光纤通信

第一章 概述
1 用光导纤维进行通信最早在哪一年由谁提出? 1966年由英籍华人高锟提出。

2 光纤通信有哪些优点?频带宽、传输容量大；损耗小、中继距离长；重量轻、体积小； 抗电磁干扰性能好；泄漏小、保密性好；节约金属材料，有利于资源合理使用。

3 光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分作用。

点对点光纤通信系统通常由光发射机、光纤、光中继器和光接收机四部分组成，如下图所示：
光放大器光纤信
息
光发射机的作用是把电信号转变为光信号注入光纤传输，它通常由复用器、调制器和光源组成。

复用器的作用是把多路信息信号复用为时分复用（TDM ）信号或频分复用（FDM ）信号。

调制器的作用是用复用信号直接调制（IM ）激光器（LD ）的光强，或通过外调制器调制 LD 的相位。

光源是把电信号转换为光信号，以便在光纤中传输。

光接收机的作用是把经光纤传输后的微弱光信号转变为电信号，对其放大并解调出原基带信号。

光中继器的作用是对经光纤传输衰减后的信号进行放大。

光中继器有光-电-光中继器和全光中继器。

如需对业务进行分出和插入，可使用光-电-光中继器；如只要求对光信号进行放大，则可以使用光放大器。

光纤是光信号传输的介质。

4 简述通信网络的分层结构。

P12
5 简述通信网络的发展过程。

P8
第二章 光纤和光缆
1 用光线光学方法简述多模光纤导光原理。

当入射角超过临界角时，没有透射光，只有反射光，这就是多模光纤波导传输光的原理。

2 作为信息传输波导，实用光纤有哪两种基本类型？多模光纤和单模光纤
3 什么叫多模光纤？什么叫单模光纤？如果光纤只支持一个传导模式，则称该光纤为单模光纤。

相反，支持多个传导模式的光纤称为多模光纤。

4 光纤传输电磁波的条件有哪2个？光纤传输电磁波的条件除满足光线在纤芯和包层界面上的全反射条件外，还需满足传输过程中的相干加强条件。

5 造成光纤传输损耗的主要因素有哪些？哪些可以改善的？最小损耗在什么波长范围内？引起光纤衰减的原因是光纤对光能量的吸收损耗、散射损耗和辐射损耗。

吸收损耗是可以改善的。

最小损耗在1.55um 波段内。

6 什么是光纤的色散？对通信有何影响？多模光纤的色散由什么色散决定？单模光纤色散又有什么色散决定？
色散是由于不同成分的光信号在光纤中传输时，因群速度不同产生不同的时间延迟引起的一种物理效应。

光信号分量包括发送信号调制和光源谱宽中的频率分量，以及光纤中的不同模式分量。

如果信号是模拟调制，色散限制了带宽；如果信号是数字脉冲，色散使脉冲展宽，从而影响系统传输的比特速率和光纤带宽。

多模光纤的色散由模式色散决定，单模光纤色散由色度色散决定。

7 光纤数值孔径的定义是什么？其物理意义是什么？P61
8 单模光纤的传输特性用哪几个参数表示？传输特性用衰减、色散和带宽表示。

9 多模光纤有哪两种？单模光纤又有哪几种？多模光纤有阶跃多模光纤和渐变多模光纤。

单模光纤有G.652光纤、G.653光纤、G.654光纤、G.655光纤、全波光纤和色散补偿光纤。

10 简述G.652光纤、G.653光纤、G.654光纤、G.655光纤和全波光纤的特征。

G.652光纤是普通单模光纤，G.653光纤是色散移位光纤，G.654光纤是损耗最小光纤，G.655光纤是非零色散移位光纤，全波光纤是无水峰光纤，色散补偿光纤是具有负的大色散光纤。

11 简述光时域反射计的用途。

光时域反射计（OTDR）不仅可以测量光纤损耗系数和光纤长度，而且还可以测量连接器和熔接头的损耗，观测光纤沿线的均匀性和确定光纤故障点的位置，在工程上获得了广泛地使用。

第三章光纤通信器件
1 连接器和跳线的作用是什么？P110 接头的作用又是什么？P113
2 耦合器的作用是什么？它有哪几种？把一个或多个光输入分配给多个或一个光输出。

3 对光的调制有哪两种？简述它们的区别。

P136 直接调制是信号直接调制光源的输出光强;外调制是信号通过外调制器对连续输出光进行调制。

4 光开关的作用是什么？主要分为哪两类？P146-147
5 简述光隔离器的作用。

P153 消除反射光的影响
6 简述光环形器的作用。

P155
7 简述介质薄膜干涉滤波器解复用器的作用。

在由四分之一波长厚的多层介质膜组成的电介质镜中，所有从前后相挨的两个界面上反射的波都具有相长干涉的特性(相位差为180度)，经过几层这样的反射后，透射光强度将很小，而反射系数将达到 1。

