光纖通信系統(tǒng)第三版-沈建華-機械工業(yè)出版社

1、實用標(biāo)準(zhǔn)?光纖通信?作業(yè)2021.1.30 1.1 光纖通信有哪些特點？1、光纖通信的優(yōu)點：1傳輸容量大.2傳輸損耗小,中繼距離長.3信號泄漏小, 保密性好.4節(jié)省有色金屬.5抗電磁干擾性能好.6重量輕, 可撓性好,敷設(shè)方便.2、光纖通信的缺點：1抗拉強度低.2連接困難.3怕水.1.2 簡述光纖通信系統(tǒng)的主要組成局部.光纖通信系統(tǒng)的主要組成局部為：1光纖光纜、2光源光發(fā)送機、3光檢測器光接收機、4無源器 件、5光放大器光中繼器.1.4為什么使用石英光纖的光纖通信系統(tǒng)中,工作波長只能選擇 850nm、1310nm、1550nm 三種？由于目前使用的光纖均為石英光纖,而石英光纖的損耗波長特性中有三

2、個低損耗的波長區(qū),即波長為850nm、1310nm、1550nm三個低損耗區(qū).為此,光纖通信系統(tǒng)的工作波長只能是選擇在這三個波長窗口.文檔大全實用標(biāo)準(zhǔn)2.1 光纖傳輸信號產(chǎn)生能量衰減的原因是什么？光纖的損耗系數(shù)對通信有什么影響？1、光纖產(chǎn)生能量衰減的原因包括：1吸收、2散射和3輻射.2、光纖的損耗系數(shù)會導(dǎo)致信號功率損失,造成信號接 收困難.2.2 在一個光纖通信系統(tǒng)中,光源波長為1550nm,光波 經(jīng)過5km長的光纖線路傳輸后,其光功率下降了 25%,那么該 光纖的損耗系數(shù)為多少？小 10 .“,LKm Pow兇550*= 10 ter黑/ /q = 0.25dB/4f J 5g1飛一 25%

3、詞同£ J2.3 光脈沖在光纖中傳輸時,為什么會產(chǎn)生瑞利散射？瑞 利散射損耗的大小與什么有關(guān)？瑞利散射是由于光纖內(nèi)部的密度不遠(yuǎn)勻引起的,從而使 折射率沿縱向產(chǎn)生不均勻,其不均勻點的尺寸比光波波長還 要小.光在光纖中傳輸時,遇到這些比波長小,帶有隨機起 伏的不均勻物質(zhì)時,改變了傳輸方向,產(chǎn)生了散射.2、瑞利散射損耗的大小與 I曾成正比.文檔大全實用標(biāo)準(zhǔn)2.4 光纖中產(chǎn)生色散的原因是什么？色散對通信有什么影響？1、光纖的色散是由于光纖中所傳輸?shù)墓庑盘柌煌念l 率成分和不同模式成分的群速度不同而引起的傳輸信號畸 變的一種物理現(xiàn)象.2、色散會導(dǎo)致傳輸光脈沖的展寬,繼而引起碼問干擾,增加誤碼.

4、對于高速率長距離光纖通信系統(tǒng)而言,色散是限 制系統(tǒng)性能的主要因素之一.2.5 光纖中色散有幾種？單模傳輸光纖中主要是什么色 散？多模傳輸光纖中主要存在什么色散？1、從產(chǎn)生機理而言,光纖中的色散主要包括：1材料色散、2波導(dǎo)色散和3模式間色散.2、單模光纖中主要是波導(dǎo)色散.3、多模光纖中主要是模式間色散.注：偏振模色散可以理解為是：特殊的模式色散,但在 速率較低的系統(tǒng)中影響較小.文檔大全實用標(biāo)準(zhǔn)2.8何謂模式截止？光纖單模傳輸?shù)臈l件是什么？單模 光纖中傳輸?shù)氖鞘裁茨Ｊ剑烤呓刂共ㄩL為多大？階躍折射 率光纖中線性極化模 LP11模對應(yīng)的是什么矢量模？1、對每一個傳播模來說,在包層中它應(yīng)該是衰減很大,

