光纖通信練習(xí)題(調(diào)整格式)

1、一、填空題1.單模光纖中不存在 模間 色散，僅存在 模內(nèi) 色散，具體來講，可分為 波導(dǎo)色散 和 材料色散 。2. 光纖中的最低階非線性效應(yīng)起源于 三 階電極化率，它是引起 三次諧波 、 四波混頻 、 自相位調(diào)制 和 非線性折射 等現(xiàn)象的原因。3光纖通信中常用的三個(gè)低損耗窗口的中心波長(zhǎng)為 850nm ， 1310nm ， 1550nm ；最低損耗窗口的中心波長(zhǎng)是在 1550nm 。4.數(shù)值孔徑（NA）越大，光纖接收光線的能力就越 強(qiáng) ，光纖與光源之間的耦合效率就越 高 。5光與物質(zhì)的粒子體系的相互作用主要有三個(gè)過程是 自發(fā)輻射 ， 受激輻射 ， 受激吸收 ；產(chǎn)生激光的最主要過程是 受激輻射 。6

2、光纖單模傳輸條件，歸一化頻率V應(yīng)滿足 V<2.40483 。7、光源的作用是將 電信號(hào)電流 變換為 光信號(hào)功率 ；光檢測(cè)器的作用是將 光信號(hào)功率 轉(zhuǎn)換為 電信號(hào)電流 。8. 散射損耗與 光纖自身缺陷 及 材料分布不均勻 有關(guān)。9. 單模光纖只能傳輸一個(gè)模式，即 HE11 模 ，稱為光纖的基模。10. 光纜的種類很多，但是不論它的具體結(jié)構(gòu)如何，都是由 纜芯 、 加強(qiáng)元件 和 護(hù)套 組成。11. 限制光纖傳輸容量（BL積）的兩個(gè)基本因素是 光纖色散 和 光纖損耗 。12. LD是一種 閾值 器件，它通過 受激 發(fā)射發(fā)光，具有輸出功率 高 、輸出光發(fā)散角 窄 、與單模光纖耦合效率 高 、輻射光

3、譜線 窄 等優(yōu)點(diǎn)。13. PIN二極管的特點(diǎn)包括 耗盡層很寬 、 偏置電壓小 和 附加噪聲小 。14. LED的主要特性參數(shù)為 輸出功率與效率 、 輸出光譜特性 和 響應(yīng)速率與帶寬 。15. 光纖和光纖連接的方法有兩大類 活動(dòng)連接 和 固定連接 。16. 影響光纖耦合性能的主要因素有 插入損耗 、 附加損耗 、 分光比 和 隔離度 。17. 在光波系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用的兩種光檢測(cè)器是 PIN光電二極管 和 APD光電二極管 。18. 光發(fā)送機(jī)主要由 光源 、 驅(qū)動(dòng)電路 和 輔助電路 組成。19. 接收機(jī)中存在的噪聲源可分為 光電檢測(cè)器的噪聲 和 光接收機(jī)電路的噪聲 組成。20. 構(gòu)成SDH網(wǎng)絡(luò)的

4、基本單元稱為 網(wǎng)元 。該設(shè)備有 終端復(fù)用器 、 分插復(fù)用器 、再生復(fù)用器 和 數(shù)字交叉連接設(shè)備 四種。21. 段開銷可以實(shí)現(xiàn) 不間斷誤碼監(jiān)測(cè) 、 自動(dòng)倒換 、 公務(wù)通信 和 數(shù)據(jù)通信 等功能。22. 對(duì)于碼速率不同的信號(hào)，如果進(jìn)行復(fù)接，則會(huì)出現(xiàn) 重疊 和 錯(cuò)位 現(xiàn)象。23. 數(shù)字復(fù)接中的碼速調(diào)整有 正碼速調(diào)整 、 負(fù)碼速調(diào)整 和 正負(fù)零碼速調(diào)整 三種方式。24.光傳輸設(shè)備包括 光發(fā)射機(jī) 、 光中繼器 和 光接收機(jī) 等。25. 1.7Gb/s的單個(gè)比特間隔是 0.588 ns。26. 光纖衰減為0.00435dB/m，則10km長(zhǎng)光纖的總衰減為 43.5dB 。27. SDH線路碼型一律采用 N

