《光纖通信》課后習(xí)題答案

第一章

1.光纖通信的優(yōu)缺點(diǎn)各是什么？

答：優(yōu)點(diǎn)有：帶寬資源豐富，通信容量大；損耗低，中繼距離長(zhǎng)；無(wú)

串音干擾，保密性好；適應(yīng)能力強(qiáng)；體積小、重量輕、便于施工維護(hù)；原

材料來(lái)源豐富，潛在價(jià)格低廉等。

缺點(diǎn)有：接口昂貴，強(qiáng)度差，不能傳送電力，需要專門的工具、設(shè)備

以及培訓(xùn)，未經(jīng)受長(zhǎng)時(shí)間的檢驗(yàn)等。

2.光纖通信系統(tǒng)由哪幾部分組成？各部分的功能是什么？

答：光纖通信系統(tǒng)由三部分組成：光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)和光纖鏈路。

光發(fā)射機(jī)由模擬或數(shù)字電接口、電壓一電流驅(qū)動(dòng)電路和光源組件組成。

光源組件包括光源、光源一光纖耦合器和一段光纖（尾纖或光纖跳線）組

成。

模擬或數(shù)字電接的作用是實(shí)現(xiàn)口阻抗匹配和信號(hào)電平匹配（限制輸入

信號(hào)的振幅）作用C光源是LED或LD,這兩種二極管的光功率與驅(qū)動(dòng)電

流成正比。電壓一電流驅(qū)動(dòng)電路是輸入電路與光源間的電接口，用來(lái)將輸

入信號(hào)的電壓轉(zhuǎn)換成電流以驅(qū)動(dòng)光源。光源一光纖耦合器的作用是把光源

發(fā)出的光耦合到光纖或光纜中。

光接收機(jī)由光檢測(cè)器組件、放大電路和模擬或數(shù)字電接口組成。光檢

測(cè)器組件包括一段光纖（尾纖或光纖跳線）、光纖一光檢波器耦合器、光檢

測(cè)器和電流一電壓轉(zhuǎn)換器。

光檢測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)。常用的器件有PIN和APD。然后

再通過(guò)電流一電壓轉(zhuǎn)換器，變成電壓信號(hào)輸出。模擬或數(shù)字電接口對(duì)輸出

電路其阻抗匹配和信號(hào)電平匹配作用。

光纖鏈路由光纖光纜、光纖連接器、光纜終端盒、光纜線路盒和中繼

器等組成。

光纖光纜由石英或塑料光纖、金屬包層和外套管組成。光纜線路盒：

光纜生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的光纜一般為2km一盤，因而，如果光發(fā)送與光接收之

間的距離超多2km時(shí)，每隔2km將需要用光纜線路盒把光纜連接起來(lái)。光

纜終端盒：主要用于將光纜從戶外（或戶內(nèi)）引入到戶內(nèi)（或戶外），將光

纜中的光纖從光纜中分出來(lái)，一般放置在光設(shè)備機(jī)房?jī)?nèi)。光纖連接器：主

要用于將光發(fā)送機(jī)（或光接收機(jī)）與光纜終端盒分出來(lái)的光纖連接起來(lái)，

即連接光纖跳線與光纜中的光纖。

3.假設(shè)數(shù)字通信系統(tǒng)能夠在高達(dá)1%的載波頻率的比特率下工作，試問(wèn)在

5GHz的微波載波和1.55即的光載波上能傳輸多少路64kb/s的音頻信道？

解：根據(jù)題意，求得在5GHz的微波載波下，數(shù)字通信系統(tǒng)的比特率

為50Mb/s,則能傳輸781路64kb/s的音頻信道。

根據(jù)題意，求得在1.55/zm的光載波下，數(shù)字通信系統(tǒng)的比特率為

1.935Gb/s,則能傳輸30241935路64kb/s的音頻信道。

4.SDH體制有什么優(yōu)點(diǎn)？

答：（1）SDH傳輸系統(tǒng)在國(guó)際上有統(tǒng)一的幀結(jié)構(gòu)，數(shù)字傳輸標(biāo)準(zhǔn)速率

和標(biāo)準(zhǔn)的光路接口，使網(wǎng)管系統(tǒng)互通，因此有很好的橫向兼容性，它能與

現(xiàn)有的準(zhǔn)同步數(shù)字體制（PDH）完全兼容，并容納各種新的業(yè)務(wù)信號(hào)，形

成了全球統(tǒng)一的數(shù)字傳輸體制標(biāo)準(zhǔn)，提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性；

