2022年《光纖通信》課后習(xí)題答案

1、1光纖通信的優(yōu)缺點(diǎn)各是什么 答：優(yōu)點(diǎn)有：帶寬資源豐富,通信容量大；損耗低,中繼距離長(zhǎng)；無(wú) 串音干擾,保密性好；適應(yīng)才能強(qiáng)；體積小、重量輕、便于施工保護(hù)；原 材料來(lái)源豐富,潛在價(jià)格低廉等；缺點(diǎn)有：接口昂貴,強(qiáng)度差,不能傳送電力,需要特地的工具、設(shè)備 以及培訓(xùn),未經(jīng)受長(zhǎng)時(shí)間的檢驗(yàn)等；2光纖通信系統(tǒng)由哪幾部分組成各部分的功能是什么 答：光纖通信系統(tǒng)由三部分組成：光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)和光纖鏈路；光發(fā)射機(jī)由模擬或數(shù)字電接口、電壓電流驅(qū)動(dòng)電路和光源組件組成；光源組件包括光源、光源光纖耦合器和一段光纖（尾纖或光纖跳線）組 成；模擬或數(shù)字電接的作用是實(shí)現(xiàn)口阻抗匹配和信號(hào)電平匹配（限制輸入信號(hào)的振幅）作用；光源是

2、LED 或 LD ,這兩種二極管的光功率與驅(qū)動(dòng)電流成正比；電壓電流驅(qū)動(dòng)電路是輸入電路與光源間的電接口,用來(lái)將輸 入信號(hào)的電壓轉(zhuǎn)換成電流以驅(qū)動(dòng)光源；光源光纖耦合器的作用是把光源 發(fā)出的光耦合到光纖或光纜中；光接收機(jī)由光檢測(cè)器組件、放大電路和模擬或數(shù)字電接口組成；光檢測(cè)器組件包括一段光纖（尾纖或光纖跳線） 、光纖光檢波器耦合器、光檢測(cè)器和電流電壓轉(zhuǎn)換器；光檢測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)；常用的器件有PIN 和 APD ；然后再通過(guò)電流電壓轉(zhuǎn)換器,變成電壓信號(hào)輸出；模擬或數(shù)字電接口對(duì)輸出 電路其阻抗匹配和信號(hào)電平匹配作用；光纖鏈路由光纖光纜、光纖連接器、光纜終端盒、光纜線路盒和中繼器等組成；光纖光纜由

3、石英或塑料光纖、金屬包層和外套管組成；光纜線路盒：光纜生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的光纜一般為2km 一盤,因而,假如光發(fā)送與光接收之間的距離超多 2km 時(shí),每隔 2km 將需要用光纜線路盒把光纜連接起來(lái)；光 纜終端盒：主要用于將光纜從戶外（或戶內(nèi)）引入到戶內(nèi)（或戶外）,將光 纜中的光纖從光纜中分出來(lái),一般放置在光設(shè)備機(jī)房?jī)?nèi)；光纖連接器：主 要用于將光發(fā)送機(jī)（或光接收機(jī)）與光纜終端盒分出來(lái)的光纖連接起來(lái),即連接光纖跳線與光纜中的光纖；3假設(shè)數(shù)字通信系統(tǒng)能夠在高達(dá)1%的載波頻率的比特率下工作,試問(wèn)在5GHz的微波載波和1.55 m的光載波上能傳輸多少路64kb/s 的音頻信道解：依據(jù)題意,求得在5GHz 的微

4、波載波下,數(shù)字通信系統(tǒng)的比特率為 50Mb/s,就能傳輸 781 路 64kb/s 的音頻信道；依據(jù)題意,求得在 1.554SDH體制有什么優(yōu)點(diǎn) 答：（1）SDH 傳輸系統(tǒng)在國(guó)際上有統(tǒng)一的幀結(jié)構(gòu),數(shù)字傳輸標(biāo)準(zhǔn)速率和標(biāo)準(zhǔn)的光路接口,使網(wǎng)管系統(tǒng)互通,因此有很好的橫向兼容性,它能與現(xiàn)有的準(zhǔn)同步數(shù)字體制（PDH）完全兼容,并容納各種新的業(yè)務(wù)信號(hào),形成了全球統(tǒng)一的數(shù)字傳輸體制標(biāo)準(zhǔn),提高了網(wǎng)絡(luò)的牢靠性；（2）SDH 接入系統(tǒng)的不同等級(jí)的碼流在幀結(jié)構(gòu)凈負(fù)荷區(qū)內(nèi)的排列非 常有規(guī)律,而凈負(fù)荷與網(wǎng)絡(luò)是同步的,它利用軟件能將高速信號(hào)一次直接分插出低速支路信號(hào), 實(shí)現(xiàn)了一次復(fù)用的特性,克服了 PDH 準(zhǔn)同步復(fù)用方式對(duì)

