《光纤通信》复习题(刘增基第二版)
《光纤通信网络（第2版）》习题及题解
1《光纤通信网络（第2版）》习题及题解3-16 从SDH 的帧结构计算STM-1和STM-64每秒传送的比特速率 解：对于STM-1（N = 1），每秒传送的比特速率为8 比持/字节 ⨯ 9 ⨯ 270字节/帧 ⨯ 8 000帧/秒 = 155.52 Mb/s对于STM-64（N = 6 4），每秒传送速率为 8 ⨯ 9 ⨯ 270 ⨯ 64 ⨯ 8 000 = 9953.28 Mb/sSDH 各等级信号的标准速率如附录F 所示。
4-1 mW 和dBm 换算一个LED 的发射功率是3 mW ，如用dBm 表示是多少？经过20 dB 损耗的光纤传输后还有多少光功率？解：LED 的输出功率用式（B.1）计算为dBm = 10 log P = 10 log 3 ≈ 4.77 dBm或者从附录D 中查表也可以近似得到。
经过20 dB 损耗的光纤传输后，还有4.77 - 20 = -15.23 dBm 的光功率。
4-2 光纤衰减注入单模光纤的LD 功率为1 mW ，在光纤输出端光电探测器要求的最小光功率是10 nW ，在1.3 μm 波段工作，光纤衰减系数是0.4 dB/km ，请问无需中继器的最大光纤长度是多少？ 解：由式（4.1.3）可得3in9dB out111010lg 10lg 125 km 0.41010PL P α--⎛⎫⎛⎫=== ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭4-3 计算单模光纤脉冲展宽考虑波长1 550 nm 处，用群速度色散17 ps/nm ⋅km 的标准单模光纤传输10 Gb/s 的信号，计算经100 km 传输后的脉冲展宽。
如果改用色散值为3.5 ps/nm ⋅km 的色散移位单模光纤传输，脉冲展宽又是多少？ 解：对于10 Gb/s 的信号，其脉冲宽度为τ = 100 ps ，光谱带宽近似为∆f = 1/τ = 10 GHz ，对应的波长带宽由附录式（F.4）得到nm 08.01031010101.5589262=⨯⨯⨯=∆=∆-）（ c f λλ 利用式（4.1.6）可以得到标准单模光纤的脉冲展宽为ps 13608.010100173cd =⨯⨯⨯=∆=∆λτDL色散移位单模光纤的脉冲展宽为2ps 2808.0101003.53cd =⨯⨯⨯=∆=∆λτDL4-4 计算单模光纤带宽计算例4-3的标准单模光纤段和色散移位光纤段的带宽。
《光纤通信》第二版(刘增基)课后作业题
nm；两种，应用较多的是 980nm 泵
浦源，其优点是
。
（4）其泵浦方式按泵浦所在位置分为三种：①如图（a）为
；② 如图（b）为
；
③双向泵浦。
（5）双向泵浦对信号的放大特性与信号传输方向
。（填“有关”或“无关”）
。 的能量转换为信号光的结果。为提高放大器增益，
应提高对
的吸收。
阅读下图 EDFA 的结构，按要求完成各题。
掺铒光纤
输 输出
光隔离器
波分复用器
光隔离器
入 滤波器
光信号
光
信号
泵浦源
熔接点
输 输出
光信号 信号
光隔离器
掺铒光纤 熔接点
图（a）
波分复用器
光隔离器
泵浦源
入 滤波器
光
图（b）
（1） —
是 EDFA 的核心部件，它以石英光纤作为基质，在纤芯中掺入固体激光工作物质— 。
（2）掺铒光纤的模场直径为 3‐‐6µm，比常规光纤小很多，这是为了提高信号光和泵浦光的能量密度，从
而提高其
。但由于其芯径的减小其与常规光纤模场不匹配，解决方法有：①在纤芯中掺
入
；②在熔接时进行一定处理减小
（填英文缩写）的不匹配。
（3）实用的 EDFA 泵浦源都是 LD，其泵浦波长有 980nm 和
第七章 1.EDFA 工作原理是什么？有哪些应用方式？
阅读下图，按要求完成各掺铒光纤(EDF)中，铒离子(Er3+)有三个能级：能级 1 代表基态， 能量最低；能级 2 是
，处于
中间能级；能级 3 代表
， 能量最高。
（3）据图分析，请阐述该工作原理： （4）从该工作原理可以看出，光放大是由于
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第8章 SDH与WDM光网络
3.管理单元指针（AUPTR）区 AUPTR位于帧结构第4行的第1到第9个字节，这一组数码 代表的是净负荷信息的起始字节的位置，接收端根据指示可以 正确地分离净负荷。这种指针方式的采用是SDH的重要创新， 可以使之在准同步环境中完成复用同步和STM-N信号的帧定位。 这一方法消除了常规准同步系统中滑动缓存器引起络 图8.4 STM-1段开销的字节安排
第8章 SDH与WDM光网络
A1、A2代表帧定位字节，其功能是识别帧的起始位置， 从而实现帧同步。A1=11110110，A2=00101000。
J0为再生段踪迹字节，该字节用来重复发送段接入点识别 符，以便段接收机据此确认其与指定的发射机是否处于连续的 连接状态。
(3) S-R点间的光通道参数规范:包括光通道衰减范围, 最大色散，回波损耗与反射系数。
第8章 SDH与WDM光网络
根据ITU-T的建议，这些定义的参数值均为最坏值，即在 设备终了时仍能达到的指标值。该设计目标是在最极端的光通 道衰减和色散条件下仍然满足每个再生段的误码比特率不劣于 1×10-10的要求。表8.2、表8.3、表8.4分别给出了STM-1、 STM-4、STM-16的光接口参数的具体规范，有关更详细的内容 请参见ITU-TG.957建议。
D1～D12为数据通信通路（DCC），D1～D12字节提供SDH 管理网（SMN）的传送链路。
E1、E2为公务联络字节，E1提供RSOH的公务联络的 64kb/s的语音通路，而E2提供MSOH公务管理的64kb/s的语音 通路。
第8章 SDH与WDM光网络
F1为使用者通路，留给使用者（通常是网络提供者），是 为特定维护目的而提供的临时数据/语音通路连接，速率为 64kb/s。
光纤通信第二版答案
1．光纤通信的优缺点各是什么？答：优点有：带宽资源丰富，通信容量大；损耗低，中继距离长；无串音干扰，保密性好；适应能力强；体积小、重量轻、便于施工维护；原材料来源丰富，潜在价格低廉等。
缺点有：接口昂贵，强度差，不能传送电力，需要专门的工具、设备以及培训，未经受长时间的检验等。
2．光纤通信系统由哪几部分组成？各部分的功能是什么？答：光纤通信系统由三部分组成：光发射机、光接收机和光纤链路。
光发射机由模拟或数字电接口、电压—电流驱动电路和光源组件组成。
光源组件包括光源、光源—光纤耦合器和一段光纤〔尾纤或光纤跳线〕组成。
模拟或数字电接的作用是实现口阻抗匹配和信号电平匹配〔限制输入信号的振幅〕作用。
光源是LED 或LD ，这两种二极管的光功率与驱动电流成正比。
电压—电流驱动电路是输入电路与光源间的电接口，用来将输入信号的电压转换成电流以驱动光源。
光源—光纤耦合器的作用是把光源发出的光耦合到光纤或光缆中。
光接收机由光检测器组件、放大电路和模拟或数字电接口组成。
光检测器组件包括一段光纤〔尾纤或光纤跳线〕、光纤—光检波器耦合器、光检测器和电流—电压转换器。
