光纤通信复习
第一章概述
1.光纤通信有哪些优点？P3-4
2.光纤通信系统的构成（最基本组成：光发送机，光接收机，光纤线路）P6
5.光发送机其核心部件？主要采用哪两种器件？P6
3.为什么使用石英光纤的光纤通信系统中，工作波长只能选择850nm、1310nm、1550nm三种。P7
4.色散位移光纤在波长λ为？处损耗和色散最小。P7
6.光接收机的的核心？其广泛使用的器件类型？P7
5.PDH准同步数字体系基群传输速率为：？，其也称为E1，即30/32路PCM。P7
第二章光纤传输理论及传输特性
1.光纤包层和纤芯折射率的关系?（n1和n2的大小关系）P9
2.ITU-T规定的光纤型号包括：G.651光纤（多模光纤）、G.652光纤（常规单模光纤）、
G.653（色散位移光纤）、G.654（低损耗光纤）、G.655（非零色散位移光纤）P10
3.光缆构成三部分？P11
4.光纤矢量模式分类：P24
当m=0时，可以得到两套独立的分量，一套是Hz、Hr、Eφ，Z向上只有H分量，称为TE模；一套是Ez、Er、Hφ，Z向上只有E分量，称为TM模。
当m>0时，Z向上既有Ez分量，又有Hz分量，称之为混合模。若Z向上的Ez分量比Hz分量大，称为EH mn模；若Z向上的Hz分量比Ez分量大，称为HE mn模。
5.问答：何谓模式截止？P24
对每一个传播模来说，在包层中它应该是衰减很大，不能传输。如果一个传播模，在包层中不衰减，也就是表明该模是传过包层而变成了辐射模，则就认为该传播模被截止了。所以一个传播模在包层中的衰减常数W=0时，表示导模截止。
（1）m=0
(1)当n=1,u=2.40483,此时TE01，TM01模截止
(2)当n=2,u=5.520083,此时TE02，TM02模截止
因为截止时,W=0,V=u。此时V（Vc）称为归一化截止频率。
（2）m=1
(1)当n=1,u=0,是HE11模的截止频率；
(2)当n=2,u=3.83,是HE12模的截止频率；
HE 11模的截止频率为0，也就意味当其他模式截止时它仍能传输，所以称其为基模。
6.弱导光纤和线性极化模 P30
光纤包层的折射率n 2仅略低于纤芯层的折射率n 1，即它们的相对折射率差△＝(n 1-n 2)/n 2<<1，这样的光纤称之为弱导光纤。
在弱导光纤中场的纵向分量和横向分量相比是很小的，电磁场几乎是横向场，电磁场也几乎是线性极化的。此时我们可以用标量近似法来分析阶跃折射率光纤中的模式。在△<<1的条件下，用标量近似法得到的模式就是线性极化模，称之为LP 模。
(1) m=0
(1)当n=1,u=0,此时LP01模的截止频率；
(2)当n=2,u=3.83171,此时LP02模的截止频率；
LP01模的截止频率为0，也就意味当其他模式截止时它仍能传输，所以称其为基模。
7. 问答：线性极化模LP 和矢量模的对应关系P33
单模光纤中传输的是LP01模，对应的矢量模是HE11模。
LP11模对应的矢量模是TE01，TM01，HE21。
8.
问答：光纤单模传输的条件是什么？P33 单模光纤传输条件：归一化频率 例：阶跃型光纤纤芯和包层的折射指数分别为n 1=1.52，n 2=1.48，纤芯半径a=6μm ，工作波长λ=1.55μm ，求光纤的归一化频率V ？
9.截止波长由下式计算P34
例：阶跃型光纤纤芯和包层的折射指数分别为n 1=1.52，n 2=1.48，纤芯半径a=6μm ，求光纤实现单模传输的截止波长？
10.阶跃型光纤的导光原理? P38-39
11.计算：数值孔径NA P39（2-123）习题10 P55
例：阶跃型光纤纤芯和包层的折射指数分别为n 1=1.52，n 2=1.48，
求此阶跃光纤的数值孔径是多少？
例：已知一阶跃光纤的纤芯折射率n 1＝1.48，相对折射率差△＝0.02
求此阶跃光纤的数值孔径是多少？
12.光纤的传输特性：损耗限制传输距离和色散限制系统容量。
13.光纤产生损耗的原因是什么？损耗对通信有什么影响？P43-44 4048.222221n n a c -=πλ405.222221<-=n n a V λπ
14.光纤的损耗系数o
i P P L lg 10＝ 的相关计算P42，习题2 P55 15. 问答：光纤中产生色散的原因是什么？色散对通信有什么影响？P44
16. 问答：光纤中色散有几种？单模传输光纤中主要是什么色散？多模传输光纤中主要存在什么色散？P44-45
17. 单模光脉冲展宽计算P45（2-153）习题13 P55
18.多模传输时模色散脉冲展宽计算（最大时延差τmax ） P48（2-168）习题11 P55
例：一阶跃折射率光纤，已知n1＝1.486，n2＝1.472，仅考虑模式色散，计算每1km 长度的脉冲展宽。
第三章 光源和光发送机
1.半导体光源的工作原理
自发辐射（LED ），受激辐射（LD ），受激吸收（光检测器PIN 、APD ） P57
2.实现光辐射（放大）的条件：粒子数反转分布状态P57-58
3. LD 激光器包括的三个基本部分： P59
4.比较半导体激光器和发光二极管的异同。半导体激光器（LD ）有哪些特性？半导体发光二极管（LED ）有那些特性？ P63-65 P70-71
LED 和LD 最大区别是有无谐振腔。
LD 的阈值电流随温度的变化
其中只有LD 需要APC 电路和ATC 电路对功率和温度进行控制。
5.如果PCM 电端机输出码型为双极性码，光发送机的输入电路将其变换成适合光纤线路的单极性码。（因为光源无法将双极性码中的-1表示为负光脉冲）例PCM 电端机输出码型为双极性的HDB3码，通过输入接口可变成单极性的NRZ 码。P74-75
6.某数字光纤通信系统中，信息码速为139.264Mbit/s ，若采用5B6B 码其线路码速为多少？若采用4B1H 线路码速又为多少？P78
7. 问答：在光发送电路中为什么要设置自动功率控制（APC ）电路？用APC 电路是控制LD 的哪些因素？试述APC 电路的工作原理。P83
8. 问答：在光发送电路中为什么要设置自动温度控制（ATC ）电路？用ATC 电路是控制LD 的哪些因素？试述ATC 电路的工作原理。P84-85
第三章 光检测和光接收机
1.光检测器的作用P87
2.光接收机常用的光检测器P87
3.问答：何谓暗电流？暗电流是怎么产生的？暗电流的存在对信号的接收会产生什么影响？ P91-92
4.APD 雪崩二极管相对PIN 光电二极管的独有特性参数：雪崩倍增因子
5.光接收机中光检测和前置放大电路采用什么组件？P96
6.光接收机中均衡电路的作用？P98
7．问答：光接收机中的噪声包括哪些？这些噪声是怎么产生的？ P102-103
8.光接收机的动态范围计算P112 习题7 P116
