光纤通信系统第三版-沈建华-机械工业出版社

1、实用标准?光纤通信?作业2021.1.30 1.1 光纤通信有哪些特点？1、光纤通信的优点：1传输容量大.2传输损耗小,中继距离长.3信号泄漏小, 保密性好.4节省有色金属.5抗电磁干扰性能好.6重量轻, 可挠性好,敷设方便.2、光纤通信的缺点：1抗拉强度低.2连接困难.3怕水.1.2 简述光纤通信系统的主要组成局部.光纤通信系统的主要组成局部为：1光纤光缆、2光源光发送机、3光检测器光接收机、4无源器 件、5光放大器光中继器.1.4为什么使用石英光纤的光纤通信系统中,工作波长只能选择 850nm、1310nm、1550nm 三种？由于目前使用的光纤均为石英光纤,而石英光纤的损耗波长特性中有三

2、个低损耗的波长区,即波长为850nm、1310nm、1550nm三个低损耗区.为此,光纤通信系统的工作波长只能是选择在这三个波长窗口.文档大全实用标准2.1 光纤传输信号产生能量衰减的原因是什么？光纤的损耗系数对通信有什么影响？1、光纤产生能量衰减的原因包括：1吸收、2散射和3辐射.2、光纤的损耗系数会导致信号功率损失,造成信号接 收困难.2.2 在一个光纤通信系统中,光源波长为1550nm,光波 经过5km长的光纤线路传输后,其光功率下降了 25%,那么该 光纤的损耗系数为多少？小 10 .“,LKm Pow凶550*= 10 ter黑/ /q = 0.25dB/4f J 5g1飞一 25%

3、词同£ J2.3 光脉冲在光纤中传输时,为什么会产生瑞利散射？瑞 利散射损耗的大小与什么有关？瑞利散射是由于光纤内部的密度不远匀引起的,从而使 折射率沿纵向产生不均匀,其不均匀点的尺寸比光波波长还 要小.光在光纤中传输时,遇到这些比波长小,带有随机起 伏的不均匀物质时,改变了传输方向,产生了散射.2、瑞利散射损耗的大小与 I曾成正比.文档大全实用标准2.4 光纤中产生色散的原因是什么？色散对通信有什么影响？1、光纤的色散是由于光纤中所传输的光信号不同的频 率成分和不同模式成分的群速度不同而引起的传输信号畸 变的一种物理现象.2、色散会导致传输光脉冲的展宽,继而引起码问干扰,增加误码.

4、对于高速率长距离光纤通信系统而言,色散是限 制系统性能的主要因素之一.2.5 光纤中色散有几种？单模传输光纤中主要是什么色 散？多模传输光纤中主要存在什么色散？1、从产生机理而言,光纤中的色散主要包括：1材料色散、2波导色散和3模式间色散.2、单模光纤中主要是波导色散.3、多模光纤中主要是模式间色散.注：偏振模色散可以理解为是：特殊的模式色散,但在 速率较低的系统中影响较小.文档大全实用标准2.8何谓模式截止？光纤单模传输的条件是什么？单模 光纤中传输的是什么模式？具截止波长为多大？阶跃折射 率光纤中线性极化模 LP11模对应的是什么矢量模？1、对每一个传播模来说,在包层中它应该是衰减很大,

5、不能传输.如果一个传播模,在包层中不衰减,也就是说明 该模是传过包层而变成了辐射模,那么就认为该传播模被截止.所以一个传播模在包层中的衰减常数W=0时,表示导模截止2、单模光纤传输条件：归一化频率VW 2.405HE11 模.3、单模光纤中传输的是 LP01模,对应的矢量模是4、截止波长由下式计算:2.40485、LR1模对应的矢量模是：TE01, TM01, HE 21文档大全实用标准3.1比拟半导体激光器LD和发光二极管LED的异 同.LD有哪些特性？ LED有哪些特性？1、1、相同点：LD和LED都可以用作通信光源.2、不同点：LD原理是受激辐射,而LED是自发辐射.2、LD有以下特性：