5、全部高速信號(hào)進(jìn)行逐級(jí)分解然后再生復(fù)用的過(guò)程,由于大大簡(jiǎn)化了數(shù) 字交叉連接 （DXC ）,削減了背靠背的接口復(fù)用設(shè)備,改善了網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)傳送透亮性；（3）由于采納了較先進(jìn)的分插復(fù)用器（ADM ）、數(shù)字交叉連接 （DXC ）、網(wǎng)絡(luò)的自愈功能和重組功能就顯得特別強(qiáng)大,具有較強(qiáng)的生存率；因 SDH 幀結(jié)構(gòu)中支配了信號(hào)的 5開(kāi)銷比特,它的網(wǎng)管功能顯得特殊強(qiáng)大,并能 統(tǒng)一形成網(wǎng)絡(luò)治理系統(tǒng),為網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化、智能化、信道的利用率以及降低網(wǎng)絡(luò)的維管費(fèi)和生存才能起到了積極作用；（4）由于 SDH 有多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),它所組成的網(wǎng)絡(luò)特別敏捷,它 能增強(qiáng)網(wǎng)監(jiān),運(yùn)行治理和自動(dòng)配置功能,優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)性能,同時(shí)也使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行敏捷

6、、安全、牢靠,使網(wǎng)絡(luò)的功能特別齊全和多樣化；（5）SDH 有傳輸和交換的性能,它的系列設(shè)備的構(gòu)成能通過(guò)功能塊 的自由組合,實(shí)現(xiàn)了不同層次和各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò),特別敏捷；（6）SDH 并不專屬于某種傳輸介質(zhì),它可用于雙絞線、同軸電纜,但 SDH 用于傳輸高數(shù)據(jù)率就需用光纖；這一特點(diǎn)說(shuō)明,SDH 既適合用作 干線通道,也可作支線通道；例如,我國(guó)的國(guó)家與省級(jí)有線電視干線網(wǎng)就是采納 SDH,而且它也便于與光纖電纜混合網(wǎng)HFC相兼容；（7）從 OSI 模型的觀點(diǎn)來(lái)看,SDH 屬于其最底層的物理層,并未對(duì)其高層有嚴(yán)格的限制,便于在 SDH 上采納各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù),支持 ATM 或 IP傳輸；（8）SDH 是嚴(yán)

7、格同步的,從而保證了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)固牢靠,誤碼少,且便于復(fù)用和調(diào)整；（9）標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放型光接口可以在基本光纜段上實(shí)現(xiàn)橫向兼容,降低了聯(lián)網(wǎng)成本；5簡(jiǎn)述將來(lái)光網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)展趨勢(shì)及關(guān)鍵技術(shù)；答：全光網(wǎng)絡(luò)將成為繼純電纜網(wǎng)絡(luò)、光電耦合網(wǎng)絡(luò)后的第三代網(wǎng)絡(luò)；全光網(wǎng)絡(luò)是指信號(hào)只是在進(jìn)出網(wǎng)絡(luò)時(shí)才進(jìn)行電/光和光 /電的變換,而在網(wǎng)絡(luò)中傳輸和交換的過(guò)程中始終以光的形式存在,因此在整個(gè)傳輸過(guò)程中沒(méi)有 電的處理；全光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)主要有光放大中繼技術(shù)、光復(fù)用技術(shù)、光交換技 術(shù)、光分插復(fù)用技術(shù)等；6簡(jiǎn)述 WDM的概念；答：波分復(fù)用的基本思想是將工作波長(zhǎng)略微不同、各自攜帶了不同信 息的多個(gè)光源發(fā)出的光信號(hào),一起注入到同一根光纖中進(jìn)行

8、傳輸；7說(shuō)明光纖通信為何越來(lái)越多地采納WDM+EDFA 方式；答：采納 WDM 技術(shù)的緣由是和它的優(yōu)點(diǎn)分不開(kāi)的,它有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）充分利用了光纖的龐大帶寬資源；（2）同時(shí)傳輸多種不同類型的信號(hào)；（3）實(shí)現(xiàn)單根光纖雙向傳輸；（4）多種應(yīng)用形式；（5）節(jié)省線路投資；（6）降低器件的超高速要求；采納 EDFA 技術(shù)的緣由是和它的優(yōu)點(diǎn)分不開(kāi)的,它有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）中繼器的價(jià)格下降了；（2）對(duì)傳送的數(shù)據(jù)速率和調(diào)制格式透亮,端設(shè)備就很簡(jiǎn)潔升級(jí)到高的速率；這樣系統(tǒng)只需轉(zhuǎn)變鏈路的終（3）可以同時(shí)放大多個(gè)波長(zhǎng)信號(hào),使波分復(fù)用（ WDM ）的實(shí)現(xiàn)成為可能；（4）供應(yīng)了系統(tǒng)擴(kuò)容的新途徑,無(wú)需增加光纖和工作的速率,

