光纤通信复习材料(汇总汇编
光纤通信复习材料（2015年12月11日）一、填空题（仅供参考，个人乱感觉，）
1、佃66年，在英国标准电信实验室工作的华裔科学家高锟首先提出用石英玻璃纤维作为光纤通信的媒质，为现代光纤通信奠定了理论基础
2、光纤传输是以激光光波作为信号载体，以光纤作为传输媒质的传输方式。
3、光纤通常由纤芯、包层和涂敷层三部分组成的。
4、光纤色散主要包括材料色散、模式色散、波导色散和偏振模色散。
5、（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
6、采用渐变型光纤可以减小光纤中的模式色散。
7、光纤通信的最低损耗波长是 1.55um，零色散波长是1.31um
& 光纤通信中常用的低损耗窗口为0.85um、1.31um、1.55um 。
9、HE11模式是任何光纤中都能存在、永不截止的模式，称为基模或主模。
10、色散的常用单位是ps/（km.nm），G.652光纤的中文名称是标准单模光纤，它的0色散点在1.31微米附近。（G.651多模渐变型、G.653色散移位光纤、G.654 1.55um损耗最小的单模光纤、G.655非色散移位光纤）
11、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。
12、光与物质作用时有受激吸收、受激辐射和自发辐射三个物理过程
13、光纤通信系统中最常用的光检测器有：PIN光电二极管和雪崩光电二极管
14、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）。
15、光缆由缆芯、（加强元件（或加强芯））和外护层组成。
16、在光纤通信中，中继距离受光纤损耗和色散的制约
17、LD是一种阈值器件，它通过受激发射发光，而LED通过自发发射发光。
二、简答题（个人感觉觉得7、11、12、13比较重要，）
1、光纤通信的优点
①容许频带很宽，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抗电磁干扰能力好
⑤泄露小，保密性能好
2、数字光纤通信的优点
①抗干扰能力强，传输质量好
②可以用再生中继，延长传输距离
③适用各种业务传输，灵活性大
④容易实现高强度的保密通信
⑤数字通信系统大量采用数字电路，易于集成，从而实现小型化，微型化，
增强设备可靠性
3、DFB激光器与F-P激光器相比，具有以下优点（课本57页）
①单纵模激光器
②光谱宽度窄，波长稳定性好
③动态谱特性好
④ 线性好
4、 发光二极管具有的工作特性（课本58页） ① 光谱特性 ② 光束的空间分布 ③ 输出光功率特性 ④ 频率特性
5、 光隔离器的工作原理（课本72页）
隔离器就是一种非互易器件，其主要作用是只允许光波往一个方向上传输， 阻止光波往其他
方向特别是反方向传输。 隔离器主要用在激光器或光放大器的后面， 以避免反射光返回到该 器件致使器件性能变坏。插入损耗和隔离度是隔离器的两个主要参数， 对正向入射光的插入
损耗其值越小越好，对反向反射光的隔离度其值越大越好， 目前插入损耗的典型值约为 1 dB ,
隔离度的典型值的大致范围为 40?50 dB 。 工作原理图如下
SOP ① ① 0 0
入射光 ------------------------------------
Y ------------------------------------- 反射光
阻塞一
6、 光发射机的基本组成 ① 光源 ②调制电路和控制电路 ③线路编码电路
7、
（1）
在码流中，出现“1”码和“ 0”码的个数是随机变化的，因而直流分量也会发生 随机波动（基线漂移），给光接收机的判决带来困难。
（2）
在随机码流中，容易出现长串连“1”码或长串连“
0”码，这样可能造成位同步
■C 息力咲，给定旳提取辻成朿难或产半较襄询定时S 差°
（3） 不能实现在线（不中断业务）的误码检测，不利于长途通信系统的维护。 采用要进行线路编码的原因 （2点）以及数字光纤通信线路编码要求 （3点） 数字光纤通信系统对线路码型的主要要求是保证传输的透明性，具体要求有：
（1） 能限制信号带宽，减小功率谱中的高低频分量。这样就可以减小基线漂移、提高输 出功率的稳定性和减小码间干扰，有利于提高光接收机的灵敏度。
（2）
能给光接收机提供足够的定时信息。因而应尽可能减少连“1”码和连“ 0”码的
数目，使“ 1”码和“ 0 ”
（3） 能提供一定的冗余度，用于平衡码流、误码监测和公务通信。但对高速光纤通信系 统，应尽量减小冗余度，以免占用过大的带宽。
第
器
拉转 法旋
偏振器
8、SDH帧结构和功能（课本106页，问字节数）
SDH帧结构是实现数字同步时分复用、保证网络可靠有效运行的关键。图 5.5给出SDH 帧的一般结构。一个STM-N帧有9行，每行由270X N个字节组成。这样每帧共有9 X 270 X N个字节，每字节为8 bit。帧周期为125卩s,即每秒传输8000帧。对于STM-1而言，
传输速率为9X 270X 8X 8000=155.520 Mb/s 。字节发送顺序为： 由上往下逐行发送，每行
先左后右。
9、 EDFA 掺铒光纤放大器的优点(工作原理和应用习题 7-1有)
EDFA
⑴
(1500?1600 nm);其主体是一段光纤 (EDF),
与传输光纤的耦合损耗很小，只有 0.1 dB ：
(2) 增益高，约为30?40 dB;饱和输出光功率大，约为
10?15 dBm;增益特性与光偏
振状态无关。
(3) 噪声系数小，一般为 4?7 dB;用于多波长信道传输时，隔离度大，串扰小，适用于 波分复用系统。
10、 WDM 光波分复用技术的概念
其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来 (复用)，并耦合到光缆线路上的同
