能超过 0 5m 某单模光纤通信系统 光发射机的平均发送光功率为 0 8 mw 接收机灵敏度为 37 dBm 全程光纤平均接头损耗为 0 04 dB km 设计要求系 统富裕度为 6 dB 无中继传输距离为 80 km 试问在选取光缆时 光纤的每公