9、只需通過(guò)增加波長(zhǎng)就可提高系統(tǒng)的容量；（5）最關(guān)鍵的是系統(tǒng)的成本下降了；8全光網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)是什么答：能充分利用光纖的帶寬資源,故容量大,傳輸質(zhì)量好,開(kāi)放性,易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu),可擴(kuò)展性,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔,透亮性,牢靠性高,可保護(hù)性好；1光波從空氣中以角度1 33 投射到平板玻璃表面上,這里的1是入射光與玻璃表面之間的夾角；依據(jù)投射到玻璃表面的角度,光束一部分被反射,另一部分發(fā)生折射, 假如折射光束和反射光束之間的夾角正好為 90 ,請(qǐng)問(wèn)玻璃的折射率等于多少這種玻璃的臨界角又是多少解：入射光與玻璃表面之間的夾角 1 33 ,就入射角 i 57 ,反射角r 57 ；由于折射光束和反射光束之間的夾角正好為

10、90 ,所以折射角y 33 ；由折射定律 n i sin i n y sin y,得到n y sin i / sin y sin 67 / sin33（自己用 matlab 算出來(lái)）其中利用了空氣折射率 in 1；這種玻璃的臨界角為c arcsin n（自己用 matlab 算出來(lái)）12運(yùn)算 n 1 1.48 及 n 2 1.46 的階躍折射率光纖的數(shù)值孔徑；假如光纖端面外介質(zhì)折射率 n 1.00,就答應(yīng)的最大入射角 max 為多少解：階躍光纖的數(shù)值孔徑為答應(yīng)的最大入射角max arcsin 0.24 自己用 matlab 算出來(lái)3弱導(dǎo)階躍光纖纖芯和包層折射率分別為；n 11.5,n 21.4

11、5,試運(yùn)算（1）纖芯和包層的相對(duì)折射率（2）光纖的數(shù)值孔徑NA ；解：階躍光纖纖芯和包層的相對(duì)折射率差為光纖的數(shù)值孔徑為4已知階躍光纖纖芯的折射率為 n 1 1.5,相對(duì)折射（指數(shù)）差 0.01,纖芯半徑 a 25 m,如 0 1 m,運(yùn)算光纖的歸一化頻率 V 及其中傳播的模數(shù)量 M ；解：光纖的歸一化頻率光纖中傳播的模數(shù)量5一根數(shù)值孔徑為0.20 的階躍折射率多模光纖在850nm波長(zhǎng)上可以支持1000 個(gè)左右的傳播模式；試問(wèn)：（1）其纖芯直徑為多少（2）在 1310nm波長(zhǎng)上可以支持多少個(gè)模（3）在 1550nm波長(zhǎng)上可以支持多少個(gè)模 . 解：（1）由 V 1 2 a n 1 2n 2 2

12、2 a NA ,得到纖芯直徑為1 1（2）當(dāng) 2 1.31 m,有得到模的個(gè)數(shù)為（3）當(dāng)21.55 m,得到模的個(gè)數(shù)為f08MHz6用纖芯折射率為n 11.5,長(zhǎng)度未知的弱導(dǎo)光纖傳輸脈沖重復(fù)頻率的光脈沖,經(jīng)過(guò)該光纖后,信號(hào)推遲半個(gè)脈沖周期,試估算光纖的長(zhǎng)度L；解：信號(hào)的周期為信號(hào)在纖芯中傳輸?shù)乃俣葹橛捎谛盘?hào)推遲半個(gè)脈沖周期,就光纖的長(zhǎng)度 L 為7有階躍型光纖,如 n 1 1.5,0 1.31 m,那么（1）如 0.25,為保證單模傳輸,光纖纖芯半徑 a 應(yīng)取多大（2）如取芯徑 a 5 m ,保證單模傳輸時(shí),應(yīng)怎么挑選解：（1）由歸一化頻率 V 2a n 12n 22 2a n 1 2 得到0