一根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光信号分开
(解复用)，并作进一步处理，恢
复出原信号后送入不同的终端，因此将此项技术称为光波长分割复用， 简称光波分复用技术。 11、 WDM 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 12、 相干光系统的优点和关键技术
和「址系统的丰要优点是:
(1) 灵敏度提高了 10?20 dB ,线路功率损耗可以增加到 50 dB 。
(2) 由于相干光系统出色的信道选择性和灵敏度，和光频分复用相结合，
可以实现大容量传输，非常适合于
CATV 分配网使用。
相十兀採统的关键技术是:
(1) 必须使用频率稳定度和频谱纯度都很高的激光器作为发射光源和接收机本振光源。
(2) 匹配技术。相干光系统要求信号光和本振光混频时满足严格的匹配条件，才能获得 高的混频
效率,这种卩；临包括空间VM.誠前卩川止和偏振方向匹巾匕
13、 要实现OTDM ,需要解决的关键技术有：
12 34 5
SOH
AUPTR STM-/V 载荷 （含 POH ） SOH
发送顺序
r
270
①超短光脉冲光源
②超短光脉冲的长距离传输和色散抑制技术
③帧同步及路序确定技术
④光时钟提取技术
⑤全光解复用技术
1-1光纤通信的优缺点各是什么？
与传统的金属电缆通信、磁波无线电通信相比，光纤通信具有如下有点：
(1)通信容量大。首先，光载波
的中心频率很高，约为2X 1014H z,最大可用带宽一般取载波频率的10%则容许的最大信号带宽为20000 GHz (20 THz);如果微波的载波频率选择为20 GHz相应的最大可用带宽为2GHz＞两者相差10000倍。其次，单模光纤的色散几乎为零，其带宽距离(乘)积可达几十GHz*km采用波分复用(多载波传输) 技术还可使传输容量增加几十倍至上百倍。目前，单波长的典型传输速率是10 Gb/s , 一个采用128个波长的波分复用系统的传输速率就是 1.28 Tb /s。
(2)中继距离长。中继距离受光
纤损耗限制和色散限制，单模光纤的传输损耗可小于
0.2 dB /km 色散接近于零。
(3)抗电磁干扰。光纤由电绝缘的石英材
料制成，因而光纤通信线路不受普通电磁场的干扰，包括闪电、火花、电力线、无线电波的干扰。同时光纤也不会对工作于无线
电波波段的通信、雷达等设备产生干扰。这使光纤通信系统具有良好的电磁兼容性。
(4)传输误码率
极低。光信号在光纤中传输的损耗和波形的畸变均很小，而且稳定，噪声主要来源于量子噪声及光检测器后面的电阻热噪声和前置放大器的噪声。只要设计适当，在中继距离内传输的误码率可达10-9甚至更低。
此外，光纤通信系统还具有适应能力强、保密性好以及使用寿命长等特点。
当然光纤通信系统也存在一些不足：
(1) 有些光器件(如激光器、光纤放大器)比较昂贵。
(2) 光纤的机械强度差。为了提高强度，实际使用时要构成包含多条光纤的光缆，在光缆
中要有加强件和保护套。
(3) 不能传送电力。有时需要为远处的接口或再生的设备提供电能，光纤显然不能胜任。
为了传送电能，在光缆系统中还必须额外使用金属导线。
(4) 光纤断裂后的维修比较困难，需要专用工具。
1-2 光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分作用。
光纤通信系统由发射机、接收机和光纤线路三个部分组成(参看图1. 4)。发射机又分为电
发射机和光发射机。相应地，接收机也分为光接收机和电接收机。电发射机的作用是将信(息)
源输出的基带电信号变换为适合于信道传输的电信号，包括多路复接、码型变换等：光发射
机的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。
光发射机由光源、驱动器、调制器组成，光源是光发射机的核心。光发射机的性能基本取决
于光源的特性；光源的输出是光的载波信号，调制器让携带信息的电信号去改变光载波的某一参数(如光的强度)。光纤线路把来自于光发射机的光信号，以尽可能小的畸变(失真)和衰
减传输到光接收机。光纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。光纤是光纤线路的主体，接头和
连接器是不可缺少的器件。光接收机把从光纤线路输出的产生畸变和衰减的微弱光信号还原为电信号。光接收机的功能主要由光检测器完成，光检测器是光接收机的核心。电接收机的作用一是放大，二是完成与电发射机相反的变换，包括码型反变换和多路分接等。
1-4 简述未来光网络的发展趋势及关键技术。
未来光网络发展趋于智能化、全光化。其关键技术包括：长波长激光器、低损耗单模光纤、高效光放大器、WD M复用技术和全光网络技术。
1-5 光网络的优点是什么？答光网络具有如下的主要优点：
（1）可以极大地提高光纤的传输容量和结点的吞吐量，以适应未来宽带（高速）通信网的要
求。
⑵光交叉连接器（oXC）和光分插复用器（OADM对信号的速率和格式透明，可以建立一个支持多种业务和多种通信模式的、透明的光传送平台。
（3）以波分复用和波长选路为基础，可以实现网络的动态重构和故障的自动恢复，构成具有
高度灵活性和生存性的光传送网。
光网状网具有可重构性、可扩展性、透明性、兼容性、完整性和生存性等优点，是目前光纤通信领域的研究热点和前沿。
3- 20 什么是粒子数反转？什么情况下能实现光放大？
答假设能级E i和E z上的粒子数分别为N和Nb，在正常的热平衡状态下，低能级E i上
的粒子数Ni是大于高能级E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。
当光通过粒子数反转分布激活物质时，将产生光放大。
3-21 什么是激光器的阈值条件？