（2）SDH接入系統(tǒng)的不同等級(jí)的碼流在幀結(jié)構(gòu)凈負(fù)荷區(qū)內(nèi)的排列非

常有規(guī)律，而凈負(fù)荷與網(wǎng)絡(luò)是同步的，它利用軟件能將高速信號(hào)一次直接

分插出低速支路信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了一次復(fù)用的特性，克服了PDH準(zhǔn)同步復(fù)用方

式對(duì)全部高速信號(hào)進(jìn)行逐級(jí)分解然后再生復(fù)用的過(guò)程，由于大大簡(jiǎn)化了數(shù)

字交叉連接(DXC),減少了背靠背的接口復(fù)用設(shè)備，改善了網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)傳

送透明性；

(3)由于采用了較先進(jìn)的分插復(fù)用器(ADM)、數(shù)字交叉連接(DXC)、

網(wǎng)絡(luò)的自愈功能和重組功能就顯得非常強(qiáng)大，具有較強(qiáng)的生存率。因SDH

幀結(jié)構(gòu)中安排了信號(hào)的5%開銷比特，它的網(wǎng)管功能顯得特別強(qiáng)大，并能

統(tǒng)一形成網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，為網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化、智能化、信道的利用率以及降

低網(wǎng)絡(luò)的維管費(fèi)和生存能力起到了積極作用；

(4)由于SDH有多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它所組成的網(wǎng)絡(luò)非常靈活，它

能增強(qiáng)網(wǎng)監(jiān)，運(yùn)行管理和自動(dòng)配置功能，優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)性能，同時(shí)也使網(wǎng)絡(luò)

運(yùn)行靈活、安全、可靠，使網(wǎng)絡(luò)的功能非常齊全和多樣化；

(5)SDH有傳輸和交換的性能，它的系列設(shè)備的構(gòu)成能通過(guò)功能塊

的自由組合，實(shí)現(xiàn)了不同層次和各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，十分靈活；

(6)SDH并不專屬于某種傳輸介質(zhì)，它可用于雙絞線、同軸電纜，

但SDH用于傳輸高數(shù)據(jù)率則需用光纖。這一特點(diǎn)表明，SDH既適合用作

干線通道，也可作支線通道。例如，我國(guó)的II家與省級(jí)有線電視干線網(wǎng)就

是采用SDH,而且它也便于與光纖電纜混合網(wǎng)(HFQ相兼容；

(7)從OSI模型的觀點(diǎn)來(lái)看，SDH屬于其最底層的物理層：并未對(duì)

其高層有嚴(yán)格的限制，便于在SDH上采用各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，支持ATM或IP

傳輸；

(8)SDH是嚴(yán)格同步的，從而保證了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定可靠，誤碼少，

且便于復(fù)用和調(diào)整；

(9)標(biāo)準(zhǔn)的開放型光接口可以在基本光纜段上實(shí)現(xiàn)橫向兼容，降低了

(3)可以同M放大多個(gè)波長(zhǎng)信號(hào)，使波分復(fù)用(WDM)的實(shí)現(xiàn)成為

可能；

(4)提供了系統(tǒng)擴(kuò)容的新途徑，無(wú)需增加光纖和工作的速率，只需

通過(guò)增加波長(zhǎng)就可提高系統(tǒng)的容量；

(5)最關(guān)鍵的是系統(tǒng)的成本下降了。

8.全光網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)是什么？

答：能充分利用光纖的帶寬資源，故容量大，傳輸質(zhì)量好，開放性，

易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，可擴(kuò)展性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，透明性，可靠性高，可

維護(hù)性好。

第二章

1.光波從空氣中以角度4=33°投射到平板玻璃表面上，這里的4是入射光

與玻璃表面之間的夾角。根據(jù)投射到玻璃表面的角度，光束一部分被反射,

另一部分發(fā)生折射，如果折射光束和反射光束之間的夾角正好為90°,請(qǐng)