光检测器将光信号转化为电流信号。
常用的器件有PIN 和APD 。
然后再通过电流—电压转换器，变成电压信号输出。
模拟或数字电接口对输出电路其阻抗匹配和信号电平匹配作用。
光纤链路由光纤光缆、光纤连接器、光缆终端盒、光缆线路盒和中继器等组成。
光纤光缆由石英或塑料光纤、金属包层和外套管组成。
光缆线路盒：光缆生产厂家生产的光缆一般为2km 一盘，因而，如果光发送与光接收之间的距离超多2km 时，每隔2km 将需要用光缆线路盒把光缆连接起来。
光缆终端盒：主要用于将光缆从户外〔或户内〕引入到户内〔或户外〕，将光缆中的光纤从光缆中分出来，一般放置在光设备机房内。
光纤连接器：主要用于将光发送机〔或光接收机〕与光缆终端盒分出来的光纤连接起来，即连接光纤跳线与光缆中的光纤。
3．假设数字通信系统能够在高达1%的载波频率的比特率下工作，试问在5GHz的微波载波和以m的光载波上能传输多少路64kb/s的音频信道？解：根据题意，求得在5GHz 的微波载波下，数字通信系统的比特率为50Mb/s ，则能传输781 路64kb/s 的音频信道。
光纤通讯试题及答案
《光纤通信》试题和参考答案一填空（1×20＝20分）1.系统参考模型有三种假设形式：，和。
2.系统的质量指标: 1. 2. 。
3.SDH称为。
4.是数字信号传输中的一种瞬时不稳定现象。
5.SDH的帧结构是以做基础的矩形块状帧结构。
6.光纤是一种利用原理进行光信号传递的导波介质。
7.局域网的媒质接入控制（MAC）协议包括、和。
8.是用来稳定地、准确地减小信号光功率的无源器件。
9.光放大器主要由放大、组成。
10.LD称为光放大器，EDFA称为光纤放大器。
11.光发射机的基本功能是将携带信息的信号转换成信号。
12.光源的自动功率控制简称。
二选择题：（2×10＝20分）1.ITU―T建议的一个标准最长HRX全长为（）。
A 27500kmB 420kmC 280km2.将传输不同信号的频段之间的间隔（）100GHz的复用通信称为波分复用。
A 大于B 小于C 等于3.当入射角大于临界角时，光的这种现象称为（）。
A 全反射B 漫反射C 折射4.SDH复用结构是指（）。
A 时分复用B 码分复用C 帧结构5.下图中造成损耗影响最大的是（）、（）。
6.均衡器的目的是（）。
A 取样判决 B补偿电信号 C 时钟提取7．波分复用中又将同一窗口开的多路通信称为（）。
A 复合通信B 密集波分复用通信C 单窗口通信8．解决色散补偿问题。
一个有效的解决方法是应用( )进行色散补偿。
A 啁啾光纤光栅B 均衡器C 光隔离器9．定时抖动是指脉码传输系统中的（）。
A 同步误差B 异步误差C 不稳定三判断对错(2×10＝20分)（T or F）1.光纤连接时，产生的损耗主要来自工作人员技术不过关（）2.若光纤的色散大，则经过相同距离的传输出现的波形失真越严重。
（）3.光衰减器和光隔离器结构一样可以互换使用。
（）4.光源的自动温度控制简称APC 。
（）5.光发射机的基本功能是将携带信息的电信号转换成光信号，并将光信号送入光纤中。
精品文档-光纤通信(第二版)(刘增基)-第4章 无源光器件
第4章 无源光器件
4.1.1 光纤连接损耗 连接损耗可分为外部损耗和内部损耗。外部
损耗又称为机械对准误差或连接错位损耗，它顾名思义 是由于光纤之间的连接错位引起的损耗。内部损耗又称 为与光纤相关的损耗，这主要是由于光纤的波导特性和 几何特性差异导致的损耗。连接错位一般有以下几种情 况：轴向位移、连接间隔、倾斜位移、截面不平整。 这 些损耗如图4.1所示。
第4章 无源光器件
图4.3 光纤的熔接
第4章 无源光器件
在V型槽机械连接方法中，首先要将预备好的 光纤端面紧靠在一起，如图4.4所示。然后将两根光纤使 用粘合剂连接在一起或先用盖片将两根光纤固定。V型通 道既可以是槽状石英、塑料、陶瓷，也可以是金属基片 作成槽状。 这种方法的连接损耗在很大程度上取决于光 纤的尺寸(外尺寸和纤芯直径)变化和偏心度(纤芯相对于 光纤中心的位置)。
能无损耗， 因而功率传输矩阵函数为
且满足
T
a13 a23
a14
a24
a13+a14<1, a23+a24<1
(4.2)
其中, a13、 a14和a23、a24分别为输入端口1和2到输出端 口3和4的功率传输因子。
第4章 无源光器件
1） 附加损耗(excess loss) 附加损耗的定义为
Pex (dB) 10
第4章 无源光器件
图4.2 (a) D2>Ｄ1; (b) NA1>NA2; (c) MFD1>MFD2
第4章 无源光器件
光纤通信_第二版_刘增基_参考答案
1-1光纤通信的优缺点各是什么？答 与传统的金属电缆通信、磁波无线电通信相比，光纤通信具有如下有点：（1）通信容量大。
首先，光载波的中心频率很高，约为2×1014Hz ，最大可用带宽一般取载波频率的10%，则容许的最大信号带宽为20000 GHz （20 THz ）；如果微波的载波频率选择为20 GHz ，相应的最大可用带宽为2GHz 。
两者相差10000倍。
其次，单模光纤的色散几乎为零，其带宽距离（乘）积可达几十GHz*km ；采用波分复用（多载波传输）技术还可使传输容量增加几十倍至上百倍。
目前，单波长的典型传输速率是10 Gb ／s ，一个采用128个波长的波分复用系统的传输速率就是1.28 Tb ／s 。
（2）中继距离长。
中继距离受光纤损耗限制和色散限制，单模光纤的传输损耗可小于0.2 dB ／km ，色散接近于零。
（3）抗电磁干扰。
光纤由电绝缘的石英材料制成，因而光纤通信线路不受普通电磁场的干扰，包括闪电、火花、电力线、无线电波的干扰。
同时光纤也不会对工作于无线电波波段的通信、雷达等设备产生干扰。
这使光纤通信系统具有良好的电磁兼容性。
（4）传输误码率极低。
光信号在光纤中传输的损耗和波形的畸变均很小，而且稳定，噪声主要来源于量子噪声及光检测器后面的电阻热噪声和前置放大器的噪声。
只要设计适当，在中继距离内传输的误码率可达10-9甚至更低。
此外，光纤通信系统还具有适应能力强、保密性好以及使用寿命长等特点。
当然光纤通信系统也存在一些不足：(1) 有些光器件(如激光器、光纤放大器)比较昂贵。
(2) 光纤的机械强度差。
为了提高强度，实际使用时要构成包含多条光纤的光缆，在光缆中要有加强件和保护套。
(3) 不能传送电力。
有时需要为远处的接口或再生的设备提供电能，光纤显然不能胜任。
为了传送电能，在光缆系统中还必须额外使用金属导线。
(4) 光纤断裂后的维修比较困难，需要专用工具。
1-2 光纤通信系统由哪几部分组成?简述各部分作用。
光纤通信第二版答案完全版（随书附赠）光纤通信原理第二版
光纤通信第二版答案完全版(随书附赠) 光纤通信原理第二版第一章习题参考答案1、第一根光纤是什么时候出现的？其损耗是多少？答：第一根光纤大约是1950年出现的。
传输损耗高达1000dB/km 左右。
2、试述光纤通信系统的组成及各部分的关系。
答：光纤通信系统主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。