答对于给定的器件，产生激光输出的条件就是阈值条件。在阈值以上，器件已经不是
放大器，而是一个振荡器或激光器。
3- 24什么是雪崩倍增效应？
答雪崩光电二极管工作时外加高反向偏压（约100~150 V），在PN结内部形成一高电
场区，入射光功率产生的电子空穴对经过高场区时不断被加速而获得很高的能量，这些高能
量的电子或空穴在运动过程中与价带中的束缚电子碰撞，使晶格中的原子电离，产生新的电
子空穴对。新的电子空穴对受到同样加速运动，又与原子碰撞电离，产生电子空穴对，称为
二次电子空穴对。如此重复，使载流子和反向光生电流迅速增大，这个物理过程称为雪崩倍
增效应。
4- 1 激光器（LD）产生弛张振荡和自脉动现象的机理是什么？它的危害是什么？应如何消除这两种现象的产生？
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。
4-2 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，输出光脉冲和输入电流脉冲之间存在一个初始延迟时间，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为相同数量级时，会使“ 0”码过后的第一个“ 1”码的脉冲宽度变窄，幅度减小。严重时可能使“T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，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。码型效应的消除方法是用适当的“过调制”补偿方法。
4-9 数字光接收机量子极限的含义是什么？光接收机可能达到的最高灵敏度，这个极限值是由量子噪声决定的，所以称为量子极限。
4-10 已测得某数字光接收机的灵敏度为10 pw，求对应的dBm值。
解P w=10 lg[
min(mW)]=-20 dBm
4-12 光接收机中有哪些噪声？
答光接收机中主要有两种噪声：
第一种光检测器的噪声，包括量子噪声、暗电流噪声及由APD的雪崩效应产生的附加噪声。这是一种散弹(粒)噪声，由光子产生光生电流过程的随机性所引起，即使输入信号光功率恒定时也存在。
第二种热噪声及前置放大器的噪声，热噪声是在特定温度下由电子的热运动产生，任何工作于绝对零度以上的器件都是存在的，在光接收机中主要包括光检测器负载电阻、前置放
大器输入电阻的热噪声。前置放大器的噪声，严格说来，也是一种散粒噪声，但因这是由电
域的载流子的随机运动引起的，可以通过噪声系数或噪声等效温度与热噪声一并进行计算，所以在本书中就将前置放大器的噪声和电阻热噪声合称为前置放大器的噪声。
4- 15 光发射机中外调制方式有哪些类型？内调制和外调制各有什么优缺点？
答外调制有电折射调制器、电吸收MQV调制器和M—Z干涉型调制器。
内调制的优点是简单、经济、易实现，适用于半导体激光器LD和发光二极管LED缺
点是带来了输出光脉冲的相位抖动(即啁啾效应)，使光纤的色散增加，限制了容量的提高。
外调制的优点是可以减少啁啾，不但可以实现00K方案，也可以实现ASK FSK PSK
等调制方案；缺点是成本高，不易实现。
5- 2 SDH的特点有哪些？SDH帧中AUPTF表示什么？它有何作用？
答与PDH相比，SDH具有下列特点：
(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4X 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、E s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EI有严格的标准规范。因此，光接EI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。
SDH帧中的AU PTR指的是管理单元指针，它是一种指示符。主要用于指示载荷包络的第一个字节在帧内的准确位置(相对于指针位置的偏移量)。采用指针技术是SDH的创新，结合虚容器的概念，解决了低速信号复接成高速信号时，由于小的频率误差所造成的载荷相
对位置漂移的问题。
7-1 EDFA工作原理是什么？有哪些应用方式？
掺铒光纤放大器（EDFA）的工作原理：在掺铒光纤（EDF）中，铒离子有三个能级：其中能级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，铒离子很快返回到能级2。如果输入的信号光的能量等
于能级2和能级1的能量差，则处于能级2的铒离子将跃迁到基态（2->1），产生受激辐射光，因而信号光得到放大。由此可见，这种放大是由于泵浦光的能量转换为信号光能量的结果。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。
EDFA的应用，归纳起来可以分为三种形式：（1）中继放大器。在光纤线路上每隔一定距离
设置一个光纤放大器，以延长传输距离。（2）前置放大器。此放大器置于光接收机前面，放
大非常微弱的光信号，以改善接收灵敏度。作为前置放大器，要求噪声系数尽量小。（3）后置放大器。此放大器置于光发射机后面，以提高发射光功率。对后置放大器的噪声要求不高，而饱和输出光功率是主要参数。
7-2对于980 nm泵浦和1480 nm泵浦的EDFA哪一种泵浦方式的功率转换效率高？哪
一种泵浦的噪声系数小？为什么？
980 nm泵浦方式的功率转换效率高，980 nm泵浦的噪声系数小，因为更容易达到激发态。
7-4光交换有哪些方式？
答光交换主要有三种方式：空分光交换、时分光交换和波分光交换。空分光交换
的功能是使光信号的传输通路在空间上发生改变。空分光交换的核心器件是光开关。光开关
有电光型、声光型和磁光型等多种类型，其中电光型光开关具有开关速度快、串扰小和结构
