《光纖通信技術(shù)》綜合練習(xí)

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1、《光纖通信技術(shù)》綜合練習(xí) 1 概述 一、填空題 1.目前光纖通信所使用的光波的波長(zhǎng)范圍是（0.8~1.8μm），對(duì)應(yīng)的頻率范圍是（167THz~375THz）。其中三個(gè)低損耗工作波長(zhǎng)是：短波長(zhǎng)為（0.85μm），長(zhǎng)波長(zhǎng)為（1.31μm ）和（1.55μm），對(duì)應(yīng)的損耗值約為（2dB/km），（0.5dB/km）和（0.2dB/km）。 2.光纖通信是以（光波）作為載波，以（光纖）為傳輸介質(zhì)的一種通信方式。 3.目前實(shí)用的光纖通信系統(tǒng)，普遍采用的調(diào)制方式是（強(qiáng)度調(diào)制）和檢波方式是（直接檢波）。 4.光纖數(shù)字長(zhǎng)途通信系統(tǒng)主要有（光發(fā)送機(jī)）、（光接收機(jī)）、（光纜）和（放大器）四大部分組成

2、。 5.通常根據(jù)傳播方向上有無(wú)電場(chǎng)或磁場(chǎng)分量，可將光（電磁波）的傳播形態(tài)分為（TE）波、（TM）波和（TEM）波三類。 二、名詞解釋題 1.光纖通信 光纖通信是以光波作載波，以光纖為傳輸介質(zhì)的一種通信方式。 三、簡(jiǎn)答題 1.何為TEM波，TE波和TM波？ 答：通常，根據(jù)傳播方向上有無(wú)電場(chǎng)分量或磁場(chǎng)分量，可將光（電磁波）的傳播形態(tài)分成如下三類： TEM波：在傳播方向上沒有電場(chǎng)和磁場(chǎng)分量，稱為橫電磁波。 TE波：在傳播方向上有磁場(chǎng)分量但無(wú)電場(chǎng)分量，稱為橫電波。 TM波：在傳播方向上有電場(chǎng)分量而無(wú)磁場(chǎng)分量，稱為橫磁波。 任何光都可以用這三種波的合成形式表示出來(lái)。

3、2.光纖通信的主要優(yōu)點(diǎn)？ 答：（1）傳輸頻帶寬、通信容量大。 （2）傳輸損耗小。 （3）抗電磁干擾能力強(qiáng)。 （4）線徑細(xì)、重量輕。 （5）資源豐富。 3.簡(jiǎn)述光纖通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。 答：光纖通信的發(fā)展趨勢(shì)，可以通過(guò)以下幾個(gè)方面展望： （1）為了實(shí)現(xiàn)越來(lái)越大的信息容量和長(zhǎng)距離傳輸，必須使用低損耗和低色散的單模光纖。 （2）為了適應(yīng)WDM系統(tǒng)的需要，近年已開始研制多波長(zhǎng)光源器件（MLS）。 （3）對(duì)于光纖通信系統(tǒng)的接收端機(jī)，它的光電監(jiān)測(cè)器和前置放大器，主要是向高速率或?qū)掝l帶響應(yīng)方向發(fā)展。 （4）光纖通信系統(tǒng)中的以點(diǎn)到點(diǎn)傳輸?shù)腜DH系統(tǒng)已不能適應(yīng)現(xiàn)代電信網(wǎng)的發(fā)展，因此，光

4、纖通信向聯(lián)網(wǎng)化發(fā)展（SDH）已成為必然趨勢(shì)。 （5）光纖接入網(wǎng)是當(dāng)前重要的研究課題，有望FTTH早日實(shí)現(xiàn)。 四、畫圖題 請(qǐng)畫出光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的原理方框圖。 P.24 圖1-2 預(yù)備知識(shí) 一、簡(jiǎn)答題 1.麥克斯韋方程組各方程式的含義是什么？ 答：方程組中，各式的物理意義為 式（0-1）與式（0-5） ——表示電場(chǎng)隨時(shí)間變化將產(chǎn)生變化磁場(chǎng)，稱為全電流定律。 式（0-2）與式（0-6）——表示變化的磁場(chǎng)將感應(yīng)出變化電場(chǎng)，稱為電磁感應(yīng)定律，又稱法拉第定律。 式（0-3）與式（0-7）——表示磁力線是閉合的，無(wú)頭無(wú)尾的，稱為磁通連續(xù)性定理。

5、 式（0-4）與式（0-8）——表示電位移矢量與源之間的關(guān)系。稱為高斯定理。 2.當(dāng)平面波投射到兩種介質(zhì)分界面時(shí)，將產(chǎn)生什么現(xiàn)象？用什么定律來(lái)說(shuō)明？其表示式是什么？ 答：平面波沿k1方向由介質(zhì)I射到兩介質(zhì)的分界面上，這時(shí)將產(chǎn)生反射和折射。一部分能量沿k1′方向反回原來(lái)的介質(zhì)，這稱為反射波；一部分能量沿k2方向進(jìn)入第二種介質(zhì)，稱為折射波。入射線、反射線、折射線各在k1， k1′，k2方向， θ1， θ1′，θ2為入射線、反射線、折射線與法線之間的夾角，分別稱為入射角、反射角和折射角。 反射和折射的基本規(guī)律是由斯奈耳定律和菲涅爾公式表示的，下面我們給出最后結(jié)果，即表示式為： θ1=θ

6、1′ n1sinθ1= n2sinθ2 斯奈耳定律說(shuō)明反射波、折射波與入射波方向之間的關(guān)系。 水平極化波： 垂直極化波： 菲涅爾公式表明反射波、折射波與入射波的復(fù)數(shù)振幅之間的關(guān)系。 3.什么是臨界角？全反射的條件是什么？ 答：我們把折射角剛好達(dá)到90o時(shí)的入射角稱為臨界角，用θc表示。利用折射定律可得出 全反射的條件是： 4.寫出介質(zhì)I和介質(zhì)II中合成波的表示式？并說(shuō)

7、明其物理意義？ 答：介質(zhì)I中既有入射波，又有反射波，合成應(yīng)為二者的疊加。下面以水平極化波的電場(chǎng)分量為例來(lái)進(jìn)行分析 此式即為在全反射情況下，介質(zhì)I中合成波的表達(dá)式。從式中可得出以下兩個(gè)結(jié)論：（1）第一項(xiàng)cos(k1xx+Φ1)是合成波表達(dá)式的幅度中的一部分，由物理的波動(dòng)學(xué)知道，這是一種駐波的形式，說(shuō)明合成波沿X方向按三角函數(shù)規(guī)律變化，呈駐波分布；（2）第二項(xiàng) ，，，在表達(dá)式中是相位成分，可看出相位隨z增加而落后，即相位隨傳播距離z的增大而越落后。顯然表示是一個(gè)沿Z傳播的成份。即沿Z是呈行波狀態(tài)。 介質(zhì)II中只有折射波E2，現(xiàn)仍以水平極化波為例來(lái)進(jìn)行分析

