光纤通信练习题(调整格式)

学习文档仅供参考学习文档仅供参考学习文档仅供参考学习文档仅供参考一、填空题模间色散，仅存在模内色散，具体来讲，可分为波导色散和材料色散。TOC\o"1-5"\h\z.光纤中的最低阶非线性效应起源于三 阶电极化率，它是引起 三次谐波 、四波混频、 自相位调制和 非线性折射等现象的原因。.光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长为850nm , 1310nm , 1550nm最低损耗窗口的中心波长是在 1550nm 。.数值孔径1NA〕越大，光纤接收光线的能力就越强，光纤与光源之间的耦合效率就越 高.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 ， 受激辐射 ，受激吸收；产生激光的最主要过程是受激辐射。.光纤单模传输条件，归一化频率V应满足。7、光源的作用是将 电信号电流变换为光信号功率；光检测器的作用是将光信号功率转换为电信号电流。.散射损耗与 光纤自身缺陷及材料分布不均匀有关。.单模光纤只能传输一个模式，即 HE」」.模，称为光纤的基模。.光缆的种类很多，但是不管它的具体结构如何，都是由缆芯、加强元件和护套组成。TOC\o"1-5"\h\z.限制光纤传输容量〔BL积〕的两个基本因素是光纤色散和光纤损耗 。.LD是一种 阈值器件，它通过受激发射发光，具有输出功率高、输出光发散角窄、与单模光纤耦合效率高、辐射光谱线窄等优点。.PIN二极管的特点包括耗尽层很宽、偏置电压小和附加噪声小。.LED的主要特性参数为输出功率与效率、输出光谱特性和响应速率与带宽 。.光纤和光纤连接的方法有两大类 活动连接和 固定连接 。.影响光纤耦合性能的主要因素有插入损耗、附加损耗、分光比和隔离度。.在光波系统中得到广泛应用的两种光检测器是PIN光电二极管 和APD光电二极管 。.光发送机主要由光源、驱动电路和辅助电路组成。.接收机中存在的噪声源可分为 光电检测器的噪声和 光接收机电路的噪声 组成。.构成SDH网络的基本单元称为网元。该设备有终端复用器、分插复用器、再生复用器和数字交叉连接设备 四种。.段开销可以实现不间断误码监测、自动倒换、公务通信和数据通信等功能。.对于码速率不同的信号，如果进行复接，则会出现重叠和错位 现象。.数字复接中的码速调整有正码速调整、负码速调整和正负零码速调整三种方式。.光传输设备包括 光发射机、光中继器和 光接收机 等。.ns。.光纤衰减为0.00435dB/m,则10km长光纤的总衰减为.SDH线路码型一律采用 NRZ码加扰码 。二、简答.光接收机前端的作用是什么？有哪三种不同的前端设计方案？各有何特点？2、光接收机前端的作用是将光纤线路末端耦台到光电二极管的光比特流转换为时变电流,然后进行预放大，一边后缀作进一步处理.三种方案:(1)低阻抗前端，电路简单，不需要或只要很少的均衡，前置级的动态范围也比较大，但缺点是灵敏度较低,噪声比较高.(2)高阻抗前端：一般只后用于低速系统.(3)腺阻抗前端，具有频带邂、噪声低，灵敏度高、动态范围广等综合优点，被广泛采用，.论述光纤损耗和色散对系统设计的限制。3、由干损耗的存在，在光纤的传输的光信号-不管是模拟信号还是数字脉冲，其幅度都要减小，它在很大程度上决定了系统的传输距离.所以系统在设计的肝候要考虑用光信号的放大中继上色散是光纤的传输特性之一.由于不同波长光脉冲在光纤中具有不同的传播速度，因此j色散反应了光脉冲沿光纤传播时的展施口光纤的色散现象对光纤通信极为不利.光纤数字翊S传输的是一系列脉冲码，光纤在传输中的脉冲展宽，导致了脉冲与脉冲相重番现象，即产生了码间干扰，从而形成传输码的失误，造成差错.为避免设码出现，就要拉长脓冲间斑，导致传输速率降低，从而减少了通信容量.另一方面，光纤脉冲的展览程度随着传输距离的增长而越来越严重.因此，为了避免误码，光纤的传输距禽也要缩短.3、WDM系统是按什么标准进行分类的？各自的特点是什么？答：WDM系统按照通道间隙分类，可分为波分复用、密集波分复用和粗波分复用。波分复用是原始的波分复用，由于容量有限(容量较单通道系统提高一倍)和光放大不能有效解决EDFA工作在1550nm窗口，无法实现1310nm光放大而应用受限。粗波分复用〔CWDM〕的特点：由于CWDM系统采用的DFB激光器不需要冷却，在成本、功耗要求和设备尺寸方面，CWDM系统比DWDM系统更有优势。密集波分复用〔DWDM〕的特点：主要应用于长距离传输系统，DWDM能够在同一根光纤中把不同的波长同时进行组合和传输，传输容量大。4、光接收机中存在哪些噪声？答：光接收机中存在的基本噪声是散粒噪声和热噪声，另外还有激光器引起的强度噪声。.光放大器的作用？它在哪些方面得到应用？答：是对复用后的光信号进行放大，以解决WDM系统的超长距离传输和系统中波分复用器件的插损问题，具体应用在下述几个方面：〔1〕在WDM系统中应用；〔2〕在光纤通信网中；〔3〕在光孤子通信中的应用。.试比较PN结光电二极管、PIN光电二极管以及APD雪崩光电二极管的优缺点。答：PN型 优点是暗电流小，一般情况下，响应速度较低。PIN型 缺点是暗电流大，因结容量低，故可获得快速响应。ADP型 响应速度非常快，因具有倍速作用，故可检测微弱光，缺点是电流噪声大。7、在设计一个光纤通信系统时，路由、系统传输速率及光纤的类型如何选择？答：在选择路由时，需要确定路由、计算中继距离、选择中继站地址等。在选择系统传输速率时，考虑通信容量和成本合理选择传输速率和设备。在选择光纤类型时，根据传输距离、色散系数、传输容量和传输频率合理选择光纤。8、简要描述自愈环两类结构的工作特点。答：根据自愈环业务保护的范围的不同，自愈环结构可分为两大类：通道倒换环和复用段倒换环。通道倒换环属于子网连接保护，其业务量的保护是以通道为基础，是否倒换以离开环的每一个通道信号质量的优劣而定，通常利用通道AIS信号来决定是否应进行倒换。复用段倒换环属于路径保护，其业务量的保护以复用段为基础，以每对结点的复用段信号质量的优劣来决定是否倒换。

