光纖通信原理參考答案

1光纖通信是利用光導纖維傳輸光波信號的通信方式。1-2光纖通信工作在什么區(qū)，其波長和頻率是什么?目前使用的通信光纖大多數(shù)采用基礎材料為Si0?的光纖。它是工作在近紅外區(qū)，波長為0.8～1.8μm,對應的頻率為167～375THz。1-3BL積中B和L分別是什么含義?光纖通信之所以受到人們的極大重視，是因為和其他通信手段相比，具有無以倫比的優(yōu)(1)通信容量大(2)中繼距離遠(3)抗電磁干擾能力強，無串話(4)光纖細，光纜輕(5)資源豐富，節(jié)約有色金屬和能源。光纖還具有均衡容易、抗腐蝕、不怕潮濕的優(yōu)點。因而經濟效益非常顯著。一個光纖通信系統(tǒng)通常由電發(fā)射機、光發(fā)射機、光接收機、電接收機和由光纖構成的光纜等組成。光發(fā)光收略2(1)激光波長；32-3一單色光垂直照在厚度均勻的薄油膜上。油的折射率為1.3,玻璃的折射率為1.5,若單色光的波長可由光源連續(xù)調節(jié)，并觀察到500nm與700nm這兩個波長的單色光在反射中消失，求油膜的厚度。解：由于空氣的折射率小于油的折射率，油的折射率小于玻璃的折射率，薄油膜的上、下兩表面反射而形成相干光，由于兩束光的路程不同而引起的光程差為2n,e;由于薄油膜的上、下兩表面反射光都發(fā)生位相突變而不引起額外的光程差。略2-9一束線偏振光入射到偏振片上，光矢量方向與偏振化方向分別成30°角和60°角，問透過偏振片的光強之比是多少?解：利用馬呂斯定律：2-10一束光強為IO的自然光通過兩塊偏振化方向正交的偏振片M與N。如果在M與N之間平行地插入另一塊偏振片C,設C與M偏振化方向夾角為θ,試求：①透過偏振片N后的光強為多少?②定性畫出光強隨θ變化的函數(shù)曲線，并指出轉動一周，通過的光強出現(xiàn)幾次極大和極小值。(2)轉動一周，通過的光強出現(xiàn)4次極大和極小值。2-11有一介質，吸收系數(shù)為α=0.32cm-1,透射光強分別為入射光強的10%、50%及80%時，介質的厚度各多少?解：光束穿過厚度為z的介質后強度為當透射光強分別為入射光強的10%時，介質的厚度為7.196cm;光學諧振腔部分反射鏡部分反射鏡激勵源2-14He—Ne激光器的中心頻率V。=4.74×1014Hz,自發(fā)輻射譜線寬度為得5第三章習題3-1填空題(5)光纖的自聚焦現(xiàn)象按照光的全反射理論，如果光線滿足θ,大于臨界角由式(3-1-3)確定的θc,將會在纖芯6降低模間色散。3-5什么是漸變型光纖的最佳折射指數(shù)分布?寫出平方律型折射指數(shù)分布光纖的折射指數(shù)從漸變型光纖的導光原理可知：只要n(r)取得合適，那么不同模式的光線就會具有相同的軸向速度。即具有不同條件的子午射線，從同一地點出發(fā)，達到相同的終端。利用漸變型光纖n隨r變化的特點，可以減小模式色散。這種現(xiàn)象稱為光纖的自聚焦現(xiàn)象，相應的折射指數(shù)分布稱為最佳折射指數(shù)分布。折射指數(shù)選取平方律型分布形式a——纖芯半徑3-6什么是單模光纖的衰減系數(shù)?寫出表達式。衰減常數(shù)α用單位長度光纖引起光功率衰減的分貝來表示，定義為單位為dB/km。3-7什么是光纖的色散?為什么說光纖的色散會限制系統(tǒng)的通信容量?