問(wèn)玻璃的折射率等于多少？這種玻璃的臨界角又是多少？

解：入射光與玻璃表面之間的夾角4=33°,則入射角4=57°,反射角

4=57°。由于折射光束和反射光束之間的夾角正好為90。，所以折射角

4=33°o

由折射定律4sin口=nysinOy,得到

n>=sin0t/sinOy=sin67/sin33(自己用matlab算出來(lái))

其中利用了空氣折射率，*1。這種玻璃的臨界角為

6>.=arcsin—(自己用matlab算出來(lái))

/I,

2.計(jì)算仆“48及%=L46的階躍折射率光纖的數(shù)值孔徑。如果光纖端面外介

質(zhì)折射率〃“00,則允許的最大入射角加為多少？

解：階躍光纖的數(shù)值孔徑為

NA=sin4必=屜--?0.24

允許的最大入射?角

=arcsin(0.24)自己用matlab算出來(lái)

3.弱導(dǎo)階躍光纖纖芯和包層折射率分別為〃..5,4=L45,試計(jì)算

(1)纖芯和包層的相對(duì)折射率△；

(2)光纖的數(shù)值孔徑附。

解：階躍光纖纖芯和包層的相對(duì)折射率差為

光纖的數(shù)值孔徑為

=.0.38

4.已知階躍光纖纖芯的折射率為％“5,相對(duì)折射(指數(shù))差A(yù)HOI,纖芯

半徑嗎25〃〃?，若…叫計(jì)算光纖的歸一化頻率V及其中傳播的模數(shù)量,力。

解：光纖的歸一化頻率

V=—小I；-=—a-%\/2A=33.3

A.■A.

光纖中傳播的模數(shù)量

v2

Mx——=554

2

5.一根數(shù)值孔徑為0.20的階躍折射率多模光纖在850nm波長(zhǎng)上可以支持

1000個(gè)左右的傳播模式。試問(wèn)：

(1)其纖芯直徑為多少？

(2)在1310nm波長(zhǎng)上可以支持多少個(gè)模？

(3)在1550nm波長(zhǎng)上可以支持多少個(gè)模？

解：(1)由乂=生目=容.叫得到纖芯直徑為

(2)當(dāng)％=1.31〃川,有

4廊47^7；

2兀NA171NA

得到模的個(gè)數(shù)為

⑶當(dāng)4=L55〃〃7,得到模的個(gè)數(shù)為

6.用纖芯折射率為小”5，長(zhǎng)度未知的弱導(dǎo)光纖傳輸脈沖重復(fù)頻率兒=8M"Z的

光脈沖，經(jīng)過(guò)該光纖后，信號(hào)延遲半個(gè)脈沖周期，試估算光纖的長(zhǎng)度人

解：信號(hào)的周期為

T=15

信號(hào)在纖芯中傳輸?shù)乃俣葹?/p>

由于信號(hào)延遲半個(gè)脈沖周期，則光纖的長(zhǎng)度L為

-/=￡x_L=3型0-25〃

2n,2fo1.52x8x10”

7.有階躍型光纖，若q=15,4)=1.31卬”，那么

⑴若A=0.25,為保證單模傳輸，光纖纖芯半徑a應(yīng)取多大?

(2)若取芯徑4=5〃〃，保證單模傳輸時(shí)，△應(yīng)怎么選擇？

解：(1)由歸一化頻率V嚀版工心子5后得到

2兀勺V2A

為了保證光纖中只能存在一個(gè)模式，則要求P<2.405,則要求光纖纖芯半徑

42.4051.312.405…

a<---7==---------/x0.47///??

