光纤通信及光电子器件(转杭电资料库)

光纤通信作业

第8章第3节作业 1、系统在什么条件下受损耗限制？此时决定的因素是什么？ 答：当光纤带宽与信号速率之比足够大时，传输距离主要受到光纤损耗的限制。 即当系统的工作频宽远小于光纤带宽，当码速较低(B<100Mb／s)时，光纤色散对灵敏度的影响较小时。限制决定于下列因素： (dBm)； (1)发送端耦合入光纤的平均功率P T (2)光接收机的接收灵敏度Pmin (dBm)； (dB)。 (3)光纤线路的总损耗 T 2、系统在什么条件下受色散限制？此时决定的因素是什么？ 答：当系统的损耗足够小，传输码速高时，传输距离主要受光纤色散等的限制。 即在光纤损耗较低，码速较高时，对传输距离的限制往往主要来自色散造成的系统上升时间的限制，这种系统称为色散限制系统。 3、从传输带宽角度看，NRZ和RZ码，哪一个占用带宽宽？参数是多少？ 答： NRZ码所需的传输带宽仅为RZ码的一半。即RZ码占用传输带宽宽。 NRZ码：B（bit/s）＝Bc（Hz） RZ码：B（bit/s）＝2Bc（Hz） Bc（Hz）＝1/2 B（bit/s） 4、有一长距离单模光纤传输系统，工作波长1300 nm，其他参数如下： LD光源平均入纤功率 0 dBm 光缆损耗 0.4 dB／km 熔接头损耗 0.1 dB／km 活动连接器损耗 1dB／个 APD接收机灵敏度： B=35 Mb／s时(BER=10-9) - 55 dBm B=500 Mb／s时(BER=10-9) - 44 dBm 系统富余度 9 dB 试计算损耗限制传输距离。 解：（a）当B=35Mb/s时 （b）当B=500Mb/s时

5、有一条1.3 m光波系统，设计工作码速为lGb／s，拟采用单模光纤，中继距离5Okm。发送机和接收机上升时间分别为0.25ns和O.35ns，光源谱宽3nm，光纤平均色散在工作波长上为2ps／(nm·km)：计算RZ和NRZ码时的系统上升时间预算。 解：

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)

光通信技术课后答案-第三章

第三章 光通信信道 专业通信103班 代高凯 201027209 3-2.什么是阶跃光纤？什么是渐变光纤？ 答：光纤按照折射率的分布分类，可分为阶跃光纤和渐变光纤。 (1).阶跃光纤是指在纤芯和包层区域内，其折射率分布分别是均匀的，其值分别是n1与n2，但在纤芯与包层的分界处，其折射率的变化是阶跃的，折射率分布的表达式为 ?????≤<≤=2 1)2()1()1()(a r a n a r n n r ，， 阶跃光纤是早起光纤的结构方式，后来在多模光纤中逐渐被渐变光纤取代，但是它用来解释光波在光纤中的传播还是比较形象的。 (2).渐变光纤是指光纤轴心处的折射率n1最大，而随沿剖面径向的增加而逐渐减小，其变化规律一般符合抛物线规律，到了纤芯与包层的分界处，正好降到与包层区域的折射率n2相等的数值；在包层区域中其折射率的分布是均匀的，即为n2 ?????≤<≤?-=212 1211)()(21a r a n a r a r n n r ，， 式中，n1为光纤轴心处的折射率；n2包层区域的折射率；a1为纤芯半径；121n n n -= ?称为相对折射率差。 3-4.什么是单模光纤？什么是多模光纤？ 答：光纤按照传播的模式分类，可分为多模光纤和单模光纤。 (1).当光纤的几何尺寸（主要是纤径直径d1）远远大于光波波长（约1μm ）时，光纤中会存在着几十种乃至几百种传播模式。不同的传播模式会有不同的传播速度与相位，因此经过长距离的传输之后会产生时延，导致光脉冲变宽。这种现象叫做光纤的模式色散（又叫模间色散）。计算多模光纤中除传播模式数量的经典公式为4/2V N =，其中V 为归一化频率。模式色散会使许多多模光纤的带宽变窄，降低其传输容量，因此多模光纤仅适用于较小容量的光纤通信。多模光纤的折射率分布大都为抛物线分布，即渐变折射率分布，其纤芯直径d1大约为50μm 。 (2)根据电磁场理论与求解麦克斯韦方程组发现，当光纤的几何尺寸（主要是芯径）可以与波长相比拟时，如芯径d1在5~10μm 范围，光纤只允许一种模式（基模HE11）在其中传播，其余的高次模全部截止，这样的光纤叫做单模光纤，由于它只允许一种模式在其中传播，从而避免了模式色散的问题，故单模光纤具有极宽的带宽，特别适用于大容量的光纤通信，但是必须满足 归一化频率4048.221 ≤=NA a V λπ

