光纖通信資料

1、精選文庫(kù)11光纖通信系統(tǒng)第一章所謂光纖通信，就是用光作為信息的載體、以光纖作為傳輸介質(zhì)的一種通信方式。通信系統(tǒng)的容量通常用比特率一距離積BL表示，B為比特率 丄為中繼間距。三種低損耗窗 850nm、3dB/km; 1310nm、0.4dB/km; 1550nm、0.2dB/km4、PDH和SDH各表示什么？其速率等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是什么？SDH表答：PDH表示準(zhǔn)同步數(shù)字序列，即在低端基群采用同步，高次群復(fù)用采用異步; 示同步數(shù)字序列。PDH速率等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：系列標(biāo)誹話路ft碼速CMha)備注32基ff302.048= 64x32 kb/s路二次群!130443=(2tMx4 + 256) 2系三次群1430

2、= (ft44iix4 + 576) 3s列四次群IQ2G139,264= 34368x4+ 1792) kb/a基群241.544= (64x24 + 8) kb/s24二秋群%6.312= (1344 x 4+ 136) th/(i路三次群430(132.064= (63Ux4 + 5W) kb/s系672北知44.736(6312x74552) kb/s列1440( H )】334(北美)197.728iW= (32064x3 + 3098) kh/s =(44736x2 + 528)MSDH速率等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：STM-1： 155.520Mbit/sSTM-4: 622.080 Mbit/s

3、STM-16: 2.5 Gbit/STM-64: 10 Gbit/s3、光纖通信有哪些優(yōu)點(diǎn)？答：1、頻帶寬，通信容量大2、損耗低，中繼距離長(zhǎng)3、抗電磁干擾4、無(wú)串音干擾，保密性好5、光纖線徑細(xì)、重量輕、柔軟6、光纖的原材料資源豐富，用光纖可節(jié)約金屬材料7、光纖具有耐腐蝕力強(qiáng)、抗核幅射、能源消耗小等優(yōu)點(diǎn)。5、圖示光纖通信系統(tǒng)，解釋系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)。 答：光纖通信系統(tǒng)由光發(fā)送機(jī)、光纖光纜與光接收機(jī)等基本單元組成。系統(tǒng)中包含一些互連與光信號(hào)處理部件，如光纖連接器、隔離器、調(diào)制器、濾波器、光開關(guān)及路由器等。在長(zhǎng)距 離系統(tǒng)中還設(shè)置有中繼器（混合或全光）。1. 光纖由哪幾部分構(gòu)成？從橫截面上看由三部分構(gòu)成：纖

4、芯、包層、涂敷層;2、光纖中的纖芯折射率與包層折射率的關(guān)系？單模光纖和多模光纖中中兩者的芯經(jīng)一般分別為多少?答：纖芯折射率大于包層折射率;單模光纖纖芯直徑：2a=8um12 ym,包層直徑：2b=125m;多模光纖纖芯直徑：2a=50um,包層直徑：2b=125um。3、根據(jù)芯、包折射率分布及模式傳播情況，指出有哪些典型形式光纖?答：按照折射率:折射率在纖芯與包層介面突變的光纖稱為階躍光纖； 折射率在纖芯內(nèi)按某種 規(guī)律逐漸降低的光纖稱為漸變光纖。按照傳輸模式:單模光纖和多模光纖。5、數(shù)值孔徑NA的物理意義？表達(dá)式是什么?答：光纖的數(shù)值孔徑NA,它的含義是反映光纖對(duì)光信號(hào)的集光能力 （接收能力）

5、，NA值越大，對(duì)光信號(hào)集光（接收）能力越強(qiáng)。NA = sin Cn0 sin Q n。 sin0 n1 sin(90 01ni cos cn1sin 2 cnin12n2n2c)nin；或6什么是光纖的自聚焦？產(chǎn)生在何種類型光纖里？產(chǎn)生自聚焦的條件？答:若折射率分布合適，可以使以不同角度入射的全部光射線以相同的軸向速度， 同時(shí)到達(dá)光纖軸上的某點(diǎn)，即所有光射線都具有相同的空間周期L,這種現(xiàn)象稱為自聚焦，具有自聚焦特性的光纖稱為自聚焦光纖；梯自聚焦-以不同角度入射的光射線以相同的軸向速度， 具有相同的空間周期L， 這種光纖稱為自聚焦光纖。產(chǎn)生在漸變（梯度）型光纖中；當(dāng)折射率分布按平方率分布（即雙曲

