光纖通信技術(shù)試題

1、1什么是弱導(dǎo)波光纖？為什么標(biāo)量近似解法只適用于弱導(dǎo)波光纖？2. 請(qǐng)簡(jiǎn)述階躍型折射率分布光纖和梯度型折射率分布光纖的不同導(dǎo)光原理3試證明：階躍型光纖的數(shù)值孔徑為什么等于最大射入角的正弦？4.數(shù)值孔徑的定義是什么？請(qǐng)用公式推導(dǎo)出其計(jì)算式： 5. 光纖色散有哪幾種？它們分別與哪些因素有關(guān)？6.為什么說(shuō)采用漸變型光纖可以減少光纖中的模式色散？7.如何解釋光纖中的模式色散、材料色散及波導(dǎo)色散？8.光與物質(zhì)間的作用有哪三種基本過(guò)程？說(shuō)明各具有什么特點(diǎn)？9什么是激光器的閾值條件？10.簡(jiǎn)述半導(dǎo)體的光電效應(yīng)？11.光纖通信系統(tǒng)都有哪些噪聲？12請(qǐng)寫(xiě)出費(fèi)米分布函數(shù)的表達(dá)式，并說(shuō)明式中各符號(hào)的含義。13什么是量子

2、噪聲？形成這一噪聲的物理原因是什么？14.什么是模分配噪聲？它是如何產(chǎn)生的？15請(qǐng)寫(xiě)出誤碼率的三種性能分類(lèi)及定義。16. 什么是接收靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍，它們之間的表示式是什么？17什么是碼間干擾？其產(chǎn)生的原因是什么？18什么是可靠性？什么是可靠度？它們之間的區(qū)別是什么？19請(qǐng)用公式推導(dǎo)出串聯(lián)系統(tǒng)總的故障率等于各部件故障率之和。20.抖動(dòng)容限的指標(biāo)有幾種？并說(shuō)明其含義？21光波分復(fù)用通信技術(shù)的特點(diǎn)有哪些？22 光纖WDM與同軸電纜FDM技術(shù)不同點(diǎn)有哪些？23 什么是光通信中的斯托克斯頻率? 24 什么是光通信中的受激拉曼散射?25 在理論上，光通信中的克爾效應(yīng)能夠引起哪些不同的非線(xiàn)性效應(yīng)?26 簡(jiǎn)

3、述光纖通信中激光器直接調(diào)制的定義、用途和特點(diǎn)。27什么是光纖色散？光纖色散主要有幾種類(lèi)型？其對(duì)光纖通信系統(tǒng)有何影響？28分別說(shuō)明G.652G.653光纖的性能及應(yīng)用。1.當(dāng)光纖中纖芯折射率n1略高于包層折射率n2，它們的差別極小時(shí)，這種光纖為弱導(dǎo)波光纖。在弱導(dǎo)波光纖中，由于，在光纖中形成導(dǎo)波時(shí)，光射線(xiàn)的入射角1應(yīng)滿(mǎn)足的全反射條件為90°>1>C=Sin,由此可得190°，亦即在弱導(dǎo)波光纖中，光射線(xiàn)幾乎與光纖軸平行。從波動(dòng)理論講，導(dǎo)波是均勻平面波，即和與傳播方向（光射線(xiàn)指向）垂直，故弱導(dǎo)波光纖中的和分布是近似TEM波。其橫向場(chǎng)的極化方向不變。由于（或）近似在橫截面

4、上，且空間指向基本不變，這樣就可把一個(gè)大小和方向都沿傳輸方向變化的（或）變?yōu)檠貍鬏敺较蚱浞较虿蛔兊臉?biāo)量（或），它將滿(mǎn)足標(biāo)量的亥姆霍茲方程，進(jìn)而求出弱導(dǎo)波光纖的近似解，這種方法稱(chēng)為標(biāo)量近似解法。2.階躍光纖中入射光線(xiàn)在纖芯和包層分界面上發(fā)生全反射，從而在纖芯中沿之字形的曲折路徑前進(jìn)，實(shí)現(xiàn)光的傳輸。 非均勻光纖中入射光線(xiàn)按折射定律在纖芯中傳輸?shù)侥骋稽c(diǎn)時(shí)發(fā)生全反射，折向光纖軸線(xiàn)，從而以曲線(xiàn)形式在光纖中傳輸。3當(dāng)光射線(xiàn)從空氣射向光纖端面時(shí)，發(fā)生折射，滿(mǎn)足折射定律=，此光線(xiàn)在纖芯中沿角方向前進(jìn)，此光線(xiàn)若能在纖芯中傳輸，則需滿(mǎn)足全反射條件，即，又因?yàn)閦= 90°-1所以可得=，由此可見(jiàn)，有=，只

