南邮光纤通信系统第4章1节作业之欧阳光明创编
南邮光纤通信系统第4章1节作业
第四章1节作业之巴公井开创作1、光纤通信系统用的光检测器是怎样偏置外加工作电压的？答：反向偏置。
足够大的反向偏置电压，目的是使本征区中的载流子完全耗尽，形成高电场耗尽区。
使入射到检测器上的光子能量高速度、高效率转换成光生电子。
APD管加上更高反向电压，可以形成雪崩倍增增益。
2、比较PIN光电检测器与APD光电检测器，各自有那些特点？答：（1）PIN 光电二极管没有倍增，使用简单，工作偏压低(5-10V)，不需要任何控制。
在较大光功率注入下，PIN接收机噪声性能要比APD接收机噪声性能（信噪比降低G x倍）优越。
（2）APD 具有很高的内部倍增因子（通过合理设计，可以使APD工作在最佳倍增状态），这样接收灵敏度比PIN光检测器高。
但由于APD需要较高的工作偏压（200V）以及其倍增特性受温度的影响较严重因此使用起来也比较复杂，需要AGC电路对APD的工作偏压进行精细控制，在要求较高的数字光接收机中，还必须对APD采纳温度抵偿措施。
在较小光功率注入下，APD接收机噪声性能（信噪比提高G2倍）要比PIN接收机噪声性能优越。
3、光电检测器转换能力的物理量有哪些？写出其表达式。
答：量子效率和响应度R04、现有1011×10-19J，入射到一个理想的光电二极管上，计算：(a)入射光波长；(b)输出光电流大小；(c)若这是一个APD，其G=18，计算光电流。
解：＝1554nm5、有一个PIN光电二极管，其=O.9，=1300 nm，入射光功率P0=-37 dBm。
计算：(a)光电流大小；(b)当负载电阻R L等于50，1000及lOM时的输出电压。
解：＝0.94（A/W）。
《光纤通信》第4章课后习题答案DD
第4xx光器件1.光纤的连接损耗有哪些？如何降低连接损耗？解：连接损耗可分为外部损耗和内部损耗。
外部损耗主要有轴向位移、连接间隔、倾斜位移、截面不平整。
内部损耗主要是由于光纤的波导特性和几何特性差异导致的损耗，包括纤芯的直径、纤芯区域的椭圆度、光纤的数值孔径、折射率剖面等。
采用较好的连接方法，改善连接器的性能。
2.试用2×2耦合器构成一个8×8空分开关阵列，画出连接图和输入输出端口信号间流向，计算所需开关数。
解：需开关数12个。
3.讨论图5.22所示平面阵列波导光栅的设计思想和方法。
解：设计思想：将同一输入信号分成若干路分别经历不同的相移后又将它们合在一起输出；设计方法：将N个输入波导和N个输出波导，二个聚焦平面波导（星型耦合器）和通道阵列波导，集成在单一衬底上。
使得输入／输出波导的位置和阵列波导的位置满足罗兰圆规则。
4.简述光耦合器和WDM分波器有什么不同。
解：在宽带光纤耦合器中，通常通过改变熔融拉锥工艺，使耦合器输出端口的分光比不受波长的影响。
相反，在WDM器件中则改变熔融拉锥工艺，使分光比随波长急剧变化。
5.光滤波器有哪些种类，滤波器应用在什么场合？解：光滤波器主要有F-P腔滤波器、M-Z干涉滤波器、阵列波导光栅滤波器、声光可调滤波器，光纤光栅滤波器。
光滤波器用于滤出特定波长的光信号。
6.光开关有哪些性能参数，在光纤通信中有什么作用？解：光开关的性能参数主要有开关时间、通断消光比、插入损耗、串扰、偏振依赖损耗；光开关在光纤通信技术中作光路切换之用，如系统的主备切换等。
它是光交换的关键器件，在光网络中有许多应用场合。
7.简述F-P腔可调谐滤波器的工作原理。
解：F-P腔型滤波器的主体是F-P谐振腔，是由一对高度平行的高反射率镜面构成的腔体，当入射光波的波长为腔长的整数倍时光波可形成稳定振荡，输出光波之间会产生多光束干涉，最后输出等间隔的梳状波形。
通过改变腔长L或腔内的折射率n来改变滤波器的中心波长。
11光通信4-1
导带
禁带 价带
