光纤通信考试(整理)
光纤通信考试（整理）
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★★ 一、填空题★★
★光接收机中，PIN光电二极管引入的主要噪声有^巧（暗电流）噪声和（量子）噪声。
★光隔离器是一种只允许光沿（一个方向）通过而在（相反方向）阻挡光通过的光无源器件。
★光与物质的粒子体系的相互作用主要有三个过程是:（自发辐射）,（受激吸收）,（受激辐射）;产生激光的最主要过程是:（受激辐射）。
★光源的作用是将（电信号）变换为（光信号）。
★光检测器的作用是将（光信号）转换为（电信号）。
★光中继器实现方式主要有（光-电-光中继器）和（对光信号直接放大的中继器）两种。
★光纤传输衰减分为（材料的吸收）衰减、（光纤的散射）衰减和（辐射］衰减。
★光纤数字通信系统中，（误码）性能和（抖动］性能是系统传输性能的两个主要指标。
★光纤中的传输信号由于受到光纤的（色散）和（损耗）的影响,使得信号的幅度受到衰减，波形岀现失真。
★光与物质作用时有（输岀功率与效率）、（输岀光谱特性）和（响应速率与带宽）三个物理过程。
★光纤的主要材料是（二氧化硅），光纤的结构从里到外依次为（纤芯卜（包层），其中（纤芯）部分是用来传导光信号的。
★光纤的传输特性是光纤的（损耗）特性、（色散）特性。
★光纤的色散分为（材料）色散、（波导）色散和（模式）色散。
★光纤的分类中按传输的模式来分可分为（单模）和侈模）光纤，按纤芯的折射率分布的不同来分可分为（阶跃型）和（渐变型）光纤。
★光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长:（0.85um ）,（1.31um）,（1.55um），最低损耗窗口的中心波长是在（1.55um）。
★目前光纤通信所用光波的光波波长范围为（0.8~1.8um_），属于电磁波谱中的（近红外区）区。
★EDFA称为（掺铒光纤放大器），其实现放大的光波长范围是（1.53~1.56um）。
★光纤通信是以（光纤）为传输媒质。以（光波）为载波的通信方式。
★光纤通信系统的长期平均误码率定义为（传送错误的码元数占传送的总码元数的百分比），反映突发性误码，用（严重误码秒（SES））、（误码秒
（ES））两个性能指标来评价。
★单模光纤是指在给定的工作波长上，只传输（单一基模）|的光纤。
★单模光纤的波长色散分为（材料色散、（波导）色散和光纤色散。
★mBnB码又称为（分组码），它是把（把输入码流中M 比特分为一组，然后变换为N比特。
★PIN光电二极管，是在P型材料和N型材料之间加上一层（轻掺杂质的~N型材料，1层:。
★WDM技术从传输方向分：有（双向结构）和|（单向结构）|两种基本应用形式。
★在热平衡条件下，一个电子占据一个能量为E的能级的概率f（E）的计算式为（f（E）=1/{1+eA［（E-EY）/KT］}）。
★在阶跃型光纤中，（LP01）|模是最低工作模式,（LP11）|是第一高阶模。
★在光纤通信系统中光接收机的基本功能是：（把接收来的光信号转变为原来的电信号~j。
★在光接收机中，与光电检测器相连的放大器称为（前置放大器），它是（低噪声、髙增益：的放大器。
★渐变型光纤中，不同的射线具有相同轴向速度的现象称为（光纤的自聚焦］现象。
★随着半导体激光器温度的上升，其输岀功率会降低。
★发光二极管依靠（自发辐射）发光，半导体激光器依靠（受激辐射）|发光。
★通常用的光纤绝大多数用（石英］材料制成折射率高的中心部分叫做（纤芯，折射率稍低的外层称为（包层。
★阶跃型光纤的单模传输条件是（0v V V 2.405］。
★目前光纤通信的长波波长低损耗工作窗口是（波长1.31un附近）和（波长1.55附近。
★工程上光接收机的灵敏度常用（光功率的相对值~j|表示，单位是（dBm］|。
★表示光纤捕捉光射线能力的物理量被定义为（数值孔径），用（NAD表示。
★对于半导体激光器，当外加正向电流达到某一值时，输岀光功率将急剧增加，这时输岀的光为|（激光），这个电流称为|（阈值）电流。
★由于双异质结激光器在有源区两侧，既限制了光波，又限制了（载流子），故它的光强分布基本被约束在有源区，而且（阈值电流大大降低。★根据ITU-T的建议，STM-1码速率分别=（155.520）Mb/s。
★★二、选择题★★
★光纤单模传输条件，归一化频率V应满足（B）
A.V>2.405 |
B. Vv2.405|
C. V>3.832
D. V<3.832
★激光是通过什么产生的？（A）
A.受激辐射|
B.自发辐射
C.热辐射
D.电流
★ EDFA的泵浦光源的典型工作波长为（D）
A.850 nm
B.980 nm
C.1310 nm
D.1550 nm
★光隔离器的工作原理是：（A）
A.基于法拉第旋转的非互易f ―|B?基于多层电介质干涉膜的滤波原理
C.基于光栅的衍射原理
D.基于圆柱形透镜的聚焦原理
★光隔离器的作用是（B）
A.调节光信号的功率大小
B.保证光信号只能正向传输
C.分离同向传输的各路光信号
D.将光纤中传输的监控信号隔离开
★光纤数字通信系统中不能传输HDB3码的原因是（A）?
A.光源不能产生负信号光| |
B.将出现长连"1"或长连"0"~|
C.编码器太复杂
D.码率冗余度太大★在激光器中，光的放大是通
A .光学谐振腔来实现
B .泵浦光源来实现
C .粒子数反转分布的激活物质来实现|
D .外加直流来实现
★单模光纤中主要色散是（）。多模光纤中主要色散是（）。（A）
A.波长色散、模式色散| B .波长色散材料色散
C.材料色散、偏振模式色散 D .偏振模式色散、模式色散
★目前光纤通信系统中广泛使用的调制一检测方式是（D）
A.相位调制一相干检测
B.强度调制一相干检测
C.频率调制一直接检测p.强度调制一直接检测
★光合波器是:（D）
A ?将多个光波信号合成一个光波信号在一根光线中传输
B.将多路光信号合并成一路光信号在光纤中传输
C.将同波长的多个光信号合并在一起耦合到一根光纤中传输
D.将不同波长的多个光信号合并在一起耦合到一根光纤中传输—
★光纤是利用光的（）现象传送光信号的。（C）
A、折射
B、散射
C、全反射］
D、辐射
★光纤的纤芯折射率应（）包层折射率，光纤才能导光。（A）
A、大于|
B、小于
C、等于
D、大于等于
★通常,影响光接收机灵敏度的主要因素是:（B）
A .光纤色散B.光接收机噪可 C.光纤衰减 D.暗电流
★光纤相对折射指数差的定义为（C）
I ------------------------- 1 2 2 2
A. A=nn
2B. △ =n
2
— n
1
C. △ =（n21 —n22）/2n2l|
D. △ =（n；— n2
2
）/n2!
★阶跃型光纤中，某种模式截止时的归一化频率为V c,则这种模式形成导模的传输条件为（C）A.V
★随着激光器温度的上升，其输岀光功率会（A）
A.减少|
B.增大|
C.保持不变
D.先逐渐增大，后逐渐减少
★在光纤通信系统中,EDFA以何种应用形式可以显著提高光接收机的灵敏度（D）
A.作前置放大器使用
B.作后置放大器使用
C.作功率放大器使用p.作光中继器使用'
★光接收机中，雪崩光电二极管引入的噪声为（）D?
