最新光纤通信期末考试复习提纲Word文档格式.docx

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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

12.数字光接收机的灵敏度Pr=100微瓦，则为（A）dBm。

A.-10B.10　C.-20D.-30

13.光孤子源主要有哪几种（A）

A.掺铒光纤孤子激光器、锁模半导体激光器

B.掺铒光纤孤子激光器、窄纤谱半导体激光器

C.锁模半导体激光器、锁模半导体激光器

D.掺铒光纤孤子激光器、信道频率激光器

14.为增大光接收机的接收动态范围，应采用（ 

B）电路。

A.ATC 

B.AGC 

C.APC 

D.ADC

15.下面说法正确的是（C）

A.光纤通信只能用于数字通信，不能用于模拟通信

B.光纤通信不能用于数字通信，只能用于模拟通信

C.光纤通信即可以用于数字通信，也可用于模拟通信

D.光纤通信不能用于数字通信，也不能用于模拟通信

16.下列现象是光纤色散造成的，是（　B　　）

A.光散射出光纤侧面B.随距离的增加，信号脉冲不断展宽

C.随距离的增加，信号脉冲收缩变窄D.信号脉冲衰减

17.衰减器（　C　　）

A.一个阻挡某个波长的光而使其他波长的光透过的滤波器

B.使输入光偏振，引起其他偏振光的损耗

C.在一定的波长范围内均匀减小光强

D.有选择地阻挡由自辐射产生的光子

18.为了使雪崩光电二极管正常工作，在其P－N结上应加（　D　　）

A.高正向偏压B.低正向偏压

C.低反向偏压D.高反向偏压

19.在误码性能参数中，严重误码秒（SES）的误码率门限值为（　D　　）

A.10-6B.10-5

C.10-4D.10-3

20.不属于无源光器件的是（　B　　）

A.光定向耦合器B.半导体激光器

C.光纤连接器D.光衰减器

21.光纤通信指的是（B）

A.以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式

B.以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式

C.以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式

D.以激光作载波、以导线为传输媒介的通信方式

22.弱导光纤中纤芯折射率n1和包层折射率n2的关系是（A）

A.n1≈n2B.n1=n2

C.n1>

>

n2D.n1<

<

n2

23.当V→∞时，光纤中的光能（D）

A.大部分集中在纤芯，小部分在包层B.大部分集中在包层，小部分在纤芯

C.都集中在包层中，纤芯中没有D.都集中在纤芯中，包层中没有

24.下列哪一种吸收属于光纤的本征吸收（A）

A.SiO2的吸收B.OH-的吸收

C.Cu2+的吸收D.V3+的吸收

25.光纤通信需要从光纤的主传输信道中取出一部分光作为测试用时，需用（Ｂ）

Ａ.光衰减器　　Ｂ.光耦合器　　Ｃ.光隔离器　　D.光纤连接器

26.光隔离器的作用是（B）

A.调节光信号的功率大小B.保证光信号只能正向传输

C.分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

27.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“0”

