宁波工程学院光纤通信包含公式的版本.docx

1.光纤通信是以光波为载波，以光纤为传输介质的通信方式2•光纤通信优势：承载信息的载波f高一带宽宽一通信容量大3•光纤通信的三个低损耗窗口（传输窗口）是什么0.85 口 m、1.31 口 m和 1.55 口m4•光纤通信的优点：（1）容许频带很宽，传输容量很大；（2）损耗很小， 中继距离长且误码率很小；（3）重磁量轻，体积小；（4）抗电干扰性能好； （5）泄露小、保密性能好；（6）节约金属材料，有利于资源合理利用第二章1.光纤的基本结构：纤芯：a , n1；包层：b , n2 光能在光纤中 传输的必要条件n1> n2 ；将光限制在包层的光纤纤层中的作用原理：纤芯一一 包层界面上的全反射2. （按折射率分布分类），光纤分两类为：①阶跃光纤②渐变光纤传输模式数量分：①单模光纤-允许1个模式（基模）；②多模光纤一一传 输多个模式3•阶跃光纤子午射线的数值孔径一表征光纤接收或输出光的能力：■VI - W -时=%癒其中：相对折射率差：★可见：NA只取决于n1和n2,与a无关★ NA取值要适当NA（或0 c）越大，光纤接收光的能力越强，从光源到光 纤的耦合效率越高；纤芯对光能量的束缚越强，光纤抗弯曲性能越好。

但NA越大经光纤传输后产生的信号畸变越大，因而限制了信息传输容量所以要根据实际使 用场合，选择适当的 NA4. 单模传输条件：入 ＞入 （入c为截止波长）V=2na/入M（n「2-n2“2）截止波长:V=2.405入c/入或入c=V入/2.4055. 光纤的传输特性参数主要是：损耗特性、色散特性和光纤的非线性效应6. 什么是光纤的损耗（光纤对光波的衰减效应）损耗用衰减系数表示：(XCtL -川 Jg的单位：dB/km可见：总损耗=7. 光纤损耗分三类：①•吸收损耗； ②•散射损耗； ③•其他损耗光纤弯曲损耗：光纤弯曲半径越大，弯曲损耗越小8. 什么是光纤的色散？在光纤中，光信号是由很多不同的成份（如不同模式、不同频率）组成的，由于不同成份的信号传播速度不同，经过光纤传输一段距离后，不同成份之间出现时延差，从而引起信号畸变，这种现象称为色散光纤的色散通常用色散系数D表示，色散系数D的单位为：Ps /（nm・km）光纤色散分三类： ① 模式色散 ② 材料色散 ③ 波导色散9. 光纤损耗和色散对光纤传输性能的影响：损耗(dB/km)——光功率1(按指数衰减，PO = Pi e-aZ)直接影响中继距 离；色散(ps/nm.km) 光脉冲展宽和码间串扰。

损耗和色散最终影响通信距离和容量第三章l.(P48)光纤通信系统中所用的光器件可分为哪两大类有源器件和 无源器件(P48) 什么是有源器件? 什么是无源器件? 有源器件包括光源、光检测器和光放大器， 无源器件主要有连接器、耦合器、波分复用器、调制器、光开关和隔离器等，2•半导体激光器是向半导体PN结注入电流，实现粒子数反转分布，产生受激 辐射，再利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光振荡的3•光与物质相互作用的三种基本过程：①受激吸收；②自发辐射；③受激辐 射4•什么是泵浦源？不需要经过光-电-光的变换，直接对光信号进行放大的有源 器件★LD工作的先决条件是：必须使用外部能源泵浦，以实现粒子数反转分布5. 半导体光源LED和LD的应用场合LED通常和多模光纤耦合，用于1.3 口 m （或0.85 口 m）波长的小容量短距离 系统LD通常和G.652或G.653规范的单模光纤耦合，用于1.3 口 m或1.55 口 m大 容量长距离系统6. （P53）半导体激光器发射光波波长：.加 1.24 .— > ■■■ = 丫 7. 光纤通信常用光电检测器有哪两种？半导体PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）。

灵敏度要求不高的场合，一般采用半导体PIN光电二极管8. 光电检测器的工作原理：是把光信号转换为电信号的功能，所依据半导体PN结的物理效应一一光电效 应9. 光接收机中，雪崩光电二极管引入的噪声为量子噪声，光电检测器的暗电 流噪声雪崩管倍增噪声10. （P67）什么是光纤连接器光纤与光纤之间进行可拆卸（活动）连接的器件，主要用于光纤线路与光发 射机输出或光接收机输入之间，或光纤线路与其他光无源器件之间的连接11. 什么是光定向耦合器，波分复用器，其功能是什么？光定向耦合器是一种2*2的3端或4端耦合器，其功能是分别取出光纤中向 不同方向传输的光信号定向耦合器可用作分路器，不能用作合路器波分复用器是一种与波长有关的耦合器，其功能是把多个不同波长的发射器 输出的光信号组合在一起12. 光环行器与光隔离器异同点 光隔离器主要用在激光器光放大器后面，以避免发射光回到流器件致使器件性能变化，光信号只能延规定的端口顺序传输环行器有多个端口外，相当于多个隔离器组成1. 光源输出光谱谱线宽度越窄，性能越好★谱线宽度越窄、光纤传输频带越宽，则光纤的通信容量越大2•光源的调制分为两类：①直接调制（内调制）②间接调制（外调制）3. 直接光强度数字调制时，通常：对LD：需要给激光器加一偏置电流lb。