导带 禁带 价带
直接能隙材料（左）和间接能隙材料（右）
材料与结构--材料
1.材料: 同质结: PN结的两边都是同种材料，具有相同的禁带宽度 异质结: PN结的两边都是异种材料 双异质结:
宽带隙的Ｐ型半导体和Ｎ型半导体（比如ＧaAlAs）中间，插入一 个薄层的窄带隙的有源区材料（比如GaAs）
5
LD(+)
12
Thermistor
6
NC
7
PD(-)
13
NC
14
TEC(-)
+
-
7654321
+
+
电感
89
-
TEC
R Rf
Case
10 11 12 13 14
-
3．基本特性
1）发光特性
(1)发光曲线和阈值特性 (2)光谱特性 (3) 温度特性 (4) 光斑、发散角和耦合效率 (5)噪声特性
2）电特性
LED(light emitting diode)
LED(light emitting diode)
4.1.3.发光二极管
1．基本原理 2. 结构和分类 3. 基本特性
(1)发光特性 (2)电特性
1．基本原理
➢ 没有光学谐振腔 ➢ 不论注入电流有多大，受激辐射都不能占优 ➢ 自发辐射过程, 阈值无限大 ➢ 发射出普通的非相干光。
冲会出现一个衰减的振荡，称为张弛振荡。它是激光 器内部的固有特性，频率一般为几百兆赫兹。 ➢ 自脉动现象
当滤光器的注入电流达到一定值时，会出现一种 连续的振荡，称之为自脉动现象。它源于激光器内部 的非线性增益。
4.1.3.发光二极管 LED(light emitting diode)
南京邮电大学光纤习题解题指导(部分)
27
Chap.3 No.11 光发送机中输入接口的作用是什么？
对驱动电路有什么要求？
输入接口除了正常应该考虑信号幅度大小和阻抗外， 特别应注意信号脉冲码型，即将原始信息变换为适宜于在 光纤中传输的码型。 对驱动电路要求： 输出的光脉冲峰值必须保持恒定。 光脉冲的通断比（即消光比）应≥10，以免接收灵敏度 受到损害。 电流脉冲加上后，激光发射的时间必须远短于每位码元 的时间段。 如加上的电流脉冲有较高的码速，则输出的光脉冲有可 能引起弛张振荡，这就必须予以阻尼，防止它对系统性能 发生不良影响
详见光发送电路部分，重点理解注入电流信号与 阈值电子密度和光子密度之间的关系，以及由此产生 的驰张振荡和暂态过击现象。 解决方法是实现在光源电路中加入偏置电流，其 选取原则是略小于阈值电流。
20
Chap.3 No.4 已知半导体材料GaAs的Eg＝1.43eV， InGaAsP的Eg=0.96eV，分别求由这两种材料组成的半 导体激光器的发射波长。
习题解题指导
南京邮电大学 通信与信息工程学院
Chap.1 No.1 光纤通信有哪些优点？
参见1.2.1。
2
Chap.1 No.2 比较五代光纤通信系统的主要特点与差别。
参见1.1，注意各代系统在传输容量和关键技术上 的区别。
3
Chap.1 No.3
为什么使用石英光纤的光纤通信系统中，工作波长只能选择 850nm、1310nm、1550nm三种。
参见2.5.2，最大理论数值孔径为
NAt ,max n 2 (0) n 2 ( a )
入射点处局部数值孔径为
NA( r ) n ( r ) n ( a )
2 2
13
Chap.2 No.10 某阶跃折射率光纤的参数为……试问该入 射光线在光纤中是成为传导模还是辐射模？为什么？
光纤通信第4章
第4章
光
端
机
2. 调制电路和控制电路
直接光强调制的数字光发射机主要电路有调制电路、控 制电路和线路编码电路，采用激光器作光源时，还有偏置电 路。对调制电路和控制电路的要求如下： (1) 输出光脉冲的通断比(全“1”码平均光功率和全“0” 码平均光功率的比值，或消光比的倒数)应大于10，以保证 足够的光接收信噪比。 (2) 输出光脉冲的宽度应远大于开通延迟(电光延迟)时 间，光脉冲的上升时间、下降时间和开通延迟时间应足够短， 以便在高速率调制下，输出的光脉冲能准确再现输入电脉冲 的波形。
