光纖通信簡(jiǎn)明教程課后思考題答案-原榮

1、1-1 用光導(dǎo)纖維進(jìn)行通信最早在哪一年由誰(shuí)提出答：1966年7月英籍華人高錕提出用光導(dǎo)纖維可進(jìn)行通信。1-2 光纖通信有哪些優(yōu)點(diǎn)光纖通信具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，他們是：1. 頻帶寬、傳輸容量大；2. 損耗小、中繼距離長(zhǎng)；3. 重量輕、體積??；4. 抗電磁干擾性能好；5. 泄漏小、保密性好；6節(jié)約金屬材料，有利于資源合理使用。1-3 簡(jiǎn)述光纖通信系統(tǒng)的分構(gòu)成及各部分的作用用光纖傳輸信息的過(guò)程大致是這樣的，在發(fā)送端，把用戶(hù)要傳送的信號(hào)（如聲音）變?yōu)殡娦盘?hào)，然后使光源發(fā)出的光強(qiáng)隨電信號(hào)變化，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為調(diào)制，它把電信號(hào)變?yōu)楣庑盘?hào)，最后用光纖把該光信號(hào)傳送到遠(yuǎn)方；在接收端，用光電探測(cè)器接收光信號(hào)，并把光信

2、號(hào)還原為攜帶用戶(hù)信息（如聲音）的電信號(hào)，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為解調(diào)，最后再變成用戶(hù)能理解的信息（如聲音）。1-4光纖通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類(lèi)a) 點(diǎn)對(duì)點(diǎn) b) 一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn) c) 網(wǎng)絡(luò) 1-5 光纖通信網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)依據(jù)網(wǎng)徑的大小可分為寬域網(wǎng)(WAN)、城域網(wǎng)(MAN)和局域網(wǎng)(LAN）)光的本質(zhì)是什么，什么是相位差？光是一種電磁波，即由密切相關(guān)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)交替變化形成的一種偏振橫波，它是電波和磁波的結(jié)合。它的電場(chǎng)和磁場(chǎng)隨時(shí)間不斷地變化，分別用Ex和Hy表示，在空間沿著z方向并與z方向垂直向前傳播，這種波稱(chēng)為行波假如波沿著z方向依波矢量k傳播，如式（1.5.1）所示，被分開(kāi)的兩點(diǎn)間的相位差可用簡(jiǎn)單表示，因?yàn)閷?duì)于每一點(diǎn)是

3、相同的。假如相位差是0或2p 的整數(shù)倍，則兩個(gè)點(diǎn)是同相位，于是相位差可表示為 或 2-1簡(jiǎn)述光纖的結(jié)構(gòu)光纖由玻璃（石英SiO2）制成的纖芯和包層組成，為了保護(hù)光纖，包層外面還增加尼龍外層。纖芯材料主要成分為摻雜的二氧化硅（SiO2），純度達(dá)99.999 %，其余成分為極少量的摻雜劑如二氧化鍺（GeO2）等，以提高纖芯的折射率。2-2 由折射率的徑向分布分為階躍和漸變2-3實(shí)用的單模和多模2-4 多模光纖有哪兩種？單模光纖又有哪幾種答：多模光纖有折射率階躍光纖和漸變光纖。單模光纖有G.652、G.653、G.654、G.655、G.656、G.657光纖和色散補(bǔ)償光纖。2-5 光纖從折射率較大的

4、介質(zhì)以不同的入射角進(jìn)入折射率較小的介質(zhì)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)哪三種不同的情況？ q2-6解釋光纖傳光原理 射線(xiàn)理論認(rèn)為，光在光纖中傳播主要是依據(jù)全反射原理。光線(xiàn)垂直光線(xiàn)端面射入，并與光纖軸心線(xiàn)重合時(shí)，光線(xiàn)沿軸心線(xiàn)向前傳播。光的傳播就是通過(guò)電場(chǎng)、磁場(chǎng)的狀態(tài)隨時(shí)間變化的規(guī)律表現(xiàn)出來(lái)。2-7 光纖的傳輸特性用哪幾個(gè)參數(shù)表示答：?jiǎn)文９饫w的傳輸特性有衰減、色散和帶寬。在傳輸高強(qiáng)度功率條件下，則還要考慮光纖的非線(xiàn)性光學(xué)效應(yīng)。2-8 什么是光纖的色散？對(duì)通信有何影響？多模光纖的色散由什么色散決定？單模光纖色散又有什么色散決定答：色散是由于不同成分的光信號(hào)在光纖中傳輸時(shí)，因群速度不同產(chǎn)生不同的時(shí)間延遲而引起的一種物理效應(yīng)