6、LD是阈值器件,需要较完善的驱动和 外围的电路,其发生的光谱线窄,适宜于高速率系统.3、LED有以下特性：LED没有阈值,结构简单,但其谱线 较宽,适用于要求较低的场合.3.2为什么LD要工作在正向偏置状态？何谓激光器的阈值 电流？激光器的阈值电流与激光器的使用温度、使用时间有 什么关系？1、LD加正向偏置电压用以克服 PN结中自建场的影响, 从而降低势垒,以形成粒子数反转分布.2、激光器阈值电流是指：满足克服谐振腔内损耗而产 生激光的最小的外加鼓励电流.3、激光器的阈值电流与温度和使用时间成正比关系.文档大全实用标准3.4半导体材料 GaAs(钱础)的禁带宽度Eg=1.43ev, InGaA

7、sP (锢钱础磷)的 Eg=0.96ev,分别求由这两种材料组 成的半导体激光器的发射波长.(普朗克常数 h=6.626 X10-34J . S, 1ev= 1.6X 10-19J)内广纥f-T1、(1)钱础GaAs组成的半导体激光器的发射频率为：f=4 = 1阳*)*1空；0 段?) = 034530637x345.3(7Zfc)h 6.626x10(2)、发射波长为：A=-=3x10%/：?_ =氏 68793703x10%)= 086g偏)/ 0.34530637 x1015(1/5)' 'J2、( 1)锢钱础磷InGaAsP组成的半导体激光器的发射频率为： f=* =0

8、.23181407xl015(l/S)= 231.8(Hfc)(2)发射波长为：A= =3*10 = 12.941406/10*7(m)=/ 0.231 B14O7 x1015(1/5)',J文档大全实用标准3.6在光纤通信系统中对 LD驱动电路和偏置电路有什么要 求？在LD驱动电路中为什么一定要加偏置电流？偏置电流 应加多大才适宜？假设偏置电流加得过大或过小,对LD的调制特性会产生什么影响？1、对LD驱动电路和偏置电路的要求是：(1)输由的光脉冲峰值保持恒定.(2)光脉冲的通断比应>>10.(3)激光发射的时间必须远短于码无时间.(4)采用阻尼电路以防止张弛振荡.2、由于

9、半导体激光器(LD)是阈值器件,只有外加驱 动电流超过阈值后,才能发生激光,为使得较小的数据电流 亦可产生足够的光输生,因此,需要加偏置电流.3、偏置电流的选取原那么是略小于阈值电流.4、(1)偏置电流太小了,需要较大的数据电流才能满 足阈值条件.(2)偏置电流太大了,会引起消光比性能下降,同 时,较高的电流也会产生较大的热量,以及寿命的缩短.文档大全实用标准3.7某数字光纤通信系统,在实际使用中,发现半导体激 光器LD的输由光功率慢慢下降,试分析其原因并提由解 决方法.1、激光器的阈值电流会随温度升高及老化使用时间长而提升,阈值电流增加以后,输由光功率就会下降.所以输由光功率慢慢下降,原因可

10、能是：1温度升高,2使用时间长老化.2、1如果是温度升高引起输由光功率慢慢下降,可以 使用自动温度限制电路ATQ致冷来解决.2如果是使用时间长老化引起输由光功率慢慢 下降,可以使用自动功率限制电路 APQ增加偏置电流来 解决.文档大全实用标准3.9在数字光纤通信系统中, 选择线路码型时,要考虑 哪几个因素？字变换码mBnB码和插入码Mb1H码各 有什么特点？采用 mBnB码或Mb1H码时,线路码速将比原 来的信号速提升多少？某数字光纤通信系统中,信息码速 为139.264MMt/s ,假设采用5B6B码其线路码速为多少？假设采 用4B1H线路码速又为多少？1、线路码型选取的根本原那么包括：1应

