光纖通信試題資料

1、一、單項選擇題 (在每小題列出的四個選項中只有一個選項是符合題目要求的，請將正確選項前的字母填在題干的括號內。每小題1 分，共 10 分。 )1在薄膜波導的薄膜中形成導波的條件是平面波的入射角01必須滿足 ( C )A. 0 10 C13C.90 0 10 C122. 薄膜波導中的單模傳輸條件為A.入 c(TEo)v 入 o 入 c(TM 0)C.入 c(TEi) 入 o 入 c(TM i)3. 光纖相對折射指數差的定義為A. 二ni 門2C. A =( n)門尙尼門冷4.階躍型光纖中，導模的傳輸條件為A.VVc5.STM4 每秒可傳輸的幀數是A.ioooB.0 10 10 C13( B )B

2、.入 c(TM o) 入 o 入 c(TEo)D.入 c(TM o) 入 o2.4o5D.Vo( D )B.2ooo2D.8oooC. 4ooo6. 隨著激光器溫度的上升，其輸出光功率會 ( A )A.減少B.增大c.保持不變D.先逐漸增大，后逐漸減少7.在光纖通信系統(tǒng)中，EDFA 以何種應用形式可以顯著提高光接收機的靈敏度 ( A )A.作前置放大器使用B.作后置放大器使用C.作功率放大器使用D.作光中繼器使用8. 在下列選項中，光纖通信的監(jiān)控系統(tǒng)不能監(jiān)控的項目為( C )A. 光中繼器的接收光功率B.電源的電壓C.光纜線路的色散特性D.光纖通信系統(tǒng)的誤碼性能9. 光接收機中，雪崩光電二極管

3、引入的噪聲為 ( D )A. 光電檢測器的暗電流噪聲、雪崩管倍增噪聲、光接收機的電路噪聲B. 量子噪聲、雪崩管倍增噪聲、光接收機的電路噪聲C. 量子噪聲、光電檢測器的暗電流噪聲、光接收機的電路噪聲D. 量子噪聲、光電檢測器的暗電流噪聲、雪崩管倍增噪聲10. 表示光放大器放大能力的特性指標是 ( A )A.功率增益B.帶寬C.輸出飽和功率D.噪聲系數二、填空題 (每小題 1 分，共 20分)1. 利用光波作為載波的通信方式稱為 。2. 光纖通信的主要優(yōu)點有：a.； b.傳輸損耗??；c.抗電磁干擾能力強；d.資源豐富。3. 在光纖數字通信系統(tǒng)中，發(fā)送光端機的主要作用是 。4. 薄膜波導由 、襯底和

4、敷層三層介質構成。5. 薄膜波導中，導波的特征方程2kM 212-2i3=2m n的物理意義是表示薄膜波導中的導波具有 特性。6.按射線理論， 階躍型光纖中光射線主要有子午光線和 兩類。7. 在階躍型光纖中，當導波遠離截止時，導波的光能量將完全集中在中。8. PDH信號“組裝”為標準的同步傳輸模塊 STM N，主要步驟是：、定位、復用。9使用8B1H線路碼型的光端機設備可用 式來傳輸監(jiān)控信號。10已知光纖單位長度的帶寬為 1GHz km,距離帶寬系數q=0.5,用這種光纖構成 16km 的 光中繼段， 則該中繼段的總帶 寬為11.SDH 網中,為了便于網絡的運行、管理等,在 SDH 幀結構中設

5、置 了。12.SDH 的 STMN 是塊狀幀結構,有 9行, 列。13. 處于粒子數反轉分布狀態(tài)的工作物質稱為 。14. 光發(fā)射機的輸出光功率通常是指 。15. 對光源輸出光功率穩(wěn)定度的要求是： 在環(huán)境溫度變化或器件老化的過程中,穩(wěn)定度要求在 范圍內。16. EDFA的泵浦結構方式有：a.同向泵浦結構；b.結構；c.雙向泵浦結構。17. 摻鉺光纖放大器在光纖通信系統(tǒng)中的主要作用是18. 口動態(tài)范圍是光接收機的兩個重要特性指標。19. EDFA泵浦光源的工作波長約為 或1.48卩m。20. 已知某Si PIN光電二極管量子效率n =70%, 個光子的能量為2.24X 1019焦耳，電子電荷量為1

