光纤通信
第一章导论
一. 填空
1. 光纤通信的通信窗口波长范围为（0.8～1.8μm）。
2. 光纤通信是以（光波）为载频，以（光纤）为传输介质的通信方式。
3. 光纤通信的最低损耗波长是（1.55μm），零色散波长是（1.31μm）。
二. 选择题（有一个或者多个答案）
1. 目前光纤通信常用的窗口有（ACD）。
A、0.85 μm
B、 2 μm
C、1.31 μm
D、1.55 μm
2. 目前纤光通信常用的光源有（AB）。
A、 LED
B、LD
C、PCM
D、PDH
3. 光纤通信是以光波为载波，以（C）为传播介质的通信方式。
A、电缆
B、无线电磁波
C、光纤
D、红外线
三. 简答题
1. 光纤通信主要有哪些优点？
通信容量大，中继距离长，保密性能好，抗电磁干扰，体积小、重量轻、便于施工和维护，价格低廉。
2. 为什么说光纤通信比电缆通信的容量大？
光纤通信的载波是光波，电缆通信的载波是电波。虽然光波和电波都是电磁波，但频率差别很大。光纤通信用的近红外光（波长约1μm）的频率（约300THz）比电波（波长为0.1m～1mm）的频率（3～300GHz）高三个数量级以上。载波频率越高，频带宽度越宽，因此信息传输容量越大。
第二章光纤与光缆
一、填空
1.单模光纤中不存在（模间）色散，仅存在（模内）色散，具体来讲，可分为（材料色散）和（波导色散）。
2. 光纤中的最低阶非线性效应起源于（）阶电极化率，它是引起（）、（）和（）等现象的原因。 3、光缆大体上都是由（）、（）和（）三部分组成的。
4、散射损耗与（光纤材料）及（光纤中的结构缺陷）有关。
5、允许单模传输的最小波长称为（截止波长）。
6、数值孔径（NA）越大，光纤接收光线的能力就越（强），光纤与光源之间的耦合效率就越（高）。
二、选择（一个或多个答案）
1、从横截面上看，光纤基本上由３部分组成：（）、（）、（）。
A、折射率较高的芯区
B、折射率较低的包层
C、折射率较低的涂层
D、外面的涂层
E、外面的包层
2、单模光纤只能传输一个模式，即（），称为光纤的基模。
A、HE００模
B、HE１１模
C、HE１０模
D、HE０１模
3、限制光纤传输容量（BL积）的两个基本因素是（）和（）。
A、光纤色散
B、光纤折射
C、光纤衰减
D、光纤损耗
4、脉冲沿光纤的传输演变规律依赖于β２和β３的相对大小，而且它们又依赖于（）、（）的相对偏移程度。
A、中心波长λ
B、工作波长λ
C、零色散波长λ０
D、零损耗波长λ０
三、简答
1.单模光纤中出现双折射现象的原因是什么？
2.什么是光纤的色散？分析多模光纤和单模光纤的色散机理。
四、计算
1、一段30km长的光纤线路，其损耗为0.5dB／km。
（1）如果在接收端保持0.3μW的接收光功率，则发送端的功率至少为多少？
（2）如果光纤的损耗变为0.25dB／km，则所需的输入光功率又为多少？
2、均匀光纤，若n１＝1.5，λ０＝1.3μm，试计算：
（1）若Δ＝0.25，为了保证单模传输，其纤芯半径应取多大？
（2）若取a＝5μm，为了保证单模传输，Δ应取多大？
参考答案
一、填空
1、模间模内材料色散波导色散
2、三三次谐波四波混频非线性折射自相位调制
3、缆芯加强元件护层
4、光纤材料光纤中的结构缺陷
5、截止波长
6、强高
二、选择 1、ABD 2、B 3、AD 4、BC
三、简答
1、正交偏振的简并特性，只对具有均匀直径的理想圆柱形纤芯的光纤才能保持。实际光纤的纤芯形状
沿光纤长度难免出现变化，光纤也可能受非均匀应力而使圆柱对称性受到破坏。这些因素使光纤正交
偏振的简并特性遭到破坏，使光纤呈现双折射现象。
2、色散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。它包括
模式色散、材料色散和波导色散。
多模光纤的色散是模式色散、材料色散和波导色散的总和，在多模光纤中，光以不同模式传播，高阶的模式传输较长的距离也就比低级的模式较晚到达接收器端，也就是说不同的模式有不同的群速度，从而导致脉冲的展宽。而单模光纤的色散只有材料色散和波导色散，材料色散和波导色散总称为色度色散，它是时间延迟随波长变化的结果。
四、计算
1、（1）Pmin＝9.49μW （2）Pmin＝1.69μW
2、（1）a≤0.47μm （2）Δ≤0.0022
第三章光器件
一、填空
1、LD是一种（）器件，它通过（受激）发射发光，具有输出功率（）、输出光发散角（）、与单模光纤耦合效率（）、辐射光谱线（）等优点。
2、LED的主要特性参数为（输出功率与效率输出光谱特性响应速率与带宽）。
3、PIN二极管的特点包括（响应度量子效率响应时间暗电流）。
4、对光检测器的基本要求是高的（响应度），低的（噪音）和快的（响应速度）。
5、根据通道带宽的宽窄不同，通常可以把WDM器件分为三类：（）、（）、（），其通道间隔分别为（）、（）、（）。
6、影响光源与光纤耦合效率的主要因素是（光源的发散角）和（光纤的数值孔径）。
7、光纤耦合器是实现（）功能的器件。
8、光纤和光纤连接的方法有两大类（）和（）。
9、在一根光纤中同时传播多个不同波长的光载波信号称为（）。
10、影响光纤耦合性能的主要因素有（）、（）、（）和（）。
一、填空 1、阈值受激高窄高窄
2、输出功率与效率输出光谱特性响应速率与带宽
3、耗尽层很宽偏置电压很小附加噪声小
4、响应度噪声响应速度
5、稀疏型WDM DWDM FWDM，10～100nm 1～10nm 0.1～1.0nm
6、光源的发散角光纤的数值孔径
7、光信号的合路/分路
8、活动连接固定连接
9、光波分复用
10、插入损耗附加损耗分光比隔离度或串音
二、选择题
1、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（）。
A、能带
B、价带
C、导带
D、禁带
2、SLM激光器可分为两类，即（）和（）式激光器。
A、集中反馈
B、分布反馈
C、耦合腔
D、导体腔
3、在光波系统中得到广泛应用的两种光检测器是（）。
A、PN光电二极管
B、光电二极管（PIN）
C、雪崩光电二极管（APD）
4、光纤连接时引起的损耗和多种因素有关，包括连接光纤的（）。
A、结构参数
B、端面状态
C、相对位置
D、横截面积
5、光纤连接器按可拆与否分为两类，即（）和（）。
A、活动连接器
B、旋转连接器
C、半自动连接器
D、固定连接器
6、单模光纤耦合器可按分光比受波长影响情况分为（）和（）。
A、短距离耦合器
B、长距离耦合器
C、窄带耦合器
D、宽带耦合器
7、耦合器的基本结构有（）。
A、光纤型
B、波导型
C、微器件型
D、球形光纤光栅三、简答
二、选择 1、A 2、BC 3、BC 4、ABC 5、AD 6、CD 7、ABC
1、光纤通信系统采用怎样的光源？这类光源具有什么优点？
2、半导体发光二极管与半导体激光器发射的光子有什么不同？
3、光调制器有什么作用？光调制器主要用于什么系统？
四、计算
一个波长为λ＝1μm的光子的能量等于多少？计算频率为f＝１MHz和f＝1000MHz的无线电波的能量。
参考答案
三、简答
1、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、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。