南邮光纤通信系统第4章3节作业

第4章第3节作业 1、图示光接收机的噪声及其分布，并说明各自噪声的概念。 答： ⊿量子噪声 量子噪声(或散弹噪声)来自单位时间内到达光检测器上信号光子数的随机性，因此它与信号电平有关。在采用APD作光检测器时，倍增过程的统计特征产生附加的散弹噪声，它随倍增增益而增加。 ⊿暗电流噪声 当没有光信号照射光检测器时，外界的一些杂散光或热运动亦会产生一些电子—空穴对，光检测器还会产生一些电流，这种残留电流称为暗电流Id，暗电流也要产生散粒噪声。 ⊿漏电流噪声 光检测器表面物理状态不完善和加有偏置电压，也会引起很小的漏电流噪声，但这种噪声并非本征性噪声，可通过光检测器的合理设计，良好的结构和严格的工艺降低。 ⊿热噪声 热噪声是在有限温度下，导电媒质内自由电子和振动离子间热相互作用

引起的一种随机脉动。 一个电阻中的这种随机脉动，即使没有外加电压也表现为一种电流波动。在光接收机中，前端负载电阻中产生的这种电流波动将叠加到光检测器产生的光电流中。 ⊿ 放大器噪声 前端的前置放大器要增加噪声，而且其影响远远超过后级元器件产生的噪声。 2、写出PIN 光接收机与APD 光接收机的信噪比表达式，分析在何种条件下何种光接收机信噪比占优势。 解：（1）PIN 信噪比与噪声的关系 ()2 42p PIN n e P d e L I S R kTF B e I I B R =++2 2 0042n e e L R P kTF B eR PB R =+ 散粒噪声限制下： 2 22 000222P PIN P e e e R P I S R eI B eR PB R P eB == = （SNR 随入射功率线性增加，且只与量子效率、光子能量和接收机带宽有关） 热噪声限制下： 2 2 220044L PIN n e n e L R P R P R S R kTF B kTF B R == （显示SNR 随入射功率平方倍变化，增加负载电阻可以提高信噪比） （2）APD 信噪比与噪声的关系

《光纤通信》第3章课后习题答案

习题三 1．计算一个波长为1m λμ=的光子能量，分别对1MHz 和100MHz 的无线电做同样的计算。 解：波长为1m λμ=的光子能量为 834 206310// 6.6310 1.991010c m s E hf hc J s J m λ---?===???=? 对1MHz 和100MHz 的无线电的光子能量分别为 346286.6310110 6.6310c E hf J s Hz J --==????=? 346266.631010010 6.6310c E hf J s Hz J --==????=? 2．太阳向地球辐射光波，设其平均波长0.7m λμ=，射到地球外面大气层的光强大约为2 0.14/I W cm =。如果恰好在大气层外放一个太阳能电池，试计算每秒钟到达太阳能电池上每平方米板上的光子数。 解：光子数为 348 4441660.14 6.6310310101010 3.98100.710c I Ihc n hf λ---????=?=?=?=?? 3．如果激光器在0.5m λμ=上工作，输出1W 的连续功率，试计算每秒从激活物质的高能级跃迁到低能级的粒子数。 解：粒子数为 348 2161 6.6310310 3.98100.510 c I Ihc n hf λ---????====?? 4．光与物质间的相互作用过程有哪些？ 答：受激吸收，受激辐射和自发辐射。 5．什么是粒子数反转？什么情况下能实现光放大？ 答：粒子数反转分布是指高能级粒子布居数大于低能级的粒子布居数。处于粒子数反转分布的介质（叫激活介质）可实现光放大。 6．什么是激光器的阈值条件？ 答：阈值增益为 12 11ln 2th G L r r α=+ 其中α是介质的损耗系数，12,r r 分别是谐振腔反射镜的反射系数。当激光器的增益th G G ≥时，才能有激光放出。（详细推导请看补充题1、2） 7．由表达式/E hc λ=说明为什么LED 的FWHM 功率谱宽度在长波长中会变得更宽些？ 证明：由/E hc λ=得到2hc E λλ?=-?，于是得到2 E hc λλ?=-?，可见当E ?一定时，λ?与2λ成 正比。 8．试画出APD 雪崩二极管结构示意图，并指出高场区及耗尽层的范围。 解：先把一种高阻的P 型材料作为外延层，沉积在P +材料上（P +是P 型重掺杂），然后在高阻区进行P 型扩散或电离掺杂（叫π层），最后一层是一个N +（N +是N 型重掺杂）层。

