光纤通信期末复习题

一、填空题（每空1分，把答案写在答题纸上，共60分）

1、目前使用的石英光纤有单模光纤和多模光纤，单模光纤的传输特性比多模光纤好，价格比多模光纤便宜，因而得到更广泛的应用。

2、基本光纤传输系统包括光发射机、光纤线路和光接收机，若配置适当的光器件，可以组成传输能力更强、功能更完善的光纤通信系统。例如，在光纤线路中插入光纤放大器组成光中继长途系统，配置波分复用器和解复用器，组成大容量波分复用系统，使用耦合器或光开关组成无源光网络，等等。（1016）

3、光发射机把电信号转换为光信号的过程(简称为电/光或E/O转换)，是通过电信号对光的调制实现的。对光的调制可分为直接调制和间接调制(或称外调制) 两种方案。其中直接调制方案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。(P9)

4、mBnB码是把输入的二进制原始码流进行分组，每组有m个二进制码，记为mB，称为一个码字，然后把一个码字变换为n个二进制码，记为nB，并在同一个时隙内输出。这种码型是把mB变换为nB，所以称为mBnB码，其中m和n都是正整数，n>m，一般选取n= m+1。( P90)

5、半导体激光二极管比发光二极管的输出（功率大）（光发散角）小，（2012）。

6、一光纤的纤芯折射率是1.52，包层折射率是1.45，则其数值孔径为0.46。（2017）

7、SDH网络的拓扑元件分为三种，即层网络、子网和链路。(2030)

8、模拟光纤传输系统目前使用的主要调制方式有模拟基带直接光强调制、模拟间接光强调制和频分复用光强调制三种。（2039）

9、单模光纤配合LD光源适合大容量长距离光纤传输系统，而小容量短距离系统用多模光纤配合LED光源更加合适。（1003）

10、全光通信网是在现有的传送网上加入光层，在光上进行分插复用(OADM)和交叉连接(OXC)，目的是减轻电结点的压力。由于WDM全光网络能够提供灵活的波长选路能力，又称为波长选路网络。（1008）

11、目前常用的光检测器有两种：一种是在PN结中参杂浓度很低的本征半导体的PIN光电二极管和雪崩光电二极管(APD)。在光接收机灵敏度要求较高的场合一般采用APD。（1015）

12、光波分复用(WDM)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。（1035）

13、模／数转换目前普遍采用脉冲编码调制(PCM)方式，这种方式是通过对模拟信号进行抽样、量化和编码而实现的。一路话音转换成传输速率为64kb／s的数字信号，然后用数字复接器把24路或30路PCM信号组合成1.544Mb／s或2.048Mb／s的一次群甚至高次群的数字系列, 最后输入光发射机。(1038)

14、单模光纤的损耗机理包括吸收损耗和散射损耗两部分。

15、光纤损耗测量有两种基本方法：一种是测量通过光纤的传输光功率，称剪断法和插入法；另一种是测量光纤的后向散射光功率，称后向散射法。

16、目前常用的光检测器有PIN光电二极管和雪崩光电二极管(APD)。

17、基本光纤通信系统必须包括：发射机、接收机、光纤

18、光纤的损耗在很大程度上决定了系统的传输距离。

19、中继距离受光纤线路损耗和色散(带宽)的限制，明显随传输速率的增加而减小。

20、与APD光电二极管相比，PIN光电二极管使用简单，但灵敏度较低。

1、在光纤通信系统中，从电端机输出的是适合于电缆传输的（电信号）。光源不可能发射

负光脉冲，因此必须进行（码型变换），以适合于数字光纤通信系统传输的要求。数字光纤通信系统普遍采用二进制二电平码，即“（有光脉冲）”表示“１”码，“（无光脉冲）”

表示“0”码。

2、和激光器相比，发光二极管输出光功率（较小），谱线宽度（较宽），调制频率（较低）。

但发光二极管性能稳定，寿命长，输出光功率线性范围宽，而且制造工艺简单，价格低廉。

因此，这种器件在（小容量短距离传输）系统中发挥了重要作用。

3、已经实际应用的3类WDM光栅分别是（布喇格光栅）、（。。。）、（。。。）。

4、散射损耗与主要由（瑞利）散射和由（光纤结构缺陷引起）散射产生的。

5、光交换主要有三种方式，（时分 ）、（空分 ）和（波分 ）。

6、我国的PDH 3次群和4次群光纤通信系统最常用的线路码型是（ 5B6B ）码。

7、光电二极管(PD)把光信号转换为电信号的功能，是由半导体PN 结的（光电效应 ）实现的。

8、物质原子中，存在许多能级，最低能级E1称为基态，能量比基态大的能级EJ(J ＝2，3，4…)称为激发态。电子在低能级的基态和高能级的激发态之间的跃迁有三种基本方式:（受激吸收 ）,（受激辐射 ）和（自发辐射 ）。

