光纤通信期末总复习

光纤通信期末总复习一、总述题型：判断（20% ）（2×10）+选择（50%）（2.5×20）+计算（30%）（3题）考试范围（第一章～第十章），重点第五章、第六章、第七章，第四章自学，不考要求：考试可以用中文答题，但是要熟悉英文专业术语， 每次作业一定要会做 二、第一章 光纤通信系统1、光通信所用波长（红外、可见、紫外）2、dB ，dBm 计算3、分清波长，频率，介质中波长，介质中的频率v fλ=4、一路话音信号速率4、什么是光子？光子能量（以J 为单位，eV 为单位），会计算光线中的光子数5、光纤优点与缺点 三、光学概要1、Snell 定律：计算纤芯包层上临界角，空气和纤芯入射面入射光锥大小2、数值孔径定义，计算3、光斑尺寸的计算 四、 波动学基础 1、α与γ的换算Proof::dB km 10lgexp(2)1dB 110lgexp(2)km-220=108.685ln10 2.3026dB L L L km dB kmγααγγααααγα用表示的衰减值；：衰减系数：传输距离当时值就是；单位为=-==--=≈-2、带宽和谱宽的换算（频率范围和波长范围换算）12212112122ccf f f c f c thenf f f c f f λλλλλλλλλλλλλλλλ⎛⎫-∆=-=-= ⎪⎝⎭⎛⎫∆∆== ⎪⎝⎭∆∆∆∆⎛⎫∆=⇒∆=⇒=⎪⎝⎭3、色散，材料色散，波导色散定义，展宽计算，单位长度展宽计算Dispersion （色散）: Wavelength dependent propagation velocity. 传输速度随波长变化的特性称为色散Material Dispersion （材料色散）: Dispersion caused by the material.Waveguide Dispersion （波导色散）: Dispersion caused by the structure of thewaveguide.L L ττ∆∆⎡⎤⎛⎫= ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦''n M L c τλλλ⎛⎫∆=-∆=-∆ ⎪⎝⎭4、光纤通信系统电带宽与光带宽关系5、带宽距离积、NRZ ，RZ （50%）比特距离积计算3()3()0.70.350.5NRZ dB electrical RZ dB optical R L L f L R L L f L L τττ∆∆∆--⨯=⎛⎫ ⎪⎝⎭⨯==⨯⎛⎫ ⎪⎝⎭⨯=⎛⎫ ⎪⎝⎭ 6、谐振腔（F-P 腔）1(1)222c m mc f f f m c mc c f Ln Ln Ln∆∆+=-+=-=2cc oo co cc of ff f ccλλλλλλ∆∆∆∆∆===7、平面边界上的反射，全反射临界角计算1212n n n n ρ-=+221212power reflected R power incidentR n n R n n ρ≡=⎛⎫-= ⎪+⎝⎭分界面上损耗计算 什么是消逝场？ 五、 光纤波导1、相对折射率与数值孔径：fractional refractive ；NUMERICAL APERTURE121n n n -∆=00sin NA n α== 2、光纤损耗Losses may be classified as: Absorption Scattering ： Rayleigh ScatteringGeometric effects目前损耗水平是多少？主要限制因素是什么3、归一化频率计算；V is called the normalized frequency or V parameter2a V NA πλ==4、多模光纤模式数目计算对于阶跃折射率光纤，若V>1022V N =对于抛物线分布折射率光纤，若V>1024V N = 5、单模传播条件2.405V =aλ<2.4052aNAλπ<单模工作区位于长波长有什么优点？6、多模光纤中的畸变 阶跃折射率：11211122()()n n n n n n L cn cn c τ-∆⎛⎫∆==∆≈⎪⎝⎭对于 GRIN 模式展宽近似表达式为:212n L c τ∆⎛⎫∆= ⎪⎝⎭GRIN 优点是什么？这里大家需要记住的是模式失真不依赖于光源波长或者光源线宽.因此总的脉冲展宽:τ∆=modal modal pulse spread τ∆=dispersion material and waveguide dispersive pulse spread τ∆=那么总的色散可计算如下()g M M L τλ⎛⎫∆=-+∆ ⎪⎝⎭7、单模截止波长2.4052aNAλπ<=那么截止波长 (小于截止波长光纤将以多模形式传输) 为:c (2)2.612.405a NA a NA πλ==8、在实际中，对于常见的通信用光纤，在其中传播的光是何种偏振的？六、光源和光放大器1、LED P-I 特性的斜率计算. 禁带宽度与辐射波长g i P W e η⎛⎫= ⎪⎝⎭P g W i η=2、量子效率定义，计算。