信號在光纖中是由不同的頻率成分和不同模式成分攜帶的，這些不同的頻率成分和模式成分有不同的傳播速度，從而引起色散，也可以從波形在時間上展寬的角度去理解，即光脈沖在通過光纖傳播期間，其波形在時間上發(fā)生了展寬，這種觀象就稱為色散。光纖色散是光纖通信的另一個重要特性，光纖的色散會使輸入脈沖在傳輸過程中展寬，產生碼間干擾，增加誤碼率，這樣就限制了通信容量。因此制造優(yōu)質的、色散小的光纖，對增加通信系統(tǒng)容量和加大傳輸距離是非常重要的。對于單模光纖，色散的大小用時延差來表示，色散系數(shù)D工程上單位采用ps/(nm·km)。要保證單模傳輸，纖芯半徑應如何選擇。7纖芯半徑應小于2.09μm3-10階躍型光纖纖芯折射率n,=1.48,包層折射率n?=1.46,試計算光纖的數(shù)值孔徑?3-11階躍型光纖纖芯折射率為1.5,包層折射率為1.48,纖芯半徑為2μm,問當工作波長為1.31μm時，此光纖可傳輸?shù)哪Ｊ绞鞘裁?V=2.38,所以只傳輸單基模LP014-1填空題為、、,不能被子占據(jù)的狀態(tài)為。(3)對于半導體激光器，當外加正向電流達到某一值時，輸出光功率將急劇增加，這時輸出的光為.,這個電流稱為電流。(4)半導體材料只有波長為λ<λc的光入射時，才能使材料產生光子，所以λC稱為波長(5)PIN光電二極管，是在P型材料和N型材料之間加上一層,稱為。答案：(1)滿帶價帶導帶禁帶(4)截止(5)輕摻雜的N型材料I層4-2試說明半導體激光器有哪些主要的工作特性?半導體激光器(LD)是光纖通信最主要的光源，非常適合于高碼速率長距離的光纖通信系統(tǒng)。光纖通信用的半導體激光器具有以下幾個主要特點：(1)光源應在光纖的三個低損耗窗口工作，即發(fā)光波長為0.85μm、1.31μm或1.55μm。(3)能提供足夠的輸出功率，可達到10mW以上。(4)與光纖耦合效率高，30%～50%。(5)能長時間連續(xù)工作，工作穩(wěn)定，提供足夠的輸出光功率。895-1試畫出光纖附加損耗隨溫度變化曲線。5-2光纜的纖芯是如何構成的?根據(jù)不同用途和不同的使用環(huán)境，光纜的種類很多，但不論光纜的具體結構如何，都是由纜芯、加強元件和外護層所組成。5-3色散位移光纜與常規(guī)光纜有何不同?常規(guī)光纜即G·652常規(guī)單模光纜。這種光纜光纖損耗在λ=1.55μm附近時最小，但色散較大約為18ps/(nm·km);在λ=1.31μm損耗較小，約0.35dB/km色散幾乎為零?？梢姵Ｒ?guī)光纜G·652在傳輸1.55μm的光信號時是不利的。色散位移光纜即是由色散位移光纖DSF構成的光纜。DSF是使單模光纖的材料色散和皮導色散相互補償，在1.55μm附近總色散為零。5-4光纖分路器及耦合器的作用是什么?在光纖通信系統(tǒng)或光纖測試中，經常要遇到需要從光纖的主傳輸信道中取出一部分光，作為監(jiān)測、控制等使用，這就用到光纖分路器；也有時需要把兩個不同方向來的光信號合起來送入一根光纖中傳輸，這就用光纖耦合器來完成。5-5光纖通信系統(tǒng)中為什么必須采用光隔離器?某些光器件，像LD及光放大器等對來自連接器、熔接點、濾波器等的反射光非常敏感，并導致性能惡化。因此需要用光隔離器來阻止反射光。5-6波分復用器的作用是什么，主要有哪幾種類型?波分復用器把不同波長的光信號復合注入到一根光纖中，或者相反地把復合的多波長信號解復用，把不同波長的信號分離出來。