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

J ev eV E g 19106.1)(1:)(-⨯=

⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛⨯⨯⨯⨯-⎪⎪⎭

⎫ ⎝

⎛---==30010381.1106.124.11

2

2319e

e N N KT E g

（3）

⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯-⎪⎭

⎫ ⎝⎛---==T KT hf e

e N N 23910381.1106.124.11

2

T=6252K

2.半导体激光器（LD ）有哪些特性？ 答：半导体激光器的主要特征有

(1) 发射波长和光谱特性，发射波长取决于导带的电子跃迁到价带时所释放的能量，这个能量近似等于禁带宽度g E （ev ），不同的半导体材料有不同的禁带宽度g E ，因而有不同的发射波长λ。光谱特性是随着驱动电流的增加，纵模模数逐渐减小，谱线宽度变窄，随着调制电流增大，纵模模数增多，谱线宽度变宽。 (2) 激光束的空间分布 (3) 转换效率和输出光功率特性 (4) 频率特性 (5) 温度特性

3. 比较半导体激光器（LD ）和发光二极管（LED ）

的异同

答： LD 和LED 的不同之处 工作原理不同，LD 发射的是受激辐射光，LED 发射的是自发辐射光。LED 不需要光学谐振腔，没有阈值，而LD 需要，和LD 相比，LED 输出光功率较小，光谱较宽，调制频率较低，但发光二极管性能稳定，寿命长，输出功率线性范围宽，而且制造工艺简单，价格低廉，所以，LED 的主要应用场合时小容量（窄带）短距离通信系统，而LD 主要应用于长距离大容量（宽带）通信系统。LD 和LED 的相同之处：使用的半导体材料相同，结构相似，LED 和LD 大多采用双异质结（DH ）结构，把有源层夹在P 型和N 型限制层中间。

4.试说明APD 和PIN 在性能上的主要区别。 答 APD 和PIN 在性能上的主要区别有： ( 1 ) APD 具有雪崩增益，灵敏度高，有利于延长系统传输。

( 2 ) APD 的响应时间短。

( 3 ) APD 的雪崩效应会产生过剩噪声，因此要适当

控制雪

( 4 ) APD 要求较高的工作电压和复杂的温度补偿电路，成本较高。 第四章

1.激光器（LD ）产生张弛振荡和自脉冲现象的机理是什么？它的危害是什么？应如何消除这两种现

象的产生？

2.LD 为什么能够产生码型效应？其危害及消除办法是什么？

答 半导体激光器在高速脉冲调制下，输出光脉冲和愉人电流脉冲之间存在延迟时间，称为光电延迟时间。当光电延迟时间与数字调制的码元持续时间T / 2 量级时，会使“0”码过后的第一个“l ”码的脉冲宽度变窄，幅度减小．严重时可能使“1”码丢失，这种现象称为码型效应。码型效应的特点是在脉冲序列中，较长的连“0 ' ’码后出现“1”码丢失，其脉冲明显变小而且连“0”码数目越多，调制速率越高，这种效应越明显．码消除方法是用适当的“过调制”补偿方法．

3在LD 的驱动电路里，为什么要设置功率自动控制电路APC?功率自动控制实际是控制LD 的哪几个参数？

答 在LD 的驱动电路里，设置功率自动控制电路（APC ）是为了调节LD 的偏流，是输出光功率稳定。功率自动控制实际是控制LD 的偏置电流、输出光功率、激光器背向光功率。

4.在LD 的驱动电路里，为什么要设定温度自动控制电路？具体措施是什么？控制电路实际控制的是哪几个参数？

答 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很大，特别是长波长半导体激光器对温度更加敏感，为保证输出特性的稳定，对光器进行温度控制是十分必要的．温度控制装置一般由致冷器、热敏电阻和控制电路组成。致冷器的冷端和激光器的热端接触，热敏电阻作为传感器，探测激光器结区的温度，并把它传递给控制电路，通过控制电路改变致冷量，使激光器输出特性保持恒定。控制电路实际控制的是：换能电桥输出、三极管的基极电流和致冷器的电流。

5.在数字光接收机中，为什么要设置AGC 电路？ 主放大器一般是多级放大器，它的作用是提供足够的增益，并通过它实现自动增益控制（AGC ），以使输入光信号在一定范围内变化，输出电信号保持