光纤通信试卷

1、一、填空题*光接收机中,PIN光电二极管引入的主要噪声有暗电流噪声和量子噪声.光隔离器是一种只允许光沿一个方向通过而在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,受激吸收,受激辐射;产生激光的最主要过程是:受激*§射.光源的作用是将电信号变换为光信号.光检测器的作用是将光信号转换为电信号.光中继器实现方式主要有光-电-光中继器和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衰减、光纤的散射衰减和辐射衰减.光纤数字通信系统中,误码性能和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和损耗的影响,使得信号的幅

2、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、输出光谱特性和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,光纤的结构从里到外依次为纤芯、包层,其中纤芯局部是用来传导光信号的.光纤的传输特性是光纤的损耗特性、色散特性.光纤的色散分为材料色散、波导色散和模式色散.光纤的分类中按传输的模式来分可分为单模和多模光纤,按纤芯的折射率分布的不同来分可分为阶跃型和®变型光纤.光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中央波长：工,最低损耗窗口的中央波长是在. 目前光纤通信所用光波的光波波长范围为二1属于电磁波谱中的近红外区区. EDFA称为掺银光纤放大器,其实现放大的光波长范围是二. 光

3、纤通信是以光纤为传输媒质.以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,反映突发性误码,用严重误码秒SES、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,只传输单一基附的光纤. 单模光纤的波长色散分为W1色散、W1色散和巨色散. mBnB码又称为分组码,它是把把输入码流中M比特分为一组,然后变换为N田丽. 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N型材料,I层. WDM技术从传输方向分:有双向结构1和|单向结构两种根本应用形式. 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fE的计算式为卜E

4、=1/1+eAE-EAf/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根本功能是:|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,它是低噪声、高增益的放大器. 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现象. 随着半导体激光器温度的上升,其输出功率会|W<1. 发光二极管依靠自发辐射发光,半导体激光器依靠受激辐射发光.通常用的光纤绝大多数用石英材料制成折射率高的中央局部叫做纤芯,折射率稍低的外层称为|包层:. 阶跃型光纤的单模传输条件是0<V<.

5、目前光纤通信的长波波长低损耗工作窗口是波长附近|和波长附近. 工程上光接收机的灵敏度常用光功率的相对田口表示,单位是dBm|o表示光纤捕捉光射线水平的物理量被定义为数值孔径|,用NA>示.对于半导体激光器,当外加正向电流到达某一值时,输出光功率将急剧增加,这时输出的光为|激光,这个电流称为眄电流.由于双异质结激光器在有源区两侧,既限制了P因,又限制了载流子,故它的光强分布根本被约束在有源区,而且阈值电流大大降低.根据ITU-T的建议,STM-1码速率分别=Mb/s.二、选择题光纤单模传输条件,归一化频率V应满足BA.V>B.V<|C.V>D.V<激光是通过什么产生

6、的？AA.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Dnmnmnm|nm光隔离器的工作原理是:AA.基于法拉第旋转的非互易性B.基于多层电介质干预膜的滤波原理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的作用是Ba.调节光信号的功率大小B.保证光信号只能正向传输C.别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|B.将出现长连"1"或长连"07"|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:CA.光学谐振腔来实

7、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|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.AA.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一检测方式是DA.相位调制一相干检测B.强度调制一相干检测C.频率调制一直接检测D.强度调制一直接检测光合波器是:DA.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一光纤是利用光的现象传送光信号的.

