光纤期末考复习整理

1、 下笔如有神读书破万卷 1.和霍克哈姆发表了关于传输介质新概念 P21966年，英籍华裔学者高锟（光纤通信之父） 的论文，指出了利用光纤进行信息传输的可能性和技术途径，奠定光纤通信的基础。（填空） 2.电缆通信和微波通信的载波是电波，光纤通信的载波是光波。虽然光波和电波都是电 P5）（波长约为1m）的频率（约300THz磁波，但是频率差别很大。光纤通信用的近红外光 ）高3个数量级以上。（填空）比微波（波长为0.1m1mm）的频率（3300GHz 3. P5什么是光纤通信？光纤通信的优点？）容许频带很宽，传输容量很 以光波为载波，以光纤作为传输介质的通信方式；优点：1）抗电磁干扰性能）损耗很小，

2、中继距离很长且误码率很小。3）重量轻、体积小。4大。2 ）泄露小，保密性能好。6（简答）节约金属材料，有利于资源合理使用。好。5 4. ，光能n2n1、P14光纤的结构：纤芯、包层、（涂覆层）。设纤芯和包层的折射率分别为 （填空）全反射原理。量在光纤传输的必要条件是n1n2。运用 5. 渐变型突变（阶跃）型和P15按折射率，光纤类型可分为：是信，光线以折线形状沿纤芯中心轴线方向传播，2a=5080m特点突变型多模光纤：直径 号畸变大。是信号，光线以正弦形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点渐变型多模光纤：直径2a=50m 畸变小。其信号畸变很小。直线形状沿纤芯中心轴线方向传播，单模光纤：直径只有81

3、0m，光线以 2.2 ，看图选择图 6.?c=) nsin (max值的正弦为数孔径。NA角播 P17根据传条件，定义临界= 0 22为相对折射率差/nn?n)?(?2nn?n? =1n为空气的折射率）。式中。（0121112 表示光纤接收和传输光的能力。NA 越大，纤芯对光能量的束缚越强，光纤抗弯曲性能越好。1）NA 经光纤传输后产生的信号畸变越大 2）NA越大 例题：: =1.485，包层折射率n。求 设光纤的纤芯折射率n=1.50021 485.1.500?1n?n21?0.01 ；（ 1）相对折射率差 5001n.1 ?2?0.01500?NAn2?1.0.21 ；）数值孔径（2NA

4、1 11?o ?.?sin?NA()sin(021)12.123（）入射临界角max 。max 下笔如有神读书破万卷 7.，不仅不同入射角相应的光线会聚在同一点上，具有自聚焦效应只有渐变型多模光纤 也近似相等。 而且这些光线的时间延迟8. （多模）传输模数（模的数量） P24 2?gg222)()akn?M?( g为光纤中纤芯的折射率分布参数。V为归一化频率。 122g?2g?222n?V?ana 为半径） （ 21?2 ， 其模式数目为对于阶跃光纤， g V?M 22 其模式数目为 , g， 对于渐变光纤V?M 4?,1300nm?计算渐变折射率的模式数量。 例：如果纤芯直径数值孔径NA=0

5、.275,工作波长?29?65.?1300?1041)(3.14?62.5?10?0.275/?22?nanV? 21?2V 431?M? 4 ?a29. 4052n?V?2. P25单模传输条件为 1?n1=1.46，光波长=1.31m例：已知某阶跃型光纤参数=0.003，求单模传输时光纤应具有的纤芯半径。 ?2 22V?an?n?2.405 21? ?6 ?101.312.405?2.405?a?4.44m ?0.0032?1.4622n?21 10. 损耗和色散是光纤最重要的传输特性。损耗限制系统的传输距离，色散则限制系统的传输带宽。 产生信号畸变的主要原因是光纤中存在色散。 11. P

6、27色散(Dispersion)是在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的时间延迟（传播速度）不同而产生的一种物理效应。一般包括模式色散、材料色散和波导色散。 多模光纤: 模式色散占主要地位. 单模光纤: 材料色散和波导色散共同影响总色散. 材料色散和波导色散通称为色度色散（波长色散）。 色散系数的单位为：ps/(nmkm) 12. P35 G.651多模渐变型光纤：这种光纤在光纤通信发展初期广泛应用于中小容量、中短距离的通信系统。（只有G.651为多模光纤） G.652 常规单模光纤: 是第一代单模光纤，其特点是在波长零色散波长1.31 m 色散为零，系统的传输距离只受损耗的限制。这种光纤既