13、0為了保證光纖中只能存在一個(gè)模式,就要求 V 2.405,就要求光纖纖芯半徑（2）如取芯徑 a 5 m ,保證單模傳輸時(shí),就8漸變光纖的折射指數(shù)分布為求光纖的本地?cái)?shù)值孔徑；解：漸變光纖纖芯中某一點(diǎn)的數(shù)值孔徑為9某光纖在 1300nm處的損耗為 0.6 dB km,在 1550nm波特長(zhǎng)的損耗為 0.3 dB km；假設(shè)下面兩種光信號(hào)同時(shí)進(jìn)入光纖：1300nm 波長(zhǎng)的 150 W 的光信號(hào)和1550nm波長(zhǎng)的 100 W 的光信號(hào)；試問(wèn)這兩種光信號(hào)在 8km和 20km處的功率各是多少以 W 為單位；解：對(duì)于 1300nm 波長(zhǎng)的光信號(hào),在8km 和 20km 處的功率各是P oP10L/101

14、50 100.48W ,150 101.2W對(duì)于 1550nm 波長(zhǎng)的光信號(hào),在8km 和 20km 處的功率各是P oP10L/10100 100.24W ,100 100.6W10一段 12km長(zhǎng)的光纖線路,其損耗為1.5 dB km；試回答：（1）假如在接收端保持 0.3 W 的接收光功率,就發(fā)送端的功率至少為多少（2）假如光纖的損耗變?yōu)?解：（1）依據(jù)損耗系數(shù)定義 得到發(fā)送端的功率至少為2.5 dB km,就所需的輸入光功率為多少（2）假如光纖的損耗變?yōu)?.5 dB km,就所需的輸入光功率為11有一段由階躍折射率光纖構(gòu)成的5km長(zhǎng)的光纖鏈路, 纖芯折射率n 11.49,相對(duì)折射率差0

15、.01；（1）求接收端最快和最慢的模式之間的時(shí)延差；（2）求由模式色散導(dǎo)致的均方根脈沖展寬；（3）假設(shè)最大比特率就等于帶寬,就此光纖的帶寬距離積是多少 解：（1）纖芯和包層的相對(duì)折射率差 為 就得到接收端最快和最慢的模式之間的時(shí)延差（2）模式色散導(dǎo)致的均方根脈沖展寬實(shí)際上就等于最快和最慢的模式 之間的時(shí)延差（3）光纖的帶寬距離積12有 10km長(zhǎng)NA0.30 的多模階躍折射光纖,假如其纖芯折射率為1.45,計(jì)算光纖帶寬；解：纖芯和包層的相對(duì)折射率 為 由階躍光纖的比特距離積 BL c,得到光纖帶寬 n 1 21運(yùn)算一個(gè)波長(zhǎng)為 1 m 的光子能量,分別對(duì) 1MHz和 100MHz的無(wú)線電做 同樣

16、的運(yùn)算；解：波長(zhǎng)為 1 m 的光子能量為 對(duì) 1MHz和 100MHz的無(wú)線電的光子能量分別為2太陽(yáng)向地球輻射光波,設(shè)其平均波長(zhǎng)0.7 m,射到地球外面大氣層的光強(qiáng)大約為I0.14 W/cm ；假如恰好在大氣層外放一個(gè)太陽(yáng)能電池,試運(yùn)算每秒鐘到達(dá)太陽(yáng)能電池上每平方米板上的光子數(shù)；解：光子數(shù)為3假如激光器在0.5 m 上工作,輸出1W的連續(xù)功率,試運(yùn)算每秒從激活物質(zhì)的高能級(jí)躍遷到低能級(jí)的粒子數(shù)；解：粒子數(shù)為 4光與物質(zhì)間的相互作用過(guò)程有哪些 答：受激吸取,受激輻射和自發(fā)輻射；5什么是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)什么情形下能實(shí)現(xiàn)光放大 答：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布是指高能級(jí)粒子布居數(shù)大于低能級(jí)的粒子布居數(shù)；處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布

17、的介質(zhì)（叫激活介質(zhì)）可實(shí)現(xiàn)光放大；6什么是激光器的閾值條件 答：閾值增益為 其中 是介質(zhì)的損耗系數(shù),r r 分別是諧振腔反射鏡的反射系數(shù)；當(dāng)激光器 G 時(shí),才能有激光放出； （具體推導(dǎo)請(qǐng)看補(bǔ)充題 1、2）的增益 G 7由表達(dá)式 E hc / 說(shuō)明為什么 LED的 FWHM功率譜寬度在長(zhǎng)波長(zhǎng)中會(huì)變得 更寬些證明：由Ehc/得到Ehc,于是得到2E,可見(jiàn)當(dāng)E 一2hc定時(shí),與2 成正比；8試畫出 APD雪崩二極管結(jié)構(gòu)示意圖,層的范疇；并指出高場(chǎng)區(qū)及耗盡解：先把一種高阻的P 型材料作為外延層,沉積在P +材料上（ P +是 P 型重?fù)诫s）,然后在高阻區(qū)進(jìn)行P 型擴(kuò)散或電離摻雜（叫 層）,最終一層是一