波分復用器的種類很多，有棱鏡色散型、衍射光柵型及干涉濾光型等。5-7試畫出邊發(fā)射LED結構截面圖(AlGaAs/GaAsELED)。(2)消光比定義為答案：(1)直接調制間接調制；(2)消光比定義為：EXT=全"0"碼時的平均光功率/全"1"碼時的平均光功率；(3)較高30%-50%較低1%(4)球透鏡柱透鏡GRIN透鏡(5)前置放大器低噪聲、高增益；(6)“1""0”(7)光功率的相對值dBm略圖6-2-3LD數(shù)字數(shù)號調制原理圖6-4什么是頻率啁啾?調制脈沖的前沿升高(藍移),后沿下降(紅移),使輸出頻譜加寬，這種動態(tài)線寬加寬效應稱為啁啾6-5目前可以使用的外調制方式有幾種，分別是什么?為什么采用外調制方式?有三種：電光調制聲光調制磁光調制對光源進行內調制的優(yōu)點是電路簡單容易實現(xiàn)。但是，若在高碼速下采用這種調制方法時，將使光源的性能變壞，如使光源的動態(tài)譜線增寬，造成在傳輸時色散增加，從而使在光纖中所傳脈沖波形展寬，結果限制了光纖的傳輸容量。采用外調制方式可以克服上述缺點。6-6試畫出光接收機組成方框圖。直接檢測數(shù)字光纖通信接收機一般由三個部分組成，即光接收機的前端、線性通道和數(shù)據(jù)恢復三個部分，如圖5-3-1所示。6-7為什么在光接收機線性通道中要加入均衡濾波器?均衡器的作用是對主放大器輸出的失真的數(shù)字脈沖信號進行整形，使之成為最有利于判決、碼間干擾最小的波形。通常將輸出波形均衡成具有升余弦頻譜函數(shù)特性，此時碼間干擾最小，最有利于判決。6-8數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中，按照“1”碼時碼元周期T的大小可分哪兩種碼型?它們的占空比分別是什么?按照“1”碼時碼元周期T的大小，分為歸零碼(RZ碼)與非歸零碼(NRZ碼)兩種，見圖5-4-1。顯然，RZ碼的占空比為0.5,而NRZ碼的占空比為1。6-9什么是量子噪聲?量子噪聲是與光信號有關，出現(xiàn)這種噪聲的原因可以這樣解釋：光信息的傳播是由大量的光量子傳播來進行的，這些大量的光量子其相位都是隨機的，因此光電檢測器在某個時刻實際接收到的光子數(shù)，是在一個統(tǒng)計平均值附近浮動，因而產生了噪聲。6-10某光接收機接收的光功率為0.1μW,光波長為1.31μm,求所對應的每秒鐘接收的6-11某光纖通信系統(tǒng)光發(fā)送端機輸出光功率為0.5mW,接收端機靈敏度為0.2μW,若用dBm表示分別是多少?(提示1g2≈0.3)6-12一數(shù)字光纖接收端機，在保證給定誤碼率指標條件下，最大允許輸入光功率為0.1mW,靈敏度為0.1μW,求其動態(tài)范圍。所以動態(tài)范圍D為30dB7-1填空題(1)利用光纖傳輸監(jiān)控信號有兩種方式分別是(3)光纖通信系統(tǒng)的長期平均誤碼率定義為,反映突發(fā)性誤(4)在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中，抖動會(5)SDH網有一套標準化的信息等級結構，稱為(6)根據(jù)ITU-T的建議，碼速率分別為：(7)SDH幀結構中的管理單元指針的位置在(8)二次群的碼速率為8.448Mbit/s,1UT的時間為答案：(1)頻分復用傳輸方式時分復用方式(2)分組碼它是把輸入信碼流中每m比特碼分為一組，然后變換為n比特(n>m)輸出定義為傳送錯誤的碼元數(shù)占傳送的總碼元數(shù)的百分比有嚴重誤碼秒(SES)誤碼秒(ES)7-2試畫出IM-DD光纖通信系統(tǒng)結構框圖。