5、不能傳輸.如果一個傳播模,在包層中不衰減,也就是說明 該模是傳過包層而變成了輻射模,那么就認(rèn)為該傳播模被截止.所以一個傳播模在包層中的衰減常數(shù)W=0時,表示導(dǎo)模截止2、單模光纖傳輸條件：歸一化頻率VW 2.405HE11 模.3、單模光纖中傳輸?shù)氖?LP01模,對應(yīng)的矢量模是4、截止波長由下式計算:2.40485、LR1模對應(yīng)的矢量模是：TE01, TM01, HE 21文檔大全實用標(biāo)準(zhǔn)3.1比擬半導(dǎo)體激光器LD和發(fā)光二極管LED的異 同.LD有哪些特性？ LED有哪些特性？1、1、相同點：LD和LED都可以用作通信光源.2、不同點：LD原理是受激輻射,而LED是自發(fā)輻射.2、LD有以下特性：

6、LD是閾值器件,需要較完善的驅(qū)動和 外圍的電路,其發(fā)生的光譜線窄,適宜于高速率系統(tǒng).3、LED有以下特性：LED沒有閾值,結(jié)構(gòu)簡單,但其譜線 較寬,適用于要求較低的場合.3.2為什么LD要工作在正向偏置狀態(tài)？何謂激光器的閾值 電流？激光器的閾值電流與激光器的使用溫度、使用時間有 什么關(guān)系？1、LD加正向偏置電壓用以克服 PN結(jié)中自建場的影響, 從而降低勢壘,以形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布.2、激光器閾值電流是指：滿足克服諧振腔內(nèi)損耗而產(chǎn) 生激光的最小的外加鼓勵電流.3、激光器的閾值電流與溫度和使用時間成正比關(guān)系.文檔大全實用標(biāo)準(zhǔn)3.4半導(dǎo)體材料 GaAs(錢礎(chǔ))的禁帶寬度Eg=1.43ev, InGaA

7、sP (錮錢礎(chǔ)磷)的 Eg=0.96ev,分別求由這兩種材料組 成的半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波長.(普朗克常數(shù) h=6.626 X10-34J . S, 1ev= 1.6X 10-19J)內(nèi)廣紇f-T1、(1)錢礎(chǔ)GaAs組成的半導(dǎo)體激光器的發(fā)射頻率為：f=4 = 1陽*)*1空；0 段?) = 034530637x345.3(7Zfc)h 6.626x10(2)、發(fā)射波長為：A=-=3x10%/：?_ =氏 68793703x10%)= 086g偏)/ 0.34530637 x1015(1/5)' 'J2、( 1)錮錢礎(chǔ)磷InGaAsP組成的半導(dǎo)體激光器的發(fā)射頻率為： f=* =0

8、.23181407xl015(l/S)= 231.8(Hfc)(2)發(fā)射波長為：A= =3*10 = 12.941406/10*7(m)=/ 0.231 B14O7 x1015(1/5)',J文檔大全實用標(biāo)準(zhǔn)3.6在光纖通信系統(tǒng)中對 LD驅(qū)動電路和偏置電路有什么要 求？在LD驅(qū)動電路中為什么一定要加偏置電流？偏置電流 應(yīng)加多大才適宜？假設(shè)偏置電流加得過大或過小,對LD的調(diào)制特性會產(chǎn)生什么影響？1、對LD驅(qū)動電路和偏置電路的要求是：(1)輸由的光脈沖峰值保持恒定.(2)光脈沖的通斷比應(yīng)>>10.(3)激光發(fā)射的時間必須遠(yuǎn)短于碼無時間.(4)采用阻尼電路以防止張弛振蕩.2、由于

