光纤期末考试模板A莆田学院

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莆田学院期末考试试卷（A）卷
2010 — 2011 学年第二学期
课程名称：光纤通信适用年级/专业： 08/通信
试卷类别开卷（）闭卷（√）学历层次本科考试用时 120分钟
《．考生
．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．》．
．．注意：答案要全部抄到答题纸上，做在试卷上不给分
一、填空题（每空2分，共30分）
1. 目前光纤通信中广泛使用的光源主要有半导体激光器和发光二极
管。

2. 按照光纤中传输模式的多少，可以将光纤分为多模光纤和单模光纤
两类。

3. 渐变型光纤中，不同的射线具有相同轴向速度的现象称为自聚焦现
象。

4. 受激辐射过程中发射出来的光子与外来光子不仅频率相同，而且相位、偏
振方向、传播方向都相同，因此，称它们为相干光。

5. 雪崩光电二极管具有雪崩倍增效应，使光电流在管子内部即获得了倍
增。

6. 半导体P-N结上外加负偏电压产生的电场方向与内部电场方向一
致,这有利于耗尽层的加宽。

7. 一个GaAs PIN光电二极管，平均每四个入射光子产生一个电子—空穴对，
假设所有的电子都被收集，该器件的量子效率为25%。

8. 常用的SDH设备有：终端复用器、分插复用设备ADM和数字交叉连
接设备等。

9. SDH中STM-N的速率是 155.520Mb/s*N 。

10.光纤数字通信系统中，误码率和抖动性能是系统传输性能的两
个主要指标。

11.目前EDFA采用的泵浦光波长为0.98μm和 1.48μm两种。

12.目前研制的光放大器可分为半导体光放大器和光纤放大器两类。

13.光接收机噪声的主要来源有光电检测器引入的噪声和前置放大器引入的噪
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声 两类。

二、单项选择题（每小题2分，共20分）
1. 在阶跃型弱导波光纤中，第一高次模为______。

A.01LP
B.00LP
C .11LP
D.02LP 2. 光信号在光纤中沿轴向传播一段距离所需的时间称为______。

A .时延
B.时延差
C.脉冲延迟
D.脉冲宽
度
3. 在下列特性参数中，不属于单模光纤的特性参数是______。

A.数值孔径
B.截止波长
C.衰减
D .折射率分布
4. 为了使雪崩二极管正常工作，应在其PN 结上加______。

A .高反向偏压 B.低正向偏压 C.高正向偏压
D.低反向偏压
5. 光纤衰减系数的单位是______。

A.dB
B.dBm
C.dBm/km
D .dB/km
6. 已知某Si-PIN 光电二极管的响应度00.5R A W =，一个光子的能量为
192.2410J -⨯，电子电荷量为191.610C -⨯，则该光电二极管的量子效率为
______。

A.40%
B.50%
C.60%
D .70% 7. STM-N 信号一帧的字节数为______。

A.9270N ⨯⨯
B.9261N ⨯⨯
C.9270⨯
D.9261⨯ 8. 在误码性能参数中，严重误码秒（SES ）的误码率门限值为______。

A.610-
B.510-
C.410-
D .310-
9. 在EDFA 中,用于降低放大器噪声的器件是______。

A.光耦合器
B.光滤波器
C. 波分复用器
D.光隔离器 10.目前，掺铒光纤放大器的噪声系数可低达______。

A.-3dB~0dB
B.0dB~3dB
C .3dB~4dB
D.10dB~15dB
三、简答题（每小题7分，共28分）
1. 画出光时域反射仪工作原理的系统框图。

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1．光时域反射仪是利用后向散射法的原理设计的。

（7分）
2. 在LD 驱动电路里，为什么要设置温度自动控制电路？具体措施是什么？功率自动控制实际是控制LD 的哪几个参数？
答.在LD 的驱动电路里，设置自动温度控制电路是因为半导体光源的输出特性受温度影响很大，特别是长波长半导体激光器对温度更加敏感，为保证输出特性的稳定，对激光器进行温度控制是十分必要的。

（2分）
温度控制装置一般由致冷器、热敏电阻和控制电路组成。

致冷器的冷端和激光器的热沉接触，热敏电阻作为传感器，探测激光器结区的温度，并把它传递给控制电路，通过控制电路改变致冷量，使激光器输出特性保持恒定。

（3分）
控制电路实际控制的是：换能电路的输出、三极管的基极电流和致冷器的电流。

（2分）
3. 什么叫副载波复用？
答 副载波复用是在电域上实现的频分复用（FDM ）。

（2分）N 路模拟基带信号分别对射频正弦载波1f ，2f ，3f ，……，N f 进行调制，然后把这N 个已调信号组合成一路信号，再用这个复合电信号对光载波（主载波）进行调制，然后将产生的已调光信号发送到光纤上。