系统中光发送机将电信号转换为光信号，并将生成的光信号注入光纤光缆，调制过的光信号经过光纤长途传输后送入光接收机，光接收机将光纤送来的光信号还原成原始的电信号，完成信号的传送。
中继器就是用于长途传输时延长光信号的传输距离。
3、光纤通信有哪些优缺点？答：光纤通信具有容量大，损耗低、中继距离长，抗电磁干扰能力强，保密性能好，体积小、重量轻，节省有色金属和原材料等优点；但它也有抗拉强度低，连接困难，怕水等缺点。
第二章光纤和光缆1．光纤是由哪几部分组成的？各部分有何作用？答：光纤是由折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层组成的。
纤芯和包层是为满足导光的要求；涂覆层的作用是保护光纤不受水汽的侵蚀和机械擦伤，同时增加光纤的柔韧性。
2．光纤是如何分类的？阶跃型光纤和渐变型光纤的折射率分布是如何表示的？答：（1）按照截面上折射率分布的不同可以将光纤分为阶跃型光纤和渐变型光纤；按光纤中传输的模式数量，可以将光纤分为多模光纤和单模光纤；按光纤的工作波长可以将光纤分为短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤；按照ITU-T关于光纤类型的建议，可以将光纤分为G.651光纤（渐变型多模光纤）、G.652光纤（常规单模光纤）、G.653光纤（色散位移光纤）、G.654光纤（截止波长光纤）和G.655（非零色散位移光纤）光纤；按套塑（二次涂覆层）可以将光纤分为松套光纤和紧套光纤。
n1nr （2）阶跃型光纤的折射率分布n2r ar a2 r nm 12 渐变型光纤的折射率分布n r ancr a r a3．阶跃型光纤和渐变型光纤的数值孔径NA是如何定义的？两者有何区别？它是用来衡量光纤什么的物理量？n 答：阶跃型光纤的数值孔径NA si 0 n120 渐变型光纤的数值孔径NA sinn0-nc n0222两者区别：阶跃型光纤的数值孔径是与纤芯和包层的折射率有关；而渐变型光纤的数值孔径只与纤芯内最大的折射率和包层的折射率有关。
大学二年级《光纤通信(第二版)》考试试题F卷及答案
2020-2021年中央广播电视大学二年级期末考试试卷《光纤通信（第二版）》考试试题F 卷及答案1、太阳向地球辐射光波，设其平均波长0.7m λμ=，射到地球外面大气层的光强大约为I =0.4 W/cm 2。
若大气层外放一个太阳能电池，计算每秒钟到达太阳能电池上每平方米板上的光子数是多少。
（10分）2、试说明APD 和PIN 在性能上的主要区别.（10分）3、根据光隔离器的工作原理，构成一个三端口光环形器的结构，并说明各元件的作用。
（10分）4、半导体激光器的发射光子的能量近似等于材料的禁带宽度，已知GaAs 材料的E g =1.43eV ，某一InGaAsP 材料的E g =0.96eV ，求它们的发射波长。
（10分）5、一个半导体激光器发射波长为1.3μm ，谐振腔具有“箱式”结构，腔长l=150μm ，宽ω=20μm ，厚d=1.0μp m ，介质的折射率n=4。
假设谐振腔周围的壁能完全地反射光，则谐振腔模式满足。
（10分）6、短波长LED 由材料Ga 1-x A1x As 制成，其中x 表示成分数。
这样的材料的带隙能量E g (eV)=1.424+1.266x+0.266x 2已知z 必须满足0≤x ≤0.37，求这样的LED 能覆盖的波长范围。
（10分）7、考虑在E g (eV)=0.9 eV ，T=320 K ，τr =0.5ns ，直流驱动为70 mA 条件下的LED ，内量子效率为45%。
LED 的输出被耦合到n 1=1.48，n 2=1.47，a=0.3 dB/km 和l=30 km 的渐变折射率光纤，耦合到光纤的效率为1％。
（10分）(1)计算光纤输出功率；(2)LED 在频率f 下被幅度调制，计算能在这个通信链路运用的最高频率。
8、考虑由表面发射LED 激励的阶跃折射率光纤。
假设LED 是朗伯源，具有强度分布，I(θ)=B cos(θ)。
求出下列表达式：（10分）(1)LED 总输出功率：()22000sin aLED r P I r drd d ππθφθθθφ====•⎰⎰⎰(2)耦合到光纤的功率：()max200sin a fiber r P I r drd d θπθφθθθφ====•⎰⎰⎰(3)LED 入射到光纤的耦合效率：9、利用上题结果证明ηc 与数值孔径NA 的平方成正比。
光线通信(刘增基,第二版)部分问答题答案
1.2光纤通信系统有几部分组成？简述各部分作用？答光纤通信系统由发射机、接收机和光纤线路三个部分组成。
发射机又分为电发射机和光发射机。
相应地，接收机也分为光接收机和电接收机。
电发射机的作又分为电发射机和光发射机。
电发射机的作用是将信（息）源输出的基带电信号变换为适合于信道传输的电信号，包括多路复接、码型变换等，光发射机的作用是把输入电信号转换为光信号，并用藕合技术把光信号最大限度地注人光纤线路．光发射机由光源、驱动器、调制器组成，光源是光发射机的核心。
光发射机的性能基本取决于光源的特性；光源的输出是光的载波信号，调制器让携带信息的电信号去改变光载波的某一参数（如光的强度）．光纤线路把来自于光发射机的光信，能小的畸变（失真）和衰减传输到光接收机．光纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。
光纤是光纤线路的主体，接失和连接器是不可缺少的器件．光接收机把从光线路输出的产生畸变和衰减的微弱光信号还原为电信号．光接收机的功能主要由光检测器完成，光检测器是光接收机的核心。
电接收机的作用一是放大，二是完成与电发射机换，包括码型反变换和多路分接等。
2.5光纤通信为什么向长波长、单模光纤方向发展?答长波长、单模光纤比短波长、多模光纤具有更好的传输特性。
（1）单模光纤没有模式色散，不同成分光经过单模光纤的传播时间不同的程度显著小于经过多模光纤时不同的程度．( 2 ）由光纤损耗和波长的关系曲线知，随着波长的增大，损耗呈下降趋势，且在1.31µm 和1 . 55µm 处色散很小，故目前长距离光纤通信一般工作在1 . 55µm.2.6光纤色散产生的原因及其危害是什么？答光纤色散是由光纤中传输的光信号的不同成分光的传播时间不同而产生的。
光纤色散对光纤传输系统的危害有：若信号是模拟调制的，色散将限制带；是数字脉冲，色散将使脉冲展宽，限制系统传输速率（容量）2.7光纤损耗产生的原因及其危害是什么？答光纤损耗包括吸收损耗和散射损耗。
光纤通信复习题
13.简述如何测量光纤数字通信系统的误码率？
14.简述如何测量光接收机灵敏度及动态范围？
15.简述为什么光纤令牌环局域网是一种自愈网？
16.简述全光通信网的关键技术。
1. 假设阶跃折射率光纤1 1.48n =，2 1.478n =，工作波长为1320nm ，试
0.1mW/cm 入射时，产生56.6nA 的光电流。计算它
的响应度和量子效率。（346.6310h J s -=??，191.6010e C -=?） 解：
入射功率：2270.1/(0.02) 1.2610in P mW cm W π-=??=?