5、RZ碼加擾碼 。二、簡(jiǎn)答1. 光接收機(jī)前端的作用是什么？有哪三種不同的前端設(shè)計(jì)方案？各有何特點(diǎn)？2. 論述光纖損耗和色散對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的限制。3、 WDM系統(tǒng)是按什么標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類的？各自的特點(diǎn)是什么？答：WDM系統(tǒng)按照通道間隙分類，可分為波分復(fù)用、密集波分復(fù)用和粗波分復(fù)用。波分復(fù)用是原始的波分復(fù)用，由于容量有限(容量較單通道系統(tǒng)提高倍)和光放 大不能有效解決EDFA工作在1550nm窗口，無(wú)法實(shí)現(xiàn)1310nm 光放大而應(yīng)用受限。粗波分復(fù)用（CWDM）的特點(diǎn)：由于CWDM系統(tǒng)采用的DFB激光器不需要冷卻，在成本、功耗要求和設(shè)備尺寸方面，CWDM系統(tǒng)比DWDM系統(tǒng)更有優(yōu)勢(shì)。密集波分復(fù)用（DWDM）的特

6、點(diǎn)：主要應(yīng)用于長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)，DWDM能夠在同一根光纖中把不同的波長(zhǎng)同時(shí)進(jìn)行組合和傳輸，傳輸容量大。4、 光接收機(jī)中存在哪些噪聲？答：光接收機(jī)中存在的基本噪聲是散粒噪聲和熱噪聲，另外還有激光器引起的強(qiáng)度噪聲。5. 光放大器的作用？它在哪些方面得到應(yīng)用？答：是對(duì)復(fù)用后的光信號(hào)進(jìn)行放大，以解決WDM系統(tǒng)的超長(zhǎng)距離傳輸和系統(tǒng)中波分復(fù)用器件的插損問題，具體應(yīng)用在下述幾個(gè)方面：（1）在WDM 系統(tǒng)中應(yīng)用；（2）在光纖通信網(wǎng)中；（3）在光孤子通信中的應(yīng)用。6. 試比較PN結(jié)光電二極管、PIN光電二極管以及APD雪崩光電二極管的優(yōu)缺點(diǎn)。答：PN型 優(yōu)點(diǎn)是暗電流小，一般情況下，響應(yīng)速度較低。PIN型 缺點(diǎn)是暗

7、電流大，因結(jié)容量低，故可獲得快速響應(yīng)。ADP型 響應(yīng)速度非?？?，因具有倍速作用，故可檢測(cè)微弱光，缺點(diǎn)是電流噪聲大。7、 在設(shè)計(jì)一個(gè)光纖通信系統(tǒng)時(shí)，路由、系統(tǒng)傳輸速率及光纖的類型如何選擇？答：在選擇路由時(shí)，需要確定路由、計(jì)算中繼距離、選擇中繼站地址等。在選擇系統(tǒng)傳輸速率時(shí)，考慮通信容量和成本合理選擇傳輸速率和設(shè)備。在選擇光纖類型時(shí)，根據(jù)傳輸距離、色散系數(shù)、傳輸容量和傳輸頻率合理選擇光纖。8、 簡(jiǎn)要描述自愈環(huán)兩類結(jié)構(gòu)的工作特點(diǎn)。答：根據(jù)自愈環(huán)業(yè)務(wù)保護(hù)的范圍的不同，自愈環(huán)結(jié)構(gòu)可分為兩大類：通道倒換環(huán)和復(fù)用段倒換環(huán)。通道倒換環(huán)屬于子網(wǎng)連接保護(hù)，其業(yè)務(wù)量的保護(hù)是以通道為基礎(chǔ)，是否倒換以離開環(huán)的每一個(gè)通道

8、信號(hào)質(zhì)量的優(yōu)劣而定，通常利用通道AIS信號(hào)來決定是否應(yīng)進(jìn)行倒換。復(fù)用段倒換環(huán)屬于路徑保護(hù)，其業(yè)務(wù)量的保護(hù)以復(fù)用段為基礎(chǔ)，以每對(duì)結(jié)點(diǎn)的復(fù)用段信號(hào)質(zhì)量的優(yōu)劣來決定是否倒換。三、計(jì)算1、階躍光纖的纖層和包層的折射率指數(shù)分別為n1 =1.46, n2 =1.45,試計(jì)算：（1）光纖纖層和包層的相對(duì)折射指數(shù)差；（2）光纖的數(shù)值孔徑NA；（3）在1km光纖上，由于子午光線的光程差所引起的最大時(shí)延max；(4)若將max減小為10ns/km，n2的取值。（1）答： = (n1-n2)/n1 = 0.00685；（2）答：NA=n1*sqrt（2）= 0.171；（3）答：sinx=n2/n1(L/sinx-