第4章
光
端
机
如图4.4，在两个接连出现的“1”码中，第一个脉冲到
来前，有较长的连“0”码，由于电光延迟时间长和光脉冲上 升时间的影响，因此脉冲变小。第二个脉冲到来时，由于第 一个脉冲的电子复合尚未完全消失，有源区电子密度较高， 因此电光延迟时间短，脉冲较大。“码型效应”的特点是， 在脉冲序列中较长的连“0”码后出现的“1”码，其脉冲明显 变小，而且连“0”码数目越多，调制速率越高，这种效应越 明显。用适当的“过调制”补偿方法，可以消除码型效应， 见图4.4(c)所示。
(a) LED数字调制原理；(b) LD的数字调制原理
第4章
光
端
机
4.1.1 光部分。光源是实现电/光转换的关键器件，在很大程度 上决定着光发射机的性能。电路的设计应以光源为依据，使 输出光信号准确反映输入电信号。
第4章
光
端
机
第4章
光
端
机
第 4 章 光端机
4.1 光发射机
4.2 光接收机 4.3 线路编码
第4章
光
端
机
4.1 光发射机
光技术与光纤通信4章
②光接收机的线性通道
光接收机的线性通道由一个高增益放大器(主放大器) 和一个低通滤波器组成。
有时在主放大器前接入一个均衡器以校正前端有限的 带宽。
自动增益控制(AGC)将放大器的平均输出电压限制在 固定电平而不随输入光功率而变。
低通滤波器使电压脉冲整形，降低噪声，控制可能出 现的码间串扰(ISI)。接收机噪声正比于接收机带宽， 为降低噪声，采用带宽Δf小于B的低通滤波器
时钟恢复：从信号中提取同步时钟
接收机各部分的作用-2
判决器：在时钟作用下再生出原信号
译码器：与光发射机中的线路编码（ 或扰码）相对应
AGC电路：自动增益控制，保证光接 收机具有一定的输入动态范围
接口电路：解决光接收机和电接收机 之间阻抗和电压的匹配问题，保证光 接收机输出信号顺利地送入电接收机
线路编码
电信号
调制电路
LED/LD
光源
光纤
光信号
控制电路
2、光发射机应满足的要求
光发射机的设计应满足系统提出的技术要求如下：
稳定的输出功率。输出光功率通常指耦合进光纤的 光功率，即入纤功率，根据不同系统的要求，通常 在0.01~5mW范围内，并要求在环境温度变化或器件 老化过程中，输入光功率要保持恒定。
数来衡量，如误码秒 标准：ITU-T规定，BER=10-9，设计时要求
BER=10-11 当BER=10-6时系统告警， BER=10-3时系统倒换
计算误码率的示意图
(1)接收机的常用参数
2. 灵敏度 定义：为保证一定误码率(BER)，光接收
机所需要接收的最小光功率。单位： dBm
(dBm)=10lg功率值/1 mw (1个mw为 0dBm)
光纤通信_南京邮电大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
光纤通信_南京邮电大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.目前光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是目前光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是答案:0.85um,1.31um,1.55um2.光纤是利用光的以下那种现象传送光信号的？答案:全反射3.光纤的纤芯折射率应包层折射率，光纤才能导光。
答案:大于4.在阶跃型光纤中，基模为。
答案:LP01模5.表示光纤色散程度的物理量是。
答案:时延差6.当光纤纤芯的折射率与包层的折射率时，称为弱导波光纤。
答案:差别极小7.光纤中产生衰减的主要原因是和。
