光纖通信復習重點

1、光纖通信課程復習提綱1 .光纖通信的優(yōu)點(1) .容許頻帶很寬，傳輸容量很大(2) .損耗很小，中繼距離很長且誤碼率很小(3) .重量輕、體積小(4) .抗電磁干擾性能好(5) .泄漏小，保密性能好(6) .節(jié)約金屬材料，有利于資源合理使用2.光纖通信系統的基本組成光發(fā)射機信自心源射電發(fā)射機基本光纖傳輸系統一t光纖線路接收機光接收機信自心宿光纖通信系統的基本組成(單向傳輸)3 .光纖通信對光源的要求對光源的要求：輸出光功率足夠大，調制頻率足夠高，譜線寬度和光束發(fā)散角盡可能小，輸出功率和波長穩(wěn)定，器件壽命長。4 .直接調制和間接調制直接調制是用電信號直接調制半導體激光器或發(fā)光二極管的驅動電流，使

2、輸出光隨電信號變化而實現的。這種方案技術簡單，成本較低，容易實現，但調制速率受激光器的頻率特性所限制。外調制是把激光的產生和調制分開，用獨立的調制器調制激光器的輸出光而實現的。外調制的優(yōu)點是調制速率高，缺點是技術復雜，成本較高，因此只有在大容量的波分復用和相干光通信系統中使用。5 .光接收機由光檢測器、放大器和相關電路組成光接收機由光檢測器、放大器和相關電路組成；光檢測器是光接收機的核心。光接收機最重要的特性參數是靈敏度。靈敏度是衡量光接收機質量的綜合指標，它反映接收機調整到最佳狀態(tài)時，接收微弱光信號的能力。6 .檢測方式有直接檢測和外差檢測的區(qū)別。檢測方式有直接檢測和外差檢測兩種。直接檢測是

3、用檢測器直接把光信號轉換為電信號。這種檢測方式設備簡單、經濟實用，是當前光纖通信系統普遍采用的方式。外差檢測要設置一個本地振蕩器和一個光混頻器，使本地振蕩光和光纖輸出的信號光在混頻器中產生差拍而輸出中頻光信號，再由光檢測器把中頻光信號轉換為電信號。外差檢測方式的難點是需要頻率非常穩(wěn)定，相位和偏振方向可控制，譜線寬度很窄的單模激光源；優(yōu)點是有很高的接收靈敏度。7 .靈敏度是衡量光接收機質量的綜合指標，它反映接收機調整到最佳狀態(tài)時，接收微弱光信號的能力。靈敏度主要取決于組成光接收機的光電二極管和放大器的噪聲，并受傳輸速率、光發(fā)射機的參數和光纖線路的色散的影響，還與系統要求的誤碼率或信噪比有密切關系

4、。所以靈敏度也是反映光纖通信系統質量的重要指標。7 .數字通信系統的優(yōu)點抗干擾能力強，傳輸質量好?？梢杂迷偕欣^，傳輸距離長。適用各種業(yè)務的傳輸，靈活性大。容易實現高強度的保密通信。數字通信系統大量采用數字電路，易于集成，從而實現小型化、微型化，增強設備可靠性，有利于降低成本。8 .實用光纖的基本類型實用光纖主要有三種基本類型：突變型多模光纖、漸變型多模光纖、單模光纖。9 .NANA表示光纖接收和傳輸光的能力，NA（或。i）越大，光纖接收光的能力越強，從光源到光纖的耦合效率越高NA越大，纖芯對光能量的束縛越強，光纖抗彎曲性能越好。NA=nsinmaxNA=n；-n2:n1V2二從公式上看，越大

