光纖通信復習

光纖通信復習毫秒（ms）、微秒（片）、納秒（ns）、皮秒（ps）、飛秒（fs）s=10人3ms=10人6us=10人9ns=10人1ps第一章1、關(guān)于光纖通信的歷史中、光通信的研究從低谷到重大的突破的轉(zhuǎn)折點是？P2答：1966年英籍華裔高琨就光纖傳輸?shù)那熬鞍l(fā)表了具有重大歷史意義的論文，論文分析了玻璃纖維損耗大的主要原因。大膽地預(yù)言，只要能設(shè)法降低玻璃纖維的雜質(zhì)，就有可能使光纖的損耗從每公里1000分貝降低到20分貝／公里，從而有可能用于通信1970年美國康寧公司研制出損耗20dB/Km的石英光纖，標志著光纖用于通信有了現(xiàn)實的可能性。2、 光纖通信的優(yōu)點是什么？P5-P7答：（1）容許頻帶寬很寬，傳輸容量很大；（2） 損耗很小，中繼距離很長且誤碼率很??；（3） 重量輕、體積??；（4）抗電磁干擾性能好；（5）泄露小，保密性能好；（6）節(jié)約金屬材料，有利于資源合理使用；3、 基本光纖通信系統(tǒng)的組成是什么？P10-P11疋發(fā)射機由電境射機信tts信疋發(fā)射機由電境射機信tts信F.U收「扭一巨接收杠T一光接LKI圖1.4光纖■藝詩玉養(yǎng)國基本組碑［卓向馬赴）第2章1、光纖的結(jié)構(gòu)？P14答：光纖（OpticalFiber）是由中心的纖芯和外圍的包層同軸組

成的圓柱形細絲。纖芯和包層的折射率分別為n1和n2，光能量在光纖中傳輸?shù)谋匾獥l件是n1>n2。2、 相對折射率差△的計算P14復習題目2-17答：纖芯和包層的相對折射率差△=(n1-n2)/n1的典型值，一般單模光纖為0.3%?0.6%，多模光纖為1%~2%OA越大，把光能量束縛在纖芯的能力越強，但信息傳輸容量卻越小。3、 三種光纖的基本類型？P14-P15需要學會鑒別三種光纖類型答：(1)突變型多模光纖特點：信號畸變大；(2)漸變型多模一個模式，所以稱為單模光纖，其信號畸變很??；光纖特點：信號畸變??；(3)單模光纖特點：因為這種光纖只能傳輸一個模式，所以稱為單模光纖，其信號畸變很??；4、 數(shù)值孔徑NA的計算p17復習題目2-17答：NA的意義：NA表示光纖接收和傳輸光的能力。(2)NA(或旳越大，光纖接收光的能力越強，從光源到光纖的耦合效率越高。(3)對于無損耗光纖，在氐內(nèi)的入射光都能在光纖中傳輸。NA越大，纖芯對光能量的束縛越強，光纖抗彎曲性能越好。但NA越大經(jīng)光纖傳輸后產(chǎn)生的信號畸變越大，因而限制了信息傳輸容量。所以要根據(jù)實際使用場合，選擇適當?shù)腘A5、 時間延遲差的計算P17(2.5式)6、模式數(shù)目計算、(對于突變型光纖如何計算？對于平方律漸變性光纖如何計算？)P25復習題目2-11答：公式1：其中V表示光的歸一化頻率，入表示光的波長，a表示纖芯半徑，n1表示內(nèi)芯折射率，n2表示外芯折射率。該結(jié)論意義：可以通過V求出光纖中的傳輸模數(shù)M。(1)對于突變型光纖，傳輸模數(shù)M二V2/2(2)對于漸變性光纖，傳輸模數(shù)M=V2/4~-=212221nnnNA?~==?cLnNAcnLcnLc12121)(220t22212nnav-二入n7、單模光纖傳輸?shù)臈l件？P25復習題目2-10答：模式的數(shù)目決定于歸一化頻率的大小。當V<2.405的時候，僅有一個單?？梢栽诠饫w波導中傳播，這個模就是HE11模或者是弱導近似下的線偏振模LP01模，其它模式均被截至。8光纖的傳輸特性？哪兩種？這兩種特性能導致什么結(jié)果？P26答：光纖的傳輸特性：損耗和色散。損耗的影響：使信號幅度減小、限制傳輸距離；色散的影響：使信號產(chǎn)生畸變(失真)即使信號波形展寬限制傳輸容量。9、時間延遲差A(yù)t的計算？均方根脈沖展寬和3dB帶寬的計算？復習題目2-14、2-25f3dB=At=2.355o=(單位ns)10、光纖線路損耗的計算P32,復習題目P2-24答：光纖損耗系數(shù)a=a是損耗系數(shù)。