6、正割變化），可形成自聚焦特性。第二章7、階躍光纖的纖芯和包層折射率分別為ni = 1.46和n2= 1.45,試計(jì)算:（a）相對(duì)芯包折射率差;（b）若該光纖的端面外為空氣（n0=1），計(jì)算允許的最大入射角0及數(shù)值孔徑NA;（C）若該光纖浸于水中（n0=1.33），計(jì)算0及NA的大小。解：2m n(a)-22n1(b)0arcsi n(NAn0 sin2-0.006832“2 0)9.80(Qn01)n。01 si n 9.800.17（C）12 2vmn20arcsin( )7.4 (Q n01.33)n0NAn0sin 01.33 sin 7.400.178、有一 SI型多模光纖的芯徑為 5

7、0 m，芯包折射率分別為 ni=1.465和n2=1.46。計(jì)算與光纖軸線夾角最大的那條子午射線， 在1m的傳輸距離上共要反射多少次？解:臨界角兔=arc sin ) = arc sin(acr sin(0* 997)= 85. 26反射一次的軸向傳輸距離為Z2atanft, = 50tan85, 26=604特m反射次數(shù)為Km)狂（次2.21、導(dǎo)模的傳播常數(shù)應(yīng)滿足什么條件?答：2、歸一化頻率V與什么參量有關(guān)？其值與導(dǎo)模數(shù)的關(guān)系？V2答由式（2.2.21），與自由空間波數(shù)、芯經(jīng)、波長(zhǎng)、折射率和相對(duì)折射率差有關(guān)。V2 (koa)2( n21 n22)M掘43、什么是單模光纖？實(shí)現(xiàn)單模傳輸?shù)臈l件是

8、什么?答：?jiǎn)文９饫w是在給定的工作波長(zhǎng)上，只傳輸單一基模的光纖。 當(dāng)階躍光纖的歸一化頻率 V 2.405時(shí)，實(shí)現(xiàn)單模傳輸。2.4什么是光纖色散？光纖色散包括哪些？零色散點(diǎn)所處的波長(zhǎng)在那兒？決定什么因素?a）光纖的色散是在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)，隨傳輸距離增加，由于不同成分的光傳輸時(shí)延不 同引起的脈沖展寬的物理效應(yīng)。（b）材料色散（模內(nèi)）、波導(dǎo)色散（模內(nèi)）、模式（模間）色散、偏振色散。（d）在1310 nm處，決定因素是材料色散和波導(dǎo)色散。全色散為兩種色散的近似相加，即D= Dmat + D W ps/(nm.km)全色散為零的波長(zhǎng)約在1.31 m2.5 1、什么叫光纖損耗？寫出損耗的表達(dá)式。光纖損耗

9、有哪幾種?造成光纖損耗的原因是什么?答：當(dāng)光在光纖中傳輸時(shí)，隨著傳輸距離的增加，光功率逐漸減 小，這種現(xiàn)象即稱為光纖的損耗。損耗一般用損耗系數(shù)a表示。(dB/km)光纖損耗有：吸收損耗、散射損耗和輻射損耗。損耗產(chǎn)生的主要原因是光纖材料的吸收、 散射作用和光纖在使用 過(guò)程中由于連接、彎曲而導(dǎo)致附加光功率損失。光纖的衰減機(jī)理主要有3種，即光能量的吸收損耗、散射損耗和 輻射損耗。吸收損耗與光纖材料有關(guān);散射損耗則與光纖材料及光纖中的結(jié)構(gòu)缺陷有關(guān);輻射損耗是由光纖幾何形狀的微觀和宏觀擾動(dòng)引起的。2.7 2、光纖有那些類型？ G.652、G.653、G.654、G.655光纖各表示什么？答：G.652光

10、纖(SSF：常規(guī)單模光纖，色散為零的波長(zhǎng)約在1310 nm ,1550 nm 具有更低的損耗；G.653光纖(DSF):色散位移光纖，將零色散波長(zhǎng)從 1.3 m移到1.55 mm , 這種低損耗、低色散的光纖，無(wú)疑對(duì)長(zhǎng)距離大容量光纖通信來(lái)說(shuō)是十分有利的。G.654光纖（CSF）:截止波長(zhǎng)位移光纖，設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)進(jìn)一步降低1550nm處的衰減，而零色散波長(zhǎng)仍為1310 nmG.655光纖（NZ-DSF）:非零色散位移光纖,將零色散波長(zhǎng)移至1550 nm附近， 目地是應(yīng)用DWDM克服非線性產(chǎn)物四波混頻（FW）1、按照成纜結(jié)構(gòu)方式不同可分為哪幾種光纜?答：層絞式、骨架式、帶狀式、束管式2、光纖光纜制造