光纤系统作业参考答案

第一章作业 1、光纤通信与电通信有什么不同？在光纤通信中起主导作用的部件是什么？ 光纤通信，就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。起主导作用的是激光器和光纤。 2、常规的光纤的三个的低损耗窗口是在哪个波段？其损耗值各为多少？ 850nm 3db/km ；1310nm 0.4db/km；1550nm 0.2db/km 3、光纤通信有哪些优点？ （1）频带宽，通信容量大（2）损耗低，中继距离长（3）抗电磁干扰（4）无窜音干扰，保密性好（5）光纤线径细，重量轻，柔软（6）光纤原材料丰富，用光纤可节约金属材料（7）耐腐蚀，抗辐射，能源消耗小 4、PDH和SDH各表示什么？其速率等级标准是什么？ PDH表示准同步数字序列，即在低端基群采用同步，高次群复用采用异步，SDH表示同步数字序列 PDH速率标准 SDH速率等级标准：STM-1：155.520Mbit/s STM-4：622.080 Mbit/s STM-16：2.5 Gbit/s STM-64：10 Gbit/s 5、图示光纤通信系统，解释系统基本结构。 光纤通信系统由光发送机、光纤光缆与光接收机等基本单元组成。系统中包含一些互连与光信号处理部件，如光纤连接器、隔离器、调制器、滤波器、光开关及路由器等。在长距离系统中还设置有中继器(混合或全光)。 第2章1节布置的作业 1、光纤的主要材料是什么？光纤由哪几部分构成？各起什么作用？ SiO2；芯区、包层、图层； 芯区：提高折射率，光传输通道；包层：降低折射率，将光信号封闭在纤芯内，并保护纤芯；图层：提高机械强度和柔软性

2、光纤中的纤芯折射率与包层折射率的关系？单模光纤和多模光纤中两者的纤芯直径一般分别为多少？ 纤芯折射率较高，包层折射率较小 单模光纤纤芯直径：2a=8μm～12μm，包层直径：2b=125μm；多模光纤纤芯直径：2a=50μm，包层直径：2b=125μm。 3、根据芯、包折射率分布及模式传播情况，指出有哪些典型形式光纤？ 折射率在纤芯与包层介面突变的光纤称为阶跃光纤；折射率在纤芯内按某种规律逐渐降低的光纤称为渐变光纤；根据模式传播情况不同分为多模光纤和单模光纤 4、什么是全反射？它的条件是什么？ 指光从光密介质入射到光疏介质是，全部被反射会原介质的现象 条件：光从光密介质入射至光疏介质；入射角大于或等于临界角（=arcsin（n2/n1）） 在光纤端面：要求入射角θ < θo 全；在芯包界面：要求入射角θ1 > θC芯包界面全反射 5、数值孔径NA的物理意义？表达式是什么？ 反映光纤对光信号的集光能力，定义入射临界角的正弦为数值孔径N A ，N A越大，对光信号的接受能力越强 N A=sin= 6、什么是光纤的自聚焦？产生在何种类型光纤里？ 如果折射率分部合适，就用可能使以不同角度入射的全部光线以同样的轴向速度在光纤中传播，同时到达光纤轴上的某点，即所有光线都有相同的空间周期L，这种现象称为自聚焦。出现在渐变光纤里。当折射率分布按平方率分布（即双曲正割变化），可形成自聚焦特性。 7、阶跃光纤的纤芯和包层折射率分别为n1＝1.46和n2＝1.45，试计算： (a)相对芯包折射率差△； (b)若该光纤的端面外为空气，计算允许的最大入射角θ0及数值孔径NA； (c)若该光纤浸于水中，n0=1.33，计算θ0及NA的大小。 解：（a） （b）由得=9.8°N A=sin=0.17 （c）同上 8、有一SI型多模光纤的芯径（纤芯直径）为50 μm，芯包折射率分别为nl=1.465和n2=1.46。计算与光纤轴线夹角最大的那条子午射线，在1m的传输距离上共要反射多少次? 解：=85.3°反射一次的轴向距离L=2*a/2*tan=2*50/2*tan85.3°=604μm 反射次数=（1*106）/604=1656 第2章2节布置的作业 1、导模的传播常数应满足什么条件？ k2<β

