光纖通信簡答

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上1、光纖通信的優(yōu)缺點是什么？優(yōu)點:通信容量大；中繼距離長；抗電磁干擾；傳輸誤碼率低；適應(yīng)能力強；保密性好；使用壽命長。缺點：有些光器件比較昂貴；光纖的機械強度差；不能傳送電力。2、光纖通信系統(tǒng)有哪幾部分組成？簡述各部分作用。光纖通信由光發(fā)射機、接收機和光纖三個部分組成。發(fā)射機又分為電發(fā)射機和光發(fā)射機，相應(yīng)的，接收機也分為光接收機和電接收機。電發(fā)射機的作用是將信源發(fā)出的基帶信號變換為適合于信道傳輸?shù)碾娦盘枺ǘ嗦窂?fù)接、碼型變換等；光發(fā)射機的作用是把輸入電信號轉(zhuǎn)換為光信號，并用耦合技術(shù)把光信號最大限度的注入光纖線路。光纖線路把來自于光發(fā)射機的光信號以盡可能小的畸變和衰減

2、傳輸?shù)焦饨邮諜C。光接收機把從光纖線路輸出的產(chǎn)生畸變和衰減的微弱光信號還原為電信號。電接收機的作用一是放大，而是完成與電發(fā)射機相反的變換，包括碼型反變換和多路分接等。3、目前光纖通信為什么采用以下三個工作波長：1=0.85m，2=1.31m，3=1.55m？答：1=0.85m，2=1.31m，3=1.55m附近是光纖損耗較小或最小的波長“窗口”，相應(yīng)的損耗分別為23dB/km、0.5dB/km、0.2dB/km，而且在這些波段前有成熟的光器件。4、光纖通信為什么向長波長、單模光纖方向發(fā)展？答：長波長、單模光纖比短波多模光纖具有更好的傳輸特性。（1） 單模光纖沒有模式色散，不同成分光經(jīng)過單模光纖的

3、傳播時間不同的程度顯著小于經(jīng)過多模光纖時不同的程度。（2）有光纖損耗和波長的關(guān)系曲線知，隨著波長增大，損耗呈下降趨勢，且在1.55m處有最低損耗值：而且1.13m和1.55m處的色散很小。故目前長距離光纖通信一般都工作在1.55m。5、光纖色散產(chǎn)生的原因及其危害是什么？答：光纖色散是由光纖中傳輸?shù)墓庑盘柕牟煌煞值墓獾膫鞑r間不同而產(chǎn)生的。危害：若信號是模擬調(diào)制的，色散將限制帶寬；若信號是數(shù)字脈沖，色散將使脈沖展寬，限制系統(tǒng)傳輸速率。6.光纖損耗產(chǎn)生的原因及其危害是什么？答：光纖損耗包括吸收損耗和散射損耗。吸收損耗是由Sio2材料引起的固有吸收和由雜質(zhì)引起的吸收產(chǎn)生的。散射損耗主要由材料微觀密

4、度不均勻引起的瑞利散射和光纖結(jié)構(gòu)缺陷引起的散射產(chǎn)生的。危害：光纖損耗使系統(tǒng)的傳輸距離受到了限制，大損耗不利于長距離光纖通信。7、半導(dǎo)體激光器（LD）有哪些特性？答：LD的主要特性有：（1） 發(fā)射波長和光譜特性：發(fā)射波長=1.24/Eg；激光震蕩可能存在多種模式（多縱模），即在多個波長上滿足激光振蕩的相位條件，表現(xiàn)為光譜包含多條譜線。而且隨著調(diào)制電流的增大，光譜變寬。譜特性變壞。（2） 激光束空間分布特性：遠(yuǎn)場光束橫截面呈橢圓形。（3） 轉(zhuǎn)換效率和輸出功率特性：d=pI*ehf， P=Pth+dhfe（I-Ith）（4） 頻率特性：在接近馳張頻率fr處，數(shù)字調(diào)制要產(chǎn)生弛張振蕩，模擬調(diào)制要產(chǎn)生非線