答案:吸收损耗、散射损耗8.光发射机的消光比，一般要求小于或等于。
答案:10%9.在目前的实用光纤通信系统中采用___________ 调制方式，即将调制信号直接作用在光源上，使光源的输出功率随调制信号的变化而变化。
答案:直接10.光发射机的光源经过一段时间使用将出现老化，使输出光功率降低，此时，通常使用。
答案:自动功率控制11.通常影响光接收机灵敏度的主要因素是。
答案:光接收机噪声12.下列有关光接收机灵敏度的表述不正确的是。
答案:光接收机灵敏度描述了光接收机的最高误码率13.关于PIN和APD的偏置电压表述，正确的是。
答案:均为反向偏置14.下列哪项不属于光无源器件。
答案:光检测器15.下列属于掺铒光纤放大器泵浦光源的典型工作波长是。
答案:980nm16.在光纤通信系统中，EDFA以何种应用形式可以显著提高光接收机的灵敏度。
答案:做前置放大器使用17.在SDH帧结构中，是用于传送网络运行、管理和维护的附加字节。
答案:段开销18.传送一帧STM-16所需的时间为。
答案:125μs19.利用一段___________光纤可以消除光纤中由于色散的存在使得光脉冲信号发生的展宽和畸变。
答案:色散补偿光纤20.EPON网络主要由三部分组成：、ODN和ONU。
答案:OLT21.G.653光纤无法使用在系统中。
答案:波分复用22.在误码性能参数中，严重误码秒的误码率门限值为。
光纤通信课件4章
The cutoff frequency (higher frequencies can go through)
ω 1 ⎛ lπ ⎞ ⎛ mπ ⎞ f c ( Hz ) = C = ⎜ ⎟ +⎜ ⎟ 2π 2π εµ ⎝ a ⎠ ⎝ b ⎠
E x = E x 0 cos( β z + ϖ t )
Hy = H y 0 cos( β z + ϖ t )
β =
2π
ϖ = 2π f : angular frequency
5
λ
: propagation constant
☺ Fiber-Optic Communications Technology Fiber-
where β = 2π / λ = ω /v , and θ , φ are initial phases.
6
☺ Fiber-Optic Communications Technology Fiber-
EM Waves: Propagation in a Lossy Medium
From the Maxwell’s Eqn. or the Wave Equation, one has
4.2 Propagation of EM Waves
Wave Eq. for a Time-Harmonic EM Field
The time-harmonic EM filed in phasor form is
E = E(r )e
jω t
,
H = H (r )e jω t
which real parts of the expressions give the physical expressions of the fields. The wave equations becomes
光纤通信(第四版)光纤通信系统及设计
7.4 IM-DD数字光纤通信系统设计
损耗限制系统中继距离计算
PS-PR=2αc+Nαs+αF L+M
L PS PR 2c s M F s / LF
M：富余度
7.4 IM-DD数字光纤通信系统设计
色散限制系统中继距离计算
对于数字光纤系统，色散增大，意谓着数字脉冲展宽增加， 在接收端要发生码间干扰，严重时使系统失去设计的性能。 因而，对于传输速率给定的系统，允许的总色散是一定的， 据此可计算中继距离。
7.3 PCM 数字光纤通信系统
