光纖通信簡(jiǎn)答

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上1、光纖通信的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？?jī)?yōu)點(diǎn):通信容量大；中繼距離長(zhǎng)；抗電磁干擾；傳輸誤碼率低；適應(yīng)能力強(qiáng)；保密性好；使用壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)：有些光器件比較昂貴；光纖的機(jī)械強(qiáng)度差；不能傳送電力。2、光纖通信系統(tǒng)有哪幾部分組成？簡(jiǎn)述各部分作用。光纖通信由光發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和光纖三個(gè)部分組成。發(fā)射機(jī)又分為電發(fā)射機(jī)和光發(fā)射機(jī)，相應(yīng)的，接收機(jī)也分為光接收機(jī)和電接收機(jī)。電發(fā)射機(jī)的作用是將信源發(fā)出的基帶信號(hào)變換為適合于信道傳輸?shù)碾娦盘?hào)，包括多路復(fù)接、碼型變換等；光發(fā)射機(jī)的作用是把輸入電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并用耦合技術(shù)把光信號(hào)最大限度的注入光纖線路。光纖線路把來(lái)自于光發(fā)射機(jī)的光信號(hào)以盡可能小的畸變和衰減

2、傳輸?shù)焦饨邮諜C(jī)。光接收機(jī)把從光纖線路輸出的產(chǎn)生畸變和衰減的微弱光信號(hào)還原為電信號(hào)。電接收機(jī)的作用一是放大，而是完成與電發(fā)射機(jī)相反的變換，包括碼型反變換和多路分接等。3、目前光纖通信為什么采用以下三個(gè)工作波長(zhǎng)：1=0.85m，2=1.31m，3=1.55m？答：1=0.85m，2=1.31m，3=1.55m附近是光纖損耗較小或最小的波長(zhǎng)“窗口”，相應(yīng)的損耗分別為23dB/km、0.5dB/km、0.2dB/km，而且在這些波段前有成熟的光器件。4、光纖通信為什么向長(zhǎng)波長(zhǎng)、單模光纖方向發(fā)展？答：長(zhǎng)波長(zhǎng)、單模光纖比短波多模光纖具有更好的傳輸特性。（1） 單模光纖沒(méi)有模式色散，不同成分光經(jīng)過(guò)單模光纖的

3、傳播時(shí)間不同的程度顯著小于經(jīng)過(guò)多模光纖時(shí)不同的程度。（2）有光纖損耗和波長(zhǎng)的關(guān)系曲線知，隨著波長(zhǎng)增大，損耗呈下降趨勢(shì)，且在1.55m處有最低損耗值：而且1.13m和1.55m處的色散很小。故目前長(zhǎng)距離光纖通信一般都工作在1.55m。5、光纖色散產(chǎn)生的原因及其危害是什么？答：光纖色散是由光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)的不同成分的光的傳播時(shí)間不同而產(chǎn)生的。危害：若信號(hào)是模擬調(diào)制的，色散將限制帶寬；若信號(hào)是數(shù)字脈沖，色散將使脈沖展寬，限制系統(tǒng)傳輸速率。6.光纖損耗產(chǎn)生的原因及其危害是什么？答：光纖損耗包括吸收損耗和散射損耗。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

4、度不均勻引起的瑞利散射和光纖結(jié)構(gòu)缺陷引起的散射產(chǎn)生的。危害：光纖損耗使系統(tǒng)的傳輸距離受到了限制，大損耗不利于長(zhǎng)距離光纖通信。7、半導(dǎo)體激光器（LD）有哪些特性？答：LD的主要特性有：（1） 發(fā)射波長(zhǎng)和光譜特性：發(fā)射波長(zhǎng)=1.24/Eg；激光震蕩可能存在多種模式（多縱模），即在多個(gè)波長(zhǎng)上滿足激光振蕩的相位條件，表現(xiàn)為光譜包含多條譜線。而且隨著調(diào)制電流的增大，光譜變寬。譜特性變壞。（2） 激光束空間分布特性：遠(yuǎn)場(chǎng)光束橫截面呈橢圓形。（3） 轉(zhuǎn)換效率和輸出功率特性：d=pI*ehf， P=Pth+dhfe（I-Ith）（4） 頻率特性：在接近馳張頻率fr處，數(shù)字調(diào)制要產(chǎn)生弛張振蕩，模擬調(diào)制要產(chǎn)生非線