6、.6X1019庫侖。問該光電二極管 的響應度為。三、名詞解釋題（每小題3分。共15分）1. 光纖的子午面2. EDFA的輸出飽和功率3. 受激輻射4. 輸入抖動容限5. 光接收機的動態(tài)范圍四、畫圖題（第1題7分，第2題8分，共15分）1. 畫出LD數字信號的直接調制原理圖。2. 請補全下面的強度調制數字光接收機的方框圖，并簡述填入的各部 分的功能。11五、簡答題（每小題5分，共20分）1. 在漸變型光纖中，子午光線軌跡的形狀與哪些因素有關?2. 半導體發(fā)光二極管的主要特點是什么 ?3. 簡述光衰減器在光通信中的應用。4. 什么是光電檢測器的量子噪聲 ?六、計算題 （每小題 10 分，共 20

7、分）1. 已知階躍型光纖的n 1=1.51, =0.01,工作波長入=0.85卩m,求：（1）當纖芯半徑a=25 m時，此光纖中傳輸的導模數 M?（2）若要實現單模傳輸,纖芯半徑應為多大 ?2. 已知某光纖通信系統(tǒng)的光發(fā)送機光源的入纖功率為2mW，光纖損耗為0.5dB/km，光纖平均接頭損耗為 0.1dB/km，光接收機最大允許 輸入光功率為32卩W,光接收機的動態(tài)范圍可達19dB,系統(tǒng)富余度 7dB。試核算在無中繼傳輸距離分別為 15km、40km、60km情況下, 該系統(tǒng)能否正常工作 ?光纖通信原理試題參考答案一、單項選擇題 （每小題 1 分，共 10分）1.C 2.B 3.C4.C5.D

8、6. A 7.A 8.C9.D10.A二、填空題 （每小題 1 分，共 20分）1光通信2.傳輸頻帶寬，通信容量大3.將電信號變換成光信號4.薄膜5.橫向諧振6.斜光線7.光纖的纖芯8.映射9.時分復用10.250MHz11開銷比特（或管理比特）12.270X N13.激活物質（或增益物質）14.耦合進光纖的功率 （或入纖功率 ）15.5% 10%16.反向泵輔17.延長中繼距離18.靈敏度20. 0.5A/W三、名詞解釋 （每小題 3 分，共 15 分）1.通過光纖軸線的平面。2.當飽和增益下降 3dB 時所對應的輸出功率值，它表示 EDFA 的 最大輸出功率。3處于高能級E2的電子，在受到

9、外來能量為hf=（E2 Ei）的光子激 發(fā)的情況下，躍遷到低能級Ei,從而發(fā)射出一個和激發(fā)光子相同 的光子的過程稱為受激幅射。4是指光纖數字通信系統(tǒng)允許輸入脈沖產生抖動的范圍5在保證系統(tǒng)的誤碼率指標要求下，光接收機的最低輸入光功率（用dBm表示）和最大允許輸入光功率（用dBm表示）之差（dB）四、畫圖題（第 1題7分，第2題8分，共15分）1丄D數字信號的直接調制原理圖為：Ig2.補全的強度調制數字光接收機的方框圖如下:電光纖光信號光電檢主放大器器測器輸出至電端機自動增益控制時鐘恢 復電路各部分的功能: 光電檢測器：將接收到的光信號轉變?yōu)殡娦盘?。均衡器：將放大后的信號均衡為無碼間干擾的升余弦波

10、形。判決器：將均衡器輸出的信號判為“ 1”或“0”碼。自動增益控制電路：利用電反饋環(huán)路來控制主放大器的增益。五、簡答題(每小題5分，共20分)1從子午光線的軌跡方程可知，子午光線軌跡的形狀與光纖的折射率分布n(r)、光線的初始條件n(0)和N(N cos0 zo)有關。2. a光譜較寬；b. P I曲線的線性較好；c. 與光纖的耦合效率低；d. 壽命長；e. 溫度特性較好。3. 當輸入光功率超過某一范圍時，應用光衰減器對輸入信號進行 一定程度的衰減，可以使光接收機不產生失真，或滿足在光線 路中進行某種測試的需要。4. 由于光的傳播是由大量的光量子(光子)傳播來進行的。大量的光 量子是隨機的。因

11、而光電檢測器在某個時刻實際接收的光子數， 是在一個統(tǒng)計平均值的附近浮動而產生的噪聲。六、計算題(每小題10分，共20分)1. (1)v=n 1a 2扎M= =n2ia2=(1.51)2X (25)2X 三 0.01=7780.85 丿(2)階躍光纖單模傳輸條件為0WV2.40483/:2f而V=n “2厶2.404832.404830a=1.54( 1 m)22nj ： 21.512 0.010.85即 0a1.54i m2. 根據題意可得：3pmax=101g(32X 10 )= 15 dBmPT=101g2=3 dBm已知D=19 dBa =0.5 dB/KMa 1=0.1 dB/KMM=