5、。光信號(hào)分量包括發(fā)送信號(hào)調(diào)制和光源譜寬中的頻率分量，以及光纖中的不同模式分量。如果信號(hào)是模擬調(diào)制，色散限制了帶寬。如果信號(hào)是數(shù)字脈沖，色散使脈沖展寬。對(duì)于多模光纖，主要是模式色散。對(duì)于單模光纖，由于只有一個(gè)模式在光纖中傳輸，所以不存在模式色散，只有色度色散和偏振模色散。對(duì)于制造良好的單模光纖，偏振模色散最小。在DWDM和OTDM系統(tǒng)中，隨著光纖傳輸速率的提高，高階色散也必須考慮。2-9 G.652光纖在1.3mm的損耗是多少？答：G.652光纖在1.3 mm波段的損耗較大，為0.30.4 dB/km。2-10造成光纖傳輸損耗的主要因素有哪些？哪些是可以改善的？最小損耗在什么波長(zhǎng)范圍內(nèi)答：引起衰

6、減的原因是光纖對(duì)光能量的吸收損耗、散射損耗和輻射損耗，如圖2.3.1所示。光纖是熔融SiO2制成的，光信號(hào)在光纖中傳輸時(shí)，由于吸收、散射和波導(dǎo)缺陷等機(jī)理產(chǎn)生功率損耗，從而引起衰減。吸收損耗有純SiO2材料引起的內(nèi)部吸收和雜質(zhì)引起的外部吸收。內(nèi)部吸收是由于構(gòu)成SiO2的離子晶格在光波（電磁波）的作用下發(fā)生振動(dòng)損失的能量。外部吸收主要由OH離子雜質(zhì)引起。散射損耗主要由瑞利散射引起。瑞利散射是由在光纖制造過(guò)程中材料密度的不均勻（造成折射率不均勻）產(chǎn)生的。3-1 連接器和跳線(xiàn)的作用是什么？接頭的作用又是什么答：連接器是把兩個(gè)光纖端面結(jié)合在一起，以實(shí)現(xiàn)光纖與光纖之間可拆卸（活動(dòng)）連接的器件。跳線(xiàn)用于終端

7、設(shè)備和光纜線(xiàn)路及各種光無(wú)源器件之間的互連，以構(gòu)成光纖傳輸系統(tǒng)。接頭是把兩個(gè)光纖端面結(jié)合在一起，以實(shí)現(xiàn)光纖與光纖之間的永久性（固定）連接。接頭用于相鄰兩根光纜（纖）之間的連接，以形成長(zhǎng)距離光纜線(xiàn)路。3-2 耦合器的作用是什么？它有哪幾種耦合器的功能是把一個(gè)或多個(gè)光輸入分配給多個(gè)或一個(gè)光輸出。耦合器有T形耦合器、星形耦合器、方向耦合器和波分耦合器。3-3 光濾波器的定義及作用光濾波器是從包含多個(gè)波長(zhǎng)的輸入信號(hào)中提取出所需要波長(zhǎng)的信號(hào)，功能是從許多不同頻率的輸入光信號(hào)中，選擇出一個(gè)特定頻率的光信號(hào)?？煞譃楦缮嫘?、衍射型和吸收型三類(lèi)3-4 法布里玻羅（FP）濾波器的構(gòu)成和工作原理由兩塊平行鏡面組成的諧

8、振腔構(gòu)成，一塊鏡面固定，另一塊可移動(dòng)，以改變諧振腔的長(zhǎng)度。鏡面是經(jīng)過(guò)精細(xì)加工并鍍有金屬反射膜或多層介質(zhì)膜的玻璃板。一束光入射進(jìn)法布里-珀羅諧振腔，諧振腔由部分反射和透射的兩個(gè)相互平行的平板鏡組成，因此入射光的一部分進(jìn)入腔長(zhǎng)為L(zhǎng)的諧振腔。只有特定腔模的光才能在腔內(nèi)建立起振蕩，其他波長(zhǎng)的光因產(chǎn)生相消干涉而不能存在。于是，假如入射光中有一個(gè)波長(zhǎng)的光與諧振腔中的一個(gè)腔模對(duì)應(yīng)，它就可以在腔內(nèi)維持振蕩，并有一部分光從右邊反射鏡透射出去，變成輸出光。3-5 簡(jiǎn)述馬赫-曾德?tīng)柛缮鏋V波器構(gòu)成和工作原理由兩個(gè)3 dB耦合器串聯(lián)組成一個(gè)馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x，干涉儀的兩臂長(zhǎng)度不等，光程差為DL 。馬赫-曾德?tīng)柛缮鏋V波器