一、系统的组成与主要性能参数
数字光纤通信系统组成
数字光纤通信系统性能参数（包括误码率、线路 速率或码率等）
误码率或误比特率
误比特率：在一定时间内收到的数字信号中发生差错的比特数与同一 时间所收到的数字信号的总比特数之比,就叫做“比特误码率”，也可 以叫做“误比特率”。 误码率：传输中的误码/所传输的总码数之比。
SDH电端机 SDH（同步复接体系） 将多路低速率比特流时分 复用为一路高速率比特流。
7.4 IM-DD数字光纤通信系统设计
总体考虑
（1）传输距离-中继距离 （2）信道带宽-线路码速率 （3）系统性能-误码率
光端机
光发送机：工作波长、码速率、平均发射光功率等。 光接收机：接收灵敏度、动态范围等。
单波长IM-DD系统
损耗限制系统中继距离计算
L PS PR 2c s M F s / LF
色散限制系统中继距离计算
1
L
(1.21
1.28) B
B1
q
106
LБайду номын сангаас
BD
WDM+EDFA系统：波长分配、放大器间隔等。
模拟光纤通信系统之欧阳法创编
第六章模拟光纤通信系统（4学时）一、教学目的及要求：使学生熟悉模拟光纤通信系统的组成和结构特点，重点要求他们掌握模拟光纤通信的系统调制方式、模拟基带直接光强调制光纤传输系统和副载波复用光纤传输系统结构。
二、教学重点及难点：本章重点：调制方式、模拟基带直接光强调制光纤传输系统、副载波复用光纤传输系统。
本章难点：调制方式三、教学手段：板书与多媒体课件演示相结合四、教学方法：课堂讲解、提问五、作业：课外作业：6-1 6-2 6-4 6-5六、参考资料：《光纤通信》刘增基第六章。
《光纤通信》杨祥林第八章第九章七、教学内容与教学设计：【讲授新课】（96分钟）第六章模拟光纤通信系统6.1调制方式6.1.1模拟基带直接光强调制模拟基带直接光强调制(DIM)是用承载信息的模拟基带信号，直接对发射机光源(LED或LD)进行光强调制，使光源输出光功率随时间变化的波形和输入模拟基带信号的波形成比例。
6.1.2模拟间接光强调制模拟间接光强调制方式是先用承载信息的模拟基带信号进行电的预调制，然后用这个预调制的电信号对光源进行光强调制(IM)。
预调制又有多种方式，主要有以下三种。
1. 频率调制(FM)频率调制方式是先用承载信息的模拟基带信号对正弦载波进行调频，产生等幅的频率受调的正弦信号，其频率随输入的模拟基带信号的瞬时值而变化。
然后用这个正弦调频信号对光源进行光强调制，形成FMIM光纤传输系统。
2. 脉冲频率调制(PFM)脉冲频率调制方式是先用承载信息的模拟基带信号对脉冲载波进行调频，产生等幅、等宽的频率受调的脉冲信号，其脉冲频率随输入的模拟基带信号的瞬时值而变化。
然后用这个脉冲调频信号对光源进行光强调制，形成PFMIM光纤传输系统。
3. 方波频率调制(SWFM)方波频率调制方式是先用承载信息的模拟基带信号对方波进行调频，产生等幅、不等宽的方波脉冲调频信号，其方波脉冲频率随输入的模拟基带信号的幅度而变化。
然后用这个方波脉冲调频信号对光源进行光强调制，形成SWFM IM光纤传输系统。
精品文档-光纤通信技术(田国栋)-第4章
第4章 光纤传输体系与光网络 表4.2 SDH与SONET的标准速率
等级 STM-1 STM-4
S TM-16 S TM-24
SDH
速 度（ Mbit/s ） 速度（ M bit/s）
51.8 40
155 .520
155.520
466.560
622 .080
622.080
933.120
1244. 160
第4章 光纤传输体系与光网络 图4.1 STM－N帧结构
第4章 光纤传输体系与光网络
