光纖通信重點考點_第1頁
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文檔簡介

1、典型例題STM-1光幀的結(jié)構(gòu)包含哪幾部分?傳輸速率是如何定義的?激光是通過什么產(chǎn)生的(C)受激輻射多模光纖:纖芯內(nèi)傳輸多個模式的光波,纖芯直徑較大(50Dm左右),適用于中容量、中距離通信。光纖的單模工作條件為0<V<2.4048多模工作條件為V>2.40482.單模光纖:纖芯內(nèi)只傳輸一個最低模式的光波,纖芯直徑很?。◣讉€微米),適用于大容量、長距離通信。受激吸收:在外來入射光的作用下,處在低能級上的電子可以吸收入射光子的能量而躍遷到高能級上。數(shù)值孔徑:入射到光纖端面的光線并不能全部被光纖所傳輸,只是在光纖端面臨界入射角范圍內(nèi)的入射光可以在光纖內(nèi)傳輸,取這個角度的正弦值稱為數(shù)

2、值孔徑。1. 光纖通信是以(A)為載體,光纖為傳輸媒體的通信方式。A.光波B.電信號C.微波D.衛(wèi)星2. 要使光纖導(dǎo)光必須使(B)A.纖芯折射率小于包層折射率B.纖芯折射率大于包層折射率C.纖芯折射率是漸變的D.纖芯折射率是均勻的3. (D)是把光信號變?yōu)殡娦盘柕钠骷嗀.激光器B.發(fā)光二極管C.光源D.光檢測器4.SDH傳輸網(wǎng)最基本的同步傳送模塊是STM-1,其信號速率為(A)kbit/soA.155520B.622080C.2488320D.99532805. CCITT于(C)年接受了SONET概念,并重新命名為SDH。A、1985B、1970C、1988D、19906摻鉺光纖放大器(ED

3、FA)的工作波長為(B)nm波段。A.1310B.1550C.1510D.8507. 發(fā)光二極管發(fā)出的光是非相干光,它的基本原理是(B)oA.受激吸收B.自發(fā)輻射C.受激輻射D.自發(fā)吸收8. 光纖通信指的是(B)A.以電波作載波、以光纖為傳輸媒介的通信方式B.以光波作載波、以光纖為傳輸媒介的通信方式C.以光波作載波、以電纜為傳輸媒介的通信方式9. 弱導(dǎo)光纖中纖芯折射率n1和包層折射率n2的關(guān)系是(A)A.n1=n2B.n1=n2C.n1>>n2D.n1«n210. 決定光纖通信中繼距離的主要因素是(B)A.光纖的型號B.光纖的損耗和傳輸帶寬C.光發(fā)射機的輸出功率D.光接收

4、機的靈敏度11. 光纖單模傳輸條件,歸一化頻率V應(yīng)滿足(B)A.V>2.405B.V<2.405C.V>3.832D.V<3.83212. 光纖包層需要滿足的基本要求是(A)A.為了產(chǎn)生全反射,包層折射率必須比纖芯低B.包層不能透光,防止光的泄漏C.必須是塑料,使得光纖柔軟D.包層折射率必須比空氣低13. 在激光器中,光的放大是通過(A)A.粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的激活物質(zhì)來實現(xiàn)的B.光學(xué)諧振腔來實現(xiàn)的C.泵浦光源來實現(xiàn)的D.外加直流來實現(xiàn)的14.STM-64信號的碼速率為(D)A.155.520Mb/sB.622.080Mb/sC.2488.320Mb/sD.9953.280

5、Mb/s15. 數(shù)字光接收機的靈敏度Pr=100微瓦,則為(A)dBm。A.-10B.10C.-20D.-3016. 光纖的數(shù)值孔徑與(C)有關(guān)。A.纖芯的直徑B.包層的直徑C.相對折射指數(shù)差D.光的工作波長17. EDFA中將光信號和泵浦光混合起來送入摻鉺光纖中的器件是(B)A.光濾波器B.光耦合器C.光環(huán)形器D.光隔離器18.STM-1的幀結(jié)構(gòu)中,AU指針區(qū)域的位置是在(D)A.第4列,13行B.第4列,19行C.13列,第4行D.19列,第4行19.摻鉺光纖放大器的工作波長所處范圍是(D)A.0.85pm0.87pmB.1.31pm1.35pmC.1.45pm1.55pmD.1.53pm