2冗%應(yīng)2乃1.5--2x0.25

(2)若取芯徑〃=5刖，保證單模傳輸時(shí)，則

A=lfAH<lfA^Lo.oo2

2(2乃〃得12(24nxa)

8.漸變光纖的折射指數(shù)分布為

-a-11/2

n(r)=/7(0)1一24(二)

求光纖的本地?cái)?shù)值孔徑。

解：漸變光纖纖芯中某一點(diǎn)的數(shù)值孔徑為

NA(r)=J/⑺-〃2(a)=2A/?2(0)I--1

\a)

9.某光纖在1300nm處的損耗為U.&1B/kni,在1550nm波長(zhǎng)處的損耗為

0.3dB/bno假設(shè)下面兩種光信號(hào)同時(shí)進(jìn)入光纖：1300nm波長(zhǎng)的150"V的光信

號(hào)和1550nm波長(zhǎng)的ioo〃w的光信號(hào)。試問(wèn)這兩種光信號(hào)在8km和20km處

的功率各是多少？以〃“，為單位。

解：對(duì)于1300nm波長(zhǎng)的光信號(hào)，在8km和20km處的功率各是

P,-PIOaL/,0-150x1()048〃W,150x1012juW

對(duì)于1550nm波長(zhǎng)的光信號(hào)，在8km和20km處的功率各是

匕=平=100x10424〃卬,100x10~064卬

10.一段12km長(zhǎng)的光纖線路，其損耗為1.5“由。試回答：

(1)如果在接收端保持。.3〃w的接收光功率，則發(fā)送端的功率至少

為多少?

(2)如果光纖的損耗變?yōu)?.5//%，則所需的輸入光功率為多少？

解：(1)根據(jù)損耗系數(shù)定義

LP。

得到發(fā)送端的功率至少為

8=510一"“0=0.3乂1()7。/卬

(2)如果光纖的損耗變?yōu)?.5"/加，則所需的輸入光功率為

aL,l

Pt=P.lO°=O.3xlO^iW

11.有一段由階躍折射率光纖構(gòu)成的5km長(zhǎng)的光纖鏈路，纖芯折射率,,=1.49,

相對(duì)折射率差A(yù)=0.01o

(1)求接收端最快和最慢的模式之間的時(shí)延差；

(2)求由模式色散導(dǎo)致的均方根脈沖展寬；

(3)假設(shè)最大比特率就等于帶寬，則此光纖的帶寬距離積是多少？

解：(1)纖芯和包層的相對(duì)折射率差△為

A=<2￡=001

2片

則得到

&=1.475

接收端最快和最慢的模式之間的時(shí)延差

5xlQ3

加二x0.01=0.113/zy

3x10sx1.475

(2)模式色散導(dǎo)致的均方根脈沖展寬實(shí)際上就等于最快和最慢的模式

之間的時(shí)延差

cn2

(3)光纖的帶寬距離積

BL=*=4x3x1。'=SX)5hnGh/s

1.49x0.012

12.有10km長(zhǎng)帥=0.30的多模階躍折射光纖，如果其纖芯折射率為L(zhǎng)45,計(jì)

算光纖帶寬。

解：纖芯和包層的相對(duì)折射率△為

A1NA\1<030V

A=———：-二^^0.021

2U.45J

由階躍光纖的比特距離積BL<—,得到光纖帶寬

2〃八

49Mbis

2/ZjAL

第三章

1.計(jì)算一個(gè)波長(zhǎng)為"皿"的光子能量，分別對(duì)1MH2和100MHz的無(wú)線電

做同樣的計(jì)算°

解：波長(zhǎng)為4=的光子能量為

3420

E=lifc=hc/A=6.63x\0-Jsx3；7”=1.99xI0-J

對(duì)1MHz和100MHz的無(wú)線電的光子能量分別為

6-28

E=hfc=6.63x1(尸"J.^xlxlOHz=6.63x10J

-346-26

E=hfc=6.63xIOJ-5xlOOx10/7z=6.63x10J

2.太陽(yáng)向地球輻射光波，設(shè)其平均波長(zhǎng)4=0.7〃，〃，射到地球外面大氣層的

光強(qiáng)大約為/=014W/cM。如果恰好在大氣層外放一個(gè)太陽(yáng)能電池，試計(jì)算

每秒鐘到達(dá)太陽(yáng)能電池上每平方米板上的光子數(shù)。

解：光子數(shù)為

〃上明華皿f黔工—6

3.如果激光器在4=。,5〃,〃上工作，輸出1W的連續(xù)功率，試計(jì)算每秒從激

活物質(zhì)的高能級(jí)躍遷到低能級(jí)的粒子數(shù)。

解：粒子數(shù)為

IIhc1X6.63X1Q-;MX3X1QX

n=——=---==3.98xIO》

皈40.5x10^

4.光與物質(zhì)間的相互作用過(guò)程有哪些？

答：受激吸收，受激輻射和自發(fā)輻射。

5?什么是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)？什么情況下能實(shí)現(xiàn)光放大？

