光纖通信總結(jié)

第一章

短波長：0.85um

長波長：1.31um和1.55umλ=c/f=3108m/s

光纖通信是以光波作為信息載體，以光纖為傳輸介質(zhì)的一種通信方式。組成:

1)光發(fā)射機(jī)進(jìn)行光/電轉(zhuǎn)換，把數(shù)字

化的電脈沖信號(hào)碼流轉(zhuǎn)換成光脈沖信號(hào)碼流并輸入到光纖中進(jìn)行傳輸。

2)光中繼器補(bǔ)償光能的衰減，恢復(fù)信

號(hào)脈沖的形狀。

3)光纖把來自光發(fā)射機(jī)的光信號(hào)，以

盡可能小的畸變和衰減傳輸?shù)焦饨邮諜C(jī)。

4)光接收機(jī)進(jìn)行光/電轉(zhuǎn)換，將由光

纖傳來的微弱光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)放大處理后，恢復(fù)成發(fā)射前的電信號(hào)。光纖通信的特點(diǎn)：

1)傳輸頻帶寬，通信容量大2)中繼距離長

3)信道串?dāng)_小，保密性能好4)適應(yīng)能力強(qiáng)

5)體積小、重量輕、便于施工和維護(hù)6)原材料來源豐富，潛在價(jià)格低廉第二章

光纖的結(jié)構(gòu)：纖芯包層涂覆層1階躍和漸變2緊套和松套折射率n=c/v相對(duì)折射率差：=

2122221

數(shù)值孔徑NA：NA=2122=12最大數(shù)值孔徑

:

=2122

歸一化頻率V≈2.405：V=

212

=012=0()

光纖色散→傳輸容量光纖損耗→傳輸距離

散射損耗指在光纖中傳輸?shù)囊徊糠止?/p>

由于散射而改變傳輸方向，從而使一部分光不能到達(dá)收端所產(chǎn)生的損耗。時(shí)延差指不同頻率的信號(hào)，傳輸同樣的距離，所需要的時(shí)間之差。光纜的組成：纜芯護(hù)層加強(qiáng)芯第三章

通信用光器件分為有源和無源兩大類。光源的作用：將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)并送入光纖線路中進(jìn)行傳輸。

粒子反轉(zhuǎn)分布：想要物質(zhì)能夠產(chǎn)生光的放大，就必須使受激輻射大于受激吸收，也就是N2>N1，這種粒子數(shù)的反常態(tài)分布稱。。。。。。。

△E=E2-E1=hf，h=6.628*10^-34JS激光振蕩器必須具備的部件有產(chǎn)生激光的工作物質(zhì)、工作物質(zhì)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)的激勵(lì)源、能夠完成頻率選擇及反饋?zhàn)饔玫墓鈱W(xué)諧振腔。半導(dǎo)體激光器發(fā)射波長：hf=Eg（禁帶寬度eV）、入=1.24/Eg(eV)um

溫度特性：激光器的閾值電流和輸出光功率隨溫度變化的特性。閾值電流隨溫度的升高而加大，一般每升10度，Ith增大5%~25%。隨著激光器使用時(shí)間的增加，閾值電流也會(huì)逐漸加大。發(fā)光二極管和半導(dǎo)體激光器的區(qū)別：LED沒有光學(xué)諧振腔，不能形成激光。LED的發(fā)光僅限于自發(fā)輻射，所發(fā)出的是熒光是非相干光，由于不是激光振蕩，所以沒有閾值。

光電檢測(cè)器：完成光信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換功能。

光電二極管（PIN-PD）短距，小容量；雪崩光電二極管（APD）長距，大容量。PIN二極管的特性：響應(yīng)度：R=Ip/Pin(A/W)

量子效率：R=eη/hf=eg入/hc=入g/1.24e=1.6*10^-19Jh=6.628*10^-34JS暗電流：由于熱激勵(lì)，在無光情況下，光電檢測(cè)器仍有電流輸出。

APD培增因子：g=I0/IpI0為有雪崩倍增時(shí)光電流平均值，Ip為無倍增效應(yīng)時(shí)光電流平均值。噪聲特性：PIN光電二極管的噪聲：量子噪聲和暗電流噪聲，APD管還有倍增噪聲。

無源光器件：未發(fā)生光電能量轉(zhuǎn)換的部件。光耦合器的作用：把一個(gè)輸入的光信號(hào)分配給多個(gè)輸出，或把多個(gè)輸入的光信號(hào)組合成一個(gè)輸出。

光隔離器：保證光波只能正向傳輸?shù)钠骷��?/p>

光放大器的主要功能：放大光信號(hào)，以補(bǔ)償光信號(hào)在傳輸過程中的衰減，增加傳輸系統(tǒng)無中繼距離。

半導(dǎo)體光放大器（SOA）和光纖放大器（FOA）第四章

光接收機(jī)的基本組成：光電檢測(cè)器、放大器、均衡器、再生電路、自動(dòng)增益控制第五章

SDH概念：一套可進(jìn)行同步信息傳輸、服用、分插和交叉連接的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字信號(hào)的結(jié)構(gòu)等級(jí)。

SDH的速率：fb=9*270*8*800=155.520Mbit/s(STM-1)

SDH幀結(jié)構(gòu)：能夠滿足對(duì)支路信號(hào)進(jìn)行同步數(shù)字服用和交叉連接；支路信號(hào)在幀內(nèi)的分布是均勻的、有規(guī)律和可控的，便于接入和取出；對(duì)PDH1.544Mbit/s系列和2.048Mbit/s系列信號(hào)，都具有統(tǒng)一的方便性喝實(shí)用性。3個(gè)區(qū)域：段開銷區(qū)域、信息凈負(fù)荷區(qū)域、管理單元指針區(qū)域第八章

光孤子是指經(jīng)過長距離傳輸而保持形狀不變的光脈沖

擴(kuò)展閱讀：光纖通信基本概念總結(jié)

目錄

一、相應(yīng)的名詞解釋...............................................................................................2二、問答題...............................................................................................................5

（一）簡答部分...............................................................................................5

第一章部分................................................................................................5第二章部分................................................................................................8第三章部分..............................................................................................10第四章部分..............................................................................................12第五章部分..............................................................................................14第六章部分..............................................................................................15第七章部分..............................................................................................17（二）、回答下列簡寫的含義：...................................................................22

第二章部分..............................................................................................22第三章部分..............................................................................................23第四章部分..............................................................................................24第五章部分..............................................................................................24第六章部分..............................................................................................25第七章部分..............................................................................................25

三、設(shè)計(jì)題.............................................................................................................25四、論述題.............................................................................................................34

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《光纖通信基礎(chǔ)》部分習(xí)題及參考答案

一、相應(yīng)的名詞解釋

1.1、光子學(xué)研究光子作為信息載體的科學(xué)，光子不僅是信息載體,也是能量載體

詳細(xì)解釋：光子學(xué)（PHOTONICS）是研究作為信息和能量載體的光子行為及其應(yīng)用的科學(xué)。在理論上，它主要研究光子的量子特性及其在與物質(zhì)（包括與分子、原子、電子以及與光子自身）的相互作用中出現(xiàn)的各類效應(yīng)及其規(guī)律；在應(yīng)用方面，它的研究內(nèi)容主要包括光子的產(chǎn)生、傳輸、控制以及探測(cè)的規(guī)律等。

1.2、光纖通信以光導(dǎo)纖維（光纖）為傳輸媒質(zhì)，以光波為載波，實(shí)現(xiàn)信息傳輸。

1.3、光纖通信系統(tǒng)是以光纖為傳輸媒介，光波為載波的通信系統(tǒng)。2.1、單模光纖是只能傳輸一種模式的光纖，單模光纖只能傳輸基模(最低階模)，不存在模間時(shí)延差，具有比多模光纖大得多的帶寬，這對(duì)于高碼速傳輸是非常重要的。（只能傳輸一種模式的光纖稱為單模光纖。單模光纖只能傳輸基模(最低階模)，它不存在模間時(shí)延差，因此它具有比多模光纖大得多的帶寬，這對(duì)于高碼速傳輸是非常重要的。單模光纖的帶寬一般都在幾十GHzkm以上。）（單模光纖只傳輸一種模式，纖芯直徑較細(xì)，通常在4μm～10μm范圍內(nèi)。）

2.2、多模光纖在一定的工作波上，當(dāng)有多個(gè)模式在光纖中傳輸時(shí)，則這種光纖稱為多模光纖。（多模光纖就是允許多個(gè)模式在其中傳輸?shù)墓饫w，或者說在多模光纖中允許存在多個(gè)分離的傳導(dǎo)模。）（多模光纖可傳輸多種模式，纖芯直徑較粗，典型尺寸為50μm左右。）

2.3、色散由于光纖中所傳信號(hào)的不同頻率成分，或信號(hào)能量的各種模式成分，在傳輸過程中，因群速度不同互相散開，引起傳輸信號(hào)波形失真，脈沖展寬的物理現(xiàn)象稱為色散。

2.4、模式色散用光的射線理論來說，就是由于軌跡不同的各光線沿軸向的平均速度不同所造成的時(shí)延差。

2.5、光纖光纖是傳光的纖維波導(dǎo)或光導(dǎo)纖維的簡稱。

2.6、階躍型光纖階躍型光纖在纖芯和包層交界處的折射率呈階梯形突變，纖芯的折射率n1和包層的折射率n2是均勻常數(shù)。

2.7、漸變型光纖漸變型光纖纖芯的折射率nl隨著半徑的增加而按一定規(guī)律逐漸減少，到纖芯與包層交界處為包層折射率n2，纖芯的折射率不是均勻常數(shù)。

3.1、受激輻射發(fā)光現(xiàn)象處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)的大多數(shù)電子，在受到外來入射光子激勵(lì)時(shí)同步發(fā)射光子的現(xiàn)象，也就是說受激輻射的光子和入射光子，不僅波長相同而且相位、方向也相同。這樣，由弱的入射光激勵(lì)而得到了強(qiáng)的出射光，起到了光放大作用。3.2、有源光器件

---光纖通信使用的有源光器件是光端機(jī)的核心，有光源和光檢測(cè)器兩種。3.3、光源

---光源的作用是將信號(hào)電流變換為光信號(hào)功率，即實(shí)現(xiàn)電-光的轉(zhuǎn)換，以便在光纖中傳輸。

目前光纖通信系統(tǒng)中常用的光源主要有：半導(dǎo)體激光器LD、半導(dǎo)體發(fā)光二極管LED、半導(dǎo)體分布反饋激光器DFB等。3.4、光檢測(cè)器

---光檢測(cè)器的作用是將接受的光信號(hào)功率變換為電信號(hào)電流，即實(shí)現(xiàn)光-電的轉(zhuǎn)換。

光纖通信系統(tǒng)中最常用的光檢測(cè)器有：半導(dǎo)體光電二極管、雪崩光電二極管。3.5、激光器

---激光器就是光的振蕩器。激光振蕩是建立在光與物質(zhì)相互作用的基礎(chǔ)上。

3.7、光與物質(zhì)的相互作用

---光與物質(zhì)的相互作用主要有三種基本過程:(1)受激吸收；(2)自發(fā)輻射；(3)受激輻射。3.8、粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)分布

