光纤通信期末考试题及答案分析

一、填空：1、1966年，在英国标准电信实验室工作的华裔科学家首先提出用石英玻璃纤维作为光纤通信的媒质，为现代光纤通信奠定了理论基础。

2、光纤传输是以作为信号载体，以作为传输媒质的传输方式。

3、光纤通常由、和三部分组成的。

4、据光纤横截面上折射率分布的不同将光纤分类为和。

5、光纤色散主要包括材料色散、、和偏振模色散。

6、光纤通信的最低损耗波长是，零色散波长是。

7、数值孔径表示光纤的集光能力，其公式为。

8、阶跃光纤的相对折射率差公式为9、光纤通信中常用的低损耗窗口为、1310nm、。

10、V是光纤中的重要结构参量，称为归一化频率，其定义式为。

11、模式是任何光纤中都能存在、永不截止的模式，称为基模或主模。

12、阶跃折射率光纤单模传输条件为：。

13、电子在两能级之间跃迁主要有3个过程，分别为、和受激吸收。

14、光纤通信中最常用的光源为和。

15、光调制可分为和两大类。

16、光纤通信中最常用的光电检测器是和。

17、掺铒光纤放大器EDFA采用的泵浦源工作波长为1480nm和。

18、STM-1是SDH中的基本同步传输模块，其标准速率为：。

19、单信道光纤通信系统功率预算和色散预算的设计方法有两种：统计设计法和。

20、光纤通信是以为载频，以为传输介质的通信方式。

21、光纤单模传输时，其归一化频率应小于等于。

22．数值孔径表示光纤的集光能力，其公式为：。

23、所谓模式是指能在光纤中独立存在的一种分布形式。

24、传统的O/E/O式再生器具有3R功能，即在、和再生功能。

25、按射线理论，阶跃型光纤中光射线主要有子午光线和两类。

26、光纤中的传输信号由于受到光纤的损耗和的影响，使得信号的幅度受到衰减；波形出现失真。

27、半导体材料的能级结构不是分立的单值能级，而是有一定宽度的带状结构，称为。

28、半导体P-N结上外加负偏压产生的电场方向与方向一致，这有利于耗尽层的加宽。

29、采用渐变型光纤可以减小光纤中的色散。

30、SDH网中，为了便于网络的运行、管理等，在SDH帧结构中设置了。

31、SDH的STM－N是块状帧结构，有9行，列。

32、处于粒子数反转分布状态的工作物质称为。

33、EDFA的泵浦结构方式有：a、结构；b、结构；c、双向泵浦结构。

34、和动态范围是光接收机的两个重要特性指标。

5、随着激光器温度的上升，其输出光功率会。

36、目前，通信用光纤的纤芯和包层绝大多数是由材料构成的。

37、在阶跃型（弱导波）光纤中，导波的基模为。

38、根据光纤中的传输模式数量分类，光纤可分为和。

39、LD是一种阈值器件，它通过发射发光，而LED通过发射发光。

40、光纤色散主要包括、、材料色散和偏振模色散41．常见的光线路码型大体可以归纳为3类：扰码二进制、和插入型码。

42、在一根光纤中同时传播多个不同波长的光载波信号称为。

43、允许单模传输的最小波长称为。

44、在1.3μm波段进行光放大通常用掺光纤放大器，1.55μm波段通常用掺光纤放大器。

45、导模的传输常数的取值范围为：。

46、量子效率是用来衡量激光器的转换效率的高低，其主要分为内量子效率、和。

47、典型的光电瞬态响应有：光电延迟、和。

48、掺铒光纤放大器EDFA 采用的泵浦源工作波长为1480nm 和。

49、自愈环结构可以分为两大类：和。

50、一般来说，无电中继传输距离超过1000km 的系统被称为长距离传输系统，超过2000km 的被称为很长距离，超过3000km 被称为超长距离传输系统。

51、系统容量和传输距离（无电中继）是衡量长距离WDM 光传输系统性能的两个基本指标。

