光纖基礎(chǔ)知識點(diǎn)

1、1、第一根光纖是什么時候出現(xiàn)的？其損耗是多少？答：第一根光纖大約是1950年出現(xiàn)的。傳輸損耗高達(dá)1000dB/km左右。2、試述光纖通信系統(tǒng)的組成及各部分的關(guān)系。答：光纖通信系統(tǒng)主要由光發(fā)送機(jī)、光纖光纜、中繼器和光接收機(jī)組成。系統(tǒng)中光發(fā)送機(jī)將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，并將生成的光信號注入光纖光纜，調(diào)制過的光信號經(jīng)過光纖長途 傳輸后送入 光接收機(jī)，光接收機(jī)將光纖送來的光信號還原成原始的電信號，完成信號的傳送。中繼器就是 用于長途傳輸時延長光 信號的傳輸距離。3、光纖通信有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？答：光纖通信具有容量大，損耗低、中繼距離長，抗電磁干擾能力強(qiáng)，保密性能好，體積小、重量輕，節(jié)省有色 金屬和原材料等優(yōu)點(diǎn)；

2、但它也有抗拉強(qiáng)度低，連接困難，怕水等缺點(diǎn)。1 光纖是由哪幾部分組成的？各部分有何作用？答：光纖是由折射率較高的纖芯、折射率較低的包層和外面的涂覆層組成的。纖芯和包層是為滿足導(dǎo)光 的要求；涂覆層的作用是保護(hù)光纖不受水汽的侵蝕和機(jī)械擦傷，同時增加光纖的柔韌性。4簡述光纖的導(dǎo)光原理。答：光纖之所以能夠?qū)Ч饩褪抢美w芯折射率略高于包層折射率的特點(diǎn)，使落于數(shù)值孔徑角)內(nèi)的光線都能收集在光纖中，并在芯包邊界以內(nèi)形成全反射，從而將光線限制在光纖中傳播。7.均勻光纖纖芯和包層的折射率分別為m=1.50,心=1.45,光纖的長度L=10Km試求：(1)光纖的相對折射率差 ; (2)數(shù)值孔徑NA ( 3)若將光纖

3、的包層和涂敷層去掉，求裸光纖的NA和相對折射率差屬 2 -n 2 1.52 -1.452解：(1)“2= 3.3%NA = m . 2.： =152 0.033 = 0.39若將光纖的包層和涂敷層去掉，則相當(dāng)于包層的折射率n2=1，則2 22 2nr-n21.5 -1二 28.1%2屬2 L5?NA 二口 、2：-1 . 52 0.281.1 2而NA=sin 0最大為1,所以說只要光纖端面的入射角在90以內(nèi)，就可以在光纖中形成全反射。&已知階躍型光纖，纖芯折射率n1=1.50，相對折射率差=0.5%，工作波長 入0二1.31 Pm,試求：(1 )保證光纖單模傳輸時，光纖的纖芯半徑a應(yīng)為多大？

4、若f m,保證光纖單模傳輸時，應(yīng)如何選擇?解：(1)因為是階躍型光纖，所以歸一化截止頻率 Vc=2.405V 二一n 2 ：2.4052.4051.31im二 X1.502 0.5%2二二 3.34： Qm丸。a。5n 八 2 A 2 二(2)若a=5g m,保證光纖單模傳輸時, TOC o 1-5 h z V 一二 na 22.405,:：,02405丸云。j /2405伯1岫 /fa 2 -、二50 漢 52匚二 0.22% HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 2I口222.1- -1.51 -2 0.22% =1.4967（1）吸收損耗光纖損

5、耗散射損耗彎曲損耗i 簡述石英系光纖損耗產(chǎn)生的原因，光纖損耗的理論極限值是由什么決定的？紫外吸收廣本征吸收紅外吸收氫氧根（OH）吸收雜質(zhì)吸收過渡金屬離子吸收忙原子缺陷吸收瑞利散射損耗、結(jié)構(gòu)不完善引起的散射損耗光纖彎曲損耗 1光纖微彎損耗（2）光纖損耗的理論極限值是由紫外吸收損耗、紅外吸收損耗和瑞利散射決定的。當(dāng)光在一段長為10k m光纖中傳輸時，輸出端的光功率減小至輸入端光功率的一半。求：光纖的損耗系數(shù)a。解：設(shè)輸入端光功率為R,輸出端的光功率為P。則 P1 = 2F210 p 102P光纖的損耗系數(shù)。（二上lg_L = Jq =0 3dB/km）L P2 10km P2光纖色散產(chǎn)生的原因有哪