---要使物質(zhì)能對(duì)光進(jìn)行放大，必須使物質(zhì)中的受激輻射強(qiáng)于受激吸收，即高能級(jí)上的粒子數(shù)多于低能級(jí)上的粒子數(shù)。物質(zhì)的這一種反常態(tài)的粒子數(shù)分布，稱為粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)分布

3.9、發(fā)光二級(jí)管半導(dǎo)體發(fā)光二極管是非閾值器件。它與半導(dǎo)體激光器

3

的本質(zhì)區(qū)別是它沒有光學(xué)諧振腔，不能形成激光振蕩。發(fā)光二極管是非相干光源，發(fā)光以自發(fā)輻射為主。

3.10、半導(dǎo)體光電二極管是利用半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)將入射光子轉(zhuǎn)換成電子-空穴對(duì)，形成光生電流，即實(shí)現(xiàn)光-電的轉(zhuǎn)換。3.11、PIN光電二極管一次電子空穴對(duì)＋光電轉(zhuǎn)換

3.11、雪崩光電二極管（二次電子空穴對(duì)＋光電轉(zhuǎn)換＋光放大）雪崩光二極管（APD)是利用載流子在高場(chǎng)區(qū)的碰撞電離形成雪崩倍增效應(yīng)，使檢測(cè)靈敏度大大提高，APD的雪崩增益隨偏壓的提高而增大。3.12、各種無源光器件的定義

4.1、直接調(diào)制直接調(diào)制是用電信號(hào)直接調(diào)制光源器件的偏置電流，使光源發(fā)出的光功率隨信號(hào)而變化。光源直接調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是簡單、經(jīng)濟(jì)、容易實(shí)現(xiàn)，但調(diào)制速率受載流子壽命及高速率下的性能退化的限制。光纖通信中光源多采用直接調(diào)制方式。

4.2、外調(diào)制外調(diào)制一般是基于電光、磁光、聲光效應(yīng)，讓光源輸出的連續(xù)光載波通過光調(diào)制器，光信號(hào)通過調(diào)制器實(shí)現(xiàn)對(duì)光載波的調(diào)制。外調(diào)制方式需要調(diào)制器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但可獲得優(yōu)良的調(diào)制性能，特別適合高速率光通信系統(tǒng)。

4.3、模擬調(diào)制模擬調(diào)制可分為兩類，一類是利用模擬基帶信號(hào)直接對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制；另一類采用連續(xù)或脈沖的射頻波作副載波，模擬基帶信號(hào)先對(duì)它進(jìn)行調(diào)制，再用該已調(diào)制的副載波去調(diào)制光載波。由于模擬調(diào)制的調(diào)制速率較低，均使用直接調(diào)制方式。

4.4、數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制主要指PCM脈碼調(diào)制。先將連續(xù)的模擬信號(hào)進(jìn)行抽樣、量化、編碼，轉(zhuǎn)化成一組二進(jìn)制脈沖代碼，對(duì)光信號(hào)進(jìn)行通斷調(diào)制。數(shù)字調(diào)制也可使用直接調(diào)制和外調(diào)制。

4.5、光接收機(jī)的線性通道由光電檢測(cè)器、前置放大器、主放大器和均衡器構(gòu)成的這部分電路，稱為線性通道。在光接收機(jī)中，線性通道主要完成對(duì)信號(hào)的線性放大，以滿足判決電平的要求。

4.6、光接收機(jī)靈敏度光接收機(jī)的靈敏度是指滿足給定信噪比指標(biāo)的條件下，光接收機(jī)所需要的最小接收光功率

4.7、mBnB碼是把輸入的二進(jìn)制原始碼流進(jìn)行分組，每組有m個(gè)二進(jìn)制碼，記為mB，稱為一個(gè)碼字，然后把一個(gè)碼字變換為n個(gè)二進(jìn)制碼，記為nB，并在同一個(gè)時(shí)隙內(nèi)輸出。

5.1、SDH同步數(shù)字傳輸體制，類似于PDH（準(zhǔn)同步數(shù)字傳輸體制），均為數(shù)字信號(hào)傳輸體制。5.2、誤碼率相關(guān)定義

5.3、抖動(dòng)數(shù)字信號(hào)在各有效瞬時(shí)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間位置的偏差。

7.1、摻鉺光纖放大器是將摻鉺光纖在泵浦源的作用下而形成的光纖放大器。

7.2、復(fù)用技術(shù)是為了提高通信線路的利用率，而采用的在同一傳輸線路上同時(shí)傳輸多路不同信號(hào)而互不干擾的技術(shù)

7.3、光孤子(Soliton)是經(jīng)光纖長距離傳輸后，其幅度和寬度都不變的超短光脈沖(ps數(shù)量級(jí))。

7.4、光孤子通信利用光孤子作為載體的通信方式稱為光孤子通信。7.5、全光網(wǎng)絡(luò)(All-OpticalNetworks，AON)技術(shù)是指光信息流在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸及交換時(shí)始終以光的形式存在。

二、問答題（一）簡答部分

第一章部分

1.1、光纖通信的優(yōu)點(diǎn)：

答A：1）光纖的容量大2）損耗低、中繼距離長3）抗電磁干擾能力強(qiáng)4）保密性能好5）體積小，重量輕6）節(jié)省有色金屬和原材料或B：光纖通信的優(yōu)點(diǎn)有：

1）容許頻帶很寬，傳輸容量很大

2）損耗很小，中繼距離很長且誤碼率很小3）重量輕、體積小4）抗電磁干擾性能好5）泄漏小，保密性能好

6）節(jié)約金屬材料，有利于資源合理利用

1.2、光纖通信的缺點(diǎn)：

答：（1）.抗拉強(qiáng)度低；（2）.光纖連接困難；（3）.光纖怕水1.3、光纖通信的各種應(yīng)用包括哪些方面？

答：可概括如下：①通信網(wǎng),包括全球通信網(wǎng)、各種專用通信網(wǎng)、特殊通

信手段。②構(gòu)成因特網(wǎng)的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。③有線電視網(wǎng)的干線和分配網(wǎng);自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。④綜合業(yè)務(wù)光纖接入網(wǎng),分為有源接入網(wǎng)和無源接入網(wǎng)。

1.4、光纖通信系統(tǒng)的組成以及各組成部分的功能？答：主要由光發(fā)送機(jī)、光纖光纜、中繼器和光接收機(jī)組成

系統(tǒng)中光發(fā)送機(jī)的作用是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并將生成的光信號(hào)注入光纖。光發(fā)送機(jī)一般由驅(qū)動(dòng)電路、光源和調(diào)制器構(gòu)成，如果是直接強(qiáng)度調(diào)制可以省去調(diào)制器；

光接收機(jī)的作用是將光纖送來的光信號(hào)還原成原始的電信號(hào)。它一般由光電檢測(cè)器和解調(diào)器組成，對(duì)于直接強(qiáng)度調(diào)制解調(diào)器可以省略；光纖的作用是為光信號(hào)的傳送提供傳送媒介(信道)，將光信號(hào)由一處送到另一處；

中繼器分為電中繼器和光中繼器(光放大器)兩種，其主要作用就是延長光信號(hào)的傳輸距離。

1.5、傳統(tǒng)上，以服務(wù)范圍的大小把光纖通信網(wǎng)絡(luò)分為哪幾類？

答：（1）、LAN（光纖局域網(wǎng)）：服務(wù)范圍2km，如以太網(wǎng)、信令網(wǎng)和信令

總線；

（2）、MAN（光纖城域網(wǎng)）：服務(wù)范圍100km，如電話本地交換網(wǎng)或者電纜電視（CATV）分配系統(tǒng)；

（3）、WAN（廣域網(wǎng)）：服務(wù)范圍可達(dá)數(shù)千千米，如開發(fā)系統(tǒng)互連國際網(wǎng)絡(luò)等。

1.6、光纖通信網(wǎng)絡(luò)的兩種發(fā)展趨勢(shì)是什么？

答：（1）、光纖技術(shù)逐漸從骨干網(wǎng)向?qū)扺AN和MAN發(fā)展，最后也將滲透

到本地網(wǎng)；

（2）、以太網(wǎng)技術(shù)逐漸從LAN向MAN和WAN發(fā)展，最后在骨干網(wǎng)

上也將可能傳送的是國際互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）數(shù)據(jù)包。

這兩種技術(shù)的結(jié)合，將有可能導(dǎo)致最終廣泛采用綜合了最好的光纖技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)的光IP以太網(wǎng)（如：IPoverWDM）。它將是在一個(gè)平臺(tái)上提供數(shù)據(jù)、視頻和語音業(yè)務(wù)的主要工具。1.7、數(shù)字通信系統(tǒng)和模擬通信系統(tǒng)的區(qū)別？

答：數(shù)、模實(shí)質(zhì)：數(shù)字通信系統(tǒng)用參數(shù)取值離散的信號(hào)（如脈沖的有和無、電平的高和低等）代表信息，強(qiáng)調(diào)的是信號(hào)和信息之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系；而模擬通信系統(tǒng)則用參數(shù)取值連續(xù)的信號(hào)代表信息，強(qiáng)調(diào)的是變換過程中信號(hào)和信息之間的線性關(guān)系。1.8、數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是什么？

答：數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)如下：①、抗干擾能力強(qiáng)，傳輸質(zhì)量好。②、可以用再生中繼，傳輸距離長。③、適用各種業(yè)務(wù)的傳輸，靈活性大。④、容易實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的保密通信。

⑤、數(shù)字通信系統(tǒng)大量采用數(shù)字電路，易于集成，從而實(shí)現(xiàn)小型化、微型化，增強(qiáng)設(shè)備可靠性，有利于降低成本。1.9、光傳送網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)？

答：1）、全光放大中繼技術(shù)2）、光多路傳輸技術(shù)3）、波長選擇技術(shù)4）、光交換技術(shù)5）、光分插復(fù)用（OADM）技術(shù)6）、波長轉(zhuǎn)換技術(shù)7）、網(wǎng)絡(luò)控制和管理技術(shù)8）、集成光學(xué)和光纖光柵技術(shù)1.9、簡述未來光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)及關(guān)鍵技術(shù)。答：未來光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨于智能化、全光化。

其關(guān)鍵技術(shù)包括：長波長激光器、低損耗單模光纖、高效光放大器、WDM復(fù)用技術(shù)和全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。1.10、光網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)是什么？答：（1）可以極大地提高光纖的傳輸容量和節(jié)點(diǎn)的吞吐量，以適應(yīng)未來寬帶（高速）通信網(wǎng)的要求。

（2）光交叉連接器（OXC）和光分叉復(fù)用器（OADM）對(duì)信號(hào)的速率和格式透明，可以建立一個(gè)支持多種業(yè)務(wù)和多種通信模式的、透明的光傳輸平臺(tái)。

（3）以波分復(fù)用和波長選擇為基礎(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)重構(gòu)和故障的自動(dòng)恢復(fù)，構(gòu)成具有高度靈活性和生存性的光傳輸網(wǎng)。

光網(wǎng)狀網(wǎng)具有可重構(gòu)性、可擴(kuò)展性、透明性、兼容性、完整性和生存性

等優(yōu)點(diǎn)，是目前光纖通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和前沿。第二章部分