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。

光通信器件-光开关

一、光开关的概念及作用、性能参数与分类 1.光开关的概念及作用 一种具有一个或多个可选择的传输端口，可对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的器件。 目前主要是：光交换系统和主备倒换，即利用光开关技术实现全光层的路由选择、波长选择、光交叉连接以及自愈保护等功能。1，将某一光纤通道的光信号切断或开通；2，将某波长光信号由一光纤通道转换到另一光纤通道去；3，在同一光纤通道中将一种波长的光信号转换为另一波长的光信号（波长转换器） 多信道光通信系统还需要光插／分复用技术和快速的网间信息交换技术以及光的交叉连接（ＯＸＣ）技术都需要超高速大规律集成的光开关矩阵。 网络监视功能：使用简单的13N光开关可以将多纤联系起来。当需要监视网络时，只需在远端监测点将多纤经光开关连接到网络监视仪器上（如OTDR），通过光开关的动作，可以实现网络在线监测。 光器件的测试：可以将多个待测光器件通过光纤连接，通过13N光开关，可以通过监测光开关的每个通道信号来测试器件。 光传感系统:空分复用的光纤传感系统,节约解调系统,降低成本。 2.光开关的性能参数 光开关的特性参数主要有插入损耗、消光比、开关时间、回波损耗、隔离度、远端串扰、近端串扰等。 插入损耗：输入和输出端口间光功率的减少。 回波损耗：从输入端返回的光功率与输入光功率的比值。 隔离度：两个相隔离输出端口光功率的比值。 消光比：端口处于导通和非导通状态的插入损耗之差。 开关时间：指开关端口从某一初始转为通或断所需的时间从在开关上施加或撤去转换能量的时刻起测量。 3.光开关的分类 驱动方式可分为：机械式光开关、非机械式光开关。 原理可分为：机械光开关、热光开关、电光开关和声光开关。 交换介质可分为：自由空间交换光开关和波导交换光开关。 二、机械式光开关 这是靠微型电磁铁或压电器件驱动光纤或反射光的光学元件发生机械移动，使光信号改变光纤通道的光开关。传统机械光开关的工作原理：通过热、静电等动力，旋转微反射镜，将光直接送到或反射到输出端。特点是开关速度比较慢、性价比好，在很多领域有市场前景，但体积大、不易规模集成的缺点限制了其在未来光通信领域的应用。在此基础上，近几年发展很快的是MOEMS光开关，它是微机电系统和传统光技术相结合的新型开关，特别是具有光信号的数据格式透明、与偏振无关、差损小、可靠性好、速度快、容易集成的优点。下面介绍几种机械式光开关。 1.移动光纤式光开关 移动光纤式光开关结构简单、重复性好、插入损耗低。移动式光纤的输入或输出端口中，一段光纤固定，而另一端光纤式活动的。通过移动活动光纤，使之与固定光纤中的不同端口相耦合，从而实现光路切换。如图1所示

光纤通信大作业

DWDM技术的现状与发展 摘要;随着公用通信网及国际互联网的飞速发展,人们对宽带通信提出了前所未有的要求,一些原有的通信技术,如时分复用(TDM)和波分复用(WDM)等已不能满足宽带通信的要求。在这种情况下,密集波分复用(DWDM)作为一种新兴的通信技术即应运而生。本文介绍了DWDM 技术出现的历史背景，分析了DWDM的基本原理，然后对DWDM的技术特点进行阐述，再介绍了DWDM的关键技术，研究DWDM在未来的发展趋势。 密集型光波复用（DWDM：Dense Wavelength Division Multiplexing）是能组合一组光波长用一根光纤进行传送。这是一项用来在现有的光纤骨干网上提高带宽的激光技术。更确切地说，该技术是在一根指定的光纤中，多路复用单个光纤载波的紧密光谱间距，以便利用可以达到的传输性能。这样，在给定的信息传输容量下，就可以减少所需要的光纤的总数量。 一、应用背景 传统的光纤通信技术用一根光纤只传播一种波长的光信号，这无疑是对光纤容量的一种浪费。而 DWDM 系统是在现有的光纤骨干网上通过提高带宽，利用光纤丰富的带宽来进行不同波长光的传输，大大提高了光纤的负载能力。作为一种区别于传统光纤的激光技术，它通过利用单个光纤载波的紧密光谱间距，以达到在一根指定光纤中多路复用的目的，这样就可以更好的控制信号在传播过程中的色散和信号衰减，实现在一定数量光纤下传递信息容量最大化。这是一项用来在现有的光纤骨干网上提高带宽的激光技术。这项技术的产生是对原先光钎数据传输技术的缺点的改进。原先光钎数据传输技术主要有两种：空分复用（SDM）和时分复用（TDM）。 空分复用（SDM）是靠增加光纤数量的方式线性增加传输的容量，传输设备也线性增加。如果没有足够的光纤数量，通过重新敷设光缆来扩容，工程费用将会成倍增长。而且，这种方式并没有充分利用光纤的传输带宽，造成光纤带宽资源的浪费。作为通信网络的建设，不