2、半导体发光二极管是因自发辐射而发光的，发射的光子频率、相位、偏振状态及传播方向是无规律的，输出具有较宽频率范围的非相干光。半导体激光器是因受激发射而发光的，发射的光子同频、同相、同偏振方向，输出相干光。
3、为了提高光纤通信的质量，避免直接调制激光器时产生线型调频的限制，要采用外调制方式把激光的产生和调制分开，因此在高速率通信系统、波分复用系统和相干光系统中都要用到调制器
四、计算
E１＝1.98810－１９J
E２＝6.62810－２８J
E３＝6.62810－２５J
第四章光纤通信系统原理
一、填空
1．在半导体中，费米能级必须超过（）才能发生粒子数反转。
2．半导体光源的核心是（）。
3．LED的主要特性参数是（）、（）、（）。
4．光发送机主要由（）、（）、（）组成。
5．衡量光检测器性能的技术指标有（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）。
6．接收机中存在的噪声源可分为（）和（）。
一、填空
1、带隙
2、PN结
3、输出功率和效率输出光谱特性响应速度和带宽
4、光源光源驱动和调制电路信
道编码电路
5、响应度相应特性暗电流渡越时间光谱响应光灵敏度雪崩倍增因子
6、散粒噪声热噪声
二、选择（一个或多个选项）
1．原子的三种基本跃迁过程是（）。
A．自发辐射 B．受激发射 C．自发接收 D．受激吸收
2．SLM激光器可分为两类，即（）和（）式激光器。
A．集中反馈 B．分布反馈 C．耦合腔 D．导体腔
3．光接收机中的散粒噪声包括（）。
A．量子噪声 B．暗电流噪声 C．漏电流噪声 D．APD倍增噪声
4．实际系统中，即使没在光纤传输也存在的造成接收机灵敏度恶化的因素有（）
A．消化比 B．强度噪声 C．散粒噪声 D．热噪声Ｅ．取样时间抖动
三、简答
1、光发射机的基本要求？（数字和模拟系统）
2、光接收机前端的作用是什么？有哪三种不同的前端设计方案？各有何特点？
3、论述光纤损耗和色散对系统设计的限制。
四、计算
１．太阳向地球辐射的光波平均波长λ＝０.７μm，射到地球外面大气层的光强约为Ｉ＝０.4Ｗ／cm2。若在大气层外放一太阳能电池，计算每秒钟到达太阳能电池板上每平方米面积的光子数是多少？
２．半导体激光器发射光子的能量近似等于材料的禁带宽度，已知GaAs材料的Eg＝１.43eV，某一InGaAsP 材料的Eg＝０.96eV，求它们的发射波长？
３．一个光电二极管，当λ＝1.3μm时，响应度为０.６Ａ／Ｗ，计算它的量子效率。
参考答案二、选择
1、ABD
2、BC
3、ABCD
4、ABE
三、
1、发射入纤光功率要大，以利于增加传输距离；非线型失真要小，以利于减小微分相位（DP）和微分增益（DG）或增大调制指数m（mTV）；调制指数m（mTV）要适当大；光功率温度稳定性要好。
2、光接收机前端的作用是将光纤线路末端耦合到光电二极管的光比特流转换为时变电流，然后进行预放大，一边后级作进一步处理。三种方案：（1）低阻抗前端：电路简单，不需要或只要很少的均衡，前置级的动态范围也比较大，但缺点是灵敏度较低，噪声比较高。（2）高阻抗前端：一般只适用于低速系统。（3）跨阻抗前端：具有频带宽、噪声低、灵敏度高、动态范围广等综合优点，被广泛采用。
3、由于损耗的存在，在光纤的传输的光信号，不管是模拟信号还是数字脉冲，其幅度都要减小，它在很大程度上决定了系统的传输距离。所以系统在设计的时候要考虑用光信号的放大中继。色散是光纤的传输特性之一。由于不同波长光脉冲在光纤中具有不同的传播速度，因此，色散反应了光脉冲沿光纤传播时的展宽。光纤的色散现象对光纤通信极为不利。光纤数字通信传输的是一系列脉冲码，光纤在传输中的脉冲展宽，导致了脉冲与脉冲相重叠现象，即产生了码间干扰，从而形成传输码的失误，造成差错。为避免误码出现，就要拉长脉冲间距，导致传输速率降低，从而减少了通信容量。另一方面，光纤脉冲的展宽程度随着传输距离的增长而越来越严重。因此，为了避免误码，光纤的传输距离也要缩短。
四、计算
1、Eo＝hc/λ＝2.84×10－19J I/Eo＝1.4×1022个/s.m2
2、λ1＝1.24/Eg＝1.24/1.43＝0.87μm（GaAs材料）λ2＝1.24/Eg=1.24/0.96＝1.3μm（InGaAsP材料）
3、η＝1.24R/λ＝0.572
第五章典型光纤通信传输系统
一、填空题
1、构成SDH网络的基本单元称为（）。该设备有（）、（）、（）和（）四种。
2、段开销可以实现（）、（）、（）和（）等功能。
3、对于码速率不同的信号，如果进行复接，则会出现（）和（）现象。
4、数字复接中的码速调整有（）、（）和（）三种方式。
5、光传输设备包括（）、（）和（）等
二、选择题
1、微波副载波的数字调制通常采用（）格式。
A 、ASK
B 、FSK
C 、PSK
D 、DPSK
2、一个32信道波分复用系统需要（）个独立的接收机。
A、1
B、4
C、8
D、32
3、1.7Gb/s的单个比特间隔是（）。
A、1.7ns
B、1ns
C、0.588ns
D、0.170ns
4、光纤衰减为0.00435dB/m，则10km长光纤的总衰减为（）。
.A、0.0435dB B、1.01dB C、4.35dB D、43.5dB
5、SDH线路码型一律采用（）。
A、HDB3码
B、AIM码
C、NRZ码
D、NRZ码加扰码
6、我国准同步数字体系制式是以（）。
A、1544kb/s为基群的T系列
B、1544kb/s为基群的E系列
C、2048kb/s为基群的E系列
D、2048kb/s为基群的T系列
三、简答题
1、何谓准同步复用？何谓同步复用？
2、什么是抖动？抖动特性参量有哪些？
四、计算题
设140Mb/s数字光纤通信系统发射功率为－3dBm，接收机的灵敏度为－38dBm，系统余量为4dB，连接器损耗为0.5dB/对，平均接头损耗为0.05dB/km，光纤衰减系数为0.4dB/km，光纤损耗余量0.05dB/km。计算中继距离L。
参考答案
一、1、网元终端复用器分插复用器再生中继器数字交叉连接设备
2、不间断误码监测自动倒换公务通信数据通信
3、重叠错位
4、正码速调整正/负码速调整正/零/负码速调整
5、光发射机光接收机光中继器
二、1、B 2、D 3、C 4、 D 5、D 6、C
三、1、准同步复用是各支路信号与合路信号没有共同时钟的复用，同步复用是各支路信号与合路信号有共同时钟的复用。也就是说，准同步复用时合路信号的帧结构中需要进行码调整，同步复用时合路信号的帧结构中不需要进行码调整。
2、数字脉冲信号前沿和后沿的时间位置相对于其初始标准位置的随机性变化，称为抖动。通常用两个抖动特性参量来描述抖动的大小：其一是抖动幅度，即抖动变化的最大时间范围；其二是抖动频率，即单位时间内抖动变化的快慢。抖动量的大小将影响数字通信系统的通信质量，因此要求抖动量越小越好。
四、L＝[－3－（－38）－4－0.5×2]/(0.05＋0.4＋0.05)＝60km
第六章光放大及波分复用技术
一、填空
1、掺铒光纤放大器具有增益（搞）、噪声（低）、频带（宽）、输出功率（高）等优点。