8、 此式即為在全反射情況下，介質(zhì)II中水平極化波電場(chǎng)分量的表示式。從式中可得出以下兩個(gè)結(jié)論：（1）式中包含兩個(gè)因子，隨Z方向變化的相位因子為 ，它說(shuō)明沿Z方向呈行波狀態(tài)，其相位常數(shù)k2z與介質(zhì)I中的相位常數(shù)相同。說(shuō)明介質(zhì)I中的波和介質(zhì)II中的波是一個(gè)統(tǒng)一波型的兩部分，它們用同樣的速度沿Z方向傳播。（2）隨x方向變化的因子是 ，它是描述幅度情況的因子。說(shuō)明介質(zhì)II中波的幅度隨離開界面的距離越遠(yuǎn)而呈指數(shù)式的減少，減小的速度以參量a來(lái)決定，稱為X方向的衰減常數(shù)。 5.什么是導(dǎo)行波？ 答：當(dāng)衰減常數(shù)a足夠大時(shí)，d很小，介質(zhì)II的波將只存在于介質(zhì)I表面的附近，所以

9、稱為表面波。又因?yàn)樗茄嘏c界面平行的方向傳播，又被介質(zhì)表面所導(dǎo)行，因而也叫導(dǎo)行波，簡(jiǎn)稱為導(dǎo)波。 2 光纖與光纜 1、填空題 1.按照射線理論的觀點(diǎn)，階躍型光纖是根據(jù)光線在纖芯與包層分界面上的（全反射）原理將光線束縛在纖芯中沿光纖軸向傳輸?shù)摹? 2.階躍型光纖中，子午線在包層與纖芯分界面上形成全反射的條件是（ ）。 3.階躍光纖中，子午光線是指（位于光纖子午面內(nèi)）的光線，它的傳輸特點(diǎn)是子午光線在傳輸過(guò)程中始終位于（同一子午面內(nèi)）。 4.從射線理論的觀點(diǎn)，在階躍型光纖端面上的光線在纖芯中形成導(dǎo)波的條件是：光線在光纖端面上的投射角必須滿足關(guān)系式（ ）。 5.所謂弱導(dǎo)波光纖是指纖芯折射

10、率（稍大于）包層折射率的光纖。 6.按照光纖折射率分布的不同，光纖可以分為（階躍型光纖）和（漸變型光纖）；按照光纖中傳輸模式的多少，光纖可以分為（多模光纖）和（單模光纖）。 7.在階躍型（弱導(dǎo)波）光纖中，導(dǎo)波的主模為（），第一高次模為（），其單模傳輸條件是（）。 8.階躍型單模光纖的截止波長(zhǎng)（），它是以（）模的歸一化截止頻率Vc而給出的。 9.所謂光纖的最佳折射指數(shù)分布是指（可以使光纖中產(chǎn)生自聚焦現(xiàn)象）的折射指數(shù)分布。 10.漸變型光纖中，子午光線的自聚焦是指光纖中不同的光線具有（相同的軸向速度）的現(xiàn)象。 11.形成光纖損耗的原因，歸結(jié)起來(lái)主要包括（吸收損耗）和散射損耗兩大類。

11、12.單模光纖中不存在（模式）色散，只有材料色散和波導(dǎo)色散。 13.表示光纖色散程度的物理量是（時(shí)延差）。 14.造成光纖傳輸衰減的原因是（光纖損耗）它主要可以分為（材料吸收損耗）和（材料散射損耗）兩大類。 15.在階躍型光纖中，導(dǎo)波的傳輸條件是（V>VC）而截止條件是（V≤VC）。 16.光纜主要由纜芯、（加強(qiáng)元件）和護(hù)層等幾部分組成。 17.常用通信光纜的纜芯結(jié)構(gòu)有層絞式、單位式、（帶狀式）和骨架式等幾種。 18.對(duì)標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（G.625），在（1.31μm）處，色散系數(shù)D=Dm+Dw=0，這個(gè)波長(zhǎng)稱為（零色散波長(zhǎng)）。 19.按照射線理論，階躍型光纖中的光纖主要有（子午線）

12、和斜射線兩種。 二、名詞解釋題 1.相對(duì)折射率差 2.數(shù)值孔徑 ，它表示光纖端面的集光能力。 3.弱導(dǎo)波光纖 弱導(dǎo)波光纖是指纖芯折射率（n1）稍大于包層折射率（n2）的光纖。 4.光纖的子午面 通過(guò)光纖軸線的平面稱為光纖的子午面。 5.子午光線 子午光線就是位于光纖子午面內(nèi)的光線。 6.導(dǎo)波的基模 在光纖所有導(dǎo)模中，歸一化截止頻率最小的模式稱為導(dǎo)波的基模，亦稱主模。 7.LP模 LP模是線極化模的英文縮寫，所謂線極化就是電磁波的電場(chǎng)強(qiáng)度矢量的端點(diǎn)隨時(shí)間變化的軌跡為一條直線。 8.自聚焦 漸變型光纖中不同射線，具有相同軸向速度的現(xiàn)象。 9.本地?cái)?shù)值孔徑

13、 在漸變型光纖中，把射入纖芯某點(diǎn)r處的光線的數(shù)值孔徑稱為本地?cái)?shù)值孔徑。 10.材料色散 材料色散是由于材料本身的折射率隨頻率而變化，使信號(hào)各頻率成分的群速度不同而引起色散。 11.波導(dǎo)色散 波導(dǎo)色散是對(duì)于光纖某一個(gè)模式而言，在不同的頻率下，相位常數(shù)β不同，使得群速度不同而引起的色散。 12.線極化波 電場(chǎng)矢量空間取向不變，即其端點(diǎn)的軌跡為一直線的波稱為線級(jí)化波。 13.單模光纖的零色散波長(zhǎng) 單模光纖的色散系數(shù)（D）等于零時(shí)所對(duì)應(yīng)的光波長(zhǎng)稱為它的零色散波長(zhǎng)。 三、簡(jiǎn)答題 1.何謂弱導(dǎo)波光纖？它對(duì)光纖的數(shù)值孔徑和模式色散分別會(huì)產(chǎn)生什么影響？ 答：弱導(dǎo)波光纖指纖芯折射率

14、n1稍大于包層折射率n2的階躍型光纖。由于比較小，所以和都比較小。 2.何謂漸變型光纖的最佳折射指數(shù)分布？最佳折射指數(shù)分布形式又是什么？ 答：可以使光纖中產(chǎn)生自聚焦時(shí)的折射率分布稱為最佳折射指數(shù)分布。折射指數(shù)按雙曲正割型分布是最佳折射指數(shù)分布形式。嚴(yán)格來(lái)講，只有折射指數(shù)按雙曲正割型分布時(shí)的光纖，才可使光纖中子午線產(chǎn)生自聚焦，而由于平方律型折射指數(shù)分布光纖的折射率分布，接近于雙曲正割型光纖的折射率分布，因此可以認(rèn)為平方律型折射指數(shù)分布光纖，具有較小的模式色散的特點(diǎn)。它的折射率分布形式，接近于最佳折射指數(shù)分布。其表示式為： 式中 3.何謂漸變