C.编码器太复杂D.码率冗余度太大

28.下列哪一个不是SDH网的特点（D）

A.具有全世界统一的接口标准B.大量运用软件进行系统配置的管理

C.复用映射结构灵活D.指针调整技术降低了设备复杂性

29.映射是指（B）

A.支路信号装入C的过程B.支路信号适配装入VC的过程

C.VC和TU指针构成TU的过程D.N个STM-1同步复用进STM-N的过程

30.目前EDFA采用的泵浦波长是（C）

A.0.85μm和1.3μmB.0.85μm和1.48μm

C.0.98μm和1.48μmD.0.98μm和1.55μm

31.决定光纤通信中继距离的主要因素是（B）

A.光纤的型号B.光纤的损耗和传输带宽

C.光发射机的输出功率D.光接收机的灵敏度

32.光纤单模传输条件，归一化频率V应满足（B）

A.V>

2.405B.V<

2.405C.V>

3.832D.V<

3.832

33.使用连接器进行光纤连接时，如果接续点不连续，将会造成（D）

Ａ.光功率无法传输　　Ｂ.光功率的菲涅耳反射

Ｃ.光功率的散射损耗　Ｄ.光功率的一部分散射损耗或以反射形式返回发送端

34.在激光器中，光的放大是通过（D）

A.光学谐振腔来实现B.泵浦光源来实现

C.外加直流来实现D.粒子数反转分布的激活物质来实现。

35.掺铒光纤的激光特性（A）

A.主要由掺铒元素决定B.主要由起主介质作用的石英光纤决定

C.主要由泵浦光源决定D.主要由入射光的工作波长决定

二、填空题

1.今后光纤通信的发展主方向是__扩大通信容量______、延长中继距离。

2.根据传输方向上有无电场分量以及磁场分量，可将光电磁波传播形式分成三类：

一为TEM波，二为TE波，三为TM波。

3.在多模光纤中，纤芯的半径越___大____，可传输的导波模数量就越多。

4.光缆由缆芯、___加强元件（或加强芯）____和外护层组成。

5.激光振荡器必须包括增益介质、激励源和____光学谐振腔（或激光腔）___。

6.对LD的直接调制将导致___激光器动态谱线增宽（或激光器光谱加宽）____，限制光纤通信系统的传输速率和容量。

7.LD属于受激发射发光，而LED属于___自发辐射____发光。

8.APD的雪崩放大效应具有随机性，由此产生的附加噪声称为__倍增噪声_____。

9.限制光接收机灵敏度的主要因素是___噪声____。

10.光纤通信系统中监控信号的传输途径有两个，一个是在光纤中传输，另一个是__通过光缆中附加的金属导线传输_____。

11.在mBnB编码过程中不使用的码组称为___禁字____。

12.数字光纤通信系统的抖动常用___UI（或码元时隙）____作单位来描述。

13.造成光纤中传输的光波信号出现畸变的重要原因是____光纤色散___。

14.激光器能产生激光振荡的最低限度称为激光器的__阈值条件_____

15.由于___双折射____的存在，将导致光波的偏振状态沿光纤长度变化。

16.数字光纤通信系统的抖动是指数字信号的___有效瞬间____与其理想时间位置的短时间偏离。

17.SDH传输系统每秒传送8000帧STM-16帧，则该系统的传送速率为___2.488Gbit/s（或2488.32Mbit/s）____。

18.在SDH网中，为了网络的OAM，在SDH的帧结构中设置了段开销和___通道开销（或路开销）____。

19.EDFA_____不能__（能/不能）对1.3μm的光信号进行放大。

20.EDFA在光纤通信系统中的作用包括作前置放大器、作功率放大器和___作中继器____。

21.对于单模光纤来说，主要是材料色散和波导色散，而对于多模光纤来说，模式色散占主要地位。

22.响应度和量子效率都是描述光电检测器光电转换能力的一种物理量。