9.影响光接收机的灵敏度最主要因素为：噪声，其次为码间干扰，消光比，暗电流。
第六章同步数字体系
1.SDH的特点？
2.同步数字体系的速率P133 表6-1
3. 问答：根据SDH的帧结构图，说明帧结构中各组成部分SOH,AUPTR,信息净电荷在帧结构中的位置以及功能？计算STM-1，STM-4帧结构中RSOH、MSOH和AU-PTR的速率？P133-134
3.虚容器VC的组成？P135
4.问答：2M信号复用复用映射STM-1的原理？P136-137
5.AU－4指针在帧结构中的位置以？指针以是？个字节为单位正负调整，指针范围为？P140
AU－4指针正调整，相继指针等于原先指针加“1”
AU－4指针负调整，相继指针等于原先指针加“0”
当AU PTR指针值＝0时，进行一次负调整，其调整后的指针值可能为多少？P141
5.我国采用的SDH复用映射结构P136 P145
将2Mbit/s复用映射进SDH，为什么会有三种结果容量。哪种映射的效率最高？哪种映射的效率最低？哪种映射方式最为灵活？P136 P145
6.我国数字同步网采用的同步方式？采用几级时钟？
7.问答：两纤单向通道保护环的工作原理？P167-168
第八章光纤通信系统性能评估
1.评价数字光纤通信系统性能的主要指标？P197
2.在光纤通信系统中误码分为哪两类？产生误码的原因有哪些？P200
3.抖动的含义？抖动的大小的度量单位？P204
4.光纤通信系统的可用性计算？P213-214 习题5 P217
5.衰减衰减限制系统中继距离的计算P215-216习题6 P217
第九章光接入网
1.在电信网中，接入网是怎样定义的？接入网的范围由什么来界定？P218
2.问答：无源光网络和有源光网络定义？各自的特点有哪些？P221
3.问答：光纤接入网的基本结构组成及各功能模块的功能。P221-222
4.光纤接入网主要有哪些类型，怎么区分？P225
光纤通信技术 分题型期末考试复习
光纤通信 分题型复习 前言 水平有限，仅供参考。如有错误，敬请纠正。 （一）选择填空判断或名词解释 第一章 1、利用光导纤维传输光波信号的通信方式称为光纤通信。 2、属于光波范围之内的电磁波主要包括紫外线、可见光和红外线。目前光纤通信使用的工作波长0.85μm （损耗2dB/km ）,1.31μm （损耗0.5dB/km ）和 1.55μm （损耗0.2dB/km ）（0.8~1.8μm ），对应的频率是167~375THz 。 3、光纤通信系统的形式：强度调制/直接检波（IM/DD ），主要由光发射机，光纤，光接收机，及光中继器组成。（光发射机将电信号转化成光信号耦合进光纤，光接收机将光信号转换成电信号，中继器分为光-电-光和光层上直接进行放大的光放大器）。 4、光纤通信优越性：1、传输频带宽，通信容量大，2、传输损耗小，中继距离长。3、抗电磁干扰能力强。4、光纤细，重量轻，制作资源丰富。 第二章 1、外层的折射率比内层低。折射率高的叫纤芯，其折射率为n 1，直径为2a ，折射率低的叫包层，其折射率为n 2，直径为2b 。n 1>n 2。 2、光纤的分类：1、按光纤横截面折射率分布不同：阶跃型光纤（均匀光纤）和渐变型光纤（非均匀光纤）。2、按纤芯中的传输模式:单模光纤 (直径较小，为4~10μm ，纤芯较小，适合于大容量，长距离)，多模光纤（直径约为50μm ，传输多种模式） 3、反射定律：θ1=θ1'，反射角=入射角。折射定律：n 1 sin θ1=n 2 sin θ2 。 4、全反射的条件： n 1>n 2； θc <θ1<90o 。 5、弱波导光纤：1 21n n -n ≈? 。 6、数值孔径:光纤捕捉光射线能力的物理量，用NA 表示。?=-==2n n n sin 121max 22φNA 7、全反射形成导波的条件：221n n sin 2-≤φ ，是入射角。 8、渐变型光纤的本地数值孔径：()()()a n r n r 22-= NA ， 9、光纤的自聚焦：渐变型光纤中，不同射线具有相同的轴向速度的现象。 10、截止：光纤中出现了辐射模时，即认为导波截止。 11、0 《光纤通信技术》模拟试题 一、填空（共10题，每题3分） 1、均匀光纤的导光原理为全反射原理，它的数值孔径表示了光纤收集光线的能力。 2、单模光纤的色散包括材料色散和波导色散。 3、线极化波是指波的电场矢量空间取向不变，即合成矢量的端点的轨迹为一直线的波 ，以 LP 表示。 4、在弱波导光纤中，光射线几乎与光纤轴线平行，因此，弱波导光纤中的和分布是一种近似的TEM 波。 5、在研究光和物质相互作用时,爱因斯坦指出存在三种不同的基本过程: 自发辐射、受激吸收、受激辐射。 6、谐振腔的谐振条件是2 11ln 21r r L G +==内αα。 7、光纤通信系统所使用的光源与光纤色散相互作用，给系统引进了的干扰和噪声主要有三种，即码间干扰、模分配噪声、啁啾声。 8、发送机的消光比是全“0”码时的平均输出光功率与全“1”码时的输出光功率之比. 9、判决器和时钟恢复电路和起来构成码形成电路。 10、STM-N 帧结构分为三个区域：段开销区、净负荷区和管理单元指针。 11、平方律型折射指数分布光纤中总的模数量等于4 2 V 。 12、当物质中处于高能级上的粒子数大于处于低能级上的粒子数时，则物质处于粒子数反转状态。 13、光电检测器是利用材料的光电效应来实现光电转换的。 14、传输网主要由传输设备和网络节点构成的。 15、在SDH 帧结构中，段开销是用于传送网络运行、管理和维护的附加字节。 三、画图题（共1题，每题10分） 1、画出采用直接调制的数字光纤通信光发射端机的方框图。 见教材P 100 四、问答题：（共1题，每题15分） 1、什么是模分配噪声？它是如何产生的 五、计算题：（共3题。共35分） 1、.已知阶跃光纤的n 1=1.62，n 2=1.52, 试计算：相对折射率Δ （2）数值孔径 (1）22 221222162 .1252.162.12?-=-=?n n n (2)56.006.0262.121=??=?=n NA 2、计算STM-1帧结构中段开销SOH 的容量(速率)。 、选择题 3. （ D ）是把光信号变为电信号的器件 A. 激光器 B. 发光二极管 C. 光源 D. 光检测器 4. 在系统光发射机的调制器前附加一个扰码器的作用是（ A ） A. 保证传输的透明度 B. 控制长串“ 1”和 “ 0” 题型： 、选择题，共 15小题，总计 30 分 二、填空题，共 20 空，总计 20 分 三、简答题，共 4 小题，总计 20 分 四、计算题，共 3 小题，总计 30 分 1. 光纤通信是以（ 式。 A. 光波 B. 电信号 2. 要使光纤导光必须使（ B ） A. 纤芯折射率小于包层折射率 层 折射率 C.