2.1、光纖的結(jié)構(gòu)由哪幾部分組成？各有什么作用？答：光纖（OpticalFiber）是由中心的纖芯和外圍的包層同軸組成的圓柱形細(xì)絲。纖芯的折射率比包層稍高，損耗比包層更低，光能量主要在纖芯內(nèi)傳輸。包層為光的傳輸提供反射面和光隔離，并起一定的機(jī)械保護(hù)作用。2.2、簡述光纖的類型包括哪幾種以及各自特點(diǎn)？解：實(shí)用光纖主要有三種基本類型：1）、突變型多模光纖（StepIndexFiber,SIF），纖芯折射率為n1保持不變，到包層突然變?yōu)閚2。這種光纖一般纖芯直徑2a=50~80μm，光線以折線形狀沿纖芯中心軸線方向傳播，特點(diǎn)是信號(hào)畸變大。2）、漸變型多模光纖（GradedIndexFiber,GIF），在纖芯中心折射率最大為n1，沿徑向r向外圍逐漸變小，直到包層變?yōu)閚2。這種光纖一般纖芯直徑2a為50μm，光線以正弦形狀沿纖芯中心軸線方向傳播，特點(diǎn)是信號(hào)畸變小。3）、單模光纖（SingleModeFiber,SMF），折射率分布和突變型光

纖相似，纖芯直徑只有8~10μm，光線以直線形狀沿纖芯中心軸線方向傳播。因?yàn)檫@種光纖只能傳輸一個(gè)模式（兩個(gè)偏振態(tài)簡并），所以稱為單模光纖，其信號(hào)畸變很小。2.3、色散的產(chǎn)生以及危害？

答：由于光纖中所傳信號(hào)的不同頻率成分，或信號(hào)能量的各種模式成分，在傳輸過程中，因群速度不同互相散開，引起傳輸信號(hào)波形失真，脈沖展寬的物理現(xiàn)象稱為色散；光纖色散的存在使傳輸?shù)男盘?hào)脈沖畸變，從而限制了光纖的傳輸容量和傳輸帶寬。2.4、光纜的結(jié)構(gòu)分類？

答：(1)層絞式結(jié)構(gòu)：層絞式光纜的結(jié)構(gòu)類似于傳統(tǒng)的電纜結(jié)構(gòu)方式，故又稱為古典式光纜。

(2)骨架式結(jié)構(gòu)：架式光纜中的光纖置放于塑料骨架的槽中，槽的橫截面可以是V形、U形或其他合理的形狀，槽的縱向呈螺旋形或正弦形，一個(gè)空槽可放置5~10根一次涂覆光纖。

(3)束管式結(jié)構(gòu)：束管式結(jié)構(gòu)的光纜近年來得到了較快的發(fā)展。它相當(dāng)于把松套管擴(kuò)大為整個(gè)纖芯，成為一個(gè)管腔，將光纖集中松放在其中。(4)帶狀式結(jié)構(gòu)：帶狀式結(jié)構(gòu)的光纜首先將一次涂覆的光纖放入塑料帶內(nèi)做成光纖帶，然后將幾層光纖帶疊放在一起構(gòu)成光纜芯。2.5、光纜的種類？

答：根據(jù)光纜的傳輸性能、距離和用途，光纜可以分為市話光纜、長途光

纜、海底光纜和用戶光纜；根據(jù)光纖的種類，光纜可以分為多模光纜、單模光纜；

根據(jù)光纖套塑的種類，光纜可以分為緊套光纜、松套光纜、束管式新型光纜和帶狀式多芯單元光纜；

根據(jù)光纖芯數(shù)的多少，光纜可以分為單芯光纜和多芯光纜等等；根據(jù)加強(qiáng)構(gòu)件的配置方式，光纜可以分為中心加強(qiáng)構(gòu)件光纜(如層絞式光纜、骨架式光纜等)、分散加強(qiáng)構(gòu)件光纜(如束管式光纜)和護(hù)層加強(qiáng)構(gòu)件光纜(如帶狀式光纜)；

根據(jù)敷設(shè)方式，光纜可以分為管道光纜、直埋光纜、架空光纜和水底光纜；

根據(jù)護(hù)層材料性質(zhì)，光纜可以分為普通光纜、阻燃光纜和防蟻、防鼠光纜等。

2.6、目前光纖通訊為什么采用以下三個(gè)工作波長：1=0.85m，

2=1.31m，3=1.55m？

解：因?yàn)楣饫w通信的三個(gè)傳輸窗口分別為：0.85um（短波長），1.31um及1.55um（長波長）

2.7、光纖通訊為什么向長波長、單模光纖方向發(fā)展？

解：從多模突變型(SIF)、漸變型(GIF)光纖到單模(SMF)光纖，損耗依次減小。在0.8~1.55μm波段內(nèi)，除吸收峰外，光纖損耗隨波長增加而迅速減�。涣硪环矫�，從色散的討論中看到：從多模SIF、GIF光纖到SMF光纖，色散依次減小(帶寬依次增大)。正因?yàn)檫@些特性，使光纖通信從SIF、GIF光纖發(fā)展到SMF光纖，從短波長(0.85μm)“窗口”發(fā)展到長波長(1.31μm和1.55μm)“窗口”。

2.8、光纖色散產(chǎn)生的原因及其危害是什么？

解：色散(Dispersion)是在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)，由于不同成分的光的時(shí)間延遲不同而產(chǎn)生的一種物理效應(yīng)。色散對(duì)光纖傳輸系統(tǒng)的影響，在時(shí)域和頻域的表示方法不同。如果信號(hào)是模擬調(diào)制的，色散限制帶寬(Bandwith)；如果信號(hào)是數(shù)字脈沖，色散產(chǎn)生脈沖展寬(Pulsebroadening)。2.9、光纖損耗產(chǎn)生的原因及其危害是什么？解：（1）、原因：吸收損耗是由SiO2材料引起的固有吸收和由雜質(zhì)引起的吸收產(chǎn)生的；散射損耗主要由材料微觀密度不均勻引起的瑞利(Rayleigh)散射和由光纖結(jié)構(gòu)缺陷(如氣泡)引起的散射產(chǎn)生的。（2）、由于損耗的存在，在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)，不管是模擬信號(hào)還是數(shù)字脈沖，其幅度都要減��；光纖的損耗在很大程度上決定了系統(tǒng)的傳輸距離。

2.10、對(duì)光纜的基本要求是什么？

解：對(duì)光纜的基本要求是：保護(hù)光纖的機(jī)械強(qiáng)度和傳輸特性，防止施工過程和使用期間光纖短裂，保護(hù)傳輸特性穩(wěn)定。2.11、簡述光纜的結(jié)構(gòu)和類型？

解：光纜一般由纜芯和護(hù)套兩部分組成，有時(shí)在護(hù)套外面加有鎧裝。根據(jù)纜芯結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，光纜可分為四種基本型式：1）、層絞式；2）、骨架式；3）、中心束管式；4）、帶狀式。根據(jù)使用條件，光纜又可以分為許多類型：一般光纜有室內(nèi)光纜、架空光纜、埋地光纜和管道光纜等2.12、光纖的特性參數(shù)具體包括那些？

解：光纖的特性參數(shù)很多，基本上可分為幾何特性、光學(xué)特性和傳輸特性三類。幾何特性包括纖芯與包層的直徑、偏心度和不圓度；光學(xué)特性主要有折射率分布、數(shù)值孔徑、模場(chǎng)直徑和截止波長；傳輸特性主要有損耗、帶寬和色散。

2.13、說明光纖損耗、帶寬(色散)和截止波長這些特性參數(shù)測(cè)量的共同的特點(diǎn)以及測(cè)量系統(tǒng)的組成？

解：共同的特點(diǎn)是用特定波長的光通過光纖，然后測(cè)出輸出端相對(duì)于輸入端的光功率或幅度、相位等物理量的變化，再經(jīng)過相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理而實(shí)現(xiàn)的。測(cè)量系統(tǒng)一般包括發(fā)射光源、注入裝置和接收與數(shù)據(jù)處理設(shè)備。2.14.簡述漸變光纖的折射率分布。

答：漸變光纖橫截面的折射率分布，包層的折射率是均勻的，而在纖芯中折射率則隨著纖芯的半徑的加大而減小，是非均勻、且連續(xù)變化的。2.15.簡述光纖材料色散的定義及其引起的原因。

答：由于光纖材料的折射率是波長λ的非線性函數(shù)，從而使光的傳輸速度隨波長的變化而變化，由此而引起的色散叫材料色散。

材料色散主要是由光源的光譜寬度所引起的。由于光纖通信中使用的光源不是單色光，具有一定的光譜寬度，這樣，不同波長的光波傳輸速度不同，從而產(chǎn)生時(shí)延差，引起脈沖展寬。

第三章部分

3.1、半導(dǎo)體激光器發(fā)光的條件？答：（1）有源區(qū)里產(chǎn)生足夠的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布；（2）在諧振腔里建立起穩(wěn)定的振蕩。

3.2、半導(dǎo)體發(fā)光二極管與半導(dǎo)體激光器的區(qū)別？

答：半導(dǎo)體發(fā)光二極管是非閾值器件。它與半導(dǎo)體激光器的本質(zhì)區(qū)別是它沒有光學(xué)諧振腔，不能形成激光振蕩。發(fā)光二極管是非相干光源，發(fā)光以

自發(fā)輻射為主。

3.3、半導(dǎo)體激光器有哪些特性？

解：發(fā)射波長與半導(dǎo)體材料有關(guān)；光譜特性：在直流驅(qū)動(dòng)下，隨著驅(qū)動(dòng)電流的增加，縱模模數(shù)逐漸減少，譜線寬度變窄；在數(shù)字調(diào)制下，隨著調(diào)制電流增大，縱模模數(shù)增多，譜線寬度變窄。

3.4、對(duì)光纖通信系統(tǒng)所用的光無源器件的特性的普遍要求是什么？

解：普遍要求插入損耗小、反射損耗大、工作溫度范圍寬、性能穩(wěn)定、壽命長、體積小、價(jià)格便宜，許多器件還要求便于集成。

3.5、對(duì)光纖通信系統(tǒng)所用的光無源器件連接器的作用是什么？

解：連接器是實(shí)現(xiàn)光纖與光纖之間可拆卸(活動(dòng))連接的器件，主要用于光纖線路與光發(fā)射機(jī)輸出或光接收機(jī)輸入之間，或光纖線路與其他光無源器件之間的連接。3.6、對(duì)光纖通信系統(tǒng)所用的光無源器件光耦合器的功能是什么？波分復(fù)用器的概念是什么？解：耦合器的功能是把一個(gè)輸入的光信號(hào)分配給多個(gè)輸出，或把多個(gè)輸入的光信號(hào)組合成一個(gè)輸出。這種器件對(duì)光纖線路的影響主要是附加插入損耗，還有一定的反射和串?dāng)_噪聲耦合器大多與波長無關(guān)，與波長相關(guān)的耦合器專稱為波分復(fù)用器/解復(fù)用器。3.7、對(duì)光纖通信系統(tǒng)所用的光無源器件光隔離器的主要作用是什么？解：隔離器就是一種非互易器件，其主要作用是只允許光波往一個(gè)方向上傳輸，阻止光波往其他方向特別是反方向傳輸。隔離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該器件致使器件性能變壞。3.8、對(duì)光纖通信系統(tǒng)所用的光無源器件光開關(guān)的功能是什么？