5、性失真。（5） 溫度特性：Ith=I0*exp（T/T0）8、比較半導(dǎo)體激光器（TD）和發(fā)光二極管（LED）的異同。答：工作原理不同，LD發(fā)射的是受激輻射光，TED發(fā)射的是自發(fā)輻射光。LED不需要光學(xué)諧振腔，而LD需要。和LD相比，LED輸出光功率較小，光譜較寬，調(diào)制頻率較低。但發(fā)光二極管性能穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)，輸出功率線性范圍寬，而且制造工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。所以，LED的主要應(yīng)用場(chǎng)合是小容量（窄帶）短距離通信系統(tǒng)；而LD主要應(yīng)用于長(zhǎng)距離大容量（寬帶）通信系統(tǒng)。 LED和LD相同之處：使用的半導(dǎo)體材料相同、結(jié)構(gòu)相似，LED和LD大多采用雙異質(zhì)結(jié)（DH）結(jié)構(gòu)，把有源層夾在P型和N型限制層中間。9、光與

6、物質(zhì)間的互作用過(guò)程有哪些？答：光與物質(zhì)間的三種互作用包括受激吸收、自發(fā)輻射和受激輻射。（1）受激吸收。在正常狀態(tài)下，電子處于低能級(jí)E1，在入射光作用下，它會(huì)吸收光子的能量躍遷到高能級(jí)E2上，這種躍遷稱為受激吸收。（2）自發(fā)輻射。在高能級(jí)E2的電子是不穩(wěn)定的，即使沒(méi)有外界的作用，也會(huì)自動(dòng)地躍遷到低能級(jí)E1上與空穴復(fù)合，釋放的能量轉(zhuǎn)換為光子輻射出去，這種躍遷稱為自發(fā)輻射。（3）受激輻射。在高能級(jí)E2的電子，受到入射光的作用，被迫躍遷到低能級(jí)E1上與空穴復(fù)合，釋放的能量產(chǎn)生光輻射，這種躍遷稱為受激輻射。10、什么是粒子反轉(zhuǎn)數(shù)？什么情況下能實(shí)現(xiàn)光放大？答：假設(shè)能級(jí)E1和E2上的粒子數(shù)分別為N1和N2，

7、在正常的熱平衡狀態(tài)下，低能級(jí)E1上的粒子數(shù)N1是大于高能級(jí)E2上的粒子數(shù)N2的，入射的光信號(hào)總是被吸收，為了獲得光信號(hào)的放大，必須將熱平衡下的能級(jí)E1和E2上的粒子數(shù)N1和N2的分布關(guān)系倒過(guò)來(lái)，即高能級(jí)上的粒子數(shù)反而多于低能級(jí)上的粒子數(shù)，這就是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。當(dāng)光通過(guò)離子數(shù)反轉(zhuǎn)分布激活物質(zhì)時(shí)，將產(chǎn)生光放大。11、什么事激光器的閾值條件？答：對(duì)于給定的器件，產(chǎn)生激光輸出的條件就是閾值條件。在閾值條件上，器件已經(jīng)不是放大器，而是一個(gè)振蕩器或激光器。12、什么是雪崩倍增效應(yīng)？答：雪崩光電二極管工作時(shí)外加高反向偏壓（約100150V），在PN結(jié)內(nèi)部形成一高電廠區(qū)，入射光功率產(chǎn)生的電子空穴對(duì)經(jīng)過(guò)高電場(chǎng)區(qū)

8、時(shí)不斷被加速而獲得很高的能量，這些高能量的電子或空穴對(duì)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與價(jià)帶中的束縛電子碰撞，使晶格中的原子電離，產(chǎn)生新的電子空穴對(duì)，新的電子空穴對(duì)受到同樣加速運(yùn)動(dòng)，又與原子碰撞電離，產(chǎn)生電子空穴對(duì)，稱為二次電子空穴對(duì)。如此重復(fù)，使載流子和反向光生電流迅速增大，這個(gè)物理過(guò)程稱為雪崩倍增效應(yīng)。13、光檢測(cè)過(guò)程中都有哪些噪聲？答：光檢測(cè)器的噪聲主要包括由光生信號(hào)電流和暗電流產(chǎn)生的散粒噪聲以及負(fù)載電阻產(chǎn)生的熱噪聲。熱噪聲主要來(lái)源于電阻內(nèi)部載流子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)。散粒噪聲源于光子的吸收或者光生載流子的產(chǎn)生，具有隨機(jī)起伏的特性。（光生信號(hào)電流產(chǎn)生的散粒噪聲，稱為量子噪聲，這種噪聲的功率與信號(hào)電流成正比，因此不可