8、CA、折射B、散射|C、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.AA、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:BA.光纤色散|b.光接收机丽£|C.光纤衰减D.暗电流光纤相对折射指数差的定义为CA.A=mn2B.A=n2n1C.=n21n22/2n21D.=n21n22/n21阶跃型光纤中,某种模式截止时的归一化频率为Vc,那么这种模式形成导模的传输条件为C<Vc>>Vc|>0随着激光器温度的上升,其输出光功率会AA.减少|B.增大IC.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

9、式可以显着提升光接收机的灵敏度DA.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、雪崩管倍增噪声光中继器中均衡器的作用是DA.放大B.消除噪声干扰C.均衡成矩形脉冲"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Ba.光纤色散B.光接收机噪用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

10、A.光耦合器B.波分复用器C.光滤波器D.光衰减器以下哪一样不是无源光器件.CA、光调制器B、光纤连接器昌LED|D、光纤耦合器关于PIN和APD的偏置电压表述,正确的选项是BoA.均为正向偏置B.均为反向偏置C.前者正偏,后者反偏D.前者反偏,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Ei,从而发射出一个能量为hf=E2-Ei的光子的过程称为AA.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BA.半导体光放大器B.掺银光纤放大器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

11、的条件为C.1n2sin一.1n1_.1n2A.产sinB.1<sinC1>n1.11D.1<sinn2n1n2表示光纤色散程度的物理量是CA.时延B.相位差C.时延差ID.速度差STM-1每秒可传的帧数是AE1,从而发射出一个能量为hf=E2-E1的光子处于高能级E2的电子,在未受外界激发的情况下,自发地跃迁到低能级的过程称为AA.自发辐射|B.受激吸收C.受激辐射D.非辐射复合PIN光电二极管,因无雪崩倍增作用,因此其雪崩倍增因子为.CA.G>1B.G<1|c.G=1D.G=0光纤通信系统中常用的光源主要有:DA.光检测器、光放大器、激光器B.半导体激光器、光

12、检测器、发光二极管C.PIN光电二极管、激光、荧光D半导体激光器LD、半导体发光二极管STM1中信息净负荷的字节数为.CA.576B.261C.23491D.4608光纤的连接分为CA.固定连接和永久性连接B.固定连接和熔连接C.固定连接和活动连接|D.粘连接和熔连接从射线理论的观点看,在阶跃型光纤中,入射子午光线形成导波的条件是：光线在光纤端面上的入射角必须满足的条件为BA.n2>arcsinni222,wwarcsin'n1n2c.>arcsin2n2n2<<arcsinni EDFA的最大输出功率常用B来表示.A.饱和输出功率p.3dB饱和输出功率|C.功

13、率增益D.饱和功 光发射机的消光比,一般要求小于或等于B%用% EDFA中光滤波器的主要作用是AA.降低光放大器输出噪声|B.消除反射光的影响C.提升光放大器增益D.使光信号再生 为了使雪崩光电二极管正常工作,在其P-N结上应加DA.高正向偏压B.低正向偏压C.低反向偏压p.高反向偏压. 不属于无源光器件的是BA.光定向耦合器B.半导体激光器C.光纤连接器D.光衰减器 阶跃型光纤中数值孔径的计算式为CA.n2b.aJ2C.ni、'2d.ajn1n2 随着激光器使用时间的增长,其阈值电流会CA.逐渐减少B.保持不变|C.逐渐增大ID.先逐渐增大,后逐渐减少 以下指标不是掺银光纤放大器特性

14、指标的是.DA.功率增益B.输出饱和功率C.噪声系数p.倍增因子 下述有关光接收机灵敏度的表述不正确的选项是AA光接收机灵敏度描述了光接收机的最高误码窣B.光接收机灵敏度描述了最低接收平均光功率C.光接收机灵敏度描述了每个光脉冲中最低接收光子能量D.光接收机灵敏度描述了每个光脉冲中最低接收平均光子数 三、名词解释数值孔径：表示光纤捕捉光射线水平的物理量,用NA表示：NAsinmax,max是光纤能捕捉的射线的最大入射角.mBnB码:又称分组码,它是把输入信码流中每m比特码分为一组,然后变换为n比特n>m输出.瑞利散射损耗飞光纤在加热制造过程中,热扰动使原子产生压缩性的不均匀,造成材料密度