5、要光射線(xiàn)的射入角，此光線(xiàn)就可在纖芯中形成導(dǎo)波，也即這些光線(xiàn)被光纖捕捉到了。而反映這種捕捉光線(xiàn)能力的物理量就定義為數(shù)值孔徑，所以數(shù)值孔徑等于最大射入角的正弦。4.數(shù)值孔徑是用來(lái)表示光纖收集光線(xiàn)的能力的。 見(jiàn)教材P30，圖2-6 若發(fā)生全反射，至少應(yīng)等于，所以，此時(shí)對(duì)應(yīng)入射角， 因?yàn)?所以 5.光纖的色散有材料色散、波導(dǎo)色散和模式色散。 材料色散由光纖材料的折射率隨頻率的變化而變化引起的。 波導(dǎo)色散由模式本身的群速度隨頻率的變化而變化引起的。 模式色散由光纖中的各模式之間的群速度不同而引起的。 6.漸變型光纖纖芯折射率隨 r的增加按一定規(guī)律減小，即n1(r),則就有可能使芯子中的不同射線(xiàn)以同樣的軸

6、向速度前進(jìn)，產(chǎn)生自聚焦現(xiàn)象，從而減小光纖中的模式色散。 7.材料色散是由于材料本身的折射率隨頻率而變化，使得信號(hào)各頻率成份的群速不同引起的色散。 波導(dǎo)色散是對(duì)于光纖某一模式而言，在不同的頻率下，相位常數(shù)不同，使得群速不同而引起的色散。 模式色散是指光纖不同模式在同一頻率下的相位常數(shù)不同，因此群速不同而引起的色散。8.自發(fā)輻射、受激輻射、受激吸收 自發(fā)輻射：可自發(fā)光，是非相干光，不受外界影響。 受激輻射：吸收外來(lái)光子能量，發(fā)相干光，產(chǎn)生全同光子，產(chǎn)生光放大。 受激吸收：吸收外來(lái)光子能量，不發(fā)光。 9.為了補(bǔ)償激光器內(nèi)光學(xué)諧振腔存在的損耗，使激光器維持穩(wěn)定的激光輸出需要滿(mǎn)足的振幅平衡條件，就是閾值

7、條件。 10.光照射到半導(dǎo)體的P-N結(jié)上，使半導(dǎo)體材料中價(jià)帶電子吸收光子的能量，從價(jià)帶越過(guò)禁帶到達(dá)導(dǎo)帶，在導(dǎo)帶中出現(xiàn)光電子，在價(jià)帶中出現(xiàn)光空穴，總稱(chēng)光生載流子。光生載流子在外加負(fù)偏壓和內(nèi)建電場(chǎng)的共同作用下，在外電路中出現(xiàn)光電流，這就實(shí)現(xiàn)了輸出電信號(hào)隨輸入光信號(hào)變化的光電轉(zhuǎn)換作用。 11.量子噪聲，光電檢測(cè)器噪聲、雪崩管倍增噪聲，光接收機(jī)中的熱噪聲，晶體管噪聲。 12.f(E)= 式中f(E)費(fèi)米分布函數(shù)，即能量為E的能級(jí)被一個(gè)電子占據(jù)的幾率。 E某一能級(jí)的能量值。 K波爾茲曼常數(shù)， K=1.38×10J/K T絕對(duì)溫度 Ef費(fèi)米能級(jí)13.由于光波的傳播是由大量光子傳播來(lái)進(jìn)行的。這樣大

8、量的光量子其相位和幅度都是隨機(jī)的。因此，光電檢測(cè)器在某個(gè)時(shí)刻實(shí)際接收到的光子數(shù)是在一個(gè)統(tǒng)計(jì)平均值附近浮動(dòng)，因而產(chǎn)生了噪聲。這就是量子噪聲，這就是量子噪聲，這也是量子噪聲的形成原因。14.高速率的激光器，其譜線(xiàn)呈現(xiàn)多縱模譜線(xiàn)特性，而且各譜線(xiàn)的能量呈現(xiàn)隨機(jī)分配。因而單模光纖具有色散，所以激光器的各譜線(xiàn)（各頻率分量）經(jīng)光纖傳輸之后，發(fā)生不同的延時(shí)，在接收端造成脈沖展寬。又因?yàn)楦髯V線(xiàn)的功率呈現(xiàn)隨機(jī)分布，因此當(dāng)它們經(jīng)過(guò)上述光纖傳輸后，在接收端取樣點(diǎn)得到取樣信號(hào)就會(huì)有強(qiáng)度起伏，至此引入了附加噪聲，這種噪聲就稱(chēng)為模分配噪聲，這也是模分配噪聲產(chǎn)生的原因。15. 劣化分：1分鐘的誤碼率劣于1×10。嚴(yán)

9、重誤碼秒：1分鐘內(nèi)誤碼率劣于1×10。誤碼秒：1秒內(nèi)出現(xiàn)誤碼。16.所謂接收靈敏度是指滿(mǎn)足給定誤碼率（BER）的條件下，光端機(jī)光接口R的最小平均光功率電平值。所謂動(dòng)態(tài)范圍是指在滿(mǎn)足給定誤碼率的條件下，光端機(jī)輸入連接器R點(diǎn)能夠接收的最大功率電平值與最小功率電平值（即接收靈敏度）之差。17. 由于激光器發(fā)出的光波是由許多根線(xiàn)譜構(gòu)成，而每根譜線(xiàn)的傳播速度不同，因而前后錯(cuò)開(kāi)，使合成的波形的寬度展寬，出現(xiàn)拖尾，造成相鄰兩光脈沖之間的相互干擾，這種現(xiàn)象稱(chēng)為碼間干擾。這也是碼間干擾產(chǎn)生的原因。18可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力?？煽慷仁侵府a(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)