9、能通過(guò)增加信號(hào)光功率提高信噪比。在沒(méi)有外界入射光的作用下，光檢測(cè)器中仍然存在少量載流子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，從而形成很弱的散粒噪聲，稱為暗電流噪聲。所以在有信號(hào)光功率作用的時(shí)間內(nèi)，主要考慮量子噪聲和熱噪聲；而在沒(méi)有信號(hào)光的期間，主要考慮暗電流噪聲和熱噪聲。）14、激光器（LD）產(chǎn)生弛張振蕩和自脈動(dòng)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)象的產(chǎn)生？答：當(dāng)電流脈沖注入激光器后，輸出光脈沖出現(xiàn)幅度逐漸衰減的振蕩，稱為弛張振蕩，弛張振蕩的后果是限制調(diào)制速率。當(dāng)最高調(diào)制速率接近弛張振蕩頻率時(shí)，波形失真嚴(yán)重，會(huì)使光接收機(jī)在抽樣判決時(shí)增加誤碼率，因此實(shí)際中最高調(diào)制頻率應(yīng)低于弛張振蕩頻率。某些激光器在脈沖調(diào)

10、制甚至是直流驅(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)頻率可達(dá)2GHz，嚴(yán)重影響LD的高速調(diào)制特性。15、LD為什么能夠產(chǎn)生碼型效應(yīng)？其危害及消除辦法是什么？答：半導(dǎo)體激光器在高速脈沖調(diào)制下，輸出光脈沖和輸入電流脈沖之間存在一個(gè)初始延遲時(shí)間，稱為光電延遲時(shí)間。當(dāng)光電延遲時(shí)間與數(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(guò)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“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(zhǎng)的連“0”碼后出現(xiàn)“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

11、種效應(yīng)越明顯。碼型效應(yīng)的消除方法是用適當(dāng)?shù)摹边^(guò)調(diào)制”補(bǔ)償方法。16、在LD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)際上是控制LD的那幾個(gè)參數(shù)？答：在LD驅(qū)動(dòng)電路里，設(shè)置功率自動(dòng)控制電路APC是為了調(diào)節(jié)LD的偏流，使輸出光功率穩(wěn)定。功率自動(dòng)控制實(shí)際是控制LD的偏置電流、輸出光功率、激光器背向光平均功率。17、在數(shù)字光接收機(jī)中，為什么要設(shè)置AGC電路？答：自動(dòng)增益控制（AGC）使光接收機(jī)具有較寬的動(dòng)態(tài)范圍，以保證在入射光強(qiáng)度變化時(shí)輸出電流基本恒定。由于使用條件不同，輸入光接收機(jī)的光信號(hào)大小會(huì)發(fā)生變化，為實(shí)現(xiàn)寬動(dòng)態(tài)范圍，采用AGC是十分有必要的。AGC一般采用接收信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)（

12、一般設(shè)在放大器輸出端）及直流運(yùn)算放大器構(gòu)成的反饋控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于APD光接收機(jī)，AGC控制光檢測(cè)器的偏壓和放大器的增益；對(duì)于PIN光接收機(jī)，AGC只控制放大器的增益。18、數(shù)字光接收機(jī)量子極限的含義是什么？答：光接收機(jī)可能達(dá)到的最高靈敏度，這個(gè)極限值是由量子噪聲決定的，所以稱為量子極限。19、光接收機(jī)中有哪些噪聲？答：光接收機(jī)中主要有兩種噪聲：（1） 光檢測(cè)器的噪聲，包括量子噪聲、暗電流噪聲及由APD的雪崩效應(yīng)產(chǎn)生的附加噪聲。這是一種散粒噪聲，由光子產(chǎn)生光生電流過(guò)程的隨機(jī)性所引起，即使輸入信號(hào)光功率恒定時(shí)也存在。（2） 熱噪聲級(jí)前置放大器的噪聲。熱噪聲是在特定溫度下由電子的熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，任何