纤芯折射率是渐变的 的 A ）为载体，光纤为传输媒体的通信方 C. 微波 D. 卫星 B. 纤芯折射率大于包 D. 纤芯折射率是均匀 的出现 C. 进行在线无码监测 D. 解决基线漂移 5 传输网最基本的同步传送模块是1 ，其信号速率为（A ）／s。 A. 155520 B.622080 C.2488320 D.9953280 6. 掺铒光纤放大器（）的工作波长为（B ）波段。 A. 1310 B.1550 C.1510 D.850 7. 发光二极管发出的光是非相干光，它的基本原理是（B ）。 A. 受激吸收 B. 自发辐射 C. 受激辐射 D. 自发吸收 8. 下列关于交叉连接设备与交换机的说法正确的是（A ） A.两者都能提供动态的通道连接 B. 两者输入输出都是单个用户话路 C. 两者通道连接变动时间相同 D. 两者改变连接都由网管系统配置 9. 下列不是的主要优点是（ D ） A. 充分利用光纤的巨大资源 B. 同时传输多种不同 类型的信号 C. 高度的组网灵活性，可靠性 D.采用数字同步技术 第一章 光纤通信：侠义上说：利用光载波在光纤中传播信息的过程 广义上说：是以光纤或由光纤组成的光传输网、光处理器件、光处理设备为基础，并采用相矢技术来对光波信息进行传输和处理的过程，是光通信的一个组成部分 光通信发展受阻的原因：1 ?光向四面八方散射时，光强减弱2.不能通过障碍物 高银指出，如果把材料中金属离子含量的比重降低到10上以下，光纤损耗就可以减小到10 dB/km 再通过改进制造工艺，提高材料的均匀性，可进一步把光纤的损耗减少到几dB/km o 光纤通信得以快速发展重要条件：1 ?低损耗光纤2.光源(半导体激光器) 全波光纤：能够在1260?1675nm整个范围内都可用来逬行DWD光纤通信的光纤就是全波光纤光纤通信发展的重要里程碑 1 ?低损耗光纤的研制成功2.连续振荡半导体激光器的研制成功光纤是一?种玻璃丝，其材料是石英(SiO2),是通信网络中信息的优良传输介质 光纤通信的发展趋势1 ?光纤技术逐渐从骨干网向广域网和城域络发展 2. 从^?速系统向高速系统发展 3. 从陆地向海地发展 4. 从光传输电交换向网络的全光化发展 5. 向光纤技术和以太技术结合的方向发展 光纤通信的优点： 1. 频带宽、传输容量大 2. 损耗小、中继距离长 3. 重量轻、体积小 4. 抗电磁干扰性能好 5. 泄漏小、保密性好 6. 节约金属材料，有利于资源合理使用 传统上，以服务范围把网络分为三类: (1)局域网，服务范围2 km，如以太网，信令环和信令总线； ⑵ 城域网，服务范围100 km，如电话本地交换网或者有线电视)分配系统； (3)广域网络，服务范围可达数千公里，如开放系统互连国际网络等。 三代网络技术比较 1 ?全电网络，第一代网络，节点用电缆互连在一起，电缆是一种窄带线路，它的容量有限； 2. 电光网络，第二代网络，用一段段光纤取代电缆后构成的网络，现在正被广泛使用，因节点内仍是对电信号进行交换，所以称为电光网络 3. 全光网络，第三代网络，所有节点被不间断的光缆连接起来，节点内只对光信号逬行交换，这就是未来的第三代网络。 网络接入技术： 1 .xDSL 2.HFC 3.APON/EPON 4.AON 光具有两种特性:1.波动性2.粒子性 用光导歼錐进行迥倍址早就哪一年由谁提出爭 劭用密別禅(迸行通信盘卑祖1966年由英盈华人為锥提：1 试题2 《光纤通信技术》综合测试（二） 一、填空题 1、为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须纤芯的折射率。 2、光纤的典型结构是多层同轴圆柱体，它由、和三部分组成。 3、光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长是：，， ；最低损耗窗口的中心波长是在： 。 4、光纤的色散分为色散 色散色散和色散。 5、光与物质的粒子体系的相互作用主要有三个过程是：，， ；产生激光的最主要过程是： 。 6、光源的作用是将变换为；光检测器的作用是将 转换为。 二、单项选择题 1 光纤通信指的是：[ ] 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。 2 光纤单模传输条件，归一化频率V应满足：[ ] A V>2.405 B V<2.405 C V>3.832 D V<3.832 3 使用连接器进行光纤连接时，如果接续点不连续，将会造成：[ ] 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 反射波形式返回发送端。 4 在激光器中，光的放大是通过：[ ] A 光学谐振腔来实现； B 泵浦光源来实现； C 粒子数反转分布的激活物质来 实现； D 外加直流来实现。 5 掺铒光纤的激光特性：[ ] A 主要由起主介质作 用的石英光纤决定； B 主要由掺铒元素决 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 6 下面说法正确的是：[ ] A 多模光纤指的是传输多路信号； B 多模光纤可传输多种模式； C 多模光纤指的是芯径较粗的光纤； D 多模光纤只能传输高次模。 7 下面哪一种光纤是色散位移单模光纤？[ ] A 光纤； B 光纤； C 光纤； 一. 1 光纤通信的基础：利用光纤进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信。 光纤通信的载波是光波。光纤通信用的近红外光（波长为0.7-1.7um）频率约为300THZ 频带宽度约为200THZ,在常用的1.31um和1.55um两个波长窗口频带宽度也在20THZ以上. 2 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. 二 1 光纤是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝. 纤芯的折射率比包层稍高，损耗比包层更低，光能量主要在纤芯内传输. 纤芯和包层的折射率若分别为n1和n2，光能量在光纤中的传输的必要条件：n1>n2 2 按折射率分类：突变型，浙变型按传输模式分：多模光纤，单模光纤 光纤的三种基本类型： （1）突变型多模光纤：纤芯直径2a=50-80um，光线以拆线形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变大. 适用于小容量，短距离传输. （2）渐变型多模光纤：纤芯直径2a为50um，光线以正弦形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变小，适用中等距离传输，中等容量 （3）单模光纤：纤芯直径只有8-10um，光线以直线型状沿纤芯中心轴线方向传播. 