响应度：/0.45/ph in R I P A W ==
15. 光纤色散是指信号能量中的各种分量由于在光纤中传输速度不同，而引起的信号畸变。将引起光脉冲展宽和码间串扰，最终影响 通信距离和容量 。
1.什么是光纤的色散？光纤的色散分为哪几种？在单模光纤中有
哪些色散？
2.简述光纤的损耗机理。
3.光纤通信系统由哪几部分组成？简述光纤通信系统的工作过程。
4.简述LD和LED的工作原理？
（2）由题意得：min 10lg
0.25300.3P dB km W μ=? 解得min 1.69P W μ=
（2） P P in in I q I hc P h P q ηυλ==? 82.21022p in q I P A nA hc ηλ-=
=?=
9. 一个GaAs-PIN 光电二极管（已知GaAs 材料 1.43g E eV =），平均每三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，
那么（346.6310h J s -=??，191.610e C -=?）：
光钎通讯复习题
复习题一、填空题1．在光纤通信系统中起主导作用的是光源、和三种部件。
2. 1966年，英籍华人博士从理论上分析证明了用光纤作为传输介质以实现光通信的可能性。
3. 通信用的光纤，折射率高的中心部分称为，折射率稍低的外层称为。
4．单模光纤是指在给定的工作波长上，只传输的光纤。
5．光与物质相互作用主要有三个过程，分别是、和，产生激光的最主要过程是。
6．光纤通信中最常用的光源是和。
7．阶跃折射率光纤中的光射线有和两类。
8. 数字光纤通信系统的抖动常用作为单位来描述。
9．在保证系统误码率指标的条件下，接收机的最低输入光功率（dBm）和最大允许输入光功率（dBm）之差（dBm）称为光接收机的。
10．半导体光检测器和接收机中的合称为光接收机前端。
11．我国数字同步网的网络结构是方式。
12．EDFA的泵浦结构方式有：同向泵浦结构、结构和双向泵浦结构。
13．光波分复用技术是用一根光纤传输光载波。
1.光纤通信是以光波作为和作为传输介质的通信方式。
2.在光纤通信发展史上被誉为“光纤之父”的是。
3.光纤通信系统中起主导作用的是、和光纤三种部件。
4.光缆一般由、护层、和其它部件（如：阻水油膏、聚酯带）组成。
5.光纤通信中最常用的光检测器是和。
6.光缆型号由两部分组成，即光缆型式代号和，中间用一短横线分开。
7.要产生光电效应，必须给PN结加上偏压。
8.在一定波长的光照射下，光电检测器的平均输出电流与入射的平均光功率之比称为。
9. EDFA在光纤通信系统中可作为、前置放大器和功率放大器。
10.ITU－T最终采纳了SDH的帧结构是以为基本单位的矩形块状帧结构。
对于STM-4而言，一帧总的列数为。
11.在系统满足给定误码率指标的条件下，光接收机所需的最小平均接收光功率P min（mW）称为光接收机的。
12.数值孔径越大，光纤接收光线的能力就越，光纤与光源之间的耦合效率就越。
13.WDM系统主要由五部分组成：、光中继放大、光接收机、和网络管理系统。
精品文档-光纤通信(第二版)(刘增基)-第6章 光发送机与光接收机
第6章 光发送机与光接收机
图6.8 实用化的LD数字驱动电路
第6章 光发送机与光接收机
6.3 外 调 制 器
6.3.1 电折射调制器 电折射调制器利用了晶体材料的电光效应，
常用的晶体材料有：铌酸锂晶体（LiNbO3）、钽酸锂晶 体（LiTaO3）和砷化镓（GaAs）。
电光效应是指由外加电压引起的晶体的非线性效应， 具体讲是指晶体的折射率发生了变化。当晶体的折射率 与外加电场幅度成正比时， 称为线性电光效应， 即普 克尔效应； 当晶体的折射率与外加电场的幅度平方成正 比变化时， 称为克尔效应。 电光调制主要采用普克尔 效应。
第6章 光发送机与光接收机
最基本的电折射调制器是电光相位调制器， 它是构 成其他类型的调制器如电光幅度、 电光强度、 电光频 率、 电光偏振等的基础。 电光相位调制器的基本原理 框图如图6.9所示。
第6章 光发送机与光接收机
图6.9 电光相位调制器的基本原理框图
第6章 光发送机与光接收机
当一个A sin(ωt+Φ0)的光波入射到电光调 制器（Z=0）， 经过长度为L的外电场作用区后， 输出 光场(Z=L)即已调光波为A sin(ωt+ Φ0 +ΔΦ)， 相位 变化因子ΔΦ受外电压的控制从而实现相位调制。
第6章 光发送机与光接收机
6.2 直接调制IM光发送机
直接强度调制是光纤通信中最简单、 最经济、 最容易实现的调制方式， 适用于半导体激光器LD和发光 二极管LED， 这是因为它们的输出功率与注入电流成正 比（LD阈值以上）， 只需通过改变注入电流就可实现光 强度调制。 光功率的变化能够响应注入电流信号的高速 变化。
第6章 光发送机与光接收机
图6.5 LED模拟驱动电路 （a)基本模拟信号驱动电路； (b)线性模拟信号驱动电路；(c)高速模拟信号驱动电路
光纤通信复习题（共5篇）
光纤通信复习题（共5篇）第一篇：光纤通信复习题1光通信系统组成及各部分作用2光通信系统分类及主要特点3光通信三个窗口是什么？为什么选择这三个窗口？4查阅相关资料，说明当前光纤通信商用和实验室速率（单信道，多信道）5查阅相关资料，说明当前光纤通信研究最新技术6光源的基本要求，主要参数，注意事项7什么是受激吸收、受激辐射、自发辐射8什么是粒子数反转分布9说明LED工作原理说明LD工作原理比较LED与LD各自特点对光检测器有什么要求，主要参数，注意事项什么是光电效应说明PIN 工作原理说明APD工作原理比较PIN与APD各自特点光源与光检测器使用时各加什么偏压？为什么？光纤是由哪几部分组成，各部分作用是什么？光纤如何分类的？松套光纤和紧套光纤含义是什么？画出多模阶跃、多模渐变、单模阶跃光纤折射率分布示意图光在光纤中全反射条件是什么？简述光纤导光原理光纤主要参数含义是什么？光纤主要传输特性是什么？什么是光纤损耗？造成光纤损耗原因是什么?什么是光纤色散？产生色散原因有哪些？对数字通信有什么危害？ 27 光纤损耗的测量方法有哪几种？其测量原理是什么？简述其测量原理28 说明光纤带宽测量原理常用光缆有哪几种结构形式？各有什么优点？HRX、HRDL、HRDS含义是什么？BERav、DM、SES、ES含义是什么？抖动含义是什么？衡量单位是什么？什么叫抖动峰——峰值？33 抖动三项性能指标含义是什么？光性能参数pt ext 灵敏度动态范围定义单位标准光线路码型基本要求mBnB码概念 , 编码方法光端机基本组成及各部分作用光发送电路组成、作用、原理APC ,ATC电路原理光接收电路组成各部分作用、原理Pt, EXT ,S ,D指标测试原理线路施工中现场测试内容方法光缆通信系统日常维护主要内容44 光缆线路防护内容光缆线路防雷电措施46 光缆线路防强电措施第二篇：光纤通信复习题光纤通信复习题一、填空题1、利用光波作为载波的通信方式称为（）。
光纤通信(第2版)刘增基复习提纲
第一章1.什么是光纤通信？光纤通信，是指利用光纤来传输光波信号的一种通信方式2.光纤通信和电通信的区别。
（1）电通信的载波是电波，光纤通信的载波是光波。
（2）电通信用电缆传输信号，光通信用光纤传输信号。
光缆具有比电缆更小的高频率传输损耗3.基本光纤通信系统的组成和各部分作用。
基本光纤传输系统由光发射机、光纤线路和光接收机三个部分组成1.光发射机功能：是把输入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。
核心：光源。
要求光源输出光功率足够大，调制频率足够高，谱线宽度和光束发散角尽可能小，输出功率和波长稳定，器件寿命长。
2. 光纤线路功能：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。
光纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。
光纤线路的性能主要由缆内光纤的传输特性决定。
3. 光接收机功能：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。
核心：光检测器。
对光检测器的要求是响应度高、噪声低和响应速度快。
光接收机把光信号转换为电信号的过程，是通过光检测器的检测实现的。
检测方式有直接检测和外差检测两种。
第二章1、光能量在光纤中传输的必要条件。
设折射率，纤芯为n1；包层为n2,则光能量在光纤中传输的必要条件是n1>n2。
2、突变多模光纤数值孔径的概念及计算。
1. 突变型多模光纤(全反射导光)(1)相对折射率指数差（纤芯和包层折射率分别为n1和n2）定义：2121212))((n n n n n +-= 弱导波光纤中n1和n2相差很少，则 n1+n2 =2 n1 2122212n n n -=∆有121/)(n n n -≈∆定义临界角θc 的正弦为数值孔径(Numerical Aperture, NA)。
根据定义和斯奈尔定律设Δ=0.01，n1=1.5，得到NA=0.21或θc=12.2°。
NA 表示光纤接收和传输光的能力。
光纤通信复习题1
光纤通信试题光纤通信原理试题一、单项选择题（在每小题的四个备选答案中，选出一个正确的答案，并将其字母标号填在题干的括号内。
每小题1分，共10分）l.薄膜玻导中导波的截止条件为（)。
A.λ0≥λcB.λ0<λcC.λ0≥0D.λ0≤1.55μm2.薄膜波导中导波的基模是（)。
A.TEOB.TM0C.TE1D.TM 13.目前，通信用光纤的纤芯和包层绝人多数是由（）材料构成的。
A.多成分玻璃B.石英C.石英和塑料D.塑料4.在阶跃型（弱导波）光纤中，导波的基模为（）。
A.LP00B.LPllC.LP01D.LP125.STM－4一帧的字节数是（）。
A.9×270B.9×270×4C.9×261D.9×261×46.EDFA泵油光源的典别工作波长是（）。
A.0.85μmB.0.98μmC.1.31μmD.1.55μm7.掺饵光纤放火器的j作波K所处的范围是（）。
A.0.85μm～0.87μmB.1.31μm～1.35μmC.1.53μm～1.56μmD.1.45μm～1.55μm8.对于2048kb/s码速率的数字信号，IUI的科前值对应的时间为（）。
A.488nsB.488μsC.2048nsD.2048μs9.随着激光器使用时间的增长，其阈值电流会（)。
A.逐渐减少B.保持不变C.逐渐增人D.先逐渐增大，后逐渐减少10.为了得到较人的信噪比，对光接收机中前置放火器的要求是（）。
A.低噪声B.低噪声、低增益C.高增布D.低噪声、高增益二、填空题（每小题1分，共20分）l.根据传输方向上有无电场分车以批场分量，可将光（电磁波）传播形式分成三类二一为TEM波，二为TE波，三起、波。
2.光纤通信的主要优点有：a.传输频带宽，通信容量人;b.；c.抗电磁干扰能力强；d.钱往细，重量轻；E.资源丰富。
3.利用光波作为载波和光纤计为传输仅质的通信方式称为。
光纤通信复习题(含答案)
