光纖通信技術(shù)復(fù)習(xí)題答案

1、光纖通信復(fù)習(xí)光纖通信技術(shù)復(fù)習(xí)題一基本概念1什么樣的電磁波叫做“光”？目前的光纖通信用的是什么光？波長是多少？答：光是一種電磁波，光頻為 10E14HZ量級，波長為卩m量級。可見 光大約指0.4卩m 0.76卩m波長范圍的電磁波。光通信采用的波長0.85卩m、1.31 卩m和1.55卩m。即在電磁波近紅外區(qū)段。2光纖通信的特點？答：一、傳輸頻帶寬，通信容量大二、傳輸損耗低，中繼距離長三、不怕電磁干擾四、保密性好，無串音干擾五、光纖尺寸小 ,重量輕 ,利于敷設(shè)和運輸六、節(jié)約有色金屬和原材料七、抗腐蝕性能好3光纖的 NA 和 LNA 各是什么意義？什么是光線模式的分立性？答：入射最大角稱為孔徑角，其

2、正弦值稱為光纖的數(shù)值孔徑。數(shù)值孔 徑表示光纖采光能力的大小。在光纖端面上芯區(qū)各點處允許光線射入并形成導(dǎo)模的能力是不一樣的， 折射率越大的位置接收入射光的能力越強。 為了定量描述光纖端面各點位接受入 射光的能力，取各點位激發(fā)最高次導(dǎo)模的光線入射角度為局部孔徑角B'C (r),并定義角的正弦值為該點位的局部數(shù)值孔徑 LNA 。光是有一定波長的，將光線分解為沿軸向和徑向的兩個分量，傳輸光 波長入也被分為入Z和入r。沿徑向傳輸?shù)墓獠ǚ至渴窃谙鄬Φ男?包層界面間(有 限空間)往返傳輸， 根據(jù)波形可以穩(wěn)定存在的條件空間長度等于半波長的整 數(shù)倍，而空間長度已由光纖結(jié)構(gòu)所確定，所以徑向波長分量入r不能

3、隨意了，從而導(dǎo)致它們夾角不能隨意也即不能連續(xù)變化，即光線模式的分立性。4什么是光纖的色散？光纖的色散分為哪幾種？在單模光纖中有哪些色散？答：脈沖信號在光纖中傳輸時被展寬的現(xiàn)象叫光纖的色散。 分為模間色散和 模內(nèi)色散。 模內(nèi)色散又分為材料色散和波導(dǎo)色散。 多模光纖： 模式色散和材料色 散；單模光纖：材料色散和波導(dǎo)色散。5歸一化頻率 V 和截止頻率 VC 各如何定義？有何區(qū)別和聯(lián)系？ 答：歸一化頻率見書 28 頁，截止頻率見 27 頁。實際光纖中能夠傳輸?shù)膶?dǎo)模模式必須滿足 V>Vc 6什么是光纖的模式 ?簡并模？線性極化模？ 答：在光纖的數(shù)值孔徑角內(nèi)， 以某一角度射入光纖的端面， 并能在光

4、纖的纖芯包層界面上形成全內(nèi)反射的傳播光線稱為一個光的傳輸模 式。每種允許在光纖中傳輸?shù)奶囟ㄐ问降墓獠ǚQ為光纖的一個模式。 場型分布相同的模式稱為簡并模 （ 原始場型的圖案一樣，而模式并不 唯一。即一個原始場型并不唯一對應(yīng)一個模式 ）。將原始場型按照 “傳輸常數(shù)相近者合并” 的原則得到的場型， 或者是 把簡并模集中在一起。稱為線性極化模又叫線性偏振模。7什么是單模光纖？單模傳輸?shù)臈l件是什么？ 答：只允許傳輸一個基模的光纖為單模光纖。單模光纖傳輸條件為 0<V<2.4048。8什么是模耦合？什么 EMD ？ 答：模式之間的光功率轉(zhuǎn)換現(xiàn)象叫模耦合。 光纖不同模式所攜帶的光功率在傳輸過程中