5、，N幽大，光纖的收光效果越好。10 .色散的分類及原因特點色散一般包括模式色散（模間色散）、材料色散和波導色散。其中材料色散和波導色散又統稱為模內色散（色度色散）模式色散：是由于不同模式的時間延遲不同產生的。取決于光纖折射率分布，并和光纖材料折射率的波長特性有關。材料色散：由于光纖的折射率隨波長而改變，模式內部不同波長成分的光時間延遲不同產生的。取決于光纖材料折射率的波長特性和光源的譜寬。波導色散：由于波導結構參數與波長有關產生的。取決于波導尺寸，以及纖芯與包層的相對折射率差。11 .光纖中的電磁場是以離散的模式在光纖中傳播（會計算模式數）（見PDF格式第2章2.3.2節(jié)）例：對于典型的漸變型

6、光纖：NA=0.275,纖芯直徑50mm,求當工作在1310nm窗口時，光纖中可容納的模式數。解：利用:V=aNA（V是歸一化頻率）2二502=j0.275:32.97131010又:1.,2,、,M=-V（漸變光纖）一根光纖可容納的模式數M=27212 .HE11模稱為光纖的基模13 .雙折射現象帶來的影響，解決雙折射問題的方法雙折射現象帶來的影響：如果纖芯是理想圓柱形，這兩個正交的模式將以相同的速度傳播，并同時到達輸出端。如果圓柱對稱性出現了改變，這兩個模式就會以不同的速度傳播，導致脈沖展寬。偏振的不確定性對相干通信系統對信號的檢測、接收將產生不良影響。解決雙折射問題的方法：（1）減小單模

7、光纖的不完善性。（2）采用保偏光纖（線偏振光沿一個主軸偏振）人為引入較高的固定雙折射，壓低小的雙折射隨機波動的影響。典型保偏光纖，B=104。14 .后向散射法測量光纖損耗的原理與方法（OTDR的原理）原理：由于瑞利散射光功率與傳輸光功率成比例，利用與傳輸光相反方向的瑞利散射光功率來確定光纖損耗系數的方法，稱為后向散射法。具體方法：設在光纖中正向傳輸光功率為P,依次經過L1和L2點時分別為P1和P2,后向散射Pd(L1)PdU(dB/Km)光功率分別為Pd（L1）、Pd（L2）,則：10,ig2(L2-L1)15 .光有源和無源器件分別包括哪些？光有源器件：光源：半導體激光器（LD）分布反饋（

8、DFB）激光器發(fā)光二極管（LED光檢測器：光電二極管（PD）PIN光電二極管雪崩光電二極管（APD光放大器：摻餌光纖放大器（EDFA光無源器件：光纖連接器和接頭、光耦合器、光隔離器與光環(huán)行器、光調制器、光波分復用器/解復用器、光開關16 .半導體光源和光檢測器優(yōu)點半導體光源和光檢測器優(yōu)點：體積小、效率高、可靠性高、工作波長與光纖低損耗窗口相對應、便于光纖耦合、調制速率高17 .何為粒子數反轉。在單位物質中，處于低能級E1和高能級E2的原子數分別為N1和N2,當N2N1:受激輻射大于受激吸收，當光通過這種物質時，產生放大作用。這種分布和正常狀態(tài)的分布相反，稱為粒子數反轉。18 .LD和LEM優(yōu)缺

9、點LD可以發(fā)出單色、定向性好、高強度、相干性的光。優(yōu)點：輻射功率高、發(fā)散角窄、與單模光纖耦合效率高、輻射光譜窄、能進行高速直接調制。LD適合于作高速長距離光纖通信系統的光源LED適用范圍：低速率、短距離光波系統LEEB點：結構簡單。成本低。壽命長?？煽啃愿?。隨溫度變化較小。發(fā)光二極管通過自發(fā)發(fā)射過程發(fā)射非相干光。缺點：（1）輸出功率低。（2）輸出光束發(fā)散角較大，耦合效率低。（3）光源譜線較寬。（4）響應速度較慢。19 .產生激光的條件產生激光的三個先決條件：激勵源是能量的提供者，實現粒子數反轉。激活物質是產生激光的物質基礎，提供光放大。光學諧振腔提供光反饋。要產生激光還應滿足如下兩方面的條件：