9、的原理是基于兩個(gè)相干單色光經(jīng)過(guò)不同的光程傳輸后的干涉理論。3-6 波分復(fù)用/解復(fù)用器的作用波分復(fù)用器(WDM)的功能是把多個(gè)不同波長(zhǎng)的發(fā)射機(jī)輸出的光信號(hào)復(fù)合在一起,并注入到一根光纖。解復(fù)用器的功能與波分復(fù)用器正好相反。3-7陣列波導(dǎo)光柵（AWG）復(fù)用/解復(fù)用器工作原理AWG光柵工作原理是基于馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x的原理，即兩個(gè)相干單色光經(jīng)過(guò)不同的光程傳輸后的干涉理論。 3-8對(duì)光的調(diào)制有哪兩種？簡(jiǎn)述它們的區(qū)別答：調(diào)制有直接調(diào)制和外調(diào)制兩種方式。前者是信號(hào)直接調(diào)制光源的輸出光強(qiáng)，后者是信號(hào)通過(guò)外調(diào)制器對(duì)連續(xù)輸出光進(jìn)行調(diào)制。直接調(diào)制是激光器的注入電流直接隨承載信息的信號(hào)而變化，但是用直接調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)幅

10、（AM）和幅移鍵控（ASK）時(shí)，注入電流的變化要非常大，并會(huì)引入不希望有的線(xiàn)性調(diào)頻（啁啾）。外調(diào)制把激光的產(chǎn)生和調(diào)制過(guò)程分開(kāi)，完全可以避免這些有害影響。圖3.5.1 調(diào)制方式比較3-9 簡(jiǎn)述馬赫-曾德?tīng)柗日{(diào)制器的工作原理答：最常用的幅度調(diào)制器是在晶體表面用鈦擴(kuò)散波導(dǎo)構(gòu)成的馬赫-曾德?tīng)枺∕-Z）干涉型調(diào)制器，如圖3.5.5所示。使用兩個(gè)頻率相同但相位不同的偏振光波，進(jìn)行干涉的干涉儀，外加電壓引入相位的變化可以轉(zhuǎn)換為幅度的變化。在圖3.5.5（a）表示的由兩個(gè)Y形波導(dǎo)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)中，在理想的情況下，輸入光功率在C點(diǎn)平均分配到兩個(gè)分支傳輸，在輸出端D干涉，所以該結(jié)構(gòu)扮演著一個(gè)干涉儀的作用，其輸出幅度

11、與兩個(gè)分支光通道的相位差有關(guān)。兩個(gè)理想的背對(duì)背相位調(diào)制器，在外電場(chǎng)的作用下，能夠改變兩個(gè)分支中待調(diào)制傳輸光的相位。由于加在兩個(gè)分支中的電場(chǎng)方向相反，如圖3.5.5（a）的右上方的截面圖所示，所以在兩個(gè)分支中的折射率和相位變化也相反，例如若在A(yíng)分支中引入的相位變化，那么在B分支則引入相位的變化，因此A、B分支將引入相位p的變化。假如輸入光功率在C點(diǎn)平均分配到兩個(gè)分支傳輸，其幅度為A，在輸出端D的光場(chǎng)為 （3.5.5）輸出功率與成正比，所以由式（3.5.5）可知，當(dāng)時(shí)輸出功率最大，當(dāng)時(shí)，兩個(gè)分支中的光場(chǎng)相互抵消干涉，使輸出功率最小，在理想的情況下為零。于是 （3.5.6） 圖3.5.5 馬赫-曾德