紧凑等优点，有很好的应用前景。时分光交换是以时分复用为基础，用时隙互换
原理实现交换功能的。时分复用是把时间划分成帧，每帧划分成N个时隙，并分配给N路信号，再把N路信号复接到一条光纤上。为了实现时隙互换，首先使时分复用信号通过分接器分离出各路信号，然后使这些信号通过不同的光迟延元件，最后用复接器把这些信号重新组
合起来波分光交换（或交叉连接）是以波分复用原理为基础，采用波长选择或波长变换的方法实现交换功能的。为了实现波分交换，N条输入光纤承载的波分复用光信号首先分别通过
解复用器（分波器）分为W个不同波长的光信号，然后所有N X W个波长用空分光交换器进行
交叉连接，最后由复用器（合波器）复接到N条输出光纤上。在没有波长变换器的条件下，需对应每个波长配置一个空分交换器，所以共需W个。
7-5 光弧子通信的原理是什么？
光弧子是经光纤长距离传输后，其宽度保持不变的超短（ps数量级）光脉冲。光弧子的形成
是光纤的群速度色散和非线性效应相互平衡的结果。利用光弧子作为载体的通信方式称为光
弧子通信。光弧子通信的传输距离可达上万千米，甚至几万千米，目前还处于试验阶段。光弧子源产生一系列脉冲宽度很窄的光脉冲，即光弧子流，作为信息的载体进入光调制器，使信息对光弧子流进行调制。被调制的光弧子流经掺铒光纤放大器和光隔离器后，进入光纤
进行传输。为克服光纤损耗引起的光弧子减弱，在光纤线路上周期地插入EDFA向光弧子
注入能量，以补偿因光纤传输而引起的能量消耗，确保光弧子稳定传输。在接收端，通过光
检测器和解调装置，恢复光弧子所承载的信息。
光波分复用的原理
光波分复用（WDM Wavelength Division Multiplexing）技术是在一根光纤中同时传输多个波长光信号的一项技术。其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来（复用），并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光信号分开(解复用)，并作进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端，因此将此项技术称为光波长分割复用，简称光波分复用技术
光波分复用WDM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降低器件的超高速要求4
节省线路投资
5高度的组网灵活性、经济性和可靠性
相干光系统主要优点和关键技术
(1)灵敏度提高了10?20 dB,线路功率损耗可以增加到50 dB。如果使用损耗为0.2 dB/km
光纤，无中继传输距离可达250 km (2) 由于相干光系统出色的信道选择性和灵敏度，
和光频分复用相结合，可以实现大容量传输，非常适合于CATV分配网使用(1) 必须使用频率稳定度和频谱纯度都很高的激光器作为信号光源和本振光源。(2) 匹配技术。相干
光系统要求信号光和本振光混频时满足严格的匹配条件，才能获得高混频效率，这种匹配包
括空间匹配、波前匹配和偏振方向匹配。
光时分复用原理和关键技术
OTDM是在光域上进行时间分割复用，一般有两种复用方式：比特间插(Bit- in terleaved)
和信元间插(Cell-interleaved), 比特间插是目前广泛被使用的方式，信元间插也称为光分
组(Optical Packet) 复用。
(1)超短光脉冲光源(2)超短光脉冲的长距离传输和色散抑制技术(3)帧同步及路序确
定技术
(4) 光时钟提取技术(5) 全光解复用技术
光纤通信实验材料
实验一半导体激光器P-I特性测试实验 一、实验目的 1、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 2、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 3、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、实验内容 1、测量半导体激光器输出功率和注入电流，并画出P-I关系曲线 2、根据P－I特性曲线，找出半导体激光器阈值电流，计算半导体激光器斜率效率 三、实验仪器 1、ZY12OFCom23BH1型光纤通信原理实验箱1台 2、FC接口光功率计1台 3、FC-FC单模光跳线 1根 4、万用表1台 5、连接导线 20根 四、实验原理 光源是把电信号变成光信号的器件，在光纤通信中占有重要的地位。性能好、寿命长、使用方便的光源是保证光纤通信可靠工作的关键。 光纤通信对光源的基本要求有如下几个方面：首先，光源发光的峰值波长应在光纤的低损耗窗口之内，要求材料色散较小。其次，光源输出功率必须足够大，入纤功率一般应在10微瓦到数毫瓦之间。第三，光源应具有高度可靠性，工作寿命至少在10万小时以上才能满足光纤通信工程的需要。第四，光源的输出光谱不能太宽以利于传输高速脉冲。第五，光源应便于调制，调制速率应能适应系统的要求。第六，电—光转换效率不应太低，否则会导致器件严重发热和缩短寿命。第七，光源应该省电，光源的体积、重量不应太大。 作为光源，可以采用半导体激光二极管（LD,又称半导体激光器）、半导体发光二极管（LED）、固体激光器和气体激光器等。但是对于光纤通信工程来说，除了少数测试设备与工程仪表之外，几乎无例外地采用半导体激光器和半导体发光二极管。 本实验简要地介绍半导体激光器，若需详细了解发光原理，请参看各教材。 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，是一种阈值器件。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。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。 半导体激光器的特性，主要包括阈值电流Ith、输出功率P0、微分转换效率η、峰值波长λp、光束发散角、脉冲响应时间t r、t f等。除上述特性参数之外，有时也把半导体激光器的工作电压、工作温度等列入特性参数。