2、光放大器的主要作用是在光纤通信系统中补充光纤（能量）。
3、光放大器有（半导体激光放大器）、非线性光纤放大器和（掺杂光纤放大器）。
4、掺铒放大器的关键技术是（掺铒光纤）和（泵浦源）。
5、在1.3μm波段通常用掺（镨）光纤放大器，1.55μm波段通常用掺（铒）光纤放大器。
6、掺铒光纤放大器EDFA的基本结构主要由（掺铒光纤）、（泵浦光源）、（光耦合器）、（光隔阂器）和（光滤波器）等组成。
7、构成SDH网络的基本网络单元称为（网元）。该设备有（终端复用器）、（分插复用器）、（再生复用器）和（数字交叉连接设备）四种。
8、段开销是指STM帧结构中为了保证信息正常传送所必需的（附加字节），主要是一些（维护管理字节）。
9、分插复用器ADM的基本功能是从线路信号中将（低阶支路）信号分出和插入。
10、数字信号进行复接，首先要解决的问题是（同步）。
11、WDW网元管理系统的主要功能包括（故障管理）、（性能管理）、（配置管理）和（安全管理）。
二、选择题
1、光纤型放大器可分为（ABCD ）。
A、光纤喇曼放大器
B、掺铒放大器
C、光纤布里渊放大器
D、光纤参量放大器
2、利用光纤的非线性效应的光纤型放大器有（AD ）。
A、受激拉曼散射光纤放大器
B、掺铒光纤放大器
C、掺铒光纤放大器
D、受激布里渊散射光纤放大器
3、掺铒光纤放大器是利用（A ）离子作为激光器工作物质的一种放大器。
A、掺Er3＋
B、掺Yb3＋
C、掺Tm3＋
D、掺Pr3＋
4、EDFA的工作波长正好在（C ）范围。
A、0.8～1.0μm
B、1.5～1.53μm
C、1.53～1.56μm
D、1.56～1.58μm
5、对于二次群复接系统，每帧每支路有（A）个码。
A、212
B、256
C、848
D、53
6、在二次群帧结构中，若C21=C22=C23=1，则说明（B）。
A、V1是信码
B、V2是调整码
C、V3是调整码
D、V1、V2、V3都是调整码
7、使用密集波分复用技术，各信道之间的光载波间隔比光波分复用情况下的信道间隔（B）很多。
A、宽
B、窄
C、变化不定
三、简答
1、光放大器的作用？它在哪些方面得到应用？
2、简述掺铒放大器的（EDFA）的优点。
3、SDH帧中的传送顺序是什么？
4、试计算STM-1段开销的比特数
5、光波分复用传输系统的双纤单向传输结构和单纤双向传输结构有什么区别？
三、简答
1、光放大器在光通信领域占据中心地位，光通信中的很多最新进展都与光放大器有关。光放大器的作用具体反映在下述几个方面：
（1）在WDM系统中应用；（2）在光纤通信网中；（3）在光孤子通信中的应用。
2、（1）EDFA的工作波长正好落在1.53～1.56μm范围内，与光纤最小损耗窗口一致，可在光纤通信中获得应用；（2）耦合效率高，能量转换效率高；（3）增益高，增益约为30～40dB，增益特性稳定；（4）输出功率大，饱和输出光功率约为10～15dBm；（5）噪声指数小，一般为4～7dB；（6）频带宽，在1.55μm 窗口，频带宽度为20～40nm，可进行多信道传输，有利于增加容量；（7）隔离度大，无串联，适用于波分复用系统；（8）连接损耗低，因为是光纤型放大器，所以与光纤连接比较容易，连接损耗可低于0.1dB。
3、SDH的帧结构由横向270N列（N=1、
4、16、64、256）和纵向9行字节（一字节为8比特）的矩形块状结构组成。字节的传输从左向右，按行进行。首先由矩形块左上角第一个字节开始，从左向右，由上而下按顺序传送，直至整个9270N个字节都传送完毕，再转入下一帧。
4、STM-1段开销共有：9行9列=81（字节）；由于一个字节为8比特，因此比特数为818=648bit。
5、双纤单向传输结构是指将不同波长的光载波信号结合在一起，经一根光纤沿同一方向进行传输的结构形式。反向传输可通过另一根光纤实现，传输结构与此相同。单纤双向传输结构是指在一根光纤中，光信号可以在两个方向传输，即某几个波长的光载波沿一个方向传输，而另几个波长的光载波沿相反方向传输的结构形式。由于使用的波长互不相同，从而单向双纤传输可以将不同方向的信息混合在一根光纤上，达到全双工通信的目的。
光纤通信发展
光纤通信技术的发展 （辽宁工程技术大学电子与信息学院辽宁省葫芦岛市126105） 摘要光纤通信的问世使高速率，大容量的通信成为可能，目前它已成为最主要的信息传输技术。本文简要介绍了光纤通信的发展史；光无源器件；光纤通信系统；总结了光纤通信的主要技术的发展—光波分复用技术、光孤子通信技术、光纤交换技术以及量子通信技术等的基本原理、优势、发展状况和技术水平；指出了未来的光纤通信将会朝着光纤到户、全光网络的方向发展，为用户提供更多更好的信息服务。 关键词：光无源器件; 光放大器 ;光孤子通信 ; 全光通信网 中图分类号：文献标志码： Optical fiber communications technology development （Liaoning Technical Univercity Electronic Information Engineering College , Liaoning Huludao 125105） Abstract： Optical fiber communications being published causes the high speed, the large capacity correspondence becomes possibly, at present it has become the most main intelligence transmission technology. This article introduced the optical fiber communications history briefly; Light passive component; Optical fiber communications system; Summarized the optical fiber communications main technology development - light wavelength division multiplying technology, the optical soliton communication, the optical fiber exchange technology as well as the quantum communication and so on the basic principle, the superiority, the development condition and the technical level; Had pointed out the future optical fiber communications will be able to face the optical fiber to the household, the entire light network direction is developing, provides the more better information service for the user. Key word:Light passive component ; Light amplifier; Optical soliton correspondence ; Entire optical communication network Coherent