12、爾幅度調(diào)制器由于外加電場(chǎng)控制著兩個(gè)分支中干涉波的相位差，所以外加電場(chǎng)也控制著輸出光的強(qiáng)度，雖然它們并不成線(xiàn)性關(guān)系。3-10 光開(kāi)關(guān)的作用是什么？主要分為哪兩類(lèi)答：光開(kāi)關(guān)的功能是轉(zhuǎn)換光路，以實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的交換。光開(kāi)關(guān)可以分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是利用電磁鐵或步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)光纖或透鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)光路轉(zhuǎn)換的機(jī)械式光開(kāi)關(guān)，也包括微機(jī)械光開(kāi)關(guān)；另一類(lèi)光開(kāi)關(guān)是利用固體物理效應(yīng)（如電光、磁光、熱光和聲光效應(yīng)）的固體光開(kāi)關(guān)。3-11 光放大中繼器的作用？是在光路上對(duì)光信號(hào)進(jìn)行直接放大，然后再傳輸，即用一個(gè)全光傳輸中繼器代替目前的這種光-電-光再生中繼器，3-12 EDFA的結(jié)構(gòu)示意圖，并簡(jiǎn)述各部分的作用答：圖6.3.1（a）

13、為一個(gè)實(shí)用光纖放大器的構(gòu)成方框圖。光纖放大器的關(guān)鍵部件是摻鉺光纖和高功率泵浦源，作為信號(hào)和泵浦光復(fù)用的波分復(fù)用器（WDM），以及為了防止光反饋和減小系統(tǒng)噪聲在輸入和輸出端使用的光隔離器。EDFA的工作原理答：若摻鉺離子的能級(jí)圖用三能級(jí)表示，如圖6.3.2（a）所示，其中能級(jí)E1代表基態(tài)，能量最低，能級(jí)E2代表中間能級(jí)，能級(jí)E3代表激發(fā)態(tài)，能量最高。若泵浦光的光子能量等于能級(jí)E3與E1之差，摻雜離子吸收泵浦光后，從基態(tài)E1升至激活態(tài)E3。但是激活態(tài)是不穩(wěn)定的，激發(fā)到激活態(tài)能級(jí)E3的鉺離子很快返回到能級(jí)E2。若信號(hào)光的光子能量等于能級(jí)E2和E1之差，則當(dāng)處于能級(jí)E2的鉺離子返回基態(tài)E1時(shí)就產(chǎn)生信號(hào)

14、光子，這就是受激發(fā)射，使信號(hào)光放大獲得增益。圖6.3.2（b）表示EDFA的吸收和增益光譜。為了提高放大器的增益，應(yīng)盡可能使基態(tài)鉺離子激發(fā)到能級(jí)E3。從以上分析可知，能級(jí)E2和E1之差必須是相當(dāng)于需要放大信號(hào)光的光子能量，而泵浦光的光子能量也必須保證使鉺離子從基態(tài)E1躍遷到激活態(tài)E3。EDFA的主要特性指標(biāo)是EDFA的主要特性指標(biāo)有泵浦特性、增益頻譜、小信號(hào)增益、增益飽和（或壓縮）特性和放大器噪聲。3-13光纖拉曼放大器工作原理和特性基于非線(xiàn)性光學(xué)效應(yīng)，利用強(qiáng)泵浦光通過(guò)光纖傳輸時(shí)產(chǎn)生受激拉曼散射，使組成光纖的石英晶格振動(dòng)和泵浦光之間發(fā)生相互作用，產(chǎn)生比泵浦光波長(zhǎng)還長(zhǎng)的散射光（斯托克斯光）。3-

15、14 什么是SOA，如何使LD變?yōu)镾OA1）半導(dǎo)體光放大器的機(jī)理與激光器的相同，即通過(guò)受激發(fā)射放大入射光信號(hào)。光放大器只是一個(gè)沒(méi)有反饋的激光器，其核心是當(dāng)放大器被光或電泵浦時(shí)，使粒子數(shù)反轉(zhuǎn)獲得光增益。2）減小LD界理端面反射反饋，使，就可以制出行波半導(dǎo)體光放大器（SOA）。使條狀有源區(qū)與正常的解理面傾斜或在有源層端面和解理面之間插入透明窗口區(qū)就可以使反射率小至，從而使LD變?yōu)镾OA。3-15 簡(jiǎn)述波導(dǎo)光柵解復(fù)用器的工作原理陣列波導(dǎo)光柵由N個(gè)輸入波導(dǎo)、N個(gè)輸出波導(dǎo)、兩個(gè)具有相同結(jié)構(gòu)的N N平板波導(dǎo)星形耦合器以及一個(gè)平板陣列波導(dǎo)光柵組成，如圖3.4.4所示。這種光柵相鄰波導(dǎo)間具有恒定的路徑長(zhǎng)度差D