光通信实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除 光通信实验报告 篇一：光通信实验报告 信息与通信工程学院 光纤通信实验报告 班姓学 级：名：号： 班内序号：17 日 期：20XX年5月 一、oTDR的使用与测量 1、实验原理 oTDR使用瑞利散射和菲涅尔反射来表征光纤的特性。瑞利散射是由于光信号沿着光纤产生无规律的散射而形成。oTDR就测量回到oTDR端口的一部分散射光。这些背向散射信号就表明了由光纤而导致的衰减（损耗/距离）程度。形成的轨迹是一条向下的曲线，它说明了背向散射的功率不断减小，这是由于经过一段距离的传输后发射和背向散射的信
号都有所损耗。 给定了光纤参数后，瑞利散射的功率就可以标明出来，如果波长已知，它就与信号的脉冲宽度成比例：脉冲宽度越长，背向散射功率就越强。瑞利散射的功率还与发射信号的波长有关，波长较短则功率较强。也就是说用1310nm信号产生的轨迹会比1550nm信号所产生的轨迹的瑞利背向散射要高。 在高波长区（超过1500nm），瑞利散射会持续减小，但另外一个叫红外线衰减（或吸收）的现象会出现，增加并导致了全部衰减值的增大。因此，1550nm是最低的衰减波长；这也说明了为什么它是作为长距离通信的波长。很自然，这些现象也会影响到oTDR。作为1550nm波长的oTDR，它也具有低的衰减性能，因此可以进行长距离的测试。而作为高衰减的1310nm或1625nm波长，oTDR的测试距离就必然受到限制，因为测试设备需要在oTDR轨迹中测出一个尖锋，而且这个尖锋的尾端会快速地落入到噪音中。 菲涅尔反射是离散的反射，它是由整条光纤中的个别点而引起的，这些点是由造成反向系数改变的因素组成，例如玻璃与空气的间隙。在这些点上，会有很强的背向散射光被反射回来。因此，oTDR就是利用菲涅尔反射的信息来定位连接点，光纤终端或断点。 oTDR的工作原理就类似于一个雷达。它先对光纤发出一
光纤通信试题汇总
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
光纤通信实验报告
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
光纤通信期末试题
光纤通信期中考试试题（简答） （开卷90分钟内完成，1~5题每题6分，6~15题每题7分，共100分） 1、光纤的结构分别由哪三部分构成，各部分作用是什么？ 光纤由纤芯、包层和涂覆层3部分组成。 其中纤芯：纤芯位于光纤的中心部位。直径d 1=4μm ～50μm ，单模光纤的纤芯为4μm ～10μm ，多模光纤的纤芯为50μm 。纤芯的成分是高纯度SiO2，作用是提高纤芯对光的折射率（n 1），以传输光信号。包层：包层位于纤芯的周围。 直径d 2=125μm ，其成分也是含有极少量掺杂剂的高纯度SiO 2。略低于纤芯的折射率，即n 1＞n 2，它使得光信号封闭在纤芯中传输。涂覆层：光纤的最外层为涂覆层，包括一次涂覆层，缓冲层和二次涂覆层。 涂覆的作用是保护光纤不受水汽侵蚀和机械擦伤，同时又增加了光纤的机械强度与可弯曲性，起着延长光纤寿命的作用。涂覆后的光纤其外径约1.5mm 。 2、光缆的结构分别由哪三部分构成，各部分作用是什么？ 光缆由缆芯、护层和加强芯组成。 其中缆芯就是套塑光纤，护层对已成缆的光纤芯线起保护作用，避免受外界机械力和环境损坏。护层可分为内护层和外护层。内护层用来防潮。外护层起抗侧压、耐磨、抗紫外线、防湿作用，隔离外界的不良影响。加强芯主要承受敷设安装时所加的外力。 3、光纤的三个传输窗口是什么？光纤中的导波属于TM/TE/TEM/近似TEM 波？ 0.85μm 、1.31μm 、1.55μm 。 光纤中得电磁场近似为横电磁波（TEM 波） 4、什么是归一化频率V ，V 取值多少时光纤单模传输？什么叫光纤的截止波长？ 光纤的归一化频率V 012/1/)2(2λαπn ?=是一个综合性参数，与光纤的结构参数（纤芯的折射率n1、半径a 、折射率相对差△）和工作波长λ0有关。其数值大小决定了弱波导光纤中电磁场的分布和传输情况。 光纤单模传输的条件是0 武汉大学电工电子信息学院实验报告 电子信息学院通信工程专业2015年 9 月17日 实验名称光纤通信的光传输指导教师易本顺 姓名徐佑宇年级2012级学号2012301200003成绩 一、预习部分 1.实验目的 2.实验基本原理 3.主要仪器设备(含必要的元器件、工具) 一、实验目的 1、通过光传输系统课程设计使学生熟悉常见的几种传输网络的特点及应用场 合； 2、了解ZXMP S325的具体硬件结构，加深对于光传输的理解； 3、掌握 ZXMP S325 的组网过程以及网管工具的使用，培养学生在传输组网工 程方面的实际应用技能。 二、实验设备 1、SDH设备：ZXMP S325； 2、实验用维护终端 三、实验原理 SDH技术是目前通信网络的主流技术，它以其突出的技术优势为网络提供优质、高效、可靠的通信业务，能够满足带宽数据及图像视频等多业务的传输需求，自愈功能强。 1、光传输原理及优势 SDH 全称同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy）， SDH 规范了数字信号的帧结构、复用方式、传输速率等级、接口码型特性，提供了一个国际支持框架，在此基础上发展并建成了一种灵活、可靠、便于管理的世界电信传输网。这种传输网易于扩展，适于新电信业务的开展，并且使不同厂家生产的设备互通成为可能，这正是网络建设者长期以来追求的目标。 