《光纤通信》期末复习材料

1、请画出数字光接收机的组成框图并说明各部分的作用。

①光检测器：实现光/电转换的关键器件

②前置放大器和主放大器：将微弱的电信号放大，前置放大器是低噪放大器，主放大器一般是多级放大器

③滤波器：滤掉无用的干扰信号

④判决电路和时钟恢复电路共同组成再生电路，把放大器输出的升余弦波形恢复成数字信号，以消除码间干扰，减少误码率。

2、请画出EDFA的组成框图并简要说明各部分功能及其工作原理。

①波分复用器的功能是将980/1550nm或1480/1550nm波长的泵浦光和信号光合路后送入掺铒光纤；

②光隔离器的作用是使光的传输具有单向性，防止光反射回原器件；

③光滤波器的作用是滤掉光放大器中工作带宽之外的噪声，以提高系统的信噪比

④掺铒光纤是充当光放大的工作物质；

⑤泵浦源产生泵浦光，使泵浦光中的掺铒光纤处于粒子反转状态。

工作原理：利用复用器把泵浦光与信号光送入掺铒光纤，在泵浦源作用下产生受激吸收产生电子—空穴对，使掺铒光子数处于反转分布状态，在泵浦源的作用下产生受激辐射发生全同光子。

3、光放大器与光再生中继器有和异同？

相同点：①都有光放大的作用；②输入小，输出大

不同点：①结构不同：光放大器是去掉谐振腔的激光器（激活物质和激励源）；光再生中继器是由光接收机和光发送机构成

②原理不同:光放大器原理是光—光；光再生中继器原理光—电—光

③放大效果不同：光再生中继器放大过程中消除了干扰和噪声；光放大器没有消除干扰和噪声，同样会放大干扰和噪声。

④应用不同：光放大器应用于1.线路放大器2.前置放大器3.功率放大器;光再生中继器只应用于线路放大器。

⑤待放大光信号要求不同：光再生中继器实现单个波长光放大；光放大器实现某个范围内的波长光放大。

5、请比较LD和LED的特点有何异同。

LED输出光功率较小、谱线宽度较宽、调制频率较低，性能稳定、寿命长、使用简单、输出光功率线性范围宽，而且制造工艺简单、价格低廉，和多模光纤耦合用于1.31um或0.85um波长的小容量、短距离的光通信系统；LD和单模光纤耦合用于1.31um或1.55um波长的大容量、长距离的光通信系统。

7、光纤通信的两个基本问题是什么？请说明它们对光纤通信有什么影响？光纤通信的基本问题是衰减和色散。衰减指的是光信号功率在光纤传输过程中的损耗，衰减在很大程度上决定了在无需信号放大和再生的条件下，光发射机和光接收机之间所允许的最大距离。色散是由于光波中的不同频率分量在以不同的速度传输而产生不同的时间延迟的一种物理效应。色散导致光纤中的光信号在传输过程中产生失真并随着传输距离的增加越来越严重。对数字传输而言，色散造成光脉冲的展宽，致使前后脉冲相互重叠，引起数字信号的码间串扰，造成误码率增加；对模拟传输而言，它会限制带宽，产生谐波失真，使得系统的信噪比下降。正是衰减和色散在很大程度上决定了光纤

通信系统的通信容量即比特率距离积。

8、请画出光发送机的组成框图并说明各部分的作用

①光源的作用是把传输的电信号转换成光信号并发射出去

②输入接口及线路编码的作用是将输入的PCM（脉冲编码调制）脉冲进行整形，变成NRZ（不归零）码来调制光源和外调制电路。

③调制电路是将电信号加载到光源的发射光束上，分为直接调制和间接调制。

④控制电路是控制功率和控制温度，以保证输出光功率有足够的稳定性。

10、画出光纤通信系统的组成框图并说明每一部分的作用

①电发射机把基带信号转换为适合信道传输的信号。

②电接收机的功能是把电信号转为基带信号，最后由信息宿恢复用户信息

③光发射机的功能是把发射部分输入的电信号转为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。

④光纤线路的功能是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。

⑤光接收机的功能是把光纤线路输出，产生畸变和衰减的微弱信号转换为电信号，并经过放大和处理后恢复成发射前的电信号。

11、请画图说明光与物质的相互作用

光与物质的相互作用包括受激吸收、自发辐射、受激辐射三种物理过程。

①在正常状态下，电子通常处于低能级E1，在入射光的作用下，电子吸收光子的能量后跃迁到高能级E2，产生光电流，这种跃迁称为受激吸收——光电检测器。

②处于高能级E2 上的电子是不稳定的，即使没有外界的作用，也会自发地

跃迁到低能级E1 上与空穴复合，释放的能量转换为光子辐射出去，这种跃迁称为自发辐射——发光二极管。

③在高能级E2上的电子，受到能量为hf的外来光子激发时，被迫跃迁到低能级E1 上与空穴复合，同时释放出一个与激光发光同频率、同相位、同方向的光子（称为全同光子）。由于这个过程是在外来光子的激发下产生的，所以这种跃迁称为受激辐射——激光器。

9.波分复用通信系统的组成框图及实现原理

在发送端采用波分复用器将不同规定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输；在接收端再由一波分复用器将这些不同波长承载不同信号的光载波分开。由于不同波长的光载波信号可以看做是相互作独立的，从而在一根光纤中可以实现多路光信号的复用输出。