9、L)*n1/c=33.5ns（4）答：=1.4572、已知階躍光纖纖層的折射率n1=1.465，相對(duì)折射率差=0.01，纖芯半徑a=25um.。試求：（1）LP01, LP02, LP11, LP12模的截止波長(zhǎng)；（2）若0=1.3um,計(jì)算光纖的歸一化頻率V及光纖中傳輸?shù)哪５臄?shù)量。注：下圖類型一樣，但是參數(shù)不同，請(qǐng)自己改正；3、多模光纖芯徑為100um,在=0.85 um，折射率n1=1.457，n2=1.455情況下，求：（1）光纖V參數(shù)，估計(jì)允許傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量；（2）單模工作的波長(zhǎng)；（3）數(shù)值孔徑；（4）最大可接受角；（5）若方均根色散=0.29，是全寬，計(jì)算模式色散以及比特速率和距離的

10、成績(jī)BL。4、 如果一個(gè)光纖的零色散波長(zhǎng)在1312nm處，零色散斜率為0.090ps/(nm2.km),長(zhǎng)度為100km,工作于1310nm，計(jì)算由色度色散引起的脈沖擴(kuò)展。其中LD的光譜寬度為1nm.5、 對(duì)于某激光器的工作物質(zhì)譜線展寬的躍遷線寬為1.5GHZ，激光器的F-P腔長(zhǎng)為0.5m,該激光器會(huì)出現(xiàn)幾種模式？如若實(shí)現(xiàn)單縱模輸出，應(yīng)該采取什么辦法？此時(shí)的腔長(zhǎng)為多少？6、 一半導(dǎo)體激光器，諧振腔長(zhǎng)L=300um，工作物質(zhì)的損耗系數(shù)a=1mm，諧振腔兩鏡面的反射率R1R2=0.330.33，求激光器的閾值增益系數(shù)。若后腔鏡的反射率提高到R2=0.9，求閾值增益系數(shù)的變化，并解釋原因。7、 若光

11、發(fā)送電路輸出全“1”碼時(shí)的平均輸出光功率為10nW，輸出全“0”時(shí)的平均輸出光功率為1nW，求該光端機(jī)的消光比。8、 一個(gè)GaAsPIN光電二極管平均每三個(gè)入射光子產(chǎn)生一個(gè)電子-空穴對(duì)。假設(shè)所有的電子都被收集，那么請(qǐng)回答下列問題：（1）試計(jì)算該器件的量子效率；（2）當(dāng)在0.8um波段、接收功率是10-7W時(shí)，計(jì)算平均輸出光電流。（3）若禁帶寬度Eg=1.424Ev,計(jì)算這個(gè)光電二極管的上截止波長(zhǎng)c。9、 設(shè)PIN光電二極管的量子效率為80%，計(jì)算在1.3 um和1.55 um波長(zhǎng)時(shí)的響應(yīng)度，說明為什么在1.55 um處光電二極管比較靈敏。10、 已知某光接收機(jī)的靈敏度為40dBm(BER=10

12、-10)，動(dòng)態(tài)范圍為20dB，若接收到的光功率為2 uW，問系統(tǒng)能否正常工作？為什么？12、某數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的誤碼率為10-9，理想PIN光接收機(jī)的量子效率=0.7，接收波長(zhǎng)=0.85 um，碼速fb=8.44Mb/s的光脈沖信號(hào)。求此時(shí)理想光接收機(jī)的靈敏度為多少dBm?13、已知PIN光接收機(jī)的工作參數(shù)如下：光波長(zhǎng)=0.85um，速率fb=8.448Mb/s，光電二極管響應(yīng)度R0=0.4，互阻抗前置放大器(FET)的nA10-18。要求誤碼率Pe=10-9,即超擾比Q=6,求實(shí)際光接收機(jī)的靈敏度為多少dBm?14、假設(shè)光纖連接器兩端的光纖參數(shù)完全一樣，連接精度也非常好，但連接端面上有8%的光反射回來，試計(jì)算此光纖連接器的連接損耗及回波損耗。15、有一根1.5km長(zhǎng)的國(guó)產(chǎn)多模光纖，測(cè)出輸入、輸出光脈沖的寬度分別為3ns和5ns，試求光纖總寬和每千米光纖的帶寬。16、現(xiàn)已測(cè)得光纖的色散系數(shù)為120ps/(nm.km)，當(dāng)光源的譜線寬度時(shí)2.5nm時(shí)，此時(shí)光纖的3dB帶寬有多寬？17、一個(gè)PIN光電二極管，它的P+接觸層為1um