光纖通信系統(tǒng)必考考點(diǎn)復(fù)習(xí)資料

光纖通信系統(tǒng)考點(diǎn)一、填空1、光纖通信用光波作為傳輸信號，用光纖作為傳輸線路。2、通信窗口：第一代：波長些巴巴，損耗里|紅；第二代：1.31um,0.4dB/km；第三代：1.55/m,0.2dB/km；第四代：WDM,OAEDFA3、通信系統(tǒng)的信號：模擬信號，數(shù)字信號4、數(shù)模轉(zhuǎn)換的方法：取樣，量化，編碼5、比特率：B=1/T6、PDH（準(zhǔn)同步數(shù)字序歹U）的兩種模式：（1）北美和日本：24^，速率為1.544Mb/s。（2）歐洲和中國：30路，速率為2.048Mb/s7、SDH（同步數(shù)字序列）：STM-1：155Mb/s,STM-4:622Mb/sSTM-16：2488Mb/s,STM-64：9953Mb/s8、光纖的基本結(jié)構(gòu)：纖芯，包層，涂覆層9、導(dǎo)波條件：k0n2?P?k0n110、脈沖展寬公式：DL/（D為色散系數(shù)會(huì)給，L為長度，AX為譜寬）11、光纖衰減機(jī)理：材料吸收，材料散射，材料輻射12、光纜結(jié)構(gòu)：層絞式、骨架式、帶狀式、束管式13、P-I曲線：工作電流小于閾值電流時(shí)，自發(fā)輻射，光能量低；工作電流大于閾值電流，產(chǎn)生激光14、光譜特性：15、溫度特性：T增大，P-I曲線右移，閾值電流增大，斜率減小16、數(shù)字光接收機(jī)的組成：前端：光電檢測器與前置放大器；線性通道：主放大器與均衡器；再生電路:判決器與時(shí)鐘恢復(fù)17、靈敏度：接收機(jī)工作于10-9的BER所要求的最小平均接收光功率P。r18、光放大器的類型：半導(dǎo)體激光放大器和光纖型光放大器（FRA，F(xiàn)BA，EDFA，F(xiàn)PA）。19、EDFA增益飽和特性：放大器增益隨泵浦功率按指數(shù)增長，當(dāng)泵浦功率超過某一值時(shí)，增長變慢20、光放大器的應(yīng)用：在線，功率放大，前置放大21、當(dāng)比特率小于100Mb/s時(shí)，損耗限制為主，大于時(shí)，色散限制為主。二、簡答題1、PDH和SDH各表示什么？答：PDH表示準(zhǔn)同步數(shù)字序列，即在低端基群采用同步，高次群復(fù)用采用異步；SDH表示同步數(shù)字序列。2、光纖通信的優(yōu)點(diǎn)。答：頻帶寬；損耗低；抗電磁干擾；無串音干擾，保密性好；光纖線徑細(xì)、重量輕、柔軟；光纖的原材料資源豐富，用光纖可節(jié)約金屬材料；光纖具有耐腐蝕力強(qiáng)、抗核幅射、能源消耗小等優(yōu)點(diǎn)。3、光纖色散的定義和分類。答：（1）定義：在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?，隨傳輸距離增加，由于不同成分的光傳輸時(shí)延不同引起的脈沖展寬的物理效應(yīng)。（2）分類：材料色散、波導(dǎo)色散、模式色散、偏振色散。多模光纖中，有模式色散、波導(dǎo)色散和材料色散，以模式色散為主。單模光纖中，有材料色散和波導(dǎo)色散，一般情況下以材料色散為主。偏振模式色散是單模光纖一種特殊的模式色散。4、LD和LED的比較。答：LED以自發(fā)輻射為基礎(chǔ)，發(fā)普通熒光，發(fā)散角大，是無閾值的器件，發(fā)射功率一般為微瓦級。LD以受激輻射為基礎(chǔ)，發(fā)相干（激）光，是有閾值的器件（電流大于閾值點(diǎn)，發(fā)射線性激光；小于閾值點(diǎn)為自發(fā)輻射光），發(fā)射功率一般為毫瓦級。5、分別畫出用發(fā)光二極管和激光器進(jìn)行數(shù)字調(diào)制的原理圖。用發(fā)光二極管進(jìn)行數(shù)字信號內(nèi)調(diào)制原理圖答：（1）摻鉺光纖放大器（簡稱EDFA）采用摻鉺離子單模光纖作為增益介質(zhì)，在泵浦光激發(fā)下產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，在信號光誘導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)受激輻射放大。（2）對給定的放大器長度L,放大器增益先隨泵浦功率按指數(shù)增長，當(dāng)泵浦功率超過某一值時(shí)，增長變慢了。（3）按泵浦光的注入方式可分為前向泵、后向泵和雙向泵摻鉺光纖放大器。7、有哪幾類無源器件？作用是什么？答：光纖連接器：實(shí)現(xiàn)光纖與光纖之間可拆卸的連接、光纖衰減器：對光功率進(jìn)行衰減、光隔離器：限定光只能在一個(gè)方向傳輸、光纖耦合器：實(shí)現(xiàn)光信號分路/合路、自聚焦透鏡（濾波器、分路器、復(fù)用器）：波長選擇、光調(diào)制器及光開關(guān)等。三、計(jì)算題