23.数字光接收机最主要的性能指标是灵敏度和动态范围。

24.半导体激光器中光学谐振腔的作用是提供必要的光反馈以及进行频率选择。

25.渐变型光纤中，不同的射线具有相同轴向速度的现象称为自聚焦现象。

26.EDFA中光耦合器的主要作用是将输入光信号和原泵浦光混合起来。

27.常用的SDH设备有终端复用器、分插复用器和交叉连接设备等。

28.电信网有两大功能群：

传送功能群和控制功能群。

29.自愈环结构可分为两大类，分别是通道倒换环和复用段倒换环。

30.耦合器的结构有许多类型，其中比较实用的有光纤型、微器件型

和波导型。

31.光纤可分为单模光纤和多模光纤，其中多模光纤又可以分为突变型多模光纤和渐变型多模光纤。

32.光和物质相互作用时，存在的三种基本跃迁过程是受激吸收、受激辐射和自发辐射。

33.数字光纤通信系统常用的线路码型有扰码、mBnB码和插入码。

34.STM-N帧结构中段开销包括再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH）。

35.各种SDH业务信号在复用进STM-N帧的过程中都要经历映射、定位和复用。

36.通信网中交换节点时钟的同步方式主要采用主从同步方式和相互同步方式两种基本方式。

37.SDH网的基本网络拓扑结构包括链形、星形、树形、环形和网孔形5种类型。

38.掺铒光纤放大器EDFA的应用方式有三种，即中继放大器、前置放大器和线路放大器。

39.SDH传送网分为电路层网络、通道层网络、传输媒质层网络。

40.光放大器有半导体光放大器和光纤放大器两种类型。

三.简答题

1.光纤通信系统由哪几部分组成？

简述各部分作用。

P218（1-2）

答：

光纤通信系统由发射机、接收机和光纤线路三个部分组成。

发射机又分为电发射机和光发射机。

相应地，接收机也分为光接收机和电接收机。

电发射机的作用是将信（息）源输出的基带电信号变换为适合于信道传输的电信号，包括多路复接、码型变换等：

光发射机的作用是把输入电信号转换为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。

光发射机由光源、驱动器、调制器组成，光源是光发射机的核心。

光发射机的性能基本取决于光源的特性；

光源的输出是光的载波信号，调制器让携带信息的电信号去改变光载波的某一参数（如光的强度）。

光纤线路把来自于光发射机的光信号，以尽可能小的畸变（失真）和衰减传输到光接收机。

光纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。

光纤是光纤线路的主体，接头和连接器是不可缺少的器件。

光接收机把从光纤线路输出的产生畸变和衰减的微弱光信号还原为电信号。

光接收机的功能主要由光检测器完成，光检测器是光接收机的核心。

电接收机的作用一是放大，二是完成与电发射机相反的变换，包括码型反变换和多路分接等。

2.比较半导体激光器（LD）和发光二极管（LED）的异同。

P229（3-4）

答LD和LED的不同之处：

工作原理不同，LD发射的是受激辐射光，LED发射的是自发辐射光。

LED不需要光学谐振腔，而LD需要。

和LD相比，LED输出光功率较小，，光谱较宽，调制频率较低。

但发光二极管性能稳定，寿命长，输出功率线性范围宽，而且制造工艺简单，价格低廉。

所以，LED的主要应用场合是小容量（窄带）短距离通信系统；

而LD主要应用于长距离大容量（宽带）通信系统。

LD和LED的相同之处：

使用的半导体材料相同、结构相似，LED和LD大多采用双异质结（DH）结构，把有源层夹在P型和N型限制层之间。

3.光与物质间的相互作用过程有哪些？