11、的主要流程是什么?答：制棒-拉絲-涂敷-成纜光纖預(yù)制棒制作方式：用氣相沉積法（MCVD制造一根具有所需折射率分布的預(yù)制棒。典型的預(yù)制棒長(zhǎng)1m直徑2cm包含具有合適相對(duì)尺寸的纖芯和包層。3.12、比較發(fā)光二極管與半導(dǎo)體激光器，指出各自特點(diǎn)?器，答：發(fā)光二極管特點(diǎn)：以自發(fā)輻射為基礎(chǔ)，發(fā)普通熒光，發(fā)散角大，是無(wú)閾值的 器件，發(fā)射功率一般為微瓦級(jí)。半導(dǎo)體激光器特點(diǎn)：以受激輻射為基礎(chǔ)，發(fā)相干（激）光，是有閾值的器件（電流大于閾值點(diǎn)，發(fā)射線性激光；小于閾值點(diǎn)為自發(fā)輻射光），發(fā)射功率一般為毫瓦級(jí)。1、光和物質(zhì)的相互作用是什么?答：受激輻射、自發(fā)輻射、受激吸收1、半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生激光輸出的基本條件是哪些?答：

12、半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生激光輸出的基本條件是: 形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)；提供光反饋；滿足激光振蕩的閾值條件。3.21、用于光纖通信的發(fā)光二極管有哪幾類？特點(diǎn)是什么?答：LED的基本結(jié)構(gòu)可分為兩類：面發(fā)光 LED和邊發(fā)光LED。面發(fā)光LED :稱為布魯斯（Burrus）型LED，這種LED發(fā)射面積限制在一個(gè) 小區(qū)域，小區(qū)域的橫向尺寸與光纖纖芯直徑接近。 面發(fā)光管輸出功率較大，一般注入電流100mA時(shí)可達(dá)幾毫瓦，但光發(fā)散角大，其水平發(fā)散角0|120；垂直發(fā)散角0丄-120；光束呈朗伯分布，與光纖耦合效率很低。邊發(fā)光LED :采用條形半導(dǎo)體激光器的設(shè)計(jì)方案，其發(fā)散光束不同于面發(fā)光LED，它在垂直于結(jié)平面方向的發(fā)散角

13、僅為 30所以邊發(fā)光LED的輸出耦 合效率比面發(fā)光LED高，調(diào)制帶寬亦較大，可達(dá)約 200MHz。2、制張弛振蕩、減小電光延遲時(shí)間的簡(jiǎn)單方法是什么?答：把LD預(yù)偏置在Ith附近時(shí)，是減小td，縮短載流子壽命sp，有 利于提高調(diào)制速率的簡(jiǎn)單方法。所以，無(wú)論是從減弱張弛振蕩，還是從縮短電光延遲時(shí)間來(lái)提高調(diào)制性能，LD都需要預(yù)偏置在閾值附近。3.4 LD 的Ith 隨著工作溫度的提高，P-I特性曲線向右移動(dòng)，這 時(shí)閾值電流增大，斜率減小。外量子效率（總效率） 調(diào)制特性3.5光發(fā)送機(jī)作用：將輸入的電信號(hào)加載到光源的發(fā)射光束上變 成光信號(hào)，送入光纖。信息由LED或LD發(fā)出的光波所攜帶，光波就是載波。把信

14、息加載到 光波上的過(guò)程就是調(diào)制。調(diào)制方式：將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)的方式通常有兩種： 直接調(diào)制和間 接調(diào)制。直接調(diào)制技術(shù)具有簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)和容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，由于光源的輸出光 功率基本上與注入電流成正比，因此調(diào)制電流變化轉(zhuǎn)換為光頻調(diào)制是 一種線性調(diào)制。1、光驅(qū)動(dòng)電路的基本結(jié)構(gòu)是什么？特點(diǎn)是什么?答：光驅(qū)動(dòng)電路由調(diào)制電路和控制電路組成，即提供恒定的偏置電流 和調(diào)制信號(hào)，采用伺服回路保持平均光功率恒定不變。分為L(zhǎng)ED LD光驅(qū)動(dòng)電路兩類。數(shù)字電路通常由差分對(duì)管組成差分電流開關(guān)電路，特點(diǎn)是速度快，電路易于調(diào)整，若用 LD管還需提供預(yù)偏電路。模擬電路由單管或多管構(gòu)成，由于對(duì)線性要求較高，需 要復(fù)雜的補(bǔ)償電路。2

