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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為850nm,1310nm,1550nm最低損耗窗口的中心波長是在1550nm。4 .數(shù)值孔徑(NQ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 .光纖單模傳輸條件,歸一化頻率V應(yīng)滿足V<2.40483。7、光
2、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H2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
3、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AP加電二極管。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SDHW絡(luò)的基本單元稱為網(wǎng)元。該設(shè)備有終端復(fù)用器、分插復(fù)用器、再牛復(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
4、.數(shù)字復(fù)接中的碼速調(diào)整有正他速調(diào)整、負(fù)他諫調(diào)整和正負(fù)零碼諫調(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0.588ns。26 .光纖衰減為0.00435dB/m,則10km長光纖的總衰減為43.5dB。27 .SDH線路碼型一律采用NRZSI加擾碼。、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.光接收機(jī)前端的作用是將光纖線路末端耦合到光電:極管的光比特流轉(zhuǎn)換為時(shí)變電流,然后進(jìn)行預(yù)放大,一邊后級(jí)作進(jìn)一步處理.三種方案:(1)低阻抗前端:電路簡(jiǎn)單,不需要或只要很少的均管,前置級(jí)的動(dòng)態(tài)范圍也比較大,但缺點(diǎn)是
5、顯敏度較低,噪聲比較高.(2)高阻抗前端:一般只危用于低速系統(tǒng).(3)跨阻抗前端:具有頻帶窕、噪聲低,靈敏度高、動(dòng)態(tài)范闈廣等綜合優(yōu)點(diǎn),被廣泛采用.2.論述光纖損耗和色散對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的限制。3、由于損耗的存在,在光纖的傳輸?shù)墓庑盘?hào),不管是模擬信號(hào)還是數(shù)字脈沖,其蛹度都要微小,它在很大程度上決定了系統(tǒng)的傳輸距離.所以系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的時(shí)候要考慮用光信號(hào)的放大中繼,色故是光纖的傳輸特性之一.由于不同波長光脈沖在光纖中具有不同的傳播速度,因此,色散反應(yīng)了光脈沖沿光纖傳播時(shí)的展范士光纖的色故現(xiàn)象對(duì)光纖通信極為不利.光纖數(shù)字迎府傳輸?shù)氖且幌盗忻}沖碼,光纖在傳輸中的脈沖展施,導(dǎo)致了脈沖與脈沖相重會(huì)現(xiàn)象,即產(chǎn)生了碼間
6、干擾,從而形成傳輸碼的失誤,造成差錯(cuò).為避免誤碼出現(xiàn),就要拉長脈沖間距,導(dǎo)致傳輸速率降低,從而減少了通信容量。另一方面,光纖脈沖的展覽程度隨著傳輸距離的增長而越來越嚴(yán)重口因此,為了避免誤碼,光纖的傳輸距離也要縮短.3、WD陳統(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:WD陳統(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)提高一倍)和光放大不能有效解決EDFAH作在1550nm街口,無法實(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CWD陳統(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,
7、CWD燎統(tǒng)比DWDM統(tǒng)更有優(yōu)勢(shì)。密集波分復(fù)用(DWDM的特點(diǎn):主要應(yīng)用于長距離傳輸系統(tǒng),DWDM夠在同一根光纖中把不同的波長同時(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WD碌統(tǒng)的超長距離傳輸和系統(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WDMR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APDt崩光電二極管的優(yōu)缺點(diǎn)。答:PN型優(yōu)點(diǎn)是暗電流
8、小,一般情況下,響應(yīng)速度較低。PIN型缺點(diǎn)是暗電流大,因結(jié)容量低,故可獲得快速響應(yīng)。AD國響應(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3o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
9、道為基礎(chǔ),是否倒換以離開環(huán)的每一個(gè)通道信號(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ni=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zmax(4)若將tmax減小為10ns/km,n2的取值。(1)答:=(n1-n2)/n1=0.00685;(2)答:NA=n1*sqrt(2A)=0.171;(3)答:sinx=n
10、2/n1(L/sinx-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.o試求:(1)LP01,LP02,LP11,LP12模的截止波長;(2)若九0二1.3um,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;解:(0v=卬1f/_即】Vm由表22可知:AV1LP)i模的截止頻率為-2.405,LPh模的截止頻率為2.405-3.832、LP.模的截止頻率為3用32552。、LPr模的截止頻率為5.52()70又廠1,b1z=創(chuàng)第,=25k2xO.Cri13