16、L，由式（1.2.8）可知，其相鄰波導(dǎo)間的相位差為 （3.4.6）式中，l是信號(hào)波長(zhǎng)，是路徑長(zhǎng)度差，通常為幾十微米，為信道波導(dǎo)的有效折射率，它與包層的折射率差相對(duì)較大，使波導(dǎo)有大的數(shù)值孔徑，以便提高與光纖的耦合效率。輸入光從第一個(gè)星形耦合器輸入，在輸入平板波導(dǎo)區(qū)（即自由空間耦合區(qū)）模式場(chǎng)發(fā)散，把光功率幾乎平均地分配到波導(dǎo)陣列輸入端中的每一個(gè)波導(dǎo)，由陣列波導(dǎo)光柵的輸入孔闌捕捉。由于陣列波導(dǎo)中的波導(dǎo)長(zhǎng)度不等，由式（3.4.6）可知，不同波長(zhǎng)的輸入信號(hào)產(chǎn)生的相位延遲也不等。AWG光柵工作原理是基于馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x的原理，即兩個(gè)相干單色光經(jīng)過(guò)不同的光程傳輸后的干涉理論，所以輸出端口與波長(zhǎng)有一一對(duì)應(yīng)的

17、關(guān)系，也就是說(shuō)，由不同波長(zhǎng)組成的入射光束經(jīng)陣列波導(dǎo)光柵傳輸后，依波長(zhǎng)的不同就出現(xiàn)在不同的波導(dǎo)出口上。此處設(shè)計(jì)采用對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，根據(jù)互易性，同樣也能實(shí)現(xiàn)合波的功能。4-1 光發(fā)射機(jī)的關(guān)鍵器件是光源：LED、LD4-2 直接調(diào)制注入調(diào)制電流實(shí)現(xiàn)光波強(qiáng)度調(diào)制外腔調(diào)制通過(guò)外腔調(diào)制器對(duì)光的強(qiáng)度、相位或頻率進(jìn)行調(diào)制4-3 發(fā)光機(jī)理 在構(gòu)成半導(dǎo)體晶體的原子內(nèi)部，存在著不同的能帶。如果占據(jù)高能帶（導(dǎo)帶）的電子躍遷到低能帶（價(jià)帶）上，就將其間的能量差（禁帶能量）以光的形式放出，如圖4.1.1所示。這時(shí)發(fā)出的光，其波長(zhǎng)基本上由能帶差所決定。能帶差和發(fā)出光的振蕩頻率之間有的關(guān)系，h 是普朗克常數(shù)，等于6.62510-3

18、4 Js。由得出（mm） （4.1.1）式中，c 為光速，取決于半導(dǎo)體材料的本征值，單位是電子伏特（eV）。4-4 LD激光發(fā)射的條件首要條件-粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，使有源區(qū)產(chǎn)生足夠多的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，這是使半導(dǎo)體激光器發(fā)射激光的首要條件。另一個(gè)條件是半導(dǎo)體激光器中必須存在光學(xué)諧振腔，并在諧振腔里建立起穩(wěn)定的振蕩。4-5 簡(jiǎn)述分布反饋（DFB）激光器的結(jié)構(gòu)和工作原理DFB激光器是單縱模(SLM) LD，即頻譜特性只有一個(gè)縱模（譜線(xiàn)）的 LD。它的諧振腔損耗與模式有關(guān)，即對(duì)不同的縱模具有不同的損耗。這是通過(guò)改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使DFB LD 內(nèi)部具有一個(gè)對(duì)波長(zhǎng)有選擇性的衍射光柵，從而使只有滿(mǎn)足布拉格波長(zhǎng)條件的光波才

19、能建立起振蕩。增益曲線(xiàn)首先和模式具有最小損耗的曲線(xiàn)接觸的模開(kāi)始起振，并且變成主模。4-6 陣列SOA集成光柵腔體波長(zhǎng)可調(diào)激光器的工作原理有源條的外部界面和光柵共同構(gòu)成了諧振腔的反射邊界。右邊的光柵由凹面反射界面組成，以便聚焦衍射返回的光到有源條的內(nèi)部端面上。這些條是直接位于波導(dǎo)芯上部的多量子阱（MQW）有源區(qū)4-7 簡(jiǎn)述pin光敏二極管的工作原理光敏二極管工作時(shí)加有反向電壓，沒(méi)有光照時(shí)，其反向電阻很大，只有很微弱的反向飽和電流（暗電池）。當(dāng)有光照時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生很大的反向電流（亮電流），光照越強(qiáng)，該亮電流就越大。光敏二極管是一種光電轉(zhuǎn)換二極管，所以又叫光電二極管。4-8簡(jiǎn)述APD光敏二極管的工作原