15、、APC與ATC電路起何作用?答：為了克服溫度及老化造成的輸出功率的下降，在驅(qū)動(dòng)電路中要采 取穩(wěn)定補(bǔ)償措施，這就是自動(dòng)功率控制（APC）和自動(dòng)溫度控制（ATC）。ATC控制利用LD組件內(nèi)的半導(dǎo)體致冷器及熱敏電阻進(jìn)行反饋控制即可恒定LD芯片的溫度。APC可通過(guò)兩條途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)，一是自動(dòng)跟蹤Ith的變化，使LD偏置在最佳狀態(tài)；二是控制調(diào)制脈沖電流幅度Im,自動(dòng)跟蹤d （外 量子效率）的變化。由于一般 d隨溫度的變化不是非常大，因此簡(jiǎn)單的辦法是通過(guò)檢測(cè)直流光功率控制偏置電流，也能收到較好的效 果。光源與光纖耦合效率的主要因素:光源的發(fā)散角發(fā)散角大，耦合效率低。光纖的數(shù)值孔徑（NA）NA大，耦合效率高。

16、光源發(fā)光面、光纖端面尺寸、形狀及二者間間距也都直接影響耦合效率。針對(duì)不同的因素，通常采用兩類方法來(lái)實(shí)現(xiàn)光源與光纖的耦合，即直接耦合法：直接耦合法：是將光纖端面直接對(duì)準(zhǔn)光源發(fā)光面，當(dāng)發(fā)光面大于纖芯面積時(shí)，這是一種有效的方法。透鏡耦合法： 透鏡耦合法：當(dāng)光源發(fā)光面積小于纖芯面積時(shí)，可在光源與光纖之間放置聚焦透鏡， 使更多的發(fā)散光線會(huì)聚進(jìn)入4.1光纖來(lái)提高耦合效率。光接收機(jī)作用是：將光信號(hào)轉(zhuǎn)換回電信號(hào)，恢復(fù)光載波所攜帶的原信號(hào)。光接收機(jī)主要由3部分電路組成，分別為 由光電二極管和前置放大 器構(gòu)成的接收機(jī)前端, 由主放大器和均衡濾波器構(gòu)成的線性通道及 由判決器和時(shí)鐘恢復(fù)電路構(gòu)成的再生電路 光電檢測(cè)器（

17、光電二極管或雪崩光電二極管）對(duì)光信號(hào)解調(diào)，將光信 號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。光電檢測(cè)器的輸出電流信號(hào)很小，必須由低噪聲前置放大器進(jìn)行放 大。光電檢測(cè)器和前置放大器構(gòu)成光接收機(jī)前端， 其性能是決定接收靈敏度的主要因素。響應(yīng)度和量子效率關(guān)系1、光纖通信系統(tǒng)用的光檢測(cè)器是怎樣偏置外加工作電壓的?答：反向偏置。足夠大的反向偏置電壓，目的是使本征區(qū)中的載流子完全耗盡， 形成高電場(chǎng) 耗盡區(qū)。使入射到檢測(cè)器上的光子能量高速度、高效率轉(zhuǎn)換成光生電子。 管加上更高反向電壓，可以形成雪崩倍增增益。APD2、比較PIN光電檢測(cè)器與 APD光電檢測(cè)器，各自有那些特點(diǎn)?答：（1）PIN光電二極管沒(méi)有倍增，使用簡(jiǎn)單，工作偏壓低 （

18、5-10V） 要任何控制。在較大光功率注入下，PIN接收機(jī)噪聲性能要比APD接收機(jī)噪聲性能 比降低G倍）優(yōu)越。，不需（信噪（2）APD具有很高的內(nèi)部倍增因子（通過(guò)合理設(shè)計(jì)，可以使 APD工作在最 佳倍增狀態(tài)），這樣接收靈敏度比PIN光檢測(cè)器高。但由于APD需要較高的工作偏壓（200V以及其倍增特性受溫度的影響較嚴(yán) 重因此使用起來(lái)也比較復(fù)雜，需要AGCfe路對(duì)APD的工作偏壓進(jìn)行精細(xì)控制，在 要求較高的數(shù)字光接收機(jī)中，還必須對(duì) APD采取溫度補(bǔ)償措施。在較小光功率注入下，APD接收機(jī)噪聲性能（信噪比提高 G倍）要比PIN 接收機(jī)噪聲性能優(yōu)越。4.41、光接收機(jī)的靈敏度是怎樣定義的?答：光接收機(jī)的

19、靈敏度是描述其準(zhǔn)確檢測(cè)光信號(hào)能力的一種性能指標(biāo)。光接收機(jī)的靈敏度定義為接收機(jī)工作于某一誤碼率（BER條件下所要求的 最小平均接收光功率。2、誤碼率如何定義？通常標(biāo)準(zhǔn)要求是多少？答：數(shù)字光接收機(jī)的誤碼率（BER）定義為接收機(jī)判決電路錯(cuò)誤確定一個(gè)比特的概 率，1X10-6的BEF相應(yīng)于每百萬(wàn)比特中平均有一個(gè)錯(cuò)碼。對(duì)數(shù)字光接收機(jī)通常使用的標(biāo)準(zhǔn)要求 BERC 10-9 ,這是通常實(shí)際光波系統(tǒng)的 系統(tǒng)規(guī)范。4、引起光接收機(jī)靈敏度惡化因素是那些? 答：1、消光比引起的靈敏度惡化2、強(qiáng)度噪聲引起的靈敏度惡化4.53、取樣時(shí)間抖動(dòng)引起的靈敏度惡化光中繼器原理圖光纖判決電平丄jmj* T + T T t t判決