10、光的增益和損耗間應滿足平衡條件一一閾值條件。在諧振腔中，光波反復反射能得到加強，從而能夠存在，應滿足的條件一一相位條件20 .LD高速調制下出現的現象：電光延遲：輸出光脈沖和注入電流脈沖之間存在一個初始延遲時間。張弛振蕩：當電流脈沖注入激光器后，輸出光脈沖會出現幅度逐漸衰減的振蕩。自脈動現象：當注入電流達到某個范圍時，輸出光脈沖出現持續(xù)等幅的高頻振蕩。21 .SLM激光器設計的基本思想SLM（單縱模半導體激光器）激光器設計的基本思想：是不同縱模具有不同的腔損耗。具有最低光腔損耗的縱模最先達到閾值并成為支配模式。其他鄰模由于高損耗而被截止。鄰模攜帶的功率在總的輻射功率中只占很小一部分（1）y是該

11、波長信號的最大比特率（y=4或16分別代表STM-4或STM-16）z代表光纖類型（z=2,3,5分別代表G.652,G.653或G.655光纖）33 .光波分復用系統的關鍵技術和相應的技術問題有哪些？.光波分復用系統的關鍵技術：光源技術光波分復用/解復用器與光濾波器技術光轉發(fā)器（OTU技術光纖傳輸技術（光纖選型、色散補償技術、色散均衡技術、）監(jiān)控技術光波分復用系統的技術問題：1. 光源的波長準確度和穩(wěn)定度問題2. 光信道的串擾問題3. 光纖色散對傳輸的影響問題4. 光纖的非線性效應問題5. EDFA勺動態(tài)可調整增益與鎖定問題6. EDFA勺增益平坦問題7. EDFA勺光浪涌問題8. EDFA

12、級聯使用時的噪聲積累問題34 .為什么要引入非零色散位移光纖NZDSF重點考察的是G.655NZDSF在1550nm波長處的有微量的色散與非線性效應和色散效應的關系。G655非零色散光纖，是一種改進的色散移位光纖。在密集波分復用（WDM）系統中，當使用波長1.55m色散為零的色散移位光纖時，由于復用信道多，信道間隔小，出現了一種稱為四波混頻的非線性效應。這種效應是由兩個或三個波長的傳輸光混合而產生的有害的頻率分量，它使信道間相互干擾。如果色散為零，四波混頻的干擾十分嚴重，如果有微量色散，四波混頻反而減小。為消除這種效應，科學家開始研究了非零色散光纖。這種光纖的特點是有效面積較大，零色散波長不在

13、1.55m而在1.525m或1.585m,在1.55m有適中的微量色散，其值大到足以抑制密集波分復用系統的四波混頻效應，小到允許信道傳輸速率達到10Gb/s以上。35 .什么是四波混頻”效應？四波混頻是指當多個頻率的光波以很大的功率在光纖中同時傳輸時，由于非線性效應引發(fā)多個光波之間出現能量交換的一種物理過程，這種能量轉移不僅導致信道中光功率的衰減，而且引起各信道之間的彼此干擾。36 .什么是OTDM?實現OTDM的關鍵技術或難點有哪些？OTDM是指將通信時間分成相等的間隔，每一間隔只傳輸固定信道的一種技術。OTDM的系統光源為超短光脈沖光源，由光分路器分成n束。各支路的電信號分別被調制到各束的

14、光脈沖上去，然后通過光時延線，每路之間間隙為T,使各支路光脈沖精確的按預定要求在時間上錯開排隊，再由合路器將這些支路光脈沖復接在一起，便完成了在光時域上的間插復用。接收端的解復用器是一個高速開關，在時域上將各支路信號分開，分別接入相應的接收機。37.敘述WDM系統的特點WDM系統的特點：可以充分利用光纖的帶寬資源可以完成多種電信業(yè)務的綜合和分離可實現單纖雙向傳輸，節(jié)省大量投資節(jié)省大量光纖降低器件的超高速要求適用于多種網絡形式引入寬帶業(yè)務方便高度的組網靈活性、經濟性和可靠性38.光波分復用系統的工作波長范圍為多少？為什這么??？?艮據通路間隔的大小，光波分復用技.術可以分為幾種？通路間隔的選擇原則