6、1.56pm20.SDH傳輸網(wǎng)最基本的同步傳送模塊是STM-1,其信號速率為(A)kbit/soA、155520B、622080C、2488320D、995328021.STM-4每秒可傳輸?shù)膸瑪?shù)是(D)A.1000B.2000C.4000D.80006、STM-N-幀的字節(jié)數(shù)是(CA.270X9B.274XNX?C.270XNX9D.261XNX91、NA表示光纖接受和傳輸光的能力,NA越大,光纖接收光的能力越強。(V)2、采用雪崩光電二極管(APD)的要求是有較高的偏置電壓和復(fù)雜的溫度補償電路O(V)6、幀結(jié)構(gòu)是由段開銷和有效信息載荷組成的。(X)10. 段開銷分為SOH和LOH,前者占前

7、3行,后者占59行。(V)1. 今后光纖通信的發(fā)展主方向是_擴大通信容量、延長中繼距離2. LD屬于受激發(fā)射發(fā)光,而LED屬于自發(fā)輻射發(fā)光。3. SDH傳輸系統(tǒng)每秒傳送8000幀STM-16幀,則該系統(tǒng)的傳送速率為2.488Gbit/s(或2488.32Mbit/s)O4. 在SDH網(wǎng)中,為了網(wǎng)絡(luò)的OAM,在SDH的幀結(jié)構(gòu)中設(shè)置了段開銷和通道開銷(或路開銷)O5. EDFA不能_(能/不能)對1.3pm的光信號進行放大。6. 摻鉺光纖放大器EDFA的應(yīng)用方式有三種,即中繼放大器、前置放大器和線路放大器。7. 光纖可分為單模光纖和多模光纖,其中多模光纖又可以分為突變型多模光纖和漸變型多模光纖8.

8、 光和物質(zhì)相互作用時,存在的三種基本躍遷過程是受激吸收、受激輻射和自發(fā)輻射9. 數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)的兩種傳輸體制為PDH和SDHO10.1966年7月,英籍華人(高錕)博士從理論上分析證明了用光纖作為傳輸介質(zhì)以實現(xiàn)光通信的可能性11. 光在光纖中傳輸是利用光的(折射)原理。12. 數(shù)值孔徑越大,光纖接收光線的能力就越(強),光纖與光源之間的耦合效率就越(高)13. 光纖通信系統(tǒng)中最常用的光檢測器有:(PIN光電二極管;雪崩光電二極管)14. 光纜由纜芯、(加強元件(或加強芯)和外護層組成。15. 按光纖傳導(dǎo)模數(shù)量光纖可分為多模光纖和(單模光纖)。16. V是光纖中的重要結(jié)構(gòu)參量,稱為歸一化頻率,

9、其定義式為。17. 數(shù)值孔徑表示光纖的集光能力,其公式為。18. 光纖通信中最常用的光源為半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管。19. STM-1是SDH中的基本同步傳輸模塊,其標(biāo)準(zhǔn)速率為:155.520Mbit/s。20. 光纖單模傳輸時,其歸一化頻率應(yīng)小于等于2.405。21. SDH的STM-N是塊狀幀結(jié)構(gòu),有9行,270小列。22. 光纖由纖芯、包層和涂覆層3部分組成。1. 光纖通信系統(tǒng)由哪幾部分組成?簡述各部分作用。P218(1-2)答:光纖通信系統(tǒng)由發(fā)射機、接收機和光纖線路三個部分組成。發(fā)射機又分為電發(fā)射機和光發(fā)射機。相應(yīng)地,接收機也分為光接收機和電接收機。電發(fā)射機的作用是將信(息)源輸出的基

10、帶電信號變換為適合于信道傳輸?shù)碾娦盘?,包括多路?fù)接、碼型變換等:光發(fā)射機的作用是把輸入電信號轉(zhuǎn)換為光信號,并用耦合技術(shù)把光信號最大限度地注入光纖線路。光發(fā)射機由光源、驅(qū)動器、調(diào)制器組成,光源是光發(fā)射機的核心。光發(fā)射機的性能基本取決于光源的特性;光源的輸出是光的載波信號,調(diào)制器讓攜帶信息的電信號去改變光載波的某一參數(shù)(如光的強度)。光纖線路把來自于光發(fā)射機的光信號,以盡可能小的畸變(失真)和衰減傳輸?shù)焦饨邮諜C。光纖線路由光纖、光纖接頭和光纖連接器組成。光纖是光纖線路的主體,接頭和連接器是不可缺少的器件。光接收機把從光纖線路輸出的產(chǎn)生畸變和衰減的微弱光信號還原為電信號。光接收機的功能主要由光檢測器