B.量子噪声、雪崩管倍增噪声、光接收机的电路噪声
C.量子噪声、光电检测器的暗电流噪声、光接收机的电路噪声
D.量子噪声、光电检测器的暗电流噪声、雪崩管倍增噪声
★光中继器中均衡器的作用是（D）
A.放大
B.消除噪声干扰
C.均衡成矩形脉冲
p.均衡成有利于判决的波形
★通常,影响光接收机灵敏度的主要因素是』（B ） A.光纤色散 B.光接收机噪声 C.光纤衰减 D.暗电流 ★ EDFA 中用于降低放大器噪声的器件是 （C ）
A.光耦合器
B.波分复用器
p.光滤波器 D.光衰减器
★以下哪一样不是无源光器件。 （C ） A 、光调制器
B 、光纤连接器
C 、LED|
D 、光纤耦合器
★关于PIN 和APD 的偏置电压表述，正确的是（B ）。 A.均为正向偏置
B.均为反向偏置
C.前者正偏，后者反偏
D.前者反偏，后者正偏
★处于高能级E 2的电子，在未受外界激发的情况下，自发地跃迁到低能级E i ,从而发射出一个能量为hf （=E 2-E i ）的光子的过程称为（A ） A.自发辐射| B.受激吸收C.受激辐射
D.非辐射复合
★目前在光纤通信系统中已获得广泛应用的光放大器是 （B ）
A.半导体光放大器
B.掺铒光纤放大町
C.拉曼光纤放大器
D.布里渊光纤放大器
★阶跃光纤中，子午线在包层和纤芯分界面上形成全反射的条件为
（C ）
sin
丄
n n 2
B. = n i CJ 二归 ni D. /sin j ni n 2 ★表示光纤色散程度的物理量是 （C ） A.时延 B.相位差 C.时延差| D.速度差 ★ STM -1每秒可传的帧数是（A ） A.8000| B.4000 C.2000 D.1000 ★处于高能级E 2的电子，在未受外界激发的情况下，自发地跃迁到低能级 A.自发辐射| B.受激吸收 C.受激辐射 D.非辐射复合 ★ PIN 光电二极管，因无雪崩倍增作用，因此其雪崩倍增因子为。（C ） A. G > 1 B. G V 1 C. G = 1 D. G = 0 ★光纤通信系统中常用的光源主要有 :（D ） E 1,从而发射出一个能量为 hf （=E 2-Ed 的光子的过程称为（A ） A ?光检测器、光放大器、激光器 B. 半导体激光器、光检测器、发光二极管 C. PIN 光电二极管、激光、荧光 p .半导体激光器 LD 、半导体发光二极管— ★ STM — 1中信息净负荷的字节数为。 （C ） A. 576 B. 261 C. 2349| D. 4608 ★光纤的连接分为（C ） A ?固定连接和永久性连接 B ?固定连接和熔连接 C .固定连接和活动连接| D ?粘连接和熔连接 ★从射线理论的观点看，在阶跃型光纤中，入射子午光线形成导波的条件是 :光线在光纤端面上的入射角 「必须满足的条件为（B ） A. > arcsin n 2 _____ _________ ； 2 2 B.0W | ① w arcsir 盟 n1 n 2 C. :>arcsin ； n f — n ； D.0 arcsin 匹 n 1 n 1 ★ EDFA 的最大输出功率常用（B ）来表示。 A.饱和输出功率 B. 3dB 饱和输出功率 ★光发射机的消光比，一般要求小于或等于 A.5 % B.10 %| C.15% D.20 % ★ EDFA 中光滤波器的主要作用是（A ） C.功率增益 （B ） D.饱和功 C.提高光放大器增益 D.使光信号再生 ★为了使雪崩光电二极管正常工作，在其P— N结上应加（D） A.高正向偏压 B.低正向偏压 C.低反向偏压p.高反向偏压? ★不属于无源光器件的是（B） A.光定向耦合器p.半导体激光器］C.光纤连接器 D.光衰减器 ★阶跃型光纤中数值孔径的计算式为（C） A. .n1-n2 B. a .. 2匚CJ2 ' D.a. m -n2 ★随着激光器使用时间的增长，其阈值电流会（C） 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 ★以下指标不是掺铒光纤放大器特性指标的是。（D） A.功率增益 B.输出饱和功率 C.噪声系数p.倍增因子 ★下述有关光接收机灵敏度的表述不正确的是（A） B.光接收机灵敏度描述了最低接收平均光功率 C.光接收机灵敏度描述了每个光脉冲中最低接收光子能量 D.光接收机灵敏度描述了每个光脉冲中最低接收平均光子数 ★★三、名词解释★★ ★数值孔径：表示光纤捕捉光射线能力的物理量，用NA表示：NA = sin ?max冲max是光纤能捕捉的射线的最大入射角。 ★mBnB码:又称分组码，它是把输入信码流中每m比特码分为一组，然后变换为n比特（n>m）输出。 ★瑞利散射损耗":光纤在加热制造过程中，热扰动使原子产生压缩性的不均匀，造成材料密度不均匀，进一步造成折射率不均匀，这种不均匀性在冷却过程中固定下来并引起光的散射，造成瑞利散射损耗。 ★法拉第效应不具有旋光性的材料在磁场作用下使通过该物质的光的偏振方向发生旋转,也称磁致旋光效应。 ★插入码：插入比特码是将信码流中每 m比特划为一组，然后在这一组的末尾一位之后插入一个比特码输出 ★粒子数反转分布：在外界能量作用下，处于低能级的粒子将不断地被激发到高能级上去，从而使高能级上的粒子数大于低能级上的粒子数，这种分布状态称为粒子数的反转分布。 ★光纤色散：|光信号通过光纤传播期间，波形在时间上发生展宽的现象称为光纤色散。 ★光接收机的灵敏度弓在保证一定误码率的条件下，光接收机所需接收的最小光功率。 ★光时分复用（OTDM）: |将多个通道的低速率数字信息以时间分割的方式插入到同一个物理信道（光纤）中,复用之后的数字信息成为高速率的数字流。 ★抖动：|所谓抖动一般指定时抖动，它是数字传输中的一种不稳定现象，即数字信号在传输过程中，脉冲在时间间隔上不再是等间隔，二是对时间变化的一种现象，这种现象就成为抖动。 ★波分复用（wDMT|是指将两种或多种各自携带有大量信息的不同波长的光载波信号，在发射端经复用器汇合，并将其耦合到同一根光纤中进行传输，在接收端通过解复用器对各种波长的光载波信号进行分离，然后由光接收机做进一步的处理，使原始信号复原。 ★散射损耗：|散射损耗通常是由于光纤材料密度的微观变化，以及所含SiO2、GeO2和P2O5等成分的浓度不均匀，使得光纤 中岀现一些折射率分布不均匀的局部区域，从而引起光的散射，将一部分光功率散射到光纤外部引起损耗。 ★暗电流：|是指在PIN规定的反向电压或者 APDDE 90%击穿电压时，在无入射光情况下器件内部的反向电流。 ★子午射线：|过纤芯的轴线的平面称为子午面，在子午面的光线称为子午射线。 ★光纤的自聚焦现象具有不同条件的子午射线，从同一地点出发，达到相同的终端。这种现象称为光纤的自聚焦现象。 ★分组码：分组码又称为mBnB码。它是把输入信码流中每 m比特码分为一组，然后变换为 n比特（n>m）输出。 ★P-I曲线:|P-I曲线指的是光源的总发射光功率与注入电流的关系曲线。（P-I特性） ★量子噪声：|光信息的传播是由大量的光量子传播来进行的，这些大量的光量子其相位都是随机的，因此光电检测器在某个时刻实际接收到的光子数，是在一个统计平均值附近浮动，因而产生了噪声。 ★雪崩倍增效应：是在二极管的P-N结上加高反向电压形成的。此时在结区形成一个强电场，在高场区内光生载流子被强电场加速，获得 高的动能，与晶格的院子发生碰撞，使带价的电子得到能量，越过禁带到导带，产生了新的电子-空穴对，如此下去，像雪崩一样的发展, 从而使光电流在管子内部即获得了倍增。 ★晶体的能带：］晶体的能谱在原子能级的基础上按共有化运动的不同而分成若干组。每组中能级彼此靠的很近，组成有一定宽度的带，成为能带。 ★费米能级1费米能及不是一个可以被电子占据的实在能级，他是反应电子在各能级在建瓯那个分布情况的参量，具有能级的量纲。 ★电光延迟:就是在电信号到来时，光信号相对于电信号的时间延迟。 ★★四、简答题★★ 在掺铒光纤中，铒离子（Er3+）有三个能级：能级1代表基态，能量最低，能级 2是亚稳态，处于中间能级，能级 3代表激发态，能量最高，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。这种放大是由于泵浦光的能量转换为信号光的结果。为提高放大器增益，应提高对泵浦光的吸收，使基态铒离子尽可能跃迁到激发态。 ★简述半导体的光电效应。 半导体材料的光电效应是指光照射到半导体的P-N结上，若光子能量足够大，则半导体材料中价带的电子吸收光子的能量，从价带越过禁 带到达导带，在导带中岀现光电子，在价带中岀现光空穴，即光电子一空穴对，它们总起来称作光生载流子。 光生载流子在外加负偏压和内建电场的作用下，在外电路中出现光电流。从而在电阻R上有信号电压输出。这样，就实现了输出电压跟随输 入光信号变化的光电转换作用。 ★简述光纤通信系统对光发射机的要求： 作用：光发射机的作用是把电端机送来的电信号变为光信号送入光纤中传输。1光源特性：包括发光波长、谱线宽度、P-I特性和寿命等。2调 制特性:可以采用直接调制和外调制。3输岀特性：包括光功率、稳定性、消光比。 ★简述构成激光器的三个基本条件：（激光工作物质、激励、光学谐振腔） 1需要有合适的工作物质，具有合适的能级分布，可以产生合适波长的光辐射； 2需要可以实现工作物质粒子数反转分布的激励能源一一泵浦源； 3需要可以进行方向和频率选择的光学谐振腔。 在有源区中高掺杂的 PN结上，由于外加电压不断注入电子形成粒子反转分布，在有源区中产生受激辐射而发岀激光。激光的产生需要满足三个条件：可实现粒子数反转分布的增益介质，泵浦源到激发态，光学谐振腔，通过有源区两端的反射镜实现正反馈。 1产生激光的工作物质，能够产生激光的工作物质，也就是处于粒子数反转分布状态的工作物质，它是产生激光的必要条件； 2能够使工作物质处于粒子数反转分布状态的激励源，使工作物质产生粒子数反转分布的外界激励源。物质在泵浦源的作用下，使粒子数从低 能级跃迁到高能级，使得在这种情况下受激辐射大于受激吸收，从而有光的放大作用。这时的工作物质已被激活，成为激活物质或增益物质； 3有能够完成频率选择及反馈作用的光学谐振腔。激活物质只能使光放大，只有把激活物置于光学谐振腔中，以提供必要的反馈及对光的频率 和方向进行选择，才能获得连续的光放大和激光振荡输岀。 ★简述形成光纤损耗的主要原因：（材料的吸收损耗、光纤的散射损耗、辐射损耗） 1材料的吸收损耗，包括紫外吸收、红外吸收和杂质吸收等，是材料本身所固有的，是一种本征吸收损耗。 2光纤的散射损耗，主要有瑞利散射损耗、波导散射损耗和散射损耗。 3辐射损耗，当理想的圆柱形光纤受到某种外力的作用时，会产生一定曲率半径的弯曲，导致能量泄漏到包层造成损耗。 ★光纤通信的优' ?专输频带宽，通信容量大；中继距离远；抗电磁干扰能力强，无串话；光纤细，光缆轻；资源丰富，节约有色金属和能源； 均衡容易；经济效益好；抗腐蚀、不怕潮湿。 由于噪声引起的抖动；时钟恢复电路产生的抖动；其他原因引起的抖动。如数字系统的复接、分接过程，光缆的老化等。 个人收集整理，勿做商业用途 3R 中继器：均衡放大、识别再生、再定时的功能； 2R 中继器：均衡放大、识别再生的功能f-;光中继器实现方式主要有光-电-光中继器和对光 信号直接放大的中继器两种。 ★简述线性偏振模~LPmn 的m 、n 的物理意义。~ 它们表示相应模式的光纤截面上的分布规律， m 表示沿圆周方向光场岀现最大值的对数，而 n 表示沿半径方向光场的最大值的个数。 ★简述STM-N 主要由几部分构成，并阐述各部分的功能。 由STM-N (N=1、4、16、64等)即同步传送模块， N=1时是基本分标准模块信号，其速率为 155.52Mb/s 。 ★简述雪崩光电二极管的雪崩倍增效应: 在二极管的P-N 结上加上高反向电压形成的，此时在结区形成一个强电场，在高场区内光生载流子 被强电场加速，获得高的动能，与晶格的原子发生碰撞，使价带的电子得到能量，越过禁带到导带，产生新的电子 -空穴对，新产生的电子- 空穴对在强电场中又被加速，再次碰撞，又激发岀新的电子 -空穴对…如此下去，像雪崩一样的发展，从而使光电流在管子内部即获得了倍 ★简述光电检测器的响应度和量子效率描述的是什么？二者有什么联系? 响应度和量子效率都是描述这种器件光电转换能力的物理量。响应度 R0定义为：RO=IP ? A/W ? P0式中：IP :光电检测器的平均输出电流； P0:光电检测器的平均输入功率。 量子效率n 定义为：n=(光生电子-空穴对数)/入射光字数。二者关系： RO=en/hf 。这即是说，光电二极管的响应度和量子效率与入射光波 频率有关。 ★什么是渐变型光纤的最佳折射指数分布 ？写岀平方律型折射指数分布光纤的折射指数表达式。 从渐变型光纤的导光原理可知：只要n(r)取得合适，那么不同模式的光线就会具有相同的轴向速度。即具有不同条件的子午射线 ，从同一地点出 发，达到相同的终端。利用渐变型光纤 n 随r 变化的特点，可以减小模式色散。这种现象称为光纤的自聚焦现象 ，相应的折射指数分布称为最佳 折射指数分布。 芯半径。 ★普通单模光纤的零色散波长大约为多少？色散位移光纤 (DSF)是利用什么原理制成的？ 普通单模光纤的材料色散系数 D m 、波导色散系数 D w 和总色散D 随波长变化的曲线，总色散在1.31 g m 附近为零,这个波长称为零色散波长。 而在1.55卩m 附近色散系数 D=15 ~ 18ps/(km ? nm)。 在1.55 g m 附近的损耗最低，如果合理地设计光波导的结构就可以把零色散波长位移到 1.55 g m 附近，这样1.55卩m 附近色散也最小，利用这种 原理制成色散位移光纤(DSF)。无疑对长距离大容量的光纤通信是十分有利的。 ★简述光接收机中噪声的主要来源：— 光接收机的噪声是与信息无关的随机变化量，分为 ：与信号光电检测器有关的噪声包括量子噪声、雪崩倍增噪声、暗电流和背景噪声等；与光 接收机电路有关的的噪声包括放大器噪声、负载热电阻噪声等。 ★简述掺饵光纤放大器主要由几部分构成： 掺饵光纤放大器主要由掺饵光纤、泵浦光源、光耦合器、光隔离器以及光滤波器等组成。 光耦合器是将输入光信号和泵浦光源输岀的光波混合起来的无源光器件； 光隔离器是保证光信号只能正向传输的器件；光滤波器的作用 是滤除光放大器的噪声，降低噪声对系统的影响，提高系统的信噪比。 ★光纤的数值孔径 NA = sin 9 max 它的含义是什么？ 答申max 是光纤纤芯所能捕捉的射线的最大入射角 ，意味着射入角小于ir max ］的所有射线均可以被光纤所捕捉，因此数值孔径NA =si^r max 表示光纤捕捉光射线的能力。 ★★五、计算题★★ ★★★★ ★用单色光照射到相距为 a=0.2mm 的双缝上，双缝与屏幕的垂直距离为 1米。试求:(1)从第一级明纹到同侧第四级明纹的距离为 7.5mm,求单色光的波长；(2)若入射光的波长为 5x10-7m,求相邻两明纹间的距离。 答:(1)xk= 土 k 入 d'/d,k=0,1,2； △ x14=x4-x1=(k4-k1)入 d'/d ；入=d △ x14/d'(k4-k1)=500nm 。(2) △ x=入 d'/d=2.5mm 。。 ★★★★用两块偏振片装成起偏器和检偏器 ，在它们的偏振化方向成 9仁30 °时,观测一束单色自然光，又在9 2=60 °时，观测另一单色自然光. 折射指数选取平方律型分布形式: r 2 1/2 n(r)二 n(0)[1 -2 ：(—) ] 式 中: n 2(0) - n 2(a) 2 2n 2(0) ;n(0)――光纤轴线处(r=0)的折射率;a ――纤 设两次所得的透射光强度相等.求两束光的强度之比. 个人收集整理，勿做商业用途 ★★★ ★用平行单色可见光垂直照射到宽度为 m 的透镜,则在焦平面的屏幕上形成衍射条纹。 若在屏上离中央明纹中心距离为 1.5mm 处的p 点为一亮纹，试求:(1)入射光的波长(2)p 点条纹的级数、该条纹对应的衍射角和狭缝波面可分成 的半波带数目。(3)中央明纹的宽度。 答:(1)asinQ=(2k+1)入/2,当 Q 较小时 sinQ=x/f ,入=2ax/f(2k+1)=1500/(2k+1)nm,当 k=1 时，入=500nm : 当k=2时，入=300nm ，因为k 越大得到的波长越小，当~~k>=2时求出的波长均不在可见光范围内。所以入 =500nm 。(2)因为p 点的明纹对应 的 k=1，所以是第一级明纹。这级明纹对应的衍射角由 k=1时asinQ=(2k+1)入/2,求得Q=0.086 °，狭缝处的波面所分的波带数和明条纹对 应的级数关系为：半波带~=2k+1。因为k=1，所以狭缝处的波面可分为3个半波带。(3)4 x=2f 入/a=2mm 。 ★ ★一单色光垂直照在厚度均匀的薄油膜上。油的折射率为 1.3,玻璃的折射率为1.5 ,若单色光的波长可由光源连续调节 ，并观察到500nm 与 700nm 这两个波长的单色光在反射中消失，求油膜的厚度。 答:答:垂直照射光程差 &=2n2e=(2k+1)入/2,k=0,1,2 …，n2=1.3,入=500nm 时，2n2e=(2k1+1)500/2，入=700nm 时，2n2e=(2k2+1)700/2，得 7k2+仁5k1，k 值随波长增大而减小，在 500nm 至U 700nm 时，不存在入 3和对应的整数，k3满足&式，所以k2+1=k1，求得k1=4， k2=g 将 k=3 带入得到 e=(2k1+1)入 1/2*2*n2=673.1nm 。 ★ ★一波长为入=600nm 的单色平行光垂直照射一个光栅上 ，光栅常数为d=6卩m,问第二级明纹所对应的衍射角 ?为多少？ 答:由光栅公式(a+b)sinQ=土 k 入，第 2 级明纹满足(a+b)sinQ=2 入，因为(a+b)=6um ，求得 Q=arcsin0.2=11.54 °。 ★ ★He — Ne 激光器的中心频率-.^4.74 10 14 Hz,自发辐射谱线宽度为「八=6 10* Hz,若想获得单模输出，腔长应为多少？ 答:设激光器腔长为 L , △ vm=c/2nL=3*10A8/2*1*L,N= △ v/△ vm=4L,要想获得单模输出，则厶 v<2 △ vm=c/nL,所以 L ★ ★某单模光纤通信系统，光发射机的平均发送光功率为 0.8 mw,接收机灵敏度为-37 dB m ,全程光纤平均接头损耗为 0.04 dB/km,设计要求系统 富裕度为6 dB,无中继传输距离为80 km,试问在选取光缆时，光纤的每公里损耗最大为多少？ ★ ★有一个光纤通信系统，其码速率为622.080Mb/s,平均发送光功率P T 的最大值0dBm,活动连接器A CT 和A CR 为0.4dB,设备富余度M E 为3dB, 光纤衰减系数 A f 取值1550nm 取0.2dB/km,平均熔接接头损耗 A S /L f 为0.05dB/km,线路富余度 M C 为0.06dB/km 。接收机灵敏度P R 为-31.2dBm, 试估算最大中继距离。 FT - P R - A CT -A CR -P d ~M E L = A f A s /L f M C 0-（-31.2）-2 0.4-1-3 0.2 0.05 0.06 =85.16km 计算机与信息技术学院实验报告 专业：通信工程 年级/班级：2009级 2011—2012学年第一学期 课程名称 光纤通信 指导教师 李新源 本组成员 学号姓名 XXXXXX 实验地点 计算机楼501 实验时间 2012年4月6 日 项目名称 自动光功率控制电路 实验类型 硬件实验 一、 实验目的 1.掌握自动功率控制电路的工作原理 二、实验内容： 1.学习自动功率控制电路的工作原理 2.测量相关特征测试点的参数 三、实验仪器： 1.示波器。 2.光纤通信实验系统。 3.光功率计。 4.万用表。 5.FC/PC 型光纤跳线2根。 四、实验原理： 激光器输出光功率与温度和老化效应密切相关。保持激光器输出光功率稳定，可以用光反馈来自动调整偏置电流，电路如下图所示： 1 A 3 A 2 A B I 首先，PIN管监测背向光功率，经检出的光电流由A1放大，送入比较器A3的反向输入端，输入的数字信号和直流参考信号经A2比较放大，接到的A3同相输入端。A3和VT3组成恒流源，给激光器加上偏置电流IB的大小，其中信号参考电压是防止控制电路在无输入信号或长连“0”时，使偏流自动上升。这种电路在10°C～50°C温度范围内功率不稳定度ΔP/P可小于5%。 五、实验步骤： 1.关闭系统电源。按以下方式用连信号连接导线连接： 数字信号模块（数字信号输出一）P300—P100 1310数字光发模块 （数字光发信号输 入） 2.用光纤跳线连接1310nm光发模块和光功率计。 3.将1310nm光发模块的J100，两位都调到ON状态。 4.将1310nm光发模块的J101设置为“数字”。 5.打开系统电源，将数字信源模块第一路的拨码开关U311全拨到OFF状态。这时输入到1310nm数字光发模块的信号始终为“1”。 6.用万用表测量R124两端的电压。测量方法：先将万用表打到20V直流电 压档。然后，将红表笔插入1310nm数字发光模块的台阶插座TP101黑表笔插入TP102。读出万用表的读数U1，代入公式I1= U1/ R124（R124=51Ω）可得此时 自动光功率控制所补偿的电流。观察此时光功率计的读数P1。然后，将1310nm 的拨码开关的右边一位拨到OFF状态，记下光功率计的读数P2。 7.调整手调电位器RP100改变光功率的大小，再重复实验步骤5，将测的实 验数据填入下表。 8.关闭系统电源，拆除实验导线。将各实验仪器摆放整齐。 六、实验结果和心得： 1 2 3 4 5 6 7 16.31dB 16.17dB 11.90dB 7.62dB 6.62dB 4.59dB 3.40dB 37.31dB 25.58dB 11.88dB 7.62dB 6.63dB 4.59dB 3.42dB 3.14mA 5.88mA 8.43mA 12.75mA 1 4.51mA 19.80mA 24.12mA 1.光纤通信一般采用的电磁波波段为( )。 A. 可见光 B. 红外光 C. 紫外光 D. 毫米波 2.目前光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是( )。 A．0.85 μm,1.27 μm,1.31 μm B．0.85 μm,1.27 μm,1.55 μm C．0.85 μm,1.31 μm,1.55 μm D．1.05 μm,1.31 μm,1.27 μm 3.限制光纤传输容量（积）的两个基本因素是( )和光纤色散。A．光纤色散B．光纤折射 C．光纤带宽D．光纤损耗 4.一光纤的模色散为20，如果一瞬时光脉冲（脉冲宽度趋近于0） 在此光纤中传输8，则输出端的脉冲宽度为( ) A.20 B.40 C.80 D.160 5.下列说法正确的是( ) A．为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须等于纤芯的折射率 B．为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须大于纤芯的折射率 C．为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须小于纤芯的折射率 D．为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须大于涂层的折 射率 6.对于工作波长为1.31μm的阶跃折射率单模光纤，纤芯折射率 为1.5，包层折射率为1.003(空气)，纤芯直径的最大允许值为（）。 A.0.34μm B.0.90μm C.3.0μm D.4.8μm 7.在阶跃型光纤中，导波的传输条件为( ) A．V＞0 B．V＞ C．V＞2.405 D．V＜ 8.下列现象是光纤色散造成的，是（）。 A.光散射出光纤侧面 B.随距离的增加，信号脉冲不断 展宽 C.随距离的增加，信号脉冲收缩变窄 D.信号脉冲衰减 9.将光限制在有包层的光纤纤芯中的作用原理是（）。 A.折射 B.在包层折射边界上的全内反 射 C.纤芯—包层界面上的全内反射 D.光纤塑料涂覆层的反射 10.1的光向光纤耦合时，耦合损耗为1.0，而在光纤输出端需要 0.1的信号，则在衰减为0.5的光纤中，可以将信号传输多 远？（）。 A.1.8 B.10 C.18 D.20 一、填空题（每空1分，共30分） （1）写出光在真空的速度c、在介质中的速度v、和折射率n之间的关系：。 （2）光由折射率为n1的光密媒质向折射率为n2的光疏媒质传播时(n1> n2)，全反射临界角的正弦为sinθIC= 。 （3）光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是0.85μm、和。（4）光纤的色散分为色散、色散和色散。 （5）光纤的主要材料是，光纤的结构从里到外依次是____ 和_ __（6）光纤中的传输信号由于受到光纤的和_______影响，使得信号的幅度受到衰减，波形出现失真。 （7）半导体激光器工作时温度会升高，这时会导致阈值电流，输出光功率会。 （8）光衰减器按其衰减量的变化方式不同分________ 衰减器和______ _衰减器两种。 （9）光纤通信的光中继器主要是补偿衰减的光信号和对畸变失真信号进行整形等，它的类型主要有和。 （10）光纤通信是利用________波，在光导纤维中传播，实现信息传输的，它具有传输信息量大、不受外界电磁场干扰和____________等优点。 （11）光与物质作用时有受激吸收、和__________ 三个物理过程，产生激光的主要过程是__________。 （12）光纤的数值孔径NA=__________，其表征了光纤的_________能力，当相对折射率和色散值越大时，NA__________。 （13）光源的作用是将转换成；光检测器的作用是将转换成。 第 1 页共5 页 二、选择题（每小题2分，共20分） 1、光纤包层需要满足的基本要求是() A.为了产生全反射，包层折射率必须比纤芯低 B.包层不能透光，防止光的泄漏 C.必须是塑料，使得光纤柔软 D.包层折射率必须比空气低 2、在激光器中，光的放大是通过（） Ａ．粒子数反转分布的激活物质来实现的Ｂ．光学谐振腔来实现的 Ｃ．泵浦光源来实现的Ｄ．外加直流来实现的 3、为了使雪崩光电二极管能正常工作，需在其两端加上( ) A.高正向电压 B.高反向电压 C.低反向电压 D.低正向电压 4、光纤的数值孔径与( )有关。 A. 纤芯的直径 B. 包层的直径 C. 相对折射指数差 D. 光的工作波长 5、PIN光电二极管，因无雪崩倍增作用，因此其雪崩倍增因子为( )。 A. G＞1 B. G＜1 C. G＝1 D. G＝0 6、光接收机中将升余弦频谱脉冲信号恢复为“0”和“1”码信号的模块为( )。 A. 均衡器 B. 判决器和时钟恢复电路 C. 放大器 D. 光电检测器 7、EDFA中将光信号和泵浦光混合起来送入掺铒光纤中的器件是( ) A.光滤波器 B.光耦合器 C.光环形器 D.光隔离器 8、光时域反射仪（OTDR）是利用光在光纤中传输时的瑞利散射所产生的背向散射而制成 的精密仪表，它不可以用作（）的测量。 A.光纤的长度 B.光纤的传输衰减 C.故障定位 D.光纤的色散系数 9、光隔离器的作用是( ) A.调节光信号的功率大小 B.保证光信号只能正向传输 C.