解：光開關(guān)的功能是轉(zhuǎn)換光路，實(shí)現(xiàn)光交換，它是光網(wǎng)絡(luò)的重要器件。3.9.簡述半導(dǎo)體激光器的光譜特性。

答：半導(dǎo)體激光器的光譜特性主要是由激光器的縱模決定。激光器的光譜會(huì)隨著注入電流而發(fā)生變化。當(dāng)注入電流低于閾值電流時(shí)，半導(dǎo)體激光器發(fā)出的是熒光，光譜很寬；當(dāng)電流增大到閾值電流時(shí)，光譜突然變窄，光譜中心強(qiáng)度急劇增加，出現(xiàn)了激光；對(duì)于單縱模半導(dǎo)體激光器，由于只有一個(gè)縱模，其譜線更窄。

3.10.簡述發(fā)光二極管的P－I特性。

答：發(fā)光二極管不存在閾值，輸出光功率與注入電流之間呈線性關(guān)系，且線性范圍較大。當(dāng)注入電流較大時(shí)，由于PN結(jié)的發(fā)熱，發(fā)光效率降低，出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。在相同注入電流下，面發(fā)光二極管的發(fā)輸出功率比邊發(fā)光二極管大。

3.10、簡述影響PIN光電二極管響應(yīng)速度的主要因素。

答：影響響應(yīng)速度的主要因素有：結(jié)電容和負(fù)載電阻的RC時(shí)間常數(shù)、載

流子在耗盡區(qū)里的渡越時(shí)間及耗盡區(qū)外產(chǎn)生的載流子的擴(kuò)散時(shí)間。

第四章部分

4.1、光波的調(diào)制以及分類？

答：在光纖通信系統(tǒng)中，把隨信息變化的電信號(hào)加到光載波上，使光載波按信息的變化而變化，這就是光波的調(diào)制。從調(diào)制方式與光源的關(guān)系上來分，強(qiáng)度調(diào)制的方法有兩種：直接調(diào)制和外調(diào)制。從調(diào)制信號(hào)的形式來分，光調(diào)制又分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。

4.2、對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼的理由是什么？

答：為了使接收再生電路把相位或頻率鎖定到信號(hào)定時(shí)上因?yàn)楣饨邮諜C(jī)采用電容耦合，接收機(jī)不能對(duì)直流或低頻分量響應(yīng)，使長連零信號(hào)的幅度逐漸下降，經(jīng)判決電路后會(huì)產(chǎn)生誤碼

4.3、對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼的目的是什么？

答：使輸出的二進(jìn)制碼不要產(chǎn)生長連“1”或長連“0”，而是使“1”碼和“0”碼盡量相間排列

4.4、進(jìn)行碼型變換的意義是什么？

答：在光纖通信系統(tǒng)中，從電端機(jī)輸出的是適合于電纜傳輸?shù)碾p極性碼。光源不可能發(fā)射負(fù)光脈沖，因此必須進(jìn)行碼型變換，以適合于數(shù)字光纖通信系統(tǒng)傳輸?shù)囊�求�?/p>

4.5、數(shù)字光纖通信系統(tǒng)常用的線路碼型包括：擾碼、mBnB碼、插入碼。4.6、mBnB碼的基本特點(diǎn)是什么？

答：這種碼型是把mB變換為nB，所以稱為mBnB碼，其中m和n都是正整數(shù)，n>m，一般選取n=m+1。mBnB碼有1B2B、3B4B、5B6B、8B9B、17B18B等等。

4.7、激光器（LD）產(chǎn)生張弛振蕩和自脈沖現(xiàn)象的機(jī)理是什么？它的危害是什么？應(yīng)如何消除這兩種現(xiàn)象？

解：半導(dǎo)體激光器在高速脈沖調(diào)制下，輸出光脈沖和注入電流脈沖之間存在一個(gè)初始延遲時(shí)間，稱為電光延遲時(shí)間td，其數(shù)量級(jí)一般為ns。當(dāng)電流脈沖注入激光器后，輸出光脈沖會(huì)出現(xiàn)幅度逐漸衰減的振蕩，稱為張弛振蕩；張弛振蕩的后果是限制調(diào)制速率。某些激光器在脈沖調(diào)制甚至直流驅(qū)動(dòng)下，當(dāng)注入電流達(dá)到某個(gè)范圍時(shí)，輸出光脈沖出現(xiàn)持續(xù)等幅的高頻振蕩，這種現(xiàn)象稱為自脈動(dòng)現(xiàn)象；自脈動(dòng)現(xiàn)象是激光器內(nèi)部不均勻增益或不均勻吸收產(chǎn)生的嚴(yán)重影響LD的高速調(diào)制特性。消除方法是對(duì)LD施加偏置電流

4.8、LD為什么能夠產(chǎn)生碼型效應(yīng)？其危害及消除方法是什么？

解：當(dāng)電光延遲時(shí)間td與數(shù)字調(diào)制的碼元持續(xù)時(shí)間T/2為相同數(shù)量級(jí)時(shí)，會(huì)使“0”碼過后的第一個(gè)“1碼的脈沖寬度變窄，幅度減小，嚴(yán)重時(shí)可能使單個(gè)“１”碼丟失，這種現(xiàn)象稱為“碼型效應(yīng)”；“碼型效應(yīng)”的特點(diǎn)是，在脈沖序列中較長的連“0”碼后出現(xiàn)的“1”碼，其脈沖明顯變小，而且連“0”碼數(shù)目越多，調(diào)制速率越高，這種效應(yīng)越明顯；用適當(dāng)?shù)摹斑^調(diào)制”補(bǔ)償方法，可以消除碼型效應(yīng)。

4.9、在LD的驅(qū)動(dòng)電路里，為什么要設(shè)置功率自動(dòng)控制電路APC？功率自動(dòng)控制實(shí)際是控制LD的哪幾個(gè)參數(shù)？解：（1）、保證輸出光功率有足夠的穩(wěn)定性（2）、功率、幅度、頻率、相位。4.10、在LD的驅(qū)動(dòng)電路里，為什么要設(shè)置溫度自動(dòng)控制電路ATC？具體措施是什么？控制電路實(shí)際是控制的是哪幾個(gè)參數(shù)？解：（1）、半導(dǎo)體光源的輸出特性受溫度影響很大，特別是長波長半導(dǎo)體激光器對(duì)溫度更加敏感。為保證輸出特性的穩(wěn)定，對(duì)激光器進(jìn)行溫度控制是十分必要的。（2）、溫度控制裝置一般由致冷器、熱敏電阻和控制電路組成，致冷器的冷端和激光器的熱沉接觸，熱敏電阻作為傳感器，探測(cè)激光器結(jié)區(qū)的溫度，并把它傳遞給控制電路，通過控制電路改變致冷量，使激光器輸出特性保持恒定。（3）、電流、電壓

4.11、光接收機(jī)前置放大器第一個(gè)晶體管選FET或BJT的依據(jù)是什么？解：放大器噪聲特性取決于所采用的前置放大器類型，根據(jù)放大器噪聲等效電路和晶體管理論可以決定光接收機(jī)前置放大器第一個(gè)晶體管選FET或BJT。

4.12、為什么光接收機(jī)的前置放大器多采用跨阻型？

解：由于跨阻型前置放大器最大的優(yōu)點(diǎn)是改善了帶寬特性和動(dòng)態(tài)范圍，并具有良好的噪聲特性。

4.13、在數(shù)字光接收機(jī)中，設(shè)置均衡濾波網(wǎng)絡(luò)的目的是什么？解：消除外部電磁干擾產(chǎn)生的噪聲。

4.14、在數(shù)字光接收機(jī)中，為什么要設(shè)置AGC電路？解：因?yàn)橹鞣糯笃骱虯GC決定著光接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍。4.15、數(shù)字光接收機(jī)量子極限的含義是什么？

解：光接收機(jī)可能達(dá)到的最高靈敏度，其極限值是由量子噪聲決定的，所以稱為量子極限。

4.16、在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中，選擇碼型時(shí)應(yīng)考慮哪幾個(gè)因素？解：數(shù)字光纖通信系統(tǒng)對(duì)線路碼型的主要要求是保證傳輸?shù)耐该餍�，具體要求有：(1)能限制信號(hào)帶寬，減小功率譜中的高低頻分量；(2)能給光接收機(jī)提供足夠的定時(shí)信息；(3)能提供一定的冗余碼，用于平衡碼流、誤碼監(jiān)測(cè)和公務(wù)通信。

4.17.簡述光纖通信中光接收機(jī)的主要作用。

光接收機(jī)的主要作用是將光纖傳輸后的幅度被衰減的、波形產(chǎn)生畸變的、微弱的光信號(hào)變換為電信號(hào)，并對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大、整形、再生后，再生成與發(fā)送端相同的電信號(hào)，輸入到電接收端機(jī)。

第五章部分

5.1、中繼器的組成和作用

答：中繼器由光檢測(cè)器、光源和判決再生電路組成。它的作用有兩個(gè)：一個(gè)是補(bǔ)償光信號(hào)在光纖中傳輸時(shí)受到的衰減；另一個(gè)是對(duì)波形失真的脈沖近行校正。

5.2、為什么要引入SDH？

解：SDH解決了PDH存在的問題，是一種比較完善的傳輸體制。5.3、SDH的特點(diǎn)有哪些？SDH帖中AUPTR表示什么？它有何作用？解：（1）、SDH具有下列特點(diǎn)：

SDH采用世界上統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率等級(jí)；SDH各網(wǎng)絡(luò)單元的光接口有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；

在SDH幀結(jié)構(gòu)中，豐富的開銷比特用于網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行、維護(hù)和管理，便于實(shí)現(xiàn)性能監(jiān)測(cè)、故障檢測(cè)和定位、故障報(bào)告等管理功能；采用數(shù)字同步復(fù)用技術(shù)，其最小的復(fù)用單位為字節(jié)，不必進(jìn)行碼速調(diào)整，簡化了復(fù)接分接的實(shí)現(xiàn)設(shè)備，由低速信號(hào)復(fù)接成高速信號(hào)，或從高速信號(hào)分出低速信號(hào)，不必逐級(jí)進(jìn)行；

采用數(shù)字交叉連接設(shè)備DXC可以對(duì)各種端口速率進(jìn)行可控的連

接配置，對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行自動(dòng)化的調(diào)度和管理，既提高了資源利用率，又增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的抗毀性和可靠性。（2）、管理單元指針(AUPTR)是一種指示符，主要用于指示Payload第一個(gè)字節(jié)在幀內(nèi)的準(zhǔn)確位置(相對(duì)于指針位置的偏移量)5.4、數(shù)字光纖通信系統(tǒng)很適合于長距離、大容量和高質(zhì)量的信息傳輸?shù)脑�因�?/p>