1g一生1、^第—二章(1)有一SI型單模光纖，其截止波長為1.4四m,芯包折射率分別為口=1.465,口=1.46,計(jì)算它的纖芯半徑及在波長分別為0.85及1.3^m的模式數(shù)。解：ni—n21.465—ni—n21.465—1.461ACC1.465-1.46~~L465~~=0.0034=0.0034￥芯半徑為從式(2.3.51)得這時(shí)的芯半徑為_九L4.m2.6為7^2.6X1.46/2X0.0034

=4.43ptm當(dāng)A=0.85Km時(shí)，=X4.43X1.465,2X0.0034u.oO=3.96模模式數(shù)為當(dāng)a=1.3叢m時(shí)V=2.6模：模式數(shù)為(2)有一階躍光纖，NA=0.2，當(dāng)九二850期時(shí)可支持1000個(gè)左右的模式，計(jì)算：(a)纖芯直徑；(b)在九二1310nm波長時(shí)的傳輸模式數(shù)；(c)在九二1550nm波長時(shí)的傳輸模式數(shù)。(2.梏式(2221)代入式(2.2.23)(a)將式(2.3,10)代入式(2.3.41)，得%考=我?！?2(雄一雄)(NA)(NA)2因此有纖芯直徑為 %=655^m(b)當(dāng);l= 時(shí)的模式數(shù)=呼30.25吧)%2/=421(1.31|xtn)(c)當(dāng)A—1550nm時(shí)的模式數(shù)Tf；；歌(。⑵』oi(3)已知一弱導(dǎo)波階躍型光纖，纖芯和包層的折射率分別為)=1.5,n=1.45,纖芯半徑a=4^m,九=31^m,L=1km。計(jì)算：(1)~~光纖的數(shù)值孔徑;光纖的歸一化頻率光纖中傳輸?shù)哪?shù)量；光纖的最大時(shí)延差。解：(1)NA=sin8max=(n21—mJ1/2=0.38(2)2兀 .ks-2兀:一-V=__na、：12A=_^a；n2—n2九1 九\11 2=至x4(口m)x.j1.52—1.4521.31(四m) "=7.37M=V2/2=7.372/2=27At =n1X△義L (25.26。式^義L (2.5.26)式max Cn2—n2A=n2Zn2=0.0328A=嗝2=0.03282n2 2n1工1.5x0.0328x1(km=1.5x0.0328x1(km)―3x105(km/s) 3x105(km/s)=0.0164x10—(5s) =0.0164x10—(5s)=16.4ns =16.4ns2、第三章(1)有一個(gè)雙異質(zhì)結(jié)InGaAsP—1￡口，中心發(fā)光波長為1310nm,其材料的輻射復(fù)合率為50ns,非輻射復(fù)合率為70ns。試計(jì)算：(a)發(fā)光時(shí)的內(nèi)量子效率”；int(b)設(shè)驅(qū)動(dòng)電流為100mA,計(jì)算該LED的內(nèi)部發(fā)光功率；(c)若該LED芯片與多模光纖的直接耦合效率為-14dB,計(jì)算入纖的光功率大小。解：（由式（3.1.14）得11H= 二=0.583in1+，rr； 1+5070nr（由式（3.2.1）得hcIP=”（①/q）I=H（）=55.29mwinint int九q（由式（3.2.2）得P=HH=0.04x55.29=2.2mweextint3、第四章（1）有一個(gè)光纖通信系統(tǒng)，光源為LED,輸出功率：10mW,工作波長850nm，LED與光纖的耦合損耗為14dB。系統(tǒng)光纖的總損耗20dB，其他損耗10dB。PIN光電二極管的R°=0.5A/W,I=2nA,負(fù)載電阻R=50Q,接收帶寬Af=10MHz,T=300仁計(jì)算接收光功率、檢測信號電流和功率、散彈噪聲和熱噪聲功率，最后計(jì)算其信噪比。.解：⑴求出接收功率吃和1P值LED輸出功率10mW=10dBm。因此接收光功率及光電流為Pr=lOdBm—14dB—20dB—10dB=-34dBm=0.4、WIp=RoPr=（O.5A/W）（0.4X10-€W）=0.2KA由于暗電流lD（=2nA）VVA（=200nA）,故可略去不計(jì)。（2）求散粒噪聲＜i2s＞由式（4.3.27）得i2>=2elBesP=2x1.6x10-19(C)x0.2x10-6(A)x107(Hz)=0.064x10-17(A2)(3)求電路噪聲<i2c>由式(4.4.18)得4kTFnBei2>= cRL4x1.38x10-23x300x1x10x106一 50=331.2x10-17(A2)(4)求信噪比S/NR