20、理雪崩光電二極管（APD）是利用雪崩倍增效應(yīng)使光電流得到倍增的高靈敏度探測(cè)器。光生的電子-空穴對(duì)經(jīng)過(guò)高電場(chǎng)區(qū)時(shí)被加速。從而獲得足夠的能量，它們?cè)诟咚龠\(yùn)動(dòng)中與 P 區(qū)晶格上的原子碰撞，使晶格中的原子電離，從而產(chǎn)生新的電子-空穴對(duì)。這種通過(guò)碰撞電離產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)，稱(chēng)為二次電子-空穴對(duì)。新產(chǎn)生的二次電子和空穴在高電場(chǎng)區(qū)里運(yùn)動(dòng)時(shí)又被加速，又可能碰撞別的原子，這樣多次碰撞電離的結(jié)果，使載流子迅速增加，反向電流迅速加大，形成雪崩倍增效應(yīng)。4-9簡(jiǎn)述波導(dǎo)型探測(cè)器（WG-PD）的工作原理 答： 在WG-PD中，光垂直于電流方向入射到探測(cè)器的光波導(dǎo)中，然后在波導(dǎo)中傳播，傳播過(guò)程中光不斷被吸收，光強(qiáng)逐漸減弱，

21、同時(shí)激發(fā)價(jià)帶電子躍遷到導(dǎo)帶，產(chǎn)生光生電子-空穴對(duì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光信號(hào)的探測(cè)。其次，WG-PD的光吸收是沿波導(dǎo)方向進(jìn)行的，其光吸收長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)型光電探測(cè)器。WG-PD的吸收長(zhǎng)度是探測(cè)器波導(dǎo)的長(zhǎng)度，一般可大于10 mm，而傳統(tǒng)型探測(cè)器的吸收長(zhǎng)度是InGaAs本征層的厚度，僅為1 mm。所以WG-PD結(jié)構(gòu)的內(nèi)量子效率高于傳統(tǒng)型結(jié)構(gòu)PD。但是，和面入射探測(cè)器相比，WD-PD的光耦合面積非常小，導(dǎo)致光耦合效率較低，同時(shí)也增加了和光纖耦合的難度。為此，可采用分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)增加光耦合面積，4-10 光接收機(jī)的作用是什么答：光接收機(jī)的作用就是檢測(cè)經(jīng)過(guò)傳輸后的微弱光信號(hào)，并放大、整形、再生成原輸入信號(hào)。它的主要器件

22、是利用光電效應(yīng)把光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的光電探測(cè)器。數(shù)字光接收機(jī)主要由哪幾部分組成答：數(shù)字光接收機(jī)的原理由三部分組成，即由光電探測(cè)和前置放大器部分、主放大（線(xiàn)性信道）部分以及數(shù)據(jù)恢復(fù)部分組成。4-11 接收機(jī)靈敏度的定義是什么答：接收機(jī)靈敏度定義為保證比特誤碼率為時(shí)，要求的最小平均接收光功率（）。4-12監(jiān)測(cè)光纖通信系統(tǒng)性能好壞通常采用什么最直觀(guān)簡(jiǎn)單的方法答：在實(shí)驗(yàn)室觀(guān)察碼間干擾判斷系統(tǒng)性能好壞的最直觀(guān)、最簡(jiǎn)單的方法是眼圖分析法。均衡濾波器輸出的隨機(jī)脈沖信號(hào)輸入到示波器的Y軸，用時(shí)鐘信號(hào)作為外觸發(fā)信號(hào)，就可以觀(guān)察到眼圖。眼圖的張開(kāi)度受噪聲和碼間干擾的影響，當(dāng)輸出端信噪比很大時(shí)，張開(kāi)度主要受碼間干擾