三、计算1、阶跃光纤的纤层和包层的折射率指数分别为n=1.46,n=L45,试计算：〔1〕光纤纤层和包层的相对折射指数差। 〔2〕尤纤的数值孔径NA；〔3〕在1km光纤上，由于子午光线的光程差所引起的最大时延^工max；(4)假设将△工max减小为10ns/km,2的取值。⑴答：A=(nl-n2)/nl=0.00685；12〕答：NA=nl*sqrt(2A)=0.171；⑶答：sinx=n2/nl (L/sinx-L)*nl/c=3⑷2、已知阶跃光纤纤层的折射率nl=l.465,相对折射率差△=0.01,纤芯半径a=25um.。试求:LPOl,LP02,LP11,LP12模的截止波长；〔2〕假设入Ol.3um,计算光纤的归一化频率V及光纤中传输的模的数量。注：以下图类型一样，但是参数不同，请自己改正；解：⑴厂空工2上创日,由表2.2可知:LPw模的截止频率为()~2,405,LPu模的截止频率为2405-3±32,LP^的截止频率为LP|二模的截止频率为5,52口~工01白,又a= ⑪v —25x1,5V2xO.Olxl弓一册阿fR f 1汽 I 上.=一即z缈=一■25Ix0.01SJOum， " i_ ?笠_ _i 儿=—烟72区= -2^xI.S'J20.01与(k(W■即匕 V5咒1.5寸2e0.01注一J5pm.LP(h模的噂止波长为炉F工册唱LP”模的截止波长为13*/470叩1、LP加模的截止波长为&7。~制0#1小LP口模的截止波长为V口〜A乃阿左V=£⑪，GZ=—如 11—.25"I。f『\城2工0.01匚羽.3245()A,, 1x1045()可见,F均大于以上各模的归一化频率,即：二八或册』3、多模光纤芯径为100um,在入=0.85um,折射率nn=1.455情况下，求：〔1〕光纤V参数，估计允许传输的模式数量；1，〔2〕单模工作的波长;〔3〕数值孔径； 〔4〕最大可接受角；〔5〕假设方均根色散qAt，At是全宽，计算模式色散At以及比特速率和距离的成绩BL。(I)r=川次。出小二=Zn-n. _..A= =0.0014J1I,八二班期 '=《=406个(2)实现单模传输的条件是(kv<2405JP(k-jn^V2A<2,4(15■A2^nun2A> 1(1.1uni2.405i：3jNA-sm0ku%=\fni~-7i.?-=jiiJ2A=0,0：.-,J)In央=—=0.999,'.我・=87.44料.最大可接受角2白…=174.88(5)(7=0.2947At=3」4X(tTOC\o"1-5"\h\zLMA 、dn\b七 产一.N।=门।一小 2V3c da加 dmvji।= ,——= . =1,132打T2Al" 21T?△du\..N1=u\-A——=|.457-0.85x1.713=0.00095以设距离为I 有二(Ts—=1.28x10-l-2封Ar=3,448(7=4,41-10--:BL= =5,67Kl0’4^Ar