分离同向传输的各路光信号 D.将光纤中传输的监控信号隔离开 10、光纤数字通信系统中不能传输HDB3码的原因是( ) A.光源不能产生负信号光 B.将出现长连“1”或长连“0” C.编码器太复杂 D.码率冗余度太大 第 2 页共5 页 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、光在光纤中传输是利用光的（折射）原理。 3、数值孔径越大，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)。 4、目前光纤通信所用光波的波长有三个，它们是：（0.85μm、1.31μm、 1.55μm）。 5、光纤通信系统中最常用的光检测器有：（PIN光电二极管；雪崩光电二极 管）。 6、要使物质能对光进行放大，必须使物质中的( 受激辐射)强于( 受激吸 收)，即高能级上的粒子数多于低能级上的粒子数。物质的这一种反常态 的粒子数分布，称为粒子数的反转分布。 7、在多模光纤中，纤芯的半径越( 大)，可传输的导波模数量就越多。 8、光缆由缆芯、( 加强元件(或加强芯) )和外护层组成。 9、（波导色散）是指由光纤的光谱宽度和光纤的几何结构所引起的色散。 10、按光纤传导模数量光纤可分为多模光纤和( 单模光纤)。 11、PDH的缺陷之一：在复用信号的帧结构中，由于( 开销比特 )的数量很少，不能提供足够的运行、管理和维护功能，因而不能满足现代通信网对监控和网管的要求。 12、光接收机的主要指标有光接收机的动态范围和（灵敏度）。 13、激光器能产生激光振荡的最低限度称为激光器的（阈值条件）。 14、光纤的（色散）是引起光纤带宽变窄的主要原因，而光纤带宽变窄则会限制光纤的传输容量。 15、误码性能是光纤数字通信系统质量的重要指标之一，产生误码的主要 原因是传输系统的脉冲抖动和（噪声）。 二、选择题：（每小题2分，共20分。1-7:单选题，8-10：多选题） 1、光纤通信是以（A ）为载体，光纤为传输媒体的通信方式。 A、光波 B、电信号 C、微波 D、卫星 2、要使光纤导光必须使（ B ） A、纤芯折射率小于包层折射率 B、纤芯折射率大于包层折射率 C、纤芯折射率是渐变的 D、纤芯折射率是均匀的 3、（D ）是把光信号变为电信号的器件 A、激光器 B、发光二极管 C、光源 D、光检测器 4、CCITT于（C）年接受了SONET概念，并重新命名为SDH。 A、1985 B、1970 C、1988 D、1990 5、SDH传输网最基本的同步传送模块是STM-1，其信号速率为（ A ）kbit／s。 A、155520 B、622080 C、2488320 D、9953280 6、掺铒光纤放大器（EDFA）的工作波长为（B）nm波段。 A、1310 B、1550 C、1510 D、850 7、发光二极管发出的光是非相干光，它的基本原理是（B）。 A、受激吸收 B、自发辐射 C、受激辐射 D、自发吸收 8、光纤通信系统的是由（ABCD ）组成的。 A、电端机 B、光端机 C、中继器 D、光纤光缆线路 9、要精确控制激光器的输出功率，应从两方面着手：一是控制（B）；二是控制（D）。 A、微型半导体制冷器 B、调制脉冲电流的幅度 C、热敏电阻 D、激光器的偏置电流 10、光纤传输特性主要有（AB ） A、色散 B、损耗 C、模场直径 D 、截止波长 南京工程学院 通信工程学院 实验报告 课程名称光纤通信_________ 实验项目名称光纤通信实验_______ 实验学生班级通信（卓越）131_____ 实验学生姓名吴振飞_____ _____ 实验学生学号 208130429_________ 实验时间2016.6.15___ 实验地点信息楼C413_______ 实验成绩评定 ______________________ 指导教师签字 ______________________ 2016年 6月 19日 目录 实验一半导体激光器P-I特性测试实验 (1) 一、实验目的 (1) 二、实验仪器 (1) 三、实验原理 (1) 四、实验内容 (2) 五、实验步骤 (2) 六、注意事项 (2) 七、思考题 (3) 实验二光电探测器特性测试实验 (3) 一、实验目的 (3) 二、实验仪器 (3) 三、实验原理 (3) 四、实验内容 (4) 五、实验步骤 (4) 六、注意事项 (4) 实验三电话光纤传输系统实验 (4) 一、实验目的 (4) 二、实验内容 (5) 三、预备知识 (5) 四、实验仪器 (5) 五、实验原理 (5) 六、注意事项 (6) 七、实验步骤 (6) 九、思考题 (6) 实验一半导体激光器P-I特性测试实验 一、实验目的 学习半导体激光器发光原理和光纤通信中激光光源工作原理；了解半导体激光器平均输出光功率与注入驱动电流的关系；掌握半导体激光器 P(平均发送光功率) -I(注入电流) 曲线的测试方法。 二、实验仪器 1、ZYE4301G 型光纤通信原理实验箱 1 台 2、光功率计1 台 3、FC/PC-FC/PC 单模光跳线 1 根 4、万用表(自带) 1 台 5、连接导线 20 根 三、实验原理 半导体激光二极管(LD) 或简称半导体激光器，它通过受激辐射发光，(处于高能级E2的电子在光场的感应下发射一个和感应光子一模一样的光子，而跃迁到低能级E1，这个过程称为光的受激辐射，所谓一模一样，是指发射光子和感应光子不仅频率相同，而且相位、偏振方向和传播方向都相同，它和感应光子是相干的。) 是一种阈值器件。由于受激辐射与自发辐射的本质不同，导致了半导体激光器不仅能产生高功率(≥10mW) 辐射，而且输出光发散角窄(垂直发散角为 30~50°，水平发散角为 0~30° )，与单模光纤的耦合效率高(约 30%~50%)，辐射光谱线窄(Δλ =0.1~1.0nm)，适用于高比特工作，载流子复合寿命短，能进行高速信号(>20GHz) 直接调制，非常适合于作高速长距离光纤通信系统的光源。 对于线性度良好的半导体激光器，其输出功率可以表示为ηω (1-1) Pe=)(2thDIIq ?η其中intintaaamirmirD+=ηη，这里的量子效率ηint，表征注入电子通过受激辐射转化为光子的比例。在高于阈值区域，大多数半导体激光器的ηint接近于 1。 1-1 式表明，激光输出功率决定于内量子效率和光腔损耗，并随着电流而增大，当注入电流I>Ith时，输出功率与I成线性关系。其增大的速率即P-I曲线的斜率，称为斜率效率 dPη2DeqdIηω= (1-2) P-I特性是选择半导体激光器的重要依据。在选择时，应选阈值电流Ith尽可能小， Ith对应P值小，而且没有扭折点的半导体激光器，这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，而且不易产生光信号失真。并且要求P-I曲线的斜率适当。斜率太小，则要求驱动信号太大，给驱动电路带来麻烦; 斜率太大，则会出现光反射噪声及使自动光功率控制环路调整困难。半导体激光器具有高功率密度和极高量子效率的特点，微小的电流变化会导致光功率输出变化，是光纤通信中最重要的一种光源，半导体激光器可以看作为一种光学振荡器，要形成光的振荡，就必须要有光放大机制，也即激活介质处于粒子数反转分布，而且产生的增益足以抵消所有的损耗。将开始出现净增益的条件称为阈值条件。一般用注入电流值来标定阈值条件，也即阈值电流Ith，当输入电流小于Ith时，其输出光为非相干的荧光，类似于LED发出的光，当电流大于Ith 2007-2008年度教学质量综合评估测验试卷 《光纤通信》试题 注：1、开课学院：通信与信息工程学院。 命题组：通信工程教研组·延锋 2、考试时间：90分钟。 试卷满分：100分。 3、请考生用黑色或蓝色中性笔作答，考试前提前带好必要物件（含计算器）。 4、所有答案请写于相应答题纸的相应位置上，考试结束后请将试卷与答题 纸一并上交。 试题如下： 一、 选择题（每小题仅有一个选项是符合题意要求的，共10小题，每小题2 分，共20分） 1、表示光纤色散程度的物理量是 A.时延 B.相位差 C.时延差 D.速度差 2、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 3、当平面波的入射角变化时，在薄膜波导中可产生的三种不同的波型是 A.TEM 波、TE 波和TM B.导波、TE 波和TM 波 C.导波、衬底辐射模和敷层辐射模 D.TEM 波、导波和TM 波 4、平方律型折射指数分布光纤中总的模数量等于 A. 121n n n - B. ?21n C. 22V D. 4 2 V 5、光接收机中将升余弦频谱脉冲信号恢复为“0”和“1”码信号的模块为 A. 均衡器 B. 判决器和时钟恢复电路 C. 放大器 D. 光电检测器 6、在光纤通信系统中，EDFA以何种应用形式可以显著提高光接收机的灵敏度 A.作前置放大器使用 B.作后置放大器使用 C.作功率放大器使用 D.作光中继器使用 7、EDFA中用于降低放大器噪声的器件是 A.光耦合器 B.波分复用器 C.光滤波器 D.光衰减器 8、关于PIN和APD的偏置电压表述，正确的是 A.均为正向偏置 B.均为反向偏置 C.