15、不均匀,进一步造成折射率不均匀,这种不均匀性在冷却过程中固定下来并引起光的散射,造成瑞利散射损耗.法拉第效应杯具有旋光性的材料在磁场作用下使通过该物质的光的偏振方向发生旋转,也称磁致旋光效应.插入码/入比特码是将信码流中每m比特划为一组,然后在这一组的末尾一位之后插入一个比特码输出粒子数反转分L在外界能量作用下,处于低能级的粒子将不断地被激发到高能级上去,从而使高能级上的粒子数大于低能级上的粒子数,这种分布状态称为粒子数的反转分布.光纤色散：|光信号通过光纤传播期间,波形在时间上发生展宽的现象称为光纤色散.火光接收机的灵敏度：|在保证一定误码率的条件下,光接收机所需接收的最小光功率.|光时分复

16、用OTDM:J各多个通道的低速率数字信息以时间分割的方式插入到同一个物理信道光纤中,复用之后的数字信息成为高速率的数字流.所谓抖动一般指定时抖动,它是数字传输中的一种不稳定现象,即数字信号在传输过程中,脉冲在时间间隔上不再是等间隔,二是对时间变化的一种现象,这种现象就成为抖动.波分复用WD'MT|是指将两种或多种各自携带有大量信息的不同波长的光载波信号,在发射端经复用器集合,并将其耦合到同一根光纤中进行传输,在接收端通过解复用器对各种波长的光载波信号进行别离,然后由光接收机做进一步的处理,使原始信号复原.散射损耗：|散射损耗通常是由于光纤材料密度的微观变化,以及所含SiO2、GeO2和

17、P2O5等成分的浓度不均匀,使得光纤中出现一些折射率分布不均匀的局部区域,从而引起光的散射,将一局部光功率散射到光纤外部引起损耗.暗电流：腥指在PIN规定的反向电压或者APDDE90%击穿电压时,在无入射光情况下器件内部的反向电流.|子午射线：|过纤芯的轴线的平面称为子午面,在子午面的光线称为子午射线.色光纤的自聚焦观具有不同条件的子午射线,从同一地点出发,到达相同的终端.这种现象称为光纤的自聚焦现分组码：甲组码又称为mBnB码.它是把输入信码流中每m比特码分为一组,然后变换为n比特n>m输出.P-I曲线:P-I曲线指的是光源的总发射光功率与注入电流的关系曲线.P-I特性量子噪声：|光信

18、息的传播是由大量的光量子传播来进行的,这些大量的光量子其相位都是随机的,因此光电检测器在某个时刻实际接收到的光子数,是在一个统计平均值附近浮动,因而产生了噪声.雪崩倍增效应飞是在二极管的P-N结上加高反向电压形成的.此时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,与晶格的院子发生碰撞,使带价的电子得到能量,越过禁带到导带,产生了新的电子-空穴对,如此下去,像雪崩一样的开展,从而使光电流在管子内部即获得了倍增.晶体的能带：晶体的能谱在原子能级的根底上按共有化运动的不同而分成假设干组.每组中能级彼此靠的很近,组成有一定宽度的带,成为能带.典米能级：|费米能及不是一个可以被

19、电子占据的实在能级,他是反响电子在各能级在建瓯那个分布情况的参量,具有能级的量纲.|电光延迟|:就是在电信号到来时,光信号相对于电信号的时间延迟.四、简做题简述掺银光纤放大器EDFA工作原理一在掺银光纤中,银离子Er3+有三个能级：能级1代表基态,能量最低,能级2是亚稳态,处于中间能级,能级3代表激发态,能量最高,当泵浦光的光子能量等于能级3和能级1的能量差时,银离子吸收泵浦光从基态跃迁到激发态1-3.但是激发态是不稳定的,Er3+很快返回到能级2.如果输入的信号光的光子能量等于能级2和能级1的能量差,那么处于能级2的Er3+将跃迁到基态2-1,产生受激辐射光,因而信号光得到放大.这种放大是由

20、于泵浦光的能量转换为信号光的结果.为提升放大器增益,应提升对泵浦光的吸收,使基态锂离子尽可能跃迁到激发态.简述半导体的光电效应.半导体材料的光电效应是指光照射到半导体的P-N结上,假设光子能量足够大,那么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,即光电子一空穴对,它们总起来称作光生载流子.光生载流子在外加负偏压和内建电场的作用下,在外电路中出现光电流.从而在电阻R上有信号电压输出.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.简述光纤通信系统对光发射机的要求：作用：光发射机的作用是把电端机送来的电信号变为光信号送入光纤中传输