15、是什么？光波分復用系統的工作波長應該在15301565nm5這么取的原因：目前在SiO2光纖上，光信號的傳輸都在光纖的兩個低損耗區(qū)段，即1310nnf口1550nm5但由于目前常用的EDFA勺工作波長范圍為15301565nm。波分復用的常規(guī)分類：光頻分復用（OFDM）:光頻（彳t）道間距很小的頻分復用。密集波分復用（DWDM）洸頻（彳t）道間距小于10nm勺波分復用，D:Dense（密集）粗波分復用（CWDM）光頻（彳t）道間距大于10nm的波分復用，C:Coarse（粗），也稱稀疏波分復用。目前國際上規(guī)定的通路頻率是基于參考頻率為193.1THz,最小間隔為100GHz勺頻率間隔系列。DW

16、DM（1550波段）的標準信道間距：A入=1.6nm,0.8nm,0.4nm（Af=200GHz,100GHz,50GHz）G.692建議規(guī)定，通路間隔是100GHz（約0.8nm）的整數倍，可以是100,200,400,500,600GH痔。39.已知光纖參數為：n1=1.45,A=0.01,入=1.31Wm,估算光纖的模場直徑。數值孔徑白均值為NA=n1（2A40.5=0.205在單模光纖中纖心直徑就是模場直徑，a光纖半徑h.A解：Tr=島仃一八產=研V2A-xV=G=史而由階躍折射率光纖的單模條件：v2405=1.87um2.405aF=1.45.20.011.31um老師課件例題I椀廠

17、利用單模條件估算光波系統中單模光纖的纖芯半徑.其中.取R-1.45勺A-5X103.解：V-總力(門；一力；產=AVAH二A1由階躍折射率光纖的單模條件：V2.4052.405n0o如果w0,電磁場a將在包層振蕩，傳輸模式將轉換為輻射模式，使能量從包層輻射出去。w=0(3=n2k)介于傳輸模式和輻射模式的臨界狀態(tài)，這個狀態(tài)稱為模式截止。單模傳輸條件是：歸一化頻率Vv=2.405單模光纖中傳輸的是LP01模，對應的矢量模是HE1假。截止波長由下式計算入c=21、a/n1-n22.405LP11模對應的矢量模是TE01、TM01、HE2141 .何為副載波調幅-光強調制原始的電信號先對某一電載波進

18、行調幅，然后再對光源進行調制。電載波區(qū)別于光載波，稱為副載波。42 、PD僑DSDH勺概念PDH通信系統稱為準同步數字體系復用/解復用是數字信號傳輸的重要部分復用：將低速信號按照一定的規(guī)則變成高速信號解復用：將收到的高速信號恢復成原來的低速信號PDH基群信號為2Mb/s信號PDH主要適用于中、低速率點對點的傳輸SDH全稱叫做同步數字傳輸體制，SDH是一種傳輸的體制協議SDH這種傳輸體制規(guī)范了數字信號的幀結構、復用方式、傳輸速率等級，接口碼型等特性。SDH概念的核心是從統一的國家電信網和國際互通的高度來組建數字通信網。與傳統的PDH體制不同，按SDH組建的網是一個高度統一的、標準化的、智能化的網

