光纖通信復(fù)習(xí)

1、光纖通信一、簡答題1.麥克斯韋方程組各方程式的含義是什么？答：方程組中，各式的物理意義為式（0-1）與式（0-5） 表示電場隨時(shí)間變化將產(chǎn)生變化磁場，稱為全電流定律。式（0-2）與式（0-6）表示變化的磁場將感應(yīng)出變化電場，稱為電磁感應(yīng)定律，又稱法拉第定律。式（0-3）與式（0-7）表示磁力線是閉合的，無頭無尾的，稱為磁通連續(xù)性定理。式（0-4）與式（0-8）表示電位移矢量與源之間的關(guān)系。稱為高斯定理。2.當(dāng)平面波投射到兩種介質(zhì)分界面時(shí)，將產(chǎn)生什么現(xiàn)象？用什么定律來說明？其表示式是什么？答：平面波沿k1方向由介質(zhì)I射到兩介質(zhì)分界面上，這時(shí)將產(chǎn)生反射和折射。一部分能量沿k1方向反回原來的介質(zhì)，這

2、稱為反射波；一部分能量沿k2方向進(jìn)入第二種介質(zhì)，稱為折射波。入射線、反射線、折射線各在k1， k1，k2方向， 1， 1，2為入射線、反射線、折射線與法線之間的夾角，分別稱為入射角、反射角和折射角。反射和折射的基本規(guī)律是由斯奈耳定律和菲涅爾公式表示的，下面我們給出最后結(jié)果： 斯奈耳定律說明反射波、折射波與入射波方向之間的關(guān)系1=1n1sin1= n2sin2 菲涅爾公式表明反射波、折射波與入射波的復(fù)數(shù)振幅之間的關(guān)系水平極化波：垂直極化波：3.什么是臨界角？全反射的條件是什么？答：我們把折射角剛好達(dá)到90o時(shí)的入射角稱為臨界角，用c表示。利用折射定律可得出全反射的條件是：第一章 概述一、填空題1

3、.目前光纖通信所使用的光波的波長范圍是（0.81.8m），對應(yīng)的頻率范圍是（167THz375THz）。其中三個(gè)低損耗工作波長是：短波長為（0.85m），長波長為（1.31m ）和（1.55m），對應(yīng)的損耗值約為（2dB/km），（0.5dB/km）和（0.2dB/km）。2.光纖通信是以（光波）作為載波，以（光纖）為傳輸介質(zhì)的一種通信方式。3.目前實(shí)用的光纖通信系統(tǒng)，普遍采用的調(diào)制方式是（強(qiáng)度調(diào)制）和檢波方式是（直接檢波）。4.光纖數(shù)字長途通信系統(tǒng)主要有（光發(fā)送機(jī)）、（光接收機(jī)）、（光纜）和（放大器）四大部分組成。5.通常根據(jù)傳播方向上有無電場或磁場分量，可將光（電磁波）的傳播形態(tài)分為（TE

4、）波、（TM）波和（TEM）波三類。二、名詞解釋題1.光纖通信光纖通信是以光波作載波，以光纖為傳輸介質(zhì)的一種通信方式。三、簡答題1.何為TEM波，TE波和TM波？答：通常，根據(jù)傳播方向上有無電場分量或磁場分量，可將光（電磁波）的傳播形態(tài)分成如下三類：TEM波：在傳播方向上沒有電場和磁場分量，稱為橫電磁波。TE波：在傳播方向上有磁場分量但無電場分量，稱為橫電波。TM波：在傳播方向上有電場分量而無磁場分量，稱為橫磁波。任何光都可以用這三種波的合成形式表示出來。2.光纖通信的主要優(yōu)點(diǎn)？答：（1）傳輸頻帶寬、通信容量大。（2）傳輸損耗小。（3）抗電磁干擾能力強(qiáng)。（4）線徑細(xì)、重量輕。（5）資源豐富。3