11、有足够的定时含量,即应尽量减少连“0和连“1数,便于时钟提取.2应有不中断业务,进行误码检测的水平.3应力求降低线路传输的码率,或线路传输码率的提 高应尽可能少.4应具有较好的抗干扰性能,满足一定接收机性能所 需检测的光功率最小.5应具有尽可能简单和经济的变换方案.6传输中发生误码时,误码扩散范围和误码增值低.常用的线路码型包括：1扰码、2字变换码和3 插入码三种类型.2、1字变换码mBnB码的特点：将输入二进制 码分解成一个“码字,输由用对应的另一种“码字来代 替.常用字变换码为mBnB码,即将输入码流每 m比特为文档大全实用标准一组,然后变换成另一种排列规那么的n比特为一组的码流.字变换码

12、中的n、m均为正整数,且n>m.(2)插入码(mB1H码)的特点：把输入原始码流分 成每m比特(mB) 一组,然后在每组 mB码末尾按一定的 规律插入一个码,组成m+1个码为一组的线路码流. 根据插 入码的规律,可以分为：mB1C码mB1H码mB1P码等.(3)除扰码外,字变换码和插入码都会提升线路传输 速率.3、(1)采用mBnB码时,线路码速将比原来的信号 速提升n/m倍.(2)采用mB1H码时,线路码速将比原来的信号速 提升(m+1) /m倍.4、(1)采用 5B6B码时,线路码速为： 139.264 X 6/5=167.1168 Mbit/s.(2)采用 4B1H码时,线路码速为

13、：139.264 X(4+1)/4=174.08 Mbit/s .文档大全实用标准4.1光纤通信系统对光检测器有什么要求？比拟 PIN和APD各自的特点.1、光纤通信系统对光检测器的主要要求包括：1灵敏度高.2响应速度快.3噪声小.4稳定可靠.2、1 PIN的特点：增大了耗尽区的宽度,减小了扩 散运动的影响,提升了响应速度.绝大局部的入射光在本征 层内I层内被吸收受激吸收,并产生大量的电子一空 穴对.PIN用于短距离小容量光纤通信系统.PIN没有增益,用在灵敏度要求不高的场合.（2） APD的特点：电子一空穴对屡次碰撞产生雪崩 光倍增效应.APD是有增益的光电二极管,在光接收机灵敏 度要求较高

14、的场合,用APD有利于延长系统的传输距离.APD 用于长距离大容量光纤通信系统.4.2 .光敏二极管为什么必须工作在反向偏压状态？1、在扩散区内,由于光生载流子的扩散速度比耗尽区 内光生载流子的漂移速度慢得多,这局部光生载流子的扩散 运动的时延,将使检测器输由电流脉冲后沿的拖尾加长,这 影响了光敏二极管的响应时间,就限制了光电转换速度.2、在反向偏压情况下,增加了耗尽区的宽度,缩小了 耗尽区两侧扩散区的宽度,从而减小了光生电流中的扩散分 量,反向偏压也增强了耗尽区内的电场,加快了光生截流子 的漂移速度,有利于加快光敏二极管的响应时间.文档大全实用标准4.4 何谓暗电流？暗电流是怎么产生的？暗电

15、流的存在对信号的接收会产生什么影响？1、处于反向偏压下的半导体光电二极管,在无光照时,仍有电流流过,这局部电流称为暗电流.2、暗电流是由载流子的热扩散形成的,或者是由器件 外表和内部的缺陷以及有害的杂质引起的.暗电流的大小由 半导体材料及掺杂浓度决定.3、暗电流与光源无信号时的残留光一样,在接收机中 产生噪声.暗电流的存在限制了光敏二极管所能检测的最小 光功率,也就是降低了接收机的灵敏度.文档大全实用标准4.5 试述雪崩光敏二极管 APD的工作原理.何谓“雪 崩效应？ APD电流增益系数G与什么有关？1、处于反向偏置的耗尽层光电二极管,当外加的反向 偏压不断增加时,耗尽层内产生的光生载流子在强