光纤通信

1．光纤通信是利用光波作载波，以光纤作为传输煤 质将信息从一处传至另一处的通信方式。 2．光纤为光导纤维的简称，它的典型结构是多层同轴圆柱体，由纤芯、涂覆层和包层组成，其中光信号主要在纤芯传输，其中涂覆层起保护光纤的作用。 3. 按照光纤中传输的模式划分，光纤分为单模光纤和多模光纤， 其中单模光纤损耗小，色散低，适用于长距离、大容量系统。 4.光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长是0.85um 、 1.31um 、1.55um 。最低损耗窗口的中心波长是在 1.55um 。 5．光纤的色散特性是光纤线路的一个重要参数，它由模式色散、材料色散、波导色散和偏振模色散构成。多模光纤的色散比单模光纤大。多模光纤的 6.光纤的损耗特性是光纤线路的一个重要参数，它由吸收损耗、散射损耗、 连接损耗、弯曲损耗和耦合损耗构成。工程上，光纤衰减的单位是db/km 。7．光与物质相互作用的三种物理形式是受激辐射、自发辐射、受激吸收。光电检测器的最主要过程是受激吸收。产生激光的最主要过程是受激辐射。 8．光源微分量子效率越高，P-I曲线斜率越大；脉冲驱动电流幅度越大，光功率越大。 9. 光发射机的两个主要指标是平均发送光功率、消光比。为保证光发射机的正 常工作，ATC 电路用来调节工作温度，APC 电路用来调节输出的光功率。 10. 光接收机的特性综合反映了整个光纤通信系统的性能，数字光接收机主要的性能指标是动态范围、灵敏度。反映光接收机接收弱信号能力的指标是__灵敏度_；反映光接收 机对收到的光功率大小变化适应能力的指标是_动态范围___。 11.STM-1帧结构由270 列和9 行字节组成，STM-16帧结构由270x16 列和 9 行字节组成一帧中传送信号的顺序是从从左到右、由上到下进行。 12.STM-1帧结构分为3个区域，分别是段开销区域、管理单元指针区域、 信息净负荷区域，用于传送各种业务信息的是信息净负荷区域，帧定位字节位

《光纤通信》课后习题及答案

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。 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 1.55μm的光载波上能传输多少路64kb/s的音频信道？ 解：根据题意，求得在5GHz的微波载波下，数字通信系统的比特率为50Mb/s，则能传输781路64kb/s的音频信道。 根据题意，求得在 1.55μm的光载波下，数字通信系统的比特率为1.935Gb/s，则能传输30241935路64kb/s的音频信道。 4．SDH体制有什么优点？ 答：（1）SDH传输系统在国际上有统一的帧结构，数字传输标准速率和标准的光路接口，使网管系统互通，因此有很好的横向兼容性，它能与现有的准同步数字体制（PDH）完全兼容，并容纳各种新的业务信号，形成了全球统一的数字传输体制标准，提高了网络的可靠性； （2）SDH接入系统的不同等级的码流在帧结构净负荷区内的排列非常有规律，而净负荷与网络是同步的，它利用软件能将高速信号一次直接分插出低速支路信号，实现了一次复用的特性，克服了PDH准同步复用方

《光纤通信》第3章作业答案

第3章 习题及答案 一．填空 1．对于二能级原子系统，要实现光信号的放大，原子的能级分布必须满足高能级粒子数大于低能级粒子数，即粒子数反转分布条件。 2．一个电路振荡器，必须包括放大部分、振荡回路和反馈系统。而激光振荡器也必须具备完成以上功能的部件，故它也包括三个部分：能够产生激光的 工作物质 ，能够使工作物质处于粒子数反转分布的 ，能够完成频率选择及反馈作用的 。 答案：工作物质，泵浦源，光学谐振腔 3．半导体光放大器的粒子数反转可通过对PN 节加 偏压来实现。PN 结加上这种偏压后，空间电荷区变窄，于是N 区的电子向P 区扩散，P 区的空穴向N 区扩散，使得P 区和N 区的少数载流子增加。当偏压足够大时，增加的少数载流子会引起粒子数反转。 答案：正向。 4．对于半导体激光器，当外加正向电流达到某一值时，输出光功率将急剧增加，表明振荡产生了激光，把这个电流值叫 ，用th I 表示。当th I I <时，激光器发出的是 ，因此光谱很宽，宽 度常达到几百埃；当th I I >时，激光器发出的是 ，光谱突然变得很窄，谱线中心强度急剧增加， 表面发出的是激光。 答案：阈值电流，荧光，激光。 5．影响耦合效率的主要因素是光源的发散角和光纤的数值孔径。发散角越大，耦合效率越 ；数值孔径越大，耦合效率越 。 答案：低，高。 6．激光和光纤的耦合方式有直接耦合和透镜耦合。当发光面积大于纤芯截面积时，用 ；当发光面积小于纤芯截面积时，用 。 答案：透镜耦合，直接耦合。（课本上有误） 7．半导体激光器其光学谐振腔的谐振条件或驻波条件是 。 答案：2g L q λ=（或2nL q λ=）。 8．判断单模激光器的一个重要参数是 ，即最高光谱峰值强度与次高光谱峰值强度之比。 答案：边模抑制比。 二．判断题 1．电子服从费米能级分布，即在热平衡条件下，占据能级低的概率大，占据能级高的概率小。 （ ） 正确 2．自发辐射的光子方向是随机的，发出非相干光，且不需要外来光场的激励。 （ ） 正确 3．LED 与单模光纤的耦合效率低于LD 与单模光纤的耦合效率，边发光比面发光LED 耦合效率低。 （ ） 错误，边LED 比面LED 耦合效率高 4．光检测器要产生光电流，入射光波长必须大于截止波长，所以长波长检测器能用于短波长检测。 （ ） 错误。应该小于。 5．设计工作于1.55 μm 的光检测器同样能用作1.3 μm 的光检测器，且在长波长灵敏些。 （ ） 正确。因为在一定波长工作的光检测器能工作于更短的波长。 三．选择题 1．对于半导体激光器的结构，下列说法错误的是（ ） A ．F-P 激光器是多模，DF B 和DBR 激光器是单模激光器