解：數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)是一種通過光纖信道傳輸數(shù)字信號(hào)的通信系統(tǒng)，由于數(shù)字信號(hào)只取有限個(gè)離散值，可以通過取樣、判決而再生，所以這種通信系統(tǒng)對(duì)信道的非線性失真不敏感，在通信全程中，即使有多次中續(xù)、失真（包括線性失真和非線性失真）和噪聲也不會(huì)累積。因而，與模擬光纖通信相比，數(shù)字光纖通信系統(tǒng)對(duì)光源特性的線性要求與對(duì)接收信噪比的要求都不高，更能充分發(fā)揮光纖的優(yōu)勢(shì)，很適合于長距離、大容量和高質(zhì)量

的信息傳輸。

5.5、光纖大容量數(shù)字傳輸目前普遍采用什么技術(shù)？它包括哪兩種傳輸體制？

解：光纖大容量數(shù)字傳輸目前都采用同步時(shí)分復(fù)用(TDM)技術(shù)，復(fù)用又分為若干等級(jí)，因而先后有兩種傳輸體制：準(zhǔn)同步數(shù)字系列(PDH)和同步數(shù)字系列(SDH)。

5.6、抖動(dòng)的定義是什么？解：抖動(dòng)是數(shù)字信號(hào)傳輸過程中產(chǎn)生的一種瞬時(shí)不穩(wěn)定現(xiàn)象。抖動(dòng)的定義是：數(shù)字信號(hào)在各有效瞬時(shí)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間位置的偏差。

5.7、對(duì)數(shù)字光纖通信系統(tǒng)而言，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是什么？

解：對(duì)數(shù)字光纖通信系統(tǒng)而言，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是，根據(jù)用戶對(duì)傳輸距離和傳輸容量(話路數(shù)或比特率)及其分布的要求，按照國家相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和當(dāng)前設(shè)備的技術(shù)水平，經(jīng)過綜合考慮和反復(fù)計(jì)算，選擇最佳路由和局站設(shè)置、傳輸體制和傳輸速率以及光纖光纜和光端機(jī)的基本參數(shù)和性能指標(biāo)，以使系統(tǒng)的實(shí)施達(dá)到最佳的性能價(jià)格比。

5.8、對(duì)數(shù)字光纖通信系統(tǒng)而言，在技術(shù)上，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要問題是什么？中繼距離的設(shè)計(jì)有哪三種方法？

解：技術(shù)上，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要問題是確定中繼距離，尤其對(duì)長途光纖通信系統(tǒng)，中繼距離設(shè)計(jì)是否合理，對(duì)系統(tǒng)的性能和經(jīng)濟(jì)效益影響很大。中繼距離的設(shè)計(jì)有三種方法：最壞情況法(參數(shù)完全已知)、統(tǒng)計(jì)法(所有參數(shù)都是統(tǒng)計(jì)定義)和半統(tǒng)計(jì)法(只有某些參數(shù)是統(tǒng)計(jì)定義)。5.9、光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)以及它與工程設(shè)計(jì)的主要區(qū)別分別是什么？答：系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)是：遵循建議規(guī)范，采用先進(jìn)、成熟技術(shù)，綜合考慮系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)成本，合理地選用器件和設(shè)備，明確系統(tǒng)的全部技術(shù)參數(shù)，完成實(shí)用系統(tǒng)的合成。

它與工程設(shè)計(jì)主要區(qū)別在于：首先系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)的區(qū)別表現(xiàn)在復(fù)雜程度上；其次系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)的區(qū)別表現(xiàn)在它們的任務(wù)不同。5.10、抖動(dòng)產(chǎn)生的原因以及危害？

答：主要與定時(shí)提取電路的質(zhì)量、輸入信號(hào)的狀態(tài)和輸入碼流中的連“0”碼數(shù)目有關(guān)；抖動(dòng)嚴(yán)重時(shí)，使得信號(hào)失真、誤碼率增大。第六章部分

6.1、模擬光纖通信系統(tǒng)的特點(diǎn)是什么？

解：模擬光纖通信系統(tǒng)是一種通過光纖信道傳輸模擬信號(hào)的通信系統(tǒng)，目前主要用于模擬電視傳輸。模擬光纖通信系統(tǒng)采用參數(shù)大小連續(xù)變化的信號(hào)來代表信息，要求在電/光轉(zhuǎn)換過程中信號(hào)和信息存在線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，因

此，對(duì)光源功率特性的線性要求，對(duì)信號(hào)信噪比的要求都比較高。由于噪聲的積累，和數(shù)字光纖通信相比，模擬光纖通信系統(tǒng)的傳輸距離較短。6.2、模擬光纖通信系統(tǒng)目前使用的主要調(diào)制方式是什么？其概念分別是什么？

解：包括模擬基帶直接光強(qiáng)調(diào)制、模擬間接光強(qiáng)調(diào)制、頻分復(fù)用光強(qiáng)調(diào)制1）、模擬基帶直接光強(qiáng)調(diào)制(DIM)是用承載信息的模擬基帶信號(hào)，直接對(duì)發(fā)射機(jī)光源(LED或LD)進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，使光源輸出光功率隨時(shí)間變化的波形和輸入模擬基帶信號(hào)的波形成比例。2）、模擬間接光強(qiáng)調(diào)制方式是先用承載信息的模擬基帶信號(hào)進(jìn)行電的預(yù)調(diào)制，然后用這個(gè)預(yù)調(diào)制的電信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制(IM)。這種系統(tǒng)又稱為預(yù)調(diào)制直接光強(qiáng)調(diào)制光纖傳輸系統(tǒng)。3）、頻分復(fù)用光強(qiáng)調(diào)制方式是用每路模擬電視基帶信號(hào)，分別對(duì)某個(gè)指定的射頻(RF)電信號(hào)進(jìn)行調(diào)幅(AM)或調(diào)頻(FM)，然后用組合器把多個(gè)預(yù)調(diào)RF信號(hào)組合成多路寬帶信號(hào)，再用這種多路寬帶信號(hào)對(duì)發(fā)射機(jī)光源進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制。

6.3、什么叫副載波復(fù)用（SCM）？副載波復(fù)用光纖通信有哪些優(yōu)點(diǎn)？解：光載波經(jīng)光纖傳輸后，由遠(yuǎn)端接收機(jī)進(jìn)行光/電轉(zhuǎn)換和信號(hào)分離。因?yàn)閭鹘y(tǒng)意義上的載波是光載波，為區(qū)別起見，把受模擬基帶信號(hào)預(yù)調(diào)制的RF電載波稱為副載波，這種復(fù)用方式也稱為副載波復(fù)用(SCM)。SCM模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：

(1)一個(gè)光載波可以傳輸多個(gè)副載波，各個(gè)副載波可以承載不同類型的業(yè)務(wù)，有利于數(shù)字和模擬混合傳輸以及不同業(yè)務(wù)的綜合和分離。(2)SCM系統(tǒng)靈敏度較高，又無需復(fù)雜的定時(shí)技術(shù)

(3)在數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)未能廣泛應(yīng)用的今天，這種系統(tǒng)不僅可以滿足目前社會(huì)對(duì)電視頻道日益增多的要求，而且便于在光纖與同軸電纜混合的有線電視系統(tǒng)(HFC)中采用。

6.4、副載波復(fù)用的實(shí)質(zhì)是什么？解：載波復(fù)用的實(shí)質(zhì)是利用光纖傳輸系統(tǒng)很寬的帶寬換取有限的信號(hào)功率，也就是增加信道帶寬，降低對(duì)信道載噪比(載波功率/噪聲功率)的要求，而又保持輸出信噪比不變。6.5、評(píng)價(jià)模擬信號(hào)直接光強(qiáng)調(diào)制系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量的最重要的特性參數(shù)是什么？

解：評(píng)價(jià)模擬信號(hào)直接光強(qiáng)調(diào)制系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量的最重要的特性參數(shù)是信噪比(SNR)和信號(hào)失真(信號(hào)畸變)。6.6、模擬基帶直接光強(qiáng)調(diào)制光纖電視傳輸系統(tǒng)光發(fā)射機(jī)的功能是什么？對(duì)這種光發(fā)射機(jī)的基本要求是什么？

解：模擬基帶直接光強(qiáng)調(diào)制光纖電視傳輸系統(tǒng)光發(fā)射機(jī)的功能是，把模擬

電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。對(duì)這種光發(fā)射機(jī)的基本要求是：(1)發(fā)射(入纖)光功率要大，以利于增加傳輸距離；(2)非線性失真要��；(3)調(diào)制指數(shù)m(mTV)要適當(dāng)大；(4)光功率溫度穩(wěn)定性要好。

6.7、副載波復(fù)用(SCM)模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)的基本過程是什么？解：副載波復(fù)用(SCM)模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)的基本過程是：N個(gè)頻道的模擬基帶電視信號(hào)分別調(diào)制頻率為f1,f2,f3,…,fN的射頻(RF)信號(hào)，把N個(gè)帶有電視信號(hào)的副載波f1s,f2s,f3s，…,fNs組合成多路寬帶信號(hào)，再用這個(gè)寬帶信號(hào)對(duì)光源(一般為LD)進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換。光信號(hào)經(jīng)光纖傳輸后，由光接收機(jī)實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換，經(jīng)分離和解調(diào)，最后輸出N個(gè)頻道的電視信號(hào)。第七章部分

7.1、光纖通信發(fā)展的目標(biāo)是什么？

解：光纖通信發(fā)展的目標(biāo)是提高通信能力和通信質(zhì)量，降低價(jià)格，滿足社會(huì)需要。

7.2、光放大器的類型及特點(diǎn)是什么？

解：光放大器有半導(dǎo)體光放大器和光纖放大器兩種類型。半導(dǎo)體光放大器的優(yōu)點(diǎn)是小型化，容易與其他半導(dǎo)體器件集成；缺點(diǎn)是性能與光偏振方向有關(guān)，器件與光纖的耦合損耗大。光纖放大器的性能與光偏振方向無關(guān)，器件與光纖的耦合損耗很小，因而得到廣泛應(yīng)用。光纖放大器實(shí)際上是把工作物質(zhì)制作成光纖形狀的固體激光器，所以也稱為光纖激光器。7.3、EDFA的工作原理是什么？有哪些應(yīng)用方式？解：（1）、EDFA的工作原理是：在摻鉺光纖(EDF)中，鉺離子(Er3+)有三個(gè)能級(jí)：其中能級(jí)1代表基態(tài)，能量最低；能級(jí)2是亞穩(wěn)態(tài)，處于中間能級(jí)；能級(jí)3代表激發(fā)態(tài)，能量最高。當(dāng)泵浦(Pump,抽運(yùn))光的光子能量等于能級(jí)3和能級(jí)1的能量差時(shí)，鉺離子吸收泵浦光從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)(1→3)。但是激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的，Er3+很快返回到能級(jí)2。如果輸入的信號(hào)光的光子能量等于能級(jí)2和能級(jí)1的能量差，則處于能級(jí)2的Er3+將躍遷到基態(tài)(2→1)，產(chǎn)生受激輻射光，因而信號(hào)光得到放大。（2）、EDFA的應(yīng)用，歸納起來可以分為三種形式：中繼放大器、前置放大器和后置放大器。7.4、對(duì)于980nm泵浦和1480nm泵浦的EDFA，哪種泵浦方式的功率轉(zhuǎn)換效率高？哪種泵浦方式的噪聲系數(shù)��？為什么？