对LED:不需要给激光器加一偏置电流lb4. （P89）光接收机灵敏度的定义在保证通信质量（限定误码率或信噪比）的条件下，光接收机所需的最小平均接受光功率

min，并以 dBm 为单位 Pr=10lg[

min（W）/10=3]5•数字光纤通信中，常用有哪些码型？扰码、mBnB码和插入码第五章1.最基本的同步传输模块STM-1的传输速率为155.520Mb/s，计算同 步传输模块 STM-4 (4* 155.520=622.080)、STM-16 (2488.320)、STM-64 的传输 速率2. SDH帧结构可分成3个区域 段开销，信息载荷，管理单元指针3. SDH核心的三个特点是：同步复用、强大的网络管理能力和统一的光接口 及复用标准4. 各种业务信号装入STM-N帧的过程，都需要经过哪三个步骤映射； 定位校准；复用)……映射是指支路信号适配装入虚容器VC的过程5. SDH网络的主要特点是端到端之间存在一条以上的路径，可同时构成一条 以上的传输通道，通过DXC的灵活配置，是网络具有更好的抗毁性和更高的可靠 性6. (P119)中断距离设计 考虑损耗限制和色散限制损耗限制~ 引心' +轴色散限制 L二(LVI5* 1(^ _ D 11St 1()^ _ 们血血|疔 L 168 + 3 * 2.S对于 SLM—LD£=0.0306，对于 MLM—LD£=0.1151. 光纤通信的新技术：光放大技术，光波分复用技术，光交换技术，光弧子 通信，相干光通信，光时分复用技术和波长变换技术。

光分复用技术充分利用光源 的带宽资源，提高传输特性2. EDFA的工作原理及其应用形式?掺铒光纤放大器的工作原理:在掺铒光纤中，铒离子有三个能级：期中能级1 代表基态，能量最低：能级 2 是亚稳态，处于中间能级;能级 3代表激发态，能量 最高当泵浦光的光子能量等于能级 3 和能级 1 的能量差时，铒离子吸收泵浦光从 基态跃迁到激发态但是激发态是不稳定的，铒离子很快返回到能级 2.如果输入 的信号光的能量等于能级 2 和能级 1 的能量差，则处于能级 2 的铒离子将跃迁到基 态，产生受激辐射光，因而信号光得到放大由此可见，这种放大是由于泵浦光的 能量转换为信号光能量的结果为提高放大器增益，应提高对泵浦光的吸收，使基 态铒离子尽可能跃迁到激发态应用：中继放大器：在光纤线路上每隔一定距离设置一个光纤放大器，一延长传输 距离、前置放大器：此放大器置于光接收机前面，放大非常微弱的光信号，以改善 接收灵敏度作文前置放大器要求噪声系数尽量小后置放大器：此放大器置于光接收机的后面，以提高发射光功率对后置放 大器的噪声要求不高，而饱和输出光功率是主要参数3. 对于980nm泵浦和1480nm泵浦的EDFA，哪一种泵浦方式的功率转换效率 高？那一种泵浦的噪声系数小？为什么？答：980nm。

980nm因为更容易达到激发态4. EDFA 的泵浦光源典型工作波长为 980nm2- 5 光纤通信为什么向长波长、单模光纤方向发展？答：长波长、单模光纤比短波长、多模光纤具有更好的传输特性1)单模光 纤没有模式色散，不同成分光经过单模光纤的传播时间不同的程度显著小于经过多 模光纤时间不同的程度(2)由光纤损耗和波长的关系曲线知，随着波长增大，损耗 呈下 降趋势，且在1.55 口 m处有最低损耗值；而且在1.31口 m和1.55 口 m处的色 散很小故目前长距离光纤通信一般工作在1.55umo3- 20什么是粒子数反转？什么情况下能实现光放大？答：假设能级E1和E2上的粒子数分别为N1和N2,在正常的热平衡状态 下，低能级E1上的粒子数N1是大于高能级E2上的粒子数N2的，入射的光信号总 是被吸收为了获得光信号的放大，必须将热平衡下的能级E1和E2上的粒子数 N1和N2的分布关系倒过来，即高能级上的粒子数反而多于低能级上的粒子数，这 就是粒子数反转、当光通过粒子数反转分布激活物质时，将产生光放大4- 1激光器(LD)产生弛张振荡和自脉动现象的机理是什么？他的危害是什 么？应如何消除这两张现象的产生？答：当电流脉冲注入激光器后，输出光脉冲出现幅度逐渐衰减的振荡，称为 弛张振荡。

弛张振荡的后果是限制调制速率当最高调制频率接近弛张振荡频率 时，波形失真严重，会使光接收机在抽样判决时增加误码率，因此实际中最高调制 频率应低于弛张振荡频率某些激光器在脉冲调制甚至直流驱动下，当注入电流达 到某个范围时，输出光脉冲出现持续等幅的高频振荡，这种现象称为自脉动现象 自脉动频率可达2GHz,严重影响LD的高速调制特性3-9半导体激光器的发射光子的能量近似等于材料的禁带宽度，已知GaAs材 料的Eg=1.43eV，某一 InGaAsP材料的Eg=0.96eV，求它们的发射波长答：公式1.24Eg=1.43 入二 0.867 口m Eg=0.96 入二 01.29口m2-10一阶跃折射率光纤的相对折射率差i-0.005.nl - 1.5，当波长分别为0.85,1.31,1.55um时，要实现单模传输，纤芯半径a应小于多 少？答：单模传输：V=2.4D5 * A- n2^左 < 吐4a < 2.164tt<3.36入=0.85,入=1.31,入=1.55,2-24 —段12km长的光纤线路，其损耗为1.5dB/km试问:(1) 如果在接收端保持0.3 口 m的接收光功率，则发送端的功率至少为多少(2) 如果光纤的损耗变为2.5dB/km，则需要的输入光功率为多少？答：1.光纤线路总损耗为1.5dB/km*12km=18dB。