南邮光纤通信系统第4章1节作业

第四章1节作业 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G 2 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η和响应度R 0 0000//(/) 1.24P P P I e I hc P hf P e I e R A W P hc m ηλ ληληλμ=====注意：以为单位 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：

光纤通信作业

第一章 1. 光纤通信有哪些优点 容许频带很宽，传输容量很大； 损耗很小，中继距离很长且误码率很小； 重量轻，体积小； 抗电磁干扰性能好； 泄露小，保密性能好； 节约金属材料，有利于资源合理使用。 2. 光纤通信系统有哪几部分组成？简述各部分作用。 信息源：把用户信息转换为原始电信号，这种信号称为基带信号。 电发射机：把基带信号转换为适合信道传输的信号，这个转换如果需要调制，则其输出信号称为已调信号。 光发射机：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。 光纤线路：把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机。 光接收机：把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号，并经放大和处理后恢复成发射前的电信号。 电接收机：功能和电发射机的功能相反，它把接收的电信号转换为基带信号。 信息宿：恢复用户信息。 第二章 1均匀光纤芯与包层的折射率分别为:45.1,50.121 ==n n 试计算： （1）光纤芯与包层的相对折射率差△=？ （2）光纤的数值孔径NA=? （3）在1米长的光纤上，由子午线的光程差所引起的最大时延差?max =?τ 解：()121n n n -=? NA= ?≈-212 221n n n ()?≈= =?c L n NA c n L c n L c 12121max 22θτ 2.目前光纤通信为什么采用以下三个工作波长 ?55.1,31.1,85.0321m m m μλμλμλ=== 损耗：在1.31，1.55存在低损耗窗口 色散：随波长增加，色散减小，带宽增加 所以采用1.31,1.55,0.85 3.光纤通信为什么向长波长、单模光纤方向发展？ 长波长、单模光纤比短波长、多模光纤具有更好的传输特性。（1）单模光纤没有模式色散，不同成分光经过单模光纤的传播时间不同的程度显著小于经过多模光纤时不同的程度． ( 2 ）由光纤损耗和波长的关系曲线知，随着波长的增大，损耗呈下降趋势，且在1.31μm 和1 . 55μm 处的色散很小，故目前长距离光纤通信一般都工作在1 . 55μm. 4.光纤色散产生的原因及其危害是什么？ 答 光纤色散是由光纤中传输的光信号。由于不同成分的光时间延迟不同而产生的。光纤色散对光纤传输系统的危害有：若信号是模拟调制的，色散将限制带；是数字脉冲，色散将使脉冲展宽，限制系统传输速率（容量） . 5.光纤损耗产生的原因及其危害是什么？ 答 光纤损耗包括吸收损耗和散射损耗。吸收损耗是由SiO2材料引起的固有吸收和由杂质引起的吸收产生的。散射损耗主要由材料微观密度密度不均匀引起的瑞利散射和光纤结构缺陷（如气泡）引起的散射产生的。光纤损耗使系统的传输距离受到限制．大损耗不利于长距离光纤通信。 第三章 1.设激光器的高能级和低能级的能量各为 12E E 和,频率为f ，相应能级上的粒子密度 12N N 和。计算 (1)当f=3000MHZ,T=300K 时，?12=N N (2)当?300,112===N N K T m 时，μλ (3)当 ，若.10,112==N N m μλ环境温度 T=？ ??? ? ???????-?? ? ??----====-30010381.110300010628.61111 2 216341 2e e e N N h f E E KT hf KT E E （2）6104.2124 .1?== =λ g E hf

光通信器件

光通信器件

主要研究内容： ?光通信为现代通信技术的重要分支之一，也是目前国内外通信技术发展的热点技术。 ?属于通信与光电子技术相结合的应用基础学科。包括现代光学与光电子学、光通信、光通信技术和激光技术等。 ?本方向以光电子学及激光技术为理论基础，重点研究光电通信器件及系统等关连技术；光电传感等光信息检测及传输技术。

主要研究内容 ?1.侧重于光纤通信系统关连技术、光纤通信器件技术、光纤传感技术等方面的基础和应用研究。 ?2. 应用先进的FBG光纤传感技术，尤其是其网络化技术的研究。同时，还侧重于光纤传感与光信息处理,光纤传感技术与分布式光纤传感系统的结构原理和器件的研制，研究光传感器设计与光电信息检测等光信息传输技术。 ?3. 光通信网中关键技术和关键器件的研究。光电器件特性研究以及噪声在半导体器件可靠性评价中的应用。 ?4. 新型光纤放大器，新型光纤激光器，全光OADM, 非线性光子晶体光开关等新型全光通信器件研发。