L(km)為光纖長度，Pi輸入光功率，Po輸出光功率。損耗是光纖的第二個傳輸特性，使信號幅度減小。光纖的損耗在很大程度上決定了系統(tǒng)的傳輸距離。11、色散種類構(gòu)成？損耗種類構(gòu)成？答：目前的單模光纖色散系數(shù)一般為20ps/km.nm，光纖長度越長，所引起的色散總值也就越大。色散系數(shù)越小越好，因為色散系數(shù)越小，光纖的帶寬也就越大，傳輸容量也就越大。色散的種類：模式色散、材料色散和波導色散；（單模光纖只有：材料和波導色散）損耗的種類：吸收損耗、散射損耗三種實用的低損耗和色散對應(yīng)的波長值？P34答:0.85pm、1.31pm和1.55pm光纖通信采用光波長——發(fā)展的方向是？答：光纜包括哪2部分？其中、纖芯包括哪2部分？答：光纜組成：纜芯、護套（有時外有鎧裝）纜芯組成：被覆光纖（或稱芯線）、加強件第三章1、 通信用光器件的分類？有源器件包括哪些？光無源器件包括哪些？P48答：通信用光器件：光有源器件和光無源器件。）（441MHZT?）/（lg100kmdBppLi光有源器件：光源：半導體激光器（LD）、發(fā)光二極管（LED）和分布式反饋激光器（DFB）;光檢測器：光電二極管（PD）、PIN光電二極管和雪崩光電二極管（APD）;光放大器：摻鉺光纖放大器（EDFA）;光無源器件：光纖連接器、光耦合器、光隔離與光環(huán)形器、光調(diào)制器、光波分復用器/解復用器、光開關(guān)2、 光源的作用？常用的光源主要有哪些？半導體激光機LD的工作原理？P48答：光源的作用是把電信號轉(zhuǎn)換為光信號。常用光源：半導體激光器（LD）、發(fā)光二極管（LED）和分布式反饋激光器（DFB）;半導體激光器工作原理和基本結(jié)構(gòu)：（1）在向半導體PN結(jié)注入電流作用下，電子從低能級躍遷到高能態(tài)，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。（粒子數(shù)反轉(zhuǎn)：低能級電子數(shù)＜高能級電子數(shù)）再在入射光的作用下，電子再從高能態(tài)躍遷到低能態(tài)產(chǎn)生光子而發(fā)光—受激輻射。最后，利用光學諧振腔的正反饋，實現(xiàn)光放大而產(chǎn)生激光震蕩的。3、 何為粒子數(shù)目反轉(zhuǎn)？P49復習題目3-20答：假設(shè)能級E1和E2上的粒子數(shù)分別為N1和N2，在正常的熱平衡狀態(tài)下，低能級E1上的粒子數(shù)N1是大于高能級E2上的粒子數(shù)N2的，入射的光信號總是被吸收。為了獲得光信號的放大，必須將熱平衡下的能級E。和E:上的粒子數(shù)N1和N:的分布關(guān)系倒過來，即高能級上的粒子數(shù)反而多于低能級上的粒子數(shù)，這就是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。4、 光和物質(zhì)相互作用的方式有哪些？復習題目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。受激吸收。在正常狀態(tài)下，電子處于低能級E。，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。⑶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E2上與空穴復合，釋放的能量產(chǎn)生光輻射，這種躍遷稱為受激輻射。5、 半導體激光器LD的發(fā)射波長計算？P53復習題目3-96、 光源隨著工作溫度的升高、導致？激光器輸出光功率隨溫度而變化有兩個原因：是激光器的閾值電流Ith隨溫度升高而增大；(2)是外微分量子效率nd隨溫度升高而減??