5、.簡述光纖通信技術(shù)的發(fā)展趨勢。答：光纖通信的發(fā)展趨勢，可以通過以下幾個(gè)方面展望：（1）為了實(shí)現(xiàn)越來越大的信息容量和長距離傳輸，必須使用低損耗和低色散的單模光纖。（2）為了適應(yīng)WDM（波分復(fù)用系統(tǒng)）系統(tǒng)的需要，近年已開始研制多波長光源器件（MLS）。（3）對于光纖通信系統(tǒng)的接收端機(jī)，它的光電監(jiān)測器和前置放大器，主要是向高速率或?qū)掝l帶響應(yīng)方向發(fā)展。（4）光纖通信系統(tǒng)中的以點(diǎn)到點(diǎn)傳輸?shù)腜DH系統(tǒng)已不能適應(yīng)現(xiàn)代電信網(wǎng)的發(fā)展，因此，光纖通信向聯(lián)網(wǎng)化發(fā)展（SDH）已成為必然趨勢。（5）光纖接入網(wǎng)是當(dāng)前重要的研究課題，有望FTTH（光纖到家庭）早日實(shí)現(xiàn)。四、畫圖題1.請畫出光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的原理方框圖。P.

6、24 圖1-2第三章 光導(dǎo)纖維與光纜一、填空題1.按照射線理論的觀點(diǎn)，階躍型光纖是根據(jù)光線在纖芯與包層分界面上的（全反射）原理將光線束縛在纖芯中沿光纖軸向傳輸?shù)摹?.階躍型光纖中，子午線在包層與纖芯分界面上形成全反射的條件是（ ）。3.階躍光纖中，子午光線是指（位于光纖子午面內(nèi)）的光線，它的傳輸特點(diǎn)是子午光線在傳輸過程中始終位于（同一子午面內(nèi)）。4.從射線理論的觀點(diǎn)，在階躍型光纖端面上的光線在纖芯中形成導(dǎo)波的條件是：光線在光纖端面上的投射角必須滿足關(guān)系式（ ）。5.所謂弱導(dǎo)波光纖是指纖芯折射率（稍大于）包層折射率的光纖。6.按照光纖折射率分布的不同，光纖可以分為（階躍型光纖）和（漸變型光纖）；

7、按照光纖中傳輸模式的多少，光纖可以分為（多模光纖）和（單模光纖）。7.在階躍型（弱導(dǎo)波）光纖中，導(dǎo)波的主模為（），第一高次模為（），其單模傳輸條件是（）。8.階躍型單模光纖的截止波長（），它是以（）模的歸一化截止頻率Vc而給出的。9.所謂光纖的最佳折射指數(shù)分布是指（可以使光纖中產(chǎn)生自聚焦現(xiàn)象）的折射指數(shù)分布。10.漸變型光纖中，子午光線的自聚焦是指光纖中不同的光線具有（相同的軸向速度）的現(xiàn)象。11.形成光纖損耗的原因，歸結(jié)起來主要包括（吸收損耗）和散射損耗兩大類。12.單模光纖中不存在（模式）色散，只有材料色散和波導(dǎo)色散。13.表示光纖色散程度的物理量是（時(shí)延差）。14.造成光纖傳輸衰減的原因

8、是（光纖損耗）它主要可以分為（材料吸收損耗）和（材料散射損耗）兩大類。15.在階躍型光纖中，導(dǎo)波的傳輸條件是（VVC）而截止條件是（VVC）。16.光纜主要由纜芯、（加強(qiáng)元件）和護(hù)層等幾部分組成。17.常用通信光纜的纜芯結(jié)構(gòu)有層絞式、單位式、（帶狀式）和骨架式等幾種。18.對標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（G.625），在（1.31m）處，色散系數(shù)D=Dm+Dw=0，這個(gè)波長稱為（零色散波長）。19.按照射線理論，階躍型光纖中的光纖主要有（子午線）和斜射線兩種。二、名詞解釋題1.相對折射率差2.數(shù)值孔徑，它表示光纖端面的集光能力。3.弱導(dǎo)波光纖弱導(dǎo)波光纖是指纖芯折射率（n1）稍大于包層折射率（n2）的光纖。4.