6、些？對數(shù)字光纖通信系統(tǒng)有何危害？答：（1）按照色散產(chǎn)生的原因，光纖的色散主要分為：模式（模間）色散、材料色散、波導(dǎo)色散和 極化色散。（2 ）在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中，色散會引起光脈沖展寬，嚴(yán)重時前后脈沖將相互重疊，形成碼 間干擾，增加誤碼率，影響了光纖的傳輸帶寬。因此，色散會限制光纖通信系統(tǒng)的傳輸容量和中繼距離。 4為什么單模光纖的帶寬比多模光纖的帶寬大得多？答：光纖的帶寬特性是在頻域中的表現(xiàn)形式，而色散特性是在時域中的表現(xiàn)形式，即色散越大，帶寬 越窄。由 于光纖中存在著模式色散、材料色散、波導(dǎo)色散和極化色散四種，并且模式色散 材料色散波導(dǎo)色散極化色散。由于極化色散很小，一般忽略不計。在多模光纖中

7、，主要存在模式色散、材料色散和 波導(dǎo)色 散；單模光纖中不存在模式色散，而只存在材料色散和波導(dǎo)色散。因此，多模光纖的色散比單模光 纖的色散大得 多，也就是單模光纖的帶寬比多模光纖寬得多。均勻光纖纖芯和包層的折射率分別為m=1.50，n2=1.45，光纖的長度L=10km 試求：（1）子午光線的最大時延差；（2）若將光纖的包層和涂敷層去掉，求子午光線的最大時延差。6.解：sin1 “72七(2 )若將光纖的包層和涂敷層去掉，則n2=L0-1Csg C Cn110km 1.50 1.50-1 =25s3 105km 1.0纖芯和包層的折射率分別為制造長度為2km的階躍型多模光纖， m=1.47，壓=

8、1.45，使用工作波長為1.31 Pm光源的譜線寬度入二3nm材料色散系數(shù)6= 6ps/nm - km,波導(dǎo)色散T 了 0，光纖的帶寬距離指數(shù)Y =0.8。試求:(1 )光纖的總色散;解：(1)-12km 1.473 正 105 km/s(1.45135.2 ns)(2)總帶寬和單位公里帶寬。 L =6ps/nm km 3nm 2km =36 ps:M2 (mw)2 二 135.220.036= 135.2 ns0.4410 441bt7. 一制造長度為2km的拋物線型漸變多模光纖，纖芯軸線處的折射率B =Bt L =3.26 20.8 =5.68 MHz使用工作波長為0.85 Pm光源的譜線

9、寬度 =10 ps，光纖的帶寬距離指數(shù)丫 =n(0) = 1.5，包層的折射率nc=1.48,入二6nm，材料色散系數(shù)Dm= 15ps/nm km,波導(dǎo)色散0.9。試求：(1 )光纖的總色散;(2)總帶寬和單位公里帶寬。解：(1).1 =n 0 $ -n,2n (Of2號常234% Ln(0).22km 1.5 0.01342,=898 ps3 10 km/s=D : L = 15ps/nm km 6nm 2km=180ps0.4412 2 2=$898 +(180 +10 ) =918(ps)總二M + (m+%)Jbt0.441 二 480 MHz 918 psB =Bt= 480 20.

10、9 =896 MHz&某系統(tǒng)使用工作波長入0= 1.31 Pm譜線寬度入二5nm的光源和長度為3km的階躍型光纖，其纖芯的折射率m=1.458，相對折射率差=0.8%，纖芯半徑a=8 Pm光纖的材料色散系數(shù)0= 8ps/nm - km,波導(dǎo)色散丁 w= 0,其帶寬速率比為0.8。試求光纖的模式畸變帶寬和波長色散帶寬。3km 1 458解：MLn1_. 0.8% =116.7 nsC 3 10 km/sBm0 441 0 441=0.4410.4410.441二 3.68 GHzDmL8ps/ nm km 5nm 3km=3.78 MHz116.7 ns1、比較LED和LD,并說明各自適應(yīng)的工作

11、范圍。答：LED的發(fā)射光功率比LD要小，不適合長距離系統(tǒng)；LED的光譜寬度比LD大得多，不適合長距離系統(tǒng)；LED的調(diào)制帶寬比LD小得多，不適合長距離系統(tǒng)；LED的溫度特性比LD好得多。所以，LED適應(yīng)于短距離小容量光纖通信系統(tǒng)，而LD適應(yīng)于長距離大容量光纖通信系統(tǒng)。2、試說明LED的工作原理。答：當(dāng)給LED外加合適的正向電壓時，Pp結(jié)之間的勢壘（相對于空穴）和 Np結(jié)之間的勢壘（相對于電子） 降低，大量的空穴和電子分別從P區(qū)擴(kuò)散到p區(qū)和從N區(qū)擴(kuò)散到p區(qū)（由于雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)，p區(qū)中外來的電子和空穴不會分別擴(kuò)散到P區(qū)和N區(qū)），在有源區(qū)形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)，最終克服受激吸收及其它衰減而產(chǎn)生自發(fā)輻射的光