23、的影響。因此，觀(guān)察眼圖的張開(kāi)度就可以估計(jì)出碼間干擾的大小，這給均衡電路的調(diào)整提供了簡(jiǎn)單而適用的觀(guān)測(cè)手段。4-13為什么要用相干檢測(cè)相干檢測(cè)可使接收機(jī)靈敏度提高，與 IM/DD 系統(tǒng)相比可以改進(jìn) 20dB，從而在相同發(fā)射機(jī)功率下，允許傳輸距離增加100 km；另外使用相干檢測(cè)也可以有效地利用光纖帶寬，因?yàn)榭梢允共ǚ謴?fù)用（WDM）各載波的波長(zhǎng)間距減小。補(bǔ)充：4-14 光探測(cè)器的作用和原理是什么答：光探測(cè)器的作用是利用其光電效應(yīng)把光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。光探測(cè)器的原理是，假如入射光子的能量超過(guò)禁帶能量Eg，只有幾微米寬的耗盡區(qū)每次吸收一個(gè)光子，將產(chǎn)生一個(gè)電子-空穴對(duì)，發(fā)生受激吸收，如圖5.1.1（a）所

24、示。在PN結(jié)施加反向電壓的情況下，受激吸收過(guò)程生成的電子-空穴對(duì)在電場(chǎng)的作用下，分別離開(kāi)耗盡區(qū)，電子向N區(qū)漂移，空穴向P區(qū)漂移，空穴和從負(fù)電極進(jìn)入的電子復(fù)合，電子則離開(kāi)N區(qū)進(jìn)入正電極。從而在外電路形成光生電流。當(dāng)入射功率變化時(shí)，光生電流也隨之線(xiàn)性變化，從而把光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電流信號(hào)。5-1為什么要進(jìn)行脈沖編碼？脈沖編碼要進(jìn)行哪三個(gè)過(guò)程？脈沖編碼調(diào)制（Pulse-Code Modulation，PCM）是光纖傳輸模擬信號(hào)的基楚。解碼后的基帶信號(hào)質(zhì)量幾乎只與編碼參數(shù)有關(guān)，而與接收到的SNR關(guān)系不大。假如接收到的信號(hào)質(zhì)量不低于一定的誤碼率，此時(shí)解碼SNR只與編碼比特?cái)?shù)有關(guān)。 取樣、量化和編碼5.2為什么

25、要進(jìn)行信道編碼？SDH干線(xiàn)采用何種碼型？為什么？(1)為了使接收再生電路把相位或頻率鎖定到信號(hào)定時(shí)上；(2)因?yàn)楣饨邮諜C(jī)采用電容耦合，接收機(jī)不能對(duì)直流和低頻分量響應(yīng)，使長(zhǎng)連零信號(hào)的幅度逐漸下降，經(jīng)判決電路后會(huì)產(chǎn)生誤碼，大多數(shù)高性能干線(xiàn)系統(tǒng)使用擾碼的NRZ碼，如 SDH 干線(xiàn)這種碼型最簡(jiǎn)單，帶寬窄，SNR 高，線(xiàn)路速率不增加，沒(méi)有光功率代價(jià)，無(wú)需編碼，只要一個(gè)擾碼器即可，使其最適合長(zhǎng)距離系統(tǒng)應(yīng)用5.3 常用哪幾種信道復(fù)用？SDH采用何種復(fù)用方式？3g手機(jī)采用何種復(fù)用技術(shù)？4G手機(jī)采用何種？信道復(fù)用有時(shí)分復(fù)用（TDM）、頻分復(fù)用（FDM）和正交頻分復(fù)用（OFDM）、微波副載波復(fù)用（SCM）和碼分復(fù)

26、用（CDM）；在光域內(nèi)，與此相對(duì)應(yīng)，信道復(fù)用也有光時(shí)分復(fù)用（OTDM）、光頻分復(fù)用即波分復(fù)用（WDM）和光正交頻分復(fù)用（O-OFDM），以及光碼分復(fù)用（OCDM），如圖5.1.5所示。此外，還有空分復(fù)用，比如雙纖雙向傳輸就是空分復(fù)用。SDH采用時(shí)分復(fù)用3g也是4g 是fdma跟tdma5.4什么是直接強(qiáng)度光調(diào)制？什么是外調(diào)制？如何實(shí)現(xiàn)？直接調(diào)制-信息直接調(diào)制光源的輸出光強(qiáng)；外調(diào)制-信息通過(guò)外調(diào)制器對(duì)連續(xù)輸出光進(jìn)行調(diào)制；用快速上下移動(dòng)快門(mén)，使光波間斷通過(guò)遮光板的孔洞，從而實(shí)現(xiàn)光的脈沖調(diào)制。5.5如果想從PDH和SDH碼流中分插出一個(gè)2mbit/s之路信號(hào)給用戶(hù)，簡(jiǎn)述各自的工作過(guò)程采用SDH分插復(fù)