4、如果一个光纤的零色散波长在1312nm处，零色散斜率为0.090ps/(nm2.km),长度为100km,工作于1310nm,计算由色度色散引起的脉冲扩展。其中LD的光谱宽度为Inm.解二△心皿Ii.-:aA52)= -2口)A=I312iini3=1310nm"="-了L=1OOkmAz=Iinn/(rmi_:::km)D⑵=°'⑻%：>△"々⑺■也也5、，激光器的F-P腔长为0.5m,核激光器会出现几种模式？如假设实现单纵模输出，应该采取什么方法？此时的腔长为多少?解：了=一=0.2m=0.2mTOC\o"1-5"\h\z亡 3二"0Ar=——=- =03GriZ<l,5GTIZ1L1,5%。」「.会出现纵模和横模两种。若实现单纵模输出，应降低腔长，使M大于跃迁线宽.亡 L- C口v= >1.5OHZL< =0,1m2L L5GHZ6、一半导体激光器，谐振腔长L=300um,工作物质的损耗系数a=lmm,谐振腔两镜面的反射率RRxO.33,求激光器的阈值增益系数。假设后腔镜的反射率提高到RR.9,泰南值增益系数的变化，并解释原因。 2解：=a-—Iji =36A6.67m2L("Mv)—ff— [il - 丁]=2023,3m2L植犬二此增大，,将减小‘进而I」】,减小，所以(九八)减小©7、假设光发送电路输出全“1”码时的平均输出光功率为10nW,输出全“0”时的平均输出光功率为1nW，求该光端机的消光比。解：Ea7=—2p\ 27CW8、一个GaAsPIN光电二极管平均每三个入射光子产生一个电子-空穴对。假设所有的电子都被收集，那么请答复以下问题：〔1〕试计算该器件的量子效率；〔2〕当在0.8um波段、接收功率是10-7W时，计算平均输出光电流。〔3〕Ev,计算这个光电二极管的上截止波长Xc。解：（1）量子效率1=；（2）平均输出光电流uOS*CF.,,

尸、= =2l.^ziA3x1.24⑵上截止波长舐9、设PIN光电二极管的量子效率为80%,计算在1.3um和1.55um波长时的响应度，um处光电二极管比较灵敏。解：1,3pm波长时的响应度巫=80笈xL3=ss4A/R1.24 1.24l.55um波长时的响应度椎80%x1.55n= = =I门/1.24 1.2410、已知某光接收机的灵敏度为一40dBm（BER=10-】。），动态范围为20dB,假设接收到的光功率为2uW,问系统能否正常工作？为什么？答：根据已知条件，系统能正常工作时以w为单位的光叱率变化范围为nipw0nMw,所以若接收到的光功率为的系统能正常工作。12、某数字光纤通信系统的误码率为10-9,理想PIN光接收机的量子效率n=0.7,接收波长九um，码速f=8.44Mb/s的光脉冲信号。求此时理想光接收机的灵敏度为多少dBm?b

解；此时理想光接收机的灵敏度=101g101g21x6.626乂10-'一旦3工1。“*超」48舅10=101g101g2x0.85x0.7inig2.96xlO-|T=13、已知PIN光接收机的工作参数如下：光波长九二0.85um,速率f=8.448Mb/s,光电二极管响应度R=0.4,互阻抗前置放大器(FET)的nA'10。要求误码率Pe=101,即超扰比36,求实际光接收机苗灵敏度为多少dBm?解：实际光接收机的灵敏度=10[g[5xl0T=-782出m14、假设光纤连接器两端的光纤参数完全一样，连接精度也非常好，但连接端面上有8%的光反射回来，试计算此光纤连接器的连接损耗及回波损耗。答，根据连接损耗为计算公式可■得连接损耗为一咤二为八。。.计算得0.36dK回波损耗为-101咤二箪00,计算得10.9了也二15、有一根L5km长的国产多模光纤，测出输入、输出光脉冲的宽度分别为3ns和5ns,试求光纤总宽和每千米光纤的带宽。解：根据己知，先求光纤的展宽宽度△工△T=/久——(豆丁厂=妨-3==工于是得到光纤总带宽441一=H0.25M/7r4每公里光纤的带宽= =11025乂15旷=146.6"〃二16、现已测得光纤的色散系数为120ps/(nm.km),当光源的谱线宽度时2.5nm时，此时光纤的3dB带宽有多宽？

解：时延差Ar=。,A2-120x2,5=31JO光纤的3dB带宽441441441=——=1」7MH二30017、一个PIN光电二极