（3分）光信号经光纤传输后，由光接收机实现光/电转换，得到FDM 电信
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号，再经分离（一般采用带通滤波器）和解调，最后输出N 路模拟基带信号。

（2分）
4. 简述马赫—曾德尔干涉仪（MZI ）的工作原理。

答: 考虑MZI 作为一个解复用器的情况。

这时只有一个输入，假设从输入端口1输入，经过第一个定向耦合器后，功率平均分配到两臂上，但是在两臂上的信号有了π/2的相差，下臂上的信号比上臂滞后π/2。

（2分）如果下臂与上臂的长度差为ΔL ，则下臂信号的相位进一步滞后βΔL ，β为光在MZI 介质中的传输常数。

在第二个定向耦合器的输出1处，来自下臂的信号又比来自上臂的信号延迟了π/2，因此，在输出1处，两信号总的相位差为
2
2
L π
π
β+∆+。

同理，在输出2处，两信号总的相位差为
22
L L π
π
ββ+∆-
=∆。

（2分）在输入1的所有波长中，满足βΔL=k π(k 为奇数)条件的波长，由输出1输出；满足βΔL=k π(k 为偶数)条件的波长由输出2输出。

而β=(2
πn)/λ，n 为介质折射率，λ为光波长，通过适当设计就可以实现波的解复用。

如果两臂长度差为ΔL ，只是输入1输入，则单个MZI 的功率传递函数为
()()211212sin 2cos 2L T f L T f ββ∆⎛⎫
⎪
⎛⎫= ⎪ ⎪ ⎪∆ ⎪
⎝⎭ ⎪
⎝⎭
，其中f 为光频率。

（3分）
四、计算题（每小题11分，共22分）
1. 一阶跃光纤，纤芯半径25a m μ=，折射率1 1.5n =，相对折射率差1%∆=，长度1L km =。

试求： （1）光纤的数值孔径； （2）子午光线的最大时延差；
（3）若将光纤的包层和涂覆层都去掉，求裸光纤的NA 和最大时延差。

答．（1）12 1.520.010.212NA n =∆=⨯⨯=。

（3分）
（2）最大时延差1max 8
1.51000
0.0150310n L ns c τ⨯∆≈∆=
=⨯（2分） （3）若将光纤的包层和涂敷层去掉，则此时1 1.5n =，2 1.0n =（2分），所以
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22
212 1.51 1.118NA n n =-=-=（2分）
112
max 2
1.67n L n n s c n τμ-∆=
=（2分）
2. 已知有一个565 Mb/s 的单模光纤传输系统，其系统总体要求如下： （1）光纤通信系统的光纤损耗为0.1 dB/km ，有5个接头，平均每个接头损
耗为0.2 dB ，光源的入纤功率为-3 dBm ，接收机灵敏度为-46 dBm （BER=1010-）；
（2）光纤线路上的线路码型是5B6B ，光纤的色散系数为2 ps/(km.nm)，光源
光谱宽度为1.8 nm 。

求：最大的中继距离为多少？
注：设计中选取色散代价为1 dB ，光连接器损耗为1 dB （发送和接收端各
一个），光纤损耗余量为0.1 dB/km ，系统余量为5.5 dB 。

答（1）2t r c e s d
f m
P P M L ααααα-----≤
+（2分）
式中t P 为平均发射功率（dBm ），r P 为接收灵敏度（dBm ），c α为连接器损耗（dB/对），
e M 为系统余量（dB ），
f α为光纤损耗系数（dB/km ），s α为光纤总的接头损耗（dB ），m
α为每千米光纤线路损耗余量（dB/km ），L 为中继距离（km ），d α分别是色散代价。

将已知数据代入上式得3(46)2 5.550.21
167.50.10.1
L km ------⨯-≤
=+（3分）
（2）因为6
010b L F C λ
εσ⨯=（2分）
所以 6
0.1151047.16
5652 1.8
5
L km ⨯=
⨯⨯⨯（3分） 最大中继距离应取上述计算结果167.5km 和47.1km 中的较小者，因此系统的中继距离最大为47.1km 。

（1分）
8 / 8。