9、光纖的子午面通過光纖軸線的平面稱為光纖的子午面。5.子午光線子午光線就是位于光纖子午面內(nèi)的光線。6.導(dǎo)波的基模在光纖所有導(dǎo)模中，歸一化截止頻率最小的模式稱為導(dǎo)波的基模，亦稱主模。7.LP模LP模是線極化模的英文縮寫，所謂線極化就是電磁波的電場強(qiáng)度矢量的端點(diǎn)隨時(shí)間變化的軌跡為一條直線。8.自聚焦?jié)u變型光纖中不同射線，具有相同軸向速度的現(xiàn)象。9.本地?cái)?shù)值孔徑在漸變型光纖中，把射入纖芯某點(diǎn)r處的光線的數(shù)值孔徑稱為本地?cái)?shù)值孔徑。10.材料色散材料色散是由于材料本身的折射率隨頻率而變化，使信號各頻率成分的群速度不同而引起色散。11.波導(dǎo)色散波導(dǎo)色散是對于光纖某一個(gè)模式而言，在不同的頻率下，相位常數(shù)不同，

10、使得群速度不同而引起的色散。12.線極化波電場矢量空間取向不變，即其端點(diǎn)的軌跡為一直線的波稱為線級化波。13.單模光纖的零色散波長單模光纖的色散系數(shù)（D）等于零時(shí)所對應(yīng)的光波長稱為它的零色散波長。三、簡答題1.何謂弱導(dǎo)波光纖？它對光纖的數(shù)值孔徑和模式色散分別會(huì)產(chǎn)生什么影響？答：弱導(dǎo)波光纖指纖芯折射率n1稍大于包層折射率n2的階躍型光纖。由于比較小，所以和都比較小。2.何謂漸變型光纖的最佳折射指數(shù)分布？最佳折射指數(shù)分布形式又是什么？答：可以使光纖中產(chǎn)生自聚焦時(shí)的折射率分布稱為最佳折射指數(shù)分布。折射指數(shù)按雙曲正割型分布是最佳折射指數(shù)分布形式。嚴(yán)格來講，只有折射指數(shù)按雙曲正割型分布時(shí)的光纖，才可使光

11、纖中子午線產(chǎn)生自聚焦，而由于平方律型折射指數(shù)分布光纖的折射率分布，接近于雙曲正割型光纖的折射率分布，因此可以認(rèn)為平方律型折射指數(shù)分布光纖，具有較小的模式色散的特點(diǎn)。它的折射率分布形式，接近于最佳折射指數(shù)分布。其表示式為：式中3.何謂漸變型光纖的本地?cái)?shù)值孔徑？答：漸變型光纖芯子中的折射指數(shù)n1，隨半徑r而變化，因此其數(shù)值孔徑是芯子端面上位置的函數(shù)。所以把射入纖芯某點(diǎn)r處的光線的數(shù)值孔徑，稱為該點(diǎn)的本地?cái)?shù)值孔徑，記作NA(r)。只有當(dāng)入射光線的端面入射角max的射線，才可成為導(dǎo)波。漸變型光纖芯子中某點(diǎn)的數(shù)值空間可根據(jù)式（2-5），可寫為： 式中，r為光纖芯子中任一點(diǎn)到軸線之間的距離，n(r)為該點(diǎn)

12、的折射指數(shù)。4.給出平方律型折射指數(shù)分布光纖的模數(shù)量。答：經(jīng)分析可知，又，所以平方律型折射指數(shù)分布光纖中總的模數(shù)量為 從式中看出，漸變型光纖中的模數(shù)量與光纖的歸一化頻率的平方成正比，相同V的情況下，它比階躍光纖中的模數(shù)量減少一半。5.何謂單模光纖的雙折射？答：單模光纖中，兩個(gè)互相正交的偏振模LP01x和LP01y，它們的相位常數(shù)不同，即，這就稱為單模光纖的雙折射現(xiàn)象。6.單模光纖的雙折射是如何引起的？答：單模光纖中的雙折射是由于實(shí)際光纖的形狀、折射率和應(yīng)力分布等不均勻，從而造成光波在互相正交的兩個(gè)偏振方向上呈現(xiàn)出折射率不同，即，以致使得相位常數(shù)。7.何謂單模光纖？在階躍型光纖中要實(shí)現(xiàn)單模傳輸必

