《光纤通信》复习题刘增基第二版.docx
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《光纤通信》复习题刘增基第二版
光纤通信复习题
考试题型及分数
分类
题型及分数
小计
合计
客观题
1.填空题:
20个空,每空1分,共20分
2.选择题:
20道题,每题1分,共20分
40/40
59/100
主观题
3.简答题:
10道题,每题2分,共20分
4.简述题:
5道题,每题4分,共20分
5.计算题:
4道题,每题5分,共20分
19/60
第一章:
21题
1.
2.1966年英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)发表了关于传输介质新概念的论文指出了利用光纤(OpticalFiber)进行信息传输的可能性和技术途径,奠定了现代光通信——光纤通信的基础。
3.光纤通信有四个发展阶段。
4.光纤工作波长:
1)0.85μm
2)1.31μm
3)1.55μm
5.光纤通信用的近红外光(波长约1μm)的频率(约300THz)。
6.简述光纤通信的优点:
1)容许频带很宽,传输容量很大
2)损耗很小,中继距离很长且误码率很小
3)重量轻、体积小
4)抗电磁干扰性能好
5)泄漏小,保密性能好
6)节约金属材料,有利于资源合理使用
7.光纤通信系统的容许频带(带宽)取决于:
光源的调制特性、调制方式和光纤的色散特性。
8.简述光纤通信的应用:
1)通信网
2)构成因特网的计算机局域网和广域网
3)有线电视网的干线和分配网
4)综合业务光纤接入网
9.光纤通信系统可以传输:
1)数字信号
2)模拟信号
10.单向传输光纤通信系统的基本组成:
11.光发射机的功能:
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。
12.光发射机的组成
光源、驱动器和调制器。
13.光发射机的性能基本上取决于光源的特性。
14.光纤线路的功能:
把来自光发射机的光信号,以尽可能小的畸变(失真)和衰减传输到光接收机。
15.光接收机的功能
把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号,并经放大和处理后恢复成发射前的电信号。
16.光接收机:
由光检测器、放大器和相关电路组成光检测器是光接收机的核心。
17.对光检测器的要求是:
响应度高、噪声低和响应速度快。
18.数字通信系统:
用参数取值离散的信号(如脉冲的有和无、电平的高和低等)代表信息,强调的是信号和信息之间的一一对应关系。
19.模拟通信系统:
用参数取值连续的信号代表信息,强调的是变换过程中信号和信息之间的线性关系。
20.简述数字通信系统的优点
1)抗干扰能力强,传输质量好
2)可以用再生中继,传输距离长
3)适用各种业务的传输,灵活性大
4)容易实现高强度的保密通信
5)数字通信系统大量采用数字电路,易于集成,从而实现小型化、微型化,增强设备可靠性,有利于降低成本
21.P13:
1-1
22.
23.P13:
1-4
24.
第二章:
32(6)题
1.光纤(OpticalFiber)是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。
2.设纤芯和包层的折射率分别为n1和n2,光能量在光纤中传输的必要条件是:
n1>n2
3.纤芯和包层的相对折射率差典型值Δ=(n1-n2)n1:
1)一般单模光纤为0.3%~0.6%,
2)多模光纤为1%~2%。
3)Δ越大,把光能量束缚在纤芯的能力越强,但信息传输容量却越小
4.实用光纤主要有三种基本类型:
1)突变型多模光纤(StepIndexFiber,SIF)
2)渐变型多模光纤(GradedIndexFiber,GIF)
3)单模光纤(SingleModeFiber,SMF)
5.突变型多模光纤:
纤芯折射率为n1保持不变,到包层突然变为n2。
6.突变型多模光纤特点:
1)光线以折线形状沿纤芯中心轴线方向传播
2)特点是信号畸变大
7.渐变型多模光纤:
在纤芯中心折射率最大为n1,沿径向r向外围逐渐变小直到包层变为n2。
8.渐变型多模光纤特点:
1)光线以正弦形状沿纤芯中心轴线方向传播
2)特点是信号畸变小
9.单模光纤:
只能传输一个模式的光纤。
10.多模光纤:
传输多个模式的光纤。
11.突变型多模光纤的数值孔径NA:
12.NA物理意义:
1)NA越大
i.光纤接收光的能力越强,从光源到光纤的耦合效率越高。
ii.对于无损耗光纤,在临界角θc内的入射光都能在光纤中传输。
iii.纤芯对光能量的束缚越强,光纤抗弯曲性能越好。
2)但NA越大
iv.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。
13.渐变型多模光纤的数值孔径NA:
14.渐变型多模光纤自聚焦效应:
渐变型多模光纤具有自聚焦效应,不仅不同入射角相应的光线会聚在同一点上,而且这些光线的时间延迟也近似相等。
15.