光子作为信息载体之特色及优势 光子技术优越性---- （1）器件响应和系统处理速度快。 光开关器件响应时间最快达10-9s即纳秒(ns)量级，几乎到了其固有极限值。 利用多重波长和并行互联及并行处理，能克服冯·诺依曼结构的电子计算机的瓶颈效应；由于光可以进行并列处理，且没有阻抗匹配和必要布线回路，故可作高速信号处理。

光子作为信息载体之特色及优势 光子技术优越性---- （2）传输容量大 光子信息系统的带宽和连接性的彻底改善使系统的信息交换和传递更加通畅。这一优异特性已在现代光通信中得以充分体现。光纤通信容量从原理上讲比微波通信大1万倍到10万倍以上，一路微波通道可传送一路彩色电视或1千多路数字电话信号；而一根光纤则可同时促进传送1千多万甚至1亿路电话。

《光纤通信技术》 课程大纲

《光纤通信技术》课程大纲 课程名称：光纤通信技术 课程类别：核心课 学分：4学分 适用专业：通信工程专业、计算机应用专业 先修课程：数字通信原理、数据通信原理 一、课程的教学目的 《光纤通信技术》是信息与通信工程学科一门重要的专业课程。课程定位为需要学习通信工程、计算机通信技术等专业，从事信息通信、计算机、网络等相关行业的学员。光纤通信系统具有低的传输损耗和宽的传输频带的特点，成为高速数据业务的理想传输通道。课程以光纤的导光原理和激光器的发光原理为基础内容，同时涵盖了各种实用光网络技术。课程以提高学生基本技能素质与新技术、新手段的应用能力为目标，培养能满足光纤网络工程的规划建设、系统调测、电信核心网络和接入网络的工程等需要的应用型人才。 为了更好地掌握本课程的知识，每章后面均附有大量的习题，并对主要知识点进行了总结。鉴于本课程是实践性很强的专业课程，其教学内容既包括理论学习内容，又涵盖与之相关的实践实验活动内容，为以后学习光纤通信工程新技术打下基础。 二、相关课程的衔接 学习本课程需要先修《数字通信原理》、《数据通信原理》等专业基础课程以及《现代交换技术》、《宽带接入技术》等相关课程；后续课程包括《光网络》、《多媒体通信》等。三、教学的基本要求 要求掌握《光纤通信技术》的基本概念、工作原理，了解相关扩展知识。熟练进行光纤通信技术的工程分析及工程计算。 熟悉实验原理及内容，能够利用所学基本知识完成简单电路的分析和设计。 四、课程教学方法 下载教学内容导学、详解、实时辅导、教案、综合练习题等资料。 为了更好地掌握本课程的知识，每章后面均附有大量的习题，并对主要知识点进行了总结。本课程含有实验，使本课程更多地与实践接轨，为以后学习光纤通信工程新技术打下基础。

《光纤通信系统及其应用》课后习题-(1)教学教材

《光纤通信系统及其应用》课后习题-(1)

《光纤通信系统及其应用》课后习题 第一章 1.1实现光纤通信的关键器件与技术是什么？ 答：（1）低损耗、宽带宽的光纤。 （2）高可靠性、长寿命的光源及高响应的光检测器件。 （3）光测量及光纤连接技术。 1.2光纤通信使用光源的波长范围是什么？ 答：在近红外区内，即0.8~1.8um。 长波： 1.31 1.55 短波：0.85um 1.4数字光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分的作用。 用光纤传输信息的过程大致是这样的，在发送端，把用户要传送的信号 （如声音）变为电信号，然后使光源发出的光强随电信号变化，这个过程称为 调制，它把电信号变为光信号，最后用光纤把该光信号传送到远方； 在接收端，用光电探测器接收光信号，并把光信号还原为携带用户信息（如声 音）的电信号，这个过程称为解调，最后再变成用户能理解的信息（如声 音）。 1.5模拟光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分的作用。 第二章 2.1均匀光纤芯与包层的折射率分别为1n=1.50，2n=1.45，试计算： （1）光纤芯与包层的相对折射率差 ； （2）光纤的数值孔径NA。 2.2在阶跃折射率光纤中，1n=1.52，2n=1.49。 n=1.33），求光从水中入射到光纤输入端面的最大（1）光纤浸在水中（0 接收角； （2）光纤放置在空气中，求数值孔径。