13、工作于絕對(duì)零度以上的器件都是存在的；前置放大器的噪聲，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)也是一種散粒噪聲，由電域的載流子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)引起的。20、光纖通信中常用的線路碼型有哪些？答：光纖通信中常用的線路碼型有擾碼、mBnB碼和插入碼。21、光發(fā)射機(jī)中外調(diào)制方式用哪些類型？?jī)?nèi)調(diào)制和外調(diào)制各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：外調(diào)制有電折射調(diào)制器、電吸收MQW調(diào)制器和M-Z干涉型調(diào)制器。內(nèi)調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、易實(shí)現(xiàn)，適用于半導(dǎo)體激光器LD和發(fā)光二極管LED；缺點(diǎn)是帶來(lái)了輸出光脈沖的相位抖動(dòng)（即啁啾效應(yīng)），使光纖的色散增加，限制了容量的提高。外調(diào)制的有點(diǎn)事可以減少啁啾，不但可以實(shí)現(xiàn)OOK方案，也可以實(shí)現(xiàn)ASK、FSK、PSK等調(diào)制方案；缺點(diǎn)

14、是成本高，不易實(shí)現(xiàn)。22、為什么要引入SDH？答：SDH解決了PDH存在的問(wèn)題，是一種比較完善的傳輸體制，現(xiàn)已得到了大量的應(yīng)用。這種傳輸體制不僅適用于光纖信道，也適用于微波和衛(wèi)星干線傳輸。23、SDH的特點(diǎn)有哪些？SDH幀中AUPTR表示什么？它有何作用?答：與PDH相比，SDH具有下列特點(diǎn)：參見(jiàn)23中（2）SDH幀中的AUPTR指的是管理單元指針，它是一種指示符。主要用于指示載荷包絡(luò)的第一個(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）。24、簡(jiǎn)述PDH和SDH的特點(diǎn)。答：（1）PDH的特點(diǎn)：PDH的高次群是異步復(fù)接，每次復(fù)接要進(jìn)行一次碼速調(diào)整，使得復(fù)用結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，缺乏靈活性；沒(méi)有統(tǒng)一的光

15、接口；PDH預(yù)留的插入比特較少，無(wú)法適應(yīng)新一代網(wǎng)絡(luò)的要求；PDH沒(méi)有考慮組網(wǎng)要求，缺少保證可靠性和抗毀性的措施。（2）SDH的特點(diǎn)：SDH有一套世界上統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率等級(jí)結(jié)構(gòu)；SDH的幀結(jié)構(gòu)是矩形塊狀結(jié)構(gòu)，低速率支路的分布規(guī)律性極強(qiáng)，使得上下話路變得極為簡(jiǎn)單；SDH幀結(jié)構(gòu)中擁有豐富的開(kāi)銷比特，用于不同層次的OAM，預(yù)留的備用字節(jié)可以進(jìn)一步滿足網(wǎng)絡(luò)管理和智能網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需求；SDH具有統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)接口節(jié)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)光路上的互通；SDH采用同步和靈活的復(fù)用方式，便于網(wǎng)絡(luò)調(diào)度；SDH可以承載現(xiàn)有的TDM業(yè)務(wù)，也可以支持ATM和IP等異步業(yè)務(wù)。25、EDFA工作原理是什么？有哪些應(yīng)用方式？答：摻鉺光纖放

16、大器（EDFA）的工作原理：在摻鉺光纖（EDF）中，鉺離子有三個(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)。但是，激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的，鉺離子很快返回到能級(jí)2.如果輸入的信號(hào)光的能量等于能級(jí)2和能級(jí)1的能量差，則處于能級(jí)2的鉺離子將躍遷到基態(tài)，產(chǎn)生受激輻射光，因而信號(hào)光得到放大。由此可見(jiàn)，這種放大是由于泵浦光的能量轉(zhuǎn)換為信號(hào)光能量的結(jié)果。為提高放大器增益，應(yīng)提高對(duì)泵浦光的吸收，使基態(tài)鉺離子盡可能躍遷到激發(fā)態(tài)。 EDFA的應(yīng)用，歸納起來(lái)可以分為三種形式：（1） 中繼放大器。（在光纖線路上每隔一定距離設(shè)置一個(gè)光纖放大器，以延長(zhǎng)傳輸距離。）（2） 前置放大器。（此放大器至于光接收機(jī)前面，放大非常微弱的光信號(hào)，以改善接收靈敏度。作為前置放大器，要求噪聲系數(shù)盡量小。）（3） 后置放大器。（此放大器置于光發(fā)射機(jī)后面，以提高發(fā)射光功率。）26、對(duì)于980nm泵浦和1480nm泵浦的EDFA，哪一種泵浦方式的功率轉(zhuǎn)換效率高？哪一種泵浦的噪聲系數(shù)小？為什么？答：980nm泵浦方式的功率轉(zhuǎn)換