其优势主要体现在以下几个方面： （1）接口方面 ·电接口：STM-1是SDH的第一个等级，又叫基本传输模块，比特率为155.520Mb/s，STM-N是SDH第N个等级的同步传送模块，比特率是STM-1的N倍（N=4n=1,4,16...）·光接口：仅对电信号扰码，光口信号码型是加扰的NRZ码，采用世界统一的7级扰码。 （2）复用方式 低速SDH信号以字节间插方式复用进高速SDH帧结构中，位置均匀、有规律，是可预见的 专业考试（选择+填空+简答+专业英语翻译）考的是通信的知识，涉及点网络知识（不是很多），记住的题目大概如下： 问答题是（10分/题）1.光纤通信的优点 2.CDMA软切换的优缺点 名词解释（5分/题） 1.ATM（异步传输模式） 2.这题忘记了 1.光纤通信的优点 (现代通信网的三大支柱是光纤通信、卫星通信和无线电通信，而其中光纤通信是主体，这是因为光纤通信本身具有许多突出的优点： 1.频带宽，通信容量大。光纤可利用的带宽约为50000GHz，1987年投入使用的1. 7Gb/s光纤通信系统，一对光纤能同时传输24192路电话，2.4Gb/s系统，能同时传输30000多路电话。频带宽，对于传输各种宽频带信息具有十分重要的意义，否则，无法满足未来宽带综合业务数字网(B-ISDN)发展的需要。 2.损耗低，中继距离长。目前实用石英光纤的损耗可低于0.2dB/km，比其它任何传输介质的损耗都低，若将来采用非石英系极低损耗光纤，其理论分析损耗可下降至10-9dB/km。由于光纤的损耗低，所以能实现中继距离长，由石英光纤组成的光纤通信系统最大中继距离可达200多千米，由非石英系极低损耗光纤组成的通信系统，其最大中继距离则可达数千甚至数万千米，这对于降低海底通信的成本、提高可靠性和稳定性具有特别的意义。 3.抗电磁干扰。光纤是绝缘体材料，它不受自然界的雷电干扰、电离层的变化和太阳黑子活动的干扰，也不受电气化铁路馈电线和高压设备等工业电器的干扰，还可用它与高压输电线平行架设或与电力导体复合构成复合光缆。 4.无串音干扰，保密性好。光波在光缆中传输，很难从光纤中泄漏出来，即使在转弯处，弯曲半径很小时，漏出的光波也十分微弱，若在光纤或光缆的表面涂上一层消光剂效果更好，这样，即使光缆内光纤总数很多，也可实现无串音干扰，在光缆外面，也无法窃听到光纤中传输的信息。 5.光纤线径细、重量轻、柔软。光纤的芯径很细，约为0.1mm，它只有单管同轴电缆的百分之一；光缆的直径也很小，8芯光缆的横截面直径约为10mm，而标准同轴电缆为47mm。利用光纤这一特点，使传输系统所占空间小，解决地下管道拥挤的问题，节约地下管道建设投资。此外，光纤的重量轻，光缆的重要比电缆轻得多，例如18管同轴电缆1m 的重量为11kg，而同等容量的光缆1m重只有90g，这对于在飞机、宇宙飞船和人造卫星上使用光纤通信更具有重要意义。还有，光纤柔软可挠，容易成束，能得到直径小的高密度光缆。 6.光纤的原材料资源丰富，用光纤可节约金属材料。光纤的材料主要是石英(二气化硅)，地球上有取之不尽用之不竭的原材料，而电缆的主要材料是铜，世界上铜的储藏量并不多，用光纤取代电缆，则可节约大量的金属材料，具有合理使用地球资源的重大意义。光纤除具有以上突出的优点外，还具有耐腐蚀力强、抗核幅射、能源消耗小等优点，其缺点是质地脆、机械强度低，连接比较困难，分路、耦合不方便，弯曲半径不宜太小等。这些缺点在技术上都是可以克服的，它不影响光纤通信的实用。近年来，光纤通信发展很快，它已深刻地改变了电信网的面貌，成为现代信息社会最坚实的基础，并向我们展现了无限美好的未来。 1) 为了得到较高的信噪比，对光接收机中的前置放大器的要求是______。 A. 高增益 B. 低噪声 C. 低增益、低噪声 D. 高增益、低噪声 2) 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______，这个电流称为______电流。 A. 自发辐射光，阈值 B. 自发辐射光，阀值 C. 激光，阈值 D. 激光，阀值 3) SDH线路码型一律采用______。 A. HDB3码 B. AIM码 C. NRZ码 D. NRZ码加扰码 4) 在SiO2单模光纤中，材料色散与波导色散互相抵消，总色散等于零时的光波长是______。 A. 0.85 μm B. 1.05 μm C. 1.27 μm D. 1.31 μm 5) 在阶跃型光纤中，导波的传输条件为______。 A. V＞0 B. V＞Vc C. V＞2.40483 D. V＜Vc 6) DFA光纤放大器作为光中继器使用时，其主要作用是______。 A. 使信号放大并再生 B. 使信号再生 C. 使信号放大 D. 降低信号的噪声 7) 目前，掺铒光纤放大器的小信号增益最高可达______。 A. 40 dB左右 B. 30 dB左右 C. 20 dB左右 D. 10 dB左右 8) 对于2.048 Mb/s的数字信号，1 UI的抖动对应的时间为______。 A. 488 ns B. 2048 ns C. 488 μs D. 2048 μs 9) 通常,影响光接收机灵敏度的主要因素是______。 A. 光纤色散 B. 噪声 C. 光纤衰减 D. 光缆线路长度 10) 在薄膜波导中，导波的基模是______。 A. TE0 B. TM0 C. TE1 D. TM1 2. 写出下列缩写的中文全称（共10分，每题1分） 1)GVD (群速度色散) 2)STS (同步转移信号) 3)ISDN (综合业务数字网) 4)AWG (阵列波导光栅) 5)OC (光载波) 6)WGA (波导光栅路由器) 7)GIOF (渐变折射率分布) 8)OTDM (光时分复用) 9)SCM副载波调制（SCM，Subcarrier modulation）。