介质薄膜光滤波器解复用器就是利用光的干涉效应选择波长。

连续反射光在前表面相长干涉复合，在一定的波长范围内产生高能量的反射光束，在这一范围之外，则反射很小。

第四章光源和光发射机
1 简述半导体发光原理。

P163
2 简述激光器和光探测器的本质区别。

光探测器的原理是，低能带上的电子吸收入射光子的能量后被激励跃迁到较高的能带上，在半导体结上外加电场的作用下，在外电路上可以取出处于高能带上的电子，使光能转变为电能。

而激光器的原理是将电能转变为光能。

这就是说他们的本质区别。

3 激光器起振的阈值条件是什么？受激发射使腔内获得的光增益正好与腔内损耗相抵消。

4 激光器起振的相位条件是什么？谐振腔内的前向和后向光波发生相干。

5 实际使用中为什么总是用热电致冷器对激光器进行冷却和温度控制？
激光器的阈值电流和输出功率对温度很敏感，所以在实际使用中总是用热电致冷器对激光器进行冷却和温度控制。

6 半导体激光器的基本特性是什么？有阈值特性、温度特性和波长特性。

7 简述DFB激光器的工作原理。

DFB激光器的工作原理与F-P腔LD的工作原理不同。

F-P腔的反射只发生在解理端面，在腔体任一点，都是这些端面反射的左右行波的干涉；而DFB内部具有一个对波长有选择性的衍射光栅，在腔内的每一点都有反射，从而使只有满足布拉格波长条件的光波才能建立起振荡。

DFB激光器在腔内的每一点都有反射，其腔体损耗与纵模有关。

增益曲线首先和模式具有最小损耗的曲线接触的模开始起振，并且变成主模。

其它相邻模式由于其损耗较大，不能达到阈值，因而也不会从自发辐射中建立起振荡。

这些边模携带的功率通常占总发射功率的很小比例(<1%)。

8 LED和LD的主要区别是什么？
LED和LD的主要区别是，LED本质上是非相干光源，它的发射光谱是半导体材料导带和价带的自发辐射谱线，所以谱线较宽；而LD是相干光源，它的谱线很窄。

9 LED是阈值器件吗？LED不是阈值器件, LD是阈值器件。

第五章光探测及光接收机
1. 光探测器的作用是什么? 利用光电效应把光信号转变为电信号。

2. 光接收机的作用是什么? 把光信号转变为电信号，并放大、整形、再生成原输入信号。

3. 光纤通信中最常用的光电检测器是哪两种？ PIN和APD
4. PIN和APD探测器的主要区别是什么? APD利用雪崩倍增效应使光电流得到倍增，所以APD能够提供内部增益，而PIN却不能。

5. 数字光接收机主要由哪几部分组成?
由前置放大器、线性放大以及数据恢复三部分组成。

线性放大由主放大器、均衡器和自动增益控制电路组成，数据恢复又由判决电路和时钟恢复电路组成。

6. 通常数字光接收机要求BER是多少? 要求BER是9
10
7. 接收机灵敏度的定义是什么?
P)。

接收光功率(rec
8. 监测光纤通信系统性能好坏通常采用什么最直观简单的方法？
在实验室里观察码间干扰是否存在的最直观、最简单的方法是眼图分析法。

第六章 光放大器
1 全光传输中继器和传统的再生中继器的主要区别是什么？
传统的再生中继器要完成光-电-光转换过程；而全光传输中继器不需要光-电-光变换，它直接对光信号进行放大。

2 EDFA 和光纤喇曼放大器哪个是集中式放大？哪个是分布式放大？工作波段是什么？
EDFA 是集中式放大，光纤喇曼放大器是分布式放大。

EDFA 工作在C 波段，光纤喇曼放大器可以在光纤的全波段工作。

3 EDFA 和光纤喇曼放大器的增益频谱由什么决定？增益介质有何不同？
EDFA 的增益特性与泵浦方式及光纤掺杂剂有关。

光纤喇曼放大器的增益频谱只由泵浦波长决定，而与掺杂物的能级电平无关，所以只要泵浦波长适当，就可以在任意波长获得信号光的增益。

EDFA 的增益介质是掺铒光纤，光纤喇曼放大器的增益介质就是传输光纤本身。

4 光放大器对不同传输速率的数字和模拟信号都能放大吗？对PDH 和SDH 信号都能放大吗？对调制方式有无选择性？
光放大器对不同传输速率的数字和模拟信号都能放大。