L

(0.2x10-6)2PeI2 p.. R

L

(0.2x10-6)2Pe0.064x10-17+331.2x10-170.04x10-12331.264x10-17x12(=10.8dB)（2）現(xiàn)有10ii個(gè)光子/秒，光子能量為1.28X10-19J,入射到一個(gè)理想的光電二極管上，計(jì)算：⑸入射光波長;日）輸出光電流大小；（c）若這是一個(gè)APD,其6=18,計(jì)算光電流。解：(a)每個(gè)光子的能量為E=%/=無c”,- Ac_(6.626X10~34J?s)(3X108m/s-A-E 1.28X10-19J=1554nm(b)入射光功率為P。=光子能量X光子數(shù)/秒=(1.28X10-19J)X(IO】】個(gè)光子/秒)=1.28X10-8W對理想的光電二極管,7=1。輸出光電流為Ip=-RoPo0(1)(1.6X10-19C)(l.28X10-8W)

1.28X10-19J=1.6X10-8(A)=16nA(c)對APD,G=18時(shí)Ip=GR()Po=18X16(nA)=288nA(3)有一個(gè)PIN光電二極管，其n=0.9,九二1300nm,入射光功率吃=-37dBm。計(jì)算(a)光電流大小;(b)當(dāng)負(fù)載電阻R等于50d1000。及l(fā)OMQ時(shí)的輸出電壓。解(a)首先計(jì)算該光電二極管的響應(yīng)度:

p_華_華人R°hfhe(0.9)(1.6XlQ-I9C)(130QX10-9m)

(6.626X10-34J?s)(3X108m/s)=0.94(A/W)光電流為=RP=(0.94A/W)(-37dBm)P00=0.94x2x10-7=0.188日A（b）負(fù)載電阻R上的輸出電壓為LR=50。時(shí)， =I=（0.188x10-6A）（50。）=9.4^VTOC\o"1-5"\h\zL PLR=1000。時(shí)， =I=（0.188x10-6A）（1000。）=188NVL PLR=50M。時(shí)， =I=（0.188x10-6A）（10x106。）=1.88VL PL4、第八章（1）有一長距離單模光纖傳輸系統(tǒng)，工作波長1300nm,其他參數(shù)如下：LD光源平均入纖功率 0dBm光纜損耗 0.4 dB/km熔接頭損耗 0.1 dB/km活動(dòng)連接器損耗 1dB/個(gè)APD接收機(jī)靈敏度:B=35Mb/s時(shí)（BER=10-9） -55dBmB=500Mb/s時(shí)（BER=10-9）-44dBm系統(tǒng)富余度 9dB試計(jì)算損耗限制傳輸距離。解：（a）當(dāng)B=35Mb/s時(shí)

獨(dú)R=35Mh/s時(shí)(a)當(dāng)B=35Mb/s時(shí) 算公式注意，這里將光纖熔接損耗等效成了分布損耗，因此功率預(yù)算公式(6.2.2)變?yōu)镻t—P=2ac+(aF+as)L+M 30dBm-(-55dBm)=2(1dB)+(O.4+0.l)dB/km(L)+9dB(b)當(dāng)B=500Mb/s時(shí)，功率預(yù)算 B0dBm-(-44dBm)=2(1dB)+(0.4+0.l)dB/km(L)+9dB33dB

0.5dB/km33dB

0.5dB/km=66km(2)光接收機(jī)的極限靈敏度如何表達(dá)？其中各參量表示什么？(6.4.23)答.rNhvB(6.4.23)口：P=p=NhvBr2 P式中Np 為每比特的平均光子數(shù)，B為比特流的速率。5、第八章(1)5、有一條1.3四光波系統(tǒng)，設(shè)計(jì)工作碼速為1Gb/s,擬采用單模光纖，中繼距離5Okm。發(fā)送機(jī)和接收機(jī)上升時(shí)間分別為0.25ns和O.35ns,光源譜寬3nm,光纖平均色散在工作波長上為2ps/(nm?km):計(jì)算RZ和NRZ碼時(shí)的系統(tǒng)上升時(shí)間預(yù)算。解：Zgvd=DAAL=[2ps/(nm?km)](3nm)(50km)=0.3ns由于是單模光纖，％3d=0,因此