1.Make a choice （共十题 每题1分）10p(1).Which of the following dispersion (色散)dose not exist in single-mode optical fiber? （ D ）A .material （材料）dispersion B.waveguide （波导） dispersionC.polarization-mode （偏振）dispersionD.intermodal （联合） dispersion(2).The unit （单位）of the fiber attenuation coefficient （衰减系数）is (C)A. dBB. dBmC. dB/kmD. dBm/km(3).the bands of Optical fiber communication is (B)A.0.01um-0.39umB. 0.8um-2.0umC.0.39um-0.79umD.100um-1000um(4).If the optical input power of a Optical amplifier is 10mW ，and the optical output power is 100mW as well ,then its output gain level is (A)A.10dBB.20dBC.30dBD.40dB(5)In order to make sure of the system BER （比特误差率） conditions , if the minimum optical input power of the receiver is 1 uW, the sensitivity of the receiver must be (A)A.－30dBmB.－40dBmC.－20dBmD.－43dBm(6)The principal （主要）light sources used for fiber optical communications applications are ：（D ）A.OA 、LDB.PIN 、APDC.PD 、LEDD.LD 、LED(7)laser （激光） action is the result of three key process ，which one of the following is not be included ？（D ）A.photon absorption （光子吸收）B.spontaneous emission （自发发射）C.stimulated emission （受激发射）pound radiation （复合发射）(8) A single mode fiber usually has a core diameter （芯径）of A.A. 10mB. 62.5nmC. 125nmD. 50mm (9)To make sure that the APD photo-detector works properly, a sufficiently D is applied across the p-n junction.A. high forward-bias voltage （高的前置偏压）B. low forward-bias voltageC. low reverse-bias voltage （低的反相偏压）D. high reverse-bias voltage(10) When DFA fiber amplifier uses as light Repeaters （中继器）, its main effect is B.A. amplifying and regenerating the signalB. regenerating the signalC. amplifying the signalD. reducing the signal noise(11) In graded-index optical fiber, the numerical aperture （数值孔径） NA can be expressed as C. A. 21n n - B. ∆2a C. ∆2n 1 D. 21n n a -(12) In practical SMFs, the core diameter is just below the cutoff （截止） of the first higher-order （高阶）mode; that is, for V slightly A.A. <2.4B. > 2.4C. =3D. =3.5(13) It is well known that the total dispersion in the single-mode regime is composed of two components: C.A. mode-partition noise （电流分配噪声）, inter- symbol InterferenceB. frequency chirp, modal dispersionC. material dispersion, waveguide dispersionD. modal dispersion, waveguide dispersion(14)At present, erbium doped （涂饵的）fiber amplifier’s maximum small signal gain （小信号增益）is around A.A. 40 dBB. 30 dBC. 20 dBD. 10 dB(15)Which of the following doesn’t belong to passive optical components （无源光学组件）BA. Directional coupler（定向耦合器）B. Semiconductor laser（半导体激光）C. Optical fiber connector（光纤连接器）D. Optical attenuator（光学衰减器）(16) The A mode has no cut off（截止）and ceases（停止）to exist only when the core diameter （芯径）is zero.A. HE11B. TE01C. TM01D. EH11(17)When the phase difference（相位差）is an integral multiple（整数倍）of A, the two modeswill beat and the input polarization（偏振）state will be reproduced.A. 2πB. πC. 1800D. π/2(18)which one of the following model can transmit in the single-mode optical fiber ?(A)A.HE11B. TE01C. TM01D. EH112. Write the full name of the following acronym（共十题每题1分）10p(1)DCF: dispersion compensating fiber（色散补偿光纤）(2)CNR: carrier to noise ratio（载噪比）(3)SRS: Stimulated Raman Scattering（受激的拉曼色散）(4)SOA: Semiconductor optical amplifier（半导体激光放大器）(5)NA: numerical aperture（数值孔径）(6)PON: passive optical network（无源光网络）(7)SLM: single longitudinal mode（单纵向模式）(8)NEP: noise-equivalent power(噪声等效功率)(9)DSF: dispersion shift fiber（色散转移光纤）(10)SONET: synchronous optical network（同步光网络）(11)A TM: asynchronous transfer mode（异步传输模式）(12)ISDN: integrated services digital network（综合业务数字网）(13)WDM: wavelength-division multiplexing(波分多路复用)(14)SDH: Synchronous digital hierarchy(同步数据系列)(15)TLLM: transmission-line laser model(传输线激光模式)(16)ONSL: optical network simulation layer（光网络模拟层）(17)OVPO: outside vapor-phase oxidation（外气相沉积法）(18)V AD: vapor-phase axial deposition(汽相轴向沉积)(19)CDMA: code-division multiple access(码分多址)(20)FDM: frequency-division multiplexing（频分复用）(21)DSP: digital signal processing（数字信号处理）(22)MCVD: modified chemical vapor deposition（修正的化学汽相沉积）(23)EDFA: erbium-doped fiber amplifier(惨饵光纤放大器)(24)FDDI: fiber distributed data interface(光纤分布式数据接口)(25)SIOF: step index optical fiber(阶跃指数光纤)(26)GIOF: graded index optical fiber(渐变性光纤)(27)SQW: single quantum-well（单量子井）(28)ARQ: automatic reapt request(自动重发请求)(29)FEC: forward error correction（前向纠错）3. Filling blanks(共20空每空1分) 20p(1) According the mode which propagate（传播）in the fiber, the fiber can be divided into (single mode) fiber) and (multimode) fiber.(2) The most common misalignment（非线性）occurring in practice, which also causes the greatest power loss, is (axial displacement轴向移位).(3) The electromagnetic energy（电磁能）of a guided mode is carried partly in the (core) and partly in the (cladding包层).(4)The basic attenuation mechanisms（衰减机制）in a fiber are (absorption吸收), (scattering散射) and (radiative losses辐射损耗) of the optical waveguide.(5) The two main optical amplifier types can be classified as (SOAs半导体激光放大器) and (DFAs).(6) Networks are traditionally divided into: (LANs局域网), (MANs城域网),(W ANs广域网).(7)The principal light sources used for fiber optic communications applications are (ILDs注入型激光二极管) and (LEDs发光二级管) .(8) The dominant noise generated in an optical amplifier is (ASE).(9) The two most common samples of these spontaneous fluctuations（波动）are (shot noise) and (thermal noise热噪声).(10)According to the refractive index（折射率）of the core, the fiber can be divided into (step-index) fiber and (graded-index) fiber .(11)The total dispersion in single-mode fibers consists mainly of (material) and (waveguide) dispersion.