3、LED 模拟调制、数字调制时偏置电流选择，LED 正常工作时偏置电压选择4、LED 带宽（电带宽）限制因素5、LED 辐射图形：面发射：朗伯光，半功率角120度 边发射：120×306、激光器工作原理三个条件：粒子数反转、阈值条件，相位条件 区分受激辐射与自发辐射基本概念Spontaneous emission stimulated emission ，7、P-I 特性斜率 与量子效率8 F-P 激光器纵模概念，激光器输出纵模数计算，输出光谱图2c c f Ln∆= 2222o o c cc LnLnλλλ∆==linewidth resonance spacing m cN λλ∆∆≅=9、异质结概念，对阈值电流影响10、LD 模拟调制、数字调制偏置电流的选择，LD 偏置电压的选择11、温度对LD 工作特性的影响12、LD 带宽f 3-dB = 0.35/t r13、LD 辐射方向图：边发射：10×35 14、LD 与LED 区别线宽、带宽、发散角、调制特性、温度特性，P-I 特性工作原理15、光栅谐振波长：02m n λ⎛⎫Λ= ⎪⎝⎭16、铒离子三能级系统描述EDFA 放大原理 17、EDFA 优点和EDFA 工作波段 18、拉曼放大器工作波段，优点 19 噪声指数定义，计算λ λλ()()//inoutS N F S N =1010log dB F F =,,(/)(/)out dB in dB dB S N S N F =-20 、 Amplifier placement in a fiber link.Launch Amplifier Inline Amplifier Preamplifier21、光纤放大器和光纤激光器区别七、光检测器1、响应度 Responsivity ，量子效率计算number of emitted electronsnumber of incident photons η=i e e P hf hcηηλρ===2、截至波长c ghc W λ=1.24c gW λ=3、PIN 、 APD 偏置电压选择4、光电导模式（ Photoconductive ）：有反向偏置情形下 光伏特模式（ Photovoltaic ）：无反向偏置电压情形5、暗电流：在没有光功率存在情形下，反响偏置二极管内也有一个微小反向电流 (通常称为反向漏电流). 暗电流是由二极管内自由电荷载流子热运动产生. 小的入射光信号将被暗电流掩盖. 为了减小误码率，必须使得信号电流远大于暗电流.6、检测器带宽限制因素渡越时间定义. The speed of response is ultimately limited by the transit time.7、APD 的响应度8、灵敏度概念sensitivity ，APD 能提高灵敏度八、耦合器和连接器1、轴向错位，角度错位、端面分离那种因素占主导地位？2、数值孔径不同光纤连接损耗计算L = - 10 log (NA2/NA1)2 入射光纤NA1大L = 0 入射光纤NA1小 3、光纤尺寸不同光纤连接损耗计算Silicon Photodiode Response0.5 0.7 0.9λ (μm)(/)A W ρ2⎛⎫=== ⎪⎝⎭ππ21222211A a a ηA a a目前好的连接器损耗大约是多少?光纤熔接呢？九、分布式网络和光器件1、什么是波分复用及其优点密集波分复用、稀疏波分复用2、常见波分复用器工作原理，DWDM 对光器件的要求3、定向耦合器参数定义 及计算Throughput Loss （直通损耗） L THP = - 10 log (P 2 /P 1 ) Tap Loss （抽头损耗）L TAP = - 10 log (P 3 /P 1 )Directionality （方向性系数）L D = - 10 log (P 4 /P 1 ) Excess Loss （额外损耗）L E = - 10 log [(P 2 + P 3) /P 1 ] Splitting Ratio （分光比） SR= (P 2 /P 3 )4、光隔离器原理，作用偏振光的马吕斯定律和法拉第（Farady ）磁光效应5、光纤布拉格光栅 2λΛ=46、衰减器作用十、调制1、直接调制与间接调制，内调制与外调制2、电吸收调制器工作原理3、副载波复用基本概念附：一定掌握英文术语（能读懂）。