并分别解释其含义。

P234（3-19）

光与物质之间的三种相互作用包括受激吸收、自发辐射和受激辐射。

（1）受激吸收。

在正常状态下，电子处于低能级E1，在入射光作用下，它会吸收光子的能量跃迁到高能级E2上，这种跃迁称为受激吸收。

（2）自发辐射。

在高能级E2的电子是不稳定的，即使没有外界的作用，也会自动地跃迁到低能级E1上与空穴复合，释放的能量转换为光子辐射出去，这种跃迁称为自发辐射。

（3）受激辐射。

在高能级E2的电子，受到入射光的作用，被迫跃迁到低能级E1上与空穴复合，释放的能量产生光辐射，这种跃迁称为受激辐射。

4.在数字光接收机中，为什么要设置AGC电路？

P237（4-8）

自动增益控制（AGC）使光接收机具有较宽的动态范围，以保证在入射光强度变化时输出电流基本恒定。

由于使用条件不同，输入光接收机的光信号大小会发生变化，为实现宽动态范围，采用AGC是十分有必要的。

AGC一般采用接收信号强度检测（一般设在放大器输出端）及直流运算放大器构成的反馈控制电路来实现。

对于APD光接收机，AGC控制光检测器的偏压和放大器的增益；

对于PIN光接收机，AGC只控制放大器的增益。

5.光发射机中外调制方式有哪些类型？

内调制和外调制各有什么优缺点？

P238（4-15）

外调制有电折射调制器、电吸收MQW调制器和M—Z干涉型调制器。

内调制的优点是简单、经济、易实现，适用于半导体激光器LD和发光二极管LED；

缺点是带来了输出光脉冲的相位抖动（即啁啾效应），使光纤的色散增加，限制了容量的提高。

外调制的优点是可以减少啁啾，不但可以实现OOK方案，也可以实现ASK、FSK、PSK等调制方案；

缺点是成本高，不易实现。

6.在模拟光纤传输系统中，为了增加中继距离，必须采用扩展信号带宽的调制方式。

具体方法有哪几种？

并简述各种调试方法的原理。

P242（6-3）

为了增加中继距离，采用扩展信号带宽的调制方式有频率调制、脉冲频率调制和方波频率调制。

频率调制方式是先用承载信息的模拟基带信号对正弦载波进行调频，产生等幅的频率受调的正弦信号，其频率随输入的模拟基带信号的瞬时值而变化。

然后用这个正弦调频信号对光源进行光强调制，形成FM—IM光纤传输系统。

脉冲频率调制方式是先用承载信息的模拟基带信号对脉冲载波进行调频，产生等幅、等宽的频率受调的脉冲信号，其脉冲频率随输入的模拟基带信号的瞬时值而变化。

然后用这个脉冲调频信号对光源进行光强调制，形成PFM—IM光纤传输系统。

方波频率调制方式是先用承载信息的模拟基带信号对方波进行调频，产生等幅、不等宽的方波脉冲调频信号，其方波脉冲频率随输入的模拟基带信号的幅度而变化。

然后用这个方波脉冲调频信号对光源进行光强调制，形成SWFM—IM光纤传输系统。

7.在模拟光纤传输系统中，为什么宁可采用扩展信号带宽的调制方式来增大传输距离，而不采用增设中继站的方法？

P243（6-4）

在模拟光纤通信中，存在噪声积累效应，信噪比随中继器数目的增加而下降。

因此，在输出信噪比指标一定的条件下，中继器数目受到限制，即传输距离较短。

而采用扩展信号带宽的调制方式，如调频，存在制度增益，可以提高输出信噪比；

而在要求信噪比一定的条件下，就可以增大传输距离。

8.EDFA工作原理是什么？

有哪些应用方式？

P246（7-1）

答掺铒光纤放大器（EDFA）的工作原理：

在掺铒光纤（EDF）中，铒离子有三个能级：

其中能级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，铒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，铒离子很快返回到能级2。