18、個(gè) N +（N +是 N型重?fù)诫s）層；高場(chǎng)區(qū)是 P 區(qū),耗盡區(qū)是 P 區(qū)；9一個(gè) GaAsPIN 光電二極管平均每三個(gè)入射光子產(chǎn)生一個(gè)電子空穴對(duì)；假設(shè)所以的電子都被收集,那么（1）運(yùn)算該器件的量子效率；（2）在 0.8 m波段接收功率是10 W ,運(yùn)算平均是輸出光電流；（3）運(yùn)算波長(zhǎng), 當(dāng)這個(gè)光電二極管超過(guò)此波長(zhǎng)時(shí)將停止工作,即長(zhǎng)波長(zhǎng)截止點(diǎn) c；解：（1）量子效率為 1/ 3 0.33（2）由量子效率P Iinp/ /hv eP Iinp hve得到（3）GaAsPIN的禁帶寬度為 E g 1.424 eV ,就截止波長(zhǎng)為10什么是雪崩增益效應(yīng)答：一次光生載流子穿過(guò)一個(gè)具有特別高的電場(chǎng)高場(chǎng)區(qū)；

19、在這個(gè)高場(chǎng)區(qū),光生電子空穴可以獲得很高的能量；他們高速碰撞在價(jià)帶上的電子,使之電離,從而激發(fā)出新的電子空穴對(duì)；新產(chǎn)生的的載流子同樣由電場(chǎng)加速,并獲得足夠的能量,從而導(dǎo)致更多的碰撞電離產(chǎn)生,這種現(xiàn)象叫雪崩效應(yīng)；11設(shè) PIN 光電二極管的量子效率為 80%,運(yùn)算在 1.3 m 和 1.55 m波長(zhǎng)時(shí)的響應(yīng)度,說(shuō)明為什么在 1.55 m處光電二極管比較靈敏；解： 1.3 m時(shí)的響應(yīng)度為 R m 0.8 1.30.84 A W ；1.24 1.241.55 m 時(shí)的響應(yīng)度為 R m 0.8 1.551 A W ；1.24 1.24由于響應(yīng)度正比于波長(zhǎng),故在 1.55 m處光電二極管比 1.3 m處?kù)`

20、敏；12光檢測(cè)過(guò)程中都有哪些噪聲答：量子噪聲,暗電流噪聲,漏電流噪聲和熱噪聲；補(bǔ)充題 1一束光在介質(zhì)中傳播時(shí),其光強(qiáng) I 隨傳播距離 z 的變化通常表示為 I I e G z,其中 0I 為初始光強(qiáng),G 為光強(qiáng)增益系數(shù),為光強(qiáng)損耗系數(shù)；試推到這個(gè)式子,并說(shuō)明此式成立條件；解：設(shè)光束通過(guò)厚度為 dz的一層介質(zhì)時(shí),其光強(qiáng)由 I 變?yōu)?I dI ,在光放大時(shí) dI 0,可寫成 dI GIdz ,即 dI / I Gdz,如 G 為常數(shù),就積分得到 I I e ；在衰減時(shí),dI 0,可寫成 dI Idz ,即 dI / I dz,如 為常數(shù),就積分得到 I I ez；所以,當(dāng)光放大和光衰減同時(shí)存在時(shí),

21、便有 I I e G z；明顯,此式成立的條件是：G , 都與 ,I z 無(wú)關(guān)；補(bǔ)充題 2設(shè) LD的光學(xué)諧振腔長(zhǎng)為L(zhǎng) ,諧振腔前、后鏡片的光強(qiáng)反射系數(shù)分別為r r ,諧振腔介質(zhì)的光強(qiáng)損耗系數(shù)為,諧振腔的光強(qiáng)增益系數(shù)為G ,試證明：激光所要求的諧振條件（閾值增益條件）為解：在諧振腔內(nèi)任取一點(diǎn) z ,此點(diǎn)光強(qiáng) I z ,該光強(qiáng)向右傳播到前鏡片,經(jīng)反射后向左傳播到后鏡片,再經(jīng)過(guò)反射向右傳播回到 z 點(diǎn),就光強(qiáng)變?yōu)槊黠@,產(chǎn)生激光的條件為返回 z 點(diǎn)的光強(qiáng)要大于 z 點(diǎn)發(fā)出的光強(qiáng)即 I z r r e G 2 L I z ,得到 r r e G 2 L1,因而記 G th2 1L ln r r,是諧振腔