9、光纤损耗测量中，在满注入或欠注入的条件下，被测短光纤的长度要（等于或大于 ）光纤耦合长度，才能获得稳态模式分布。

10、LED 和LD 工作原理的本质区别为前者是（自发辐射 ），后者是（受激辐射 ）。

11、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。

12、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（155.520Mb/s ）；4个STM-1同步复接组成STM-4，传输速率为（ 622.080Mb/s ）, 16个STM-1组成STM-16，传输速率为（1488.320 Mb/s ），以此类推。

13、实用光纤主要有三种基本类型，突变型多模光纤一般纤芯直径2d ＝（30-80um ）。渐变型多模光纤一般纤芯直径2α为（50um ）。 模光纤，纤芯直径只有（8-10um ）。

14、理想单模光纤没有模式色散，只有（材料色散 ）和（波导色散 ）。总称为（色度色散 ），常简称为色散，它是时间延迟随（波长 ）变化产生的结果。

15、数字光接收机最主要的性能指标是（色散 ）和（灵敏度 ）。

16、目前光纤通信常用的波长为（1310nm ）和（1550nm ）。

17、导引模的截止条件是=β（n2k ），此时介于传输模式和辐射模式的临界状态，这个状态也称为模式截止。

18、光纤通信的长波长窗口波长是（ 1310nm ），（1550nm ），短波长窗口波长是（ 850nm ）。 。

一、判断题（正确的打√，错误的打×。每题1分， 共20分）

×1、突变型多模光纤具有自聚焦效应.

×2、G.653光纤是模式位移光纤.

3、LD 的张弛振荡和自脉动现象严重限制系统传输速率和通信质量。

×4、光纤通信的发展方向是采用石英多模光纤。

5、电缆，波导管和光纤的低损耗频率窗口各不相同。

×6、石英光纤在1.3m μ和1.5m μ波长的传输损耗值完全一样。

×7、模／数转换目前普遍采用脉冲编码调制(PCM)方式，这种方式是通过对模拟信号进行抽样、量化和编码而实现的。一路话音转换成传输速率为8 kb ／s 的数字信号。

8、外调制最常用的是电光调制器。

×9、相对折射率差对光能量束缚在纤芯的能力和信息传输容量没有影响。

×10、色散对光纤传输系统的带宽没有影响。

×11、LD 激光振荡对相位条件没要求。

12、激光束的空间分布在近场和远场总是一样的。(不确定)

13、APD 和PIN-PD 分别应用于要求不同的场合。

14、光隔离器通常采用偏振器实现光隔离。

15 mBnB 码是把输入的二进制原始码流进行分组，每组有m 个二进制码，记为mB ，称为

一个码字，然后把一个码字变换为n 个二进制码，记为nB ，并用n/m 倍速率输出。（ ） ×16 PCM 调制方式把一路话音转换成传输速率为8kb/s 的数字信号。（ ）