对PDH 和SDH 信号都能放大。

对调制方式没有选择性。

5 光放大器噪声指数的定义是什么？
定义为光放大前的光电流信噪比()in SNR 与放大后的光电流信噪比()out SNR 之比。

6 EDFA 噪声指数的理想值是多少？ 理想值是3dB
7 光放大器可同时放大多个WDM 信道吗？有无限制？
光放大器可同时放大多个WDM 信道，只要WDM 波长在光放大器的增益带宽内。

8 如何使半导体激光器变为半导体光放大器？
要想把半导体激光器（LD ）变为半导体光放大器（SOA ），必须把解理面的反射损耗减小到足够小。

9 光放大器的主要用途是什么？
光放大器有四种主要用途：
（1）在长距离通信系统中，取代电中继器做在线放大器；
（2）把它插在光发射机之后，来增强光发射机功率；
（3）为了提高接收机的灵敏度，也可以在接收机之前，插入一个光放大器，对微弱光信号进行预放大，这样的放大器称为前置放大器；
（4）光放大器的另一种应用是用来补偿局域网（LAN ）的分配损耗。

第七章 光纤传输系统
1. 什么是调制？什么是非相干调制？什么是相干调制？
调制是用数字或模拟信号改变载波的幅度、频率或相位的过程。

改变载波幅度的调制叫非相干调制，而改变载波频率或相位的调制叫相干调制。

2. 什么是直接调制？什么是外调制？ 直接调制是信息信号直接调制光源的输出光强；外调制是信息信号通过外调制器对连续输出光进行调制。

3. 解释 IM/DD 的含义？ IM/DD 方式是用电信号直接调制（IM ）光载波的强度，在接收端，光信号被光电二极管直接探测（DD ），从而恢复发射端的电信号。

4. 解释 SCM 的含义？
副载波调制（SCM ）是首先用信息信号调制一个比基带信号最高频率高几倍的载波，然后用该载波信号再去调制光波，因为信号是用光波传输的，载波对光波而言只扮演着副载波的作用，所以这种技术就称为副载波调制(SCM)。

5. 编码的目的是什么？
编码的目的是使输出的二进制码不要产生长连“1”或长连“0”，而是使“1”码和“0”码尽量相间排列。

这样既有利于时钟提取，也不会使判决产生误码。

6. SDH 干线采用什么码型？ SDH 干线系统采用扰码的NRZ 码。

7. 什么是信道复用？在电域内，信号复用主要有哪两种？在光域内,信号复用主要有哪三种？
为了便于光纤传输，把多个低容量信道复用到一个大容量传输信道的过程叫信道复用。

在电域内，信号复用可分为时分复用(TDM)、频分复用(FDM)和码分复用；在光域内，信号复用可分为光时分复用(OTDM)、光频(波)分复用(OFDM ，WDM)和光码分复用。

8. 简述 TDM 和 WDM 系统的不同。

电时分复用(TDM)光纤通信系统是采用交错排列多路低速模拟或数字信道到一个高速电信道上传输的技术。

在光纤信道上只有一个波长。

在接收端采用电解复用器。

WDM 是在发射端，多个信道调制各自的光载波，波长复用后在光纤线路上传输。

在光纤信道上有多个波长。

在接收端使用光频选择器件对复用信道解复用。

第八章 系统设计
1. 光纤通信系统的基本结构有哪几种？
光纤通信系统除点对点结构外，另外四种基本结构是树形、总线形、环形和星形。

2. 试画出点对点光纤传输系统的构成。

P349 图8.1.2
3. 什么是损耗限制系统？什么是色散限制系统？
当系统的传输距离是由损耗所限制时，我们说该系统是损耗限制系统。

色散导致光脉冲展宽，从而构成对系统BL 乘积的限制。

当色散限制的传输距离小于损耗限制的传输距离时，该系统就是色散限制系统。

4. 如何进行系统的功率预算？
光纤通信系统功率预算的目的是，保证系统在整个工作寿命内，接收机要具有足够大的接收光功率，以满足一定的误码率要求。

如果接收机的接收灵敏度为rec P ，发射机的平均输出光功率为out P ，则应该满足 m tot rec out P L P P ++=
式中tot L 是通信信道的所有损耗，m P 为系统的功率余量, out P 和rec P 的单位为dBm ，tot L 和
m P 的单位用dB 表示。

信道的损耗tot L 应为光纤线路上所有损耗之和
spL con tot L L L L ++=α α表示光纤损耗系数(单位为dB/km), L 为传输长度, con L 为光纤连接损耗, spL L 为光纤熔接损耗。

5. 如何进行系统的带宽预算？
光纤色散引起输入脉冲展宽，脉冲展宽τ∆又与上升时间 r T 有关。

所以带宽设计实际上就是进行系统及其各组成部分的上升时间预算。

光纤通信系统必须保证系统上升时间满足
B T /35.0r ≤ 对 RZ 码 T B r ≤070./ 对 NRZ 码
系统的总上升时间r T 与各组成部分的上升时间的关系是
2rec 2f 2tr 2r T T T T ++=
式中tr T 、f T 和rec T 分别为发射机、传输光纤和接收机的上升时间。

6. 假如移动交换中心（MSC ）信号占用一个波长信道，设计一个点到点的WDM 系统的构成框图
假如MSC 信号占用一个波长信道，一种点到点WDM 系统的可能设计框图是
2。