光纤通信系统与应用(胡庆)复习总结
红色：重点、绿色：了解 第1章 1、光纤通信的基本概念：以光波为载频，用光纤作为传输介质的通信方式。光纤通信工作波长在于近红外区：0.85～2.00μm的波长区，对应频率: 167～375THz。 对于SiO2光纤，在上述波长区内的三个低损耗窗口，是目前光纤通信的实用工作波长，即0.85μm、 1.31μm 1.55μm及 1.625μm 2、光纤通信系统的基本组成：P5 图1-3 目前采用比较多的系统形式是强度调制/直接检波（IM/DD）的光纤数字通信系统。该系统主要由光发送设备（光发射机）、光纤传输线路、光接收设备（光接收机）、光中继器以及各种耦合器件组成。 各部件功能： 电发射机：对来自信源的信号进行模/数转换和多路复用处理； 光发送设备：实现电/光转换； 光接收机：实现光/电转换； 光中继器：将经过光纤长距离衰减和畸变后的微弱光信号放大、整形、再生成具有一定强度的光信号，继续送向前方，以保证良好的通信质量。 3、光纤通信的特点：（可参照P1、2） 优点：（1），传输容量大。（2）传输损耗小，中继距离长。 （3）保密性能好：光波仅在光纤芯区传输，基本无泄露。 （4）抗电磁干扰能力强：光纤由电绝缘的石英材料制成，不受电磁场干扰。（5）体积小、重量轻。（6）原材料来源丰富、价格低廉。 缺点：1）弯曲半径不宜过小；2）不能远距离传输；3）传输过程易发生色散。 4、适用光纤：P11 G.652 和G.654：常规单模光纤，色散最小值在1310nm处，衰减最小值在1550nm 处。常见的结构有阶跃型和下凹型单模光纤。 G.653：色散位移光纤，色散最小值在1550nm处，衰减最小值在1550nm处。难 以克服FWM混频等非线性效应带来的影响。 G.655：非零色散光纤，色散在1310nm处较小，不为0；衰减最小值在1550nm 处。可以尽量克服FWM混频等非线性效应带来的影响。 补充：1、1966年7月，英籍华人（高锟）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。 2、数字光纤通信系统有准同步数字体系（PDH）和同步数字体系（SDH）两种传输体制。
光纤通信-重要知识点总结
光纤通信重要知识点总结 第一章 1.任何通信系统追求的最终技术目标都是要可靠地实现最大可能的信息传输容量和传输距离。通信系统的传输容量取决于对载波调制的频带宽度，载波频率越高,频带宽度越宽。 2.光纤：由绝缘的石英（SiO２）材料制成的,通过提高材料纯度和改进制造工艺,可以在宽波长范围内获得很小的损耗。 ３.光纤通信系统的基本组成：以光纤为传输媒介、光波为载波的通信系统,主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。光纤通信系统既可传输数字信号也可传输模拟信号。输入到光发射机的带有信息的电信号,通过调制转换为光信号。光载波经过光纤线路传输到接收端，再由光接收机把光信号转换为电信号。系统中光发送机的作用是将电信号转换为光信号,并将生成的光信号注入光纤。光发送机一般由驱动电路、光源和调制器构成，如果是直接强度调制，可以省去调制器。 光接收机的作用是将光纤送来的光信号还原成原始的电信号。它一般由光电检测器和解调器组成。光纤的作用是为光信号的传送提供传送媒介，将光信号由一处送到另一处。中继器分为电中继器和光中继器（光放大器）两种，其主要作用就是延长光信号的传输距离。为提高传输质量,通常把模拟基带信号转换为频率调制、脉冲频率调制或脉冲宽度调制信号,最后把这种已调信号输入光发射机。还可以采用频分复用技术，用来自不同信息源的视频模拟基带信号（或数字基带信号）分别调制指定的不同频率的射频电波，然后把多个这种带有信息的RＦ信号组合成多路宽带信号，最后输入光发射机,由光载波进行传输。在这个过程中，受调制的RF 电波称为副载波，这种采用频分复用的多路电视传输技术，称为副载波复用技术。目前大都采用强度调制与直接检波方式。又因为目前的光源器件与光接收器件的非线性比较严重,所以对光器件的线性度要求比较低的数字光纤通信在光纤通信中占据主要位置。 数字光纤通信系统基本上由光发送机、光纤与光接收机组成。发送端的电端机把信息进行模数转换，用转换后的数字信号去调制发送机中的光源器件LD，则LD就会发出携带信息的光波，即当数字信号为“１”时，光源器件发送一个“传号”光脉冲；当数字信号为“0”时，光源器件发送一个“空号”。光波经低衰耗光纤传输后到达接收端。在接收端，光接收机把数字信号从光波中检测出来送给电端机，而电端机再进行数模转换，恢复成原来的信息。这样就完成了一次通信的全过程。 4.光纤通信的优点:1通信容量大,一根仅头发丝粗细的光纤可同时传输1000亿个话路2中继距离长，光纤具有极低的衰耗系数，配以适当的光发送与光接收设备,可使其中继距离达数百千米以上,因此光纤通信特别适用于长途一、二级干线通信。３.保密性能好4．适应能力强５.体积小、重量轻、便于施工维护６.原材料资源丰富，节约有色金属和能源,潜在价格低廉，制造石英光纤的原材料是二氧化硅（砂子），而砂子在自然界中几乎是取之不尽、用之不竭的 5.光发射机：功能是把输入的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。光发射机由光源、驱动器和调制器组成。光源是光发射机的核心。光发射机的性能基本上取决于光源的特性,对光源的要求是输出光功率足够大，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。 6.实现光源调制的方法:直接调制和外调制。直接调制是用电信号直接调制半导体激光器或发光二极管的驱动电流,使输出光随电信号变化而实现的。这种方案技术简单，成本较低，容易实现,但调制速率受激光器的频率特性所限制。外调制是把激光的产生和调制分开,用独立的调制器调制激光器的输出光而实现的。外调制的优点是调制速率高，缺点是技术复杂，成本较高，因此只有在大容量的波分复用和相干光通信系统中使用。 6.光纤线路:光纤线路的功能是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。光纤是光纤线路的主体，接头和连接器是不可缺少
光纤通信课后习题参考答案邓大鹏
光纤通信课后习题答案 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。 （2）阶跃型光纤的折射率分布 () 2 1 ?? ?≥<=a r n a r n r n 渐变型光纤的折射率分布 () 2121? ????≥
光纤通信技术的发展历史
论文题目：光纤通信技术发展历史 姓名：谢新云 学号：0932002231 专业班级：通信技术（2） 院系：电子通信工程学院 指导老师：彭霞 完成时间：2011年10月22日