5、可能發(fā)生相互轉(zhuǎn)換， 即較 低次模轉(zhuǎn)換為較高次模， 較高次?？赡苻D(zhuǎn)換為較低次模或更高次模， 甚至 轉(zhuǎn)換為輻射模而損失掉。原因：光纖的不完善。穩(wěn)態(tài) MPD 即 EMD ：光纖中各種模式所含功率的比例會在耦合過程 中趨向一種動態(tài)平衡。長途傳輸時光功率基本上是以 EMD 狀態(tài)傳輸?shù)模?所以光纖總的損耗系數(shù)應(yīng)該以 EMD 狀態(tài)為前提。9 什么是光纖的近場和遠(yuǎn)場？ 什么是模場直徑？ 什么是光纖的截止波 長？答：見書（45頁），單模光纖近場光強P（r）從最大值P（0）下降到P（O）/e 時所對應(yīng)的光斑直徑的大小叫模場直徑（ MFD ）。截至波長（書 34頁）光纖中只能傳導(dǎo)基模的最低工作波長。10 什么是光子

6、的自發(fā)輻射、受激吸收、受激輻射？ 見書 57 頁。11 什么是信號的抖動？抖動的性能參數(shù)有哪些？ 答：數(shù)字信號的各有效瞬間對于標(biāo)準(zhǔn)時間位置的偏差定義為抖動。 抖動包括兩個方面：（ 1）輸入信號脈沖在某一平均位置左右變化；（ 2）提取的時鐘信號在中心位置上的左右變化。 抖動的性能參數(shù) 輸入抖動容限系統(tǒng)容許輸入信號的最大抖動范圍。 輸出抖動系統(tǒng)輸出口的信號抖動特性。抖動轉(zhuǎn)移特性在不同的測試頻率下系統(tǒng)輸入信號的抖動值和輸出 信號的抖動值之比 （增益）的分布特性。12 滿注入和 LPS 注入條件是怎樣規(guī)定的？ 答：滿注入指光源經(jīng)一定的光學(xué)系統(tǒng)處理后， 在光纖端面上形成的入 射光斑直徑大于纖芯直徑， 而

7、且，入射光錐的光錐角大于光纖的數(shù)值孔徑 角。有限相位空間注入（LPS）規(guī)定入射光斑直徑和入射光錐的數(shù)值孔徑分別等于纖芯直徑和光纖 NA 的 70%，又稱 70/70 法則13 PDH 的基群速率？ SDH 的最低速率？PDH 有兩種基礎(chǔ)速率 :（1）1.544Mb/S,如美國、日本等；（2）2.048Mb/S ，如我國、歐洲各國，各次群之間的路數(shù)關(guān)系是 4倍遞 增,而速率關(guān)系大于 4 倍。將 PDH 和 SDH 在四次群上兼容互通,接口碼率定為 155.520Mb/S SDH 最基本速率等級是 STM-1 ,其速率為 155.520Mb/S。14 容器、虛容器、終端復(fù)用器和分插復(fù)用設(shè)備的作用？

8、 答：容器是具有一定格式的幀結(jié)構(gòu),用來接收相應(yīng)的速率等級的 PDH 信號,并進(jìn)行速率適配。虛容器是具有一定通信管理功能的基本信息結(jié)構(gòu),本身不在 SDH 中獨立地傳輸,只允許裝載在 STM-N 幀中傳輸。終端復(fù)用器,和分插復(fù)用設(shè)備見書 170頁。15 SDH 的分層結(jié)構(gòu)及各層的作用？見書 171 頁。二基本原理1 光在不同的界面上發(fā)生反射和折射的方向規(guī)律如何？發(fā)生全反射的條件是 什么？2 光在介質(zhì)中傳輸為什么會發(fā)生損耗？ 什么是散射？ 光被介質(zhì)吸收有幾種形 式？為什么“波長有選擇性”？答：因為光會發(fā)生散射和吸收。 吸收分為材料固有吸收（電子轉(zhuǎn)移的紫外吸收和 SIO2 紅外吸收）,雜質(zhì)吸收 （ O