×17 对于多路模拟电视传输，可用摄像机把图像转换为6MHz 的模拟基带信号后同时直接

输入光发射机。（ ）

18 直接调制半导体激光器比直接调制发光二极管线性更好。（ ）

×19 石英光纤低损耗“窗口”中心波长在980nm 、 1060nm 和1310nm 附近。（ ）

×20 光纤大容量数字传输目前都采用同步时分复用(TDM)技术，复用又分为若干等级，因而

先后有两种传输体制：TDM 和WDM 。（ ）

×1、对于给定的光纤，当波长为650nm 时，是多模传输，当波长为1550nm 时，也一定是多模传输？

2、在电于和空穴扩散过程中，导带的电子可以跃迁到价带和空穴复合，产生自发辐射光。

3、由于光纤和半导体激光器的技术进步，使1970年成为光纤通信发展的一个重要里程碑。 ×

4、电缆通信、微波通信和光纤通信的载波都是电磁波，没有任何区别。

×5、光纤通信系统的容许频带(带宽)与光源无关。

6、信息在光纤中传输非常安全。

7、光源是光发射机的核心。

8、目前光纤通信中广泛使用的光检测器是PIN 光电二极管(PIN —PD)和雪崩光电二极管(APD)。

×9、光纤的数值孔径NA 与纤芯和包层的折射率无关。

×10、光缆松套管内的光纤不受任何拉力或压力的作用。

×11、FP-LD 的谱线宽度与驱动电流无关。

12、DFB 激光器与F-P 激光器相比谱线宽度更窄。

13、波分复用器和解复用器可以采用同一种器件。（不确定）

14、我国PDH 的基础速率为2.048Mb ／s 。

15 对于数字电话传输，目前我国采用的脉冲编码调制(PCM)方式是通过对模拟信号进行抽

样、量化和编码而实现的。（ ）

×16 PDH 一次群速率为8×8×30kb/s 。（ ）

×17 光发射机把电信号转换为光信号的过程(简称为电/光或E/O 转换)，只能通过电信号对半

导体发光器件的调制来实现。（ ）

×18 设纤芯和包层的折射率分别为n 1和n 2，纤芯和包层的相对折射率差Δ越大，把光能量束缚在纤芯的能力越强，信息传输容量越大。（ ）

×19 目前，适合于光纤通信系统应用的光检测器是半导体光敏电阻。（ ）

×20 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

STM1，传输速率为(261+9)×9×8 Kb/s 。（ ）

二、简答题（每题5分，共80分）

1、光纤通信发展的第一个重要里程碑是哪年？为什么？ P2

2、电缆通信、微波通信和光纤通信的载波有何区别？ P4

3、光纤通信系统的容许频带(带宽)取决于哪些因素？P5

4、为什么信息在光纤中传输非常安全？P7

5、光发射机的功能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。光发射机由哪3部分组成？什么是光发射机的核心？ P10

6、目前光纤通信中广泛使用的光检测器有哪两种类型？ APD;PIN

7、均匀光纤芯与包层的折射率分别为：50.11=n ，45.12=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 ＝? P17

8、在工程应用中，为什么光缆松套管内的光纤要留有一定的余长?P36

9、图3.7是FP-LD 的光谱特性，简述模式及谱线与电流的关系.

10、DFB 激光器与F-P 激光器相比。具有什么优点？P57

11、波分复用器和解复用器的功能如何？P150

12、简述右图所示LED 光发射机中121,,C R R 的作用。

R1限流，没有R1电压直接加到了三极管上引起Ib 过大；

R2限流；C1改善频率特性，使回路的时间常数变小

13、光接收机的灵敏度是如何定义的？p89

14、准同步数字系列PDH 有哪两种基础速率？

p102

15、试画出SDH 帧的一般结构。P106

16、根据右图光纤放大器增益和吸收曲线，若

要放大m μ56.1~54.1的光信号，选择什么波长

的泵浦光源较好？为什么？

波长小于1.52UM 即可

1、光纤通信的发展可以粗略地分为哪三个阶

段？

（不做）2、电缆，波导管和光纤的低损耗频率窗口是什么频率范围？

3、石英光纤在 1.3m μ和 1.5m μ波长的传输损耗值分别为什么范围?0.5~1dbm/km;0.20~0.5dbm/km

4、模／数转换目前普遍采用脉冲编码调制(PCM)方式，这种方式是通过对模拟信号进行抽样、

量化和编码而实现的。一路话音转换成传输速率为多少的数字信号？如何计算？

5、外调制是怎么工作的？画出原理框图。P10

6、相对折射率差对光能量束缚在纤芯的能力和信息传输容量的影响如何？

折射率差越大，光能量束缚在纤芯的能力越强，信息传输容量越小

7、色散对光纤传输系统的影响如何？p27

8、LD 激光振荡的相位条件是什么？p51

9、激光束的空间分布用近场和远场来描述，试解释什么是近场和远场。P54

10、APD 和PIN-PD 分别应用于什么场合？高速远距离光纤通信（APD ）….