信号畸变小，适合长距离传输方式. 3 光纤传输原理：全反射 数值孔径NA=√（n1*n1-n2*n2)=n1√2△纤芯和包支的相对折射率差△=（n1-n2)/n1 NA表示光纤接收和传输光的能力，NA越大，光纤接收光的能力越强，从光源到光纤的耦合效率越高。NA越大，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. 时间延迟：θ不大时：τ=n1L/c=(n1L/c )*(1+θ1的平方/2) c为光速 最大入射角θc和最小入射角0： △τ=θc的平方L/2n1c=(NA*NA)L/2n1c=△n1L/c 4 自聚焦效应：不同入射角相应的光线，虽然经历的路程不同，但是最终都会聚在P点上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集在同一点上，而且这此光线的时间延迟也近似相等。 5 归一化频率：V=√（n1*n1-n2*n2)*2πa/λ 对于光纤传输模式有模式截止，模式远离截止 6 M是模式总数 M=（g/g+2)(akn1)的平方△=（g/g+2)V*V/2 单模传输条件：V=√（n1*n1-n2*n2)*2πa/λ<=2.405 临界波长（截止波长）λc λ<λc 多模传输>单模传输 7 光纤传输特性：（1）损耗（2）色散 色散是在光纤中传输的光信号，包括： 1·在激光器中，光放大是通过（A）粒子数反转分布….谐振腔来实现的。 2·下列哪些不是要求光接收机有动态接收范围原因（C）系统可能传输多种业务在不同的系统中3·光在通信中要从光纤的…试用中，需要（C）光隔离器 4·使用连接器进行光纤链接时，若接头不连续会造成（D） 光功率一部分散射损耗以反射形式返回发送端。 5·在系统发射机的调制器前加一个扰码器的作用是（A）保证传输的透明度出现。 6·将光限制在有包层的光纤中的作用原理是（Ｂ）在包层折射边界上的全内反射。 7·下列现象时光色散造成的（B）随距离的…扩展 8·光纤相对折射指数差的定义为（C）Δ=(n1^2-n2^2)/(2*n1^2) 9 ·不宜在光中传输的的波形为（Ｂ）HDB3码 10·单模光纤在信号波长处…20ps/(nm·km)-5ps(nm·km)则光线的总色散为（5ps(nm·km)）11·激光是通过什么产生的（C）受激辐射 12·在光纤通信系统的光中继器中，均衡器的作用是（）均衡成有利于判决的波形。 13·随着输入光功率的逐步增加，EDFA输出光功率的变化趋势为（A）先逐步增大，后保持不变。14·通常根据传播方向上有无电场分量…..分成三类即（D）IE波，TM波，EH波 15·在弱导波阶跃光纤中，导波传输的条件为（B）Ｖ＞Ｖｃ 16·表征光纤色散程度的物理量是（B）时延差 17·利用光放大器是（B）为了补偿光纤损耗 18·EDFA在做光中继器使用时，其主要作用（A）光信号放大再生 名词解释 1. 多模光纤：纤芯内传输多个模式的光波，纤芯直径较大（50 m左右），适用于中容量、 中距离通信。光纤的单模工作条件为0＜V≤2.4048多模工作条件为V＞2.4048 2. 单模光纤：纤芯内只传输一个最低模式的光波，纤芯直径很小（几个微米），适用于大容 量、长距离通信。 3. 子午光线：若入射光线与光纤轴心线相交，则称为子午光线。 4. 斜射光线：若入射光线与光纤轴心线无论在光纤的入射端面上还是在光纤内部都不相交， 则称为斜射光线。 5. 数值孔径: 入射到光纤端面的光线并不能全部被光纤所传输，只是在光纤端面临界入射角 范围内的入射光可以在光纤内传输，取这个角度的正弦值称为数值孔径。 6.mBnB码是把输入的二进制原始码流进行分组，每组有m个二进制码，记为mB， 称为一个码字，然后把一个码字变换为n个二进制码，记为nB，并在同一个时隙内 输出。这种码型是把mB变换为nB，所以称为mBnB码 7.4B1H码：将输入的二进制码每4比特分为一组，在每组时间宽度内，按照一定的要求分 别插入补码C、帧码F、公务码Sc、监控码M、数据码D和区间通信码S等（这些码统称 为H码）构成4B1H码。 8. 受激吸收：在外来入射光的作用下，处在低能级上的电子可以吸收入射光子的能量而跃 迁到高能级上。 9. 波分复用：为了使若干独立信号能在一条公共光通路上传输，而将其分别配置在分立的 波长上的复用 10. 阶跃光纤：其纤芯和包层的折射率分别为不同的常数，在纤芯和包层的交界面上折射率 有一个台阶型突变。 11. 渐变光纤：纤芯折射率随纤芯半径变化的关系呈渐变分布的曲线形状。 2014-2015年度《光纤通信技术》期末考试试题 1 .用图示的方法介绍现代数字光纤通信系统构成，并简述各主 要部分的功能？（10分） 1、答：X 光发送机 0 ?---------------------------- □----------------------------- □ （1）光发送机功能：将数字或者模拟电信号加载到光波上，并耦合进光纤中进行传输（2）光放大器功能：补偿光信号在通路中的传输衰减，增大系统的传输距离 （3）光接收机功能：将光信号转换回电信号，恢复光载波所携带的原信号 2 .用图示的方法介绍光发射机的构成，并简要说明各部分的功 能？简单阐述直接调制和外调制的区别？（10分） 3.请用图示的方法简述光纤的构成，比较单模与多模光纤的区另 U?光纤数值孔径是衡量光纤什么的特性物理量？对于光纤 输入信号光 掺钳光纤 光隔离器. + 八 光隔离器光滤波器！ Z\ 输出 !信号光 通信系统而言，是否光纤数值孔径越大越好？（10分） 4.由于光纤本身导致通信系统性能下降的因素有哪些？如何克 服？（10分） 5.用图示的方法说明掺钥光纤放大器EDFA的工作原理和构成, 各 部分的作用是什么？掺钳光纤放大器级联后增益不平坦情 况恶化，列举两种解决方法？（10分） 1.掺钳光纤放大器主要由一段掺钳光纤，泵浦光源，光隔离器，光耦合器构成5'。采用掺 银单模光纤作为增益物质，在泵浦光激发下产生粒子数反转，在信号光诱导下实现受激辐射放大；2'泵浦光和信号光一起由光耦合器注入光纤：2'光隔离器的作用是只允许光单向传输，用于隔离反馈光信号，提高性能。2， 滤波器均衡技术：采用透射谱与掺杂光纤增益谱反对称的滤波器使增益平坦° 2' 增益钳制技术:监测放大器的输入光功率，根据其大小调整泵浦源功率,从而实现增益钳制，是目前最成熟的方法° 2 6 .请简要阐述波分复用技术的工作原理，并用图示的方法说明？ （10 分） 7.简述受激布里渊散射与受激拉曼散射的概念？它们有什么区 另U? （io分） 8.请说出五种你所了解的无源光器件的名称，并简述其用途？ 