光纤通信习题

光纤通信习题总结光纤通信习题总结PAGEPAGE6概述部分概述部分光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分的作用。组成部分主要为四部分：光发射机、光纤、光放大器、光接收机。光发射机的作用：将输入的电信号（数字信号或模拟信号）转换成光信号；将转换后的光信号用近可能高效率耦合进入光纤。光纤的作用：将光信号传递到接收端--光接收机。光放大器的作用：全光传输中继器，放大传输过程中损耗的光信号，减少失真。光接收机的作用：将光发射机送出来的光信号转换（还原）成为电信号。比较光在空气和光纤中传输的速度。哪个传输得快。v=C/n，其中vn>1，v<C。光纤复习思考题光纤复习思考题用光线光学方法简述多模光纤导光原理。z2.4。光线在光纤端面以小角度θ从空气入射到纤芯(θ纤芯直线传播，并在纤芯与包层交界面以角度ψ1θc。•当θ<θc时，相应的光线将在交界面发生全反射而返回纤芯，并以折线的形状前传播，如光线1。根据斯奈尔(Snell)定律得到 n0sinθ=n1sinθ1=n1cosψ1当θ=θcψc90°)，2，•当θ>θc包层3。由此可见，只有在半锥角为θ≤θc多模光纤和单模光纤。什么叫多模光纤什么叫单模光纤？单模光纤（Step-IndexFiber,SIF）—只能传输一种模式多模光纤（Graded-IndexFiber,GIF）—同时传输多种模式多模光纤传输电磁波的条件有哪两个？A．必须符合相干加强B.符合全反射条件内？SiO21.55um【扩展】吸收损耗 是由SiO2材料引起的固有吸收和由杂质引起的吸收产生的。散射损耗 主要由材料微观密度不均匀引起瑞利(Rayleigh)散射和由光纤结构缺陷(气泡)引起的散射产生的。瑞利散射损耗是光纤的固有损耗，它决定着光纤损耗的最低理论极限。多模突变型(SIF)、渐变型(GIF)光纤到单模(SMF)光纤，损耗依次减小。散又由什么色散决定？色散(Dispersion)是在光纤中传输的光信号，由于不同成分（模式，频率等）的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应。色散一般包括模式色散、材料色散、波导色散。对通信的影响：时间延迟，脉冲展宽。单模光纤的色散主要由色度色散决定。【扩展】从多模SIF、GIF光纤到SMF光纤，色散依次减小(带宽依次增大)。光纤数值孔径的定义是什么？其物理意义是什么？定义临界角θc数值孔径(NumericalAperture,NA根据定义和斯奈尔定律NA=sinθc=n0sinθc=n1cosψc，n1sinψc=n2sin90°n21n21n222NA n1式中Δ=(n1-n2)/n1为纤芯与包层相对折射率差。物理意义：NA，NA(或θc)越大，光纤接收光的能力越强，从光源到光纤的耦合效率NA大，经光纤传输后产生的信号畸变越大，因而限制了信息传输容量。色散：限制带宽损耗：限制传输长度多模光纤：渐变型，突变型单模光纤：G.652光纤、G.653光纤、G.654光纤、G.655光纤G.652G.653G.654G.655征。G.652：是第一代单模光纤。其特点是指在波长1.3m1.55um受一个因素，即光纤衰减所限制。G.6531.55m最小。G.654衰减最小光纤：1.551.3零。G.6551.55m，1.5251.5851.53～1.565微小的色散，其值足以抑制高密度波分复用系统中的四波混频；同时又足够小，使得300～400km全波光纤：1280nm1675nm用来通信。1.55um1.55um效果，从而实现高速率、大容量、长距离的通信。光纤通信无源器件光纤通信无源器件连接器和接头的作用？一般在光纤的中间通常使用接头，在光缆的终端通常使用连接器。连接器是实现光纤与光纤之间可拆卸（活动）连接的器件，主要用于光纤线路与光发射接头是实现光纤与光纤之间的永久性（固定）连接。耦合器的作用？个输出。这种器件对光纤线路的影响主要是附加插入损耗，还有一定的反射和串扰噪声。对光的调制有内调制和外调制两种。光开关的作用？光开关的功能是转换光路，实现光交换，它是光网络的重要器件。光隔离器和光环形器的作用？