前者正偏,后者反偏 D.前者反偏,后者正偏 9、下列哪项技术是提高每个信道上传输信息容量的一个有效的途径？ A.光纤孤子(Soliton)通信 B. DWDM C. OTDM D. OFDM 10、光纤数字通信系统中不能传输HDB3码的原因是 A.光源不能产生负信号光 B.将出现长连“1”或长连“0” C.编码器太复杂 D.码率冗余度太大 二、填空题（本题共三部分，每部分6分，共18分） （一）、基本概念及基本理论填空（每空1分，共4小题6小空，共6分） 11、以色散为基，对于单模光纤来说，主要是材料色散和，而对于 多模光纤来说，占主要地位。 12、渐变型光纤中,不同的射线具有相同轴向速度的现象称为现 象。 13、EDFA中的关键器件是和。 14、SDH的帧结构除行、列、字节、帧长等外，还包括信息净负荷区域、支路 单元指针区域和区域。 （二）、基本运算能力填空（每小题3分，共2小题，共6分） 15、某种光纤的纤芯和包层的折射率分别是 1.48和 1.46，则其临界传播角 为。 16、设PIN光电二极管的量子效率为75％，渡越时间为10ps，则该检测器的3dB 带宽为。 （三）、名词解释填空（每小题2分，共3小题，共6分） 2、光在光纤中传输是利用光的（折射）原理。 5、光纤通信系统中最常用的光检测器有：（ PIN光电二极管）、（雪崩光电二极管）。 6、要使物质能对光进行放大，必须使物质中的( 受激辐射 )强于( 受激吸收 )，即高能级上的粒子数多于低能级上的粒子数。物质的这一种反常态的粒子数分布，称为粒子数的反转分布。 7、在多模光纤中，纤芯的半径越( 大 )，可传输的导波模数量就越多。 9、（波导色散）是指由光纤的光谱宽度和光纤的几何结构所引起的色散。 11、PDH的缺陷之一：在复用信号的帧结构中，由于( 开销比特 )的数量很少，不能提供足够的运行、管理和维护功能，因而不能满足现代通信网对监控和网管的要求。 12、光接收机的主要指标有光接收机的动态范围和（灵敏度）。 13、激光器能产生激光振荡的最低限度称为激光器的（阈值条件）。 14、光纤的（色散）是引起光纤带宽变窄的主要原因，而光纤带宽变窄则会限制光纤的传输容量。 15、误码性能是光纤数字通信系统质量的重要指标之一，产生误码的主要原因是传输系统的脉冲抖动和（噪声）。 二、选择题：（每小题2分，共20分。1-7:单选题，8-10：多选题） 4、CCITT于（）年接受了SONET概念，并重新命名为SDH。 A、1985 B、1970 C、1988 D、1990 6、掺铒光纤放大器（EDFA）的工作波长为（）nm波段。 A、1310 B、1550 C、1510 D、850 7、发光二极管发出的光是非相干光，它的基本原理是（）。 A、受激吸收 B、自发辐射 C、受激辐射 D、自发吸收 9、要精确控制激光器的输出功率，应从两方面着手：一是控制（ B ）； 试题2 《光纤通信技术》综合测试（二） 一、填空题 1、为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须纤芯的折射率。 2、光纤的典型结构是多层同轴圆柱体，它由、和三部分组成。 3、光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长是：，， ；最低损耗窗口的中心波长是在： 。 4、光纤的色散分为色散 色散色散和色散。 5、光与物质的粒子体系的相互作用主要有三个过程是：，， ；产生激光的最主要过程是： 。 6、光源的作用是将变换为；光检测器的作用是将 转换为。 二、单项选择题 1 光纤通信指的是：[ ] 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 光纤单模传输条件，归一化频率V应满足：[ ] A V>2.405 B V<2.405 C V>3.832 D V<3.832 3 使用连接器进行光纤连接时，如果接续点不连续，将会造成：[ ] A 光功率无法传输； B 光功率的菲涅耳反射； C 光功率的散射损耗； D 光功率的一部分散射损耗，或以 反射波形式返回发送端。 4 在激光器中，光的放大是通过：[ ] A 光学谐振腔来实现； B 泵浦光源来实现； C 粒子数反转分布的激活物质来 实现； D 外加直流来实现。 5 掺铒光纤的激光特性：[ ] A 主要由起主介质作 用的石英光纤决定； B 主要由掺铒元素决 定； C 主要由泵浦光源决 定； D 主要由入射光的工 作波长决定 6 下面说法正确的是：[ ] A 多模光纤指的是传输多路信号； B 多模光纤可传输多种模式； C 多模光纤指的是芯径较粗的光纤； D 多模光纤只能传输高次模。 7 下面哪一种光纤是色散位移单模光纤？[ ] A 光纤； B 光纤； C 光纤； 光纤通信实验报告 班级：14050Z01 姓名：李傲 学号：1405024239 实验一光发射机的设计 一般光发送机由以下三个部分组成： 1)光源（Optical Source）：一般为LED和LD。 2)脉冲驱动电路（Electrical Pulse Generator）：提供数字量或模拟量的电信号。 3)光调制器（Optical Modulator）：将电信号（数字或模拟量）“加载”到光波上。以 光源和调制器的关系来看，分为光源的内调制（图1.1）和光源的外调制（图1.2）。 采用外调制器，让调制信息加到光源的直流输出上，可获得更好的调制特性、更好的调制速率。目前常采用的外调制方法为晶体的电光、声光及磁光效应。图1.2的结构中，光源为频率193.1Thz 的激光二极管，同时我们使用一个Pseudo-Random Bit Sequence Generator模拟所需的数字信号序列，经过一个NRZ脉冲发生器（None-Return-to-Zero Generator）转换为所需要的电脉冲信号，该信号通过一个Mach-Zehnder调制器，通过电光效应加载到光波上，成为最后入纤所需的载有“信息”的光信号。 图1.1内调制光发射机图1.2外调制光发射机 对于直接强度调制状态下的单纵模激光器，其载流子浓度的变化是随注入电流的变化而变化。这样使有源区的折射率指数发生变化，从而导致激光器谐振腔的光通路长度相应变化，结果致使振荡波长随时间偏移，导致所谓的啁啾现象。啁啾是高速光通讯系统中一个十分重要的物理量，因为它对整个系统的传输距离和传输质量都有关键的影响。 内容：铌酸锂（LiNbO3）型Mach-Zehnder调制器中的啁啾（Chirp）分析 1设计目的 对铌酸锂Mach-Zehnder调制器中的外加电压和调制器输出信号啁啾量的关系进行模拟和分析，从而决定具体应用中MZ调制器的外置偏压的分布和大小。 2设计布局图 外调制器由于激光光源处于窄带稳频模式，可以降低或者消除系统的啁啾量。典型的外调制器是由铌酸锂（LiNO3）晶体构成。本设计中，通过对该晶体外加电压的分析调整而最终减少该光发送机中的啁啾量，其模型的设计布局图如图1.3所示。 ★★一、填空题★★ ★光接收机中，PIN光电二极管引入的主要噪声有（暗电流）噪声和（量子）噪声。 ★光隔离器是一种只允许光沿（一个方向）通过而在（相反方向）阻挡光通过的光无源器件。 ★光与物质的粒子体系的相互作用主要有三个过程是：（自发辐射）,（受激吸收）,（受激辐射）;产生激光的最主要过程是:（受激辐射）。★光源的作用是将（电信号）变换为（光信号）。 ★光检测器的作用是将（光信号）转换为（电信号）。 ★光中继器实现方式主要有（光-电-光中继器）和（对光信号直接放大的中继器）两种。 ★光纤传输衰减分为（材料的吸收）衰减、（光纤的散射）衰减和（辐射）衰减。 ★光纤数字通信系统中,（误码）性能和（抖动）性能是系统传输性能的两个主要指标。 ★光纤中的传输信号由于受到光纤的（色散）和（损耗）的影响,使得信号的幅度受到衰减，波形岀现失真。 ★光与物质作用时有（输岀功率与效率）、（输岀光谱特性）和（响应速率与带宽）三个物理过程。 ★光纤的主要材料是（二氧化硅），光纤的结构从里到外依次为（纤芯）、（包层），其中（纤芯）部分是用来传导光信号的。 ★光纤的传输特性是光纤的（损耗）特性、（色散）特性。 ★光纤的色散分为（材料）色散、（波导）色散和（模式）色散。 ★光纤的分类中按传输的模式来分可分为（单模）和（多模）光纤，按纤芯的折射率分布的不同来分可分为（阶跃型）和（渐变型）光纤。 ★光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长:（0.85um ）,（1.31um）,（1.55um），最低损耗窗口的中心波长是在（1.55um）。 ★目前光纤通信所用光波的光波波长范围为（0.8~1.8um丄属于电磁波谱中的（近红外区）区。 ★EDFA称为（掺铒光纤放大器）,其实现放大的光波长范围是（1.53~1.56um ）。 ★光纤通信是以（光纤）为传输媒质。以（光波）为载波的通信方式。 ★光纤通信系统的长期平均误码率定义为（传送错误的码元数占传送的总码元数的百分比），反映突发性误码，用（严重误码秒（SES））、（误码秒 （ES））两个性能指标来评价。 ★单模光纤是指在给定的工作波长上，只传输（单一基模）|的光纤。 ★单模光纤的波长色散分为（材料）色散、（波导）|色散和|（光纤）色散。 ★mBnB码又称为（分组码），它是把（把输入码流中M比特分为一组，然后变换为N比特）。 ★PIN光电二极管，是在P型材料和N型材料之间加上一层（轻掺杂质的N型材料，1层）。 ★WDM技术从传输方向分：有（双向结构）和（单向结构）|两种基本应用形式。 ★在热平衡条件下，一个电子占据一个能量为E的能级的概率f（E）的计算式为（f（E）=1/{1+eA［（E-EAf）/KT］} ）。 ★在阶跃型光纤中,001）模是最低工作模式|（LP11）是第一高阶模。 ★在光纤通信系统中光接收机的基本功能是：（把接收来的光信号转变为原来的电信号）。 ★在光接收机中，与光电检测器相连的放大器称—（前置放大器）|,它是|（低噪声、髙增益）|的放大器。 ★渐变型光纤中，不同的射线具有相同轴向速度的~（光纤的自聚焦）|现象。 ★随着半导体激光器温度的上升，其输岀功率会（降低）。 ★发光二极管依靠（自发辐射）发光，半导体激光器依靠受激辐射』发光。 ★通常用的光纤绝大多数用（石英材料制成，折射率高的中心部分叫做（纤芯）］，折射率稍低的外层称为|（包层）。 ★阶跃型光纤的单模传输条件是（0 v V V 2.405 ）。 ★目前光纤通信的长波波长低损耗波长 ★表示光纤捕捉光射线能力的物理量被定义为数值孔径）|,用（NA）表示。 ★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，这时输出的光为|（激光）| ,这个电流称为|（阈值）电流。 ★由于双异质结激光器在有源区两侧，既限制了（光波）|，又限制了 |（载流子）|,故它的光强分布基本被约束在有源区，而且|（阈值）|电流大大降低 ★根据ITU-T的建议,STM-1码速率分别=（155.520 ）Mb/s。 ★★二、选择题★★ ★光纤单模传输条件_，归一化频率V应满足（B） A . V>2.405 B . V<2.405 C . V>3.832 D . V<3.832 ★激光是通过什么产生的？（A） 一、填空题（每空1分，共30分） （1）在光纤通信中，中继距离受光纤损耗和色散的制约。 （2）色散的常用单位是 ps/(nm.km) ， G.652光纤的中文名称是标准单模，它的0色散点在1.31微米附近。 （3）光子的能量与其频率的关系为 :E P = hf 。原子中电子因受激辐射发生光跃迁时，这时感应光子与发射光子是一模一样的，是指发射光子和感应光子不仅___频率_____ _相同、相位相同，而且偏振和传输方向都相同。 （4）光衰减器按其衰减量的变化方式不同分____固定__衰减器和__可变__衰减器两种。 （5）光纤通信的光中继器主要是补偿衰减的光信号和对畸变失真信号进行整形等，它的类型主要有光电型光中继器和全光型光中继器。 （6）光电检测器的噪声主要包括暗电流噪声、量子噪声、热噪声和放大器噪声等。受激辐射自发辐射（12）（13） （7）WDM中通常在业务信息传输带外选用一特定波长作为监控波长，优先选用的波长为 1.51μm。 （8）SDH中，当具有一定频差的输入信息装入C－4时要经过码速调整，利用其中的调整控制比特来控制相应的调整机会比特比特是作为信息比特，还是填充比特。 （9）半导体激光器工作时温度会升高，这时会导致阈值电流升高，输出光功率会降低。 （10）WDM系统可以分为集成式系统和开放式系统两大类，其中开放式系统要求终端具有标准的光波长和满足长距离传输的光源。 （11）对于SDH的复用映射单元中的容器，我国采用了三种分别是：C－12、C3和C－4。 （12）数字光纤传输系统的两种传输体制为PDH 和SDH 。 二、选择题 2、在激光器中，光的放大是通过（ A ） Ａ．粒子数反转分布的激活物质来实现的Ｂ．光学谐振腔来实现的 Ｃ．泵浦光源来实现的Ｄ．外加直流来实现的 3、STM-64信号的码速率为( D ) A．155.520 Mb/s B．622.080 Mb/s C．2 488.320 Mb/s D．9 953.280 Mb/s 4、以下哪个是掺铒光纤放大器的功率源( C ) 2014-2015年度《光纤通信技术》期末考试试题 1 .用图示的方法介绍现代数字光纤通信系统构成，并简述各主 要部分的功能？（10分） 1、答：X 光发送机 0 ?---------------------------- □----------------------------- □ （1）光发送机功能：将数字或者模拟电信号加载到光波上，并耦合进光纤中进行传输（2）光放大器功能：补偿光信号在通路中的传输衰减，增大系统的传输距离 （3）光接收机功能：将光信号转换回电信号，恢复光载波所携带的原信号 2 .用图示的方法介绍光发射机的构成，并简要说明各部分的功 能？简单阐述直接调制和外调制的区别？（10分） 3.请用图示的方法简述光纤的构成，比较单模与多模光纤的区另 U?光纤数值孔径是衡量光纤什么的特性物理量？对于光纤 输入信号光 掺钳光纤 光隔离器. + 八 光隔离器光滤波器！ Z\ 输出 !信号光 通信系统而言，是否光纤数值孔径越大越好？（10分） 4.由于光纤本身导致通信系统性能下降的因素有哪些？如何克 服？（10分） 5.用图示的方法说明掺钥光纤放大器EDFA的工作原理和构成, 各 部分的作用是什么？掺钳光纤放大器级联后增益不平坦情 况恶化，列举两种解决方法？（10分） 1.掺钳光纤放大器主要由一段掺钳光纤，泵浦光源，光隔离器，光耦合器构成5'。采用掺 银单模光纤作为增益物质，在泵浦光激发下产生粒子数反转，在信号光诱导下实现受激辐射放大；2'泵浦光和信号光一起由光耦合器注入光纤：2'光隔离器的作用是只允许光单向传输，用于隔离反馈光信号，提高性能。2， 滤波器均衡技术：采用透射谱与掺杂光纤增益谱反对称的滤波器使增益平坦° 2' 增益钳制技术:监测放大器的输入光功率，根据其大小调整泵浦源功率,从而实现增益钳制，是目前最成熟的方法° 2 6 .请简要阐述波分复用技术的工作原理，并用图示的方法说明？ （10 分） 7.简述受激布里渊散射与受激拉曼散射的概念？它们有什么区 另U? （io分） 8.请说出五种你所了解的无源光器件的名称，并简述其用途？ 光耦合器 光纤通信实验报告 实验1.1 了解和掌握了光纤的结构、分类和特性参数，能够快速准确的区分单模或者多模类型的光纤。 实验1.2 1.关闭系统电源，将光跳线分别连接TX1550、RX1550两法兰接口（选择工作波长为 1550nm的光信道），注意收集好器件的防尘帽。 2.打开系统电源，液晶菜单选择“码型变换实验—CMI码PN”。确认，即在P101铆孔 输出32KHZ的15位m序列。 3.示波器测试P101铆孔波形，确认有相应的波形输出。 4.用信号连接线连接P101、P203两铆孔，示波器A通道测试TX1550测试点，确认有 相应的波形输出，调节 W205 即改变送入光发端机信号（TX1550）幅度，最大不超 过5V。即将m序列电信号送入1550nm光发端机，并转换成光信号从TX1550法兰接 口输出。 5.示波器B通道测试光收端机输出电信号的P204试点，看是否有与TX1550测试点一 样或类似的信号波形。 6.按“返回”键，选择“码型变换实验—CMI码设置”并确认。改变SW101拨码器 设置（往上为1，往下为0），以同样的方法测试，验证P204和TX1550测试点波 形是否跟着变化。 7.轻轻拧下TX1550或RX1550法兰接口的光跳线，观测P204测试点的示波器B通道是否还有信号波形？重新接好，此时是否出现信号波形。 8.以上实验都是在同一台实验箱上自环测试，如果要求两实验箱间进行双工通信，如何设计连接关系，设计出实验方案，并进行实验。 9.关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽。 实验2.1 1.关闭系统电源，按照图 2.1.1将1550nm光发射端机的TX1550法兰接口、FC-FC单模 尾纤、光功率计连接好（TX1550通过尾纤接到光功率计），注意收集好器件的防尘帽。2.打开系统电源，液晶菜单选择“码型变换实验-- CMI码设置” 确认，即在P101铆 孔输出32KHZ的SW101拨码器设置的8比特周期性序列，如10001000。 3.示波器测试P101铆孔波形，确认有相应的波形输出。 一、填空题(每空格0.5分，40空格共20分) 1、光纤通信系统按光纤的模式可分为_______和_______通信系统。 答案：单模光纤、多模光纤 2、光纤通信是以_______为载频，以_______为传输媒质的一种通信方式。 答案：光波、光导纤维 3、本地传输网采用的主要传送技术有_______、_______、_______等。 答案：SDH、PDH、微波 4、对于4 节点STM－4 二纤环，若为双向复用段倒环，环的最大可保护的业务容量为_______ 个E1 信号。 答案：504 5、传输设备使用标称电压________伏。 答案：–48V 6、传输设备接地应该_____极接地。 答案：正(或+) 7、STM－N 帧中再生段DCC 的传输速率为_____；复用段DCC 的传输速率为_____。 