15、型光纖的本地?cái)?shù)值孔徑？ 答：漸變型光纖芯子中的折射指數(shù)n1，隨半徑r而變化，因此其數(shù)值孔徑是芯子端面上位置的函數(shù)。所以把射入纖芯某點(diǎn)r處的光線的數(shù)值孔徑，稱為該點(diǎn)的本地?cái)?shù)值孔徑，記作NA(r)。只有當(dāng)入射光線的端面入射角Φ<Φmax的射線，才可成為導(dǎo)波。漸變型光纖芯子中某點(diǎn)的數(shù)值空間可根據(jù)是（2-5），可寫為： 式中，r為光纖芯子中任一點(diǎn)到軸線之間的距離，n(r)為該點(diǎn)的折射指數(shù)。 4.給出漸變型光纖中導(dǎo)波相位常數(shù)β的解析表示式。 答：在前面分析階躍光纖中標(biāo)量模特性時(shí)，曾確定傳輸常數(shù)β的變化范圍為 對(duì)于導(dǎo)波，應(yīng)限制在纖芯中，

16、此時(shí)，當(dāng)后，導(dǎo)波截止。 分析漸變型光纖中的導(dǎo)波，一個(gè)很重要的目的是找出各模式的相位常數(shù)β的解析式，可利用它分析光纖中的色散特性。 β的解析式，可由式（2-47）求出， 如令，則有p個(gè)m和n的組合，可以得到相等的β值。將p代入式（2-58）得出 可以看出，對(duì)于m和n不同，但p相同的模式，它們的相位常數(shù)相同，因此，這些模式是相互簡(jiǎn)并的。所有β值相同的模式，就構(gòu)成了一個(gè)模式群，而p是模式群的編號(hào)。 5.給出平方律型折射指數(shù)分布光纖的模數(shù)量。 答：經(jīng)分析可知，又，所以平方律型折射指數(shù)分布光纖中總的模數(shù)量為 從式中看出，漸變型光

17、纖中的模數(shù)量與光纖的歸一化頻率的平方成正比，相同V的情況下，它比階躍光纖中的模數(shù)量減少一半。 6.何謂單模光纖的雙折射？ 單模光纖中，兩個(gè)互相正交的偏振模LP01x和LP01y，它們的相位常數(shù)不同，即，這就稱為單模光纖的雙折射現(xiàn)象。 7.單模光纖的雙折射是如何引起的？ 單模光纖中的雙折射是由于實(shí)際光纖的形狀、折射率和應(yīng)力分布等不均勻，從而造成光波在互相正交的兩個(gè)偏振方向上呈現(xiàn)出折射率不同，即，以致使得相位常數(shù)。 8.何謂單模光纖？在階躍型光纖中要實(shí)現(xiàn)單模傳輸必須滿足什么條件？ 在給定的工作波長(zhǎng)上，只傳單一基模的光纖稱為單模光纖。在階躍型光纖中單模傳輸?shù)臈l件是光纖參數(shù)歸一化頻率V必須

18、滿足0

19、別是什么？ ，稱為導(dǎo)波的徑向歸一化相位常數(shù)；，稱為導(dǎo)波的徑向歸一化衰減常數(shù)。 四、畫圖題 1.分別畫出階躍型光纖和漸變型光纖的折射率剖面分布的示意圖。 見教材P.27圖2-2。 2.分別畫出階躍型光纖和漸變型光纖中子午光線傳輸路徑的示意圖。 見教材P.30圖2-6、P.41圖2-8。 五、計(jì)算題 1.已知階躍型光纖的，，工作波長(zhǎng)，纖芯半徑a=25μm。 求：（1）相對(duì)折射率差。 （2）數(shù)值孔徑。 （3）光纖中傳輸?shù)膶?dǎo)模數(shù)是多少？ （4）若要實(shí)現(xiàn)單模傳輸。則纖芯半徑a應(yīng)如何選擇？ （5）10公里光纖的模式色散值。 解：（1） 式中，△稱為相對(duì)折射指數(shù)差，

20、其定義見P.29。當(dāng)與差別極小時(shí)，這種光纖稱為弱導(dǎo)波光纖，此時(shí) （2） 式中，NA稱為數(shù)值孔徑，其定義見P.30。數(shù)值孔徑大表示捕捉射線的能力強(qiáng)?？梢韵胍娙鯇?dǎo)波光纖的△很小，所以NA也不太大。 （3） 而 所以（個(gè)） 式中，M稱為光纖中傳輸?shù)膶?dǎo)模數(shù)，其定義見P.41。而V稱為光纖的歸一化頻率，其定義見P.35~P.39。在光纖中，當(dāng)不能滿足單模傳輸條件（0

21、解出a為 （5） 式中，稱為最大時(shí)延差，即模式色散值。其定義見P.66。弱波導(dǎo)光纖由于△很小，所以也較小。即可以減小模式色散。 2.已知階躍光纖的，，，光纖中的導(dǎo)模數(shù)M=8。 求：纖芯半徑a。 解：因?yàn)? 所以 而 所以 即 3.已知階躍型光纖的，，，纖芯半徑a=7μm。 求：光纖中可以傳輸哪幾種模式？ 解： 因?yàn)? 可見0

22、軸向相位常數(shù)β。 解：（1）因?yàn)? 而 從上式解出W可得： 所以 （2）因?yàn)椋? 所以 5.已知漸變型光纖的纖芯折射率分布為。 求：本地?cái)?shù)值孔徑。 解：因?yàn)? 已知，從此式可得： 所以 6.階躍型光纖中，已知纖芯折射指數(shù)為，相對(duì)折射指數(shù)差，纖芯半徑，工作波長(zhǎng)。 求：（1）光纖中傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量； （2）若要實(shí)現(xiàn)單模傳輸，則纖芯半徑應(yīng)如何選擇？ 解：（1）∵ 而

23、 （2）∵階躍型光纖中的單模條件為 而 ∴ 7.階躍型光纖中，已知纖芯和包層折射指數(shù)分別為，，纖芯半徑，工作波長(zhǎng)。 求：（1）光纖中傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量； （2）每公里長(zhǎng)度光纖的模式色散。 解：（1） 而

24、 ∴ （2） 3光端機(jī)-發(fā)射機(jī) 1、填空題 1.在外來(lái)光子的激發(fā)下，低能級(jí)E1上的電子吸收了光子的能量hf(=E2-E1)而躍遷到高能級(jí)E2的過(guò)程，稱為（受激吸收）。 2.隨著激光器使用時(shí)間的增長(zhǎng)，其閾值電流會(huì)（逐漸增大）。 3.在外來(lái)光子的激發(fā)下，低能級(jí)E1上的電子吸收了光子的能量hf(=E2-E1)而躍遷到