12、7 dB根據動態(tài)范圍的定義：D=P max P min得 Pmin=Pmax D= 15 19= 34 dBm由 PT=Pmin + L max (a + a 1)+M得Lmax=(PT Pmin M)/( a + a 1)=(3+34 7)/0.6=50 Km Lmin=(PT Pmax M)/( a +a J=(3+15 7)/0.6=18.3 Km 18.3L50顯然在無中繼傳輸距離為40Km的情況下，系統(tǒng)能正常工作; 在15Km、60Km的情況下系統(tǒng)不能正常工作。1.已知階躍型光纖的 ni=1.51, A =0.01,工作波長 入=0.85卩m,求：當纖芯半徑a=25g m時，此光纖中

13、傳輸的導模數 M?(2) 若要實現單模傳輸，纖芯半徑應為多大？解：(1)v=n ia 2二、2M V22 2M= =n 1a226匸22 TT =(1.51)2X (25)2XI x0.01 =7780.85 丿(2)階躍光纖單模傳輸條件為0v2.404832.404832.40483而 V=ma2二、20a=1.54(卩 m)2兀r2 n/n 1.21.51. 2 0.01人0.85即 0a1.54 卩 m2. 已知某光纖通信系統(tǒng)的光發(fā)送機光源的入纖功率為2mW，光纖損耗為 0.5dB/km，光纖平均接頭損耗為0.1dB/km，光接收機最大允許輸入光功率為32 g W,光接收機的動態(tài)范圍可達

14、19dB，系統(tǒng)富余度7dB試核算在無中繼傳輸距離分別為15km、40km、60km情況下，該系統(tǒng)能否正常工作？解：.根據題意可得：3pmax=101g(32x 10 )= 15 dBmPT=101g2=3 dBm 已知D=19 dBa =0.5 dB/KMa 1=0.1 dB/KMM=7 dB根據動態(tài)范圍的定義：D=P max Pmin得 Pmin=P max D= 15 19= 34 dBm由 PT=Pmin+L max( a + a 1)+M得L max=(PT Pmin M)/( a +a 1)=(3+34 7)/0.6=50 KmL min=(PT Pmax M)/( a +a 1)=

15、(3+15 7)/0.6=18.3 Km/ 18.3L50顯然在無中繼傳輸距離為40Km的情況下，系統(tǒng)能正常工作；在15Km、60Km的情況下系統(tǒng)不能正常工作。1、按照纖芯剖面折射率分布不同，光纖可分為哪兩種形式？解釋其含義。階躍折射率光纖和漸變型多模光纖。階躍折射率光纖中，纖芯和包層折射率沿光纖半徑方向分布都是均勻的，而在纖芯和包層的交界面上，折射率呈階梯形突變。漸變型多模光纖中，纖芯的折射率不是均勻常數， 而是隨纖芯半徑方向坐標增加而逐漸減少，一直變到等于包層折射率的值。2、實現光源調制的方法有哪些，請具體說明。直接調制和間接調制。直接調制又叫內調制，就是將電信號直接加在光源上，使其輸岀的

16、光載波信號的強度隨調制信號的變化而變化，即直接調制半導體激光器的注入電流，是光纖通信中最常用的通信方式。間接 調制又叫外調制，就是不直接調制光源，而是在光源輸岀的通路上，利用某些晶體的電光、聲光和磁光效應 等特性，加外調制器來對光波進行調制。4、.光接收機中主放大器的主要作用是什么？主放大器一般是多級放大器，它的功能主要是提供足夠高的增益， 把來自前置放大器的輸岀信號放大到判決 電路所需的電平，并通過它實現自動增益控制（AGC） ，以使輸入光信號在一定的范圍內變化時，輸岀電 信號應保持恒定輸岀。主放大器和AGC決定著光接收機的動態(tài)范圍。5.已知階躍折射率光纖中 ni=1.52, n2=1.49