7、可用于 1.31 m 波长区，也可用于1.55 m 波长区，是一种可供双窗口应用的单模光纤。（使用得最多） 色 m1.31 色散位移单模光纤：是第二代单模光纤，其特点是在波长零色散波长G.653 读书破万卷 下笔如有神 散为零，损耗有最小。之中光纤适用于大容量长距离通信系统。可用于海底传输。 G.654：这种光纤实际是一种用于1.55 m该进的常规单模光纤，目的是增加传输距离。 G.655：非零色散光纤，是一种该进的色散移位光纤。 13. P32光纤的损耗：是影响光纤传输特性的一个重要指标。由于损耗的存在，将会减小传输光信号的能量，使信号传输的距离受到限制。主要包括：吸收损耗、散射损耗和辐P1

8、0?ilg(dB/?km) 射损耗 通信中习惯用损耗系数表示损耗 LP014. P37光缆一般由缆芯和护套两部分组成。 第三章 通信用光器件 15. P48通信用光器件可以分为有源器件和无源器件两种类型。有源器件包括光源、光检测器和光放大器，这些器件是光发射机、光接收机和光中继器的关键器件，和光纤一起决定着基本光纤传输系统的水平。光无源器件主要有连接器、耦合器、波分复用器、调制器、光开关和隔离器等，这些器件对光纤通信系统的构成、功能的扩展和性能的提高都是不可缺少的。 16.光源是光发射机的关键器件，其功能是把电信号转换为光信号。目前光纤通信广泛使用的光源主要有半导体激光二极管或称激光器（LD）

9、和发光二极管或称发光管（LED） 17.有源器件的物理基础是光和物质的相互作用的效应。主要有：受激吸收、受激辐射、自发辐射。 18.P49晶体中电子按能级的分布 通常情况下，N2N1，即受激辐射大于受激吸收，当光通过这种物质时，会产生放大作用，这种物质称为激活物质。N2N1的分布和正常状态(N1N2)的分布相反,所以称为粒子(电子)数反转分布。 ? 为了使物质发光，必须进行粒子数反转分布，有多种方法可以实现能级之间的粒子数反转分布状态(泵浦技术），这些方法包括光激励方法、电激励方法等。 或按书本答案表述： 假设能级E1和E2,上的粒子数分别为N1和N2，在正常的热平衡状态下，低能级E1上的粒子

10、数N1是大于高能级E2上的粒子数N2的，入射的光信号总是被吸收。为了获得光信号的放大，必须将热平衡下的能级E1和E2上的粒子数N1和N2的分布关系倒过来，即高能级上的粒子数反而多于低能级上的粒子数，这就是粒子数反转分布。 当光通过粒子数反转分布激活物质时，将产生放大。 19. P51粒子数反转分布是受激辐射的必要条件，但还不能产生激光。只有把激活物质置于光学谐振腔中，对光的频率和方向进行选择，才能获得连续的光放大和激光震荡输出。2nLccq?或f= ?2nLq为激活物质的折射率n读书破万卷 下笔如有神 基本的光学谐振腔由两个放射率分别为R1和R2的平行反射镜构成，并被称为法布里珀罗谐振腔。 c

11、q2ncL?=或f= ?Lq2n20. L为谐振腔的长度。 P51激光震荡的相位条件为： 为激活物质的折射率nc21.?f? 相邻两纵模之间的频率之差： nL2c?f? 纵模的波长间隔与频率间隔的关系是： 2?22. 发射的是受激辐射光LD）的工作原理与激光器（LD）有所不同，P57发光二极管（LED相似，大多是采用双LD。LED的结构和（相干光），LED发射的是自发辐射光（非相干光）不需要光学谐振腔，没有LEDN型限制层中间，不同的是异质结构，把有源层夹在P型和（如果有。另一类是侧面发光型LED阈值。发光二极管有两种类型：一类是正面发光型LED， ）三个空格的话，则第三类填超辐射发光二极管。

12、23. 的差别和LED扩展内容：LDLD世纪的三大发明（还有半导体和原子能）之一，特别是半导体激光器激光器被视为20 倍受重视。 LED。光纤通信中最常用的光源是半导体激光器LD和发光二极管 主要差别： 发光二极管输出非相干光（自发辐射）；? 半导体激光器输出相干光（受激辐射）。? 的驱动电路相不需要热稳定和光稳定电路，所以LED 比起半导体激光器，因为LED? 对简单，另外制作成本低、产量高。发射光的LEDLED的主要工作原理对应光的自发辐射过程，因而是一种非相干光源。 ?谱线较宽、方向性较差，本身的响应速度又较慢，所以只适用于速率较低的通信系 统。 作光源。 在高速、大容量的光纤通信系统中