9、H- 離子吸收,過渡金屬離子吸收） ,原子缺陷吸收。吸收過程的發(fā)生具有很強的選擇性, 例如電子吸收只能在光能量恰好等 于電子所能躍遷的能級差時才能發(fā)生。 因此決定了具體的光電材料具有一定的波 長響應(yīng)范圍, 各種微觀粒子吸收光子能量是按照本身的固有頻率進(jìn)行選擇的, 也 就是說,不同的微觀粒子只吸收特定波長的光子能量,3 光纖芯區(qū)折射率為什么比包層高？ 答：為了讓光線產(chǎn)生全反射而傳輸。4 光纖通信為什么向長波長、單模光纖方向發(fā)展？5 為何漸變型多模光纖的色散小？（為什么漸變型多模光纖具有自聚焦效 應(yīng)？） 答：因為光線傳播速度 v（r）=c/n（r）（c 為光速 ） ,入射角大的光線經(jīng)歷的路程 較長

10、,但大部分路程遠(yuǎn)離中心軸線, n（r） 較小, 傳播速度較快,補償了較長的 路程。入射角小的光線情況正相反，其路程較短，但速度較慢。所以這些光線的 時間延遲近似相等。6 光時域反射儀的測量原理？光時域反射儀的作用？7 無源光器件有哪些？作用分別是什么？ 有源：半導(dǎo)體激光器、發(fā)光二極管、光電二極管、光纖放大器等。 無源：光纖連接器，耦合器，合 /分路器，光開關(guān)、光衰減器和光隔離器。 光纖連接器：纖線路得以延長和方便地連通。耦合器：具有多個輸入端如多個輸出端的光纖匯接器件， 合/分路器：一個端口對 N 個端口的光纖匯接口，用于一路光信號分為 N 路，或 將 N 路合為一路。光衰減器： 使傳輸線路中

11、的光信號產(chǎn)生定量衰減的器件， 作用與電阻在電路中的 作用相似光開關(guān)：是使傳輸通路中的光信號發(fā)生通、斷或進(jìn)行光路切換。 光隔離器：在光源與活動連接器之間設(shè)置的阻止菲涅耳反射光返回光源，提高LD 穩(wěn)定性。光發(fā)射機光源所發(fā)生的信號光，通常是以活動器的形式耦合到光纖 線路中去的，活接頭處的光纖端面間隙會使約4%的反射光向著光源作用。8 為什么發(fā)光二極管的發(fā)射譜線寬、 發(fā)射角大，而半導(dǎo)體激光器的發(fā)射譜線窄、 發(fā)射角小？9 試分析光通過介質(zhì)時，在什么情況下， （ 1）光波被吸收；（2）光波被放大；（3）光波強度保持不變。10. 簡述LD和LED的工作原理見書 56 頁。11. 簡述 PIN 和 APD 管

12、的工作原理見書 98 頁12. 光發(fā)射機是由幾部分組成的？各部分的作用是什么？見書 53 頁和 55 頁13. 光接收機是由幾部分組成的？各部分的作用是什么？見書 53頁和 97 頁14. 輔助設(shè)備有哪些？作用是什么？ 答：監(jiān)控管理設(shè)備、公務(wù)通信設(shè)備、區(qū)間通信設(shè)備、自動倒換設(shè)備、告警處理設(shè)備、電源供給設(shè)備。監(jiān)控管理設(shè)備對光纖通信系統(tǒng)的各種設(shè)備的工作狀態(tài)和傳輸質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)視 控制。公務(wù)通信設(shè)備用于公務(wù)通信設(shè)備組織數(shù)字段內(nèi)和數(shù)字段間局站的線路維護(hù) 所用的業(yè)務(wù)通信聯(lián)絡(luò)。區(qū)間通信設(shè)備解決長途光纖通信中某個局部區(qū)域的通信問題 自動倒換設(shè)備按照指令程序控制將發(fā)生故障的主用系統(tǒng)自動或人工轉(zhuǎn)換到 備用系統(tǒng)。告警