9、半導(dǎo)體激光器(LD)是閾值器件,只有外加驅(qū) 動電流超過閾值后,才能發(fā)生激光,為使得較小的數(shù)據(jù)電流 亦可產(chǎn)生足夠的光輸生,因此,需要加偏置電流.3、偏置電流的選取原那么是略小于閾值電流.4、(1)偏置電流太小了,需要較大的數(shù)據(jù)電流才能滿 足閾值條件.(2)偏置電流太大了,會引起消光比性能下降,同 時,較高的電流也會產(chǎn)生較大的熱量,以及壽命的縮短.文檔大全實用標(biāo)準(zhǔn)3.7某數(shù)字光纖通信系統(tǒng),在實際使用中,發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體激 光器LD的輸由光功率慢慢下降,試分析其原因并提由解 決方法.1、激光器的閾值電流會隨溫度升高及老化使用時間長而提升,閾值電流增加以后,輸由光功率就會下降.所以輸由光功率慢慢下降,原因可

10、能是：1溫度升高,2使用時間長老化.2、1如果是溫度升高引起輸由光功率慢慢下降,可以 使用自動溫度限制電路ATQ致冷來解決.2如果是使用時間長老化引起輸由光功率慢慢 下降,可以使用自動功率限制電路 APQ增加偏置電流來 解決.文檔大全實用標(biāo)準(zhǔn)3.9在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中, 選擇線路碼型時,要考慮 哪幾個因素？字變換碼mBnB碼和插入碼Mb1H碼各 有什么特點？采用 mBnB碼或Mb1H碼時,線路碼速將比原 來的信號速提升多少？某數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中,信息碼速 為139.264MMt/s ,假設(shè)采用5B6B碼其線路碼速為多少？假設(shè)采 用4B1H線路碼速又為多少？1、線路碼型選取的根本原那么包括：1應(yīng)

11、有足夠的定時含量,即應(yīng)盡量減少連“0和連“1數(shù),便于時鐘提取.2應(yīng)有不中斷業(yè)務(wù),進(jìn)行誤碼檢測的水平.3應(yīng)力求降低線路傳輸?shù)拇a率,或線路傳輸碼率的提 高應(yīng)盡可能少.4應(yīng)具有較好的抗干擾性能,滿足一定接收機性能所 需檢測的光功率最小.5應(yīng)具有盡可能簡單和經(jīng)濟(jì)的變換方案.6傳輸中發(fā)生誤碼時,誤碼擴(kuò)散范圍和誤碼增值低.常用的線路碼型包括：1擾碼、2字變換碼和3 插入碼三種類型.2、1字變換碼mBnB碼的特點：將輸入二進(jìn)制 碼分解成一個“碼字,輸由用對應(yīng)的另一種“碼字來代 替.常用字變換碼為mBnB碼,即將輸入碼流每 m比特為文檔大全實用標(biāo)準(zhǔn)一組,然后變換成另一種排列規(guī)那么的n比特為一組的碼流.字變換碼

12、中的n、m均為正整數(shù),且n>m.(2)插入碼(mB1H碼)的特點：把輸入原始碼流分 成每m比特(mB) 一組,然后在每組 mB碼末尾按一定的 規(guī)律插入一個碼,組成m+1個碼為一組的線路碼流. 根據(jù)插 入碼的規(guī)律,可以分為：mB1C碼mB1H碼mB1P碼等.(3)除擾碼外,字變換碼和插入碼都會提升線路傳輸 速率.3、(1)采用mBnB碼時,線路碼速將比原來的信號 速提升n/m倍.(2)采用mB1H碼時,線路碼速將比原來的信號速 提升(m+1) /m倍.4、(1)采用 5B6B碼時,線路碼速為： 139.264 X 6/5=167.1168 Mbit/s.(2)采用 4B1H碼時,線路碼速為