點對點IM-DD數(shù)字光纖通信系統(tǒng)結構。公務脈沖插入+區(qū)問通信繼器圖6-1-1點對點IM-DD數(shù)字光纖通信系統(tǒng)結構7-3選擇線路碼型應滿足的主要要求是什么?選擇線路碼型應滿足下面要求：(1)碼流中“1"及"0”碼的出現(xiàn)是隨機的，可能會出現(xiàn)長串的連“1”或連“0”,這時定時信息將會消失，使接收機定時信息提取產生困難；(2)簡單的單極性碼流中有直流成分，且當碼流中“0”與“1”作隨機變化時直流成分也作隨機變化，從而引起數(shù)字信號的基線漂移，給判決和再生帶來困難。(3)不可能在不中斷業(yè)務的條件下檢測線路的BER。7-4什么是插入碼，插入碼的類型有幾種?插入比特碼是將信碼流中每m比特劃為一組，然后在這一組的末尾一位之后插入一個比特碼輸出，根據(jù)插入碼的類型分為：mB1P碼，mB1C碼，mB1H碼。7-5產生抖動的主要原因有哪些?抖動產生的原因主要有：①由于噪聲引起的抖動。例如，在邏輯電路中，當輸入信號階躍時，由于信號疊加了噪聲，輸入信號提前超過了邏輯電路的門限電平，使躍變信號提前發(fā)生，從而引起了抖動。(n>m)輸出。分組碼有1B2B,2B3B,3B4B,5B6B,5B7B,6B線路上的速率提高了線路上的速率提高了線路1(含POH)5934整個幀結構可以分為三個主要區(qū)域：(1)段開銷(SOH)區(qū)域(2)信號凈負荷區(qū)域(3)管理單元指針區(qū)域7-11畫圖說明我國的SDH復用結構。2048kbit/sAUJ4--映射7-12什么是數(shù)字交叉連接器(DXC)?DXC設備是一種集復用、自動化配線、保護/恢復、監(jiān)控和網管等功能為一體的傳輸設備。8-1填空題(1)EDFA對工作波長為的光波有放大作用。(2)ITU-T建議G.692文件確定WDM系統(tǒng)的絕對參考頻率規(guī)范為。(3)可調光濾波器的作用是(4)EDFA有三種基本結構形式分別為(3)波長可調的光濾波器作用是在接收端于接收器前從多信道復用的光信號中選擇出一定波長的信號，以供接收機進行接收。(4)同向泵浦結構，反向泵浦結構和雙向泵浦結構(5)線路放大功率放大前置放大LAN放大8-2多信道復用技術中，從光信號復用技術來考慮主要包括哪些，從光波復用技術來考慮包括哪些?多信道復用技術中，從光信號復用技術來考慮主要有光時分復用技術、光碼分復用技術、副載波復用技術、波分復用技術和空分復用技術。從光波復用技術來考慮包括光轉發(fā)技術、可調光濾波技術、光放大技術、光波分復用技術等。8-3試畫出WDM的雙纖單向和單纖雙向傳輸方式的示意圖。發(fā)送機接收機發(fā)送機8-4光轉發(fā)器的作用是什么?WDM光的發(fā)射是采用光轉發(fā)器技術，開放式WDM系統(tǒng)在發(fā)送端采用OTU將非標準的波長轉換為標準波長。8-5摻鉺光纖放大器的主要優(yōu)點是什么?EDFA具有如下優(yōu)點：(1)工作波長處在1.52～1.56μm范圍，與光纖最小損耗窗口一致；(2)對摻鉺光纖進行激勵的泵浦功率低，僅需要幾十毫瓦，而拉曼放大器需0.5～1W的泵浦源進行