概论 目前，在实际运用中相当有前途的一种通信技术之一，即光纤通信技术已成为现代化通信非常重要的支柱。作为全球新一代信息技术革命的重要标志之一，光纤通信技术已经变为当今信息社会中各种多样且复杂的信息的主要传输媒介，并深刻的、广泛的改变了信息网架构的整体面貌，以现代信息社会最坚实的通信基础的身份，向世人展现了其无限美好的发展前景。 自上世纪光纤通信技术在全球问世以来，整个的信息通讯领域发生了本质的、革命性的变革，光纤通信技术以光波作为信息传输的载体，以光纤硬件作为信息传输媒介，因为信息传输频带比较宽，所以它的主要特点是:通信达到了高速率和大容量，且损耗低、体积小、重量轻，还有抗电磁干扰和不易串音等一系列优点，从而备受通信领域专业人士青睐，发展也异常迅猛。 光纤通信不仅可以应用在通信的主干线路中，也可以在电力通信控制系统中发挥作用，进行工业监测、控制，现在在军事上也被广泛应用，基于各领域对信息量的需求不断增长，光纤通信技术的应用发展趋势也备受关注。一条完整的光纤链路除受光纤本身质量影响外，还取决于光纤链路现场的施工工艺和环境。 本文针对光纤通信技术的发展及趋势展开研究，分别介绍了光纤通信技术的发展历史和现状，以及光纤通信技术的发展趋势，对一些先进的光纤通信技术进行了介绍。 关键字：光纤通信技术，发展历史，现状，发展趋势
目录 概论 (1) 目录 (2) 第一章光纤通信技术的形成 (3) 1.1早期的光通信 (3) 1.2 现在光纤通信技术的形成 (3) 1.2.1 光纤通信器件的发展 (3) 1.2.2 光纤 (5) 第二章光纤通信技术的现状 (8) 2.1 光纤光缆 (8) 2.2 光电子器件 (8) 2.3光纤通信系统 (14) 第三章我国光纤通信技术的发展 (15) 参考文献 (16)
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2×1014 Hz ，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 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 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。 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(参看图1．4)。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，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。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。光纤是光纤线路的主体，接头和连接器是不可缺少的器件。光接收机把从光纤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相反的变换，包括码型反变换和多路分接等。 1-3 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5 GHz 的微波载波和1.55μm 的光载波 上能传输多少64 kb/s 的话路? 解 在5GHz 微波载波上能传输的64 kb/s 的话路数 93 5101%781()6410 k ??=≈?路 在m μ的光载波上能传输的64kb/s 的话路数 8678310()1%1.5510 3.024210()6410 k -???==??路 1-4 简述未来光网络的发展趋势及关键技术。 答 未来光网络发展趋于智能化、全光化。其关键技术包括：长波长激光器、低损耗单模光纤、高效光放大器、WDM 复用技术和全光网络技术。 1-5 光网络的优点是什么? 答 光网络具有如下的主要优点： (1) 可以极大地提高光纤的传输容量和结点的吞吐量，以适应未来宽带(高速)通信网的要求。 (2) 光交叉连接器(oXC)和光分插复用器(OADM)对信号的速率和格式透明，可以建立一个支持多种业务和多种通信模式的、透明的光传送平台。 (3) 以波分复用和波长选路为基础，可以实现网络的动态重构和故障的自动恢复，构成具有高度灵活性和生存性的光传送网。 光网状网具有可重构性、可扩展性、透明性、兼容性、完整性和生存性等优点，是目前光纤通信领域的研究热点和前
光纤通信基础知识
光纤通信基础知识 基本光纤通信系统 最基本的光纤通信系统由数据源、光发送端、光学信道和光接收机组成。其中数据源包括所有的信号源，它们是话音、图象、数据等业务经过信源编码所得到的信号；光发送机和调制器则负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号，先后用过的光波窗口有0.85、1.31和1.55。光学信道包括最基本的光纤，还有中继放大器EDFA等；而光学接收机则接收光信号，并从中提取信息，然后转变成电信号，最后得到对应的话音、图象、数据等信息。下面是光通信系统图。 光通信系统图 数字光纤通信系统 光纤传输系统是数字通信的理想通道。与模拟通信相比较，数字通信有很多的优点，灵敏度高、传输质量好。因此，大容量长距离的光纤通信系统大多采用数字传输方式。 电发射端机 主要任务是PCM编码和信号的多路复用。 多路复用是指将多路信号组合在一条物理信道上进行传输，到接收端再用专门的设备将各路信号分离出来，多路复用可以极大地提高通信线路的利用率。 在光纤通信系统中，光纤中传输的是二进制光脉冲"0"码和"1"码，它由二进制数字信号对光源进行通断调制而产生。而数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的，称为PCM（pulsecodemodulation），即脉冲编码调制。这种电的数字信号称为数字基带信号，由PCM电端机产生。
抽样是指从原始的时间和幅度连续的模拟信号中离散地抽取一部分样值，变换成时间和幅度都是离散的数字信号的过程。 抽样所得的信号幅度是无限多的，让这些幅度无限多的连续样值信号通过一个量化器，四舍五入，使这些幅度变为有限的M种（M为整数），这就是量化。由于在量化的过程中幅度取了整数，所以量化后的信号与抽样信号之间有一个差值（称为量化误差），使接收端的信号与原信号间有一定的误差，这种误差表现为接收噪声，称为量化噪声。码位数M越多，分级就越细，误差越小，量化噪声也越小。 编码是指按照一定的规则将抽样所得的M种信号用一组二进制或者其它进制的数来表示，每种信号都可以由N个2二进制数来表示，M和N满足M=2N。例如如果量化后的幅值有8种，则编码时每个幅值都需要用3个二进制的序列来表示。需要注意的是，此处的编码仅指信源编码，这和后面提到的信道编码是有所区别的。 现以话音为例来说明这个过程。我们知道话音的频率范围是300～3,400Hz，在抽样的时候，要遵循所谓的奈奎斯特抽样率，实际中按8,000Hz的速率进行抽样。为了保证通话的质量，在长途干线话路中采用的是8位码（28=256个码组）。这样量化值有256种，每一种量化值都需要用8位二进制码编码，那么每一个话路的话音信号速率为8×8＝64kbps。 奈奎斯特抽样定理：要从抽样信号中无失真地恢复原信号，抽样频率应大于2倍信号最高频率。 多路复用技术包括：频分多路复用（FDM）、时分多路复用（TDM）、波分多路复用（WDM）、码分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）。 时分多路复用：当信道达到的数据传输率大于各路信号的数据传输率总和时，可以将使用信道的时间分成一个个的时间片（时隙），按一定规则将这些时间片分配给各路信号，每一路信号只能在自己的时间片内独占信道进行传输，所以信号之间不会互相干扰。 频分多路复用：当信道带宽大于各路信号的总带宽时，可以将信道分割成若干个子信道，每个子信道用来传输一路信号。或者说是将频率划分成不同的频率段，不同路的信号在不同的频段