11、完成,光檢測器是光接收機的核心。電接收機的作用一是放大,二是完成與電發(fā)射機相反的變換,包括碼型反變換和多路分接等。2. 比較半導(dǎo)體激光器(LD)和發(fā)光二極管(LED)的異同。P229(3-4)答LD和LED的不同之處:工作原理不同,LD發(fā)射的是受激輻射光,LED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相比丄ED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,輸出功率線性范圍寬,而且制造工藝簡單,價格低廉。所以,LED的主要應(yīng)用場合是小容量(窄帶)短距離通信系統(tǒng);而LD主要應(yīng)用于長距離大容量(寬帶)通信系統(tǒng)。LD和LED的相同之處:使用的半導(dǎo)體材料相同

12、、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型限制層之間。3. 光與物質(zhì)間的相互作用過程有哪些?并分別解釋其含義。P234(3-19)答:光與物質(zhì)之間的三種相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E1,在入射光作用下,它會吸收光子的能量躍遷到高能級E2上,這種躍遷稱為受激吸收。自發(fā)輻射。在高能級E2的電子是不穩(wěn)定的,即使沒有外界的作用,也會自動地躍遷到低能級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E2的電子,受到入射光的作用,被迫躍遷到低能級E1上與空穴復(fù)合,釋放的

13、能量產(chǎn)生光輻射,這種躍遷稱為受激輻射。4. 按照纖芯剖面折射率分布不同,光纖可分為哪兩種形式?解釋其含義。階躍折射率光纖和漸變型多模光纖。5. 光纖通信的優(yōu)點(6點)?答:容許頻帶很寬,傳輸容量很大;損耗很小,中繼距離很長且誤碼率很小;重量輕、體積小;抗電磁干擾性能好;泄漏小,保密性能好;節(jié)約金屬材料,有利于資源合理使用。L一階躍折射率光纖的相對折射率刼=0.00乩111-1.5,當(dāng)液氏分別再0.85"皿1.31Pm、1.55pm時*要實現(xiàn)單模件輸纖芯半徑el應(yīng)小于多少?P222(.2-10)解由單模傳輸?shù)臈l件卩=弩厲52.403推導(dǎo)出2.405xA盤</2;rJ叫*_叫2.4

14、05x22.405x0.85x10"一一軒2-x0J5a<»-_-=2.1同理,當(dāng)2=1.31/臚時+<3343/pm;當(dāng)2=1.55m時*a<3.955/>2、若一個565Mbit/s單模光纜傳輸.戀其系統(tǒng)總體要求如下:光纖通信.系統(tǒng)光纖損耗為(Md田km,光好接頭損耗為O.ldB/km,光源的入纖功率為-2.5dbinf接收機靈敏度為-37dbm-線路碼型5B6B,傳輸速率為677990kbiVs,光源采用MLM-LD,光源譜寬為21U11,光殲的色散系數(shù)2.5ps/(kmirni),e光通道功率參數(shù)取0.1L5.設(shè)計中取光功率代價為1肌光連接器

15、衰減為ldb,光纖富余度為(Mdb'kui,設(shè)備富余度為S.Sdb.試求,系統(tǒng)的最衣中繼距離m解:衰減的影響L=(PrPE-2Ac-PP-Mey(AfH-As-McH-5+37-2-1-5.5)/(0.4+0,1+0)=43.3kni)色散的彭響LDK:exlOfi)/(BxA功=(0小01滬)艇77,99減乜=33.9km由上述計算可以看出,中繼段距離只能小于33.9km,對于大于33.9km的線段,可采取加接轉(zhuǎn)站的方法解決“設(shè)光纖的纖芯折射率nll,500,包層折射率02=1,485.求:1)相對折射率弄也;<2)數(shù)值孔徑NA;C3)入射臨界角自max.s口+T%乩1.500