13、：139.264 X(4+1)/4=174.08 Mbit/s .文檔大全實用標(biāo)準(zhǔn)4.1光纖通信系統(tǒng)對光檢測器有什么要求？比擬 PIN和APD各自的特點.1、光纖通信系統(tǒng)對光檢測器的主要要求包括：1靈敏度高.2響應(yīng)速度快.3噪聲小.4穩(wěn)定可靠.2、1 PIN的特點：增大了耗盡區(qū)的寬度,減小了擴(kuò) 散運動的影響,提升了響應(yīng)速度.絕大局部的入射光在本征 層內(nèi)I層內(nèi)被吸收受激吸收,并產(chǎn)生大量的電子一空 穴對.PIN用于短距離小容量光纖通信系統(tǒng).PIN沒有增益,用在靈敏度要求不高的場合.（2） APD的特點：電子一空穴對屢次碰撞產(chǎn)生雪崩 光倍增效應(yīng).APD是有增益的光電二極管,在光接收機靈敏 度要求較高

14、的場合,用APD有利于延長系統(tǒng)的傳輸距離.APD 用于長距離大容量光纖通信系統(tǒng).4.2 .光敏二極管為什么必須工作在反向偏壓狀態(tài)？1、在擴(kuò)散區(qū)內(nèi),由于光生載流子的擴(kuò)散速度比耗盡區(qū) 內(nèi)光生載流子的漂移速度慢得多,這局部光生載流子的擴(kuò)散 運動的時延,將使檢測器輸由電流脈沖后沿的拖尾加長,這 影響了光敏二極管的響應(yīng)時間,就限制了光電轉(zhuǎn)換速度.2、在反向偏壓情況下,增加了耗盡區(qū)的寬度,縮小了 耗盡區(qū)兩側(cè)擴(kuò)散區(qū)的寬度,從而減小了光生電流中的擴(kuò)散分 量,反向偏壓也增強了耗盡區(qū)內(nèi)的電場,加快了光生截流子 的漂移速度,有利于加快光敏二極管的響應(yīng)時間.文檔大全實用標(biāo)準(zhǔn)4.4 何謂暗電流？暗電流是怎么產(chǎn)生的？暗電

15、流的存在對信號的接收會產(chǎn)生什么影響？1、處于反向偏壓下的半導(dǎo)體光電二極管,在無光照時,仍有電流流過,這局部電流稱為暗電流.2、暗電流是由載流子的熱擴(kuò)散形成的,或者是由器件 外表和內(nèi)部的缺陷以及有害的雜質(zhì)引起的.暗電流的大小由 半導(dǎo)體材料及摻雜濃度決定.3、暗電流與光源無信號時的殘留光一樣,在接收機中 產(chǎn)生噪聲.暗電流的存在限制了光敏二極管所能檢測的最小 光功率,也就是降低了接收機的靈敏度.文檔大全實用標(biāo)準(zhǔn)4.5 試述雪崩光敏二極管 APD的工作原理.何謂“雪 崩效應(yīng)？ APD電流增益系數(shù)G與什么有關(guān)？1、處于反向偏置的耗盡層光電二極管,當(dāng)外加的反向 偏壓不斷增加時,耗盡層內(nèi)產(chǎn)生的光生載流子在強

16、電場作用 下得到加速,獲得很大的功能.高能的截流子與半導(dǎo)體晶體內(nèi)的原子相碰撞,將束縛在 價帶中的電子激發(fā)到民帶,從而在耗盡層內(nèi)產(chǎn)生新的電子一 空穴對,這種現(xiàn)象稱為碰撞電離.碰撞電離的第二代載流子在耗盡層的強電場的加速下, 再次引起碰撞電離而產(chǎn)生第三代載流子.2、碰撞電離的反復(fù)循環(huán)使耗盡層內(nèi)的截流子數(shù)雪崩似 的急劇增加,通過二極管的電流也就猛增,這就是雪崩倍增 效應(yīng).3、雪崩光電二極管APD就是利用雪崩倍增效應(yīng)實現(xiàn) 內(nèi)部電流增益的半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換器件.4、APD的電流增益系數(shù) G一般在40100之間,其變 化規(guī)律與外加的偏壓有關(guān).文檔大全實用標(biāo)準(zhǔn)5.1 光纖連接器應(yīng)用在什么地方？影響光纖連接器損耗

