光纤通信技术考试试卷

《光纤通信》
专业班级_______________ 姓名_______________ 学号_______________
注意事项：1. 本试卷共四道大题，考试时间为150分钟；
2. 计算结果必须有单位。

3. 计算中如果用到以下常数，可分别取为：
普朗克常数：S J 10
63.634
⋅⨯=-h 基本电荷电量：19106.1-⨯=e C ； 玻尔兹曼常数： J/K 1038.123-⨯=B k ；光速： m /s 100.38
⨯=c
4．可能用到的主要公式有：62/3879.2619.165.0/--++≈V V a W NL in eff P L φγ= eff A n k /20=γ j NL j P M )12)(/(-=αγφ
一．填空题：(30分, 每空1分，9-10题每题2分)
1. 光纤通信是用__________作为载波、用_________作为传输媒体的一种通信方式。

2. 衡量单信道通信容量的BL 积中，B 是指________________, L 是指_______________。

3. 光纤通信中OTDM 是指______________________, DPSK 是指____________________, NRZ 是指
_______________码，DSF 是指___________________，LD 是指_________, LED 是指________________, APD 是指_____________________。

4. 模拟信号转变成数字信号主要包括_____________、______________和编码三个步骤。

5．单模光纤中的色散主要有______________、材料色散和_____________________。

6．光纤中的非线性主要有_____________________、交叉相位调制、_________________、受激布里渊散射和_________________________.
()T
rec A Q P qQF f R M
σ=
+∆1.424 1.247g E x
=+2
() 1.350.720.12g E y y y =-+1
2
rec p P N h B ν=
22
2
2()42()O
in B n
A in d L
I MRP SNR k T fF qM F RP I f R σ=
=
∆+∆+
int 12
11ln()2g a L R R =+
7．光接收机前端包括________________和前置放大器，线性通道包括主放大器和_____________，数据恢复包括_________________、______________和解码。

8．在SAGCM-APD中，A是指_________________层，G是指______________层，C是____________________层，M是____________________层。

9．某光接收机保持特定误码率要求时，能接受的最小平均光功率为500 nW，该接收机此种条件下接收灵敏度为________________dBm。

10. 某光发射机发射的“1”信号功率为1mW，“0”信号功率为10 W，该光信号消光比______________dB。

二. 选择题（18分，每题3分，单选题）
1. 以下关于光纤传输特性论述错误的是：
A、低速（2.5Gb/s）光纤通信系统中损耗限制占主导地位；
B、高速（10Gb/s及以上速率）光纤通信系统中色散限制超过损耗限制；
C、单信道高速光纤通信系统中非线性效应不会影响传输特性；
D、多信道光纤通信系统中需要重点考虑非线性效应限制。

2．以下关于光纤论述正确的是：
A、光纤的损耗理论上可以无限小；
B、G.652光纤的零色散点在1550nm附近；
C、G.653光纤适合用在多信道光通信系统中；
D、受激喇曼散射可以用来实现光放大。

3．以下关于半导体发光基础论述错误的是：
A．热平衡是半导体材料中费米能级是统一的；
B．俄歇复合会降低器件的内量子效率；
C．光子入射到半导体材料中会产生受激辐射也会产生受激吸收；
D．正向偏置PN结中外加电场与自建电场方向相反。

4．以下关于半导体激光器的论述错误的是：
A. 条形半导体激光器是在双异质结基础之上再加了一维限制作用；
B. 增益导引条形激光器中在平行于结平面方向存在内建折射率波导；
C. VCSEL容易实现单纵模是因为谐振腔很短；
D. 激光器中不同的横模会对应不同的纵模频率。

5．以下关于光发射机的论述正确的是：
A. 发射机中采用的LD最大优点是温度稳定性好；
B．直接调制LD时输出波长会在上升和下降沿产生瞬时漂移；C．LED中因为存在谐振腔对外界的反射光很敏感；
D．光电延时是LD调制时的固有特性，是没有办法减小的。

6．以下关于光探测器的论述正确的是：
A. 一个光子入射肯定能产生一个光生载流子；
B．APD散粒噪声增强就是指对输入散粒噪声电流的倍增；
C．载流子移动时扩散速度比漂移速度快；
D．光电二极管工作时是反向偏置的。

三．分析和简答题（24分）
1.画出多信道光纤通信系统结构简图，说明主要器件功能（8分）
2.分别说明双异质结激光器和双异质结PIN的优点（8分）
1）A点输入信号为NRZ格式的2.5Gb/s的
1100111011111000信号，画出A点波形，
要求标出时间刻度；
2）画出LD发出光波波形；
3）问引入A点信号到D点的目的是什么？画
图说明。

四．某光纤通信线路长90km ，工作在1550nm 处，工作速率为10Gb/s, 现在需要对激光器、光纤线路和接收机进行设计：（28分）
1． 若采用DFB 激光器作为光源，有源腔长为300μm ，有源区折射率为3.3，对应阈值电流时增益系数为
55 cm －
1，分布式布拉格光栅对激射波长的反射率为90％，问有源区内部损耗系数最大为多少？（5分）
2． 接收机中若采用InGaAs 的双异质结PIN ，量子效率为90％，等效噪声带宽为工作速率的一半，
T=290K ，前端等效输入电容为0.003 pF ，放大器噪声指数为6dB ，计算该接收机保证误码率为10－12
的灵敏度是多少？（9分）
3． 该光纤在1550nm 时色散为16ps/nm.km ，损耗为0.2dB/km ，有效面积为80μm 2。

现用色散为－
100ps/nm.km 、损耗为0.6dB/km 、有效面积为30μm 2的DCF 补偿光纤色散，问需要的色散补偿光纤长度为多长？若发射机耦合到光纤中功率为2mW ，线路中在DCF 前使用增益为20dB 的EDFA ，问在整条线路中非线性相移为多大？其中石英光纤的非线性折变系数为20
10
3-⨯m 2/W （9分）
4． 针对接收机中InGaAs 的PIN ，其中的InGaAs 是基于InP 的化合物，材料组分决定其禁带宽度，异质
结是晶格匹配的，计算其禁带宽度及对应的吸收截止波长；（5分）。