22、的總損耗,只有增益 1G G 時(shí),才能產(chǎn)生激光,故把 G 叫激光器的閾值條件；第 4 章 無(wú)源光器件1. 光纖的連接損耗有哪些如何降低連接損耗解：連接損耗可分為外部損耗和內(nèi)部損耗；外部損耗主要有軸向位移、連接間隔、傾斜位移、截面不平整；內(nèi)部損耗主要是由于光纖的波導(dǎo)特性和幾何特性差異導(dǎo)致的損耗,包括纖芯的直徑、纖芯區(qū)域的橢圓度、光纖的數(shù)值孔徑、折射率剖面等；采納較好的連接方法,改善連接器的性能；2.試用 2 2 耦合器構(gòu)成一個(gè)8 8 空分開(kāi)關(guān)陣列,畫出連接圖和輸入輸出端口信號(hào)間流向,運(yùn)算所需開(kāi)關(guān)數(shù)；解：1 1 2 23 3 4 45 56 67 78 8需開(kāi)關(guān)數(shù) 12 個(gè)；3. 爭(zhēng)論圖 5.22

23、 所示平面陣列波導(dǎo)光柵的設(shè)計(jì)思想和方法；解：設(shè)計(jì)思想：將同一輸入信號(hào)分成如干路分別經(jīng)受不同的相移后又將它們合在一起輸出；設(shè)計(jì)方法：將N 個(gè)輸入波導(dǎo)和N 個(gè)輸出波導(dǎo),二個(gè)聚焦平面波導(dǎo)（星型耦合器）和通道陣列波導(dǎo),集成在單一襯底上；使得輸入輸出波導(dǎo)的位置和陣列波導(dǎo)的位置滿意羅蘭圓規(guī)章；4.簡(jiǎn)述光耦合器和WDM 分波器有什么不同；解：在寬帶光纖耦合器中,通常通過(guò)轉(zhuǎn)變?nèi)廴诶F工藝,使耦合器輸出端口的分光比不受波長(zhǎng)的影響；相反,在 WDM 器件中就轉(zhuǎn)變?nèi)廴诶F工藝,使分光比隨波長(zhǎng)急劇變化；5. 光濾波器有哪些種類,濾波器應(yīng)用在什么場(chǎng)合解：光濾波器主要有 F-P 腔濾波器、 M-Z 干涉濾波器、陣列波導(dǎo)光

24、柵濾波器、聲光可調(diào)濾波器,光纖光柵濾波器；光濾波器用于濾出特定波長(zhǎng)的光信號(hào)；6. 光開(kāi)關(guān)有哪些性能參數(shù),在光纖通信中有什么作用解：光開(kāi)關(guān)的性能參數(shù)主要有開(kāi)關(guān)時(shí)間、通斷消光比、插入損耗、串?dāng)_、偏振依靠損耗；光開(kāi)關(guān)在光纖通信技術(shù)中作光路切換之用,如系統(tǒng)的主備切換等；它是光交換的關(guān)鍵器件,在光網(wǎng)絡(luò)中有很多應(yīng)用場(chǎng)合；7. 簡(jiǎn)述 F-P 腔可調(diào)諧濾波器的工作原理；解：F-P 腔型濾波器的主體是 F-P 諧振腔,是由一對(duì)高度平行的高反射率鏡面構(gòu)成的腔體,當(dāng)入射光波的波長(zhǎng)為腔長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)間波可形成穩(wěn)固振蕩,輸出光波之間會(huì)產(chǎn)生多光束干涉,最終輸出等間隔的梳狀波形；通過(guò)轉(zhuǎn)變腔長(zhǎng) L 或腔內(nèi)的折射率 n 來(lái)轉(zhuǎn)變?yōu)V

25、波器的中心波長(zhǎng)；8. 爭(zhēng)論光纖光柵在光通信中的應(yīng)用；解：光纖光柵的應(yīng)用范疇有光纖激光器、WDM 合 /分波器、超高速系統(tǒng)中的色散補(bǔ)償器、固定或可調(diào)濾波器、光纖放大器、光纖光柵全光分插復(fù)用器等；9. NLOM是否可作光開(kāi)關(guān) 解：可以；轉(zhuǎn)變環(huán)的長(zhǎng)度或光波的波長(zhǎng),使來(lái)自傳輸光纖的光波與繞環(huán)后的光波之間產(chǎn)生相移,兩者之間 產(chǎn)生相長(zhǎng)和相消,達(dá)到開(kāi)和關(guān)的作用；1光放大器包括哪些種類簡(jiǎn)述它們的原理和特點(diǎn)；EDFA有哪些優(yōu)點(diǎn)答：光放大器包括半導(dǎo)體光放大器、光纖放大器（由可分為非線性光 纖放大器和摻雜光纖放大器） ；1）半導(dǎo)體光放大器它是依據(jù)半導(dǎo)體激光器的工作原理制成的光放大器；將半導(dǎo)體激光器 兩端的反射腔去除