光纤通信课后答案
第一章基本理论 1、阶跃型折射率光纤的单模传输原理是什么答：当归一化频率V小于二阶模LP11归一化截止频率，即0＜V＜时，此时管线中只有一种传输模式，即单模传输。 2、管线的损耗和色散对光纤通信系统有哪些影响答：在光纤通信系统中，光纤损耗是限制无中继通信距离的重要因素之一，在很大程度上决定着传输系统的中继距离；光纤的色散引起传输信号的畸变，使通信质量下降，从而限制了通信容量和通信距离。 3、光纤中有哪几种色散解释其含义。答：（1）模式色散：在多模光纤中存在许多传输模式，不同模式沿光纤轴向的传输速度也不同，到达接收端所用的时间不同，而产生了模式色散。（2）材料色散：由于光纤材料的折射率是波长的非线性函数，从而使光的传输速度随波长的变化而变化，由此引起的色散称为材料色散。（3）波导色散：统一模式的相位常数随波长而变化，即群速度随波长而变化，由此引起的色散称为波导色散。 5、光纤非线性效应对光纤通信系统有什么影响答：光纤中的非线性效应对于光纤通信系统有正反两方面的作用，一方面可引起传输信号的附加损耗，波分复用系统中信道之间的串话以及信号载波的移动等，另一方面又可以被利用来开发如放大器、调制器等新型器件。 6、单模光纤有哪几类答：单模光纤分为四类：非色散位移单模光纤、色散位移单模光纤、截止波长位移单模光纤、非零色散位移单模光纤。 12、光缆由哪几部分组成答：加强件、缆芯、外护层。 *、光纤优点：巨大带宽（200THz）、传输损耗小、体积小重量轻、抗电磁干扰、节约金属。*、光纤损耗：光纤对光波产生的衰减作用。 引起光纤损耗的因素：本征损耗、制造损耗、附加损耗。 *、光纤色散：由于光纤所传输的信号是由不同频率成分和不同模式成分所携带的，不同频率成分和不同模式成分的传输速度不同，导致信号的畸变。 引起光纤色散的因素：光信号不是单色光、光纤对于光信号的色散作用。 色散种类：模式色散（同波长不同模式）、材料色散（折射率）、波导色散（同模式，相位常数）。 *、单模光纤：指在给定的工作波长上只传输单一基模的光纤。
光纤通信的发展前景
光纤通信的现状及其未来发展 光信息科学与技术08-1班 韩欣欣 08133102 关键词：光纤通信 光纤到户 未来发展 摘要：光纤通信自问世以来，给整个通信领域带来了一场革命，它使高速率，大容量的通信成为可能。目前它已经成为一种不可替代的、最主要的信息传输技术。 引言： 光无处不在。在人类发展的早期，人类已经开始使用光传递信息了。但那时候传递的信息容量非常少，局限性也很大。 随着社会的发展，信息传输与交换量与日俱增，传统的电通信方式已不能满足人们的需要。为了扩大通信容量，通信方式从中波、短波发展到微波、毫米波，这实际上就是通过提高通通信载波频率来扩大通信容量的。这样就出现了现在的光通信技术，就是光纤通信。 光纤通信是将要传送的图像、数据等信号调制到光载波上，以光纤作为传输媒介的通信方式。 与传统的电通信相比，光纤通信是以很高频率的光波作为载波，以光纤为传输介质的通信。由于光纤通信具有损耗低、传输频带宽、容量大、体积小、重量轻、抗电磁干扰、不易串音等优点，自其出现以来就备受业内人士的青睐，发展非常迅速。光纤通信系统的传输容量从1980年至今增加了近一万倍 传输速度在过去的10年中大约提高了100倍。 光纤发展与应用 为了发展光通信技术，人们又考虑和尝试了各种传输介质，但是他们的损耗都非常的高。直到1966年美籍华人高锟博士和霍克哈姆发表论文，预见了低损耗的光纤能够应用于通信，敲开了光纤通信的大门。从此光纤在通信中的应用引起了人们的重视。 很快在1970年8月美国康宁公司首次研制成功损耗为20dB/kM光纤。光纤通信的时代由此开始了。 1972年，随着光纤制备工艺中的原材料提纯、制棒和拉丝技术水平
(完整版)[光纤通信]西电第二版课后习题答案
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。 6．简述WDM 的概念。 答：波分复用的基本思想是将工作波长略微不同、各自携带了不同信息的多个光源发出的光信号，一起注入到同一根光纤中进行传输。 3．弱导阶跃光纤纤芯和包层折射率分别为1 1.5n =，2 1.45n =，试计算 （1）纤芯和包层的相对折射率?； （2）光纤的数值孔径NA 。 解：阶跃光纤纤芯和包层的相对折射率差为 22 122 10.032n n n -?=≈ 光纤的数值孔径为 0.38NA ≈ 5．一根数值孔径为0.20的阶跃折射率多模光纤在850nm 波长上可以支持1000个左右的传播模式。试问： （1）其纤芯直径为多少？ （2）在1310nm 波长上可以支持多少个模？ （3）在1550nm 波长上可以支持多少个模? 解：（1 ）由111 22V a NA ππλλ==?，得到纤芯直径为 11130.2722V a NA λλ ππ= ?==≈
光纤通信的发展趋势
光纤通信的发展趋势 光纤通信一直是推动整个通信网络发展的基本动力之一，是现代电信网络的基础。本文对光纤通信的主要发展趋势作一简述与展望，包括纳米技术与光纤通信、光交换、PON、光孤子通信。 关键词：光纤通信光交换PON 光孤子通信 光纤通信的诞生与发展是电信史上的一次重要革命，光纤通信技术发展所涉及的范围，无论从影响力度还是影响广度来说都已远远超越其本身，并对整个电信网和信息业产生深远的影响。它的演变和发展结果将在很大程度上决定电信网和信息业的未来大格局，也将对社会经济发展产生巨大影响。 1.纳米技术与光纤通信 纳米是长度单位，为10-9米，纳米技术是研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。建立在微米/纳米技术基础上的微电子机械系统（MEMS）技术目前正在得到普遍重视。在无线终端领域，对微型化、高性能和低成本的追求使大家普遍期待能将各种功能单元集成在一个单一芯片上，即实现SOC(Sy stem On a Chip)，而通信工程中大量射频技术的采用使诸如谐振器，滤波器、耦合器等片外分离单元大量存在，MEMS技术不仅可以克服这些障碍，而且表现出比传统的通信元件具有更优越的内在性能。德国科学家首次在纳米尺度上实现光能转换，这为设计微器件找到了一种潜在的能源，对实现光交换具有重 要意义。 可调光学元件的一个主要技术趋势是应用MEMS技术。MEMS技术可使开发就地配置的光器件成为可能，用于光网络的MEMS动态元件包括可调的激光器和滤波器、动态增益均衡器、可变光衰减器以及光交叉连接器等。