光耦合器 光纤通信期末总复习 一、总述 题型：判断（15% ）（1.5×10）+选择（30%）（2.5×12）+简答计算（55%）（5~6题） 考试范围（第一章～第十章），重点第五章、第六章、第七章，第四章自学 （不考） 要求：考试可以用中文答题，但是要熟悉英文专业术语（已经将常用专业术 语做了整理，可在网络教学平台下载）， 平时每次作业一定要会做，期末总成绩=考试成绩×60%+实验成绩× 20%+平时成绩（讨论+作业）×20% 二、第一章 光纤通信系统 1、光通信所用波长（红外、可见、紫外）， 2、dB ，dBm 计算，光通信系统功率预算 3、分清波长，频率，介质中波长，介质中的频率 v f λ= 4、基本光通信系统构成（框图），各个模块的功能 4、光子能量（以J 为单位，eV 为单位），会计算光线中的光子数 5、光纤（光纤通信）优点与缺点 三、光学概要 1、Snell 定律：计算纤芯包层上临界角，空气和纤芯入射面入射光锥大小 2、数值孔径（NA ）定义，意义 3、什么是光斑尺寸 四、 波动学基础 1、α与γ的换算 Proof: :dB km 10lgexp(2)1dB 110lgexp(2)km -220=108.685ln10 2.3026dB L L L km dB km γααγ γααααγα 用表示的衰减值；：衰减系数 ：传输距离 当时值就是；单位为=-==--=≈- 2、带宽和谱宽的换算（频率范围和波长范围换算） 12212 112122c c f f f c f c then f f f c f f λλλλλλλλλλλλλλλλ??-?=-=- = ???????== ? ?? ?????? ?=??=?= ??? 3、色散，材料色散，波导色散定义，展宽计算，单位长度展宽计算 Dispersion （色散）: Wavelength dependent propagation velocity. 传输速度随波长 变化的特性称为色散 Material Dispersion （材料色散）: Dispersion caused by the material. Waveguide Dispersion （波导色散）: Dispersion caused by the structure of the waveguide. L L ττ??????= ??????? ''n M L c τλλλ?? ?=-?=-? ??? 4、光纤通信系统电带宽与光带宽关系 5、谐振腔（F-P 腔），纵模概念 1(1)222c m m c f f f m c mc c f Ln Ln Ln ??+=-+=-= 2c c o o c o c c o f f f f c c λλλλλλ?????== = 7、平面边界上的反射，全反射临界角计算 12 12 n n n n ρ-= + 复习提纲 第一章知识点小结： 1.什么是光纤通信？3、光纤通信和电通信的区别。 2.基本光纤通信系统的组成和各部分作用。 第二章知识点小结 1、光能量在光纤中传输的必要条件（对光纤结构的要求）。 2、突变多模光纤数值孔径的概念及计算。 3、弱导波光纤的概念。 4、相对折射率指数差的定义及计算。 5、突变多模光纤的时间延迟。 6、渐变型多模光纤自聚焦效应的产生机理。 7、归一化频率的表达式。 8、突变光纤和平方律渐变光纤传输模数量的计算。 第三章知识点小结 1、纤通信中常用的半导体激光器的种类。 2、半导体激光器的主要由哪三个部分组成？ 3、电子吸收或辐射光子所要满足的波尔条件。 4、什么是粒子数反转分布？ 5、理解半导体激光产生激光的机理和过程。 6、静态单纵模激光器。 7、半导体激光器的温度特性。8、DFB激光器的优点。 9、LD与LED的主要区别10、常用光电检测器的种类。 11、光电二极管的工作原理。12、PIN和APD的主要特点。 13、耦合器的功能。14、光耦合器的结构种类。 15、什么是耦合比？16、什么是附加损耗？ 17、光隔离器的结构和工作原理。 第四章知识点小结 1、数字光发射机的方框图。 2、光电延迟和张驰振荡。 3、激光器为什么要采用自动温度控 4、数字光接收机的方框图。 5、光接收机对光检测器的要求。 6、什么是灵敏度？ 7、什么是误码和误码率？8、什么是动态范围？ 9、数字光纤通信读线路码型的要求。10、数字光纤通信系统中常用的码型种类。 第五章知识点小结 1、SDH的优点。 2、SDH传输网的主要组成设备。 3、SDH的帧结构（STM-1）。 4、SDH的复用原理。 5、三种误码率参数的概念。 6、可靠性及其表示方法。 7、损耗对中继距离限制的计算。8、色散对中继距离限制的计算。 第七章点知识小结 1、光放大器的种类 2、掺铒光纤放大器的工作原理 3、掺铒光纤放大器的构成方框图 4、什么WDM？ 5、光交换技术的方式 6、什么是光孤子？ 7、光孤子的产生机理8、相干光通信信号调制的方式 9、相干光通信技术的优点 光纤通信复习 第一章 1.什么是光纤通信？ 光纤通信，是指利用光纤来传输光波信号的一种通信方式 2.光纤通信和电通信的区别。 一、填空题（20分) 1、目前光纤通信所用光波得光波波长范围为:0、８～1、8μm,属于电磁波谱中得近红外区。 2、光纤得典型结构就是多层同轴圆柱体，它由、与三部分组成. 3、光纤通信中常用得三个低损耗窗口得中心波长就是: , ，；最低损耗窗口得中心波长就是在: 。 4、光纤得色散分为色散色散与色散。 5、光与物质得粒子体系得相互作用主要有三个过程就是：，，；产生激光得最主要过程就是: 。６、光源得作用就是将变换为；光检测器得作用就是将转换为. 二、单项选择题(15分） 1光纤通信指得就是：［Ｂ] A以电波作载波、以光纤为传输媒介得通信方式； B 以光波作载波、以光纤为传输媒介得通信方式; C 以光波作载波、以电缆为传输媒介得通信方式; D 以激光作载波、以导线为传输媒介得通信方式。 2 光纤单模传输条件，归一化频率V应满足：［Ｂ］ -－－-A—V>2、40５——--—－B－V〈２、405-——－－-C- V＞3、832————－D- Ｖ〈3、832 3 使用连接器进行光纤连接时,如果接续点不连续，将会造成:[Ｃ］ A 光功率无法传输； B 光功率得菲涅耳反射; Ｃ光功率得散射损耗； D 光功率得一部分散射损耗，或以反射波形式返回发送端。 4 在激光器中，光得放大就是通过：［Ｃ] A 光学谐振腔来实现; B 泵浦光源来实现； C粒子数反转分布得激活物质来实现; D 外加直流来实现. ５掺铒光纤得激光特性：［B] A主要由起主介质作用得石英光纤决定; B 主要由掺铒元素决定; C 主要由泵浦光源决定; D 主要由入射光得工作波长决定. 三、（15分)如图所示,用射线理论分析子午光线在阶跃光纤中得传输原理. 第一章 1.光纤通信的优缺点。 答：优点：一是通信容量大。