光纤通信期末考试简答

简答题

1、画出光纤通信系统的基本组成框图。

基本光纤传接 收发 射

2、光纤通信系统中，电信号对光的调制的实现方式有哪两种？简述各自含义及特点。 答：电信号对光的调制的实现方式分别为直接调制和外调制。直接调制是用电信号直接调制半导体激光器或发光二极管的驱动电流，使输出光随电信号变化而实现的。

这种方案的特点是技术简单，成本较低，容易实现，但调制速率受激光器的频率特性所限制。

外调制是把激光的产生和调制分开，用独立的调制器调制激光器的输出光而实现的。

外调制的特点是调制速率高，但技术复杂，成本较高。因此只有在大容量的波分复用

和相干光通信系统中使用。

3、简述半导体激光器工作原理。

答：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。

4、简述数字通信系统和模拟通信系统的区别。

答：数字通信系统用参数取值离散的信号(如脉冲的有和无、电平的高和低等)代表信息，强调的是信号和信息之间的一一对应关系；

模拟通信系统则用参数取值连续的信号代表信息，强调的是变换过程中信号和信息之间的线性关系。这种基本特征决定着两种通信方式的优缺点和不同时期的发展趋势。

5、什么是电光延迟和张弛振荡？会产生什么样的后果？

答：（1）输出光脉冲和注入电流脉冲之间存在一个初始延迟时间，称为电光延迟时间t d ，其数量级一般为ns ；

（2）当电流脉冲注入激光器后，输出光脉冲会出现幅度逐渐衰减的振荡，称为张弛振荡；

（3）产生的后果：张弛振荡和电光延迟的后果是限制调制速率。

6、光纤通信有哪些优点？

答：（1） 容许频带很宽，传输容量很大；

（2） 损耗很小，中继距离很长且误码率很小；

（3） 重量轻、体积小；

（4） 抗电磁干扰性能好；

（5）泄漏小，保密性能好；

（6）节约金属材料，有利于资源合理使用。

7、基本光纤传输系统有哪几部分组成？简述各部分的主要功能及主要组成部分。

答：基本光纤传输系统由光发送机、光纤线路和光接收机三部分组成。

（1）光发送机的主要功能：是把输入的电信号转换为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。

主要组成部分包括光源、驱动器和调制器。

（2）光纤线路的主要功能：是把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变(失真)和衰减传输到光接收机。

主要组成部分包括光纤、光纤接头和光纤连接器。

（3）光接收机的主要功能：是把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号，并经放大和处理后恢复成发射前的电信号。

主要组成部分包括光电检测器，放大器，耦合器，解调器和相关电路。

8、光纤损耗产生的原因及其危害是什么？

答：光纤损耗的原因包括吸收损耗和散射损耗两部分。

吸收损耗：是由SiO2材料引起的固有吸收和由杂质引起的吸收产生的。

散射损耗：主要由材料微观密度不均匀引起的瑞利散射和由光纤结构缺陷(如气泡)引起的散射产生的。

瑞利散射损耗是光纤的固有损耗，它决定着光纤损耗的最低理论极限。

损耗的危害就是会使光信号幅度减小，以致于限制系统的传输距离。

9、光纤通信为什么向长波长、单模光纤方向发展？

答：从多模突变型（SIF）、渐变型（GIF）光纤到单模（SMF）光纤，损耗依次减小。在0.8～1.55μm波段内，除吸收峰外，光纤损耗随波长增加而迅速减小。在1.39μm OH-吸收峰两侧1.31μm和1.55μm存在两个损耗极小的波长“窗口”。另一方面，从色散的讨论中看到：从SIF、GIF光纤到SMF光纤，色散依次减小（带宽依次增大）。石英单模光纤的零色散波长在1.31μm，还可以把零色散波长从1.31μm移到1.55μm，实现带宽最大损耗最小的传输。正因为这些特性，使光纤通信从SIF、GIF光纤发展到SMF光纤，从短波长（0.85μm）“窗口”发展到长波长（1.31μm和1.55μm）“窗口”，使系统技术水平不断提高。

10、根据下图说明光隔离器的工作原理？

SOP

(a)

(b)

答：

具有任意偏振态的入射光首先通过一个空间分离偏振器(SWP: Spatial Walk off Polarizer)。这个SWP 的作用是将入射光分解为两个正交偏振分量，让垂直分量直线通过，水平分量偏折通过。两个分量都要通过法拉弟旋转器，其偏振态都要旋转45°。法拉弟旋转器后面跟随的是一块半波片。这个半波片的作用是将从左向右传播的光的偏振态顺时针旋转45°，将从右向左传播的光的偏振态逆时针旋转45°。因而法拉弟旋转器与半波片的组合可以使垂直偏振光变为水平偏振光，反之亦然。最后两个分量的光在输出端由另一个SWP 合在一起输出，如图(a)所示。

另一方面，如果存在反射光在反方向上传输，半波片和法拉弟旋转器的旋转方向正好相反，当两个分量的光通过这两个器件时，其旋转效果相互抵消，偏振态维持不变，在输入端不能被SWP 再组合在一起，如图

(b)所示，于是就起到隔离作用。

11、数字通信系统和模拟通信系统的优点分别有哪些？

答：(1) 数字通信系统的优点如下：

① 抗干扰能力强，传输质量好。

② 可以用再生中继，传输距离长。

③ 适用各种业务的传输，灵活性大。

④ 容易实现高强度的保密通信。

⑤ 数字通信系统大量采用数字电路，易于集成，从而实现小型化、微型化，增强设备可靠性，有利于降低成本。

(2) 模拟通信系统的优点如下:

占用带宽较窄外，电路简单易于实现、价格便宜等。

12、光纤通信系统中对光检测器的具体要求有哪些？

答：光纤通信系统中对光检测器的具体要求是：

（1）波长响应要和光纤低损耗窗口（0.85μm 、1.31μm 和1.55μm ）兼容；

（2）响应度要高，在一定的接收光功率下，能产生最大的光电流；

（3）噪声要尽可能低，能接收极微弱的光信号；

（4）性能要稳定，可靠性高，寿命长，功耗和体积小。

13、数字光发射机和数字光接收机的主要功能有哪些？

答：数字光发射机的主要功能是把电端机输出的数字基带电信号转换为光信号（电/光转换是用承载信息的数字电信号对光源进行调制来实现的）；并用耦合技术有效注入光纤线路。

数字光接收机的主要功能是是把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为