(12) The most meaningful criterion（标准）for measuring the performance of a digital communication system is the (average error probability平均概率误差). In an analog system the fidelity criterion is usually specified in terms of a (peak signal-to-noise ratio).(13) The simplest transmission link is a (point-to-point line) that has a transmitter on one end an a receiver on the other.(14)The commonly used materials for fiber lasers are (erbium) and (neodymium).(15)Absorption is related to the fiber material, whereas scattering is associated both with the (fiber material) and with (structural imperfections) in the optical waveguide.(16)The two basic LED configurations being used for fiber optics are (surface emitters) and (edge emitters).(17) The basic schemes for improving the reliability are (ARQ自动重发请求) and (FEC前向纠错).4. Give a brief description of following terms and questions（共5题每题3分）15p (1) Briefly describe the key system features of WDM.波分复用1) capacity upgrade（容量升级）2) transparency （透明度）3) wavelength routing（波长选路）4) wavelength switching（波长转换）5) the connectors used to join individual fiber cables to each other and to the source anddetector(2) Briefly describe there major goals of SDH.同步数据系列1) Avoid the problems of PDH2) Achieve higher bit rates3) Better means for operation, administration and Maintenance(3) List at least three advantages of SOA半导体激光放大器.1) Small size, and easy to be integrated with semiconductor circuits.2) Fabrication（制造）is simple and with low power consumption（功耗）, long life-span and low cost.3) Gain response is very quick and well suited for switching and signal processing in optical networks application.4) Can amplify optical signal and process signal in the same time such as switch, so can be used in wavelength converting and optical switch.(4) List more than three disadvantages of SOA.1) The coupling loss with optical fiber is too large2) Sensitive to polarization3) Noise figure is high(~8 dB)4) crosstalk串音干扰5) Easy to be affected by temperature, low stability(5) Stimulated Emissions受激发射If a photon（光子）of energy hv12 impinges on（撞击）the system while the electron is still in its excited state, the electron is immediately stimulated to drop to the ground state and give off a photon of energy hv12.(6)Dynamic rangeSystem dynamic range is the maximum optical power range to which any detector must be able to respond.(7) What conditions should be met to achieve a high signal-to-noise ratio?1) The photodetector（光电探测器）must have a high quantum efficiency（量子效率）to generate a large signal power.2) The photodetector and amplifier noises should be kept as low as possible.(8) Please write the three basic categories（类别）of degradation of light sources1) internal damage2) ohmic contact degradation3) damage to the facets of laser diodes（激光二极管）(9)List the three factors largely determining the frequency response of an LED1) the doping level（掺杂度）in the active region2) the injected carrier lifetime Ti in the recombination region3) the parasitic capacitance(寄生电容) of the LED.(10)Write the three basic types of two-level binary line codes that can be used for optical fiber transmission links.1) non-return-to-zero (NRZ) format2) return-to-zero (RZ) format3) phase-encoded (PE) format(11) Please write the three different mechanisms causing absorption briefly1) Absorption by atomic defects （原子缺陷） in the glass composition.2) Extrinsic （非固有的） absorption by impurity atoms in the glass material.3) Intrinsic absorption by the basic constituent atoms of the fiber material.(12) The disadvantage of Raman amplifierNeed large output power pump laser. As Raman Scattering, the energy is transferred from high frequency to low frequency. Cross talk will affect signal.5. Figure （共1题 每题5分）5p（1）Please draw the basic step for an automatic-repeat-request (ARQ) error-correction scheme. Solution:（ARQ纠错机制）(2)Please draw out the basic elements of the optical receiver.(5p)（光接收器）Solution:(3)Please draw out the basic elements of an analog link and the major noise contributions. Solution:（模拟链路及噪声源）光发送机电模拟输入信号谐波失真互调失真RIN激光削波光纤信道模式失真损耗GVD 光放大器ASE 噪声光检测器散弹噪声热噪声放大器噪声APD 倍增噪声电模拟输出到RF 接收机(3) consider the encoder shown in Fig.1that changes NRZ data into a PSK ing this encoder,draw the NRZ and PSK waveforms for the data sequence 0001011101001101.clock/2PSK dataNRZ datafrequency Afrequency BFig.1Solution:6. Calculation Problems(共3-4题，统计40分) 40p(1) A wave is specified by 8cos 2(20.8)y t z π=-,where y is expressed in micrometers and the propagation constant （传播常数） is given in 1m μ-.Find (a) the amplitude,(b) the wavelength,(c) the angular frequency （角频率）, and (d) the displacement at time 0t = and 4z m μ=. Solution:The general form is:y = (amplitude) cos()cos[2(/)]t kz A vt z ωπλ-=-.Therefore(a) amplitude 8m μ=(b) wavelength: 11/0.8m λμ-= so that 1.25m λμ=(c) 22(2)4v ωπππ===(d) At 0t = and 4z m μ= we have 18cos[2(0.8)(4)]8cos[2( 3.2)] 2.472y m m πμμπ-=-=-=(2) A certain optical fiber has an attenuation of 0.6dB/km at 1300nm and 0.3dB/km at 1550nm.Suppose the following two optical signals are launched simultaneously into the fiber: an optical power of 150W μ at 1300nm and an optical power of 100W μ at 1550nm. What are the Solution:power levels in W μof these two signals at (a) 8km and (b) 20km?Since the attenuations are given in dB/km, first find the power levels in dBm for100W μ and 150W μ. These are, respectively,P(100W μ) = 10 log (100 W μ/1.0 mW) = 10 log (0.10) = - 10.0 dBmP(150W μ) = 10 log (150 W μ/1.0 mW) = 10 log (0.15) = - 8.24 dBm(a) At 8 km we have the following power levels:P 1300(8 km) = - 8.2 dBm – (0.6 dB/km)(8 km) = - 13.0 dBm = 50W μP 1550(8 km) = - 10.0 dBm – (0.3 dB/km)(8 km) = - 12.4 dBm = 57.5W μ(b) At 20 km we have the following power levels:P 1300(20 km) = - 8.2 dBm – (0.6 dB/km)(20 km) = - 20.2 dBm = 9.55W μP 1550(20 km) = - 10.0 dBm – (0.3 dB/km)(20 km) = - 16.0 dBm = 25.1W μ(3) A double-heterojunction （异质结） InGaAsP LED emitting at a peak wavelength of 1310nm has radiative and nonradiative recombination times of 25 and 90ns, respectively. The drive current is 35mA.