25、高能級(jí)E2的過(guò)程，稱為（受激吸收）。 4.對(duì)光發(fā)射機(jī)的消光比指標(biāo)，一般要求為小于或等于（10%）。 5.隨著溫度的逐步升高，LD的閾值電流（逐漸增大）。 6.激光器主要由能夠產(chǎn)生激光的工作物質(zhì)、（泵浦源）和光學(xué)諧振腔等三部分構(gòu)成。 7.半導(dǎo)體發(fā)光二極管和半導(dǎo)體激光器在結(jié)構(gòu)上的根本區(qū)別是（發(fā)光二極管沒有光學(xué)諧振腔）。 8.激光器光學(xué)諧振腔的諧振波長(zhǎng)的表達(dá)式為（）。 9.光發(fā)射機(jī)主要有輸入電路和（電光轉(zhuǎn)換電路）兩大部分組成。 10.半導(dǎo)體激光器中光學(xué)諧振腔的作用是提供必要的（光反饋）以及進(jìn)行頻率選擇。 11.光發(fā)射機(jī)光接口的主要性能參數(shù)是輸出光功率和（消光比）。 12.光發(fā)射機(jī)的

26、消光比過(guò)大，會(huì)使接收機(jī)的（接收靈敏度）特性變壞。 13.半導(dǎo)體激光器的溫度特性是指（輸出光功率）和閾值電流隨溫度變化的特性。 14.LED適用于（中低速率，短距離）的光纖通信系統(tǒng)。 15.在熱平衡條件下，一個(gè)電子占據(jù)一個(gè)能量為E的能級(jí)的概率f(E)=（）。 16.光纖通信中，光源的作用和目前常用的半導(dǎo)體光源主要有（提供光載波，半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED），半導(dǎo)體激光二極管（LD））；（實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，PIN光電二極管（PIN），雪崩光電二極管（APD））。 17.半導(dǎo)體發(fā)光二極管與半導(dǎo)體激光二極管在結(jié)構(gòu)上的根本區(qū)別是LED（沒有光學(xué)諧振腔），它所發(fā)出的光是（熒光）。 18.光和物質(zhì)相互

27、作用時(shí)存在的三種基本躍遷過(guò)程是（自發(fā)輻射）、（受激輻射）和（受激吸收）。 19.粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布是指（物質(zhì)中高能級(jí)的粒子數(shù)大于低能級(jí)的粒子數(shù)）。此時(shí)，受激輻射的概率（大于）受激吸收的概率。在外來(lái)光子的激發(fā)下，就會(huì)產(chǎn)生光的（放大）作用。 20.處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)的物質(zhì)稱為（增益物質(zhì)（或激活物質(zhì)））。 21.為了獲得穩(wěn)定的激光輸出，激光器必須滿足（振幅平衡）和（相位平衡）兩個(gè)條件。 22.在由LD組成的光發(fā)送機(jī)中，一般都需要采用（溫度）和（功率）自動(dòng)控制電路來(lái)穩(wěn)定激光器的（輸出光功率）和（閾值電流）。 二、名詞解釋題 1.受激輻射 處于高能級(jí)E2的電子，當(dāng)受到外來(lái)光子的激發(fā)而躍

28、遷到低能級(jí)E1，同時(shí)放出一個(gè)能量為hf的光子的過(guò)程。 2.光源的直接強(qiáng)度調(diào)制 直接在光源上進(jìn)行調(diào)制，即直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器的注入電流。 3.光發(fā)射機(jī)的消光比 答： 4.光源的間接強(qiáng)度調(diào)制 間接調(diào)制是指不直接對(duì)光源調(diào)制，而是在光源輸出的通路上外加調(diào)制器來(lái)對(duì)光波進(jìn)行調(diào)制的方式。 5.自發(fā)輻射 處于高能級(jí)E2的電子，在未受到外界激發(fā)的情況下，自發(fā)地躍遷到低能級(jí)E2，在躍遷過(guò)程中，發(fā)射出一個(gè)能量為hf(=E2-E1)的光子，這一過(guò)程稱之自發(fā)輻射。 6.粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布 物質(zhì)中處于高能級(jí)的粒子數(shù)N2大于處于低能級(jí)的粒子數(shù)N1的分布狀態(tài)稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。 7.增益物質(zhì)（或激活物質(zhì)）

29、 處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的物質(zhì)稱為增益物質(zhì)，亦稱為激活物質(zhì)。 8.激光器的閾值條件 閾值條件就是激光器能產(chǎn)生激光振蕩時(shí)的最低增益系數(shù)值,可以表示為。 三、簡(jiǎn)答題 1.光纖通信系統(tǒng)對(duì)半導(dǎo)體光源的基本要求是什么？ 答：（1）光源的發(fā)光波長(zhǎng)應(yīng)符合目前光纖的三個(gè)低損耗窗口；（2）能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，并提供足夠的輸出光功率；（3）與光纖的耦合效率高；（4）光源的譜線寬度窄；（5）壽命長(zhǎng)、工作穩(wěn)定；（6）體積小、重量輕。 2.光纖通信系統(tǒng)對(duì)光發(fā)射機(jī)有哪些要求？ 答：a.有合適的輸出光功率；b.有較好的消光比；c.調(diào)制特性好；d.電路盡量簡(jiǎn)單、成本低、光源壽命長(zhǎng)。 3.激光器諧振腔內(nèi)的激光振蕩

30、是如何產(chǎn)生的？ 答：激光器光學(xué)諧振腔中的工作物質(zhì)在泵浦源的作用下變成激活物質(zhì)后有了放大作用，被放大的光在諧振腔的兩個(gè)互相平行的反射鏡面之間來(lái)回反射，進(jìn)一步得到放大。但是在這一過(guò)程中也要消耗一部分光能（腔內(nèi)損耗和反射損耗），當(dāng)放大足以抵消損耗時(shí)，激光器就形成激光振蕩。 4.激光器主要由哪幾部分組成，各部分的主要功能是什么？ 答：主要由能夠產(chǎn)生激光的工作物質(zhì)、泵浦源和光學(xué)諧振腔三部分組成。工作物質(zhì)的主要功能是能處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)，從而產(chǎn)生激光；泵浦源是使工作物質(zhì)產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的外界激勵(lì)源；光學(xué)諧振腔提供必要的光反饋以及進(jìn)行頻率選擇。 5.何謂光源直接調(diào)制方式？其主要特點(diǎn)是什么？

31、答：直接調(diào)制是指直接在光源上進(jìn)行調(diào)制的調(diào)制方式，即直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器的注入電流的調(diào)制方式，這要特點(diǎn)為簡(jiǎn)單方便；但這種調(diào)制方式會(huì)使激光器的動(dòng)態(tài)譜線增寬，造成在傳輸時(shí)色散影響加大，從而限制了通信容量和傳輸速率。 6.簡(jiǎn)述半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生激光的機(jī)理。 答：在半導(dǎo)體激光器的P-N結(jié)上外加的正向偏壓足夠大時(shí)，將使得結(jié)區(qū)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)，即出現(xiàn)受激輻射大于受激吸收的情況，可以產(chǎn)生光的放大作用。被放大的光在光學(xué)諧振腔中來(lái)回反射，不斷加強(qiáng)。當(dāng)滿足閾值條件后，即可發(fā)出激光。 7.LED和LD的工作特性有哪些不同？在光纖通信中，它們各有什么應(yīng)用？ 答：相對(duì)于LD而言，LED有下列優(yōu)缺點(diǎn)： （1