此外，MEMS技术已经在光交换应用中进入现场试验阶段，基于MEMS的光交换机已经能够传递实际的业务数据流，全光MEMS光交换机也正在步入商用阶段，继朗讯科技公司的“Lamda-Router”光MEMS交换机之后，美国Calient Networks公司的光交叉连接装置也采用了光MEMS交换机。 2.光交换是实现高速全光网的关键 光交换是指光纤传送的光信号直接进行交换。长期以来，实现高速全光网一直受交换问题的困扰。因为传统的交换技术需要将数据转换成电信号才能进行交换，然后再转换成光信号进行传输，这些光电转换设备体积过于庞大，并且价格昂贵。而光交换完全克服了这些问题。因此，光交换技术必然是未来通信网交换 技术的发展方向。 未来通信网络将是全光网络平台，网络的优化、路由、保护和自愈功能在未来光通信领域越来越重要。光交换技术能够保证网络的可靠性，并能提供灵活的信号路由平台，光交换技术还可以克服纯电子交换形成的容量瓶颈，省去光电转换的笨重庞大的设备，进而大大节省建网和网络升级的成本。若采用全光网技术，将使网络的运行费用节省70%，设备费用节省90%。所以说光交换技术代表着人们对光通信技术发展的 一种希望。 目前，全世界各国都正在积极研究开发全光网络产品，其中关键产品便是光变换技术的产品。目前市场上的光交换机大多数是光电和光机械的，随着光交换技术的发展和成熟，基于热学、液晶、声学、微机电技术的光交换机将会研究和开发出来，其中以将纳米技术为基础的微电子机械系统MEMS应用于光交换产品 的开发更会加速光交换技术的发展。 3.无源光网络（PON）技术 无源光网络是一种很有吸引力的纯介质网络，避免了外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少了线路和外部设备的故障率，提高了系统可靠性，同时节省了维护成本，是电信维护部门长期以来期待的技术。无源光网络作为一种新兴的覆盖“最后一公里”的宽带接入光纤技术，其在光分支点不需要节点设备，只需安装一个简单的光分支器即可，因此具有节省光缆资源、带宽资源共享、节省机房投资、设备安全性高、建网速 度快、综合建网成本低等优点。
光纤通信原理试题__参考答案
光纤通信原理试题＿1 参考答案 一、单项选择题（本大题共10小题，每小题1分，共10分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1. 光纤通信指的是（ B ） A 以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式； B 以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式； C 以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式； D 以激光作载波、以导线为传输媒介的通信方式。 2.已知某Si-PIN 光电二极管的响应度R 0＝0.5 A/W ，一个光子的能量为2.24×10－19 J ，电子电荷量为1.6×10－19 C ，则该光电二极管的量子效率为（ ） A.40％ B.50％ C.60％ D.70％ R 0=e /hf 3.STM-4一帧中总的列数为（ ） A.261 B.270 C.261×4 D.270×4 4.在薄膜波导中，要形成导波就要求平面波的入射角θ1满足（ ） A.θc13<θ1<θc12 B.θ1=0° C.θ1<θc13<θc12 D.θc12<θ1<90° 5.光纤色散系数的单位为（ ） A.ps/km B.ps/nm C.ps/nm.km ? D.nm/ps?km 6.目前掺铒光纤放大器的小信号增益最高可达（ ） A.20 dB B.30 dB C.40 dB D.60 dB 7.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.逐渐增大 D.先逐渐增大后逐渐减少 8.在阶跃型（弱导波）光纤中，导波的基模为（ ） A.LP00 值为0 B.LP01 C.LP11为第一高次模 D.LP12 9.在薄膜波导中，导波的截止条件为（ ） A.λ0≥λC B.λ0<λC C.λ0≥0 D.λ0≤1.55μm 10.EDFA 在作光中继器使用时，其主要作用是（ ） A.使光信号放大并再生 ? B.使光信号再生 C.使光信号放大 D.使光信号的噪声降低 二、填空题（本大题共20小题，每小题1分，共20分） 请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。 1.根据传输方向上有无电场分量或磁场分量，可将光（电磁波）的传播形式分为三类：一为_TEM_波；二为TE 波；三为TM 波。 2.对称薄膜波导是指敷层和衬底的_折射率相同_的薄膜波导。 3.光学谐振腔的谐振条件的表示式为________。q L c n 2=λ 4.渐变型光纤中，不同的射线具有相同轴向速度的这种现象称为_自聚焦_现象。 5.利用_光_并在光纤中传输的通信方式称为光纤通信。 6.在PIN 光电二极管中，P 型材料和N 型材料之间加一层轻掺杂的N 型材料，称为本征层（I ）层。 7. 光源的作用是将 电信号电流变换为光信号功率 ；光检测器的作用是将 光信号功
(完整版)光纤通信基本知识
一、光纤通信的基本知识 （一）光纤通信的概念 1870年的一天，英国物理学家丁达尔到皇家学会的演讲厅讲光的全反射原理，他做了一个简单的实验：在装满水的木桶上钻个孔，然后用灯从桶上边把水照亮。结果使观众们大吃一惊。人们看到，放光的水从水桶的小孔里流了出来，水流弯曲，光线也跟着弯曲，光居然被弯弯曲曲的水俘获了。 这些现象引起了丁达尔的注意，经过他的研究，发现这是由于全反射的作用，由于水等介质密度由于比周围的物质（如空气）大，即光从水中射向空气，当入射角大于某一角度时，折射光线消失，全部光线都反射回水中。表面上看，光好像在水流中弯曲前进。 后来人们造出一种透明度很高、粗细像蜘蛛丝一样的玻璃丝──玻璃纤维，当光线以合适的角度射入玻璃纤维时，光就沿着弯弯曲曲的玻璃纤维前进。由于这种纤维能够用来传输光线，所以称它为光导纤维。（视频） 光纤通信的原理是：在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。（视频） （二）光纤通信的发展
光纤通信是现代通信网的主要传输手段，它的发展历史只有一二十年，已经历三代：短波长多模光纤、长波长多模光纤和长波长单模光纤。采用光纤通信是通信史上的重大变革，美、日、英、法等20多个国家已宣布不再建设电缆通信线路，而致力于发展光纤通信。中国光纤通信已进入实用阶段。 （三）光纤通信的优缺点 1、光纤通信的优点 现代通信网的三大支柱是光纤通信、卫星通信和无线电通信，而其中光纤通信是主体，这是因为光纤通信本身具有许多突出的优点： ①频带宽，通信容量大。光纤可利用的带宽约为50000GHz，1987年投入使用的1.7Gb/s光纤通信系统，一对光纤能同时传输24192路电话，2.4Gb/s系统，能同时传输30000多路电话。频带宽，对于传输各种宽频带信息具有十分重要的意义，否则，无法满足未来宽带综合业务数字网(B-ISDN)发展的需要。 ②损耗低，中继距离长。目前实用石英光纤的损耗可低于0.2dB/km，比其它任何传输介质的损耗都低，若将来采用非石英系极低损耗光纤，其理论分析损耗可下降至10-9dB/km。由于光纤的损耗低，所以能实现中继距离长，由石英光纤组成的光纤通信系统最大中继距离可达200多