解：對(duì)泵浦光源的基本要求是大功率和長壽命。波長為1480μm的InGaAsP多量子阱(MQW)激光器，輸出光功率高達(dá)100mW,泵浦光轉(zhuǎn)換為信號(hào)光效率在6dB/mW以上。波長為980nm的泵浦光轉(zhuǎn)換效率更高，

達(dá)10dB/mW，而且噪聲較低，是未來發(fā)展的方向。7.5、光波分復(fù)用的概念及基本原理是什么？

解：光波分復(fù)用(WDM：WavelengthDivisionMultiplexing)技術(shù)是在一根光纖中同時(shí)傳輸多個(gè)波長光信號(hào)的一項(xiàng)技術(shù)。其基本原理是在發(fā)送端將不同波長的光信號(hào)組合起來(復(fù)用)，并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進(jìn)行傳輸，在接收端又將組合波長的光信號(hào)分開(解復(fù)用)，并作進(jìn)一步處理，恢復(fù)出原信號(hào)后送入不同的終端，因此將此項(xiàng)技術(shù)稱為光波長分割復(fù)用，簡稱光波分復(fù)用技術(shù)。

7.6、WDM系統(tǒng)的基本構(gòu)成主要有哪兩種形式？

解：WDM系統(tǒng)的基本構(gòu)成主要有以下兩種形式：(1)雙纖單向傳輸。單向WDM傳輸是指所有光通路同時(shí)在一根光纖上沿同一方向傳送。(2)單纖雙向傳輸。雙向WDM傳輸是指光通路在一根光纖上同時(shí)向兩個(gè)不同的方向傳輸。

7.7、目前國際上長途高速光纖通信線路的主要技術(shù)方向是什么？

解：目前，“摻鉺光纖放大器(EDFA)+密集波分復(fù)用(WDM)+非零色散光纖(NZDSF，即G.655光纖)+光子集成(PIC)”正成為國際上長途高速光纖通信線路的主要技術(shù)方向。

7.8、光波分復(fù)用器的基本要求是什么？

解：對(duì)波分復(fù)用器的基本要求是：插入損耗小，隔離度大，帶內(nèi)平坦，帶外插入損耗變化陡峭，溫度穩(wěn)定性好，復(fù)用通路數(shù)多，尺寸小等。7.9、光交換的作用以及光交換有哪些方式？解：（1）、在現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)中，高速光纖通信系統(tǒng)僅僅充當(dāng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸手段，網(wǎng)絡(luò)中重要的交換功能還是采用電子交換技術(shù)。傳統(tǒng)電子交換機(jī)的端口速率只有幾Mb/s到幾百M(fèi)b/s，不僅限制了光纖通信網(wǎng)絡(luò)速率的提高，而且要求在眾多的接口進(jìn)行頻繁的復(fù)用/解復(fù)用，光/電和電/光轉(zhuǎn)換，因而增加了設(shè)備復(fù)雜性和成本，降低了系統(tǒng)的可靠性。要徹底解決高速光纖通信網(wǎng)存在的矛盾，只有實(shí)現(xiàn)全光通信，而光交換是全光通信的關(guān)鍵技術(shù)。（2）、光交換主要有三種方式：空分光交換、時(shí)分光交換和波分光交換。7.10、光交換三種方式的概念及功能是什么？解：（1）、空分光交換的功能是使光信號(hào)的傳輸通路在空間上發(fā)生改變。空分光交換的核心器件是光開關(guān)；（2）、時(shí)分光交換是以時(shí)分復(fù)用為基礎(chǔ)，用時(shí)隙互換原理實(shí)現(xiàn)交換功能的；（3）、波分光交換(或交叉連接)是以波分復(fù)用原理為基礎(chǔ)，采用波長選擇或波長變換的方法實(shí)現(xiàn)交換功能的。7.11、光孤子通信的概念及優(yōu)點(diǎn)是什么？

解：光孤子(Soliton)是經(jīng)光纖長距離傳輸后，其幅度和寬度都不變的超短光脈沖(ps數(shù)量級(jí))；光孤子的形成是光纖的群速度色散和非線性效應(yīng)相互平衡的結(jié)果。利用光孤子作為載體的通信方式稱為光孤子通信。光孤子通

信的優(yōu)點(diǎn)是：傳輸距離可達(dá)上萬公里，甚至幾萬公里。

7.12、相干光通信技術(shù)的概念、優(yōu)點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)各是什么？解：（1）、所謂相干光，就是兩個(gè)激光器產(chǎn)生的光場(chǎng)具有空間疊加、相互干涉性質(zhì)的激光，利用相干光進(jìn)行通信的技術(shù)稱相干光通信。（2）、相干檢測(cè)技術(shù)主要優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)光載波實(shí)施幅度、頻率或相位調(diào)制；（3）、相干光系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是：a、必須使用頻率穩(wěn)定度和頻譜純度都很高的激光器作為信號(hào)光源和本振光源；b、相干光系統(tǒng)要求信號(hào)光和本振光混頻時(shí)滿足嚴(yán)格的匹配條件，才能獲得高混頻效率，這種匹配包括空間匹配、波前匹配和偏振方向匹配。

7.13、光纖通信的目標(biāo)是什么？

解：提高速率和增大容量是光纖通信的目標(biāo)。7.14、要實(shí)現(xiàn)光時(shí)分復(fù)用技術(shù)（OTDM），需要解決的關(guān)鍵技術(shù)是什么？解：要實(shí)現(xiàn)OTDM，需要解決的關(guān)鍵技術(shù)有：(1)超短光脈沖光源；(2)超短光脈沖的長距離傳輸和色散抑制技術(shù)；(3)幀同步及路序確定技術(shù)；(4)光時(shí)鐘提取技術(shù)；(5)全光解復(fù)用技術(shù)。

7.15、在WDM光網(wǎng)絡(luò)中使用波長變換技術(shù)的原因是什么？目前惟一成熟的波長變換技術(shù)是什么？解：（1）、在WDM光網(wǎng)絡(luò)中使用波長變換技術(shù)的原因有：首先，信息可以通過WDM網(wǎng)絡(luò)中不適宜使用的波長進(jìn)入WDM網(wǎng)絡(luò)；其次，在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，可以提高鏈路上現(xiàn)有波長的利用率；最后，如果不同網(wǎng)絡(luò)由不同的組織管理，并且這些網(wǎng)絡(luò)沒有協(xié)調(diào)一致的波長分配，那么在網(wǎng)絡(luò)之間就可以使用波長變換器。（2）、波長變換的基本方法有兩種：光/電/光方法和全光方法。將光信號(hào)經(jīng)光/電轉(zhuǎn)換變成電信號(hào)，電信號(hào)再調(diào)制所需波長的激光器，從而實(shí)現(xiàn)波長變換光/電/光方法，這是目前惟一成熟的波長變換技術(shù)。7.16、摻鉺光纖的定義和作用？

答：摻鉺光纖是一種向常規(guī)傳輸光纖的石英玻璃基質(zhì)中摻入微量鉺元素的特種光纖；摻入鉺元素的目的，是促成被動(dòng)的傳輸光纖轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂泄夥糯竽芰Φ闹鲃?dòng)光纖，光放大的特性主要由摻鉺元素決定。7.17、摻鉺光纖放大器的光路結(jié)構(gòu)

答：(1）、前向（同向）泵浦摻鉺光纖放大器

----前向（同向）泵浦摻鉺光纖放大器，表示信號(hào)光和泵浦光同向進(jìn)入摻鉺光纖。光隔離器用于隔離反饋光信號(hào)，提高穩(wěn)定性。這種結(jié)構(gòu)噪聲特性較好。

(2）、后向（反向）泵浦摻鉺光纖放大器

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----后向（反向）泵浦摻鉺光纖放大器，表示信號(hào)光和泵浦光從兩個(gè)不同方向進(jìn)入摻鉺光纖。這種結(jié)構(gòu)具有較高的輸出信號(hào)功率，但噪聲特性較差。(3)、雙向泵浦摻鉺光纖放大器

----雙向泵浦摻鉺光纖放大器，表示兩個(gè)泵浦光從兩個(gè)相反方向進(jìn)入摻鉺光纖。這種結(jié)構(gòu)具有的輸出信號(hào)功率最高，噪聲特性也不差。7.18、光放大器的分類？

答：光放大器按原理不同大體上有三種類型。

(1)摻雜光纖放大器，就是利用稀土金屬離子作為激光工作物質(zhì)的一種放大器；

(2)傳輸光纖放大器，其中有受激喇曼散射(StimulatedRamanScattering，SRS)光纖放大器、受激布里淵散射(StimulatedBrilliouinScattering，SBS)光纖放大器和利用四波混頻效應(yīng)(FWM)的光放大器等；

(3)半導(dǎo)體激光放大器。其結(jié)構(gòu)大體上與激光二極管(LaserDiode，LD)相同。

7.19、摻餌光纖放大器的工作原理？

答：摻餌光纖放大器采用摻鉺離子單模光纖作為增益物質(zhì)，在泵浦光激發(fā)下產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，在信號(hào)光誘導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)受激輻射放大7.20、EDFA固有的缺點(diǎn)是什么？

答：(1)波長固定，只能放大1.55μm左右的光波，換用不同基質(zhì)的光纖時(shí)，鉺離子能級(jí)也只能發(fā)生很小的變化，可調(diào)節(jié)的波長有限，只能換用其他元素；

(2)增益帶寬不平坦，在WDM系統(tǒng)中需要采用特殊的手段來進(jìn)行增益譜補(bǔ)償。

7.21、簡述各種復(fù)用技術(shù)的原理？

答：光波分復(fù)用(WDM)技術(shù)是在一芯光纖中同時(shí)傳輸多波長光信號(hào)的一項(xiàng)技術(shù)。其基本原理是在發(fā)送端將不同波長的光信號(hào)組合起來，并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進(jìn)行傳輸，在接收端將組合波長的光信號(hào)分開，并作進(jìn)一步處理，恢復(fù)出原信號(hào)后送入不同的終端。

為了進(jìn)一步提高光纖帶寬利用率，相鄰兩光載波的間隔將越來越小，一般認(rèn)為：當(dāng)相鄰光載波的間隔小到0.1nm(10GHz)以下時(shí)，此時(shí)的復(fù)用稱為光頻分復(fù)用。

光時(shí)分復(fù)用(OTDM)技術(shù)指利用高速光開關(guān)把多路光信號(hào)在時(shí)域里復(fù)用到

一路上的技術(shù)。

光副載波復(fù)用(OSCM)技術(shù)是將基帶信號(hào)首先調(diào)制到GHz的副載波上，再把副載波調(diào)制到THz的光載波上。

光碼分復(fù)用(OCDM)技術(shù)是CDM(CodeDivisionMultiplexing)技術(shù)和光纖通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，在這種復(fù)用技術(shù)中，每個(gè)信道不是占用一個(gè)給定的波長、頻率或者時(shí)隙，而是以一個(gè)特有的編碼脈沖序列方式來傳送其比特信息。