32、）光譜較寬 由于LED屬于自發(fā)輻射光，因此，其譜線寬度要比LD寬得多，這一點(diǎn)對(duì)于高速信號(hào)的傳輸是不利的。 （2）光源輸出特性曲線（P~I）的線性較好 這是LED的優(yōu)點(diǎn)，在進(jìn)行調(diào)制時(shí)，其動(dòng)態(tài)范圍大，信號(hào)失真小。 （3）與光纖的耦合效率較低 （4）壽命長(zhǎng) （5）溫度特性較好，一般不需要加溫控電路 因此LED適用于中低速短距離光纖通信系統(tǒng)，而LD適用于高速長(zhǎng)距離光纖通信系統(tǒng)。 8.什么是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)？ 答：當(dāng)光照射到半導(dǎo)體的P-N結(jié)上，如果光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度Eg時(shí)，則半導(dǎo)體材料價(jià)帶上的電子吸收光子的能量躍遷到導(dǎo)帶，這樣在導(dǎo)帶中就出現(xiàn)

33、電子，在價(jià)帶中出現(xiàn)空穴，這種過(guò)程就稱為光電效應(yīng)。其中，光電子一空穴對(duì)，總起來(lái)稱為發(fā)生截流子。 四、畫圖題 1.畫出數(shù)字信號(hào)對(duì)LD的直接調(diào)制的原理圖。 P(mw) P(mw) 0 0 t Ib It I(mA) t1 t2 t3 t4

34、 t1 t2 圖中：It——閾值電流 t3 Ib——偏置電流 t4 t 2.畫出光發(fā)射機(jī)輸入盤的原理方框圖。 輸入盤 編碼 擾碼 碼型變換 均衡 時(shí)鐘 3.畫圖表示光與物質(zhì)相互作用的三個(gè)基本物理過(guò)程，即自發(fā)輻射、受激吸收和受激輻射。 E2

35、 ● E2 E2 ● Z → hf =E2-E1 Z → hf =E2-E1 E1 E1 ● E1 E2 ○ E2 ● E2 ○ hf =E2-E1 Z →

36、hf =E2-E1 Z → Z → E1 ● E1 ○ E1 ● （a）原子的自發(fā)輻射 （b）原子的受激吸收 （c）原子的受激輻射 4.畫出直接強(qiáng)度調(diào)制直接檢波光纖數(shù)字通信系統(tǒng)中光發(fā)射機(jī)的發(fā)送盤的原理方框圖。 A T C 發(fā)送盤 驅(qū) 動(dòng) 光 源

37、 光纖 A P C 光監(jiān)測(cè) 告警輸出 5.分別畫出半導(dǎo)體發(fā)光二極管和半導(dǎo)體激光器的典型輸出特性曲線，并在LD的輸出特性曲線上標(biāo)出閾值電流點(diǎn)以及熒光區(qū)和激光區(qū)的范圍。 P(mW) P(mW) 激光

38、 熒光 0 I(mA) 0 It I(mA) （a）LED的P-I特性 （b）LD的P-I特性 6.畫出用模擬電信號(hào)對(duì)LED光源直接強(qiáng)度調(diào)制的原理圖。 見教材P.98圖3-20。 7.畫出強(qiáng)度調(diào)制-直接檢波光纖數(shù)字通信系統(tǒng)中，光發(fā)送機(jī)的基本組成框圖。 見教材P.107圖3-2

39、8。 3光端機(jī)-接收機(jī) 1、填空題 1.為了得到較高的信噪比，對(duì)光接收機(jī)中前置放大器的要求是（高增益、低噪聲）。 2.影響光接收機(jī)靈敏度的一個(gè)主要因素是（光電檢測(cè)器噪聲）。 3.為了使APD正常工作，在其P-N結(jié)上應(yīng)加（高反向偏壓）。 4.PIN光電二極管的響應(yīng)度R0的單位是（A/W）。 5.雪崩光電二極管具有（雪崩倍增）效應(yīng)，使光電流在管子內(nèi)部即獲得了倍增。 6.光接收機(jī)中，判決器和時(shí)鐘恢復(fù)電路合起來(lái)構(gòu)成（脈沖再生）電路。 7.在PIN光電二極管中，P型材料和N型材料之間加的一層輕摻雜N型材料，稱為（本征）層。 8.光接收機(jī)中，由APD引入的噪聲主要有量子噪聲、暗電流

40、噪聲和（雪崩倍增噪聲）等三種。 9.量子效率和（響應(yīng)度）都是描述光電檢測(cè)器光電轉(zhuǎn)換能力的一種物理量。 10.在光接收機(jī)中，與光電檢測(cè)器緊相連的放大器稱為（前置放大器）。 二、名詞解釋題 1.光電檢測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間 響應(yīng)時(shí)間是指半導(dǎo)體光電二極管產(chǎn)生的光電流跟隨入射光信號(hào)變化快慢的狀態(tài)。一般用上升時(shí)間和下降時(shí)間來(lái)表示。 2.APD的雪崩倍增因子 在忽略暗電流影響的條件下，有雪崩倍增時(shí)光電流的平均值與無(wú)雪崩倍增時(shí)光電流的平均值之比。 3.雪崩倍增噪聲 由雪崩管光電倍增作用的隨機(jī)性而引起雪崩管輸出信號(hào)的浮動(dòng)，從而引入的噪聲。 4.光接收靈敏度 在滿足給定的誤碼率指標(biāo)的條件下，光

41、接收機(jī)的最低接收平均光功率。 5.光接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍 是指在保證系統(tǒng)的誤碼率指標(biāo)要求下，接收機(jī)的最低輸入光功率（用dBm來(lái)描述）和最大允許輸入光功率（用dBm來(lái)描述）之差（dB）。 6.光電檢測(cè)器的暗電流 暗電流是指沒有光照射時(shí)光電檢測(cè)器所輸出的電流。 三、簡(jiǎn)答題 1.在數(shù)字光接收機(jī)電路中，為什么要采用均衡器？ 答：在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中，送到發(fā)送光端機(jī)進(jìn)行調(diào)制的數(shù)字信號(hào)是一系列矩形脈沖，具有無(wú)窮的帶寬。這種脈沖從發(fā)送光端機(jī)輸出后要經(jīng)過(guò)光纖、光電檢測(cè)器，放大器等部件，這些部件的帶寬卻是有限的，這樣，矩形脈沖頻譜中只有有限的頻率分量可以通過(guò)，從接收機(jī)主放大器輸出的脈沖形狀