13、須滿足什么條件？答：在給定的工作波長上，只傳單一基模的光纖稱為單模光纖。在階躍型光纖中單模傳輸?shù)臈l件是光纖參數(shù)歸一化頻率V必須滿足0V2.40483。8.何謂光纖色散？它對光纖通信會(huì)產(chǎn)生什么影響？答：光纖色散是指光脈沖在光纖內(nèi)傳輸過程中，其波形在時(shí)間上發(fā)生展寬而畸變的現(xiàn)象。由于光脈沖在傳輸過程中發(fā)生展寬，將使光脈沖相互重迭而產(chǎn)生碼間干擾，增加誤碼率，從而限制了通信容量和傳輸距離。9.何謂光纖的模式色散？它與哪些因素有關(guān)？答：模式色散是指具有同一頻率的各種光線(或模式)，由于它們在光纖中的傳輸路徑不同，從而使得各種光線（或模式）具有不同的軸向速度所引起的光脈沖展寬。由可知，模式色散與光纖的纖芯折

14、射率（n1），包層折射率（n2）以及傳輸距離（L）有關(guān)。10.階躍型光纖中導(dǎo)波特性參數(shù)U和W的名稱和計(jì)算式分別是什么？答：，稱為導(dǎo)波的徑向歸一化相位常數(shù)；，稱為導(dǎo)波的徑向歸一化衰減常數(shù)。四、畫圖題 1.分別畫出階躍型光纖和漸變型光纖的折射率剖面分布的示意圖。2.分別畫出階躍型光纖和漸變型光纖中子午光線傳輸路徑的示意圖。書本P37五、計(jì)算題1.已知階躍型光纖的，工作波長，纖芯半徑a=25m。求：（1）相對折射指數(shù)差。（2）數(shù)值孔徑。（3）光纖中傳輸?shù)膶?dǎo)模數(shù)是多少？（4）若要實(shí)現(xiàn)單模傳輸。則纖芯半徑a應(yīng)如何選擇？（5）10公里光纖的模式色散值。解：（1）式中，稱為相對折射指數(shù)差，當(dāng)與差別極小時(shí)，這

15、種光纖稱為弱導(dǎo)波光纖，此時(shí) （2） 式中，NA稱為數(shù)值孔徑，數(shù)值孔徑大表示捕捉射線的能力強(qiáng)?？梢韵胍娙鯇?dǎo)波光纖的很小，所以NA也不太大。 （3） 而 所以（個(gè)）式中，M稱為光纖中傳輸?shù)膶?dǎo)模數(shù)，而V稱為光纖的歸一化頻率，它是一個(gè)直接與光的頻率成正比的無量綱的量，它決定于光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)，纖芯半徑a ，纖芯及包層的折射指數(shù)n1和n2，以及自由空間波數(shù)。在光纖中，當(dāng)不能滿足單模傳輸條件（0V2.40483）時(shí)，將有多個(gè)導(dǎo)波同時(shí)傳輸，故稱為多模光纖。（4）階躍型光纖的單模傳輸條件為0V2.40483而 從上式解出a為 （5）式中，稱為最大時(shí)延差，即模式色散值。弱波導(dǎo)光纖由于很小，所以也較小。即可以減小模

16、式色散。2.已知階躍光纖的，光纖中的導(dǎo)模數(shù)M=8。求：纖芯半徑a。解：因?yàn)樗?而 所以 即3.已知階躍型光纖的，纖芯半徑a=7m。 求：光纖中可以傳輸哪幾種模式？解： 因?yàn)榭梢?Vm。8.誤碼秒比9.嚴(yán)重誤碼秒比14.抖動(dòng)峰峰值抖動(dòng)容限往往是用峰峰抖動(dòng)Jpp來描述的，它是指某個(gè)特定的抖動(dòng)比特的時(shí)間位置，相對于該比特?zé)o抖動(dòng)時(shí)的時(shí)間位置的最大部分偏離。16.輸入抖動(dòng)容限指光纖數(shù)字通信系統(tǒng)允許輸入脈沖產(chǎn)生抖動(dòng)的范圍三、簡答題1.簡述光隔離器的主要作用和要求。答：光隔離器的主要作用是只允許正向光信號通過，阻止反向光返回。對光隔離器的主要要求是插入損耗低、隔離性能好。2.數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中，線路碼型應(yīng)