7.22、光孤子的形成原理？

答：光孤子的形成是光纖的群速度色散和非線性效應(yīng)相互平衡的結(jié)果。光纖非線性效應(yīng)和色散單獨(dú)起作用時(shí)，在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)都要產(chǎn)生脈沖展寬，對(duì)傳輸速率的提高是有害的。但是如果適當(dāng)選擇相關(guān)參數(shù)，使兩種效應(yīng)相互平衡，就可以保持脈沖寬度不變，因而形成光孤子。7.23.簡述摻鉺光纖放大器輔助電路部分的作用及其所包含的功能電路。答：輔助電路部分中的自動(dòng)控制部分一般采用微處理器對(duì)EDFA的泵浦光源的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制、對(duì)EDFA輸入和輸出光信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果適當(dāng)調(diào)節(jié)泵浦光源的工作參數(shù)，使EDFA工作在最佳狀態(tài)。此外，輔助電路部分還包括自動(dòng)溫度控制和自動(dòng)功率控制等保護(hù)功能的電路。

7.24.簡述光波分復(fù)用技術(shù)（WDM）的工作原理。

答：WDM技術(shù)是在一根光纖中同時(shí)傳輸多波長光信號(hào)的一項(xiàng)技術(shù)。其基本原理是在發(fā)送端將不同波長的信號(hào)組合起來(復(fù)用)，送入到光纜線路上的同一根光纖中進(jìn)行傳輸，在接收端又將組合波長的光信號(hào)分開(解復(fù)用)，并作進(jìn)一步處理，恢復(fù)出原信號(hào)后送入不同的終端，因此將此項(xiàng)技術(shù)稱為光波長分割復(fù)用，簡稱光波分復(fù)用技術(shù)。

7.25.簡述光時(shí)分復(fù)用（OTDM）需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。

答：從目前的研究情況看，實(shí)現(xiàn)OTDM需要解決的關(guān)鍵技術(shù)如下：（1）高重復(fù)率超短光脈沖源；

（2）超短光脈沖的長距離傳輸和色散抑制技術(shù)；（3）時(shí)鐘恢復(fù)技術(shù)；

（4）光時(shí)分復(fù)用和解復(fù)用技術(shù)；（5）幀同步及路序確定技術(shù)。7.26.簡述WDM光傳送網(wǎng)的特點(diǎn)。答：（1）波長路由；（2）透明性；

（3）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展性；

（4）可重構(gòu)性；（5）可擴(kuò)容性；（6）可操作性；

（7）可靠性和可維護(hù)性。（二）、回答下列簡寫的含義：

第二章部分

主要公式：1、纖芯和包層的相對(duì)折射率差Δ=（n1-n2）/n1

2、數(shù)值孔徑NA2n12n2n12

n1ln1ln1L12sec1(1)3、時(shí)間延遲ccc24、時(shí)間延遲差（脈沖展寬）

nLL2Lc(NA)212n1c2n1cc5、歸一化頻率v2a2n12n2V26、模式總數(shù)a、階躍型：M2b、漸變型：

ggv2222M()akn1()g2g22

7、單模傳輸條件：V2.405

主要縮寫：1、SIFStep-IndexFiber~~突變型多模光纖

2、GIFGraded-IndexFiber~~漸變型多模光纖3、SMFSingle-ModeFiber~~單模光纖

4、DFFDispersion-FlattenedFiber~~色散平坦光纖5、DSFDispersion-ShiftedFiber~~色散移位光纖6、PCM～～脈沖編碼調(diào)制

22

第三章部分

主要公式：1、波爾條件:E2E1hf12

f12--吸收或輻射的光子頻率2、處于熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)存在的分布:

N1EE1exp(2)N2kT3、半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波長取決于導(dǎo)帶的電子躍遷到價(jià)帶時(shí)

所釋放的能量，這個(gè)能量近似等于禁帶寬度Eg(eV)：hf=Eg發(fā)射波長：hc1.24EgEg4、激光振蕩的相位條件為：L=q

2n或2nLq式中：L諧振腔的長度；激光波長；n激活物質(zhì)

的折射率；

q＝1，2，3稱為縱模模數(shù)5、量子效率η:

IPIhf光生電子空穴對(duì)ea、一般：PP0入射光子數(shù)P0ehfb、器件表面反射率為零，P層和N層對(duì)量子效率的貢獻(xiàn)可以忽略：1exp(())6、響應(yīng)度:IPeA()

WP0hf7、脈沖響應(yīng)時(shí)間：τ=τr=τf=2.2τ08、當(dāng)光電二極管具有單一時(shí)間常數(shù)τ0時(shí)：fc=9、光電二極管的總均方噪聲電流為：

23

1200.35r〈i2〉=2e(IP+Id)B+

4KTBR主要縮寫：1、LDLaserDiode~~半導(dǎo)體激光二極管（或稱激光器）

2、LEDLightEmittingDiode~~發(fā)光二極管（或稱發(fā)光管）3、Nd：YAGYttniumAluminumGarnet~~摻釹釔鋁石榴石YAG/LEDsource——釔鋁石榴石/發(fā)光二極管光源

用于光纖傳輸?shù)囊环N激光光源，它由發(fā)光二極管（LED）泵激的釔鋁石榴石（YAG）晶體激光器組成。釔鋁石榴石/發(fā)光二極管光源發(fā)射一個(gè)約200毫微米波長的窄光譜，但它效率低，體積大。

4、DFB-LDDistributedFeedback~~分布反饋激光器5、PDPhotoDetection~~光電二極管

6、PIN-PD~~在PN結(jié)中間設(shè)置了一層摻雜濃度很底的本征

半導(dǎo)體

7、APDAvalanchePhotodiode~~雪崩光電二極管

第四章部分

主要公式：1、靈敏度：Pr=10lg[Pmin(w)](dBm)3102、理想光接收機(jī)靈敏度:Pr=10lg

nhcfb2主要縮寫：1、APCAutomaticPowerContrl~~自動(dòng)功率控制

2、ATCAutomaticTemperatureContrl~~自動(dòng)溫度控制3、AGCAutomaticGainContrl~~自動(dòng)增益控制4、FET——~~場(chǎng)效應(yīng)管5、BJT——~~雙極型晶體管

6、OEICOpto-electronicintegratedcircuit~~光電集成電

路第五章部分

主要公式：1、中繼距離：L≤

ptpr2acMc

afasam24

主要縮寫：1、TDMTime-DivisionMultiplexing～～時(shí)分復(fù)用

2、PDHPlesiochronousDigitalHierarchy～～準(zhǔn)同步數(shù)字系

列

3、SDHSynchronousDigitalHierachy～～同步數(shù)字系列4、ISDNIntegrated-servicesDigitalNetwork～～綜合業(yè)務(wù)

數(shù)字網(wǎng)

5、BERBit-errorrate～～(比特)誤碼率

6、BERth～～誤碼率門限值7、DM～～劣劃分

8、SEC～～嚴(yán)重誤碼秒9、EC～～誤碼秒

10、BERav～～長期平均誤碼率

11、PCMPulse-CodeModulation～～脈（沖編）碼調(diào)制12、D-IM～～模擬基帶直接光強(qiáng)調(diào)制13、IM～～光強(qiáng)調(diào)制

第六章部分

主要縮寫：1、SCMSynchronousDigitalHierachy～～副載波復(fù)用

2、FM、PM、AM～～調(diào)頻（率）、調(diào)幅（度）、調(diào)相（位）第七章部分

主要縮寫：1、EDFAErbium-DopedFiberAmplifier

~~摻鉺（Er）光纖放大器

2、WDMWarelength-DivisionMultiplexing

~~光波分復(fù)用

3、OTDMOpticalTimeDivisionMultiplexing

~~光時(shí)分復(fù)用

4、WCWavelengthConversion~~波長交換

三、設(shè)計(jì)題

1.1、設(shè)計(jì)一個(gè)單項(xiàng)傳輸光纖通信系統(tǒng)，并回答系統(tǒng)中各組成部分的作用。

25

解：設(shè)計(jì)的一種光纖通信系統(tǒng)的基本組成(單向傳輸)參考答案：

發(fā)射信息源電發(fā)射機(jī)電信號(hào)輸入光發(fā)射機(jī)基本光纖傳輸系統(tǒng)光纖線路光接收機(jī)接收電接收機(jī)電信號(hào)輸出信息宿光信號(hào)輸出光信號(hào)輸入

3.1、設(shè)計(jì)一個(gè)衍射光柵型光合波和光分波的原理圖。

3.2、設(shè)計(jì)一個(gè)棱鏡型光合波和光分波的原理圖。

3.3、設(shè)計(jì)一個(gè)波導(dǎo)型分波的原理圖。

3.4、設(shè)計(jì)一個(gè)波導(dǎo)型分波的結(jié)構(gòu)圖。

3.5、設(shè)計(jì)一個(gè)干涉模分光器分光原理圖。

3.6、設(shè)計(jì)一個(gè)帶通濾波器原理圖。

答：調(diào)整帶通濾波器可以對(duì)2個(gè)波長的光按反射或者透過進(jìn)行分離。

3.7、設(shè)計(jì)一個(gè)光隔離器的結(jié)構(gòu)及工作原理圖。

3.8、根據(jù)光隔離器的工作原理，構(gòu)成一個(gè)三端口光環(huán)行器的結(jié)構(gòu)，并說明各元件的作用？

解：具有光隔離器的光纖通信系統(tǒng)簡圖如下：

信號(hào)源發(fā)射機(jī)1發(fā)射機(jī)2接收機(jī)2接收機(jī)1顯示裝置其中：為隔離器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下：

端口1端口2

端口3

（解法1：）“理想”的環(huán)行器：

SWP端口1

法拉第旋轉(zhuǎn)器半波片SWP端口2

半波片法拉第旋轉(zhuǎn)器

法拉第旋轉(zhuǎn)器半波片SWP端口3

（1）、具有任意偏振態(tài)的入射光首先通過一個(gè)空間分離偏振器(SWP:SpatialWalk-offPolarizer)。這個(gè)SWP的作用是將入射光分解為兩個(gè)正交偏振分量，讓垂直分量直線通過，水平分量偏折通過。（2）、兩個(gè)分量都要通過法拉弟旋轉(zhuǎn)器，其偏振態(tài)都要旋轉(zhuǎn)45°。（3）、法拉弟旋轉(zhuǎn)器后面跟隨的是一塊半波片（

plate或half-waveplate）。20這個(gè)半波片的作用是將從左向右傳播的光的偏振態(tài)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45，將從右向左傳播的光的偏振態(tài)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°。

因而法拉弟旋轉(zhuǎn)器與半波片的組合可以使垂直偏振光變?yōu)樗�平偏振光，反之亦然。最后兩個(gè)分量的光在輸出端由另一個(gè)SWP合在一起輸出。另一方面，如果存在反射光在反方向上傳輸，半波片和法拉弟旋轉(zhuǎn)器的旋轉(zhuǎn)方向正好相反，當(dāng)兩個(gè)分量的光通過這兩個(gè)器件時(shí)，其旋轉(zhuǎn)效果相互抵消，偏振態(tài)維持不變，在輸入端不能被SWP再組合在一起，于是就起到隔離作用。解：（解法2：）“非理想”的環(huán)行器：