13、主要采用半导体激光器LD?24.光检测器是光接收机的关键器件，它的功能是把光信号转换为电信号。目前常用的P60 ）雪崩光电二极管（APD光检测器有PIN光电二极管和25.型参杂浓度层是N3.21.3.20和中间的IP61 PIN光电二极管的工作原理和结构见书中图层很厚，吸收系数很小，型半导体。I很低的本征半导体，两侧是掺杂浓度很高的P型和N入射光很容易进入材料内部而产生大量电子空穴队对，因而大幅度提高了光电转换效率。层几乎占据整个耗尽层，因而光生电流I层和PN层很薄，吸收入射光的比例很小，而两侧 中漂移分量占支配地位，从而大大提高了响应速度。26.的关系如书图。随着UI和反向偏压雪崩光电二极管

14、（APD）:光电二极管输出电流P64光电流急剧增开始电流基本不保持不变。当方向偏压增加到一定数值是，反向偏压的增加， 。U加，最后器件被击穿，这个电压称为击穿电压B27./I的比值。和一次光生电流IIg= I输出光电流定义为倍增因子P65gAPDP P0028.耦合器的功能是把一个输入的光信号分配给多个输出，或把多个输入的光信号组合P71读书破万卷 下笔如有神 成一个输出。 插入损耗IL是指定输出端的光功率P和全部输入光功率P和的比值。 inouti P outi(dB10lg)IL?iP in附加损耗EL是全部输入端光功率总和和全部输出端光功率总和的比值。 ?Pouti i(dB?10lg)

15、EL? Pinj 分光比或耦合比CR是一个指定输出端的光功率和全部输出端的光功率总和的比值。 P out?100%CR? ?Pout i隔离度I 某一光路对其它光路中的信号的隔离能力。 P t(dB?10lg)I Pin例： 22双锥形光纤耦合器的输入功率为Pin=200W,另外三个端口的输出功率分别为P1=90W，P2=85W，P3=6.3nW，试计算光纤耦合器的主要性能参数。 90? 分光比为: 解： ?100%端口1 ?51.43%? 190?85? 85? ?100%?48.6%端口2 ? 290?85? ?90+85 附加损耗为: =0.58dB=-10logEL? 200? ?90

16、 3.47dB10log? IL?输入端口到端口1的插入损耗? 200? ?85 3.72dB?10log输入端口到端口2的插入损耗 IL? 200? ?200 = -45dB?10log隔离度?-3 ?106.3? 29.阻止光波往其他方向尤只允许光波往一个方向传输,P72光隔离器是一种非互易性器件,，隔离度的典型值为1dB其是反方向传输。一般用在激光器或光放大器后，插入损耗值为 略）40-50dB。（光隔离器的工作原理 光端机 第四章 30.P79数字光发射机方框图： 输入 电信号输入 线路调制 光源 接口编码 电路控制电路光信号输出 读书破万卷 下笔如有神 光发射机由光源、调制器和信道耦

17、合器组成。光信号是用电信号调制光载波产生的。 31.P80 直接调制时，激光输出与注入电脉冲之间存在电光延迟；（结合书本图） ? 激光器在瞬态过程中存在张弛振荡； ? 由于电光延迟现象，在电脉冲过后，载流子有一定的存储时间，导致高速数字调制时出现码型效应（适当的“过调制”补偿方法，可以消除码型效应）； ? 某些激光器在某些注入电流下还会出现自脉动现象。其频率可达2GHz。 32.P85数字光接收机方框图： 放大器 大前置放再生码流 光信号判决器 光检测器偏压控制 AGC 电路 亚稳态偏压控制 时钟提取激发态 33.P86光接收机的噪声有两部分：一部分是外部电磁干扰产生的，另一部分是内部产生的；

18、其主要来源是光检测器的噪声和前置放大器的噪声 34.P87常用的三种前置放大器：1）双极型晶体管前置放大器2）场效应管前置放大器3）跨阻型前置放大器。 35.P88光接收对码元误判的概率称为误码率。误码率可以用在足够长时间间隔内传输的码流中，误判的码元数和接收的总码元数的比值来表示。 36.P89接收灵敏度：灵敏度是衡量光接收机性能的综合指标。灵敏度P的定义是，在保证r通信质量（限定误码率后信噪比）的条件下，光接收所需的最小平均接收光功率P并以mindBm为单位。（描述了其准确检测光信号的能力。） P(w)min(dBm)Pr?10log灵敏度 1mw动态范围：光接收机的动态范围是指在保证系统