42、不再會(huì)是矩形的了，將可能出現(xiàn)很長(zhǎng)的拖尾，從而使前后碼元的波形重疊產(chǎn)生碼間干擾，嚴(yán)重時(shí)，造成判決電路誤判，產(chǎn)生誤碼。因此，在數(shù)字光接收機(jī)電路中要采用均衡器。 2.什么是APD的雪崩倍增效應(yīng)？ 答：在二極管的P-N結(jié)上加高反向電壓時(shí)，會(huì)在結(jié)區(qū)形成一個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)，在高場(chǎng)區(qū)內(nèi)光子載流子被強(qiáng)電場(chǎng)加速，獲得高的功能，與晶格的原子發(fā)生碰撞，使價(jià)帶的電子得到能量，越過(guò)禁帶到導(dǎo)帶，產(chǎn)生了新的電子一空穴對(duì)，新產(chǎn)生的電子一空穴對(duì)在強(qiáng)電場(chǎng)中又被加速，再次碰撞，又激發(fā)出新的電子一空穴對(duì)……，如此循環(huán)下去，像雪崩一樣發(fā)展，使光電流在管子內(nèi)部即獲得了倍增，這種現(xiàn)象稱為雪崩倍增效應(yīng)。 3.為什么要求數(shù)字光接收機(jī)的接收光功率

43、具有一定的動(dòng)態(tài)范圍？ 答：因?yàn)楫?dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，光纖的損耗將發(fā)生變化；而隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，光源輸出光功率也將變化；也有可能因一個(gè)按標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的光接收機(jī)工作在不同的系統(tǒng)中。這些因素都會(huì)引起接收光功率的不同。因此，要求光接收機(jī)的接收光功率具有一定的動(dòng)態(tài)范圍，才能確保接收機(jī)在不同應(yīng)用條件下正常工作。 4.光接收機(jī)電路中自動(dòng)增益控制的主要作用是什么？ 答：在實(shí)際的系統(tǒng)中，接收到的光信號(hào)有強(qiáng)有弱，這會(huì)導(dǎo)致到達(dá)判決器的信號(hào)大小不穩(wěn)定，不利于判決，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致誤碼。采用自動(dòng)增益控制后，可根據(jù)接收信號(hào)的強(qiáng)弱，通過(guò)反饋電路來(lái)控制主放大器的增益（或APD的雪崩增益），從而使到達(dá)判決器的信號(hào)穩(wěn)定，有利于判決。

44、5.什么是半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)？ 答：當(dāng)光照射到半導(dǎo)體的P-N結(jié)上時(shí)，若光子能量足夠大，則半導(dǎo)體材料中價(jià)帶的電子吸收光子的能量，從價(jià)帶越過(guò)禁帶到達(dá)導(dǎo)帶，在導(dǎo)帶中出現(xiàn)光電子，在價(jià)帶中出現(xiàn)光空穴，即產(chǎn)生光生載流子，這種現(xiàn)象稱為半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)。 6.光接收機(jī)都有哪些噪聲？ 答：光接收機(jī)中的噪聲的主要來(lái)源有光電檢測(cè)器引入的噪聲和光接收機(jī)的電路噪聲。前者包括了量子噪聲，光電檢測(cè)器的暗電流噪聲以及雪崩倍增噪聲。 四、畫圖題 1.畫出光接收機(jī)中，自動(dòng)增益控制的工作原理框圖。 判決器 均衡器 主放大器 前置放大器 光電檢測(cè) 光信號(hào) 峰值檢波器 AGC

45、放大器 APD高壓電路 AGC電路 2.畫出在光接收機(jī)中，單個(gè)脈沖在均衡器前后的波形。 h(t) 0 t (a)均衡前的脈沖波形 h(t)

46、 0 TB 2TB 3TB t 本碼判決時(shí)刻 鄰碼判決時(shí)刻 （b）均衡后的脈沖波形 3.畫出強(qiáng)度調(diào)制直接檢波光纖數(shù)字通信系統(tǒng)中光接收機(jī)的基本組成方框圖。 光纖 編 碼 解 擾 解 碼 判 決 器 均 衡 器 主 放 大 器 前 置 放 大 器 光 電 檢 測(cè) 器

47、 輸出至 光信號(hào) 電 電端機(jī) 信 號(hào) 時(shí) 鐘 恢 復(fù) 自 動(dòng) 增 益 控 制 五、計(jì)算題 4 光纖通信系統(tǒng) 1、填空題 1.在誤碼性能參數(shù)中，嚴(yán)重誤碼秒（SES）的誤碼門限值為（10-3）。 2.對(duì)于8448 kb/s碼速率的數(shù)字信

48、號(hào)，UI的抖動(dòng)對(duì)應(yīng)的時(shí)間為（118 ns）。 3.二次群PCM端機(jī)輸出端口的接口碼速率和接口碼型分別為（8.488 Mb/s，HDB3）。 4.在下列數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的線路碼型中，屬于分組碼的碼型是（5B6B）。 5.在光纖通信系統(tǒng)的光中繼器中，均衡器的作用是（均衡成有利于判決的波形）。 6.三次群PCM端機(jī)輸出端口的接口碼速率和接口碼型分別為（34.368 Mb/s，HDB3）。 7.速率為的NRZ碼經(jīng)4B1H碼型變換后，線路碼的速率是（）。 8.抖動(dòng)的定義為數(shù)字信號(hào)的（有效瞬間）與其理想時(shí)間位置的短時(shí)間偏離。 9.光纖通信系統(tǒng)中的監(jiān)控信號(hào)除了可借助光纜中的金屬導(dǎo)線傳輸外，還可

49、利用（光纖）來(lái)傳輸。 10.光定向耦合器的主要特性參數(shù)有插入損耗、（分光比）和隔離度等。 11.光纖通信系統(tǒng)的輸入抖動(dòng)容限是指系統(tǒng)（輸入脈沖）產(chǎn)生抖動(dòng)的范圍。 12.根據(jù)功能不同，光纖通信的監(jiān)控系統(tǒng)大致可分為對(duì)一個(gè)數(shù)字段進(jìn)行監(jiān)控、（對(duì)多方向進(jìn)行監(jiān)控）和對(duì)跨越數(shù)字段進(jìn)行監(jiān)控等三種。 13.光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的誤碼性能和（抖動(dòng)性能）是傳輸性能中的兩個(gè)主要指標(biāo)。 14.對(duì)光隔離器的主要要求是插入損耗低和（隔離性能好）。 15.在輸入信號(hào)無(wú)抖動(dòng)的情況下，光纖數(shù)字通信系統(tǒng)輸出信號(hào)的抖動(dòng)范圍稱為（輸出抖動(dòng)容限）。 16.在光纖通信系統(tǒng)中，利用光纖來(lái)傳輸監(jiān)控信號(hào)時(shí)，通?？刹捎妙l分復(fù)用和（時(shí)分復(fù)用

50、）兩種傳輸方式。 17.光纖通信中常用的線路碼型主要有（mBnB）、（偽雙極性碼）、（插入比特碼）、（加擾二進(jìn)碼）。 18.mBlH碼是在m比特信碼流以后插入（一個(gè)混合碼（H碼））。 19.mBlP碼是在每m比特信碼流以后插入（一個(gè)奇、偶校正碼（P碼））。 20.mBlC碼是在每m比特信碼流以后插入（一個(gè)反碼（C碼））。 21.根據(jù)功能的不同，光纖通信監(jiān)控系統(tǒng)的三種基本組成方式是（對(duì)一個(gè)數(shù)字段的監(jiān)控）、（對(duì)多方向的監(jiān)控）和（對(duì)跨越數(shù)字段的監(jiān)控）三種。 22.在光纖通信的監(jiān)控系統(tǒng)中，用光纖傳輸監(jiān)控信號(hào)的方式可以分為（頻分復(fù)用傳輸方式）和（時(shí)分復(fù)用傳輸方式）兩種。 23.在光纖通信的