(a) Find the internal quantum efficiency and the internal power level.(b) If the refractive index （折射率） of the light source material is n=3.5, find the power emitted from the device.Solution: (a) From Eq. int 11/r nr rτητττ==+, the internal quantum efficiency is int 10.783125/90η==+， and from Eq.int intint I hcI p hv q q ηηλ== the internal power level is int (35)(0.783)26(1310)hc mA p mW q nm ==(b) From Eq.int e int 2p (1)n t p P n n η==+, 21260.373.5(3.51)P mW mW ==+ (4) An LED with a circular emitting area of radius 20m μ has a lambertian emission pattern with a 1002()W cm sr ∙axial radiance at a 100mA drive current. How much optical power can be coupled into a step-index fiber having a 100m μ core diameter and NA=0.22? How much optical power can be coupled from this source into a 50m μ core-diameter graded-index fiber having 12.0, 1.48n α== and 0.01∆=?Solution:The source radius （半径） is less than the fiber radius,so Eq. 222222,1()2LED step s o s o P r B NA r B n ππ==∆ holds: 22223222,()(210)(100/)(0.22)191LED step s o P r B NA cm W cm W ππμ-==⨯= From Eq. 222,122[1()]2s LED graded s o r P r B n απαα=∆-+ 232222,122(210)(100/)(1.48)(0.01)[1()]15925LED graded P cm W cm W πμ-=⨯-=(5)Suppose an avalanche photodiode hasthe following parameters ：1/231,1,0.85,,10L D L I nA I nA F M R η=====Ω, and 1B kHz=.Consider a sinusoidally(正弦） varying 850nm signal, which has a modulation index m=0.85 and an average power level 050P dBm =-, to fall on the detector at room temperature. At what value of M does the maximum signal-to-noise ratio occur?Solution: Using Eq.2222()()24/p P D L B Li M S N q I I M F M B qI B k TB R <>=+++ we have 22005/2001()22()24/D L B LR P m M S N qB R P I M qI B k TB R =+++ 162235/2191.215102.17610 1.65610M M ---⨯=⨯+⨯ The value of M for maximum S/N is found from Eq.224/()x L B L opt P D qI k T R M xq I I ++=+, with x = 0.5:Moptimum = 62.1.(6)An LED operating at 1300 nm injects 25W μ of optical power into a fiber. If the attenuation （衰减） between the LED and the photodetector （光电探测器） is 40 dB and the photodetector quantum efficiency （量子效率） is 0.65, what is the probability that fewer than 5 electronhole pairs （电子空穴对） will be generated at the detector in a 1-ns interval ?Solution: From ⎰==τηη0)(hvN hv E dt t P ,the average number of electron-hole pairs generated in a time t is 6.10)/103)(106256.6()103.1)(101)(1025(65.0/8346910=⨯⨯⨯⨯⨯===----s m Js m s W hc Pt h E N ληνη Then,from Eq.(7-2)%505.0120133822!5)6.10(!)(6.106.105=====---e e n e N n P N n(7) An engineer has the following components available:(a) GaAlAs laser diode operating at 850 nm and capable of coupling 1 mW (0 dBm) into a fiber. (b) Ten sections of cable each of which is 500 m long, as a 4-dB/km attenuation, and hasconnectors on both ends.(c) Connector loss of 2dB/connector.(d) A pin photodiode receiver.(e) An avalanche photodiode receiver.Using these components, the engineer wishes to construct a 5-km link operating at 20 Mb/s. If the sensitivities of the pin and APD receivers are -45 and -56 dBm, respectively, which receiver should be used if a 6-dB system operating margin is required?Solution:(a)Use margin 2system L l P P P f C R S T ++=-=α，to analyze the link power budget.(a) For the pin photodiode,with 11 jointsdB L km dB dB dBm dBm insystemm L l P P P f C R S T 6)/4()2(11)45(0arg )(11++=--=++=-=αWhich gives L=4.25km. the teansmission distance cannot be met with these components. (b)For the APDdB L km dB dB dBm dBm 6)/4()2(11)56(0++=--Which gives L=7.0km. the transmission distance can be met with these components.(8) Suppose we want to frequency-division multiplex 60 FM signals. If 30 of these signals have a per-channel modulation index i m =3 percent and the other 30 signals have i m =4 percent, find the optical modulation index （调制指数） of the laser.Solution:The total optical modulation index is%4.27])04(.30)03(.30[][2/1222/12=+==∑ii m m(9) An optical transmission system is constrained to have 500-GHz channel spacings. How many wavelength channels can be utilized in the 1536-to-1556-nm spectral band （频谱带）? Solution: In terms of wavelength,at acentral wavelength of 1546nm a 500-GHz channel spacing isnm s sm nm f c 410500/103)1546(19822=⨯⨯=∆=∆-λλ The number of wavelength channels fitting into the 1536-to-1556 spectral band then is 54/)15361556(=-=nm nm N(10) The output saturation （饱和） power sat out P , is defined as the amplifier output power for which the amplifier gain G is reduced by 3 dB (a factor of 2) from its unsaturated value 0G . Assuming 0G >>1, show that in terms of the amplifier saturation power sat amp P ,, the output saturation power issat amp sat out P G G P ,00,)1(2ln -=Solution: Let 2/0G G = and 0,/22/G P P P sat out out in ==.then Eq.(11-15) yields2ln 212,,00satout sat amp P P G G += Solving for s a t out P , and with 10>>G ,we havesat amp sat amp sat amp sat out P P P G G P ,..00,693.0)2(ln 22ln =≈-=。