首先用信息信号调制一个比基带信号最高频率高几倍的载波，然后用该载波信号再去调制光波。因为信号是用光波传输的，载波对光波而言只扮演着副载波的作用，所以这种技术就称为副载波调制。 10)DBR (分布布拉格反射) 2.OTDR光时域反射仪OTDR（Optical Time Domain Reflectometer).OTDR是利用光线在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产生的背向散射而制成的精密的光电一体化仪表。 3.光孤子通信 光孤子通信是一种全光非线性通信方案，其基本原理是光纤折射率的非线性（自相位调制）效应导致对光脉冲的压缩可以与群速色散引起的光脉冲展宽相平衡，在一定条件（光纤的反常色散区及脉冲光功率密度足够大）下，光孤子能够长距离不变形地（在传播过程中形状、幅度和速度都维持不变）在光纤中传输。 4.粒子数反转分布 在热平衡状态下，粒子数按能态的分布遵循玻耳兹曼分布律：处于高能态的原子数N2总是远少于处于低能态的原子数N1（N1 >> N2），并且能级间距越大，两能级上原子数的这种 实验一用户电话接口实验 一、实验目的 1、掌握用户电话接口电路的主要功能 2、了解实现用户接口电路功能芯片Am79R70的主要性能和特点 二、实验内容 1、掌握用户线接口电路的主要功能 2、了解Am79R70的结构和工作原理 3、了解电话接续的原理及其各种语音控制信号的波形 三、实验仪器 1、ZY1804I型光纤通信原理实验系统 1台 2、20MHz 双踪数字示波器 1台 3、电话机 2部 4、连接导线 20根 四、实验原理 1、用户线接口电路功能及其作用 在现代通信设备与程控交换中，由于交换网络不能通过铃流、馈电等电流，因而将过去在公用设备（如绳路）实现的一些功能放到“用户电路”来实现。 在程控交换机中，用户电路也可称为用户线接口电路（Subscriber Line Interface Circuit—SLIC）。根据用户电话机的不同，用户接口电路可分为模拟用户电话接口电路和数字用户电话接口电路。模拟用户电话接口电路与模拟电话相连，数字用户电话接口电路和数字终端相连（如ISDN），而在此实验箱中采用模拟用户电话接口电路。 模拟用户线接口电路在实现时最大的压力应是能承受馈电、铃流和外界干扰等高压大电流的冲击，过去都是采用晶体管、变压器、继电器等分立元件构成，但随着微电子技术的发展，各种集成的SLIC相继出现，他们大都采用半导体工艺或是薄膜、厚膜会合工艺，性能稳定，价格低廉，已实现了通用化。 在程控交换机中模拟用户接口电路一般要具有B（馈电），R（振铃），S（监视），C（编译码），H（混合）， T（测试），O（过压保护）七项功能。具体含义是： 1、馈电（B-Battery feeding）：向用户话机馈送直流电流。通常要求馈电电压为-48V，环路电流不小于18mA。 2、过压保护（O-Overvoltage protection）：防止过压过流冲击损坏电路和设备。 3、振铃控制（R-Ringing Control）：向用户话机馈送铃流，通常为25Hz/75Vrms正弦波。 4、监视（S-Supervision）：监视用户线的状态，检测话机摘机、挂机与拨号脉冲灯信号已送往控制网络和交换网络。 5、编解码与滤波（C-CODEC/Filter）：在数字交换中，它完成模拟话音与数字码间的转换。编译码通常采用PCM码的方式，其编码器（Coder）和译码器（Decoder）统称为CODEC。相应的防混叠与平滑低通滤波器的带宽范围为：300Hz~3400Hz，编码速率为64Kb/s。 6、混合（H-Hybird）：完成二线与四线的转换功能，即实现模拟二线双向信号与PCM发送和接收数字四线信号之间的分离。 7、测试（T-Test）：对用户电路进行测试。 模拟用户接口电路的结构如图所示： 图1-1 模拟用户接口电路框图 2、用户线接口电路 在本实验箱中，用户线接口电路芯片选用Legerity公司生产的模拟用户线接口芯片Am79R70。Am79R70是一种功能较强的用户线接口芯片，它除了拥有用户接口电路常用的7种功能中的6种外，还拥有电流限制、挂机传输、极性反转、tip开路和环路检测等功能。其内部电路结构原理框图如下： 实验1 数字发送单元指标测试实验 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。 15.将P1，P0代入公式2-1式即得1310nm数字光纤传输系统消光比。 16.重复9-15步，调节电位器W101，调节驱动电流大小为下表中数值时，测得的平均光功率及消 光比填入下表。 光纤通信试题 1、为什么说1970年成为光纤通信发展的一个重要里程碑？ 2、电缆通信和微波通信的载波是电波，光纤通信的载波是光波。虽然光波和电波都是电磁波，但是频率差别很大。画出电波和光波的频率、波长分配示意图。 3、光纤通信的优点有哪些？ 4、光发射机的功能是什么？ 光发射机的功能是把输入电信号转换为光信号，并用辗合技术把光信号最大眼度地注入光纤线路。光发射机由光源、驱动器和调制器组成，光源是光发射帆的核心。光发射机的性能基本上取决于光源的持性，对光源的要求是输出光功率足够大，调制频率足够高，谱线宽度和光束发散角尽可能小，输出功率相波长稳定，器件寿命长。 5、目前光纤通信中广泛使用的光源有哪些？ 半导体发光二极管(LED)和半导体激光二极管(或称激光器)(LD)，以及谱线宽度很小的动态单纵模分布反馈(DFB)激光器。有些场合也使用固体激光器。 6、直接调制和间接调制(或称外调制)光发射机的性能差别如何？ 直接调制是用电信号直接调制半导体激光器或发光二极管的驱动电流，使输出光随电信号变化而实现的。这种方案技术简单，成本较低，容易实现，但调制速率受激光器的频率特性所限制。外调制是把激光的产生和调制分开，用独立的调制器调制激光器的输出光而实现的。