光载波的中心频率很高，约为，最大可用带宽一般取载波频率的10%。二是中继距离长。三是抗电磁干扰，光纤通信系统具有良好的电磁兼容性。四是传输误码率极低。缺点：一是有些光器件比较昂贵。二是光纤的机械强度差。三是不能传送电力。四是光纤断裂后的维修比较困难，需要专用的工具。 3.光纤通信系统的应用。 答：一通信网，包括全球通信网、各国的公共电信网、各种专用通信网、特殊通信手段。二计算机局域网和广域网。三有线电视的干线和分配网。四综合业务光纤接入网，分为有源接入网和无源接入网。 4.未来光网络的发展趋势及关键技术 答：发展趋于智能化、全光化。关键技术：长波长激光器、低损耗单模光纤、高效光放大器、WDM复用技术和全光网络技术。 第二章光纤和光缆 1光纤结构和分类 答：光纤是由中心的纤心和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。类型：突变型多模光纤、渐变型多模光纤、单模光纤、双包层光纤、三角芯光纤、椭圆芯光纤 2损耗和色散是光纤最重要的传输特性。损耗限制系统的传输距离，色散限制系统的传输带宽。色散包括模式色散、材料色散、波导色散，其中单模色散只包括后两者。 第三章通信用光器件 1.光源有半导体激光器和发光二极管。其中半导体激光器是向半导体PN结注入电流，实现粒子数反转分布，产生受激辐射，再利用光学谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光的振荡 2.光与物质间的互相作用过程。 答：一受激吸收。在正常状态下，电子处于低能级，在入射光的作用下，它会吸收光子的能量跃迁到高能级上，这种跃迁称为受激吸收。二、自发辐射。在高能级的电子是不稳定的，即使没有外界的作用，也会自动跃迁到低能级上与空穴复合，释放的能量转换为光子辐射出去，这种跃迁称为自发辐射。三、受激辐射、在高能级的电子，受到入射光的作用，被迫跃迁到低能级上与空穴复合，释放的能量产生光辐射，称为受激辐射。 3.比较半导体激光器和发光二极管的异同。 答：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，输出功率线性范围窄，制造工艺简单，价格低廉。LED主要应用于小容量的短距离通信系统，ＬＤ主要应用于长距离大容量通信系统。相同之处：使用的半导体材料相同、结构相似，ＬＥＤ和ＬＤ大多此阿勇双异质结结构，把有源层夹在Ｐ型和Ｎ型限制层中间。 4.光检测器是光接受机关键器件，功能室把光信号转换为电信号。光检测器有PIN光电二极管和雪崩光电二极管APD。PIN 主要特性有量子效率和光谱特性、响应时间和频率特性、噪声。APD新引入参数是倍增因子和附加噪声指数 5、APD和PIN在性能上的区别 答：APD具有雪崩增益，灵敏度高，有利于延长系统的传输距离，APD的响应时间短。APD的雪崩效应会产生过剩噪声，因此要适当控制雪崩增益。APD要求较高的工作电压和复杂的温度补偿电路，成本较高。 6.光检测过程有哪些噪声。 答：包括由光生信号电流和暗电流产生的散粒噪声以及负载电阻产生的热噪声。热噪声来源于电阻内部载流子的不规则运动。散粒噪声源于光子的吸收或光生载流子的产生，具有随机起伏的特性，光生信号电流产生的散粒噪声，称为量子噪声，这种噪声的功率与信号成正比。在没有外界入射光的作用下，光检测器中仍然存在少量载流子的随机运动，从而形成很弱的散粒噪声，称为暗电流噪声。所以在有信号光作用的时间内，主要考虑量子噪声和热噪声； 而在没有信号光的作用下，主要考虑暗电流噪声和热噪声。 7.什么是粒子数反转，什么情况下实现光放大。 答：假设能级E1和E2上的粒子数分别为N1和N2,在正常的热平衡状态下，低能级E1上的粒子数是大于高能级上的粒子数 《光纤通信》自测题 第一章 一、填空题 通信是为传输媒质。以为载波的通信方式。目前光纤通信所用光波的波长有三个，它们是、和。光纤通信所使用的波段位于电磁波谱中的区，波长范围为。 二. 选择题（有一个或者多个答案） 1. 目前光纤通信常用的窗口有（）。 A、0.85 μm B、2 μm C、1.31 μm D、1.55 μm 2. 目前纤光通信常用的光源有（）。 A、LED B、LD C、PCM D、PDH 3. 光纤通信是以光波为载波，以（）为传播介质的通信方式。 A、电缆 B、无线电磁波 C、光纤 D、红外线 三、简答题 1．光纤通信有哪些优点？ 2．为什么说光纤通信比电缆通信的容量大？ 3．光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分作用。 答案： 一、光纤光波0.85 μm 1.31 μm 1.55 μm近红外区0.7～1.7μm 二、1、ACD 2、AB 3、C 三、1、通信容量大，中继距离长，保密性能好，抗电磁干扰，体积小、重量轻、便于施工和维护，价格 低廉。 2、光纤通信的载波是光波，电缆通信的载波是电波。虽然光波和电波都是电磁波，但频率差别很大。光纤通信用的近红外光（波长约1μm）的频率（约300THz）比电波（波长为0.1m～1mm）的频率（3～300GHz）高三个数量级以上。载波频率越高，频带宽度越宽，因此信息传输容量越大。 第2章 一、填空题： 1．光纤中的纤芯折射率必须包层折射率，单模光纤和多模光纤中中两者的相对折射率差一般分别为和。 2．单模光纤纤芯直径一般为，多模光纤纤芯直径为，光纤包层直径一般为。 3. 光纤通信的最低损耗波长是（），零色散波长是（）。 4.单模光纤中不存在（）色散，仅存在（）色散，具体来讲，可分为（）和（）。 5、光缆大体上都是由（）、（）和（）三部分组成的。 6、允许单模传输的最小波长称为（）。 7、数值孔径（NA）越大，光纤接收光线的能力就越（），光纤与光源之间的耦合效率就越（）。 二、选择题（多选） 1、从横截面上看，光纤基本上由３部分组成：（）、（）、（）。 A、折射率较高的芯区 B、折射率较低的包层 C、折射率较低的涂层 D、外面的涂层 E、外面的包层 《光纤通信》课程复习提纲 2014.6 1.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 2. 光纤通信系统的基本组成(单向传输) 3.光纤通信对光源的要求 对光源的要求：输出光功率足够大， 调制频率足够高，谱线宽度和光束发散角尽可能小，输出功率和波长稳定， 器件寿命长。 4.直接调制和间接调制 直接调制是用电信号直接调制半导体激光器或发光二极管的驱动电流，使输出光随电信号变化而实现的。 这种方案技术简单， 成本较低，容易实现，但调制速率受激光器的频率特性所限制。 外调制是把激光的产生和调制分开，用独立的调制器调制激光器的输出光而实现的。