17、o （開方、反三角函數計算困難時，必需列出最后的表達式。）1、光纖浸沒在水中（n 0=1.33），求光從水中入射到光纖輸入端面的光纖最大接收角；2、光纖放置在空氣中，求數值孔徑。解: 1、根據全反射條件，可最大入射角滿足以下關系:2 2越1 “2sin a no其中no為光纖外圍介質的折射率sin a. 152 2 -149 2133:0.226a 13.06即光從水中入射到光纖輸入端面的光纖最大接收角為13.062、光纖放置在空氣中，則no=1這時數值孔徑NA=no1.522 -1.4921:0.302、畫岀典型的數字光纖通信系統(tǒng)接收端機的原理框圖2、若一個565Mbit/s單模光纜傳輸系統(tǒng)

18、，其系統(tǒng)總體要求如下：光纖通信系統(tǒng)光纖損耗為 0.4dB/km，光纖接頭損耗為0.1dB/km，光源的入纖功率為-2.5dbm，接收機靈敏度 為-37dbm，線路碼型5B6B，傳輸速率為677990kbit/s，光源采用MLM - LD，光源譜寬為2nm，光纖的色散 系數為2.5ps/（km nm），光通道功率參數取 0.115。設計中取光功率代價為 1db,光連接器衰減為1db，光纖富 余度為0.1db/km,設備富余度為5.5db。試求：系統(tǒng)的最大中繼距離。（7分） 解：衰減的影響 La=(PT-PR-2A bPp-Me)/(A f+As+Mc)=(-2.5+37-2-1-5.5)/(0.

19、4+0.1+0.1)=43.3(km)色散的影響Ld=( x 6)/0B XAXX D)=(0.115/(6779 2沌.5)=33.9km由上述計算可以看出，中繼段距離只能小于 33.9km,對于大于33.9km的線段，可采取加接轉站的方法解決。 、名詞概念1、光纖：光纖是傳光的纖維波導或光導纖維的簡稱。2、光纖通信：光纖通信是以光波作載波、以光纖為傳輸媒介的通信方式。3、光纖通信系統(tǒng)：光纖通信系統(tǒng)是以光波作載波、以光纖為傳輸媒介的通信系統(tǒng)。二、光在電磁波譜中的位置光也是一種電磁波，只是它的頻率比無線電波的頻率高得多。紅外線、可見光和|紫外線均屬于光波的范疇。1、 可見光是人眼能看見的光，其

20、波長范圍為：0.39至0.76。2、 紅外線是人眼看不見的光，其波長范圍為：0.76至300。一般分為：(1) 近紅外區(qū)：其波長范圍為：0.76至15 ；(2) 中紅外區(qū)：其波長范圍為：15至25 ；(3) 遠紅外區(qū)：其波長范圍為：25至300 ；三、光纖通信所用光波的波長范圍(1) 光纖通信所用光波的波長范圍為0.8至1.8，屬于電磁波譜中的近紅外區(qū)。(2) 在光纖通信中，常將0.8至0.9稱為短波長， 而將0.8至0.9稱為長波長。|四、光纖通信中常用的低損耗窗口(1) 0.85、1.31和1.55左右是光纖通信中常用的三個低損耗窗口。(2) 早期光纖通信系統(tǒng)傳輸所用的是多模光纖，其工作波

21、長在0.85的第一個工作窗口。(3) 非色散位移光纖(G.652光纖)工作在1.31附近的第二個工作窗口。(4) 色散位移光纖(G.653光纖)工作在1.55附近的第二個工作窗口。-五、光纖通信的特點與電纜或微波等電通信方式相比，光纖通信的優(yōu)點如下：(1) 傳輸頻帶極寬，通信容量很大；(2) 由于光纖衰減小，無中繼設備，故傳輸距離遠；(3) 串擾小，信號傳輸質量高；(4) 光纖抗電磁干擾，保密性好；(5) 光纖尺寸小，重量輕，便于傳輸和鋪設；(6) 耐化學腐蝕；(7) 光纖是石英玻璃拉制成形，原材料來源豐富二、光纖與導光原理-由于光纖具有低損耗、容量大以及其他方面的許多優(yōu)點，現已成為通信系統(tǒng)的

22、重要傳輸介質之一。光纖特性包括它的結構特性、光學特性及傳輸特性。結構特性主要指光纖的幾何尺寸(芯徑等)；光學特性包括折射率分布、數值孔徑等；傳輸特性主要是損耗及色散特性。光波在光纖中傳輸，隨著距離的增加光功率逐漸下降，這就是光纖的傳輸損耗，該損耗直接關系到光纖通信系統(tǒng)傳輸距離的長短，是光纖最重要的傳輸特性之一。自光纖問世以來，人們在降低光纖損耗方面做了大量的工作，1.31 g m光纖的損耗值在 0. 5dB/km以下,而1.55卩m的損耗為0.2dB/km以下，這個數量級接近了光纖損耗的理論極限。光纖的色散-由于光纖中所傳信號的不同頻率成分，或信號能量的各種模式成分，在傳輸過程中，因群速度不同