21、.1光源特性包括发光波长、谱线宽度、P-I特性和寿命等.2调制特性：可以采用直接调制和外调制.3输出特性：包括光功率、稳定性、消光比.简述构成激光器的三个根本条件:|激光工作物质、鼓励、光学谐振腔1需要有适宜的工作物质,具有适宜的能级分布,可以产生适宜波长的光辐射；2需要可以实现工作物质粒子数反转分布的鼓励能源一一泵浦源；3需要可以进行方向和频率选择的光学谐振腔.pi前述半导体激光器产生激光的机埋:I在有源区中高掺杂的PN结上,由于外加电压不断注入电子形成粒子反转分布,在有源区中产生受激辐射而发出激光.激光的产生需要满足三个条件：可实现粒子数反转分布的增益介质,泵浦源到激发态,光学谐振腔,通过

22、有源区两端的反射镜实现正反响.半导体激光器也由三个局部构成,试分别加以说明.1产生激光的工作物质,能够产生激光的工作物质,也就是处于粒子数反转分布状态的工作物质,它是产生激光的必要条件；2能够使工作物质处于粒子数反转分布状态的鼓励源,使工作物质产生粒子数反转分布的外界鼓励源.物质在泵浦源的作用下,使粒子数从低能级跃迁到高能级,使得在这种情况下受激辐射大于受激吸收,从而有光的放大作用.这时的工作物质已被激活,成为激活物质或增益物质；3有能够完成频率选择及反响作用的光学谐振腔.激活物质只能使光放大,只有把激活物置于光学谐振腔中,以提供必要的反响及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

23、振荡输出.简述形成光纤损耗的主要原期|材料的吸收损耗、光纤的散射损耗、辐射损耗1材料的吸收损耗,包括紫外吸收、红外吸收和杂质吸收等,是材料本身所固有的,是一种本征吸收损耗.2光纤的散射损耗,主要有瑞利散射损耗、波导散射损耗和散射损耗.3辐射损耗,当理想的圆柱形光纤受到某种外力的作用时,会产生一定曲率半径的弯曲,导致能量泄漏到包层造成损耗.光纤通信的优,M|传输频带宽,通信容量大；中继距离远；抗电磁干扰水平强,无串话；光纤细,光缆轻；资源丰富节约有色金属和能源；均衡容易；经济效益好；抗腐蚀、不怕潮湿.简述产生抖动的主要原因.一由于噪声引起的抖动；时钟恢复电路产生的抖动；其他原因引起的抖动.如数字

24、系统的复接、分接过程,光缆的老化等.陆简述光中继器的功能和类型一|3R中继器：均衡放大、识别再生、再定时的功能；2R中继器：均衡放大、识别再生的功能；光中继器实现方式主要有光-电-光中继器和对光信号直接放大的中继器两种.简述线性偏振模LPmn的m、n的物理意义.它们表示相应模式的光纤截面上的分布规律,m表示沿圆周方向光场出现最大值的对数,而n表示沿半径方向光场的最大值的个数.简述STM-N主要由几局部构成,并阐述各局部的功能.由STM-NN=1、4、16、64等即同步传送模块,N=1时是根本分标准模块信号,其速率为s.简述雪崩光电二极管的雪崩倍增效应：|在二极管的P-N结上加上高反向电压形成的

25、,此时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-如此下去,像雪崩一样的开展,从而使光电流在管子内部即获得了倍增.简述光电检测器的响应度和量子效率描述的是什么？二者有什么联系？响应度和量子效率都是描述这种器件光电转换水平的物理量.响应度R0定义为：R0=IP-A/WP0式中：IP:光电检测器的平均输出电流；P0:光电检测器的平均输入功率.量子效率n定义为：n=光生电子-空穴对数/入射光字数.二者关系：R0=en/