17、的因素有哪些？1、光纖連接器是使一根光纖與另一根光纖之間完成活 動連接的器件,主要用于光源器件尾纖輸由或光電檢測器尾 纖輸入與傳輸光纖之間的連接.2、光纖連接時,引起的損耗與多種因素有關(guān), 諸如：1 光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)如纖芯直徑、數(shù)值孔徑等 、2光纖的 相對位置如橫向位移、縱向間隙等以及3端面狀態(tài)如形狀、平行度等.5.2 光纖連接器有哪些種類, 表達(dá)FC型光纖活動連接器 的原理.1、光行連接器的種類有：（1） FC型光纖連接器；2 SC型光纖連接器；3 ST 型光纖連接器；4雙錐型連接器；5 DIN光纖連接器； 6 MT-RJ型連接器；7 LC型連接器；8 MU型連接器.2、FC型光纖活動連接器的

18、原理：其外部增強方式采用金屬套,緊固方式為螺絲扣.采用 的陶瓷插針的對接端面是平面接觸方式.后來,對該類型連 接器做了改良,采用對接端面呈球形的插針 SPC,而外部 結(jié)構(gòu)沒有改變.文檔大全實用標(biāo)準(zhǔn)5.4怎么定義光纖耦合器的插入損耗,附加損耗、耦合比和串?dāng)_？1、插入損耗Li:是指一個指定輸入端口 1或2的輸入 光功率Pi和一個指定的輸由端口3或4的輸由功率Po的比值,用分貝dB表示 外2、附加損耗Le：是指全部輸入端口 1或2的輸入光 功率Pi總和與全部輸由端口 3或4的輸由光功率Po總和4 =10.丁十的比值,用分貝dB表示 /+%3、耦合比CR是指某一個輸由端口 3或4的輸生光功率Po與全部

19、輸由端口 3或4的輸由光功率 Po總和的CX = X100%的比值,用分貝dB表示 /十耳*4、串?dāng)_LC:是指一個輸入端口 1的輸入光功率 Pi與由耦合器泄漏到其他輸入端口2的光功率Pr總和的的比% 三值,用分貝dB表示巳文檔大全實用標(biāo)準(zhǔn)5.5光衰減器有幾種,各有什么作用？1、光衰減器是一種用來降低改變光功率的器件, 可分為：1可變光衰減器和2固定光衰減器.2、1可變光衰減器主要用于調(diào)節(jié)光線路電平,在測 量光接收機靈敏度時,需要用可變光衰減器進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)來 觀察接收機的誤碼率.在校正光功率計時,也需要光可變衰 減器.2固定光衰減器主要用于調(diào)整光纖通信線路電平, 假設(shè)光纖通信線路的電平太高,就需

20、要串入固定光衰減器.文檔大全實用標(biāo)準(zhǔn)6.1光放大器主要有幾種？各自的實現(xiàn)機理是怎樣的？1、光放大器主要有：1、半導(dǎo)體激光放大器,2摻雜 稀土元素光放大地對空, 3光纖布里淵放大器FBA, 4 光纖拉曼放大器FRAo2、各自實現(xiàn)機理是：1半導(dǎo)體激光放大器：利用受激輻射對進(jìn)入增益介質(zhì) 的光信號進(jìn)行直接放大,其結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一個處于高增益狀態(tài) 下的無諧振腔的半導(dǎo)體激光器.2摻雜稀土元素光放大器：摻雜稀土元素光放大器主 要是：1摻餌光纖放大器EDFQ和2摻錯光纖放大 器PDF為.摻餌光纖放大器能放大光信號的機理：在于餌 離子能吸收泵浦光的能量,實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn),當(dāng)信號光通過 已被激活的摻餌光纖時,亞穩(wěn)態(tài)上的