答：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布是指高能級(jí)粒子布居數(shù)大于低能級(jí)的粒子布居數(shù)。

處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的介質(zhì)（叫激活介質(zhì)）可實(shí)現(xiàn)光放大。

6.什么是激光器的閾值條件？

答：閾值增益為

「^1.1

3廣°十五E版

其中a是介質(zhì)的損耗系數(shù)，斗弓分別是諧振腔反射鏡的反射系數(shù)。當(dāng)激光器

的增益時(shí)，才能有激光放出。（詳細(xì)推導(dǎo)請(qǐng)看補(bǔ)充題1、2）

7.由表達(dá)式￡=%/之說(shuō)明為什么LED的FWHM功率譜寬度在長(zhǎng)波長(zhǎng)中會(huì)

變得更寬些？

證明：由E=得到△￡=-與”，于是得到△九=-4"，

he-----

N+

可見當(dāng)AE一定時(shí)，△力與儲(chǔ)成正比。

P

8.試畫出APD雪崩二極管結(jié)構(gòu)示意圖，并指出高場(chǎng)區(qū)及耗----

P+

盡層的范圍。

解：先把一種高阻的P型材料作為外延層，沉積在P-材料上(P+是P

型重?fù)诫s)，然后在高阻區(qū)進(jìn)行P型擴(kuò)散或電離摻雜(叫幾層)，最后一層是

一個(gè)N+(N+是N型重?fù)诫s)層。

高場(chǎng)區(qū)是P區(qū)，耗盡區(qū)是P兀區(qū)。

9.一個(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)所以的電子都被收集，那么

(1)計(jì)算該器件的量子效率；

(2)在0.80〃波段接收功率是計(jì)算平均是輸出光電流；

(3)計(jì)算波長(zhǎng)，當(dāng)這個(gè)光電二極管超過(guò)此波長(zhǎng)時(shí)將停止工作，即長(zhǎng)波

長(zhǎng)截止點(diǎn)4o

解：(1)量子效率為"=1/3=0.33

(2)由量子效率”編卷不到

=2.2x10-84=22九4

Pin/hvhe

⑶GaAsPIN的禁帶寬度為4=1.424山，則截止波長(zhǎng)為

1.24_1.24

%(4〃〃)==0.87/〃77

百~1.424

10.什么是雪崩增益效應(yīng)？

答：一次光生載流子穿過(guò)一個(gè)具有非常高的電場(chǎng)高場(chǎng)區(qū)。在這個(gè)高場(chǎng)

區(qū)，光生電子一空穴可以獲得很高的能量。他們高速碰撞在價(jià)帶上的電子,

使之電離，從而激發(fā)出新的電子一空穴對(duì)。新產(chǎn)生的的載流子同樣由電場(chǎng)