在图4.1中，SOH(SectionOverhead)为段开销，是为保证 信息正常运行灵活传送所附加的字节，用于网络的运行、管理、 维护及指配的字节。第1～3行和1～9×N列为再生段开销 (RSOH，RegeneratorSection Ovethead) 段，可在再生器接入，也可在终端设备接入；第5～9行和1～ 9×N列为复用段开销(MSOH，MultiplexerSection Overhead)，负责管理由若干再生段组成的复用段，它将透明 地通过每个再生段，只能在管理单元组(AUG)进行组合或分解 的地方才能接入或终结。第4行9个字节为管理单元指针 (AUPTR)，用于指示信息净负荷的第一个字节在STM－N中的准 确位置，以便接收段能正确地分解出支路信号。第1～9行和第 10×N～270×N列的区域内共有2349×N个字节构成了信息净 负荷区(Payload)，用于存放各种业务。其中，第10列9字节 为通道开销(POH，PathOverHead)，用于通道性能监视、管理 和控制。
第4章 光纤传输体系与光网络
2.SDH的帧结构 SDH的基础是它的帧结构，而实现SDH网络管理的是它的 开销。理想的SDH结构应能适应同步数字复用、交叉连接和交 换的功能，同时又能使支路信号在一帧内分布均匀、规则和可 控，便于接入和取出。 SDH中数据传输是以帧为单位进行的，帧时间长度叫帧周 期(或帧长)，以字节为最小单元(每个字节含8bit)。它由9行 和270×N字节组成块状帧结构，如图4.1所示。发送顺序为从 左至右，从上至下。块状帧结构的传送方向上SDH一帧的长度 为125US，即每秒传1/(125×10－6)=8000帧，传送STM－N模块 的速率为8×9×270×N×8000bit/s。对于STM－1模块而言， 一帧的长度为2430(=9×270)字节，相当于 2430×8bit=19440bit，传输速率为 9×270×8×1×8000bit/s=155.520Mb/s。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第四章1节作业
欧阳光明（2021.03.07）
1、光纤通信系统用的光检测器是怎样偏置外加工作电压的？
答：反向偏置。
足够大的反向偏置电压，目的是使本征区中的载流子完全耗尽，形成高电场耗尽区。
使入射到检测器上的光子能量高速度、高效率转换成光生电子。
APD管加上更高反向电压，可以形成雪崩倍增增益。
2、比较PIN光电检测器与APD光电检测器，各自有那些特点？
答：（1）PIN 光电二极管没有倍增，使用简单，工作偏压低(5-10V)，不需要任何控制。
在较大光功率注入下，PIN接收机噪声性能要比APD接收机噪声性能（信噪比降低G x倍）优越。
（2）APD 具有很高的内部倍增因子（通过合理设计，可以使APD工作在最佳倍增状态），这样接收灵敏度比PIN光检测器高。
但由于APD需要较高的工作偏压（200V）以及其倍增特性受温度的影响较严重因此使用起来也比较复杂，需要AGC电路对APD的工作偏压进行精细控制，在要求较高的数字光接收机中，还必须对APD采取温度补偿措施。
在较小光功率注入下，APD接收机噪声性能（信噪比提高G2倍）要比PIN接收机噪声性能优越。
3、光电检测器转换能力的物理量有哪些？写出其表达式。
答：量子效率和响应度R0
*欧阳光明*创编 2021.03.07
4、现有1011个光子／秒，光子能量为1.28×10-19J ，入射到一个理想的光电二极管上，计算：
(a)入射光波长；
(b)输出光电流大小；
(c)若这是一个APD，其G=18，计算光电流。
解：
＝1554nm
5、有一个PIN光电二极管，其=O.9，=1300 nm，入射光功率P0=-37 dBm。
计算：
(a)光电流大小；
(b)当负载电阻R L等于50，1000及lOM时的输出电压。
解：
＝0.94（A/W）
*欧阳光明*创编 2021.03.07。