19、误码率指标的条件下，接收机的最大允许平P （ dB） 均接收光功率与最小平均接收光功率之差 或 P?PD?maxlg10D? maxminPmin例1 某光纤通信系统中光源平均发送光功率为-28 dBm，光纤线路传输距离为 20 km，损耗系数为0.5 dBm/km. (1) 试求接收端收到的光功率为多少？ (2) 若接收机灵敏度为-40 dBm，试问该信号能否被正常接收？ (3) 若光源平均发送光功率增大至-10 dBm，光接收机刚好能将其正常接收，试求光接收机动态范围为多少？ 解：(1) 接收端收到的光功率P=-28 dBm-0.5 dBm/km20 km =-38 dBm。 能正常接收。

20、(2) -38 dBm-40 dBm 读书破万卷 下笔如有神 (3) Pmax=-10dBm-0.520 dBm=-10 dBm-10 dBm=-20 dBm， 接收机动态范围： D=Pmax-Pmin=-20 dB-(-40 dBm)= 20 dBm 例2: 在满足一定误码率的条件下，光接收机最大接收光功率为0.1 mW，最小接收光功率为 1 000 nW。 (1) 求接收机灵敏度和接收机动态范围。 (2) 已知某个接收机的灵敏度为-40 dBm，动态范围为20 dBm，若收到的光功率为2W ， 系统能否正常工作？ ?9101000?P?10lg?30 dBm 接收机灵敏度为 解：(1) r

21、3?10 3?100.1? dBm 动态范围为 20?D10lg 9?10?1000 Pminlg?10P 根据灵敏度为(2) -40dBm， r3?10， 2W 0.1W10，由动态范围为20 dBm，可求得为10 W，因为W可求得=0.1 故能够正常工作。 数字光纤通信系统第五章 37.光纤大容量数字传输目前都采用同步时分复用技术，复用有分为若干等级，因而P102 ）。）和同步数字系列（SDH先后有两种传输体质：准同步数字系列（PDH38. 的许多去点也逐渐暴露出来，主要有：（选择题，自行看书）P103现有PDH39.传输网的拓不仅适合于点对点传输，而且适合于多点之间的网路传输。SDH P

22、103 SDH数字交叉连接设、）分插复用设备ADM扑结构由SDH终接设备（或称终端复用器TM 网络单元以及连接他们的（光纤）物理链路构成。备DXC等40. 具有以下优点（选择题，自行看书）PDH相比，SDHP105与41. 帧结构（图）P106 SDH 帧帧结构中字节的传输是从左到右，从上而下顺序传输，每秒8000 ；而言，帧长（容量）为：92701=2430 Byte对于STM-1 92708=19440 bit；每帧比特数是： 传送码率为：194408000=155.520 Mb/s STM-12.048 它负责对低速支路信号（例如通常，POH作为净负荷的一部分与其一起在网络中传送， Mb

23、/s信号）进行通道性能监视管理和控制。42. 基本复用单元包括：P107 SDH ）、支路单元组（TUG-nVC-n）、支路单元（TU-n）、虚容器（容器（C-n） ） ）管理单元（AU-n、管理单元组（AUG-n ）PDH（n为系列等级序号 43. 。办统计法、统计法、（参数完全已知）中继距离的设计有三种方法：最坏情况法P116 下笔如有神读书破万卷 中)的限制，明显随传输速率的增加而减小。中继距离受光纤线路损耗和色散(宽带 继距离和传输速率反映着光纤通信系统的技术水平。 、5.16） （公式5.844.、（第六章）模拟光纤传输系统目前使用的主要调制方式有模拟基带直接光强调制P123 和频分复用光强调制三种。模拟间接光强调制45. 掺铒光纤放大器工作原理并画出简图。P145 是亚稳代表基态，能量最低；能级2在掺铒光纤中，铒离子有三个能级：其中能级133代表激发态，能量最高。当泵浦光的光子能量等于能级态，处于中间能级；能级。但是激发态是3）和能级1的能量差是，铒离子吸收泵浦光从基态跃迁到激发态（1的和能级1不稳定的，铒离子很快返回到能级2.如果输入的信号光的能量等于能级2，产生受激辐射光，因而信号光）2的铒离子将跃迁到基态（21能量差，则处于能级得到放大。由此可见，这种放大是由于泵浦光的能量转换为信号光能量的结果。为提 高放大器增益，应提高对泵浦的吸收，使基态