21、粒子以受激輻射的方式 躍遷到基態(tài).對應(yīng)于每一次躍遷,都將產(chǎn)生一個與激發(fā)該躍 遷的光子完全一樣的光子,從而實現(xiàn)了信號光在摻餌光纖的 傳播過程中不斷放大.3光纖布里淵放大器FBA:受激布里淵散射是光纖 內(nèi)的一種非線性現(xiàn)象,起源于光纖的三階電極化率,其光增 益是由泵浦光的受激布里淵散射產(chǎn)生的.受激布里淵效應(yīng)導(dǎo) 致一局部泵浦光功率轉(zhuǎn)移給信號光,使信號光得到放大.4光纖拉曼放大器FRA:可采用同向、反向或雙向 泵浦.目前,FRA主要用做分布式放大器,輔助摻餌光纖放文檔大全實用標(biāo)準(zhǔn)大器EDFA進(jìn)行信號放大.但FRA也可單獨使用,放大EDFA 不能放大的波段.6.3摻餌光纖放大器EDFA在應(yīng)用上有哪幾種形式

22、, 對 性能參數(shù)的要求有何異同？1、摻餌光纖放大器EDFA的具體應(yīng)用形式有三種：1線路放大LA、2功率放大BA、3前置放大PA.2、EDFA的主要性能參數(shù)包括：增益、噪聲系數(shù)等.1線路放大LA:要求增益要高.2功率放大BA:要求增益要高.3前置放大PA:要求增系和噪聲系數(shù)更高.文檔大全實用標(biāo)準(zhǔn)6.6光纖拉曼放大器FRQ與摻餌光Zf放大器EDFQ 相比,優(yōu)缺點分別有哪些？1、拉曼放大器FRQ的優(yōu)缺點：1） FRA的優(yōu)點：1帶寬較寬.2設(shè)計簡單.3低 噪聲.4可以通過靈活排列泵浦光的頻率來對信號進(jìn)行放 大.2） FRA的缺點：其主要缺點就是對適宜波長的高功率泵 浦源要求較高.3） 摻餌光纖放大器E

23、DFA的優(yōu)缺點：1） EDFA的優(yōu)點：1工作波長處于1.531.56以m范圍, 與光纖最小損耗波長窗口 一致.2對摻餌光纖進(jìn)行鼓勵所需要的泵浦光功率較低,僅需數(shù)十毫瓦.3增益高、噪聲低、輸由功率高.4連接損耗低.5 EDFA已經(jīng)成為高速 大容量光纖通信系統(tǒng)中不可缺少的局部.2） EDFA固有的缺點：1波長固定,只能放大 1.55 pm 左右的光波,換用其他基質(zhì)的光纖時,餌離子能級也只能發(fā) 生很小的變化,可調(diào)節(jié)的波長有限,只能換用其他元素.2 增益帶寬不平坦,在波分復(fù)用 WDM系統(tǒng)中,需要采用特 殊的手段來進(jìn)行增益譜補償.文檔大全實用標(biāo)準(zhǔn)2.2 說明同步數(shù)字體系SDH復(fù)用結(jié)構(gòu)中,容器C、 虛容器

24、VC和治理單元AU的主要功能.1、容器C:是一種用來裝載各種速率的業(yè)務(wù)信號的信 息結(jié)構(gòu).針對準(zhǔn)同步數(shù)字體系 PDH速率系列,國際電聯(lián) 電信標(biāo)準(zhǔn)化部門ITU-T建議G707規(guī)定了 C-11、C-12、 C-2、C-3和C-4五種標(biāo)準(zhǔn)容器2、虛容器VC:是用來支持同步數(shù)字體系SDHD的通 道層連接的信息結(jié)構(gòu),也是 SDH通道的信息終端.其信息由 容器C的輸生和通道開銷POH組成,即 VC-n =C-n+VC-nPOH3、治理單元AU:是提供高階通道層和復(fù)用層之間適 配的信息結(jié)構(gòu).有AU-3和AU-4兩種治理單元.其信息AU-n 由一個相應(yīng)的高階 VC-n和相應(yīng)的治理單元指針 AU-nPTR組 成,即：AU-n = VC-n+AU-nPTR n=3或4 .一個或多