5、性失真。（5） 溫度特性：Ith=I0*exp（T/T0）8、比較半導(dǎo)體激光器（TD）和發(fā)光二極管（LED）的異同。答：工作原理不同，LD發(fā)射的是受激輻射光，TED發(fā)射的是自發(fā)輻射光。LED不需要光學(xué)諧振腔，而LD需要。和LD相比，LED輸出光功率較小，光譜較寬，調(diào)制頻率較低。但發(fā)光二極管性能穩(wěn)定，壽命長，輸出功率線性范圍寬，而且制造工藝簡單，價格低廉。所以，LED的主要應(yīng)用場合是小容量（窄帶）短距離通信系統(tǒng)；而LD主要應(yīng)用于長距離大容量（寬帶）通信系統(tǒng)。 LED和LD相同之處：使用的半導(dǎo)體材料相同、結(jié)構(gòu)相似，LED和LD大多采用雙異質(zhì)結(jié)（DH）結(jié)構(gòu)，把有源層夾在P型和N型限制層中間。9、光與

6、物質(zhì)間的互作用過程有哪些？答：光與物質(zhì)間的三種互作用包括受激吸收、自發(fā)輻射和受激輻射。（1）受激吸收。在正常狀態(tài)下，電子處于低能級E1，在入射光作用下，它會吸收光子的能量躍遷到高能級E2上，這種躍遷稱為受激吸收。（2）自發(fā)輻射。在高能級E2的電子是不穩(wěn)定的，即使沒有外界的作用，也會自動地躍遷到低能級E1上與空穴復(fù)合，釋放的能量轉(zhuǎn)換為光子輻射出去，這種躍遷稱為自發(fā)輻射。（3）受激輻射。在高能級E2的電子，受到入射光的作用，被迫躍遷到低能級E1上與空穴復(fù)合，釋放的能量產(chǎn)生光輻射，這種躍遷稱為受激輻射。10、什么是粒子反轉(zhuǎn)數(shù)？什么情況下能實現(xiàn)光放大？答：假設(shè)能級E1和E2上的粒子數(shù)分別為N1和N2，

7、在正常的熱平衡狀態(tài)下，低能級E1上的粒子數(shù)N1是大于高能級E2上的粒子數(shù)N2的，入射的光信號總是被吸收，為了獲得光信號的放大，必須將熱平衡下的能級E1和E2上的粒子數(shù)N1和N2的分布關(guān)系倒過來，即高能級上的粒子數(shù)反而多于低能級上的粒子數(shù)，這就是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。當(dāng)光通過離子數(shù)反轉(zhuǎn)分布激活物質(zhì)時，將產(chǎn)生光放大。11、什么事激光器的閾值條件？答：對于給定的器件，產(chǎn)生激光輸出的條件就是閾值條件。在閾值條件上，器件已經(jīng)不是放大器，而是一個振蕩器或激光器。12、什么是雪崩倍增效應(yīng)？答：雪崩光電二極管工作時外加高反向偏壓（約100150V），在PN結(jié)內(nèi)部形成一高電廠區(qū)，入射光功率產(chǎn)生的電子空穴對經(jīng)過高電場區(qū)

8、時不斷被加速而獲得很高的能量，這些高能量的電子或空穴對在運動過程中與價帶中的束縛電子碰撞，使晶格中的原子電離，產(chǎn)生新的電子空穴對，新的電子空穴對受到同樣加速運動，又與原子碰撞電離，產(chǎn)生電子空穴對，稱為二次電子空穴對。如此重復(fù)，使載流子和反向光生電流迅速增大，這個物理過程稱為雪崩倍增效應(yīng)。13、光檢測過程中都有哪些噪聲？答：光檢測器的噪聲主要包括由光生信號電流和暗電流產(chǎn)生的散粒噪聲以及負(fù)載電阻產(chǎn)生的熱噪聲。熱噪聲主要來源于電阻內(nèi)部載流子的不規(guī)則運動。散粒噪聲源于光子的吸收或者光生載流子的產(chǎn)生，具有隨機起伏的特性。（光生信號電流產(chǎn)生的散粒噪聲，稱為量子噪聲，這種噪聲的功率與信號電流成正比，因此不可