如果输入的信号光的能量等于能级2和能级1的能量差，则处于能级2的铒离子将跃迁到基态（2→1），产生受激辐射光，因而信号光得到放大。

由此可见，这种放大是由于泵浦光的能量转换为信号光能量的结果。

为提高放大器增益，应提高对泵浦光的吸收，使基态铒离子尽可能跃迁到激发态。

EDFA的应用，归纳起来可以分为三种形式：

（1）中继放大器。

在光纤线路上每隔一定距离设置一个光纤放大器，以延长传输距离。

（2）前置放大器。

此放大器置于光接收机前面，放大非常微弱的光信号，以改善接收

灵敏度。

作为前置放大器，要求噪声系数尽量小。

（3）后置放大器。

此放大器置于光发射机后面，以提高发射光功率。

对后置放大器的

噪声要求不高，而饱和输出光功率是主要参数。

四.计算题

1.一阶跃折射率光纤的相对折射率差Δ=0.005，n1=1.5，当波长分别为0.85μm、1.31μm、1.55μm时，要实现单模传输，纤芯半径a应小于多少？

P222（2-10）

解由单模传输的条件

推导出

当

时，

同理，当

；

。

2.一根数值孔径为0.20的阶跃折射率多模光纤在850nm波长上可以支持1000个左右的传播模式。

试问：

（1）其纤芯直径为多少？

（2）在1310nm波长上可以支持多少个模？

（3）在1550nm波长上可以支持多少个模？

P225（2-19）

解

（1）对于阶跃光纤，传输的模数量

，则

根据公式

得

（2）在1310nm波长上，归一化频率

则传播模数量

（3）在1550nm波长上，归一化频率

3.有一段由阶跃折射率光纤构成的5km长的光纤链路，纤芯折射率n1=1.49，相对折射率差Δ=0.01。

（1）求接收端最快和最慢的模式之间的时延差；

（2）求由模式色散导致的均方根脉冲展宽；

（3）假设最大比特率就等于带宽，则此光纤的带宽距离积是多少？

P227（2-25）

解

（1）由

得光纤包层折射率

则接收端最快和最慢的模式之间的时延差

（2）

（3）

带宽距离积为：

4.设140Mb/s数字光纤通信系统发射光功率为-3dBm，接收机-38dBm，系统余量为4dB，连接器损耗为0.5dB/对，平均接头损耗为0.05dB/km,光纤衰减系数为0.4dB/km，光纤损耗余量为0.05dB/km。

（1）计算中继距离L。

P239（5-4）

（2）根据上述计算结果，设线路码传输速率Fb=168Mb/s，单模光纤色散系数=5ps/（nm•km）。

问该系统应采用rms谱宽为多少的多纵模激光器作光源？

P240（5-5）

解：

（1）

由题可知Pt=-3dBm，Pr=-38dBm，Me=4dB，αc=0.5dB/对，αs=0.05dB/km，

αf=0．4dB/km，αm=0.05dB/km。

故得

所以受损耗限制的中继距离等于60km。

（2）根据

，代入由上题计算的L=60km及Fb=168Mb/s，

=0.115，

=5ps/（nm·

km），可得多纵模激光器的rms谱宽

=2.28nm。

5.一个二进制传输系统具有以下特性：

（1）单模光纤色散为15ps/（km•nm），损耗为0.2dB/km。

（2）发射机用λ=1550nm的GaAs激光器，发射平均功率为5mW，谱宽为2nm。

（3）为了正常工作，APD接收机需要接收平均1000个光子/比特。

（4）在发射机和接收机耦合损耗共计3dB，系统余量为3dB。

求：

数据速率为10Mb/s和100Mb/s时，最大中继距离各为多少。

P240（5-7）

解:

假设系统余量

为3dB。

数据速率为10Mb/s时：

（1）专业知识限制

Ｂｅａｄｗｒｋｓ公司还组织各国的“芝自制饰品店”定期进行作品交流，体现东方女性聪慧的作品曾在其他国家大受欢迎；

同样，自各国作品也曾无数次启发过中国姑娘们的灵感，这里更是创作的源泉。

数据速率为100Mb/s时：

300元以下918%

月生活费人数（频率）百分比

中式饰品风格的饰品绝对不拒绝采用金属，而且珠子的种类也更加多样。

五光十色的水晶珠、仿古雅致的嵌丝珐琅珠、充满贵族气息的景泰蓝珠、粗糙前卫的金属字母珠片的材质也多种多样。

根据

数据速率为10Mb/s时：

=383.3km

1．www。

cer。

net/artide/2004021313098897。

shtml。

数据速率为100Mb/s时：

=38.3km

据调查统计在对大学生进行店铺经营风格所考虑的因素问题调查中，发现有50%人选择了价格便宜些，有28%人选择服务热情些，有30%人选择店面装潢有个性，只有14%人选择新颖多样。

如图（1-5）所示数据速率为10Mb/s时，最大中继距离受损伤限制为314.5km

数据速率为100Mb/s时，最大中继距离受色散限制为38.3km

6.假设我们想要频分复用60路FM信号，如果其中30路信号的每一个信道的调制指数mi=3%，而另外30路信号的每一个信道的调制指数mi=4%，试求激光器的光调制指数。

P245（6-8）

解因为总调制指数m=mcN0.5，其中mc是每一路的调制指数，所以有

（5）资金问题m1=0.03×

300.5=0.16，m2=0.04×

300.5=0.22

因此不难看出，自制饰品在校园里也大有市场所在。

对于那些走在流行前端的女生来说，〝捕捉〞新事物便〝捕捉〞到了时尚与个性。

激光器的光调制指数为