光纤通信复习

毫秒(ms)、微秒 (μs)、纳秒(ns)、皮秒(ps)、飞秒(fs)

1 s = 10^3 ms = 10^6 us = 10^9 ns = 10^1

2 ps

第一章

1、关于光纤通信的历史中、光通信的研究从低谷到重大的突破的转折点是？P2

答：1966年英籍华裔高琨就光纤传输的前景发表了具有重大历史意义的论文，论文分析了玻璃纤维损耗大的主要原因。大胆地预言，只要能设法降低玻璃纤维的杂质，就有可能使光纤的损耗从每公里1000分贝降低到 20分贝／公里，从而有可能用于通信1970年美国康宁公司研制出损耗20dB/Km的石英光纤，标志着光纤用于通信有了现实的可能性。

2、光纤通信的优点是什么？P5-P7

答：（1）容许频带宽很宽，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）泄露小，保密性能好；

（6）节约金属材料，有利于资源合理使用；

3、基本光纤通信系统的组成是什么？P10-P11

第2章

1、光纤的结构？P14

答：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。纤芯和包层的折射率分别为n1和n2，光能量在光纤中传输的必要条件是n1>n2。

2、相对折射率差Δ的计算P14复习题目2-17

答：纤芯和包层的相对折射率差Δ=（n1-n2）/n1的典型值，一般单模光纤为

0.3%~0.6%，多模光纤为1%~2%。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。

3、三种光纤的基本类型？P14-P15 需要学会鉴别三种光纤类型

答：（1）突变型多模光纤特点：信号畸变大；（2）渐变型多模光纤特点：信号畸变小；（3）单模光纤特点：因为这种光纤只能传输一个模式，所以称为单模光纤，其信号畸变很小；

4、数值孔径NA 的计算p17 复习题目2-17

答： NA 的意义：

（1）NA 表示光纤接收和传输光的能力。

（2）NA(或θc)越大，光纤接收光的能力越强，从光源到光纤的耦合效率越高。

（3）对于无损耗光纤，在θc 内的入射光都能在光纤中传输。NA 越大， 纤芯对光能量的束缚越强，光纤抗弯曲性能越好。

（4）但NA 越大 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。所以要根据实际使用场合，选择适当的NA

5、时间延迟差的计算P17（2.5式）

6、模式数目计算、（对于突变型光纤如何计算？对于平方律渐变性光纤如何计算？）P25复习题目2-11

答：公式1： 其中V 表示光的归一化频率，λ表示光的波长，a 表示纤芯半径，n1表示内芯折射率，n2表示外芯折射率。

该结论意义：可以通过V 求出光纤中的传输模数M 。

（1）对于突变型光纤，传输模数M=V 2/2

（2）对于渐变性光纤，传输模数M=V 2/4

?

≈-=212221n n n NA ?≈==?c

L n NA c n L c n L c 12121)(22θτ22

212n n a v -=λπ

7、单模光纤传输的条件？P25复习题目2-10

答：模式的数目决定于归一化频率的大小。当V<2.405的时候，仅有一个单模可以在光纤波导中传播，这个模就是HE11 模或者是弱导近似下的线偏振模LP01模，其它模式均被截至。

8、光纤的传输特性？哪两种？这两种特性能导致什么结果？P26

答：光纤的传输特性：损耗和色散。损耗的影响：使信号幅度减小、限制传输距离；

色散的影响：使信号产生畸变（失真）即使信号波形展宽限制传输容量。

9、时间延迟差Δτ 的计算？均方根脉冲展宽和3dB 带宽的计算？复习题目2-14 、2-25

f 3 dB= Δτ=2.355σ = （单位ns ） 10、光纤线路损耗的计算P32,复习题目P2-24

答：光纤损耗系数α= α是损耗系数。L(km)为光纤长度， Pi 输入光功率，P o 输出光功率。

损耗是光纤的第二个传输特性，使信号幅度减小。光纤的损耗在很大程度上决定了系统的传输距离。

11、色散种类构成？损耗种类构成？

答：目前的单模光纤色散系数一般为20ps/km.nm ，光纤长度越长，所引起的色散总值也就越大。色散系数越小越好，因为色散系数越小，光纤的带宽也就越大，传输容量也就越大。

色散的种类：模式色散、材料色散和波导色散；（单模光纤只有：材料和波导色散） 损耗的种类：吸收损耗、散射损耗

12、三种实用的低损耗和色散对应的波长值？P34

答：0.85μm 、1.31 μm 和1.55 μm

13.光纤通信采用光波长——发展的方向是？

答：

14.光缆包括哪2部分？其中、纤芯包括哪2部分？

答：光缆组成：缆芯、护套（有时外有铠装） 缆芯组成：被覆光纤（或称芯线）、加强件

第三章

1、通信用光器件的分类？有源器件包括哪些？光无源器件包括哪些？P48

答：通信用光器件：光有源器件和光无源器件。

)(441MHZ τ?)/(lg 100

km dB p p L i

光有源器件：

光源：半导体激光器（LD ）、发光二极管（LED ）和分布式反馈激光器（DFB ）； 光检测器： 光电二极管 （PD ）、PIN 光电二极管和雪崩光电二极管（APD ）； 光放大器： 掺铒光纤放大器（EDFA ）；

