《光纤通信》作业(2016.1.28)2

《光纤通信》作业（2016.1.30）

1.1 光纤通信有哪些特点？

1、光纤通信的优点：

（1）传输容量大。（2）传输损耗小，中继距离长。（3）信号泄漏小，保密性好。（4）节省有色金属。（5）抗电磁干扰性能好。（6）重量轻，可挠性好，敷设方便。

2、光纤通信的缺点：

（1）抗拉强度低。（2）连接困难。（3）怕水。

1.2 简述光纤通信系统的主要组成部分。

光纤通信系统的主要组成部分为：（1）光纤光缆、（2）光源（光发送机）、（3）光检测器（光接收机）、（4）无源器件、（5）光放大器（光中继器）。

1.4为什么使用石英光纤的光纤通信系统中，工作波长只能选择850nm、1310nm、1550nm三种？

由于目前使用的光纤均为石英光纤，而石英光纤的损耗——波长特性中有三个低损耗的波长区，即波长为850nm、1310nm、1550nm三个低损耗区。为此，光纤通信系统的工作波长只能是选择在这三个波长窗口。

2.1 光纤传输信号产生能量衰减的原因是什么？光纤的损耗系数对通信有什么影响？

1、光纤产生能量衰减的原因包括：（1）吸收、（2）散射和（3）辐射。

2、光纤的损耗系数会导致信号功率损失，造成信号接收困难。

2.2 在一个光纤通信系统中，光源波长为1550nm，光波经过5km长的光纤线路传输后，其光功率下降了25%，则该光纤的损耗系数为多少？

2.3 光脉冲在光纤中传输时，为什么会产生瑞利散射？瑞利散射损耗的大小与什么有关？

瑞利散射是由于光纤内部的密度不远匀引起的，从而使折射率沿纵向产生不均匀，其不均匀点的尺寸比光波波长还要小。光在光纤中传输时，遇到这些比波长小，带有随机起伏的不均匀物质时，改变了传输方向，产生了散射。

2、瑞利散射损耗的大小与成正比。

2.4 光纤中产生色散的原因是什么？色散对通信有什么影响？

1、光纤的色散是由于光纤中所传输的光信号不同的频率成分和不同模式成分的群速度不同而引起的传输信号畸变的一种物理现象。

2、色散会导致传输光脉冲的展宽，继而引起码间干扰，增加误码。对于高速率长距离光纤通信系统而言，色散是限制系统性能的主要因素之一。

2.5 光纤中色散有几种？单模传输光纤中主要是什么色散？多模传输光纤中主要存在什么色散？

1、从产生机理而言，光纤中的色散主要包括：（1）材料色散、（2）波导色散和（3）模式间色散。

2、单模光纤中主要是波导色散。

3、多模光纤中主要是模式间色散。

注：偏振模色散可以理解为是：特殊的模式色散，但在速率较低的系统中影响较小。

2.8 何谓模式截止？光纤单模传输的条件是什么？单模光纤中传输的是什么模式？其截止波长为多大？阶跃折射率光纤中线性极化模LP11模对应的是什么矢量模？

1、对每一个传播模来说，在包层中它应该是衰减很大，不能传输。如果一个传播模，在包层中不衰减，也就是表明该模是传过包层而变成了辐射模，则就认为该传播模被截止。

所以一个传播模在包层中的衰减常数W=0时，表示导模截止。

2、单模光纤传输条件：归一化频率V≤2.405

3、单模光纤中传输的是LP01模，对应的矢量模是HE11模。

4、截止波长由下式计算：

5、LP11模对应的矢量模是：TE01, TM01, HE21。

3.1 比较半导体激光器（LD）和发光二极管（LED）的异同。LD有哪些特性？LED有哪些特性？

1、（1）、相同点：LD和LED都可以用作通信光源。

（2）、不同点：LD原理是受激辐射，而LED是自发辐射。

2、LD有以下特性：LD是阈值器件，需要较完善的驱动和外围的电路，其发出的光谱线窄，适宜于高速率系统。

3、LED有以下特性：LED没有阈值，结构简单，但其谱线较宽，适用于要求较低的场合。

3.2 为什么LD要工作在正向偏置状态？何谓激光器的阈值电流？激光器的阈值电流与激光器的使用温度、使用时间有什么关系？

1、LD加正向偏置电压用以克服PN结中自建场的影响，从而降低势垒，以形成粒子数反转分布。

2、激光器阈值电流是指：满足克服谐振腔内损耗而产生激光的最小的外加激励电流。

3、激光器的阈值电流与温度和使用时间成正比关系。

3.4 已知半导体材料GaAs（镓砷）的禁带宽度Eg=1.43ev，InGaAsP（铟镓砷

磷）的Eg=0.96ev，分别求由这两种材料组成的半导体激光器的发射波长。（普朗克常数h=6.626×10-34J·S，1ev＝1.6×10-19J）

1、（1）镓砷GaAs组成的半导体激光器的发射频率为：

（2）、发射波长为：

2、（1）铟镓砷磷InGaAsP组成的半导体激光器的发射频率为：

（2）发射波长为：

3.6 在光纤通信系统中对LD驱动电路和偏置电路有什么要求？在LD驱动电路中为什么一定要加偏置电流？偏置电流应加多大才合适？若偏置电流加得过大或过小，对LD的调制特性会产生什么影响？

1、对LD驱动电路和偏置电路的要求是：

（1）输出的光脉冲峰值保持恒定。

（2）光脉冲的通断比应>>10。

（3）激光发射的时间必须远短于码无时间。

（4）采用阻尼电路以避免张弛振荡。

2、因为半导体激光器（LD）是阈值器件，只有外加驱动电流超过阈值后，才能发出激光，为使得较小的数据电流亦可产生足够的光输出，因此，需要加偏置电流。

3、偏置电流的选取原则是略小于阈值电流。

4、（1）偏置电流太小了，需要较大的数据电流才能满足阈值条件。

（2）偏置电流太大了，会引起消光比性能下降，同时，较高的电流也会产生较大的热量，以及寿命的缩短。

3.7某数字光纤通信系统，在实际使用中，发现半导体激光器（LD）的输出光功率慢慢下降，试分析其原因并提出解决办法。