加速，并獲得足夠的能量，從而導(dǎo)致更多的碰撞電離產(chǎn)生，這種現(xiàn)象叫雪

聯(lián)效應(yīng)。

11.設(shè)PIN光電二極管的量子效率為80%,計(jì)算在1.3〃〃?和1.55〃加波長(zhǎng)時(shí)的

響應(yīng)度，說(shuō)明為什么在1.55〃〃2處光電二極管比較靈敏。

解：1.3〃加時(shí)的響應(yīng)度為R="罌=喑產(chǎn)=0.84A/W；

fc

JL?JL?4

1.55刖時(shí)的響應(yīng)度為R=喈^=與等=1A/W。

因?yàn)轫憫?yīng)度正比于波長(zhǎng)，故在1.55〃〃z處光電二極管比1.3〃〃處?kù)`敏。

12.光檢測(cè)過(guò)程中都有哪些噪聲？

答：量子噪聲，暗電流噪聲，漏電流噪聲和熱噪聲。

補(bǔ)充題1.一束光在介質(zhì)中傳播時(shí)，其光強(qiáng)/隨傳播距離Z的變化通常表示

為二一工,其中/。為初始光強(qiáng)，G為光強(qiáng)增益系數(shù)，a為光強(qiáng)損耗系數(shù)。

試推到這個(gè)式子，并說(shuō)明此式成立條件。

解：設(shè)光束通過(guò)厚度為心的一層介質(zhì)時(shí)，其光強(qiáng)由/變?yōu)?+〃，在光

放大時(shí)4>0,可寫成d/=G/dz,即c〃//=Gdz,若G為常數(shù)，則積分得到/=/。產(chǎn)；

在衰減時(shí)，c〃〈0,可寫成d/=-a/dz,E|1di/1=-adz,若a為常數(shù)，則積

分得到/=/4"；

所以，當(dāng)光放大和光衰減同時(shí)存在時(shí)，便有/=/。〃一人。

顯然，此式成立的條件是：Ga都與心無(wú)關(guān)。

補(bǔ)充題2.設(shè)LD的光學(xué)諧振腔長(zhǎng)為L(zhǎng),諧振腔前、后鏡片的光強(qiáng)反射系數(shù)

分別為KG,諧振腔介質(zhì)的光強(qiáng)損耗系數(shù)為a,諧振腔的光強(qiáng)增益系數(shù)為G,

試證明：激光所要求的諧振條件（閾值增益條件）為

G>a+—\n—

2L彳4

解：在諧振腔內(nèi)任取一點(diǎn)z,此點(diǎn)光強(qiáng)/⑶,該光強(qiáng)向右傳播到前鏡片,

經(jīng)反射后向左傳播到后鏡片，再經(jīng)過(guò)反射向右傳播回到Z點(diǎn)，則光強(qiáng)變?yōu)?/p>

(Ga)2L

I(z+2L)=I(z)r\r2e-

顯然，產(chǎn)生激光的條件為返回z點(diǎn)的光強(qiáng)要大于z點(diǎn)發(fā)出的光強(qiáng)

Z(z+2L)>/(z)

即“Z)4/G32L>/⑵,得到可產(chǎn)a9>],因而

G>a+~\n—

2Lr}r2

記+是諧振腔的總損耗，只有增益G2G*時(shí)，才能產(chǎn)生激光,

2Lr}r2

故把黨叫激光器的閾值條件。

第五章

1.光放大器包括哪些種類？簡(jiǎn)述它們的原理和特點(diǎn)。EDFA有哪些優(yōu)點(diǎn)？

答：光放大器包括半導(dǎo)體光放大器、光纖放大器(由可分為非線性光

纖放大器和摻雜光纖放大器)C

1)半導(dǎo)體光放大器

它是根據(jù)半導(dǎo)體激光器的工作原理制成的光放大器。將半導(dǎo)體激光器

兩端的反射腔去除，就成為沒有反饋的半導(dǎo)體行波放大器。它能適合不同

波長(zhǎng)的光放大，缺點(diǎn)是耦合損耗大，增益受編振影響大，噪聲及串?dāng)_大。

2)光纖放大器

(1)非線性光纖放大器

強(qiáng)光信號(hào)在光纖中傳輸，會(huì)與光纖介質(zhì)作用產(chǎn)生非線性效應(yīng)，非線性

光纖放大器就是利用這些非線性效應(yīng)制作而成。包括受激拉曼放大器

(SRA)和受激布里淵放大器(SBA)兩種。

(2)摻雜光纖放大器(常見的有摻餌和摻錯(cuò)光纖放大器)

在泵浦光作用下，摻雜光纖中出現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，產(chǎn)生受激輻射，

從而使光信號(hào)得到放大。

EDFA優(yōu)點(diǎn)：高增益、寬帶寬、低噪聲及放大波長(zhǎng)正好是在光纖的最

低損耗窗口等。

2.EDFA的泵浦方式有哪些？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

答：EDFA的三種泵浦形式：同向泵浦、反向泵浦和雙向泵浦。同向

泵浦：信號(hào)光和泵浦光經(jīng)WDM復(fù)用器合在一起同向輸入到摻餌光纖中，

在摻餌光纖中同向傳輸；反向泵浦：信號(hào)光和泵浦在摻餌光纖中反向傳輸;