外调制的优点是调制速率高，缺点是技术复杂，成本较高，因此只有在大容量的波分复用和相干光通信系统中使用。 5.光接收机由光检测器、 放大器和相关电路组成 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。 光接收机最重要的特性参数是灵敏度。 灵敏度是衡量光接收机质量的综合指标，它反映接收机调整到最佳状态时， 接收微弱光信号的能力。 6.检测方式有直接检测和外差检测的区别。 检测方式有直接检测和外差检测两种。直接检测是用检测器直接把光信号转换为电信号。这种检测方式设备简单、 经济实用， 是当前光纤通信系统普遍采用的方式。外差检测要设置一个本地振荡器和一个光混频器，使本地振荡光和光纤输出的信号光在混频器中产生差拍而输出中频光信号，再由光检测器把中频光信号转换为电信号。外差检测方式的难点是需要频率非常稳定，相位和偏振方向可控制，谱线宽度很窄的单模激光源；优点是有很高的接收灵敏度。 基本光纤传输系统接 收发 射 光纤通信. 1.光纤结构光纤是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。纤芯的折射率比包层稍高，损耗比包层更低，光能量主要在纤芯内传输。包层为光的传输提供反射面和光隔离，并起一定的机械保护作用。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。 2.光纤主要有三种基本类型: 突变型多模光纤,渐变型多模光纤, 单模光纤. 相对于单模光纤而言，突变型光纤和渐变型光纤的纤芯直径都很大，可以容纳数百个模式，所以称为多模光纤 3.光纤主要用途：突变型多模光纤只能用于小容量短距离系统。渐变型多模光纤适用于中等容量中等距离系统。单模光纤用在大容量长距离的系统。1.55μm 色散移位光纤实现了10 Gb/s容量的100 km的超大容量超长距离系统。色散平坦光纤适用于波分复用系统，这种系统可以把传输容量提高几倍到几十倍。三角芯光纤有效面积较大，有利于提高输入光纤的光功率，增加传输距离。偏振保持光纤用在外差接收方式的相干光系统，这种系统最大优点是提高接收灵敏度，增加传输距离。 4.分析光纤传输原理的常用方法：几何光学法.麦克斯韦波动方程法 5.几何光学法分析问题的两个出发点: 〓数值孔径〓时间延迟. 通过分析光束在光纤中传播的空间分布和时间分布. 几何光学法分析问题的两个角度: 〓突变型多模光纤〓渐变型多模光纤. 6.产生信号畸变的主要原因是光纤中存在色散，损耗和色散是 光纤最重要的传输特性：损耗限 制系统的传输距离, 色散则限制 系统的传输容量. 7.色散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. 色散的种类：模式色散、材 料色散、波导色散. 8. 波导色散纤芯与包层的折射 率差很小，因此在交界面产生全 反射时可能有一部分光进入包 层之内，在包层内传输一定距离 后又可能回到纤芯中继续传输。 进入包层内的这部分光强的大 小与光波长有关，即相当于光传 输路径长度随光波波长的不同 而异。有一定谱宽的光脉冲入射 光纤后，由于不同波长的光传输 路径不完全相同，所以到达终点 的时间也不相同，从而出现脉冲 展宽。具体来说，入射光的波长 越长，进入包层中的光强比例就 越大，这部分光走过的距离就越 长。这种色散是由光纤中的光波 导引起的，由此产生的脉冲展宽 现象叫做波导色散。 9. 偏振模色散：实际光纤不可避 免地存在一定缺陷，如纤芯椭圆 度和内部残余应力，使两个偏振 模的传输常数不同，这样产生的 时间延迟差称为偏振模色散或 双折射色散。 10. 损耗的机理包括吸收损耗和 散射损耗两部分。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 均匀引起的瑞利散射和由光纤 结构缺陷(如气泡)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。 11.光线的损耗：（1）吸收损耗： a.本征吸收损耗：紫外吸收损 耗，红外吸收损耗b.杂质吸收损 耗c.原子缺陷吸收损耗（2）散 射损耗 a线性散射损耗：瑞利散 射，光纤结构不完善引起的散射 损耗（3）弯曲损耗 a.宏弯：曲 率半径比光纤的直径大得多的 弯曲 b.微弯：微米级的高频弯 曲，微弯的原因：光纤的生产过 程中的带来的不均；使用过程中 由于光纤各个部分热胀冷缩的 不同；导致的后果：造成能量辐 射损耗. 与宏弯的情况相同，模 场直径大的模式容易发生微弯 损耗 12. 柔性光纤的优点：1. 对光的 约束增强 2. 在任意波段均可实 现单模传输：调节空气孔径之间 的距离 3. 可以实现光纤色散的 灵活设计 4. 减少光纤中的非线 性效应5. 抗侧压性能增强 13. 光纤的制作要求（1）透明（2） 能将其拉制成沿长度方向均匀 分布的具有纤芯-包层结构的细 小纤维；（3）能经受住所需要 的工作环境。光纤是将透明材料 拉伸为细丝制成的。 14. 光纤预制棒简称光棒，是一 种在横截面上有一定折射率分 布和芯/包比的的透明的石英玻 璃棒。根据折射率的不同光棒可 从结构上分为芯层和包层两个 部分，其芯层的折射率较高，是 由高纯SiO2材料掺杂折射率较 高的高纯GeO2材料构成的，包 层由高纯SiO2材料构成。制作 方法: 外部气相沉积法；气相轴 相沉积法；改进的化学气相沉积 法；等离子化学气相沉积法。 15. 光缆基本要求：保护光纤固 有机械强度的方法，通常是采用 塑料被覆和应力筛选。光纤从高 温拉制出来后，要立即用软塑料 进行一次被覆和应力筛选，除去 第 1 章 概述 1.光纤通信主要优点：传输容量大；传输损耗小，中继距离长；泄漏小，保密性好；节省有色金属；抗电磁干扰性能好；重量轻，可挠性好，敷设方便。 2.光纤通信系统的组成结构：光发送机；光纤线路；光接收机；数字复用设备；光中继器。 第 2 章 光纤传输理论及传输特性 1.光纤基本结构：折射率较高的纤芯、折射率较低的包层及表面涂覆层。 2.光纤折射率分布及分类方法：()()2 12210???????? ??? ???-=a r n r n ；按光纤纤芯折射率分布可分为阶跃折射率光纤（SI ）和渐变折射率光纤（GI ）；按光纤的二次涂覆层可分为紧套光纤和松套光纤；按光纤主要材料可分为石英光纤、塑料光纤、氟化物光纤；按光纤中传导模式可分为多模光纤和单模光纤。 3.模式截止条件：对每一个传播模来说，在包层中它应该是衰减很大，不能传输。如果一个传播模，在包层中不衰减，也就是表明该模是穿过包层而变成了辐射模，则就认为该传播模被截止了。所以一个传播模在包层中的横向衰减常数W=0时，表示导模截止。单模传输的条件：405.222221<-=n n a V λπ ①。 