答案：192kb/s、576kb/s 8、在主从同步数字网中，从站时钟通常有_____、_____、_____三种工作模式。 答案：锁定上级时钟模式、保持模式、自由振荡模式。 9、SDH的四种开销分别是：（再生段）开销、（复用段）开销、（高阶通道）开销、（低阶通道）开销。 10、目前联通本地网广泛使用光纤的种类为（G.652）常规单模光纤，在1550nm 处实际的衰减为（≤0.3）dB/km。G.655光纤为（非零色散）光纤，将零色散点移到（1570）nm附近，适用开通DWDM系统。 11、根据维护过程中不同阶段的不同要求。维护限值可分为四种为（投入业务）限值、（维护）限值、（修复）限值、（不可接受退出业务和恢复业务）限值。 12、4、SDH网络管理结构目前实际运用可以分为（网元层NE）（网元管理层EM）（网络管理层NM）三层。 13、SDH系统的VC-12通道的在线监测采用的方式是（BIP-2）。 14、在SDH传输系统中，指针的调整会引起（抖动）。 15、应用G.652光纤，局内或短距离通信宜选用(1310 nm)波长，长距离通信宜选用(1550 nm)波长。 16、2Mb/s 速率DDF连接器有(75/75欧姆)不平衡式和(120/1120欧姆)平衡式两种类型。 17、某光接口的类型为S-4.1，其含义为(短距离，速率为622Mb/s，传输光波长为1310nm,G652光纤)。 18、2Mbit/s速率通信电缆的允许哀耗dB， 参考答案：6dB。 19、计算中继电缆的允许传输长度公式。 参考答案： 电缆衰减常数架的插入损耗 电缆衰减－ 设备端到端之间的允许DDF； 20、应用G.652光纤，局内或短距离通信宜选用nm工作波长，长距离通信宜选用nm工作波长。 参考答案：1310nm、1550nm。 潍坊学院2009-2010学年第2学期期末考试 《光纤通信基础》试卷（A卷）参考答案及评分标准 一、单项选择题（每小题2分，共30分） 1C、2B、3B、4D、5C、6A、7D、8C、9C、10D、11C、12D、13B、14C、15A 二、填空题(每空1分，共20分) 1、光作为载波 2、um um 3、大 4、自聚焦 5、谐振腔 6、受激辐射 7、暗电流噪声8、隔离度9、动态范围10、10-270 11、光纤放大器12、量子效率 13、不能14、分插复用器交叉连接设备15、下降16、17、空分交换波分交换 三、简答题(本大题共6小题，每小题5分，共30分) 1、答：光纤通信系统主要由发射机、接收机和光纤线路三个部分组成。（2分） 发射机的主要作用：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。光纤线路把来自于光发射机的光信号，以尽可能小的崎变 和衰减传输至接收机。光接收机把从光纤线路输出的光信号还原为电信号。（3分） 2、答：光纤损耗包括吸收损耗和散射损耗：（2分） 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（1分） 散射损耗主要由材料微观密度不均匀引起的瑞利散射和光纤结构缺陷引起的散射产生的（1分） 光纤损耗使系统的传输距离受到限制，不利于长距离光纤通信。（1分） 3、答：在PN结界面上，由于电子和空穴的扩散运动，形成内部电场；内部电场使电子和空穴产生与扩散运动方向相反的漂移运动，最终使能带产生倾斜，在PN线路附近形成耗尽层。（1分） 当入射光照射PN结时，若光子能量大于带隙，便发生受激吸收，而形成光生电子—空穴对。（1分） 在耗尽层，由于内部电场的作用，电子向N区运动，空穴向P区运动，形成光生漂移电流。在耗尽层两侧中性电场区，由热运动，部分光行电子和空穴通过扩散运动进入耗尽层，在电场的作用下，形成和漂移运动相同方向的光生扩散电流。（2分） 光生漂移电流分量和光生扩散电流分量的总和即为光生电流，当P层和N层连接的电路开路时，便在两端产生光生电动势，这种效应称为光电效应。（1分） 4、答：在LD的驱动电路里，设置自动功率控制电路（APC）是为了调节LD的偏流， 使输出光功率稳定。（2分）在LD的驱动电路里，设置自动温度控制电路是因为半导体光源的输出特性受温度影 响较大，特别是长波长半导体激光器对温度更加敏感，为保证输出特性稳定，对激 光器进行温度控制是十分必要的。（3分） 一、实验目的 1.了解数字光发端机平均输出光功率的指标要求 2.掌握数字光发端机平均输出光功率的测试方法 3.了解数字光发端机的消光比的指标要求 4.掌握数字光发端机的消光比的测试方法 二、实验仪器 1.ZYE4301G型光纤通信原理实验箱1台 2.光功率计1台 3.FC/PC-FC/PC单模光跳线1根 4.示波器1台 5.850nm光发端机1个 6.ST/PC-FC/PC多模光跳线1根 三、实验原理 四、实验内容 1.测试数字光发端机的平均光功率 2.测试数字光发端机的消光比 3.比较驱动电流的不同对平均光功率和消光比的影响 五、实验步骤 Ａ、1550nm数字光发端机平均光功率及消光比测试 1.伪随机码的产生：伪随机码由CPLD下载模块产生，请参看系统简介中的CPLD下载模块。将PCM编译码模块的4.096MH Z时钟信号输出端T661与CPLD下载模块的NRZ信号产生电路的信号输入端T983连接，NRZ信号输出端T980将产生4M速率24－1位的伪随机信号，用示波器观测此信号。将此信号与1550nm光发模块输入端T151连接，作为信号源接入1550nm光发端机。 2.用FC-FC光纤跳线将光发端机的输出端1550T与光功率计连接，形成平均光功率测试系统，调整光功率计，使适合测1550nm信号。 3.用K60、K90和K15接通PCM编译码模块、CPLD模块和光发模块的电源。 4.用光功率计测量此时光发端机的光功率，即为光发端机的平均光功率。 5.测消光比用数字信号源模块输出的NRZ码作为信号源。用K60接通电源，用用示波器从T504观测此信号，将K511接1、2或2、3可观测到速率的变化，将此信号接到T151，作为伪随机信号接入光发端机。 6.用数字信号源模块的K501、K502、K503将数字信号拨为全“1”，测得此时光功率为P1，将数字信号拨为全“0”，测得此时光功率为P0。 7.将P1，P0代入公式2-1式即得1550nm数字光纤传输系统消光比。 Ｂ、1310nm数字发端机平均光功率及消光比测试 8.信号源仍用4M速率24－1位的伪随机信号，与1310nm光发模块输入端T101连接。 9.用FC-FC光纤跳线将1310nm光发模块输出端1310T与光功率计连接，形成平均光功率测试系统，调整光功率计，使适合测1310nm信号。 10.将BM1拨至数字，BM2拨至1310nm。 11.接通PCM编译码模块、CPLD模块和1310nm光发模块(用K10)的电源。 12.用万用表在T103和T104监控R110（阻值为1Ω）两端电压，调节电位器W101，使半导体激光器驱动电流为额定值25mA。 13.用光功率计测量此时光发端机的光功率，即为光发端机的平均光功率。 14.测消光比用数字信号源模块输出的NRZ码作为信号源，请参看系统简介中的数字信号源模块部分。用示波器从T504观测此信号，连接T504与T101，将数字信号拨为全“1”，测得此时光功率为P1，将数字信号拨为全“0”，测得此时光功率为P0。 一、填空题（20分) 1、目前光纤通信所用光波得光波波长范围为:0、８～1、8μm,属于电磁波谱中得近红外区。 2、光纤得典型结构就是多层同轴圆柱体，它由、与三部分组成. 3、光纤通信中常用得三个低损耗窗口得中心波长就是: , ，；最低损耗窗口得中心波长就是在: 。 4、光纤得色散分为色散色散与色散。 5、光与物质得粒子体系得相互作用主要有三个过程就是：，，；产生激光得最主要过程就是: 。６、光源得作用就是将变换为；光检测器得作用就是将转换为. 二、单项选择题(15分） 1光纤通信指得就是：［Ｂ] A以电波作载波、以光纤为传输媒介得通信方式； B 以光波作载波、以光纤为传输媒介得通信方式; C 以光波作载波、以电缆为传输媒介得通信方式; D 以激光作载波、以导线为传输媒介得通信方式。 2 光纤单模传输条件，归一化频率V应满足：［Ｂ］ -－－-A—V>2、40５——--—－B－V〈２、405-——－－-C- V＞3、832————－D- Ｖ〈3、832 3 使用连接器进行光纤连接时,如果接续点不连续，将会造成:[Ｃ］ A 光功率无法传输； B 光功率得菲涅耳反射; Ｃ光功率得散射损耗； D 光功率得一部分散射损耗，或以反射波形式返回发送端。 4 在激光器中，光得放大就是通过：［Ｃ] A 光学谐振腔来实现; B 泵浦光源来实现； C粒子数反转分布得激活物质来实现; D 外加直流来实现. ５掺铒光纤得激光特性：［B] A主要由起主介质作用得石英光纤决定; B 主要由掺铒元素决定; C 主要由泵浦光源决定; D 主要由入射光得工作波长决定. 三、（15分)如图所示,用射线理论分析子午光线在阶跃光纤中得传输原理.光纤通信实验报告
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