光无源器件：光纤连接器、光耦合器、光隔离与光环形器、光调制器、光波分复用器/解复用器、光开关

2、光源的作用？常用的光源主要有哪些？半导体激光机LD 的工作原理？P48

答：光源的作用是把电信号转换为光信号。常用光源：半导体激光器（LD ）、发光二极管（LED ）和分布式反馈激光器（DFB ）；

半导体激光器工作原理和基本结构：

（1）在向半导体PN 结注入电流作用下，电子从低能级跃迁到高能态，形成粒子数反转。（粒子数反转：低能级电子数<高能级电子数）

（2）再在入射光的作用下，电子再从高能态跃迁到低能态产生光子而发光—受激辐射。

（3）最后，利用光学谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光震荡的。

3、何为粒子数目反转？P49 复习题目3-20

答：假设能级E1和E2上的粒子数分别为N1和N2，在正常的热平衡状态下，低能级E1上的粒子数N1是大于高能级E2上的粒子数N2的，入射的光信号总是被吸收。为了获得光信号的放大，必须将热平衡下的能级E 。和E ：上的粒子数N1和N ：的分布关系倒过来，即高能级上的粒子数反而多于低能级上的粒子数，这就是粒子数反转分布。

4、光和物质相互作用的方式有哪些？复习题目3-19

答：光与物质之间的三种相互作用包括受激吸收、自发辐射和受激辐射。

(1)受激吸收。在正常状态下，电子处于低能级E 。，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。

(2)自发辐射。在高能级E2的电子是不稳定的，即使没有外界的作用，也会自动地跃迁到低能级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。

(3)受激辐射。在高能级E2的电子，受到入射光的作用，被迫跃迁到低能级E2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。

5、半导体激光器LD 的发射波长计算？P53 复习题目3-9

6、光源随着工作温度的升高、导致？

激光器输出光功率随温度而变化有两个原因：

（1）是激光器的阈值电流I th 随温度升高而增大；

（2）是外微分量子效率ηd 随温度升高而减小；

温度升高时，I th 增大，ηd 减小， 输出光功率明显下降，达到一定温度时，激光器就不激射了。

7、发光二级管LED 的工作原理？P57

激光器（LD ）的工作原理：受激辐射光；发光二极管（LED ）的工作原理：自发辐射光 相同点：都采用双异质结（DH ）结构（把有源层夹在P 型和N 型限制层中间） 不同点：LED 不需要光学谐振腔， 无阈值电流。

g

g E E hc 24.1==

λ

8、激光器LD的电光转换的效率计算？（按定义计算）P54

9、光检测器的量子效率计算（按定义计算）P62复习题目3-15

10、光检测器响应度和量子效率的计算（公式3.14）P62 复习题目3-17

第四章

1、光端机包括哪几部分？P78

光端机包括：光发射机、光接收机。

2、光发射机、光接收机分别由哪些部分组成？

答：光发射机结构组成：光源、相关电路（调制电路、控制电路、线路编码电路）

光接收机主要包括：光检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、时钟提取电路、取样判决器以及自动增益控制(AGC)电路。

3、激光器LD 产生张弛振荡和自脉冲现象的原理是？危害是？如何消除危害？P80-81复习题目4-1

答：当电流脉冲注人激光器后，输出光脉冲出现幅度逐渐衰减的振荡，称为弛张振荡。弛张振荡的后果是限制调制速率。当最高调制频率接近弛张振荡频率时，波形失真严重，会使光接收机在抽样判决时增加误码率，因此实际中最高调制频率应低于驰张振荡频率。

某些激光器在脉冲调制甚至直流驱动下，当注入电流达到某个范围时，输出光脉冲出现持续等幅的高频振荡，这种现象称为自脉动现象。自脉动频率可达2 GHz ，严重影响LD 的高速调制特性。

4、光检测器中的前置放大器的类型？应选择哪种类型？P87-88复习题目P4-6 答: 双极型晶体管前置放大器、场效应管前置放大器和跨阻型前置放大器；

在光接收机的前置放大器采用跨组型，是因为跨组型前置放大器改善了带宽特性及动态范围，并具有良好的噪声特性。

5、光检测器的灵敏度计算？P89复习题目4-10

答：P r =10lg 灵敏度表示光接收机调整到最佳状态时，能够接收微弱光信号的能力。

6、光纤通信中常用的码型？P94-98复习题目4-13

答：

第五章

1、数字光纤通信先后有哪两种传输体制？P102

答：准同步数字系列（PDH ）和同步数字系列（SDH ）

2、SDH 相比PDH 的优点？

答：PDH 的固有缺陷：1、接口方面：电接口只有地区性的电接口规范，无世界标准。无光接口规范，各厂家独自开发。2、复用方式：PDH 采用异步复用方式：低速信号在高速信号中的位置无规律性，即无预知性，即不能从高速信号中直接分离低速信号。