《光纤通信》刘增基+第二版课后习题答案
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、微波无线电通信相比，光纤通信具有如下优点：(1) 通信容量大．首先，光载波的中心频率很高，约为2 X10^14Hz ，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20 000 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2 GHz。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千0 . 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、无线电波的千扰．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t 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声多条光纤的光缆，光统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。 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（参看图1 . 4 ）。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． 1-3 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1.55 um 的光载波上能传输多少路64 kb / s 的话路？ 解在5GHz微波载波上能传输的64kb/s的话路数K=(5*10^9*1%)/(64*10^3)≈781(路) 在 1.55um的光载波上能传输的64kb/s的话路数K=（（3*10^8）/(1.55*10^-6)）/(64*10^-3)=3.0242*10^7（路） 1-4 简述未来光网络的发展趁势及关键技术。 答未来光网络发展趁于智能化、全光化。其关健技术包括：长波长激光器、低损耗单模光
光纤通信发展与现状解析
公选课课程论文 (2010 -2011 学年第二学期光纤通信发展与现状 学生:周丹丹 提交日期:2011 年 4 月 18 日学生签名:周丹丹 光纤通信发展与现状 周丹丹 摘要:
本文通过介绍及时、准确全面地获取信息在当今这个竞争时代的重要性,指出光纤通信与我们的生活息息相关对我们的生产和生活中起到了相当关键的作用。并简单介绍了了国际光纤通信四十多年来的发展历程,并进一步描述了自 1960年光纤之父高锟等人首先提出了用低吸收的光纤做光通信至今,光纤通信的发展。并具体针对在我国出现不久的 3G 手机上网和手机网上银行做了一些介绍,并提出自己的一些观点和看法。最后结合现状和相关文献对光纤通信未来的发展趋势和方向做一些介绍。 关键字:光纤通信、发展、手机、 3G 、光联网 一、信息的重要性 回顾历史,古人烽火狼烟、快马加鞭、鸿雁传书……这些历史典故都告诉我们一个道理——只有具备及时获取全面、准确的信息,把握动态、解决问题的能力,才能抓住机遇、才能充分展示和发挥自己的才华、扬长避短,取得成功。 一直到信息大爆炸的今天,竞争日益激烈。各个国家、企业甚至个人想要在竞争中掌握主动权,就一定要及时、详细了解当今世界的各个行业的发展的现状和趋势,结合自身条件及时调整自己的战略,使之与时代环境相符合。只有这样才可能在竞争中取得最后的胜利,使人类文明不断前进、不断进步。 如何才能满足人们的需求,有效、及时地传递大量信息呢?人们迫切需要一种新的传输媒介。 二、关于光纤通信 【 1】 光纤通信是用光作为信息的载体,以光纤作为传输介质的一种通信方式。光纤通信系统可分为三个基本单元:光发射机、光纤和光接收机。它首先要在发射端将需传送的信号进行光电转换,再经光纤传输到接收端,接收端将接收到的光信号转变成电信号, 最后还原成原信号。光纤通信系统的构成具体如下:
光纤通信基本知识
光纤通信基本知识 光纤通信发展简史 光是电磁波 载波频率=〉带宽=〉传输信息 1960年新光源-激光器——〉光通信开端 70年贝尔lab-连续震荡半导体激光器——〉发展 美国康宁-20dB/km衰减-光纤——〉突破 79年-衰耗〈0.5dB/km 89年-今-掺铒光纤放大器（EDFA） 镓铝砷，铟镓砷磷半导体激光器——〉主流 展望-全光时代-光放大，光集成，光分插复用，光交叉连接和光交换。 光纤通信特点 1．巨大的传输容量 1014~1015Hz数量级〉微波104~105倍 梯度多模----------数吉Hz/公里 单模----------数百太Hz/公里 2．极底的传输衰耗 传输中继距离长得多 单模----1310μm-------0.35dB/km 1550μm-------0.2dB/km 回轴电缆----60MHz ------19 dB/km 市话-----4MHz ------20 dB/km 3．抗电磁干扰 介电材料=〉电力输配，电气化铁路，雷击多发区，核试验等特殊环境。 4．信道串扰小，保密性好 少汇漏-〉无串扰-〉保密性高 5．光缆尺寸小，重量轻，可挠性好 外径-125μm 套塑〈1mm 24芯≈（18mm） 质量=1/3~1/10电缆 弯曲直径数毫米 =〉易敷设 =〉公用，军用-导弹，舰船，飞机，潜艇通信控制系统… 资源丰富，成本低廉 不锈蚀，耐高温，光纤接头不会产生电火花放电 =〉适用于易燃易爆，有锈蚀环境。适宜化工厂，矿井及水下通信控制系统。 光器件寿命-百万小时
光纤通信应用类型 通信系统的基本组成 信源-〉发送机-〉传输通道-〉接收机-〉信宿 光纤传输方式图 光纤传输方式 1．传输信号类型 光线模拟通信系统 =〉广播，TV(color)，工业监视，交通监控 光纤数字通信系统 PCM数字信号 =〉广泛 2．光调制的方式 强度调制直接检测系统 用电信号强度调制光源，接收端用光检器直接检测—IM-DD系统 光纤模拟/数字通信系统均为此类型 通信容量受限 外差光纤通信系统=无线通信的外差接受技术 在发送端用电信号调制广源发出的单频光载波 单模光纤传输 在接收端与接收机内部产生的本振光源混频 光检测器检出光载波和本振光之差频的中频电信号 解调出信号 3．光纤的传输特性 多模光纤通信系统 传输媒质-石英多模梯度光纤 带宽受限〈140Mbit/s =〉数据网络，专用网络 单模光纤通信系统 传输媒质-石英单模光纤 传输容量大，无中继传输距离长 =〉长途干线网及本地网光纤通信系统 4．光波长 短波长光纤通信系统 800~900nm 中继距离短 =〉计算机局域网，用户接入网 长波长光纤通信系统 1000~1600nm 1310nm------石英多模/单模光纤 1550nm------石英单模光纤----中继距离较长（衰耗最低）超长波长光纤通信系统 非石英系光纤，卤化物 〉2000nm------衰耗10-2~10-5dB/km