9、能通過增加信號光功率提高信噪比。在沒有外界入射光的作用下，光檢測器中仍然存在少量載流子的隨機運動，從而形成很弱的散粒噪聲，稱為暗電流噪聲。所以在有信號光功率作用的時間內(nèi)，主要考慮量子噪聲和熱噪聲；而在沒有信號光的期間，主要考慮暗電流噪聲和熱噪聲。）14、激光器（LD）產(chǎn)生弛張振蕩和自脈動現(xiàn)象的機理是什么？它的危害是什么？應(yīng)如何消除這兩種現(xiàn)象的產(chǎn)生？答：當(dāng)電流脈沖注入激光器后，輸出光脈沖出現(xiàn)幅度逐漸衰減的振蕩，稱為弛張振蕩，弛張振蕩的后果是限制調(diào)制速率。當(dāng)最高調(diào)制速率接近弛張振蕩頻率時，波形失真嚴(yán)重，會使光接收機在抽樣判決時增加誤碼率，因此實際中最高調(diào)制頻率應(yīng)低于弛張振蕩頻率。某些激光器在脈沖調(diào)

10、制甚至是直流驅(qū)動下，當(dāng)注入電流達(dá)到某個范圍時，輸出光脈沖出現(xiàn)持續(xù)等幅的高頻振蕩，這種現(xiàn)象稱為自脈動現(xiàn)象。自脈動頻率可達(dá)2GHz，嚴(yán)重影響LD的高速調(diào)制特性。15、LD為什么能夠產(chǎn)生碼型效應(yīng)？其危害及消除辦法是什么？答：半導(dǎo)體激光器在高速脈沖調(diào)制下，輸出光脈沖和輸入電流脈沖之間存在一個初始延遲時間，稱為光電延遲時間。當(dāng)光電延遲時間與數(shù)字調(diào)制的碼元持續(xù)時間T/2為相同數(shù)量級時，會使“0”碼過后的第一個“1”碼的脈沖寬度變窄，幅度減小，嚴(yán)重時可能使“1”碼丟失，這種現(xiàn)象稱為碼型效應(yīng)，碼型效應(yīng)的特點是在脈沖序列中，較長的連“0”碼后出現(xiàn)“1”碼，其脈沖明顯變小，而且連“0”碼數(shù)目越多，調(diào)制速率越高，這

11、種效應(yīng)越明顯。碼型效應(yīng)的消除方法是用適當(dāng)?shù)摹边^調(diào)制”補償方法。16、在LD驅(qū)動電路里，為什么要設(shè)置功率自動控制電路APC？功率自動控制實際上是控制LD的那幾個參數(shù)？答：在LD驅(qū)動電路里，設(shè)置功率自動控制電路APC是為了調(diào)節(jié)LD的偏流，使輸出光功率穩(wěn)定。功率自動控制實際是控制LD的偏置電流、輸出光功率、激光器背向光平均功率。17、在數(shù)字光接收機中，為什么要設(shè)置AGC電路？答：自動增益控制（AGC）使光接收機具有較寬的動態(tài)范圍，以保證在入射光強度變化時輸出電流基本恒定。由于使用條件不同，輸入光接收機的光信號大小會發(fā)生變化，為實現(xiàn)寬動態(tài)范圍，采用AGC是十分有必要的。AGC一般采用接收信號強度檢測（

12、一般設(shè)在放大器輸出端）及直流運算放大器構(gòu)成的反饋控制電路來實現(xiàn)。對于APD光接收機，AGC控制光檢測器的偏壓和放大器的增益；對于PIN光接收機，AGC只控制放大器的增益。18、數(shù)字光接收機量子極限的含義是什么？答：光接收機可能達(dá)到的最高靈敏度，這個極限值是由量子噪聲決定的，所以稱為量子極限。19、光接收機中有哪些噪聲？答：光接收機中主要有兩種噪聲：（1） 光檢測器的噪聲，包括量子噪聲、暗電流噪聲及由APD的雪崩效應(yīng)產(chǎn)生的附加噪聲。這是一種散粒噪聲，由光子產(chǎn)生光生電流過程的隨機性所引起，即使輸入信號光功率恒定時也存在。（2） 熱噪聲級前置放大器的噪聲。熱噪聲是在特定溫度下由電子的熱運動產(chǎn)生，任何