雙向泵浦：在摻鋰光纖的兩端各有泵浦光相向輸入到摻鋰光纖中。

同向泵浦增益最低，而反向泵浦比同向泵浦可以提高增益3dB?5dB。

這是因?yàn)樵谳敵龆说谋闷止獗容^強(qiáng)可以更多地轉(zhuǎn)化為信號(hào)光。而雙向泵浦

又比反向泵浦輸出信號(hào)提高約3dB,這是因?yàn)殡p向泵浦的泵功率也提高了

3dBe其次，從噪聲特性來(lái)看，由于輸出功率加大將導(dǎo)致粒子反轉(zhuǎn)數(shù)的下降,

因此在未飽和區(qū)，同向泵浦式EDFA的噪聲系數(shù)最小，但在飽和區(qū)，情況

將發(fā)生變化。不管摻餌光纖的長(zhǎng)度如何，同向泵浦的噪聲系數(shù)均較小。最

后，考慮三種泵浦方式的飽和輸出特性。同向EDFA的飽和輸出最小。

雙向泵浦EDFA的輸出功率最大，并且放大器性能與輸出信號(hào)方向無(wú)關(guān),

但耦合損耗較大，并增加了一個(gè)泵浦，使成本上升。

3.一個(gè)EDFA功率放大器，波長(zhǎng)為1542nm的輸入信號(hào)功率為2dBm,得

到的輸出功率為以=27四〃，求放大器的增益。

解：G=101og10(Pout/Pin)=101og10Pout-101og10Pin=27-2=25dB

4.簡(jiǎn)述FBA與FRA間的區(qū)別。為什么在FBA中信號(hào)與泵浦光必須反向傳

輸？

答:FBA與FRA間的區(qū)別:

1、FRA是同向泵浦，F(xiàn)BA是反向泵浦；

2、FRA產(chǎn)生的是光學(xué)聲子，F(xiàn)BR產(chǎn)生的是聲學(xué)聲子，

3、FRA比FBA的閾值功率大；

4、FRA比FBA的增益帶寬大。

在SBA中，泵浦光在光纖的布里淵散射下，產(chǎn)生低頻的斯托克斯光，

方向與泵浦光傳播方向相反。如果這個(gè)斯托克斯光與信號(hào)光同頻、同相，

那么信號(hào)光得到加強(qiáng)。故要使信號(hào)光得到放大，信號(hào)光應(yīng)與泵浦光方向相

反。

5.一個(gè)長(zhǎng)250呵的半導(dǎo)體激光器用做F-P放大器，有源區(qū)折射率為4,則

放大器通帶帶寬是多少？

此題可能有誤，半導(dǎo)體光放大器的通帶帶寬目前還沒找到公式計(jì)算。

6.EDFA在光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用形式有哪些？

答：（1）作為光中繼器，用EDFA可代替半導(dǎo)體光放大器，對(duì)線路中

的光信號(hào)直接進(jìn)行放大，使得全光通信技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。（2）作為前置放大