16、-14S5解:1相對折射率差A(yù):A=0.01rt|1.?00數(shù)值扎徑NA:NA-V2A-1,5002x0,01-0-21【計篦題】C3)入射臨界角日max:閔込-sin(ArJ)-sitrO1)_12.12理論指岀,LD的縱模頻率間隔Af=,其中訂是諧振腔內(nèi)半導(dǎo)體材料的折肘率,L是諧振腔長度-若某一&砧激光一一極管的A=S50nm+L=0.5mmtn=3.7h試求該激光器的縱模液長間隔。皓;2尸Q852.Aa=V=:=0.195xio_?urn=0.19511111c2也2x3.7x500以單模光纖通信系統(tǒng)為例計算中繼距離設(shè)系統(tǒng)平均發(fā)射功率Pt=dBm,接收靈敏度-=-42dBm,沒備

17、余量Me=3dB,連接器損«f=03dB/對,光纖損耗系數(shù)oy=0.35dB/kms光纖線路損耗>am=0.1dB/km,光纖平均接頭損耗a?=0.03dBAmc計算中繼距離和傳輸速率。片-卩宀業(yè)-_年2-a/xu.呂呂74(km)解:中泄距離丄L=af+am+as設(shè)線路碼型為5B6B3線路嗎速=14OX(6/5)=16BMb/s»|CoI=3J0ps/Cnm恤人毋=2,She<r£X1060.115X106得到中繼距離:L-0.35+0.03+0,1Fgg伽曲嗨廣9Ckm)在_程設(shè)計中屮淮距離應(yīng)74km.在本例中申繼距離左要受損耗限制:FhC016S

18、X3.5X365"km)則此時中堆距離主要愛色散限制.中繼距離應(yīng)定為65km.但杲如果假設(shè)(nm*km:cc(=3nmt而其他參數(shù)不變'T£X10fi0.115X106得到中繼距離L-知識點第一章概論1、誰提出了現(xiàn)代光纖通信?【高錕&霍克哈姆】2、光纖通信用的是【近紅外光】(波長約1pm,頻率約300THZ)3、光纖是由絕緣的【石英(SiO2)】材料制成的。4、【簡答題】光纖通信的優(yōu)點(6點)?答:容許頻帶很寬,傳輸容量很大;損耗很小,中繼距離很長且誤碼率很小;重量輕、體積?。豢闺姶鸥蓴_性能好;泄漏小,保密性能好;節(jié)約金屬材料,有利于資源合理使用。第二章光纖

19、和光纜1、光纖是由中心的纖芯和外圍的包層同軸組成的圓柱形細絲。纖芯的折射率比包層稍高,損耗比包層更低,光能量主要在纖芯內(nèi)傳輸。2、光纖結(jié)構(gòu):(由內(nèi)到外)纖芯,包層,涂覆層。作用:纖芯:光能量傳輸?shù)耐ǖ溃?包層:為光的傳輸提供反射面和光隔離以及機械保護作用; 涂覆層:保護光纖不受水汽的侵蝕和機械擦傷。一般為硅橡膠材料或聚丙乙烯。3、光纖分類:按光纖的制造材料不同分類:石英光纖和塑料光纖; 按光纖的折射率分布不同分類:階躍型光纖和漸變型光纖; 按光纖傳播模式分類:多模光纖(MMF)和單模光纖(SMF);模式:光纖可以看成是導(dǎo)引電磁能量沿光纖長度方向傳播的光波導(dǎo),被導(dǎo)電磁波稱為導(dǎo)波模式。多模光纖:當(dāng)

20、纖芯遠大于光波波長(約1um)時,傳輸會存在多個傳輸模式,光纖稱為多模光纖。4、光纖類型:突變型多模光纖(多模階躍折射率光纖);纖芯直徑2a=5080tjm,光線以折線形狀沿纖芯中心軸線方向傳播,特點是信號畸變大。帶寬只有1020MHzkm,一般用于小容量(8Mb/s以下)短距離(幾km以內(nèi))系統(tǒng)。 漸變型多模光纖(多模漸變折射率光纖);這種光纖一般纖芯直徑2a為50tjm,光線以正弦形狀沿纖芯中心軸線方向傳播,特點是信號畸變小。漸變型多模光纖的帶寬可達12GHzkm,適用于中等容量(34T40Mb/s)中等距離(1020km)系統(tǒng) 單模光纖。折射率分布和階躍型光纖相似,纖芯直徑只有810財,