13、工作于絕對零度以上的器件都是存在的；前置放大器的噪聲，嚴(yán)格來說也是一種散粒噪聲，由電域的載流子的隨機運動引起的。20、光纖通信中常用的線路碼型有哪些？答：光纖通信中常用的線路碼型有擾碼、mBnB碼和插入碼。21、光發(fā)射機中外調(diào)制方式用哪些類型？內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制各有什么優(yōu)缺點？答：外調(diào)制有電折射調(diào)制器、電吸收MQW調(diào)制器和M-Z干涉型調(diào)制器。內(nèi)調(diào)制的優(yōu)點是簡單、經(jīng)濟、易實現(xiàn)，適用于半導(dǎo)體激光器LD和發(fā)光二極管LED；缺點是帶來了輸出光脈沖的相位抖動（即啁啾效應(yīng)），使光纖的色散增加，限制了容量的提高。外調(diào)制的有點事可以減少啁啾，不但可以實現(xiàn)OOK方案，也可以實現(xiàn)ASK、FSK、PSK等調(diào)制方案；缺點

14、是成本高，不易實現(xiàn)。22、為什么要引入SDH？答：SDH解決了PDH存在的問題，是一種比較完善的傳輸體制，現(xiàn)已得到了大量的應(yīng)用。這種傳輸體制不僅適用于光纖信道，也適用于微波和衛(wèi)星干線傳輸。23、SDH的特點有哪些？SDH幀中AUPTR表示什么？它有何作用?答：與PDH相比，SDH具有下列特點：參見23中（2）SDH幀中的AUPTR指的是管理單元指針，它是一種指示符。主要用于指示載荷包絡(luò)的第一個字節(jié)在幀內(nèi)的準(zhǔn)確位置（相對于指針位置的偏移量）。24、簡述PDH和SDH的特點。答：（1）PDH的特點：PDH的高次群是異步復(fù)接，每次復(fù)接要進(jìn)行一次碼速調(diào)整，使得復(fù)用結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，缺乏靈活性；沒有統(tǒng)一的光

15、接口；PDH預(yù)留的插入比特較少，無法適應(yīng)新一代網(wǎng)絡(luò)的要求；PDH沒有考慮組網(wǎng)要求，缺少保證可靠性和抗毀性的措施。（2）SDH的特點：SDH有一套世界上統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率等級結(jié)構(gòu)；SDH的幀結(jié)構(gòu)是矩形塊狀結(jié)構(gòu)，低速率支路的分布規(guī)律性極強，使得上下話路變得極為簡單；SDH幀結(jié)構(gòu)中擁有豐富的開銷比特，用于不同層次的OAM，預(yù)留的備用字節(jié)可以進(jìn)一步滿足網(wǎng)絡(luò)管理和智能網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需求；SDH具有統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)接口節(jié)點，可以實現(xiàn)光路上的互通；SDH采用同步和靈活的復(fù)用方式，便于網(wǎng)絡(luò)調(diào)度；SDH可以承載現(xiàn)有的TDM業(yè)務(wù)，也可以支持ATM和IP等異步業(yè)務(wù)。25、EDFA工作原理是什么？有哪些應(yīng)用方式？答：摻鉺光纖放

16、大器（EDFA）的工作原理：在摻鉺光纖（EDF）中，鉺離子有三個能級，其中能級1代表基態(tài)，能量最低；能級2是亞穩(wěn)態(tài)，處于中間能級；能級3代表激發(fā)態(tài)，能量最高。當(dāng)泵浦光的光子能量等于能級3和能級1的能量差時，鉺離子吸收泵浦光從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。但是，激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的，鉺離子很快返回到能級2.如果輸入的信號光的能量等于能級2和能級1的能量差，則處于能級2的鉺離子將躍遷到基態(tài)，產(chǎn)生受激輻射光，因而信號光得到放大。由此可見，這種放大是由于泵浦光的能量轉(zhuǎn)換為信號光能量的結(jié)果。為提高放大器增益，應(yīng)提高對泵浦光的吸收，使基態(tài)鉺離子盡可能躍遷到激發(fā)態(tài)。 EDFA的應(yīng)用，歸納起來可以分為三種形式：（1） 中繼放大器。（在光纖線路上每隔一定距離設(shè)置一個光纖放大器，以延長傳輸距離。）（2） 前置放大器。（此放大器至于光接收機前面，放大非常微弱的光信號，以改善接收靈敏度。作為前置放大器，要求噪聲系數(shù)盡量小。）（3） 后置放大器。（此放大器置于光發(fā)射機后面，以提高發(fā)射光功率。）26、對于980nm泵浦和1480nm泵浦的EDFA，哪一種泵浦方式的功率轉(zhuǎn)換效率高？哪一種泵浦的噪聲系數(shù)??？為什么？答：980nm泵浦方式的功率轉(zhuǎn)換