11、光隔离器中有一个空间分离偏振器SWP ，这个SWP 的作用是什么？p72

12、什么是LD 的“结发热效应”？p83

13、在光纤数字通信系统中，选择码型时应考虑哪几个因素?p93

14、试画出SDH 传输网的典型拓扑结构。

15、设系统平均发射功率dBm P t 3-=，接收灵敏度dBm P

r 42-=，设备余量dB M e 3=，连接器损耗dB c 3.0=α/对，光纤损耗系数km dB f /35.0=α, 光纤余量km dB m /1.0=α，每km 光纤平均接头损耗km dB s /03.0=ααs =0.03 dB/km ，求损耗限制中继距离。P119

16、指出下图中各光纤放大器的作用。

1、画出带中继的光纤通信系统组成方框图。

2、设系统平均发射功率PT=-3dBm,接收灵敏度PR=-42dBm,设备余量＝3dB ，连接器损耗＝0.3dB/对，光纤损耗系数0.35DB/KM,光纤余量＝0.1dB/km, 每千米光纤接头损耗为0.03dB/km, 求中继距离.

3、什么是PIN 的量子效率，如何提高其量子效率？p62

4、数字光接收机的主要作用是什么？主要由哪几部分组成？p85

5、 影响光纤损耗的因素是什么？

6、SDH 帧大体可分为哪三个部分？并画出SDH 帧的一般结构图。

7、试说明APD 和PIN 在性能上的主要区别。（1028）

(不做)8、相干检测的解调方式有两种：同步解调和异步解调。用零差检测时，光信号直接被解调为基带信号．要求本振光的频率和信号光的频率完全相同，本振光的相位要锁定在信号光的相位上，因而要采用同步解调。同步解调虽然在概念上很简单，但是技术上却很复杂。用外差检测时，不要求本振光和信号光的频率相同，也不要求相位匹配，可以采用同步解调，也可以采用异步解调。同步解调要求恢复中频IF ω (微波频率)，因而要求一种电锁相环路。异步解调简化了接收机设计，技术上容易实现。试画出同步解调和异步解调原理方框图。

9、 举例说明光滤波器的三种应用，画出原理图。P154

1、数字光接收机的主要作用是什么？主要由哪几部分组成？

2、为什么说光纤传输系统具有信息安全性。

3、简述数字光纤通信系统在技术上设计的主要问题？并说明解决这一问题的3种解决方法？p116

4、图2.24是后向散射功率曲线的示例，说出图中a-e的意义。

5、什么是半导体激光器的“结发热效应”?

6 填空补缺p9

7 、LD组件如图3.18所示,请说明图中光隔离器的作用.

8、设激光器的高能级和低能级的能量各为E2和E1，频率为f ，相应能级上的粒子密度各为

N2和N1。试计算：p49

1)当f ＝3000 MHz ，T ＝300K 时，N2／N1＝?

2)当λ＝1μm ，T ＝300 K 时，N2／N1＝？

3)当λ＝1μm ，若N2／N1＝0.1，环境温度T ＝?(按玻尔兹曼分布规律计算)

9 简述光纤的三类主要特性参数。P39

1、 简述光纤通信的六大优点，要求举例说明。

2、 设光纤通信系统的比特率是光载波频率的1%，试计算1550nm 波长的光纤通信比特率，此

比特率下至少能传输多少路数字电话？

3、 均匀光纤，若1 1.50, 1.550n m λμ==，试计算

(1)若0.25?=，为了保证单模传输，其芯半径应取多大？

(2)若取5a m μ=，为保证单模传输，?应取多大?

4、光纤损耗产生的原因及其危害是什么？

5、试说明APD 和PIN 在性能上的主要区别。

6、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 的哪个参数? 简述功率自动控制过程。P82

7、光纤数字通信系统的线路码型有哪些？这些码型的特点是什么?p94

8、简述PDH 和SDH 的特点。

9、以140 Mb/s 单模光纤通信系统为例。设系统平均发射功率Pt=-3 dBm, 接收灵敏度Pr=-42 dBm ，设备余量Me=3 dB ，连接器损耗αc=0.3dB/对，光纤损耗系数αf=0.35 dB/km, 光纤余量αm=0.1 dB/km ，每km 光纤平均接头损耗αs=0.03 dB/km ，计算中继距离。

1、 简述光纤通信网的发展趋势。

2、均匀光纤芯与包层的折射率分别为：121.50, 1.45n 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1m 长的光纤上，由子午线的光程差所引起的最大时延差max ?τ=

3、光纤色散产生的原因及其危害是什么？p27

4、半导体激光器(LD)有哪些特性?p53

5、 激光器(LD)产生张弛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?p80

6、为什么光接收机的前置放大器多采用跨阻型?

7、已测得某数字光接收机的灵敏度10r P W μ=，求它的dBm 值，3dB 耦合器的输出光功率分

配如何?试加以解释。

8、 与PDH 相比， SDH 具有什么特点？要求举例说明。