16、电场作用 下得到加速,获得很大的功能.高能的截流子与半导体晶体内的原子相碰撞,将束缚在 价带中的电子激发到民带,从而在耗尽层内产生新的电子一 空穴对,这种现象称为碰撞电离.碰撞电离的第二代载流子在耗尽层的强电场的加速下, 再次引起碰撞电离而产生第三代载流子.2、碰撞电离的反复循环使耗尽层内的截流子数雪崩似 的急剧增加,通过二极管的电流也就猛增,这就是雪崩倍增 效应.3、雪崩光电二极管APD就是利用雪崩倍增效应实现 内部电流增益的半导体光电转换器件.4、APD的电流增益系数 G一般在40100之间,其变 化规律与外加的偏压有关.文档大全实用标准5.1 光纤连接器应用在什么地方？影响光纤连接器损耗

17、的因素有哪些？1、光纤连接器是使一根光纤与另一根光纤之间完成活 动连接的器件,主要用于光源器件尾纤输由或光电检测器尾 纤输入与传输光纤之间的连接.2、光纤连接时,引起的损耗与多种因素有关, 诸如：1 光纤的结构参数如纤芯直径、数值孔径等 、2光纤的 相对位置如横向位移、纵向间隙等以及3端面状态如形状、平行度等.5.2 光纤连接器有哪些种类, 表达FC型光纤活动连接器 的原理.1、光行连接器的种类有：（1） FC型光纤连接器；2 SC型光纤连接器；3 ST 型光纤连接器；4双锥型连接器；5 DIN光纤连接器； 6 MT-RJ型连接器；7 LC型连接器；8 MU型连接器.2、FC型光纤活动连接器的

18、原理：其外部增强方式采用金属套,紧固方式为螺丝扣.采用 的陶瓷插针的对接端面是平面接触方式.后来,对该类型连 接器做了改良,采用对接端面呈球形的插针 SPC,而外部 结构没有改变.文档大全实用标准5.4怎么定义光纤耦合器的插入损耗,附加损耗、耦合比和串扰？1、插入损耗Li:是指一个指定输入端口 1或2的输入 光功率Pi和一个指定的输由端口3或4的输由功率Po的比值,用分贝dB表示 外2、附加损耗Le：是指全部输入端口 1或2的输入光 功率Pi总和与全部输由端口 3或4的输由光功率Po总和4 =10.丁十的比值,用分贝dB表示 /+%3、耦合比CR是指某一个输由端口 3或4的输生光功率Po与全部

19、输由端口 3或4的输由光功率 Po总和的CX = X100%的比值,用分贝dB表示 /十耳*4、串扰LC:是指一个输入端口 1的输入光功率 Pi与由耦合器泄漏到其他输入端口2的光功率Pr总和的的比% 三值,用分贝dB表示巳文档大全实用标准5.5光衰减器有几种,各有什么作用？1、光衰减器是一种用来降低改变光功率的器件, 可分为：1可变光衰减器和2固定光衰减器.2、1可变光衰减器主要用于调节光线路电平,在测 量光接收机灵敏度时,需要用可变光衰减器进行连续调节来 观察接收机的误码率.在校正光功率计时,也需要光可变衰 减器.2固定光衰减器主要用于调整光纤通信线路电平, 假设光纤通信线路的电平太高,就需