目前有多种调制器可供选择，最常用的是电光调制器。这种调制器是利用电信号改变电光晶体的折射宰，使通过调制器的光参数随电信号变化而实现调制的。外调制的优点是调制速率高，缺点是技术复杂，成本较高，因此只有在大容量的波分复用和相干光通信系统中使用。 7、目前广泛使用的光检测器有哪两种类型？简述它们的性能差别。 在半导体PN结中加入本征层的PIN光电二极管(PIN—PD)和雪崩光电二极管(APD)。 8、数字光纤通信系统与模拟光纤通信系统相比具有哪些优点 ①抗干扰能力强，传输质量好。在模拟通信系统中，噪声叠加在信号上，两者很难分开，放大时噪声和信号一起放大，不能改善因传输而劣化的信噪比。数字光纤通信采用二进制信号，信息不包含在脉冲波形中，而由脉冲的“有”和“无”表示。因此，一般噪声不影响传输质量，只有在抽样和判决过程中，当噪声超 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 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。 OptiSystem实验 一、OptiSystem简介 OptiSystem是一款创新的光通讯系统模拟软件包，它集设计、测试和优化各种类型宽带光网络物理层的虚拟光连接等功能于一身，从长距离通讯系统到LANS 和MANS都适用。OptiSystem有一个基于实际光纤通讯系统模型的系统级模拟器，并具有强大的模拟环境和真实的器件和系统的分级定义。它的性能可以通过附加的用户器件库和完整的界面进行扩展，从而成为一系列广泛使用的工具。全面的图形用户界面提供光子器件设计、器件模型和演示。丰富的有源和无源器件库，包括实际的、波长相关的参数。参数扫描和优化允许用户研究特定的器件技术参数对系统性能的影响。OptiSystem满足了急速发展的光子市场对于一个强有力而易于使用的光系统设计工具的需求，深受系统设计者、光通信工程师、研究人员的青睐。 OptiSystem软件允许对物理层任何类型的虚拟光连接和宽带光网络的分析，从远距离通讯到MANS和LANS都适用。它可广泛应用下列场合： 1．物理层的器件级到系统级的光通讯系统设计； 2．CATV或者TDM?WDM网络设计； 3．SONET?SDH的环形设计； 4．传输装置、信道、放大器和接收器的设计； 5．色散图设计； 6．不同接受模式下误码率（BER）和系统代价（Penalty）的评估； 7．放大系统的BER和连接预算计算。 实验1 OptiSystem快速入门：以“激光外调制”为例 一、实验目的 1、掌握软件的简单操作 2、了解软件的元件库 3、掌握建立新的project（新的工作界面） 4、掌握搭建系统：将元件从元件库中拖入project、连线、搭建系统 5、掌握设置参数 6、掌握软件的运行、观察结果、导出数据 二、实验过程 1.建立一个新文件。（File>New） 2.将光学器件从数据库里拖入主窗口进行布局. 3.光标移至有锁链图标出现时，进行连线。（如图1所示） 4．设置连续波激光器参数。 （1）点击frequency>mode, 出现下拉菜单，选中script。 （2）在value中输入数据并作评估。 （3）点击单位，选择“THZ”，点击OK 回主窗口。（如图2所示） 课程教案 （2015—2016学年第二学期） 课程名称：光纤通信 授课学时： 44学时 授课班级：电子信息工程13级 任课教师： 教案（首页） 第2章光纤与光缆 （一）教学内容： 基本光学定律和定义，光纤模式和结构，光纤波导传输的基本原理，圆波导的模式理论，单模光纤的基本原理，光纤材料和制造基本原理。 重点：光纤模式和结构，光纤波导传输的基本原理，单模光纤的基本原理，光 纤材料和制造基本原理。 难点：圆波导的模式理论 （四）概述 对光纤的结构和分类做简单介绍,对光纤的导光原理采用射线法和标量近似解法进行重点分析。对单模光纤的结构特点、主模及单模传输条件进行讨论。介绍光纤的传输特性及特殊光纤。 教学环节教学过程 引言 本章课程的讲授 在整个通信技术的发展中传输介质始终是人们需要不断研究和改进的课题，光通信从19世纪前就已得到应用，但由于没有找到合适的传输介质，使得光通信无法充分发挥其优点。1966年英籍华人科学家C.K.Kao发表论文提出可以利用纯度极高的石英玻璃作为传输煤质来传送光信号，从而拉开了光纤通信技术飞速发展的序幕（C.K.Kao博士也因此成就获得2009年Nobel物理学奖）。近半个世纪来，人们对光纤的结构、制造工艺不断改善，使得光纤的传输性能越来越优良，光纤已经成为现代长途干线网络信息传输的首选传输介质。 本章将对光纤进行详细的讨论，使学生对光纤通信课程建立较好的基本理解。 在讲授基本内容之前请学生回答自己对实际生活中所接触的光纤光缆的认识和理解，大家在什么地方用过光纤呢？家里或宿舍上网时信息是通过什么进行传输或如何进行传输的呢？通过提问对学生进行较好的引导，让学生上课时很快提高兴趣。 2.1 光纤的结构和分类 2.1.1 光纤的结构 光纤有不同的结构形式。目前，通信用的光纤绝大多数是用石英材料做成的横截面很小的双层同心玻璃体，外层玻璃的折射率比内层稍低。折射率高的中心部分叫做纤芯，其折射率为，直径为2a；折射率低的外围部分称为包层，其折射率为，直径为2b。 让学生自行思考为何要采用这种结构？提问！强调纤芯和包层的折射率很接近、差值不能太大。 采用芯包结构的目的： （1）进行全反射，减小散射损耗。 （2）增加纤芯的机械强度。 （3）保护纤芯不受外界的污染。 1 n 2 n 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。光纤通信实验报告2012301200003
光纤通信的优点
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