隔离器就是一种非互易器件，其主要作用是只允许光波往一个方向上传输，阻止光波往其他方向特别是反方向传输。隔离器主要用在激光器或光放大器的后面，以避免反射光返回到该器件致使器件性能变坏。光环形器的作用是实现在一根光纤里传输两个方向的光信号。光源复习思考题光源复习思考题简述半导体发光原理。PN利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光振荡的。在物质的原子中，存在许多能级，最低能级E13,4E2E1子辐射出去。简述激光器和光探测器的本质区别。激光器是光发射机的关键部件，它的功能是把电信号转换为光信号。激光器起振的阈值条件是什么？当增益和损耗相当时，在谐振腔内开始建立稳定的激光振荡，其阈值条件为(光放大>光损耗)1ln1th2L RR1 2α为谐振腔内激活物质的损耗系数L为谐振腔的长度R1，R2<1为两个反射镜的反射率激光器起振的相位条件是什么？激光振荡的相位条件为 (相干加强)Lq2n或Lq2n或2nLq 2nLλ为激光波长n为激活物质的折射率q=1,2,3…称为纵模模数实际使用中为什么总是用热电制冷器对激光器进行冷却和温度控制？两个原因：Ithηd减小。因此，温度升高时，Ithηd激光器就不激射了。所以实际使用中要用热电制冷器对激光器进行冷却和温度控制。半导体激光器的基本特性是什么？①发射波长和光谱特性②激光束的空间分布③转换效率和输出光功率特性④频率特性⑤温度特性衍射光栅∧衍射光栅∧N层光栅baP层有源层有源层输出光DFBDFB激光器用靠近有源层沿长度方向制作的周期性结构(波纹状)衍射光栅实现光反馈。这种衍射光栅的折射率周期性变化，使光沿有源层分布式反馈，所以称为分布反馈激光器。由有源层发射的光，从一个方向向另一个方向传播时，一部分在光栅波纹峰反射(如光线b)。如果光线ab匹配，相互叠加，则产生更强的反馈，而其他波长的光将相互抵消。虽然每个波纹(a) (b)图3.13分布反馈(DFB)激光器(a)结构； (b)光反馈LEDLD结构上，LED性能上，LD有阈值电流，LED无阈值电流；LD的光强比较大，LED的光强相对小；LDG.652G.6531.3μm1.55μm容量长距离系统。LED1.3μm(0.85μm)波长的小容量短距离系统。【扩展】LEDLD与激光器LD相比，发光二极管的缺点：<1> 发光二极管输出光功率较小；<2>谱线宽度较宽；<3>调制频率较低。发光二极管的优点：<1>发光二极管温度特性更稳定，并且电光转换噪声很小；<2>工作寿命长；<3>输出光功率线性范围宽；<4>制造工艺简单，价格低廉。<5>驱动电路简单因此，这种器件在低成本、高可靠性、小容量和短距离系统中发挥了重要作用。LED不是。因为LED没有光学谐振腔。探测器复习思考题探测器复习思考题光探测器的作用是什么？光探测器是光接收机的关键部件，它的功能是把光信号转换为电信号。光接收机的作用是什么？将光发射机送出来的光信号转换（还原）成为电信号，并还原、整形成基带信号。光纤通信中最常用的光电检测器是哪两种？PIN光电二极管、APD雪崩光电二极管PINAPDPIN光电二极管：无放大作用APD雪崩光电二极管：有放大作用光放大器光放大器全光传输中继器和传统的再生中继器的主要区别是什么？全光传输中继器:全信号放大；再生中继器：再生中继器的基本功能是进行光-电-光转换，并在光信号转变为电信号时进行再生、整形和定时处理，恢复信号形状和幅度，然后再转换回光信号，沿光纤线路继续传输。EDFA掺铒光纤放大器（EDFA）是集中式放大的，工作波段：C光纤喇曼放大器是分布式放大，工作波段：全波段EDFAEDFA的增益频谱由饵离子能级决定，增益介质为掺铒光纤；光纤喇曼放大器的增益频谱由泵浦光波长决定，增益介质为普通的系统传输光纤。光放大器对不同传输速率的数字和模拟信号都能放大吗？对PDHSDH吗？对调制方式有无选择性？都能放大、都能放大、无选择性光放大器噪声指数的定义是什么？信号放大后的信噪比（SNR）均有所下降，用放大器噪声指数来量度SNR下降的程度，并 定义为： F inn SNRoutWDM可以；无限制如何使半导体激光器变为半导体光放大器？半导体光放大器的机理与激光器的相同，即通过受激辐射放大入射光信号。