20、時(shí)間誤碼檢測(cè)】一報(bào)警f 5.1前置放人PD偏賢放大器AGC均衡時(shí)鐘提取光放大器的原理判決光源再生驪動(dòng)光纖光放大器是基于受激輻射或受激散射原理實(shí)現(xiàn)入射光信號(hào)放大的一種器件，其機(jī)制與激光器完全相同。實(shí)際上，光放大器在結(jié)構(gòu)上是一個(gè)沒(méi)有反饋或反饋較小的激光1、光放大器有哪幾種類？應(yīng)用最為普遍的是哪一種? 答：半導(dǎo)體光放大器（SOA）光纖放大器（摻稀土元素）非線性光纖放大器（光纖喇曼放大器 FRA最常用的是摻鉺光纖放大器2、摻鉺光纖放大器（EDFA有哪些優(yōu)點(diǎn)?精選文庫(kù)答：其優(yōu)點(diǎn)為：高增益、高功率、寬帶寬、低噪聲、低串音、低插損等優(yōu)良特性3、EDFA光放大器主要應(yīng)用方式？答：主要做為發(fā)送機(jī)功率提升放大器、

21、光接收機(jī)前置放大器和替代3R光電一電光中繼器的光中繼放大器。4、摻鉺光纖放大器（EDFA的關(guān)鍵技術(shù)是什么?答：是摻鉺光纖和泵鋪源技術(shù)5.光放大器在光波系統(tǒng)中的4種基本應(yīng)用 1）將光放大器作為在線放大器代替光電光混合中繼器，當(dāng)光纖色散和放大器自發(fā)輻射噪聲累積尚未使系統(tǒng)性能惡化到不能工作時(shí)，這種 代替是完全可行的，特別是對(duì)多信道光波系統(tǒng)更具誘惑力， 可以節(jié)約 大量的設(shè)備投資。2）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，增加傳輸距離，這種放大器稱為功率放大器。3）將光放大器接在光接收機(jī)前，以提高接收功率和信噪比，增加通信距離，這種放大器稱為前置放大器。4）將光放大器用于補(bǔ)償局域網(wǎng)中的分配損

22、耗，以增大網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)。還可以將光放大器用于光子交換系統(tǒng)等多種場(chǎng)合，這種放大器亦稱為OIO而不是由起主介質(zhì)作用的石英光工（b）功率放大器器的特性主要泵浦尤晌置。光器輸人O放大光帶通帶 濾波器輸出32EDF圖5.11摻鉺光纖放大器的基本結(jié)構(gòu) 的 光耦輸入年尊磐（力住尊輸出12-X泵浦泵浦X團(tuán)激光器 激光器H（C） 前向或正向泵結(jié)構(gòu)EDFA（b）后向或反向泵結(jié)構(gòu)EDFA（c） 雙 向泵結(jié)構(gòu)EDFA泵浦光由半導(dǎo)體激光器（LD）提供，與被放大信號(hào)光一起通過(guò)光耦 合器或波分復(fù)用耦合器注入摻鉺光纖（EDF。光隔離器用于隔離反饋光信號(hào)，提高穩(wěn)定性。光濾波器用于濾除放大過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲。為了提高EDFA勺輸出功

23、率，泵浦激光亦可從 EDF的末端（放大器輸出端）注入，或輸入輸出端同時(shí)注入,分別如圖5.11（a）、圖5.11(b)、圖 5.11(c)所示。這3種結(jié)構(gòu)的EDFA分別稱為前向泵、后向泵和雙向泵摻鉺光纖放大器。6.11、無(wú)源器件主要有哪幾種?答：光纖連接器、光纖衰減器、光隔離器、光纖耦合器、自聚焦透鏡（濾波器、分路器、復(fù)用器）、光調(diào)制器及光開關(guān)等。光無(wú)源器件有很多種類，主要有光纖連接器、光纖耦合器、光濾波器、 光隔離器、波分復(fù)用/解復(fù)用器、光開關(guān)、光衰減器、光環(huán)形器、偏 振選擇與控制器等。光纖固定接頭方法：熔接法，V形槽法，套管法。2、衰減器的作用是什么？光連接器的作用是什么?答：光衰減器的作用