19、絡。它采用全球統一的接口以實現設備多廠家環(huán)境的兼容。43、PDH的固有缺陷是什么？1、接口方面電接口一一只有地區(qū)性的電接口規(guī)范，無世界標準。PDH有3種速率等級：歐洲和中國（2Mb/s）、2日本、北美（1.5Mb/s）光接口一一無光接口規(guī)范，各廠家開發(fā)2、復用方式：復用/解復用的方式，決定高速信號上/下低速信號的方便性。PDH采用異步復用方式：低速信號在高速信號中的位置無規(guī)律性，即無預知性，即不能從高速信號中直接分離低速信號。從高速信號插/分低速信號要一級一級進行，層層的復用解復用增加了信號的損傷，不利于大容量傳輸。30AM:、3、運行維護功能（0AM）:0AM決定設備維護成本，與信號幀中開銷

20、（冗余）字節(jié)的數量有關；PDH信號幀中用于0AM開銷少，0AM功能弱，系統安全性差4、無統一的網管接口，無法形成統一的TMN因此，PDH體制不適應大容量傳輸網的組建44、SDH勺幀結構SDH幀結構是實現數字同步時分復用、保證網絡可靠有效運行的關鍵。SDH幀的三個部分（1）段開銷（S0H）（2）信息載荷（Payload）（3）管理單元指針（AUPTR）另外SDH幀結構的幀長恒定，幀的傳輸原則，其特點使得直接分/插信號成為可能45、SDH的系統性能指標1 .誤碼率（BER）誤碼率是衡量數字光纖通信系統傳輸質量優(yōu)劣的非常重要的指標，它反映了在數字傳輸過程中信息受到損害的程度。2 .抖動3 .可靠性可

21、靠性表示方法：可靠性R和故障率？R=exp（-?t）46、EDFA勺優(yōu)點EDFA1摻餌（Er）光纖放大器，工作頻帶正處于光纖損耗最低處（1525-1565nm）;頻帶寬，可對多路信號同時放大（波分復用）；對數據率/格式透明，系統升級成本低；增益高（40dB）、輸出功率大（30dBm）、噪聲低（45dB）;全光纖結構，與光纖系統兼容；增益與信號偏振態(tài)無關，故穩(wěn)定性好；所需的泵浦功率低（數十毫瓦）。EDFA軍決了系統容量提高的最大的限制一一光損耗。補償了光纖本身的損耗，使長距離傳輸成為可能。大大增加了功率預算的冗余，系統中引入各種新型光器件成為可能。支持了最有效的增加光通信容量的方式一WDM推動了

22、全光網絡的研究開發(fā)熱潮。47 .光放大器的主要參數增益、輸出功率、噪聲指數是表征光放大器性能的三項主要參數。48 .喟啾喟啾（chirp）是指產生光脈沖（包括調制）時引入的附加線性調頻，也即光脈沖的載頻隨時間變化。對脈沖進行編碼時，其載頻在脈沖持續(xù)時間內線性地增加，當將脈沖變到音頻時，會發(fā)出一種聲音，聽起來像鳥叫的喟啾聲，故名蜩啾”49.色散補償技術（11章）目前在技術上較為成熟的色散補償技術主要包括色散補償光纖、色散均衡器和預喟啾技術50 .色散補償光纖和偏振模色散補償色散補償光纖DCF基于LP01模的單模DCFE設計時采用較小的光纖內徑，得到較高的相對折射率差A,從而實現在1550nm:較大的負色散。雙模DCF勺色散補償技術它是用J用雙模光纖的第1高階模（LP11）在截止波長附近具有很大負波導色散的特點來實現色散補償的。目前，用于偏振模色散（PMD補償的技術有很多，概括起來主要有電補償方法、光電結合法和光補償方法。51 .相干光通信原理相干光纖通信在發(fā)送端可對光載波進行幅度、頻率或相位調制；在接收端則利用零差或外差檢測，這種檢測技術稱為相干檢測。52 .光交換原理直接在光域進行光交換可省去光/電、電/光的交換過程，充分利用光通信的寬帶特性53 .光孤子原理當使用用大功率產生ps級窄脈沖的光源射出的光耦合進光纖，光纖中的非線性現象明顯嚴重。光纖的纖芯折射率隨著光