器，由于EDFA具有低噪聲特點(diǎn)，因而如將它置于光接收機(jī)的前面，放大

非常微弱的光信號(hào)，則可以大大提高接收機(jī)靈敏度。（3）作為后置放大器,

將EDFA置于光發(fā)射機(jī)的輸出端，則可用來(lái)提高發(fā)射光功率，增加入纖功

率，延長(zhǎng)傳輸距離。

7.EDFA的主要性能指標(biāo)有哪些？說(shuō)明其含義？

答：（1）增益，是指輸出功率與輸入功率之比G=Pw/Rn,如果用分貝

作單位定義為G=101ogo(Pout/Pin)；

⑵噪聲系數(shù)，是指輸入信號(hào)的信噪比與輸出信號(hào)的信噪比Fn=（SNR）

in/（SNR）outo

8.分別敘述光放大器在四種應(yīng)用場(chǎng)合時(shí)各自的要求是什么？

答：（1）在線放大器：當(dāng)光纖色散和放大器自發(fā)輻射噪聲的累積，尚

未使系統(tǒng)性能惡化到不能工作時(shí)，用在線放大器代替光電光混合中繼器是

完全可以的。特別是對(duì)多信道光波系統(tǒng)，節(jié)約大量設(shè)備投資。（2）后置放

大器：將光放大器接在光發(fā)送機(jī)后，以提高光發(fā)送機(jī)的發(fā)送功率，增加通

信距離。（3）前置放大器：將光放大器接在光接收機(jī)前，以提高接收機(jī)功

率和信噪比，增加通信距離。（4）功率補(bǔ)償放大器：功率補(bǔ)償放大器的運(yùn)

用場(chǎng)合：A.用于補(bǔ)償局域網(wǎng)中的分配損耗，以增大網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)；B4奪光放

大器用于光子交換系統(tǒng)等多種場(chǎng)合。

9.敘述SOA-XGM波長(zhǎng)變換的原理。

答：探測(cè)波4和泵浦波乙經(jīng)耦合注入到SOA中，SOA對(duì)入射光功率存

在增益飽和特性：當(dāng)入射光強(qiáng)增加時(shí)，增益變小；當(dāng)入射光強(qiáng)減小時(shí)，增

益變大。因此，當(dāng)受過(guò)調(diào)制的泵浦波注入SOA時(shí)，泵浦波將調(diào)制SOA的

增益，這個(gè)增益又影響探測(cè)波的強(qiáng)度變化，使得探測(cè)波的強(qiáng)度按泵浦波的

強(qiáng)度變化，用帶通濾波器取出變換后的人信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)從冬到4的全光波

長(zhǎng)變換。

第六章

1.光接收機(jī)中有哪些噪聲？

答：熱噪聲、散粒噪聲和自發(fā)輻射噪聲。

2.RZ碼和NRZ碼有什么特點(diǎn)?

答：NRZ（非歸零碼）：編碼1對(duì)應(yīng)有光脈沖，且持續(xù)時(shí)間為整個(gè)比特

周期，0對(duì)應(yīng)無(wú)光脈沖,RZ（歸零碼）：編碼1對(duì)應(yīng)有光脈沖，且持續(xù)時(shí)間

為整個(gè)比特周期的一半，。對(duì)應(yīng)無(wú)光脈沖。NRZ碼的優(yōu)點(diǎn)是占據(jù)頻寬窄，

只是RZ碼的一半；缺點(diǎn)是當(dāng)出現(xiàn)長(zhǎng)連“1”或“0”時(shí)，光脈沖沒有交替

變換，接收時(shí)對(duì)比特時(shí)鐘的提取是不利的。RZ碼解決了長(zhǎng)連T的問(wèn)題,

但長(zhǎng)連的問(wèn)題沒解決。

3.通信中常用的線路碼型有哪些？

答：擾碼、mBnB碼、插入碼和多電平碼。

4.光源的外調(diào)制都有哪些類型？?jī)?nèi)調(diào)制和外調(diào)制各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？

答：光源的外調(diào)制類型有：電折射調(diào)制、電吸收MQW調(diào)制、M-Z型

調(diào)制。內(nèi)調(diào)制器簡(jiǎn)單且廉價(jià)，這種調(diào)制會(huì)引起輸出光載波的頻率「周啾；外

調(diào)制器可以有更高的速率工作，并且有較小的信號(hào)畸變。

愛麟轆極工作于1普囂以帶寬叁麹掾前置放大器噪聲系數(shù)為4dB,

解：接收機(jī)工作于1550nm,則電離系數(shù)比為勺=。.7,Gm=i,則散粒噪

聲系數(shù)為

-&+。）（2關(guān)"87

熱噪聲電流方差為

d=當(dāng)耳也（帶數(shù)據(jù)自己計(jì)算）

KL

接收機(jī)靈敏度為

人"明入口》+?］（帶數(shù)據(jù)自己計(jì)算）

6.在考慮熱噪聲和散粒噪聲的情況下，設(shè)APD的用&）=2：,公（0』），推導(dǎo)

APD的Gm的最佳值G刖,此時(shí)APD接收機(jī)的SNR最大。