24、是對(duì)光功率進(jìn)行衰減。光連接器的作用是實(shí)現(xiàn)光纖與光纖之間可拆卸的連接。光纖連接器的作用是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中設(shè)備之間、設(shè)備與儀表之間、設(shè)備與光纖之間及光纖與光纖之間的活動(dòng)連接,以便于系統(tǒng)的接續(xù)、測(cè)試和維護(hù)。3、光隔離器在光纖線路上作用是什么?答：光隔離器在光纖線路上作用是隔離反射光返回器件，避免其對(duì)正 向光形成干擾。構(gòu)造NX N多星形耦合器：采用多個(gè)2X2星形耦合器級(jí)聯(lián)的方法構(gòu)成NX N星形耦合器。8.12、系統(tǒng)在什么條件下受色散限制？ 此時(shí)決定的因素是什么?答:當(dāng)系統(tǒng)的損耗足夠小，傳輸碼速高時(shí)，傳輸距離主要受光纖色散等的限制。即在光纖損耗較低，碼速較高時(shí)，對(duì)傳輸距離的限制往往主要來(lái)自色散造成 的系統(tǒng)上升

25、時(shí)間的限制，這種系統(tǒng)稱為色散限制系統(tǒng)。1、簡(jiǎn)述光纖通信系統(tǒng)發(fā)展情況并分別寫出限制BL的因素。答：1.0.85卩m光波系統(tǒng),采用低成本的多模光纖作為傳輸媒質(zhì)。 限制BL主要的因素是光纖的模間色散。多模階躍型光纖:BL=-2n1多模漸變型光纖：BL半2. 1.3卩m光波系統(tǒng)，早期單模光纖，限制 BL主要的因素是光源的譜寬。BL 4D3. 1.55卩m光波系統(tǒng)，第三代光波系統(tǒng)工作在損耗最小的1.55卩m波長(zhǎng)。限制BL主要的因素是光纖色散。B2L浮第二章 4 、有一 SI型單模光纖，其截止波長(zhǎng)為 1.4 m，芯包折射率分另j為nl=1.465，n2=1.46，計(jì)算它的纖芯半徑及在波長(zhǎng)分別為0.85及1

26、.3 m的模式數(shù)。解：J,匸孑二=00034竝11, 465從式(2.M51)得式芯竽221 )得到此時(shí)纖芯半徑為_ _ Ac _1 4gm4亠旳一如 _1 4651* 464 “2陽(yáng)念 3. 6 X L 4672X070034=4. 43當(dāng) AQ- SSpiin 時(shí)4當(dāng)入=6 85閃11時(shí)，V 珥 490.85-兀 X4. 43 X L 46572X070034=3* 96摸式數(shù)為模式數(shù)為Mq35、有一階躍光纖，NA=0.2,當(dāng)=850 m時(shí)可支持1000個(gè)左右的模式，計(jì)算:(a) 纖芯直徑；(b) 在=1310 nm波長(zhǎng)時(shí)的傳輸模式數(shù);(c)在=1550 nm波長(zhǎng)時(shí)的傳輸模式數(shù)。將式310

27、解人將式.(222刃得代入式(22滬 IM=g=*(爲(wèi)d就一誡)-寧(NAPA因此有仲晉現(xiàn)2Mn纖芯直徑為加=0.印m(b)當(dāng)A-lSlOnm時(shí)的模式數(shù)M =狂竺(閱A2=筆32卬叨& 2尸=侵1 Cl* 31171)c)當(dāng)2 = 1550 nm時(shí)的模式數(shù)燈=筆警；2衛(wèi)製 2)2-3011, 口5因此有晉=迪2佔(zhàn)纖芯直徑為加=0.印m(b)當(dāng)A=1310nni時(shí)的模式數(shù)M =竺竺A龍=筆嚴(yán)吧)lo 2尸=c)當(dāng)A = 1550 ntnaj的模式數(shù)M= 弩警3衛(wèi)爭(zhēng)上(X 2) = 301 L日5 pm嚴(yán)3、已知一弱導(dǎo)波階躍型光纖，纖芯和包層的折射率分別為n1= 1.5, n2= 1.45,纖芯半

28、徑a=4 m, = 1.31 m L= 1km。計(jì)算:(1)光纖的數(shù)值孔徑;光纖的最大時(shí)延差。(2)式(2.2.21)p24光纖的歸一化頻率;光纖中傳輸?shù)哪?shù)量;2V 一n1/21.31( m) 4(7.371.452(3) M= V72 = 7.372/2 = 27 (4)式(2.1.5)T丄n!式(2.2.23)C n22 2Q一2 0.03282n2hE 0.0328 1(km)1.45 3 104 5(km/s)2.250.0328 14.35 1050.017 10解：(1) NA= sin maQ( n21 n22)1/2 = 0.38(s)=170ns4、有一個(gè)波長(zhǎng)為1310nm