26、,就成為沒(méi)有反饋的半導(dǎo)體行波放大器；它能適合不同 波長(zhǎng)的光放大,缺點(diǎn)是耦合損耗大,增益受偏振影響大,噪聲及串?dāng)_大；2）光纖放大器（1）非線性光纖放大器強(qiáng)光信號(hào)在光纖中傳輸,會(huì)與光纖介質(zhì)作用產(chǎn)生非線性效應(yīng),非線性光纖放大器就是利用這些非線性效應(yīng)制作而成；和受激布里淵放大器（SBA）兩種；包括受激拉曼放大器 （SRA）（2）摻雜光纖放大器（常見(jiàn)的有摻鉺和摻鐠光纖放大器）在泵浦光作用下,摻雜光纖中顯現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布,產(chǎn)生受激輻射,從而使光信號(hào)得到放大；EDFA優(yōu)點(diǎn)：高增益、寬帶寬、低噪聲及放大波長(zhǎng)正好是在光纖的最低 損耗窗口等；2EDFA的泵浦方式有哪些各有什么優(yōu)缺點(diǎn) 答： EDFA的三種泵浦形式：

27、同向泵浦、反向泵浦和雙向泵浦；同向泵 浦：信號(hào)光和泵浦光經(jīng) WDM復(fù)用器合在一起同向輸入到摻鉺光纖中,在摻 鉺光纖中同向傳輸；反向泵浦：信號(hào)光和泵浦在摻鉺光纖中反向傳輸；雙 向泵浦：在摻鉺光纖的兩端各有泵浦光相向輸入到摻鉺光纖中；同向泵浦增益最低,而反向泵浦比同向泵浦可以提高增益 3dB5dB；這是由于在輸出端的泵浦光比較強(qiáng)可以更多地轉(zhuǎn)化為信號(hào)光；而雙向泵浦又比反向泵浦輸出信號(hào)提高約3dB,這是由于雙向泵浦的泵功率也提高了3dB；其次,從噪聲特性來(lái)看, 由于輸出功率加大將導(dǎo)致粒子反轉(zhuǎn)數(shù)的下降,因此在未飽和區(qū),同向泵浦式EDFA 的噪聲系數(shù)最小,但在飽和區(qū),情形將發(fā)生變化；不管摻鉺光纖的長(zhǎng)度如何

28、,同向泵浦的噪聲系數(shù)均較??；最后,考慮三種泵浦方式的飽和輸出特性；同向 EDFA 的飽和輸出最??；雙向泵浦 EDFA 的輸出功率最大,并且放大器性能與輸出信號(hào)方向無(wú)關(guān),但耦合損耗較大,并增加了一個(gè)泵浦,使成本上升；3一個(gè) EDFA功率放大器,波長(zhǎng)為 1542nm的輸入信號(hào)功率為 2dBm,得到的輸出功率為 P out 27 dBm ,求放大器的增益；解： G= 10log 10（Pout/P in ）= 10log 10Pout -10log 10Pin =27-2=25dB 4簡(jiǎn)述 FBA與 FRA間的區(qū)分；為什么在 輸 答： FBA與 FRA間的區(qū)分：FBA中信號(hào)與泵浦光必需反向傳1、FR

29、A是同向泵浦, FBA是反向泵浦； 2、FRA產(chǎn)生的是光學(xué)聲子,FBR產(chǎn)生的是聲學(xué)聲子, 3、FRA比 FBA的閾值功率大； 4、FRA比 FBA的增益帶寬大；在 SBA中,泵浦光在光纖的布里淵散射下,產(chǎn)生低頻的斯托克斯光,方向與泵浦光傳播方向相反；假如這個(gè)斯托克斯光與信號(hào)光同頻、同相,那么信號(hào)光得到加強(qiáng)；故要使信號(hào)光得到放大,信號(hào)光應(yīng)與泵浦光方向相反；5一個(gè)長(zhǎng) 250 m的半導(dǎo)體激光器用做F-P 放大器,有源區(qū)折射率為4,就放大器通帶帶寬是多少此題可能有誤,半導(dǎo)體光放大器的通帶帶寬目前仍沒(méi)找到公式運(yùn)算；6EDFA在光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用形式有哪些答：（1）作為光中繼器,用EDFA可代替半導(dǎo)體光