20、要串入固定光衰减器.文档大全实用标准6.1光放大器主要有几种？各自的实现机理是怎样的？1、光放大器主要有：1、半导体激光放大器,2掺杂 稀土元素光放大地对空, 3光纤布里渊放大器FBA, 4 光纤拉曼放大器FRAo2、各自实现机理是：1半导体激光放大器：利用受激辐射对进入增益介质 的光信号进行直接放大,其结构相当于一个处于高增益状态 下的无谐振腔的半导体激光器.2掺杂稀土元素光放大器：掺杂稀土元素光放大器主 要是：1掺饵光纤放大器EDFQ和2掺错光纤放大 器PDF为.掺饵光纤放大器能放大光信号的机理：在于饵 离子能吸收泵浦光的能量,实现粒子数反转,当信号光通过 已被激活的掺饵光纤时,亚稳态上的

21、粒子以受激辐射的方式 跃迁到基态.对应于每一次跃迁,都将产生一个与激发该跃 迁的光子完全一样的光子,从而实现了信号光在掺饵光纤的 传播过程中不断放大.3光纤布里渊放大器FBA:受激布里渊散射是光纤 内的一种非线性现象,起源于光纤的三阶电极化率,其光增 益是由泵浦光的受激布里渊散射产生的.受激布里渊效应导 致一局部泵浦光功率转移给信号光,使信号光得到放大.4光纤拉曼放大器FRA:可采用同向、反向或双向 泵浦.目前,FRA主要用做分布式放大器,辅助掺饵光纤放文档大全实用标准大器EDFA进行信号放大.但FRA也可单独使用,放大EDFA 不能放大的波段.6.3掺饵光纤放大器EDFA在应用上有哪几种形式

22、, 对 性能参数的要求有何异同？1、掺饵光纤放大器EDFA的具体应用形式有三种：1线路放大LA、2功率放大BA、3前置放大PA.2、EDFA的主要性能参数包括：增益、噪声系数等.1线路放大LA:要求增益要高.2功率放大BA:要求增益要高.3前置放大PA:要求增系和噪声系数更高.文档大全实用标准6.6光纤拉曼放大器FRQ与掺饵光Zf放大器EDFQ 相比,优缺点分别有哪些？1、拉曼放大器FRQ的优缺点：1） FRA的优点：1带宽较宽.2设计简单.3低 噪声.4可以通过灵活排列泵浦光的频率来对信号进行放 大.2） FRA的缺点：其主要缺点就是对适宜波长的高功率泵 浦源要求较高.3） 掺饵光纤放大器E

23、DFA的优缺点：1） EDFA的优点：1工作波长处于1.531.56以m范围, 与光纤最小损耗波长窗口 一致.2对掺饵光纤进行鼓励所需要的泵浦光功率较低,仅需数十毫瓦.3增益高、噪声低、输由功率高.4连接损耗低.5 EDFA已经成为高速 大容量光纤通信系统中不可缺少的局部.2） EDFA固有的缺点：1波长固定,只能放大 1.55 pm 左右的光波,换用其他基质的光纤时,饵离子能级也只能发 生很小的变化,可调节的波长有限,只能换用其他元素.2 增益带宽不平坦,在波分复用 WDM系统中,需要采用特 殊的手段来进行增益谱补偿.文档大全实用标准2.2 说明同步数字体系SDH复用结构中,容器C、 虚容器

24、VC和治理单元AU的主要功能.1、容器C:是一种用来装载各种速率的业务信号的信 息结构.针对准同步数字体系 PDH速率系列,国际电联 电信标准化部门ITU-T建议G707规定了 C-11、C-12、 C-2、C-3和C-4五种标准容器2、虚容器VC:是用来支持同步数字体系SDHD的通 道层连接的信息结构,也是 SDH通道的信息终端.其信息由 容器C的输生和通道开销POH组成,即 VC-n =C-n+VC-nPOH3、治理单元AU:是提供高阶通道层和复用层之间适 配的信息结构.有AU-3和AU-4两种治理单元.其信息AU-n 由一个相应的高阶 VC-n和相应的治理单元指针 AU-nPTR组 成,即：AU-n = VC-n+AU-nPTR n=3或4 .一个或多