21、光線以直線形狀沿纖芯中心軸線方向傳播。因為這種光纖只能傳輸一個模式(只傳輸主模),所以稱為單模光纖,其信號畸變很小。Q二arcsin5、全反射:-數(shù)值孔徑:根據(jù)全反射原理,定義臨界角ec的正弦為數(shù)值孔徑(na)NA=皿sin(max)NA=ll0Sin(Omcix)=Jninl二(n0=1)A二(®-冬)/®為相對折射率羞NA表示光纖接收和傳輸光的能力。NA的選擇1)NA越大,纖芯對光能量的束縛越強,光纖抗彎曲性能越好;2)NA越大,經(jīng)光纖傳輸后產(chǎn)生的信號畸變越大。【計算題】設(shè)光纖的纖芯折射率n1=1.500,包層折射率n2=1.485。求:1)相對折射率差;(2)數(shù)值孔徑

22、NA;(3)入射臨界角emax。.n-n1.500-1.485A=2=n1.500解:(1)相對折射率差:10.01NA=n五二1.500叮2x0.01二1(2)數(shù)值孔徑NA:0.210二sin-1(NA)二sin-1(0.21)二max12.12°(3)入射臨界角emax:V:光纖的歸一化頻率;n1:纖芯折射率;:相對折射率差;入:傳輸光波長。V=?aJn2-n26、歸一化頻率V:入12V二字坪2405單模傳輸條件:歸一化頻率ggV2M=()a2k2n2A=()g+21g+227、傳輸模數(shù)(模的數(shù)量):V22對于階躍(突變型)光纖,g=8,其模式數(shù)目為對于漸變型光纖,g=2其模式數(shù)

23、目為計算題】d=62.5um,如果纖芯直徑數(shù)值孔徑NA=0.275,工作波長1300nm,計算漸變折射率的模式數(shù)量。解:V=一a.n2-n2=(3.14x62.5x10-6x0.275)/1300x10-9=41.5九512M=冬=4314第三章通信用光器件1、光與物質(zhì)的三種相互作用:受激吸收,自發(fā)輻射和受激輻射。h討受激吸收躍遷民.hv、hvy受激輻射的光子與原光子具有相同的波長、相位和傳播方向受激吸收:(產(chǎn)生光放大的主要原因)光經(jīng)過晶體時,受激吸收占主要地位,光被衰減吸收。2、【簡答題】受激輻射和自發(fā)輻射產(chǎn)生的光的特點很不相同:答:受激輻射光的頻率、相偏振態(tài)和傳播方式與入射光相同,這種光稱

24、相干光; 自發(fā)輻射光是由大量不同激發(fā)態(tài)的電子自發(fā)躍遷產(chǎn)生的其頻率和方向分布在一定范圍內(nèi),相位和偏振態(tài)是混亂的,這種光稱為非相干光?!居嬎泐}】“2nL理論指出,LD的縱模頻率間隔,其中n是諧振腔內(nèi)半導(dǎo)體材料的折射率,L是諧振腔長度。若某一GaAs激光二極管的入=850nm,L=0.5mm,n=3.7,試求該激光器的縱模波長間隔。翻九27208孚解:AX=_Af=*=0.195403凹二0.195nmc2nL2x3.7x5003、發(fā)光二極管(LED) 發(fā)光二極管(LED)的工作原理與激光器(LD)不同丄D發(fā)射的是受激輻射光,LED發(fā)射的是自發(fā)輻射光; LED與LD結(jié)構(gòu)相似,采用雙異質(zhì)結(jié)(DH)結(jié)構(gòu)

25、;正面發(fā)光型LED LED分類 和激光器相比,發(fā)光二極管輸出光功率較小,光譜寬度較寬,調(diào)制頻率較低;但發(fā)光二極管性能穩(wěn)定,壽命長,輸出光功率線性范圍寬,而且制造工藝簡單,價格低廉;LED在小容量短距離系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。4、光檢測器:PIN光電二極管;雪崩光電二極管(APD) PIN光電二極管:兩側(cè)是摻雜濃度很高的P型和N型半導(dǎo)體; 雪崩光電二極管(APD):增加了一個附加層,倍增區(qū)或增益區(qū),以實現(xiàn)碰撞電離產(chǎn)生二次電子空穴對。5、光隔離器 隔離器是一種非互易性器件; 作用:只允許光波往一個方向傳輸,阻止光波往其他方向特別是反方向傳輸 插入損耗和隔離度是隔離器的兩個主要參數(shù) 插入損耗值為1dB,隔離度的典型值為40-50dB。第四章光端機靈敏度:Pr=101gPmin(W)(dBm)(Pmir為輸入最小光功率)10-3第五章數(shù)字光纖

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