光纤通信简答题

光纤通信简答题1-2 光纤通信有哪些优点光纤通信具有许多独特的优点，他们是：1. 频带宽、传输容量大；2. 损耗小、中继距离长；3. 重量轻、体积小；4. 抗电磁干扰性能好；5. 泄漏小、保密性好；6．节约金属材料，有利于资源合理使用。

2-6 什么是光纤的色散？对通信有何影响？多模光纤的色散由什么色散决定？单模光纤色散又有什么色散决定答：色散是由于不同成分的光信号在光纤中传输时，因群速度不同产生不同的时间延迟而引起的一种物理效应。

对于多模光纤，主要是模式色散。

对于单模光纤，只有色度色散和偏振模色散。

2-7 光纤数值孔径的定义是什么？其物理意义是什么 答：数值孔径（Numerical Aperture ，NA ）定义为22121NA 2n n n ∆=-= （2.2.3）NA 表示光纤接收和传输光的能力，NA （或αmax ）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。

对无损耗光纤，在αmax 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能力越强，光纤抗弯曲性能越好。

但NA 越大，经光纤传输后产生的输出信号展宽越大，因而限制了信息传输容量，所以要根据使用场合，选择适当的NA 。

3-1 连接器和跳线的作用是什么？接头的作用又是什么答：1,、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。

2、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。

3、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。

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。

3-6 简述马赫-曾德尔幅度调制器的工作原理晶体表面用钛扩散波导构成的答：最常用的幅度调制器是在L iN b O3马赫-曾德尔（M-Z）干涉型调制器，如图3.5.5所示。

使用两个频率相同但相位不同的偏振光波，进行干涉的干涉仪，外加电压引入相位的变化可以转换为幅度的变化。

在图3.5.5（a）表示的由两个Y形波导构成的结构中，在理想的情况下，输入光功率在C点平均分配到两个分支传输，在输出端D干涉，所以该结构扮演着一个干涉仪的作用，其输出幅度与两个分支光通道的相位差有关。

两个理想的背对背相位调制器，在外电场的作用下，能够改变两个分支中待调制传输光的相位。

由于加在两个分支中的电场方向相反，如图3.5.5（a）的右上方的截面图所示，所以在两个分支中的折射率和相位变化也相反，例如若在A分支中引入π/2的相位变化，那么在B分支则引入-π/2相位的变化，因此A、B分支将引入相位π的变化。

假如输入光功率在C点平均分配到两个分支传输，其幅度为A，在输出端D的光场为()()()t A t A t A E ωφφωφωcos cos 2cos cos output =-++∝ （3.5.5）输出功率与2output E 成正比，所以由式（3.5.5）可知，当0=φ时输出功率最大，当2π=φ时，两个分支中的光场相互抵消干涉，使输出功率最小，在理想的情况下为零。

于是()()φφ2out out cos 0=P P （3.5.6） 由于外加电场控制着两个分支中干涉波的相位差，所以外加电场也控制着输出光的强度，虽然它们并不成线性关系。

3-11 光开关的作用是什么？主要分为哪两类答：光开关的功能是转换光路，以实现光信号的交换。

光开关可以分为两大类：一类是机械式光开关，也包括微机械光开关；另一类光开关是固体光开关。

4-1 简述半导体发光基理答：在构成半导体晶体的原子内部，存在着不同的能带。

如果占据高能带（导带）c E 的电子跃迁到低能带（价带）v E 上，就将其间的能量差（禁带能量）v c g E E E -=以光的形式放出，如图4.2.1所示。

这时发出的光，其波长基本上由能带差E ∆所决定。

能带差E ∆和发出光的振荡频率o v 之间有hv E =∆的关系，h 是普朗克常数，等于6.625⨯10-34 J ⋅s 。

由c v λ=得出1.2398hc E E λ==∆∆（μm ） （4.2.1）式中，c 为光速，E ∆取决于半导体材料的本征值，单位是电子伏特（eV ）。

4-11 半导体激光器的基本特性是什么答：半导体激光器的基本特性有阈值电流、温度特性、波长特性。

半导体激光器属于阈值性器件，即当注入电流大于阈值点时才有激光输出，否则为荧光输出。

半导体激光器的阈值电流I和输出功率th是随温度而变化，另外，激光器的发射波长也随温度而变化。

激光器的波长特性可以用中心波长、光谱宽度以及光谱模数三个参数来描述4-17 LED和LD的主要区别是什么答：LED本质上是非相干光源，它的发射光谱就是半导体材料导带和价带的自发辐射谱线，所以谱线较宽。