2.4 光纤通信为什么用0.85m μ，0.85m μ，0.85m μ三个工作波长？ 答 λ1=0.85μm ，λ2=1.31μm ，λ3=1.55μm 附近是光纤传输损耗较少或最小的波长“窗口”，相应的损耗分别为2~3dB/km 、0.5 dB/km 、0.2 dB/km ，而在这些波段目前有成熟的光器件（光源、光检测器等）。 2.5 光纤的损耗机理及危害是什么？ 答：损耗机理：主要有吸收损耗、散射损耗及辐射损耗。 辐射损耗：光线弯曲到一定曲率半径时就会产生辐射损耗 吸收损耗:光波通过光纤材料时，有一部分的光被光纤中的杂质或是OH 离子吸收转化为热能 散射损耗：光纤的密度和折射率分布不均及结构上的不完善导致散射损耗 危害：由于损耗的存在，在光纤中传输的光信号幅度减小。光纤损耗是光纤传输系统中中继距离的主要限制因素之一。 2.6 光纤的色散机理及危害是什么？ 答：色散机理：由于光纤中所传信号的不同频率成分或不同模式成分，在传播的过程中因群速度不同互相散开，并且造成它们到达光纤终端的时间各不相同，从而引起传输信号波形失真、脉冲展宽。光线的色散，主要有材料色散、波导色散和模式色散。 危害：由于信号的各频率成分和各模式成分的传输速度不同，当它在光纤中传输一定的距离后，将互相散开，致使光脉冲展宽。若脉冲展宽过大将会造成码间干扰，从而使误码率增加，通信质量下降。由于脉冲宽度与频带宽度成反比，脉冲展宽越大，表示带宽能力越小。 2.7 光缆的主要结构是什么？ 答：光纤芯线、护套和加强部件。 第三章

《光纤通信》原荣-第三版-第3章--复习思考题参考答案

1 / 8 第3章 复习思考题 参考答案 3-1 连接器和跳线的作用是什么？接头的作用又是什么 答：连接器是把两个光纤端面结合在一起，以实现光纤与光纤之间可拆卸（活动）连接的器件。跳线用于终端设备和光缆线路及各种光无源器件之间的互连，以构成光纤传输系统。接头是把两个光纤端面结合在一起，以实现光纤与光纤之间的永久性（固定）连接。接头用于相邻两根光缆（纤）之间的连接，以形成长距离光缆线路。 3-2 耦合器的作用是什么？它有哪几种 耦合器的功能是把一个或多个光输入分配给多个或一个光输出。耦合器有T 形耦合器、星形耦合器、方向耦合器和波分耦合器。 3-3 简述波导光栅解复用器的工作原理 阵列波导光栅由N 个输入波导、N 个输出波导、两个具有相同结构的N ? N 平板波导星形耦合器以及一个平板阵列波导光栅组成，如图3.4.4所示。这种光栅相邻波导间具有恒定的路径长度差?L ，由式（1.2.8）可知，其相邻波导间的相位差为 λ φL n ?= ?eff π2 （3.4.6） 式中，λ是信号波长，?L 是路径长度差，通常为几十微米，eff n 为信道波导的有效折射率，它与包层的折射率差相对较大，使波导有大的数值孔径，以便提高与光纤的耦合效率。 输入光从第一个星形耦合器输入，在输入平板波导区（即自由空间耦合区）模式场发散，把光功率几乎平均地分配到波导阵列输入端中的每一个波导，由阵列波导光栅的输入孔阑捕捉。由于阵列波导中的波导长度不等，由式（3.4.6）可知，不同波长的输入信号产生的相位延迟也不等。AWG 光栅工作原理是基于马赫-曾德尔干涉仪的原理，即两个相干单色光经过不同的光程传输后的干涉理论，所以输出端口与波长有一一对应的关系，也就是说，由不同波长组成的入射光束经阵列波导光栅传输后，依波长的不同就出现在不同的波导出口上。此处设计采用对称结构，根据互易性，同样也能实现合波的功能。 1 λ11 图3.4.3 由阵列波导光栅（AWG ）组成的解复用器/路由器 3.4 简述介质薄膜干涉滤波器解复用器的作用（见原荣编著《光纤通信（第2版）》3. 4.3节） 答：介质薄膜光滤波器解复用器利用光的干涉效应选择波长。可以将每层厚度为1/4波长，高、低折射率材料（例如TiO 2 和SiO 2）相间组成的多层介质薄膜，用作干涉滤波器，如图3.4.5所示。在高折射率层反射光的相位不变，而在低折射率层反射光的相位改变180O 。连续反射光在前表面相长干涉复合，在一定的波长范围内产生高能量的反射光束，在这一范围之外，则反射很小。这样通过多层介质膜的干涉，就使一些波长的光通过，而另一些波长的光透射。用多层介质膜可构成高通滤波器和低通滤波器。两层的折射率差应该足够大，以便获得陡峭的滤波器特性。()4.2~2.2TiO 2=n 和()46.1S iO 2=n 通常用于介质薄膜的材料。30层以上的干涉滤波器已经制造出来，因此1.55 μm 波长时的通带宽度可窄至1 THz 。用介质薄膜滤波器可构成WDM 解复用器，如图3.4.6和图3.4.7所示。