29、 LED其譜寬45 nm。則光纖材料色散造成的單位長(zhǎng) 度脈沖展寬是多少？若是譜寬為2 nm的LD,則脈沖展寬又是多少 ？解：由式（2.4.13 ） 得1 273Dm1.22(11.22(10.034 ps/nmkm1.31代入式(2.4.28 )得到LED脈沖展寬：LED D L10.034( ps/nm km) 1(km) 45(nm) 1.55ps同理得到LD脈沖展寬:LD D L0.034( ps/nm km) 1(km) 2(nm) 0.068ps3、有一個(gè)1300/1550 nm的 WD系統(tǒng)，在1300nm和1550 nm波長(zhǎng)上的入纖信號(hào)光功率分別為150 w和100 W。若這兩個(gè)波

30、長(zhǎng)上的光纖損耗分別為0.5 dB/km和0.25dB/km,試計(jì)算當(dāng)光纖長(zhǎng)度為50 km時(shí)它們的輸出光功率。解:FClOOpW) = lOlg= lOlgO. 1 = - lOdBtnP150pLW) = 101g 1 魯器= 101gCL 15 = 8 24dBTn 在50km長(zhǎng)光纖的岀端功率為P典t(1300nm= & 24dEni(0. 5dB/km) CSOkm) =8, 24clBmT5dB=-33 24 dBm =0. 47WPput(I550nTn) = 10dEm (Cl 25dB/km) (50km)= 22. 5dBm=5-4、設(shè)一長(zhǎng)度L = 1km的光纖，其損耗常數(shù) =2

31、.3 x 105/cm,光纖輸入端的功率為I mw。計(jì)算光纖輸出端的功率。解：已知 L = lkni, r = 2, 3X IQ-Vcm, P泊= lmW,因此輸出功率為Povt = Pin exp (aD= l(mW)xp 么 3X 10VcmX lO(cm)= KmW)exp(-2. 3)= l(mW)X0, 1=0. ImW-lOdBrn另外，該式用dB來(lái)汁算可能更方便.= lmW=OdBm利用式(2, 4. 3)有ffdB 4, 34cr = 4 34X2. 3X10/cm=10 dB/km 則光纖輸出功率為PcM = Pin(dBm)-a(dB)=0 10= lOdEm 或 0 Im

32、W第三章3、設(shè)激光器的高能級(jí)和低能級(jí)的能量各為E1和E2，頻率為，相應(yīng)能級(jí)上的粒子密度各為 N1和N2。試計(jì)算：(1) 當(dāng)頻率 二 300MHz T=300K 時(shí)，N2 / N為多少？(2) 當(dāng)波長(zhǎng) 入=1 a m T=300K時(shí)，N2 / N為多少？(3) 當(dāng)波長(zhǎng)入=1 a m若N2 / N1 = 0.1,環(huán)境溫度T為多 少？(按玻爾茲曼分布規(guī)律計(jì)算)解：(3.1.2)式(P 62)13460.99956.626 103000 10 Hz1.38 103001hv/e/kTkv)exp(NN1exp(hekT)NN1exp(hkT)1hc/e/kT(耳 e( kT)1.43 10 210.1

33、(QIn ehe占12.303he6255k 2.303N12、有一個(gè)雙異質(zhì)結(jié)InGaAsP- LED，中心發(fā)光波長(zhǎng)為1310nm,其材料的輻射復(fù) 合率為50ns,非輻射復(fù)合率為70nso試計(jì)算：(a)發(fā)光時(shí)的內(nèi)量子效率int ；(b)設(shè)驅(qū)動(dòng)電流為100mA，計(jì)算該LED的內(nèi)部發(fā)光功率;(c)大小。若該LED芯片與多模光纖的直接耦合效率為-14dB,計(jì)算入纖的光功率解:(a)由式(3.1.14 )得150/70in0.583(b)由式(321)Rntint(h /q)l,hcl、廠廠 ccint()55.29mwq(c)由式(3.2.2)得ext int0.0455.29 2.2mw3、分別畫