12、輸出。3、試說明LD的工作原理。答：當(dāng)給LD外加適當(dāng)?shù)恼螂妷簳r，由于有源區(qū)粒子數(shù)的反轉(zhuǎn)分布而首先發(fā)生自發(fā)輻射現(xiàn)象，那些傳播方向與諧振腔高反射率界面垂直的自發(fā)輻射光子會在有源層內(nèi)部邊傳播、邊發(fā)生受激輻射放大（其余自發(fā)輻 射光子均 被衰減掉），直至傳播到高反射率界面由被反射回有源層，再次向另一個方向傳播受激輻射放大。如此反復(fù)，直到放大作用足以克服有源層和高反射率界面的損耗后，就會向高反射率界面外面輸出激光。9、光發(fā)送機(jī)主要由哪些部分組成？各部分的作用是什么？答：光發(fā)送機(jī)主要由光源、驅(qū)動電路及輔助電路等構(gòu)成。驅(qū)動電路的主要作用是為光源提供要求的驅(qū)動電 流；光源 的主要作用是完成電光變換（光調(diào)制）；

13、輔助電路主要完成自動功率控制、自動溫度控制及光源保護(hù)等功能。10、光調(diào)制方式有哪些？目前的數(shù)字光纖通信系統(tǒng)采用的是數(shù)字調(diào)制方式？還是模擬調(diào)制方式？答：光調(diào)制方式主要按照光源與調(diào)制信號的關(guān)系及已調(diào)制信號的性質(zhì)兩種方式分類。根據(jù)光源與調(diào)制信號的關(guān)系， 可以將光源的調(diào)制方式分為直接調(diào)制方式和外部（或間接）調(diào)制方式；根據(jù)已調(diào)制信號的性質(zhì)，可以將光源的調(diào)制 方式分為模擬調(diào)制方式和數(shù)字調(diào)制方式。從調(diào)制的本質(zhì)上來說，目前的數(shù)字光纖通信系 統(tǒng)采用的是模擬調(diào)制方式。4、簡述PINPD的工作原理。答：當(dāng)光照射到PIN光電二極管的光敏面上時，會在整個耗盡區(qū)及耗盡區(qū)附近產(chǎn)生受激輻射現(xiàn)象，從而產(chǎn) 生電子空 穴對。在外加

14、電場作用下，這種光生載流子運(yùn)動到電極。當(dāng)外部電路閉合時，就會在外部電路中 有電流流過，從而 完成光電的變換過程。5、在APD中，一般雪崩倍增作用只能發(fā)生于哪個區(qū)域？答：高場區(qū)（即雪崩倍增區(qū)）。6、簡述APD的工作原理。答：當(dāng)光照射到APD的光敏面上時，由于受激吸收而在器件內(nèi)產(chǎn)生出一次電子空穴對。在外加電場作用下，一次電 子空穴對運(yùn)動到高場區(qū)，經(jīng)過反復(fù)的碰撞電離過程而形成雪崩倍增現(xiàn)象，從而產(chǎn)生出大量的二次電 子空穴對。在外 加電場的作用下，一次電子空穴對和二次電子空穴對一起運(yùn)動到電極。當(dāng)外部電路閉合時，就會在外部電路中有電流流過，從而完成光電變換過程。12、試畫出光接收機(jī)的方框組成，并說明各部分

15、的作用。直接功率檢測方式原理組成光電檢測器的主要作用是將接收的光信號變換成包括基本調(diào)制信號分量的電信號；前置放大器的主要作用是低 噪聲接收；功率放大器（乂稱為主放大器）主要作用是信號幅度放大到適合再生的電信號；均衡 濾波器作用是低通 濾波和將信號波形變換成無碼間干擾的信號波形；再生器的作用是將接收的信號恢復(fù)成 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號；AGC電路主要 作用是穩(wěn)定光接收機(jī)輸出的信號幅度；高壓變換器是為APD提供合適的電壓13、光接收機(jī)有哪些主要指標(biāo)？它們的定義是什么？答：光纖通信系統(tǒng)主要包括光接收機(jī)靈敏度和光接收機(jī)動態(tài)范 圍兩個指標(biāo)。所謂光接收機(jī)靈敏度，是指在一定誤碼率或信噪比（有時還要加上信號波形失真量）

16、條件下光接收機(jī) 需要接收 的最小平均光功率。而光接收機(jī)動態(tài)范圍，是指在一定誤碼率或信噪比（有時還要加上信號波形 失真量）條件下光 接收機(jī)允許的光信號平均光功率的變化范圍。18、影響光接收機(jī)靈敏度的主要因素有哪些？答：輸入和輸出信號波形、非理想均衡濾波、直流光和背景光和判決閾值等。1、簡述摻雜光纖放大器的放大原理。答：在泵浦源的作用下，摻雜光纖中的工作物質(zhì)粒子由低能級躍遷到高能級，得到了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，從 而具有光 放大作用。當(dāng)工作頻帶范圍內(nèi)的信號光輸入時，信號光就會得到放大，這就是摻雜光纖放大器的基本工作原理。只 是摻雜光纖放大器細(xì)長的纖形結(jié)構(gòu)使得有源區(qū)能量密度很高，光與物質(zhì)的作用區(qū)很長，有利于降低對泵浦源功率的 要求。2、EDFAf光纖通信中哪些應(yīng)用？答：EDFA在光纖通信中