16.光纤归一化频率:
17.光纤单模传输条件:
18.色散(Dispersion):
是在光纤中传输的光信号,由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应。
19.色散一般包括:
1)模式色散
2)材料色散
3)波导色散
20.理想单模光纤没有模式色散,只有材料色散和波导色散。
21.光纤的三类基本特性参数:
1)几何特性
纤芯与包层的直径、偏心度和不圆度。
2)光学特性
折射率分布、数值孔径、模场直径和截止波长。
3)传输特性
损耗、带宽和色散
22.光纤损耗测量有两种基本方法:
1)一种是测量通过光纤的传输光功率
称剪断法和插入法。
2)另一种是测量光纤的后向散射光功率
称后向散射法。
23.测量光纤带宽基本方法:
1)时域法
是测量通过光纤的光脉冲产生的脉冲展宽,又称脉冲法。
2)频域法
是测量通过光纤的频率响应,又称扫频法。
24.测量光纤色散有三种基本方法:
1)相移法
2)脉冲时延法
3)干涉法
25.实际截止波长的测量方法:
1)传输功率法
在弯曲状态下,测量损耗—波长函数的传输功率法
2)时延法
改变波长,观察LP01模和LP11模产生的两个脉冲变为一个脉冲的时延法
3)近场法
改变波长,观察近场图由环形变为高斯形的近场法
26.P45:
2-1(计算题)
27.P45:
2-3(计算题)
28.P45:
2-4
29.P45:
2-7
30.P45:
2-9(计算题)
31.P45:
2-10(计算题)
32.P45:
2-12(计算题)
33.P45:
2-17(计算题)
第三章:
47
(2)题
1.通信用光器件可以分为两种类型:
1)有源器件
2)无源器件
2.有源器件包括:
光源、光检测器和光放大器
3.光无源器件主要有:
连接器、耦合器、波分复用器、调制器、光开关和隔离器等。
4.光源:
是光发射机的关键器件,其功能是把电信号转换为光信号。
5.目前光纤通信广泛使用的光源主要有:
3)半导体激光二极管或称激光器(LD)
4)发光二极管或称发光管(LED)
5)有些场合也使用固体激光器
6.LD(半导体激光器):
SemiconductorLaser
7.LED(发光二极管):
LightEmittingDiode
8.半导体激光器
向半导体PN结注入电流,实现粒子数反转分布,产生受激辐射,再利用谐振腔的正反馈,实现光放大而产生激光振荡。
9.基态:
最低能级E1称为基态。
10.激发态:
能量比基态大的能级Ei(i=2,3,4…)称为激发态
11.电子在低能级E1的基态和高能级E2的激发态之间的跃迁有三种基本方式
6)受激吸收
7)自发辐射
8)受激辐射
12.受激吸收:
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。
13.自发辐射:
电子自动地从高能级E2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。
14.受激辐射
电子被迫跃从高能级E2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。
15.相干光:
受激辐射光的频率、相位、偏振态和传播方向与入射光相同,这种光称为相干光。
16.非相干光:
自发辐射光是由大量不同激发态的电子自发跃迁产生的,其频率和方向分布在一定范围内,相位和偏振态是混乱的,这种光称为非相干光。
17.本征半导体:
电子和空穴是成对出现的半导体。
18.N型半导体:
在本征半导体中掺入施主杂质,称为N型半导体。
19.P型半导体:
在本征半导体中,掺入受主杂质,称为P型半导体。
20.不同半导体材料有不同的禁带宽度Eg,因而有不同的发射波长λ。
21.DFB激光器与F-P激光器相比具有以下优点:
9)单纵模激光器
10)谱线窄,波长稳定性好
11)动态谱线好
12)线性好
22.发光二极管(LED)的工作原理与激光器(LD)不同:
13)LD发射的是受激辐射光
14)LED发射的是自发辐射光
23.发光二极管具有如下工作特性
15)光谱特性
16)光束的空间分布特性
17)输出光功率特性
18)频率特性
24.光检测器是光接收机的关键器件。
25.光检测器的功能是把光信号转换为电信号。
26.常用光检测器:
1)光电二极管(PIN)
2)雪崩光电二极管(APD)
27.光电二极管(PD)把光信号转换为电信号的功能是由半导体PN结的光电效应实现的。
28.连接器:
是实现光纤与光纤之间可拆卸(活动)连接的器件。
29.接头:
是实现光纤与光纤之间的永久性(固定)连接。
30.耦合器的功能:
是把一个输入的光信号分配给多个输出,或把多个输入的光信号组合成一个输出。
31.耦合器类型:
19)T形耦合器
20)星形耦合器
21)定向耦合器
22)波分复用器/解复用器
32.比较实用和有发展前途的耦合器的结构有
1)光纤型
2)微器件型
3)波导型
33.隔离器:
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。
34.隔离器的两个主要参数
23)插入损耗:
对正向入射光的插入损耗其值越小越好;
24)隔离度:
对反向反射光的隔离度其值越大越好。
35.调制器是利用线性电光效应实现。
36.光开关的功能:
是转换光路,实现光交换。
37.光开关可分为两大类
1)机械光开关:
利用电磁铁或步进电机驱动光纤、棱镜或反射镜等光学元件实现光路转换。
2)固体光开关:
利用磁光效应、电光效应或声光效应实现光路转换。
38.机械光开关特点:
1)优点:
是插入损耗小,串扰小,适合各种光纤,技术成熟
2)缺点:
是开关速度慢
39.固体光开关特点:
1)优点是开关速度快
2)缺点是插入损耗大,串扰大,只适合单模光纤
40.实际截止波长的测量方法:
4)传输功率法
在弯曲状态下,测量损耗—波长函数的传输功率法
5)时延法
改变波长,观察LP01模和LP11模产生的两个脉冲变为一个脉冲的时延法
6)近场法
改变波长,观察近场图由环形变为高斯形的近场法
41.
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- 光纤通信 复习题 刘增基 第二