從端口1輸入，從端口2輸出的情況：雙折射分離元件A將輸入光束分離成正交偏振的尋常光線和非尋常光線。尋常光線繼續(xù)沿著其原來的光路前進(jìn)，而非尋常光線則向上位移。接著單向法拉第旋轉(zhuǎn)器和相位延遲器的復(fù)合效應(yīng)使兩束光線的偏振方向反轉(zhuǎn)。由于偏振反轉(zhuǎn)，雙折射分離元件B的作用與分離元件A的作用正好相反，它把兩束光線重新復(fù)合，在端口2輸出。

從端口2輸入，從端口3輸出的情況：輸入光束被雙折射分離元件B分成兩個(gè)正交偏振光線，由于法拉第旋轉(zhuǎn)器的非互易性，所以光線偏振不會(huì)在該方向上改變。這時(shí)分離元件A使兩束光線更加分離，以致使它們偏離端口1的軸。但是兩束光線分別通過偏振分束立方體透鏡和反射棱鏡后又重新組合，從端口3輸出。

端口3單向法拉第旋轉(zhuǎn)器偏振分束立方體透鏡相位旋轉(zhuǎn)器端口2

端口1

反射棱鏡雙折射分離元件A（SWP）

31

半波片雙折射分離元件B（SWP）4.1、運(yùn)用WDS（碼字?jǐn)?shù)字和）規(guī)律設(shè)計(jì)一個(gè)3B4B碼表以及對(duì)應(yīng)的碼表存儲(chǔ)器原理圖，并說明你設(shè)計(jì)的依據(jù)。解：所謂“碼字?jǐn)?shù)字和”，是在nB碼的碼字中，用“-1”代表“0”碼，用“+1”代表“１”碼，整個(gè)碼字的代數(shù)和即為WDS。如果整個(gè)碼字“１”碼的數(shù)目多于“0”碼，則WDS為正；如果“0”碼的數(shù)目多于“1”碼，則WDS為負(fù)；如果“0”碼和“1”碼的數(shù)目相等，則WDS為0。

nB碼的選擇原則是：盡可能選擇|WDS|最小的碼字，禁止使用|WDS|最大的碼字。以3B4B為例，應(yīng)選擇WDS=0和WDS=±2的碼字，禁止使用WDS=±4的碼字。下表示出根據(jù)這個(gè)規(guī)則編制的一種3B4B碼表，表中正組和負(fù)組交替使用。

一種3B4B碼表

信號(hào)碼（3B）01234567

線路碼（4B）模式1（正組）碼字WDS+2+201*0+2+2模式2（負(fù)組）碼字01000001010101101001101010000010WDS-2-201*0-2-201*00101001110010111011110111110010101101001101001111101碼表存儲(chǔ)編碼器原理圖如下：變換時(shí)鐘并→串AB1B2B3B4PROMb1b2b3串→并待變換輸入信號(hào)碼流32

已變換的輸出4B碼流B組別變換C變前時(shí)鐘

4.2、設(shè)計(jì)一個(gè)完整的LD組件內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖。

4.3、設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字接收機(jī)的原理框圖。

4.4、設(shè)計(jì)一個(gè)模擬接收機(jī)的原理框圖。

5.1、設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)用光纖通信系統(tǒng)組成框圖。

7.1、設(shè)計(jì)一個(gè)摻鉺光纖放大器的工作原理框圖。

四、論述題

2.1.闡述光纖受激散射效應(yīng)的定義、表現(xiàn)形式及其主要區(qū)別。

（1）定義。受激散射效應(yīng)是光通過光纖介質(zhì)時(shí)，有一部分能量偏離預(yù)定的傳播方向，且光波的頻率發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱為受激散射效應(yīng)。

（2）表現(xiàn)形式。受激散射效應(yīng)表現(xiàn)形式有兩種，即受激布里淵散射和受激拉曼散射。這兩種散射都可以理解為一個(gè)高能量的光子被散射成一個(gè)低能量的光子，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)能量為兩個(gè)光子能量差的另一個(gè)能量子。（3）主要區(qū)別。兩種散射的主要區(qū)別在于受激拉曼散射的剩余能量轉(zhuǎn)變?yōu)楣忸l聲子，而受激布里淵散射轉(zhuǎn)變?yōu)槁曨l聲子；光纖中的受激布里淵散射只發(fā)生在后向，受激拉曼散射主要是前向。受激布里淵散射和受激拉曼散

射都使得入射光能量降低，在光纖中形成一種損耗機(jī)制。在較低光功率下，這些散射可以忽略。當(dāng)入射光功率超過一定閾值后，受激散射效應(yīng)隨入射光功率成指數(shù)增加。

2.2.闡述光纖的折射率擾動(dòng)所引起的各種非線性效應(yīng)。

答：折射率擾動(dòng)主要引起自相位調(diào)制(SPM)、交叉相位調(diào)制(XPM)、四波混頻(FWM)和光孤子形成四種非線性效應(yīng)。（1）自相位調(diào)制。自相位調(diào)制是指光在光纖內(nèi)傳輸時(shí)光信號(hào)強(qiáng)度隨時(shí)間的變化對(duì)自身相位的作用。它導(dǎo)致光譜展寬，從而影響系統(tǒng)的性能。（2）交叉相位調(diào)制。交叉相位調(diào)制是任一波長信號(hào)的相位受其他波長信號(hào)強(qiáng)度起伏的調(diào)制產(chǎn)生的。交叉相位調(diào)制不僅與光波自身強(qiáng)度有關(guān)，而且與其他同時(shí)傳輸?shù)墓獠ǖ膹?qiáng)度有關(guān)，所以交叉相位調(diào)制總伴有自相位調(diào)制。交叉相位調(diào)制會(huì)使信號(hào)脈沖譜展寬。（3）四波混頻。四波混頻是指由2個(gè)或3個(gè)不同波長的光波混合后產(chǎn)生新的光波的現(xiàn)象。其產(chǎn)生原因是某一波長的入射光會(huì)改變光纖的折射率，從而在不同頻率處發(fā)生相位調(diào)制，產(chǎn)生新的波長。四波混頻對(duì)于密集波分復(fù)用(DWDM)光纖通信系統(tǒng)影響較大，成為限制其性能的重要因素。

（4）光孤子形成。非線性折射率和色散間的相互作用，可以使光脈沖得以壓縮變窄。當(dāng)光纖中的非線性效應(yīng)和色散相互平衡時(shí)，可以形成光孤子。光孤子脈沖可以在長距離傳輸過程中，保持形狀和脈寬不變。

3.1.闡述光纖通信系統(tǒng)對(duì)光源的要求。答：（1）光源的發(fā)射波長應(yīng)該與光纖的低損耗窗口一致，即為850nm、1310nm和1550nm的三個(gè)低損耗窗口；

（2）光源有足夠高的、穩(wěn)定的輸出光功率，以滿足系統(tǒng)中繼距離的要求，一般為數(shù)十微瓦至數(shù)微瓦為宜；

（3）光源的光譜線寬要窄，即單色性好，以減小光纖色散對(duì)信號(hào)傳輸質(zhì)量的影響；

（4）調(diào)制方法簡單，且要響應(yīng)速度快，以滿足高速率傳輸?shù)男枰�；�?）電光轉(zhuǎn)換效率要高；（6）能夠在室溫下連續(xù)工作；

（7）體積小，重量輕，壽命長，工作穩(wěn)定可靠。

3.2闡述光纖通信系統(tǒng)對(duì)光檢測(cè)器的要求。

答：光檢測(cè)器是把光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)的器件，由于從光纖中傳輸過來的光信號(hào)一般是非常微弱且產(chǎn)生了畸變的信號(hào)，因此光纖通信系統(tǒng)對(duì)光檢測(cè)器提出了非常高的要求。具體要求如下：

一是在系統(tǒng)的工作波長上要有足夠高的響應(yīng)度，即對(duì)一定的入射光功率，光檢測(cè)器能輸出盡可能大的光電流；

二是有足夠高的響應(yīng)速度和足夠的工作帶寬，即對(duì)高速光脈沖信號(hào)有足夠

快的響應(yīng)能力；

三是產(chǎn)生的附加噪聲�。�

四是光電轉(zhuǎn)換線性好，保真度高；五是工作穩(wěn)定可靠，工作壽命長；六是體積小，使用簡便。

4.1.闡述半導(dǎo)體激光器控制電路中自動(dòng)功率控制的手段和方法。答：（1）控制手段。要精確控制激光器的輸出功率，應(yīng)從兩方面著手：一是控制激光器的偏置電流，使其自動(dòng)跟蹤閾值的變化，從而使激光器總是偏置在最佳的工作狀態(tài)；二是控制激光器調(diào)制脈沖電流的幅度，使其自動(dòng)跟蹤外微分量子效率的變化，從而保持輸出光脈沖信號(hào)的幅度恒定。（2）控制方法。自動(dòng)功率控制方法有兩種：一是通過光反饋來自動(dòng)調(diào)整偏置電流的自動(dòng)偏置控制法；二是峰值功率／平均功率控制法。

7.1.闡述摻鉺光纖放大器（FDFA）的應(yīng)用形式。

答：(1)系統(tǒng)線路放大器。將EDFA直接接入光纖傳輸鏈路中作為在線放大器，或光中繼器取代光一電一光中繼器，實(shí)現(xiàn)光一光放大�？蓮V泛應(yīng)用于長途通信、越洋通信和CATV分配網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域。

(2)功率放大器。將EDFA接在光發(fā)射機(jī)的光源之后對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。由于增加了入纖的光功率，從而可延長傳輸距離。

(3)前置放大器。將EDFA放在光接收機(jī)的前面，可以提高光接收機(jī)的接收靈敏度。

(4)LAN放大器。將EDFA放在光纖局域網(wǎng)絡(luò)中用作分配補(bǔ)償器，以便增加光節(jié)點(diǎn)的數(shù)目，為更多的用戶服務(wù)。

7.2.闡述光傳送網(wǎng)中各子層的功能。答：（1）光信道層。光信道層負(fù)責(zé)為來自電復(fù)用段層的不同格式的客戶信息選擇路由和分配波長，為靈活的網(wǎng)絡(luò)選路安排光信道連接，處理光信道開銷，提供光信道層的檢測(cè)、管理功能，提供端到端的連接，并在故障發(fā)生時(shí)，通過重新選路或直接把工作業(yè)務(wù)切換到預(yù)定的保護(hù)路由來實(shí)現(xiàn)保護(hù)倒換和網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)。（2）光復(fù)用段層。光復(fù)用段層保證相鄰兩個(gè)波長復(fù)用傳輸設(shè)備間多波長復(fù)用光信號(hào)的完整傳輸，為多波長信號(hào)提供網(wǎng)絡(luò)功能。主要包括：為靈活的多波長網(wǎng)絡(luò)選路重新安排光復(fù)用段功能；為保證多波長光復(fù)用段適配信息的完整性處理光復(fù)用段開銷；為段層的運(yùn)行和維護(hù)提供光復(fù)用段的檢測(cè)和管理功能。

（3）光傳輸段層。光傳輸段層為光信號(hào)在不同類型的光媒質(zhì)(如G652，G655光纖)上提供傳輸功能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)光放大器或中繼器的檢測(cè)和控制功能等。通常會(huì)涉及的問題是：功率均衡問題、EDFA增益控制問題和色散的積累和補(bǔ)償問題。

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