13、處理設(shè)備解決運行過程中遇到的各種故障情況。電源供給設(shè)備對端局和中繼站提供所需的電力15 公務(wù)通信有幾種方式？區(qū)間通信主要解決什么問題？公務(wù)通信指維護(hù)人員對系統(tǒng)沿途各個局站進(jìn)行維護(hù)時所采用的業(yè)務(wù)聯(lián)系方式。 公務(wù)通信方式按其功能不同可分為選址呼叫、同線呼叫和分組呼叫，插入呼叫 區(qū)間通信指的是一條長途干線中間的某些局部區(qū)域內(nèi)相互之間所進(jìn)行的通信。16 光纖通信系統(tǒng)中的接口電路的作用是什么？ 連接光端機與電端機并進(jìn)行碼型變換。17 實用化的光纖通信系統(tǒng)是由哪些部分組成的？各部分的作用分別是什 么？三計算1 已知多模光纖的 =0.01, no=1.5，將此光纖端浸沒于水中（ n水 =1.33），求其在水

14、中的數(shù)值孔徑。2已知目前的單模光纖芯直徑為10卩m, =0.004, no=1.5,并為階躍分 布，若以0.63卩m波長的紅光注入，其中導(dǎo)模約有多少？若想實現(xiàn)單 模傳輸,芯經(jīng)應(yīng)作如何調(diào)整？3 某光纖損耗系數(shù)為2.5dB/km,長度為1.5km,輸入光功率為10卩W寸，輸出應(yīng)為多少？4 用脈沖展寬法測量某多模光纖鏈的帶寬，光纖鏈長10km輸入光脈沖FWH為3ns,輸出為5ns,求此光纖鏈的帶寬。若用這種光纖只傳5km, 帶寬可增大多少？5某PIN光電二極管，在入=0。8卩m時，平均每3個入射光子要產(chǎn)生 一電子空穴對 ,如果產(chǎn)生的所有電子均被收集起來,試計算：（1）器件的量子效率n;（2）其帶隙能

15、量的最大可能值為多少？（3）當(dāng)接受光功率為 10 -2W 時，其平均輸出光電流為多少？（4）光電探測器的響應(yīng)度 R0可用R0= n *e 0/hf表示，由上面已知條件計 算此時 R0 =？6已知某光纖通信系統(tǒng)的發(fā)射機的發(fā)射功率為-7dBm,接受機靈敏度為-34dBm動態(tài)范圍為6dB,光纖線路總損耗為25dB,問系統(tǒng)能否正常 工作？若發(fā)射光功率降低5dB或增加4dB,又當(dāng)如何？ （ BER=10°,不 考慮系統(tǒng)富裕度）。7. 某光源發(fā)出全“1”碼時的功率為800卩W，全“0”碼時的功率為50 卩W，若信號為偽隨機碼序列（NRZ碼），問光源輸出平均功率和消 光比各為多少？8. 某工程采用單模光纖組成4*139.264Mb/s 長途系統(tǒng)，其中光源為SLM-LD,波長為 1.551 卩 m, 入=1 nm, PS=-3dBm, R=-33dBm, （BER=10f）, A=0.04dB/km，人=0.4dB/ 個，碼型為 5B6B MC=0.1dB/km,M=3dB, P°=1dB,若中繼段長度為45km,問應(yīng)采用怎么樣性能的光纖（包 括損耗系數(shù)和色散系數(shù) ）.9. 某長途系統(tǒng)的各部分參數(shù)如下表所示 , 請對系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)算 , 并確定出一個合適的中繼距離范圍，指