34、出用發(fā)光二極管和激光器進(jìn)行數(shù)字調(diào)制的原理圖。解:用發(fā)光二極管進(jìn)行數(shù)字信號(hào)內(nèi)調(diào)制駅理圖5、有一個(gè)GaA LD,工作波長(zhǎng)870 nm，其縱模之間的間隔為278 GHzGaAs的折射率，ni = 3.6，計(jì)算其光腔的長(zhǎng)度及縱模數(shù)。解:Q Vlc2nL由式C2n vL(3.3.3 )3 108(m/s)匕150 m(2 3.6) (278 1 09/s) 得Vmc me2nL2nL (2 3.6) 150 m “ .12410.87 m1、畫出半導(dǎo)體激光器的L-I特性曲線。若調(diào)制信號(hào)為脈沖型，試畫出調(diào)制圖。解：饒出功率円mW)050100150th日用半導(dǎo)休激朮器進(jìn)行數(shù)寧侑號(hào)內(nèi)調(diào)制原理圖3、一個(gè)GaA

35、sAI LD在15 0C時(shí)的閾值電流密度為 3000 A/cm。計(jì)算在條形接觸為20 mx 100 m、閾值溫度系數(shù)為To=18O K及工作溫度為600C時(shí)的閾值電流。從式(3. 4.1解：因?yàn)門Jtb（T）CCexp（Yr）上0因此幾P(警點(diǎn)勺=4. 95幾(60tgxp(燈需 ) = 6鳥6幾(60匸)_636J.H(60r)L28J,h(15X：) = 1.28X(3000A/cm) = 3840A/cm 人h(60C) = (384OA/cm) X (20XlOOXlO-cm)=771I1A第四章3、光電檢測(cè)器轉(zhuǎn)換能力的物理量有哪些？寫出其表達(dá)式。答：量子效率和響應(yīng)度RoIp/ePo/

36、hfIp heP0 eRIpR0P0he 1.24(A/W)注意:為單位4、現(xiàn)有1011個(gè)光子/秒,光子能量為 管上，計(jì)算：(a) 入射光波長(zhǎng)；(b) 輸出光電流大??；1.28 X 10-19J ,入射到一個(gè)理想的光電二極(C)若這是一個(gè)APD其G=18計(jì)算光電流。解:(a)每個(gè)光子的能量為Ehfhc/A.1. 28XWT9J._耘_(tái)(6 626X109 * s)(3X10m/s=1554nm(b)入射光功率為=1NiPo =光子能量X光子數(shù)/秒二28X 10】叮)X (20口個(gè)光子/秒)=h 28X10W對(duì)理想的光電二扱管輸出光電流為/p =RqP=詩(shī)丸_ 1 6 X 10C) (L28X

37、曠 W)1,28X10-=1. 6XlCr%A) = 16nA(C)對(duì) APD,G=18 時(shí)Jp = GRq Pq = 18 X16 C nA) = 2 88 nA5、有一個(gè)PIN光電二極管，其 =0.9,=1300 nm 入射光功率 Po=-37 dBm。計(jì)算：(a) 光電流大?。?b) 當(dāng)負(fù)載電阻FL等于50，1000及IOM時(shí)的輸出電壓。解：(a)首先計(jì)算該光電二極管的響應(yīng)度：=/ =泌 hf he_(6 9(1 6X10T9CX1300X10Tm) (6. 626X10-*1 s)(3X10m/s)=0.94 (A/W)光電流為Ip Rop0(0.94A/W)( 37dBm)0.94

38、2 10 70.188 A（b）負(fù)載電阻R上的輸出電壓為Rl50時(shí)，V=I pRl(0.188 10 解：（1）求出接收功率Pr和I P值led輸出功率10mW=10dBm.因此接收光功率及光電流為Fr = 10dBm 14dB20dB10dB= 34rdBin0, 4pW尺=0. 5A/W）（0-4X10-W） = 0. 2gA由于暗電流Id由式（4.3.27 ）得A)(50 )9.4 VRl1000 時(shí)，V=I pR(0.188 10 6A)(1000 )188 VRl50M 時(shí)，V=I pR(0.188 10 6A)(10 106)1.887R相匹配,4、高阻抗前置放大器的輸入電阻為 4 M，它與光檢測(cè)器的偏置電阻C= 6 pF，計(jì)算未均衡時(shí)帶寬；若采用互阻抗， Rf=100 k ，反饋環(huán)路的增益 G 二400，計(jì)算其帶寬。解：由式（4.2.1 ）得R =i=1=13 2 H 727：CtJ?l 加（2XW石 GXIOf） e/khz400同理，當(dāng)R=100 k ，反饋環(huán)路的增益 G = 400時(shí)B = 106M Hz10倍。2nCrRi 2兀（61曠嚇）（1血）可見(jiàn)，互阻抗接收機(jī)的帶寬比高阻抗增加了近3、有一個(gè)光纖通信系統(tǒng)，光源為 LED輸出功率：10mW工作波長(zhǎng)850nm LED 與光纖的耦合損耗為 14 dB。系統(tǒng)光纖的總損耗 20 dB