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光纤通信复习题考试题型及分数 (1)第一章：21题 (2)第二章：32（6）题 (4)第三章：47（2）题 (7)第四章：23题 (10)第五章：23（2）题 (12)第七章：26题 (14)第八章：19题 (16)考试题型及分数第一章：21题1.2. 1966年英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)发表了关于传输介质新概念的论文指出了利用光纤(Optical Fiber)进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信——光纤通信的基础。
3. 光纤通信有四个发展阶段。
4. 光纤工作波长：1) 0.85 μm 2) 1.31 μm 3) 1.55 μm5. 光纤通信用的近红外光(波长约1μm)的频率(约300 THz)。
6. 简述光纤通信的优点：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. 光纤通信系统的容许频带(带宽)取决于：光源的调制特性、 调制方式和光纤的色散特性。
8. 简述光纤通信的应用：1) 通信网2) 构成因特网的计算机局域网和广域网 3) 有线电视网的干线和分配网 4) 综合业务光纤接入网 9. 光纤通信系统可以传输：1) 数字信号 2) 模拟信号10. 单向传输光纤通信系统的基本组成：11. 光发射机的功能：把输入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。
基本光纤传输系统接 收发 射12.光发射机的组成光源、驱动器和调制器。
13.光发射机的性能基本上取决于光源的特性。
14.光纤线路的功能：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。
15.光接收机的功能把从光纤线路输出、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。
16.光接收机：由光检测器、放大器和相关电路组成光检测器是光接收机的核心。
17.对光检测器的要求是：响应度高、噪声低和响应速度快。
18.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。
19.模拟通信系统：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。
20.简述数字通信系统的优点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21.P13：1-122.23.P13：1-424.第二章：32（6）题1. 光纤（Optical Fiber ）是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。
2. 设纤芯和包层的折射率分别为n 1和n 2，光能量在光纤中传输的必要条件是：n 1> n 23. 纤芯和包层的相对折射率差典型值Δ=（n 1- n 2）n 1：1) 一般单模光纤为0.3%~0.6%， 2) 多模光纤为1%~2%。
3) Δ越大，把光能量束缚在纤芯的能力越强，但信息传输容量却越小 4. 实用光纤主要有三种基本类型：1) 突变型多模光纤（Step Index Fiber, SIF ） 2) 渐变型多模光纤（Graded Index Fiber, GIF ） 3) 单模光纤（Single Mode Fiber, SMF ） 5. 突变型多模光纤：纤芯折射率为n 1保持不变，到包层突然变为n 2。
6. 突变型多模光纤特点：1) 光线以折线形状沿纤芯中心轴线方向传播 2) 特点是信号畸变大 7. 渐变型多模光纤：在纤芯中心折射率最大为n 1，沿径向r 向外围逐渐变小直到包层变为n 2。
8. 渐变型多模光纤特点：1) 光线以正弦形状沿纤芯中心轴线方向传播 2) 特点是信号畸变小 9. 单模光纤：只能传输一个模式的光纤。
10. 多模光纤：传输多个模式的光纤。
11. 突变型多模光纤的数值孔径NA ：12. NA 物理意义：1) NA 越大i. 光纤接收光的能力越强，从光源到光纤的耦合效率越高。
ii. 对于无损耗光纤，在临界角θc 内的入射光都能在光纤中传输。
iii. 纤芯对光能量的束缚越强，光纤抗弯曲性能越好。
2) 但NA 越大iv. 经光纤传输后产生的信号畸变越大，因而限制了信息传输容量。
13. 渐变型多模光纤的数值孔径NA ：∆≈-=212212n n n NA 222)()(n r n r NA -=2221max n n NA -=14. 渐变型多模光纤自聚焦效应：渐变型多模光纤具有自聚焦效应，不仅不同入射角相应的光线会聚在同一点上，而且这些光线的时间延迟也近似相等。
15.16. 光纤归一化频率：17. 光纤单模传输条件：18. 色散(Dispersion)：是在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应。
19. 色散一般包括：1) 模式色散 2) 材料色散 3) 波导色散20. 理想单模光纤没有模式色散，只有材料色散和波导色散。
21. 光纤的三类基本特性参数：1) 几何特性纤芯与包层的直径、偏心度和不圆度。
2) 光学特性折射率分布、数值孔径、模场直径和截止波长。
3) 传输特性损耗、带宽和色散22. 光纤损耗测量有两种基本方法：1) 一种是测量通过光纤的传输光功率称剪断法和插入法。
2) 另一种是测量光纤的后向散射光功率称后向散射法。
23. 测量光纤带宽基本方法：1) 时域法是测量通过光纤的光脉冲产生的脉冲展宽，又称脉冲法。
2) 频域法是测量通过光纤的频率响应，又称扫频法。
24. 测量光纤色散有三种基本方法：1) 相移法 2) 脉冲时延法 3) 干涉法25. 实际截止波长的测量方法：1) 传输功率法在弯曲状态下，测量损耗—波长函数的传输功率法 2) 时延法改变波长，观察LP01模和LP11模产生的两个脉冲变为一个脉冲的时延法22212n n a V -=λπ405.222221≤-=n n a V λπ3)近场法改变波长，观察近场图由环形变为高斯形的近场法26.P45：2-1（计算题）27.P45：2-3（计算题）28.P45：2-429.P45：2-730.P45：2-9（计算题）31.P45：2-10（计算题）32.P45：2-12（计算题）33.P45：2-17（计算题）第三章：47（2）题1.通信用光器件可以分为两种类型：1)有源器件2)无源器件2.有源器件包括：光源、光检测器和光放大器3.光无源器件主要有：连接器、耦合器、波分复用器、调制器、光开关和隔离器等。
4.光源：是光发射机的关键器件，其功能是把电信号转换为光信号。
5.目前光纤通信广泛使用的光源主要有：3)半导体激光二极管或称激光器(LD)4)发光二极管或称发光管(LED)5)有些场合也使用固体激光器6.LD（半导体激光器）：Semiconductor Laser7.LED（发光二极管）：Light Emitting Diode8.半导体激光器向半导体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。
9.基态：最低能级E1称为基态。
10.激发态：能量比基态大的能级Ei (i=2, 3, 4 …)称为激发态11.电子在低能级E1的基态和高能级E2的激发态之间的跃迁有三种基本方式6)受激吸收7)自发辐射8)受激辐射12.受激吸收：电子处于低能级E1，在入射光作用下，它会吸收光子的能量跃迁到高能级E2上，这种跃迁称为受激吸收。
13.自发辐射：电子自动地从高能级E2跃迁到低能级E1上与空穴复合，释放的能量转换为光子辐射出去，这种跃迁称为自发辐射。
14.受激辐射电子被迫跃从高能级E2迁到低能级E1上与空穴复合，释放的能量产生光辐射，这种跃迁称为受激辐射。
15.相干光：受激辐射光的频率、相位、偏振态和传播方向与入射光相同，这种光称为相干光。
16.非相干光：自发辐射光是由大量不同激发态的电子自发跃迁产生的，其频率和方向分布在一定范围内，相位和偏振态是混乱的，这种光称为非相干光。
17.本征半导体：电子和空穴是成对出现的半导体。
18.N型半导体：在本征半导体中掺入施主杂质，称为N型半导体。
19.P型半导体：在本征半导体中，掺入受主杂质，称为P型半导体。
20.不同半导体材料有不同的禁带宽度Eg，因而有不同的发射波长λ。
21.DFB激光器与F-P激光器相比具有以下优点:9)单纵模激光器10)谱线窄，波长稳定性好11)动态谱线好12)线性好22.发光二极管(LED)的工作原理与激光器(LD)不同:13)LD发射的是受激辐射光14)LED发射的是自发辐射光23.发光二极管具有如下工作特性15)光谱特性16)光束的空间分布特性17)输出光功率特性18)频率特性24.光检测器是光接收机的关键器件。
25.光检测器的功能是把光信号转换为电信号。
26.常用光检测器：1)光电二极管（PIN）2)雪崩光电二极管（APD）27.光电二极管(PD)把光信号转换为电信号的功能是由半导体PN结的光电效应实现的。
28.连接器：是实现光纤与光纤之间可拆卸(活动)连接的器件。
29.接头：是实现光纤与光纤之间的永久性(固定)连接。
30.耦合器的功能：是把一个输入的光信号分配给多个输出，或把多个输入的光信号组合成一个输出。
31.耦合器类型：19)T形耦合器20)星形耦合器21)定向耦合器22)波分复用器/解复用器32.比较实用和有发展前途的耦合器的结构有1)光纤型2)微器件型3)波导型33.隔离器：是一种非互易器件，其主要作用是只允许光波往一个方向上传输，阻止光波往其他方向特别是反方向传输。
34.隔离器的两个主要参数23)插入损耗：对正向入射光的插入损耗其值越小越好；24)隔离度：对反向反射光的隔离度其值越大越好。
35.调制器是利用线性电光效应实现。
36.光开关的功能：是转换光路，实现光交换。
37.光开关可分为两大类1)机械光开关：利用电磁铁或步进电机驱动光纤、棱镜或反射镜等光学元件实现光路转换。
2)固体光开关：利用磁光效应、电光效应或声光效应实现光路转换。
38.机械光开关特点：1)优点：是插入损耗小，串扰小，适合各种光纤，技术成熟2)缺点：是开关速度慢39.固体光开关特点：1)优点是开关速度快2)缺点是插入损耗大，串扰大，只适合单模光纤40.实际截止波长的测量方法：4)传输功率法在弯曲状态下，测量损耗—波长函数的传输功率法5)时延法改变波长，观察LP01模和LP11模产生的两个脉冲变为一个脉冲的时延法6)近场法改变波长，观察近场图由环形变为高斯形的近场法41.P76：3-1（计算题）42.P76：3-443.P76：3-5（计算题）44.P76：3-845.P76：3-1946.P76：3-2147.P76：3-2648.第四章：23题1.数字光发射机的功能：把电端机输出的数字基带电信号转换为光信号，并用耦合技术有效注入光纤线路。