1、高锟2、激光光波光纤3、纤芯包层涂覆层4、阶跃折射率型渐变折射率型5、模式色散波导色散6、1.55μm1.31μm7、2221n n NA -=8、121n n n -=∆9、850nm1550nm10、222102n n a V -=λπ11、HE 1112、405.2<V13、自发发射受激辐射14、半导体激光器发光二极管15、直接调制间接调制16、光电二极管雪崩光电二极管17、980nm18、155.520Mbit/s19、最坏值设计法20、光波光纤21、2.40522．2221n n NA -=23、电磁场 24、再整形再定时25、斜射线26、色散27、能带28、内电场29、模式30、开销比特（或管理比特）31、270×N32、激活物质（或增益物质）33、同向泵浦反向泵浦34、灵敏度35、减少36、石英37、LP 0138、多模光纤单模光纤39、受激自发40、模式色散波导色散41．字变换码42、光波分复用43、截止波长44、镨铒45、1020n k n k <<β46、外量子效率外微分量子效率47、张弛振荡自脉动48、980nm49、通道倒换环复用段倒换环50、2000300051、系统容量二、名词解释：1、瑞利散射2、色散位移光纤3、受激辐射4、直接调制和间接调制5、子午光线6、弱导波光纤7、阈值电流8、最坏值设计法参考答案1、瑞利散射是光纤材料的本征散射，它是由于光纤中折射率在微观上的随机起伏所引起。

石英光纤在加热拉制过程中，由于热骚动，使原子得到的压缩不均匀，这使物质的密度不均匀，进而使折射率不均匀，这种不均匀性在冷却的过程中被固定下来。

这种不均匀度与波长相比是小尺寸的，因此产生的散射称为瑞利散射。

2、一种将零色散移到波长1.55μm 而该处损耗又最小的光纤。

3、处于高能级的电子，在受到外来能量为h f =（E 2－E 1）的光子激发的情况下，跃迁到低能级，从而发射出一个和激发光子相同的光子的过程称为受激幅射。

4、将激光器LD或发光二极管LED的驱动电流用叠加在偏置电流上的电信号进行调制，由此实现对LD或LED输出的光强度进行调制的方式称为直接调制。

使LD或LED在一定的驱动电流下输出固定强度的光，再通过光调制器使输出光的信息随电信号而变化，将这种调制方式成为间接调制。

5、处在一个子午面（包含光纤轴线的平面）内，经过光纤的轴线在周围边界面间作内部全反射的光纤。

6、纤芯折射率与包层折射率差极小的光纤。

7、当LD注入电流达到将产生激光时的电流值。

8、最坏值设计法是系统设计中最常用的方法，这种方法在设计再生段距离时，将所有参考值都按最坏值选取，而不管其统计分布如何。

三、简答题：1、光纤通信发展至今经历了哪些里程碑？2、应用于光纤通信系统的光源应该具备什么要求？3、由P-I曲线知，半导体激光器是阈值型器件，简述激光器随着注入电流的不同而经历的几个典型阶段。

4、光纤中产生损耗的主要因素是什么？光纤中有哪些损耗？5、简述雪崩光电二极管的工作原理。

参考答案1、（1）20世纪60年代初期，光纤通信发展史上迎来了第一个里程碑，世界上第一台相干振荡光源红白事激光器问世，给光通信带来了新的希望；（2）1966年华裔科学家 C.K.Kao博士和G.A.Hockham，对光纤传输的前景发表了具有重大历史意义的论文，1970年，美国康宁玻璃公司的（3）Kapron博士等人研制出传输损耗仅为20dB/km的光纤，这是光纤通信发展历史上的一个里程碑。

1985年，南安普顿大学的Mears等人制成了掺铒光纤放大器（EDFA）（4）1993年K.Hill等人提出了使用相位掩膜法制造光纤光栅，使得全光器件的研制和集成成为可能，光纤光栅、全光纤光子器件、平面波导器件及其集成的出现是光纤通信史上的又一个里程碑。