；溫度升高時，Ith增大，nd減小，輸出光功率明顯下降，達到一定溫度時，激光器就不激射了。7、發(fā)光二級管LED的工作原理？P57激光器（LD）的工作原理：受激輻射光；發(fā)光二極管（LED）的工作原理：自發(fā)輻射光相同點：都采用雙異質(zhì)結(jié)（DH）結(jié)構(gòu)（把有源層夾在P型和N型限制層中間）不同點：LED不需要光學諧振腔，無閾值電流。ggEEhc24.1==入8激光器LD的電光轉(zhuǎn)換的效率計算？（按定義計算）P54浚光器的電?淫轉(zhuǎn)換鈾率用外瀕分量子斂率啪表示,耳￡?_是在閾恒電謊以上,每對真會載痂孑產(chǎn)生的光F族_Cp-屜）砂—卯曰匕止稈到?J：I.P=Pih~~（^P利方別為潘光器的策出光功車和呃動電沆兔和“分別為相應(yīng)的囪值,hi和已分別為光用渣和電子電直9、 光檢測器的量子效率計算（按定義計算）P62復習題目3-1510、 光檢測器響應(yīng)度和量子效率的計算（公式3.14）P62復習題目3-17第四章1、 光端機包括哪幾部分？P78光端機包括：光發(fā)射機、光接收機。2、 光發(fā)射機、光接收機分別由哪些部分組成？答：光發(fā)射機結(jié)構(gòu)組成：光源、相關(guān)電路（調(diào)制電路、控制電路、線路編碼電路）光接收機主要包括：光檢測器、前置放大器、主放大器、均衡器時鐘提取電路、取樣判決器以及自動增益控制（AGC）電路。3、激光器LD產(chǎn)生張弛振蕩和自脈沖現(xiàn)象的原理是？危害是？如何消除危害？P80-81復習題目4-1答：當電流脈沖注人激光器后，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。當最高調(diào)制頻率接近弛張振蕩頻率時，波形失真嚴重，會使光接收機在抽樣判決時增加誤碼率，因此實際中最高調(diào)制頻率應(yīng)低于馳張振蕩頻率。某些激光器在脈沖調(diào)制甚至直流驅(qū)動下，當注入電流達到某個范圍時，輸出光脈沖出現(xiàn)持續(xù)等幅的高頻振蕩，這種現(xiàn)象稱為自脈動現(xiàn)象。自脈動頻率可達2GHz，嚴重影響LD的高速調(diào)制特性。4、 光檢測器中的前置放大器的類型？應(yīng)選擇哪種類型？P87-88復習題目P4-6答:雙極型晶體管前置放大器、場效應(yīng)管前置放大器和跨阻型前置放大器；在光接收機的前置放大器采用跨組型，是因為跨組型前置放大器改善了帶寬特性及動態(tài)范圍，并具有良好的噪聲特性。5、 光檢測器的靈敏度計算？P89復習題目4-10答：Pr=10lg靈敏度表示光接收機調(diào)整到最佳狀態(tài)時，能夠接收微弱光信號的能力。6、 光纖通信中常用的碼型？P94-98復習題目4-13答：第五章1、 數(shù)字光纖通信先后有哪兩種傳輸體制？P102答：準同步數(shù)字系列（PDH）和同步數(shù)字系列（SDH）2、 SDH相比PDH的優(yōu)點？答：PDH的固有缺陷：1、接口方面：電接口只有地區(qū)性的電接口規(guī)范，無世界標準。無光接口規(guī)范，各廠家獨自開發(fā)。2、復用方式：PDH采用異步復用方式：低速信號在高速信號中的位置無規(guī)律性，即無預(yù)知性，即不能從高速信號中直接分離低速信號。與PDH相比，SDH具有下列優(yōu)點：SDH采用世界上統(tǒng)一的標準傳輸速率等級。最低的等級也就是最基本的模塊稱為STM-1,傳輸速率為155.520Mb/s;4個STM-1同步復接組成STM-4，傳輸速率為4x155.52Mb/s=622.080Mb/s;16個STM-1組成STM-16，傳輸速率為2488.320Mb/s,以此類推。一般為STM-N，N=1，4，16，64。由于速率等級采用統(tǒng)一標準，SDH就具有了統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點接口，并可以承載現(xiàn)有的 PDH(E1、E3等)和各種新的數(shù)字信號單元，如ATM信元、以太鏈路幀、IP分組等，有利于不同通信系統(tǒng)的互聯(lián)。