51、保護(hù)倒換系統(tǒng)中，保護(hù)方式主要有（m:n主備比方式）和（1+1保護(hù)方式）兩種。 24.在一個(gè)實(shí)用的光纖數(shù)字通信系統(tǒng)中，需要在發(fā)送端設(shè)置（脈沖插入）和接收端設(shè)置（脈沖分離）電路，以便用來(lái)傳送（監(jiān)控信號(hào)）、（公務(wù)聯(lián)絡(luò)信號(hào)）、（區(qū)間通信信號(hào)）以及其它信號(hào)。 25.對(duì)于64kb/s速率。系統(tǒng)參考模型有（假設(shè)參考連接（HRX））、（假設(shè)參考數(shù)字鏈路（HRDL））和（假設(shè)參考數(shù)字段（HRDS））三種假設(shè)形式。 26.一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的假設(shè)參考連接（HRX）包含14個(gè)（假設(shè)參考數(shù)字鏈路）和13個(gè)（數(shù)字交換點(diǎn)），全長(zhǎng)（27500公里），它是一個(gè)全數(shù)字的（64kb/s）的連接。 27.對(duì)于HRDL，我國(guó)長(zhǎng)途一級(jí)干

52、線的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)途為（5000公里）；對(duì)于HRDS，我國(guó)長(zhǎng)途一級(jí)干線的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為（420公里），長(zhǎng)途二級(jí)干線的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為（280公里），市話的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為（50公里）。 28.在數(shù)字通信系統(tǒng)中，表示誤碼性能的參數(shù)主要有（誤碼秒比）和（嚴(yán)重誤碼秒比）分別用于（數(shù)據(jù)通信）和（電話）通信。 29.在光纖數(shù)字通信系統(tǒng)中，表示抖動(dòng)性能參數(shù)主要有（輸入抖動(dòng)容限）、（無(wú)輸入抖動(dòng)時(shí)的輸出抖動(dòng)容限）和（抖動(dòng)轉(zhuǎn)移特性）。 30.衡量抖動(dòng)大小的物理是（抖動(dòng)峰一峰值）其單位是（數(shù)字周期（U I））。 二、名詞解釋題 1.mB1H碼 將信碼流中每m比特碼分為一組，然后在其末位之后插入一個(gè)混合碼。 2.比特誤碼

53、率 誤碼率（BER）的定義為 3.單位間隔（UI） 一個(gè)比特傳輸信息所占的時(shí)間。 4.輸出抖動(dòng)容限 輸出抖動(dòng)容限是指在輸入信號(hào)無(wú)抖動(dòng)的情況下，光纖數(shù)字通信系統(tǒng)輸出信號(hào)的抖動(dòng)范圍。 5.插入比特碼 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1個(gè)比特碼，這樣的碼型稱之插入比特碼。 6.抖動(dòng) 數(shù)字信號(hào)的有效瞬間與其理想時(shí)間位置的短時(shí)間偏離。 7.mBnB碼 mBnB碼又稱分組碼，它是把輸入信碼流中每m比特分為一組，然后在相同時(shí)隙內(nèi)變換為n比特，并且n>m。 8.誤碼秒比 9.嚴(yán)重誤碼秒比 10.假設(shè)參考數(shù)字鏈路 見教材P.208 11.假設(shè)

54、參考數(shù)字段 見教材P.208 12.誤碼率 見教材P.209 13.抖動(dòng) 見教材P.212 14.抖動(dòng)峰—峰值 見教材P.212 15.數(shù)字周期（UI） 見教材P.212 16.輸入抖動(dòng)容限 見教材P.213 17.光通道色散代價(jià) 見教材P.156第2行 18.傳輸系統(tǒng)的可靠性和可靠度 見教材P.165 三、簡(jiǎn)答題 1.簡(jiǎn)述光隔離器的主要作用和要求。 答：光隔離器的主要作用是只允許正向光信號(hào)通過(guò)，阻止反向光返回。對(duì)光隔離器的主要要求是插入損耗低、隔離性能好。 2.數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中，線路碼型應(yīng)滿足哪些條件？ 答：應(yīng)滿足以下幾個(gè)條件： （1）避免在

55、信碼流中出現(xiàn)長(zhǎng)“0”和長(zhǎng)“1”； （2）能進(jìn)行不中斷業(yè)務(wù)的誤碼監(jiān)測(cè)； （3）盡量減少信碼流中直流分量的起伏。 3.光纖連接器的主要作用和要求是什么？ 答：光纖連接器用于設(shè)備與光纖之間的連接、光纖和光纖之間的連接或光纖與其它無(wú)源器件的連接。對(duì)它的要求是：連接損耗小，穩(wěn)定性好，重復(fù)性和互換性好，裝、拆方便，體積小，成本低。 4.在光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中涉及哪些系統(tǒng)部件的選擇？ 答：涉及下列系統(tǒng)部件的選擇（1）工作波長(zhǎng)的選擇；（2）光源的選擇；（3）光電檢測(cè)器的選擇；（4）光導(dǎo)纖維的選擇。 5.光纖定向耦合器有哪幾個(gè)主要參數(shù)？它們的物理含義是什么？ 答：主要參數(shù)有隔離度，插入損耗和

56、分光比等。隔離度表示耦合器兩個(gè)輸入端口間的隔離程度；插入損耗表示耦合器損耗的大??；分光比等耦合器兩個(gè)輸出端口的光功率之比。 6.在我國(guó)采用的準(zhǔn)同步數(shù)字體系中，PCM端機(jī)輸出端口的接口速率和接口碼型分別是什么？ 答：群路等級(jí) 一次群（基群） 二次群 三次群 四次群 接口速率 2.048 8.448 34.368 139.264 接口碼型 HDB3 HDB3 HDB3 CMI 四、畫圖題 1.畫出最簡(jiǎn)單的光中繼器原理方框圖。 前置 放大器 調(diào) 制 電

57、路 主放大 均 衡 判 決 光 源 發(fā)送光

58、 信號(hào) 自動(dòng)增 益控制 時(shí) 鐘 提 取 自動(dòng)增 益控制 光電 檢測(cè)器 接收光 信號(hào) 五、計(jì)算題 1.已知一單模光纖通信系統(tǒng)，其光發(fā)射機(jī)的平均發(fā)送光功率為1mW，接收機(jī)靈敏度為一35dBm，全程光纖平均接頭損耗為0.05dB/km。系統(tǒng)富裕度取為6dB。若系統(tǒng)中繼傳輸距離為80km，則應(yīng)選擇光纖每公里損耗上限為多少？ 解：根據(jù)題意可得，，，，。 由 由