17、滿足哪些條件？答：應(yīng)滿足以下幾個(gè)條件：（1）避免在信碼流中出現(xiàn)長“0”和長“1”；（2）能進(jìn)行不中斷業(yè)務(wù)的誤碼監(jiān)測；（3）盡量減少信碼流中直流分量的起伏。3.光纖連接器的主要作用和要求是什么？答：光纖連接器用于設(shè)備與光纖之間的連接、光纖和光纖之間的連接或光纖與其它無源器件的連接。對它的要求是：連接損耗小，穩(wěn)定性好，重復(fù)性和互換性好，裝、拆方便，體積小，成本低。4.在光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中涉及哪些系統(tǒng)部件的選擇？答：涉及下列系統(tǒng)部件的選擇（1）工作波長的選擇；（2）光源的選擇；（3）光電檢測器的選擇；（4）光導(dǎo)纖維的選擇。5.光纖定向耦合器有哪幾個(gè)主要參數(shù)？它們的物理含義是什么？答：主要參數(shù)有隔離度

18、，插入損耗和分光比等。隔離度表示耦合器兩個(gè)輸入端口間的隔離程度；插入損耗表示耦合器損耗的大??；分光比等耦合器兩個(gè)輸出端口的光功率之比。6.在我國采用的準(zhǔn)同步數(shù)字體系中，PCM端機(jī)輸出端口的接口速率和接口碼型分別是什么？答：群路等級 一次群（基群） 二次群 三次群 四次群接口速率 2.048 8.448 34.368 139.264接口碼型 HDB3 HDB3 HDB3 CMI四、畫圖題1.畫出最簡單的光中繼器原理方框圖。五、計(jì)算題1.已知光纖通信系統(tǒng)光纖損耗為0.6dB/km，有6個(gè)接頭，平均每個(gè)接頭損耗為0.15dB,光源入纖功率為-4dBm，接收機(jī)靈敏度為-52dBm，設(shè)備富余量為6dB，

19、求最大中繼距離為多少？2.已知一單模光纖通信系統(tǒng)，其光發(fā)射機(jī)的平均發(fā)送光功率為1mW，接收機(jī)靈敏度為一35dBm，全程光纖平均接頭損耗為0.05dB/km。系統(tǒng)富裕度取為6dB。若系統(tǒng)中繼傳輸距離為80km，則應(yīng)選擇光纖每公里損耗上限為多少？解：根據(jù)題意可得，。由 由 3.已知一光纖通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)的平均發(fā)送光功率為0.5mW，接收機(jī)靈敏度為-38dBm，光纖損耗為0.34dB/km，全程光纖平均接頭損耗為0.05dB/km，設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)富裕度為6dB。試核算該系統(tǒng)的無中繼傳輸距離是否滿足80km的要求。解：根據(jù)題意可得，。由 由 該系統(tǒng)的無中繼傳輸距離不能滿足80km的要求 4.一光纖通信系統(tǒng)

20、的光纖損耗為0.33dB/km，光發(fā)射機(jī)的平均發(fā)送光功率為1dBm，全程光纖平均接頭損耗為0.04dB/km。設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)富裕度為6dB，無中繼傳輸距離為80km?，F(xiàn)選擇一接收機(jī)，在滿足系統(tǒng)誤碼率指標(biāo)條件下，其允許的最小接收光功率為-30dBm，試核算該接收機(jī)能否滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。解：根據(jù)已知可得：，。由 該接收機(jī)不能滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 第八章 光放大器1、填空題1.目前，摻鉺光纖放大器小信號增益的最高值可達(dá)（40dB左右）。2.摻鉺光纖放大器中，用于降低放大器噪聲的器件是（光濾波器）。3.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（光耦合器）。4.隨著輸入光功率的逐步增加，EDFA功率增益的變化趨勢為（