SDH傳送網(wǎng)絡(luò)單元的光接El有嚴格的標準規(guī)范。因此，光接El成為開放型接口，任何網(wǎng)絡(luò)單元在光纖線路上可以互聯(lián)，不同廠家的產(chǎn)品可以互通，這有利于建立世界統(tǒng)一的通信網(wǎng)絡(luò)。另一方面，標準的光接口綜合進各種不同的網(wǎng)絡(luò)單元，簡化了硬件，降低了網(wǎng)絡(luò)成本。在SDH幀結(jié)構(gòu)中，豐富的開銷比特用于網(wǎng)絡(luò)的運行、維護和管理，便于實現(xiàn)性能檢測、故障檢測和定位、故障報告等管理功能。采用數(shù)字同步復用技術(shù)，其最小的復用單位為字節(jié)，不必進行碼速調(diào)整，簡化了復接分接的實現(xiàn)設(shè)備，由低速信號復接成高速信號，或從高速信號分出低速信號，不必逐級進行。采用數(shù)字交叉連接設(shè)備DXC可以對各種端口速率進行可控的連接配置，對網(wǎng)絡(luò)資源進行自動化的調(diào)度和管理，這既提高了資源利用率，又增強了網(wǎng)絡(luò)的抗毀性和可靠性。SDH采用了DXC后，大大提高了網(wǎng)絡(luò)的靈活性及對各種業(yè)務(wù)量變化的適應(yīng)能力，使現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)提高到一個嶄新的水平。)](10)min([3dBmwP-><3、 SDH幀結(jié)構(gòu)的組成部分？P106答：段開銷、信息載荷、管理單元指針。4、 計算中繼距離(中繼距離受損耗的限制P116、中繼距離也受色散的限制P119)復習題目5-6L<式中，Pi為平均發(fā)射光功率(dBm),衛(wèi)t為接收靈敏度(dBm),叱為連接器損耗〔JB-對)，M已為系統(tǒng)余量(dE),cd為光纖損耗系數(shù)(dB/kmL血為每km光纖平均接頭損耗(dE-loqam為每km光纖第路損耗余量為中繼距離(km).式中.兀是第路碼速率(Mb—6是光纖的色散系數(shù)'km)),它取決于工作波長附近的光纖色散特性。巧為光源譜線寬度(nm)。E是勻功率代價和光源特性有關(guān)的參數(shù)，對于多縱模激光器MLM-LD:8=0.115:對于單縱模激光器(SLM-LD):e=0306c1模擬光纖傳輸系統(tǒng)主要應(yīng)用于？P123答：模擬電視傳輸2、 模擬光纖傳輸系統(tǒng)對光源的要求是？答：(1)發(fā)射(入纖)光功率要大，以利于增加傳輸距離。在光纖損耗和接收靈敏度一定的條件下，傳輸距離和發(fā)射光功率成正比。發(fā)射光功率取決于光源,LD優(yōu)于LED。非線性失真要小，以利于減小微分相位(DP)和微分增益(DG)，或增大調(diào)制指數(shù)m(mTV)。LED線性優(yōu)于LD。調(diào)制指數(shù)m(mTV)要適當大。m大，有利于改善SNR;但m太大，不利于減小DP和DGO光功率溫度穩(wěn)定性要好。LED溫度穩(wěn)定性優(yōu)于LD,用LED作光源一般可以不用自動溫度控制和自動功率控制，因而可以簡化電路降低成本。3、 模擬光纖傳輸系統(tǒng)目前使用的主要調(diào)制方式是哪些？P123答：模擬基帶直接光強調(diào)制、模擬間接光強調(diào)制、頻分復用光強調(diào)制4、 評價SCM傳輸質(zhì)量的特性參數(shù)主要有哪些？P132-P135答：對于副載波復用模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)，評價其傳輸質(zhì)量的特性參數(shù)主要是載噪比（CNR）和信號失真。5、信號失真可以用哪兩個參數(shù)來表示？