30、放大器,對(duì)線路中的光信號(hào)直接進(jìn)行放大,使得全光通信技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)； （2）作為前置放大器,由于 EDFA具有低噪聲特點(diǎn), 因而如將它置于光接收機(jī)的前面,放大特別微弱的光信號(hào), 就可以大大提高接收機(jī)警敏度； （3）作為后置放大器, 將 EDFA置于光發(fā)射機(jī)的輸出端,就可用來(lái)提高發(fā)射光功率,增加入纖功率,延長(zhǎng)傳輸距離；7EDFA的主要性能指標(biāo)有哪些說(shuō)明其含義答：（1）增益,是指輸出功率與輸入功率之比 作單位定義為 G=10log10（Pout/P in ）；G=Pout/P in,假如用分貝（2）噪聲系數(shù),是指輸入信號(hào)的信噪比與輸出信號(hào)的信噪比 Fn（SNR）in / （SNR） out ；8分別表

31、達(dá)光放大器在四種應(yīng)用場(chǎng)合時(shí)各自的要求是什么 答：（1）在線放大器：當(dāng)光纖色散和放大器自發(fā)輻射噪聲的累積,尚 未使系統(tǒng)性能惡化到不能工作時(shí),用在線放大器代替光電光混合中繼器是完全可以的；特殊是對(duì)多信道光波系統(tǒng),節(jié)省大量設(shè)備投資；（2）后置放 大器：將光放大器接在光發(fā)送機(jī)后,以提高光發(fā)送機(jī)的發(fā)送功率,增加通信距離；（3）前置放大器：將光放大器接在光接收機(jī)前,以提高接收機(jī)功 率和信噪比,增加通信距離； （4）功率補(bǔ)償放大器：功率補(bǔ)償放大器的運(yùn) 用場(chǎng)合： A. 用于補(bǔ)償局域網(wǎng)中的安排損耗,以增大網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)；B.將光放大器用于光子交換系統(tǒng)等多種場(chǎng)合；9表達(dá) SOA-XGM波長(zhǎng)變換的原理；答：探測(cè)波s和泵

32、浦波p經(jīng)耦合注入到SOA中,SOA對(duì)入射光功率存在增益飽和特性：當(dāng)入射光強(qiáng)增加時(shí),增益變??；當(dāng)入射光強(qiáng)減小時(shí),增益變大；因此, 當(dāng)受過(guò)調(diào)制的泵浦波注入SOA時(shí),泵浦波將調(diào)制SOA的增益,這個(gè)增益又影響探測(cè)波的強(qiáng)度變化,使得探測(cè)波的強(qiáng)度按泵浦波的強(qiáng)度變化,用帶通濾波器取出變換后的s信號(hào),即可實(shí)現(xiàn)從p到s的全光波長(zhǎng)變換；1光接收機(jī)中有哪些噪聲答：熱噪聲、散粒噪聲和自發(fā)輻射噪聲；2RZ碼和 NRZ碼有什么特點(diǎn)答：NRZ（非歸零碼）：編碼 1 對(duì)應(yīng)有光脈沖,且連續(xù)時(shí)間為整個(gè)比特周期, 0 對(duì)應(yīng)無(wú)光脈沖； RZ（歸零碼）：編碼 1 對(duì)應(yīng)有光脈沖,且連續(xù)時(shí)間為整個(gè)比特周期的一半,0 對(duì)應(yīng)無(wú)光脈沖； NRZ 碼的優(yōu)點(diǎn)是占據(jù)頻寬窄,只是 RZ 碼的一半；缺點(diǎn)是當(dāng)顯現(xiàn)長(zhǎng)連“ 1”或“ 0”時(shí),光脈沖沒(méi)有交替變換,接收時(shí)對(duì)比特時(shí)鐘的提取是不利的；“ 0”的問(wèn)題沒(méi)解決；3通信中常用的線路碼型有哪些RZ 碼解決了長(zhǎng)連 “ 1”的問(wèn)題,但長(zhǎng)連答：擾碼、 mBnB 碼、插入碼和多電平碼；4光源的外調(diào)制都有哪些類型內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制各有什么優(yōu)缺點(diǎn)答：光源的外調(diào)制類型有：電折射調(diào)制、電吸取 MQW 調(diào)制、 M-Z 型調(diào)制；內(nèi)調(diào)制器簡(jiǎn)潔且廉價(jià),這種調(diào)制會(huì)引起輸出光載波的頻率