与PDH 相比， SDH 具有下列优点：

(1)SDH 采用世界上统一的标准传输速率等级。最低的等级也就是最基本的模块称为STM-1，传输速率为155.520 Mb/s ；4个STM-1同步复接组成STM-4，传输速率为4×155.52 Mb/s = 622.080 Mb/s ；16个STM-1组成STM-16，传输速率为2488.320 Mb ／s ，以此类推。一般为STM-N ，N=1，4，16，64。由于速率等级采用统一标准，SDH 就具有了统一的网络结点接口，并可以承载现有的PDH （E1、E3等）和各种新的数字信号单元，如ATM 信元、以太链路帧、IP 分组等，有利于不同通信系统的互联。

(2)SDH 传送网络单元的光接El 有严格的标准规范。因此，光接El 成为开放型接口，任何网络单元在光纤线路上可以互联，不同厂家的产品可以互通，这有利于建立世界统一的通信网络。另一方面，标准的光接口综合进各种不同的网络单元，简化了硬件，降低了网络成本。

(3)在SDH 帧结构中，丰富的开销比特用于网络的运行、维护和管理，便于实现性能检测、故障检测和定位、故障报告等管理功能。

(4)采用数字同步复用技术，其最小的复用单位为字节，不必进行码速调整，简化了复接分接的实现设备，由低速信号复接成高速信号，或从高速信号分出低速信号，不必逐级进行。

(5)采用数字交叉连接设备DXC 可以对各种端口速率进行可控的连接配置，对网络资源进行自动化的调度和管理，这既提高了资源利用率，又增强了网络的抗毁性和可靠性。SDH 采用了DXC 后，大大提高了网络的灵活性及对各种业务量变化的适应能力，使现代通信网络提高到一个崭新的水平。

)](10)min([3

dBm w P -><

3、SDH 帧结构的组成部分？P106

答：段开销、信息载荷、管理单元指针。

4、计算中继距离（中继距离受损耗的限制P116、中继距离也受色散的限制P119）复习题目 5-6

L≤

第六章

1、模拟光纤传输系统主要应用于？P123

答：模拟电视传输

2、模拟光纤传输系统对光源的要求是？

答：(1) 发射(入纤)光功率要大，以利于增加传输距离。 在光纤损耗和接收灵敏度一定的条件下，传输距离和发射光功率成正比。发射光功率取决于光源，LD 优于LED 。

(2) 非线性失真要小，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)。LED 线性优于LD 。

(3) 调制指数m (m TV )要适当大。m 大，有利于改善SNR ； 但m

太大，不利于减小DP 和DG 。

(4) 光功率温度稳定性要好。LED 温度稳定性优于LD ， 用LED 作光源一般可以不用自动温度控制和自动功率控制， 因而可以简化电路、降低成本。

3、模拟光纤传输系统目前使用的主要调制方式是哪些？P123

答：模拟基带直接光强调制、模拟间接光强调制、频分复用光强调制

4、评价SCM 传输质量的特性参数主要有哪些？P132-P135

答：对于副载波复用模拟电视光纤传输系统， 评价其传输质量的特性参数主要是载噪比(CNR)和信号失真。

5、信号失真可以用哪两个参数来表示？ P136

答：信号失真原因：副载波复用模拟电视光纤传输系统产生信号失真的主要原因： 是作为载波信号源的半导体激光器LD 在电/光转换时的非线性效应。

信号失真可以用两个参数表示：组合二阶互调（CSO ）和组合三阶差拍（CTB ）

第七章

1、EDFA 掺铒放大器工作原理？？第7章课件

当（泵浦）光的光子能量等于能级3和能级1的能量差时，(铒离子)吸收泵浦光从（基态）跃迁到激发态(1→3)。但是（激发态）是不稳定的，Er3+很快返回到能级2。如果输入的信号光的光子能量等于能级2和能级1的能量差，则处于能级2的Er3+将跃迁到基态(2→1)，（产生受激辐射光），因而信号光得到放大。

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2、WDM技术的主要特点？P153

答：WDM（光波分复用）技术的主要特点

（1）充分利用光纤的巨大带宽资源；（2）同时传输多种不同类型的信号

（3）节省线路投资；（4）降低器件的超高速要求

（5）高度的组网灵活性、经济性和可靠性

3、光弧子形成的原理？P168

答：光孤子的形成是光纤的（群速度色散）和（非线性效应）相互平衡的结果。

第八章

1、通信网发展的总趋势？P183

答：通信网总的发展趋势是数字化、综合化和宽带化。与光纤通信关系最为密切的是宽带化。

2、整个电信网可分为？P199

答：SDH传送网、WDM光网络和光接入网

3、在光纤的接入网中、哪一种新兴的光接入网应运而生？P206

答：光纤同轴电缆混合网（HFC网）