对于用GaAlAs材料制作的LED，发射光谱宽度约为30~50 nm，而对长波长InGaAsP材料制作的LED，发射谱线为60~120 nm。

因为LED的光谱很宽，所以光在光纤中传输时，材料色散和波导色散较严重，这对光纤通信非常不利。

LD有多模激光器和单模激光器之分。

多模激光器指的是多纵模或多频激光器，模间距为0.13~0.9 nm。

通常高速传输系统用的半导体激光器的频谱宽度为5 nm。

单模激光器的频谱宽度因为很窄，所以称为线宽，它与有源区的设计密切相关。

5-9 数字光接收机主要由哪几部分组成答：数字光接收机的原理由三部分组成，即由光电探测和前置放大器部分、主放大（线性信道）部分以及数据恢复部分组成。

6-2 EDFA有几种泵浦方式？哪种方式转换效率高？哪种噪声系数小答：使用0.98 μm和1.48 μm的半导体激光泵浦最有效。

使用这两种波长的光泵浦EDFA时，只用几毫瓦的泵浦功率就可获得高达30~40 dB的放大器增益。

采用1 480 nm的InGaAs多量子阱（MQW）激光泵浦源，其输出功率可达100 mW，该波长的泵浦增益系数较高。

980 nm波长对EDFA泵浦，效率高，噪声低。

7-6 有几种光调制方法？各自的特点是什么答：在光通信系统中，有非相干调制和相干调制。

非相干调制有直接调制和外调制两种，前者是信息信号直接调制光源的输出光强，后者是信息信号通过外调制器对连续输出光的幅度或相位或偏振进行调制（见3.5节）。

近来，调制信号相位的正交相移键控（DQPSK）和既利用信号偏振又调制信号相位的偏振复用差分正交相移键控（PM-DQPSK）受到人们的高度重视，进行了深入的研究，并在40 Gb/s系统中得到了应用。

7-9 SDH采用何种复用技术答：同步数字制式（SDH）光纤传输系统采用电时分复用（TDM）技术。

时分复用（Time-Division Multiplexing，TDM）是采用交错排列多路低速模拟或数字信道到一个高速信道上传输的技术。

时分复用系统的输入可以是模拟信号，也可以是数字信号。

目前TDM通信方式的输入信号为数字比特流。

7-11 SDH 帧中的传送顺序是什么答：SDH的帧结构是块状帧，如图7.3.7所示，它由横向270 ⨯N列和纵向9行字节（1字节为8比特）组成，因而全帧由2 430个字节，相当于19 440个比特组成，帧重复周期仍为125 μs。

字节传输由左到右按行进行，首先由图中左上角第1个字节开始，从左到右，由上而下按顺序传送，直至整个9 ⨯ 270 ⨯N字节都传送完为止，然后再转入下一帧，如此一帧一帧地传送，每秒共8 000帧。

7-16 相干光通信的工作原理是什么答：在原理上，激光外差检测与无线电外差接收机的相似，是基于无线电波或激光光波的相干性和检测器的平方律特性的检测。

相干光波系统是信号光在接收端入射到光电探测器之前，用另外一个称为本地振荡器产生的窄线宽光波与它相干混频，如图7.5.1所示。

接收到的光信号与本振光混合后经光探测器接收，光探测器的输出为()()s LO S LO IF s LO 2cos P t P P P P t ωφφ=+++- （7.5.7）式中，P s 是信号光，P LO 是本振光，LO 0IF ωωω-=是信号光频和本振光频之差。

当0LO ωω≠时，要想恢复基带信号，首先必须把接收光信号载波频率转变为中频IF ν（典型值为 0.1~5 GHz ）信号，然后再把该中频信号转变成基带信号，这种相干检测称为外差检测。

当0LO ωω=时，可以把接收到的光信号直接变成基带信号，这种方式称为零差检测。

虽然零差检测看起来简单，但实现起来却相当困难。

因为式（7.5.7）中本振光LO P 的出现，接收到的光信号被放大了，从而提高了SNR 。

8-3 什么是损耗限制系统？什么是色散限制系统答：光纤色散导致光脉冲展宽，从而构成对系统BL 乘积的限制。

当色散限制传输距离小于损耗限制的传输距离时，系统是色散限制系统。

否则，就是损耗限制系统。

在给定工作波长下，L 随着B 的增加按对数关系减小。

在短波长0.85 μm 波段上，由于光纤损耗较大（典型值为2.5 dB/km ），根据码率的不同，中继距离通常被限制在10~30 km 。

而长波长1.3~1.6 μm 系统，由于光纤损耗较小，在1.3 μm 处损耗的典型值为0.3~0.4 dB/km ，在1.55 μm 处为0.2 dB/km ，中继距离可以达到100~200 km ，尤其在1.55 μm 波长处的最低损耗窗口，中继距离可以超过200 km 。

一般说来，1.3 μm 单模光纤通信系统在 B < 1 Gb/s 时为损耗限制系统，在B >1 Gb/s 时可能成为色散限制系统。