光纤中传播的唯一的模式为LP 01模（即HE 11模），光纤为单模传输。①式为单模传输的条件。 4.归一化频率和截止波长的意义和计算：只有归一化频率V 小于LP 11模的截止频率（4048.2=c V ）时，才能保证光纤中只传输基模（LP 01模或HE 11模），所 以单模光纤理论截止波长λC 为4048.222221n n a c -=πλ 如果λ＞λC ，则为单模 光纤。目前工程上有四种截止波长：①理论截止波长λC1 ②2m 长光纤截止波长λC2 ③光缆制造长度的截止波长λC3 ④一个中继段的截止波长λC4。四种截止波长满足λC1＞λC2＞λC3＞λC4的关系。 5.基模的表示方法：精确矢量模 HE 11 和线性极化模01LP 。 6.全反射原理，临界角和最大可接收角的计算:最大可接收角：?≈-≈-=---2sin sin sin 1122211022211n n n n n n a θ（121/n n n -=?）。数值 孔径:?≈-= =2sin 122210n n n n NA a θ物理意义：NA 表示光纤接收和传输光的能力，NA （或a θ）越大，表示光纤接收光的能力越强，光源与光纤之间的耦合效率越高。 7.损耗特性定义、物理意义及计算，引起损耗的原因：L 公里长光纤的损耗公式：()0 lg 10P P A i =λ dB （i P ：光纤的输入功率（W ）；0P ：光纤的输出功率（W ）），光纤每公里损耗系数:()0lg 10P P L i = λα dB/km ；引起损耗的原因是吸收、散射 第二章 3、什么是光纤的数值孔径？在阶跃型光纤中，数值孔径为什么等于最大入射角的正弦？ 答：光纤捕捉光射线能力的物理量被定义为光纤的数值孔径。 在阶跃型光纤中，由于纤芯中的折射指数n1是不变的，因此纤芯中的各点数值孔径不随半径r变化，所以只要小雨最大入射角的所有射线均可被光捕捉。 4、什么是光纤的归一化频率？如何判断某种模式能否在光纤中传输？答：光纤的归一化频率使一个直接与光频率成正比的无量纲的重要参量，它仅仅决定于光纤的结构参数和波长，定义为它的平方为导波的径向归一化相位常数与导波的径向归一化衰减常数的平方和 对于阶跃型光纤，运用标量解的特征方程解出方程中的U（或W），从而确定传输常数β，分析其常数β，从而分析其传输特性。 9、什么是光纤的色散？色散的大小用什么来描述？色散的单位是什么？ 答：光纤中传送的信号是由不同的频率成分和不同的模式成分构成的，她们有不同的传输速度，将会引起脉冲波形的形状发生变化。从波形在实践上展宽的角度去理解，也就是光脉冲在光纤中传输，随着传输距离的加大，脉冲波形在时间上发生了展宽，这种现象称为光纤的色散。 10、什么是模式色散？材料色散？波导色散？ 答：模式色散：光纤中的不同模式，在同一波长下传输，各自的相位常数β不同所引起的色散。 材料色散：由于光纤材料本身的折射指数n和波长λ呈非线性关系，从而使光的传播速度随波长而变化所引起的色散。 波导色散：光纤中同一模式在不同的频率下传输时，其相位常数不同所引起的色散。 15、弱导波阶跃光纤纤芯和包层的折射指数分别为n1=1.5。、 n2=1.45，试计算： （1）纤芯和包层的相对折射指数差Δ （2）光纤的数值孔径NA 解：（1）因为是弱导波光纤，故可用公式： Δ≈（n1-n2）/n1 代入n1,n2得：Δ=0.0333 一、填空题（40分，每空1分） 1、光纤通信是光纤为传输媒质。以光波为载波的通信方式。 2、无源器件主要有光纤连接器、波分复用器、光调制器、光隔离器、光耦合器和光衰减器、光开关等。 3、单模光纤纤芯直径一般为 8~10um ，多模光纤纤芯直径为 50~80 um ，光纤包层直径一般为 125 um 。 4、光缆结构包括缆芯、铠装和护套。常用光缆有层绞式、骨架式、中心管式、带状式等结构。 5、光纤主要的传输特性是损耗和色散。 7、在光纤通信系统中，对光源的调制可分外调制和内调制两类。 8、掺铒光纤放大器应用方式有中继放大器、前置放大器和 后置放大器。 10、EDFA的泵浦结构方式有：a. 同向泵浦；b. ___反向泵浦____结构；c.双向泵浦结构。 11、SDH的主要复用步骤是映射、定位和复用。 12、光中继器实现方式有光-电-光形式中继放大器 和光放大器两种 1、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 2、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 4、在光纤通信系统中，EDFA以何种应用形式可以显著提高光接收机的灵敏度( A ) A.作前置放大器使用 B.作后置放大器使用 C.作功率放大器使用 D.作光中继器使用 5、STM－4每秒可传输的帧数是( D ) A.1000 B.2000 C.4000 D.8000 6、STM-N一帧的字节数是( C )。 A.2709 B.274N9 C.270N9 D.261N9 7、在光纤通信系统中，当需要保证在传输信道光的单向传输时，采用( B )。 A.光衰减器 B.光隔离器 C.光耦合器 D.光纤连接器 8、决定光纤通信中继距离的主要因素是( B ) A.光纤的型号 B.光纤的损耗和色散 C.光发射机的输出功率 D.光接收机的灵敏度 9、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 10、将光限制在有包层的光纤纤芯中的作用原理是（ B ） A.折射 B.在包层折射边界上的全内反射 C.纤芯—包层界面上的全内反射 D.光纤塑料涂覆层的反射 三、简答题（20分） 1、简述掺铒光纤放大器（EDFA）工作原理。（9分） 1、在掺铒光纤（EDF）中，铒离子有三个能级：基态E1、亚稳态E2和激发态E3。 当泵浦光的光子能级等于E3和E1的能量差时，铒离子吸收泵浦光的光能从基态跃迁到激发态，但激发态不稳定，电子很快返回到E2，若输入的信号光的光子能量等于E 2和E1之间能量差，则电子从E2跃迁到E1，产生受激辐射光，故光信号被放大。 2、光纤通信有哪些优点？（6分） 2、①传输衰减小，传输距离长。 ②频带宽，通信容量大。 ③抗电磁干扰，传输质量好。 ④体积小、重量轻、便于施工。 ⑤原材料丰富，节约有色金属，有利于环保 ⑥易碎不易接续。 3、什么叫光纤损耗？造成光纤损耗的原因是什么？（5分） 3、当光在光纤中传输时，随着传输距离的增加，光功率逐渐减小，这种现象即称为光纤的损耗。损耗一般用损耗系数α表示。 （dB/km）（3分） 损耗产生的主要原因是光纤材料的吸收、散射作用和光纤在使用过程中由于连接、弯曲而导致附加光功率损失。（2分）《光纤通信技术》模拟试题
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