59、 2.已知一光纖通信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)的平均發(fā)送光功率為0.5mW，接收機(jī)靈敏度為-38dBm，光纖損耗為0.34dB/km，全程光纖平均接頭損耗為0.05dB/km，設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)富裕度為6dB。試核算該系統(tǒng)的無(wú)中繼傳輸距離是否滿足100km的要求。 解：根據(jù)題意可得，，，，。 由 由

60、 ∴ 該系統(tǒng)的無(wú)中繼傳輸距離不能滿足100km的要求 3.一光纖通信系統(tǒng)的光纖損耗為0.33dB/km，光發(fā)射機(jī)的平均發(fā)送光功率為1dBm，全程光纖平均接頭損耗為0.04dB/km。設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)富裕度為6dB，無(wú)中繼傳輸距離為80km?，F(xiàn)選擇一接收機(jī)，在滿足系統(tǒng)誤碼率指標(biāo)條件下，其允許的最小接收光功率為1μW，試核算該接收機(jī)能否滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。 解：根據(jù)已知可得：，，，，，。 由 由

61、 ∵ ∴ 該接收機(jī)不能滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 4.已知一個(gè)565Mb/s單模光纖傳輸系統(tǒng)，其系統(tǒng)總體要求如下： （1）光纖平均衰減系數(shù)為0.4dB/km，光纖平均接續(xù)損耗為0.1dB/km，光發(fā)送機(jī)的平均輸出光功率為-3dBm，光接收機(jī)靈敏度為-56dBm； （2）光纖線路上的線路碼型為5B6B，光纖色散系數(shù)為2ps/km.nm，采用多縱模激光器，其譜線寬度為1.8nm。設(shè)計(jì)中，取一個(gè)光纖活動(dòng)連接器的損耗為1dB。光纜富裕度為0.1dB/km，設(shè)備富裕度為5dB，光通道色散代價(jià)為

62、1dB。 求：最大中繼距離。 解：據(jù)題意可知：，，，，，，， ，， （多縱模激光器） 因?yàn)? 而 可見 所以取 5.某光纖通信系統(tǒng)，在保證誤碼率為10-9指標(biāo)下，光接收機(jī)所要求的最低光功率為-44dBm，光發(fā)送機(jī)平均發(fā)送光功率為1mw；又知光纖的平均衰減系數(shù)和接續(xù)損耗分別為0.3dB/km和0.1dB/km。設(shè)計(jì)中，取一個(gè)光纖活動(dòng)接頭的損耗為1dB，光纜富裕度為0.1dB/km，設(shè)備富裕度為5dB，光通道色散代價(jià)為1dB。 求：最大中繼距離。 解：據(jù)題意可知：， ，，，，， 6.在某光纖傳輸系統(tǒng)，已知光接收機(jī)靈敏度為0.1uw，光纖衰減系數(shù)

63、為0.4dB/km，光纖接續(xù)損耗為0.1dB/km。設(shè)計(jì)中，取一個(gè)光纖活動(dòng)接頭的損耗為1dB，光纜富裕度為0.1dB/km。設(shè)備富裕度為6dB，光通道色散代價(jià)為1dB。 試問(wèn)當(dāng)最大中繼距離為45km時(shí)，要求光發(fā)送機(jī)的平均發(fā)送光功率是多少？ 解：據(jù)題意可知：，，， ，，，， 因?yàn)? 從上式解出可得： 所以 7.某光纖傳輸系統(tǒng)，已知光發(fā)送機(jī)的平均發(fā)送光功率為-3dBm，光接收機(jī)所允許的最大光功率為-16 dBm，光纖平均衰減系數(shù)為0.3 dB/km，光纖接續(xù)損耗系數(shù)為0.1 dB/km，最大中繼距離為50 km。設(shè)計(jì)中，取一個(gè)光纖活動(dòng)連接器的損耗為1

64、dB，光纜富裕度0.1 dB/km，設(shè)備富裕度為5 dB，光通道色散代價(jià)為1 dB。 求：光接收機(jī)的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍各是多少？ 解：因?yàn)? 式中 上述公式中表示發(fā)送光功率（dBm），表示接收靈敏度（dBm）, 和分別表示線路系統(tǒng)發(fā)送端和接收端活動(dòng)連接器的接續(xù)損耗（dB），是設(shè)備富余度（dB），是光纜富余度（dB/km），是單盤光纖長(zhǎng)度（km），n是中繼段內(nèi)所用光纜的盤數(shù)，是單盤光纜的衰減系數(shù)（dB/km），則是中繼段的平均光纜衰減系數(shù)（dB/km），是光纖各個(gè)接頭的損耗（dB），則是中繼段平均接頭損耗（dB），是由光纖色散模分配噪聲和啁啾聲所引起的色散代

65、價(jià)（dB）（功率損耗），通常應(yīng)小于1dB。 據(jù)題意可知，，， ， ，，，（令），， 則 從上式可解出為 而 所以 7 光放大器 1、填空題 1.目前，摻鉺光纖放大器小信號(hào)增益的最高值可達(dá)（40dB左右）。 2.摻鉺光纖放大器中，用于降低放大器噪聲的器件是（光濾波器）。 3.EDFA中將光信號(hào)和泵浦光混合起來(lái)送入摻鉺光纖中的器件是（光耦合器）。 4.隨著輸入光功率的逐步增加，EDFA功率增益的變化趨勢(shì)為（先逐步增大，后不變）。 5.目前，EDFA噪聲系數(shù)的范圍約在（3dB--4dB）。 6.

66、EDFA作光中繼器使用時(shí)，其主要作用是使（光信號(hào)放大）。 7.隨著輸入光功率的逐步增加，EDFA輸出光功率的變化趨勢(shì)為（先逐步增大，后保持不變）。 8.EDFA的工作波長(zhǎng)所處的范圍是（1.53μm—1.56μm）。 9.摻鉺光纖放大器作前置放大器使用時(shí)，其主要作用是（提高光接收機(jī)靈敏度）。 10.按照泵浦方式的不同，EDFA可分為（同向泵浦結(jié)構(gòu)）、反向泵浦結(jié)構(gòu)和雙向泵浦結(jié)構(gòu)等三種形式。 11.EDFA功率增益的定義式為（）。 12.目前，EDFA采用的泵浦光波長(zhǎng)有0.98μm和（1.48μm）兩種。 13.EDFA的主要特性指標(biāo)是功率增益、輸出飽和功率和（噪聲系數(shù)）。 14.摻鉺光纖放大器在光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用主要有作為（前置放大器）、（功率放大器）和（光中繼器）。 15.摻鉺光纖放大器的優(yōu)點(diǎn)之一是工作波長(zhǎng)處在（1530~1565nm(或1.53~1.56μm)）范圍，與光纖最低損耗窗口一致。 二、名詞解釋題 1.摻鉺光纖放大器的功率增益、輸出飽和功率和噪聲系數(shù) 見教材P.260，P.261，P.262 三、簡(jiǎn)答題 1.在摻鉺光纖放大器中，摻鉺光