10、間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。可靠性對(duì)產(chǎn)品做出了定性的 分析，它反映了總的性能，可靠度對(duì)產(chǎn)品做出了定量的分析，它反映出一種數(shù)量特性。19. 若光纖數(shù)字通信系統(tǒng)由幾個(gè)部分串聯(lián)而成，系統(tǒng)的可靠度 表示為： 式中R1，R2，·······Rn分別是串聯(lián)系統(tǒng)中n個(gè)部分的可靠度。 = = 由上式可見(jiàn)，系統(tǒng)總的故障率等于各串聯(lián)部件故障率之和。20. 抖動(dòng)容限的指標(biāo)分為輸入抖動(dòng)容限和無(wú)輸入抖動(dòng)時(shí)的最大輸出抖動(dòng)容限。 輸入抖動(dòng)容限是指光纖通信系統(tǒng)（或設(shè)備）允許輸入脈沖存在抖動(dòng)的范圍。 無(wú)輸入抖動(dòng)時(shí)的最大輸出抖動(dòng)容限是指輸入信號(hào)無(wú)抖動(dòng)的情況下，光

11、纖通信系統(tǒng)（或設(shè)備）輸出信號(hào)的抖動(dòng)范圍。21. 光波分復(fù)用器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、可靠性高 不同容量的光纖系統(tǒng)以及不同性質(zhì)的信號(hào)均可兼容傳輸 提高光纖的頻帶利用率 可更靈活地進(jìn)行光纖通信組網(wǎng) 存在插入損耗和串光問(wèn)題 22傳輸媒質(zhì)不同，WDM系統(tǒng)是光信號(hào)上的頻率分割，同軸系統(tǒng)是電信號(hào)上的頻率分割利用。在每個(gè)通路上，同軸電纜系統(tǒng)傳輸?shù)氖悄M信號(hào)4kHz語(yǔ)音信號(hào)，而WDM系統(tǒng)目前每個(gè)波長(zhǎng)通路上是2.5Gbit/sSDH或更高速率的數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)。 23當(dāng)一定強(qiáng)度的光入射到光纖中時(shí)，會(huì)引起光纖材料的分子振動(dòng)，低頻邊帶稱(chēng)斯托克斯線(xiàn)，高頻邊帶稱(chēng)反斯托克斯線(xiàn)，前者強(qiáng)度強(qiáng)于后者，兩者之間的頻差稱(chēng)為斯托克斯頻率24當(dāng)

12、兩個(gè)頻率間隔恰好為斯托克斯頻率的光波同時(shí)入射到光纖時(shí)，低頻波將獲得光增益，高頻波將衰減，高頻波的能量將轉(zhuǎn)移到低頻波上，這就是所謂的受激拉曼散射(SRS)。 25在理論上，克爾效應(yīng)能夠引起下面三種不同的非線(xiàn)性效應(yīng)，即自相位調(diào)制(SPM)、交叉相位調(diào)制(XPM)和四波混頻(FWM)。26直接調(diào)制：即直接對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制，通過(guò)控制半導(dǎo)體激光器的注入電流的大小，改變激光器輸出光波的強(qiáng)弱，又稱(chēng)為內(nèi)調(diào)制。傳統(tǒng)的PDH和2.5Gbits速率以下的SDH系統(tǒng)使用的LED或LD光源基本上采用的都是這種調(diào)制方式。直接調(diào)制方式的特點(diǎn)是，輸出功率正比于調(diào)制電流，簡(jiǎn)單、損耗小、成本低。一般情況下，在常規(guī)G.652光纖上使

13、用時(shí)，傳輸距離100km，傳輸速率2.5Gbit/s。27由于光纖中所傳信號(hào)的不同頻率成分，或信號(hào)能量的各種模式成分，在傳輸過(guò)程中，因群速度不同互相散開(kāi)，引起傳輸信號(hào)波形失真，脈沖展寬的物理現(xiàn)象稱(chēng)為色散。光纖色散的存在使傳輸?shù)男盘?hào)脈沖畸變，從而限制了光纖的傳輸容量和傳輸帶寬。從機(jī)理上說(shuō)，光纖色散分為材料色散，波導(dǎo)色散和模式色散。前兩種色散由于信號(hào)不是單一頻率所引起，后一種色散由于信號(hào)不是單一模式所引起。28 G.652稱(chēng)為非色散位移單模光纖，也稱(chēng)為常規(guī)單模光纖其性能特點(diǎn)是：(1)在1310nm波長(zhǎng)處的色散為零。(2)在波長(zhǎng)為1550nm附近衰減系數(shù)最小，約為0.22dB/km，但在1550nm附近其具有最大色散系數(shù)，為17ps/(nm²km)。(3)這種光纖工作波長(zhǎng)即可選在1310