2、光纤通信系统均采用半导体发光二极管（LED）和激光二极管（LD）作为光源。

这类光源具有尺寸小、耦合效率高、发射波长在光纤中低损耗传输，响应速度快、波长和尺寸与光纤适配，并且可在高速条件下直接调制等优点3、半导体激光器是一个阈值器件，它的工作状态随注入电流的不同而不同。

当注入电流较小时，有源区里不能实现粒子数反转，自发发射占主导地位，激光器发射普通的荧光，其工作状态类似于一般的发光二极管。

随着注入电流的加大，有源区里实现了粒子数反转，受激辐射占主导地位，但当注入电流小于阈值电流时，谐振腔里的增益还不足以克服损耗，不能在腔内建立起一定模式的振荡，激光器发射的仅仅是较强的荧光，这种状态称之为“超辐射”状态。

只有注入电流达到阈值以后，才能发射谱线尖锐。

模式明确的激光。

4、由于吸收和散射的原因使光纤发生损耗。

光纤中发生损耗的原因，有来自光纤本身的损耗，也有光纤与光源的耦合损耗以及光纤之间的连接损耗，如熔接损耗，弯曲损耗，端面损耗，光学损耗等。

光纤本身的损耗有吸收损耗（本征吸收、杂质吸收）和散射损耗（瑞利散射、结构缺陷散射）。

本征损耗是光纤基础材料固有的吸收，并不是杂质或者缺陷所引起的。

本征损耗特点是确定了某一种材料吸收损耗的下限，与波长有关。

5、当在光电二极管上加反向电压，使其耗尽区内的电场强度大于105V/cm时，光生载流子在强电场作用下高速通过耗尽区向两级移动。

在移动过程中，由于碰撞游离而产生更多的新载流子，形成雪崩现象，从而使流过二极管的光电流成百倍地增加。

利用光生载流子雪崩效应工作的PN结光电二极管就是APD。

6、光纤通信技术的特点7、单模光纤中有那几种色散？色散对光纤通信系统有什么影响？8、半导体激光器产生激光需要那些条件？光纤通信对半导体发光器件有哪些基本要求？9、简述掺铒光纤放大器的工作原理？参考答案：6、传输容量大；传输损耗小，中继距离长；抗干扰性好，保密性强，使用安全；材料资源丰富，可节约金属材料；重量纤，可绕性好，敷设方便；缺点是组件昂贵，光纤质地脆，机械强度低，连接比较困难，分路、耦合不方便，弯曲半径不宜太小7、单模光纤中有材料色散、波导色散和偏振色散。

色散使得输出光信号脉冲被展宽，产生码间干扰，增加误码率，这样就限制了通信容量和传输距离。

8、条件：1）．粒子反转分布条件（粒子能从“价带”泵浦到“导带”上）。

2）．阈值条件（要有足够的能量使粒子泵浦到一定程度）。

3）．选频机制（筛成单色光）。

基本要求：1）．光源的发光波长应符合目前光纤的三个低损耗窗口：即短波长波段的0.85μm 和长波长波段的1.31μm 和1.55μm 。

2）．能长时间连续工作，并能提供足够的光输出功率。

3）．与光纤耦合效率高。

4）．光源的谱线宽度窄。

5）．寿命长，工作稳定。

9、掺铒光纤放大器的工作原理：在掺铒光纤中，低能级的电子吸收泵浦光的能量，由基态跃迁至处于高能级的泵浦态。

由于泵浦态上载流子的寿命时间只有1us ，电子迅速以非辐射方式由泵浦态豫驰至亚稳态，在亚稳态上载流子有较长的寿命，在源源不断的泵浦下,亚稳态上的粒子数积累,从而实现了粒子数反转分布。

信号光使得亚稳态上的电子以受激辐射的方式跃迁到基带上，对应于每一次跃迁，都将产生一个与信号光子一样的光子，此信号光子与电子（受激辐射）一起发射出去，实现了光放大。