27、用（ADM），可以利用軟件直接一次分插出2 Mb/s支路信號(hào)，5.6 SDH幀結(jié)構(gòu)中有哪幾個(gè)信息域？各有何作用？SDH幀大體可分為三個(gè)部分：1）信息凈負(fù)荷（payload）是用于存放各種信息業(yè)務(wù)容量的地方。2）段開(kāi)銷(xiāo)（SOH）放置維護(hù)管理字節(jié)，它是指在STM幀結(jié)構(gòu)中，為了保證信息正常靈活傳送所必須的附加字節(jié)。3）管理單元指針（AU-PTR）管理單元指針是一種指示符，主要用來(lái)指示凈荷的第1個(gè)字節(jié)在STM-N幀內(nèi)的準(zhǔn)確位置，以便接收端正確的分解。5.7 簡(jiǎn)述SDH等級(jí)復(fù)用的過(guò)程。首先幾個(gè)低比特率信號(hào)復(fù)用成STM-0信號(hào)，接著3個(gè)STM-0信號(hào)復(fù)用成STM-1信號(hào)，幾個(gè)低比特率信號(hào)也可以直接復(fù)用成S

28、TM-1信號(hào)。然后4個(gè)STM-1信號(hào)復(fù)用成STM-4信號(hào)，以此復(fù)用下去，最后4個(gè)STM-64信號(hào)復(fù)用成STM-256（39 813.12 Mb/s）信號(hào)。5.8 SDH有哪幾種傳輸終端設(shè)備？各有什么功能？終端復(fù)用器、分插復(fù)用器、數(shù)字交叉連接設(shè)備、中繼器終端復(fù)用器：是將低速之路信號(hào)或者低速SDH信號(hào)復(fù)用進(jìn)高速的SDH設(shè)備，分插復(fù)用器：數(shù)字交叉連接設(shè)備：是一種集復(fù)用、交叉連接、保護(hù)/恢復(fù)、監(jiān)控和網(wǎng)管等功能為一體的傳輸設(shè)備。中繼器5.9 SDH采用哪兩種同步方式？各用在何處？為什么要從STM過(guò)度到ATM?時(shí)鐘在局間分配的樹(shù)形同步網(wǎng)結(jié)構(gòu)時(shí)鐘在局內(nèi)分配的星形同步網(wǎng)結(jié)構(gòu)人們就提出一種與同步傳輸模式（STM

29、）技術(shù)相對(duì)應(yīng)的異步傳輸模式（ATM）技術(shù)。ATM可支持可變速率業(yè)務(wù)，支持時(shí)延要求較小的業(yè)務(wù)，具有支持多業(yè)務(wù)多比特率的能力，因此ATM接入系統(tǒng)能夠完成不同速率的多種業(yè)務(wù)接入，它既能夠提供窄帶業(yè)務(wù)，又能提供寬帶業(yè)務(wù)，即能提供全業(yè)務(wù)接入。5.10 STM和ATM各用什么方式復(fù)用？、STM采用面向位置的交換和復(fù)用，時(shí)隙復(fù)用ATM采用面向標(biāo)志的交換和復(fù)用原理，標(biāo)志復(fù)用5-11 比較ATM、STM和IP在傳輸線(xiàn)路上數(shù)據(jù)分組的不同？ATM信元都是定長(zhǎng)的，在沒(méi)有信息傳送時(shí)，在線(xiàn)路上傳送的是空閑信元，因此，如果我們觀(guān)察一條B-ISDN中的通信線(xiàn)路，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，時(shí)間仍是被劃分成一個(gè)個(gè)等長(zhǎng)的小時(shí)隙，每個(gè)小時(shí)隙都正好是一個(gè)ATM信元。這有些類(lèi)似于SDH的同步時(shí)分復(fù)用情況，而不同于IP分組交換網(wǎng)中的情況5-12 SDH如何傳輸ATM信元？ATM本質(zhì)上是一種高速分組傳送模式，它將話(huà)音、數(shù)據(jù)及圖像等所有的數(shù)字信息分解成長(zhǎng)度一定的數(shù)據(jù)塊，并在各數(shù)據(jù)塊前加上信頭（即信息發(fā)往的地址、丟棄優(yōu)先級(jí)等控制信息）構(gòu)成信元。 只要獲得空閑信元，即可以插入