11、.S6uniVz.=一“'-25xl.Nl-OQIhSJOum=如V2A=25乂I.W2乂0.01年6.04叩匕553)=二-空=1.5,2;0.01至4.75um-1.7,016二LP山模的截止波長為簿日冊(cè)Um、LP11模的截止波長為13.86*70內(nèi)小LPh模的截止波長為8.706.04如1、LP|二模的截止波長為6R4,乃如卜I=kanAl=仙Vyi'=1"25反I仆-£I5V2X0.01i33.32XHIxIfC可見,F(xiàn)均大干以上各模的歸一化頻率,即'=4,或之:例3、多模光纖芯徑為100um,在=0.85um,折射率n二1.457,n2=1
12、.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;(3)數(shù)值孔徑;(4)最大可接受角;(5)若方均根色散仃=0.29At,E是全寬,計(jì)算模式色散以及比特速率和距離的成績(jī)BL(I)v=2a=-z7117J2=0.0014.tv=2&48A'=-=406個(gè)(2)實(shí)現(xiàn)單模傳輸?shù)臈l件是(Xv<2H)5,即0<紅小"J5二<2,405/z>=l()Jum2.405(3)A1=ainJ皿、=Jm'不一=?iiVHA=0,077(4) sin0=0.999.0=87.44711最大迎接受角26?ttiv=174X8(
13、5) cr=O.29ArAt=3.448bZ-A'iAdm九mvm=T=1.7132.7£tV2A,幺2/T£fv2Adn二M=%-2=1.457-0.85xL713=0.00095辦JV4設(shè)距離為IUDOm有二(7=1.28x10"2y/3cAr=3448b=441x10h'Z-=5.67x10-4、如果一個(gè)光纖的零色散波長在1312nm處,零色散斜率為0.090ps/(nm2.km),長度為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.解:"ge升I工=D"):A/1(X)=51(X
14、z(r)Linv0.090/個(gè)/tmm.A-_nmzo=1I(Jinn?L=H)0kmAz=lnm/(nm*km).)以=口工)Azg8p、5、對(duì)于某激光器的工作物質(zhì)譜線展寬的躍遷線寬為1.5GH,激光器的F-P腔長為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)的腔長為多少?解:=一L5c0二=(1.3GIIZ<I.5GIIZ2L1.510-;會(huì)出現(xiàn)縱模和橫模兩種,若實(shí)現(xiàn)單縱模輸出,應(yīng)降低腔長,使大于躍遷線寬.chc=>L5CA/Z二L<=0m2L13cHz6、一半導(dǎo)體激光器,諧振腔長L=300um工作物質(zhì)白損耗系數(shù)a=1mm諧振腔兩鏡面的反射
15、率RR=0.33父0.33,求激光器的閾值增益系數(shù)。若后腔鏡的反射率提高到R=0.9,求閾值增益系數(shù)的變化,并解釋原因。解:Grt(V)=«+I-In-=3666.67m2LRR=(irh(v)=c?+InJ*C7r/?(V)=202331112LRR心增大,一將減小,進(jìn)而In一減小,所以0C)減小。RRRK7、若光發(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。解:-=L=J=o.O58、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
16、效率;(2)當(dāng)在0.8um波段、接收功率是10-7W寸,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九c。解:(I)量子效率?(。平均輸出光電流OSxlCr,=2l.5nA3x1.24<3I上截止波長Ac9、設(shè)PIN光電二極管的量子效率為80%計(jì)算在1.3um和1.55um波長時(shí)的響應(yīng)度,說明為什么在1.55um處光電二極管比較靈敏。解:L3urn波長時(shí)的響應(yīng)度80%xl3-=0.844/IV1.241.52m波長時(shí)的響應(yīng)度伙L(fēng)2480%x1.55=1"卬1.2410、已知某光接收機(jī)的靈敏度為一40dBm(BER=10),動(dòng)態(tài)范圍為2
17、0dB,若接收到的光功率為2uW問系統(tǒng)能否正常工作?為什么?答:根據(jù)已知條件,系統(tǒng)能正常工作時(shí)以W為單位的光功率變化范圍為1"仆¥,所以若接收到的光功率為JUW,系統(tǒng)能正常工作.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)的量子效率刈=0.7,接收波長=0.85um,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?解:此時(shí)理想光接收機(jī)的靈敏度P=1012nhcfJM2x7=10lg21x6,626xl0-i4x3xl0sx8.448x10"2x055x0.7=102.96x10一一=-i653dBm13、已知PIN
18、光接收機(jī)的工作參數(shù)如下:光波長九二0.85um,速率fb=8.448Mb/s,光電二極管響應(yīng)度R=0.4,互阻抗前置放大器(FET)的nA=10-18。要求誤碼率Pe=109,即超擾比Q=6,求實(shí)際光接收機(jī)的靈敏度為多少dBm?解:實(shí)際光接收機(jī)的靈敏度C=ioig6xVl0-0=101gl5xl0'=-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%勺光反射回來,試計(jì)算此光纖連接器的連接損耗及回波損耗。答:根據(jù)連接損耗的計(jì)算公式可得連接損耗為一1°”迫二92八00,計(jì)算得0.36dB回波損耗為-101。g;8/100.計(jì)算得10.97dB515、有一根1.5km長的國產(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。解:根據(jù)己知,先求光纖的展覽寬度AtAr=v5:-3'=Ans干是得到光纖總帶寬B之=110.25Mf4每公里光纖的帶寬8=8七=110.25x152=1466M二!I-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?解:時(shí)延差A(yù)t=2),Az=120x2,5=3(X)7t
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