26、hfo这即是说,光电二极管的响应度和量子效率与入射光波频率有关.什么是渐变型光纤的最正确折射指数分布?写出平方律型折射指数分布光纤的折射指数表达式.从渐变型光纤的导光原理可知：只要n(r)取得适宜,那么不同模式的光线就会具有相同的轴向速度.即具有不同条件的子午射线,从同一地点出发,到达相同的终端.利用渐变型光纤n随r变化的特点,可以减小模式色散.这种现象称为光纤的自聚焦现象,相应的折射指数分布称为最正确折射指数分布.22,、折射指数选取平方律型分布形式：n(r)n(0)12(r)21/2；式中：n(0)2n;n(0)光纤轴线a2n2(0)处(r=0)的折射率;a纤芯半径.普通单模光纤的零色散波

27、长大约为多少？色散位移光纤(DSF)是利用什么原理制成的？普通单模光纤的材料色散系数Dm、波导色散系数Dw和总色散D随波长变化的曲线,总色散在vm附近为零,这个波长称为零色散波长.而在vm附近色散系数D=1518ps/(kmnm).在g附近的损耗最低如果合理地设计光波导的结构就可以把零色散波长位移到mm附近,这本gm附近色散也最小,利用这种原理制成色散位移光纤(DSF)o无疑对长距离大容量的光纤通信是十分有利的.简述光接收机中噪声的主要来源：光接收机的噪声是与信息无关的随机变化量,分为：与信号光电检测器有关的噪声包括量子噪声、雪崩倍增噪声、暗电流和背景噪声等；与光接收机电路有关的的噪声包括放大

28、器噪声、负载热电阻噪声等.卜简述掺饵光纤放大器主要由几局部构成：掺饵光纤放大器主要由掺饵光纤、泵浦光源、光耦合器、光隔离器以及光滤波器等组成.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；光隔离器是保证光信号只能正向传输的器件；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,提升系统的信噪比.光纤的数值孔径_NA=sin8max它的含义是什么?答:rm薮网光纤纤芯所能捕捉的射线的最大入射角,意味着射入角小于叵电的所有射线均可以被光纤所捕捉,因此数值孔径NA=sin|9max|表示光纤捕捉光射线的水平.五、计算题用单色光照射到相距为2=的双缝上,双缝与屏幕的垂直距离为

29、1米.试求：(1)从第一级明纹到同侧第四级明纹的距离为,求单色光的波长；(2)假设入射光的波长为5x10-7m,求相邻两明纹间的距离.答:(1)xk=±k入d'/d,k=0,1,2；x14=x4-x1=(k4-k1)入d'/d;入=dx14/d'(k4-k1)=500nm.(2)x=入d'/d=.用两块偏振片装成起偏器和检偏器,在它们的偏振化方向成.1=30.时,观测一束单色自然光,又在82=60.时,观测另一单色自然光.设两次所得的透射光强度相等.求两束光的强度之比.答:I'=Icos8人2,所以I1'=I1cos81人2,12

30、9;=12cos82A2,I'=I1'=I2',11cos60A2=I2cos30A2,11/12=3:1T弱导波阶跃光纤芯子和包层的折射指数分别为n1=,n2=,试计算:(1)纤芯和包层的相对折射指数差4.(2)光纤的数值孔径NAo答:对于弱导波光纤：=(n1-n2)/n1=.用平行单色可见光垂直照射到宽度为2=的单缝上,在缝后放置一个焦距f=100cm的透镜,那么在焦平面的屏幕上形成衍射条纹.假设在屏上离中央明纹中央距离为处的p点为一亮纹,试求:(1)入射光的波长(2)p点条纹的级数、该条纹对应的衍射角和狭缝波面可分成的半波带数目.(3)中央明纹的宽度.用:(1)asinQ=(2k+1)入/2,当Q较小时sinQ=x/f,入=2ax/f(2k+1)=1500/(2k+1)nm,当k=1时,入=500nm,当k=2时,入=300nm,由于k越大得到的