23、互相散開，引起傳輸信號波形失真，脈沖展寬的物理現象稱為色散。光纖色 散的存在使傳輸的信號脈沖畸變，從而限制了光纖的傳輸容量和傳輸帶寬。從機理上說， 光纖色散分為材料色散，波導色散和模式色散。前兩種色散由于信號不是單一頻率所引起，后一種色散由于信號不是單一模式所引起。光纖色散如圖2-19所示。光纖與導光原理小結一、名詞概念|1、階躍型光纖：階躍型光纖在纖芯和包層交界處的折射率呈階梯形突變，纖芯的折射率n1和包層的折射率n2是均勻常數。2、 漸變型光纖：漸變型光纖纖芯的折射率nl隨著半徑的增加而按一定規(guī)律逐漸減少，到纖芯與包層交界處為包層折射率n2，纖芯的折射率不是均勻常數。3、 單模光纖：單模光

24、纖只傳輸一種模式，纖芯直徑較細，通常在4卩m10卩m范圍 內。4、 多模光纖：多模光纖可傳輸多種模式，纖芯直徑較粗，典型尺寸為50 g m左右。光纖的傳輸特性二、光纖的損耗-光纖損耗限制了光纖通信的最大直通距離。-產生光纖損耗的原因主要分為三種：吸收損耗、散射損耗和輻射損耗。(1) 物質的吸收作用將傳輸的光能變成熱能，從而造成光功率的損失。吸收損耗有三個原因，一是本征吸收，二是雜質吸收，三是原子缺陷吸收。(2) 光纖中岀現折射率分布不均勻而引起光的散射，將一部分光功率散射到光纖外部，由此引起的損耗稱為本征散射損耗。又稱瑞利(Rayleigh)散射。(3)當理想的圓形光纖受到某種外力作用時，會產

25、生一定曲率半徑的彎曲，弓I起能量泄漏到包層，這種由能量泄漏導致的損耗稱為輻射損耗。三、光纖的色散-由于光纖中所傳信號的不同頻率成分，或信號能量的各種模式成分，在傳輸過程中，因群速度不同互相散開，引起傳輸信號波形失真，脈沖展寬的物理現象稱為色散。光纖色散的存在使傳輸的信號脈沖畸變，從而限制了光纖的傳輸容量和傳輸帶寬。-從機理上說，光纖色散分為材料色散，波導色散和模式色散。前兩種色散由于信號不是單一頻率所引起，后一種色散由于信號不是單一模式所引起四、常用單模光纖的性能及應用-1G.652稱為非色散位移單模光纖，也稱為常規(guī)單模光纖，其性能特點是：(1)在1310nm波長處的色散為零。(2)在波長為1

26、550nm附近衰減系數最小，約為.22dB/km， 但在1550nm附近其具有最大色散系數，為17ps/(nm? km)。(3)這種光纖工作波長即可選在1310nm波長區(qū)域，又可選在 1550nm波長區(qū)域，它的最佳工作波長在1310nm區(qū)域。G.652光纖是當前使用最為廣泛的光纖。-G.653稱為色散位移單模光纖。色散位移光纖是通過改變光纖的結構參數、折射率分布形狀，力求加大波導色散，從而將零色散點從1310nm位移到1550nm，實現1550nm處最低衰減和零色散波長一致。這種光纖工作波長在1550nm區(qū)域。它非常適合于長距離單信道光纖通信系統(tǒng)。-G.655這種光纖在1550nm波長處色散不

27、為零，故其被稱為非零色散位移單模光纖。 它在1550nm波長區(qū)域具有合理的低色散，足以支持10Gbit/s的長距離傳輸而無需色散補償；同時，其色散值又保持非零特性來抑制四波混頻和交叉相位調制等非線性效應 的影響。這種光纖主要適用密集波分復用傳輸系統(tǒng)。三、光纜及無源光器件-構成一個完整的光纖傳輸系統(tǒng)，除了光源、光檢測器及光纖外，還需要眾多的無源光器 件。無源光器件在光纖通信系統(tǒng)中起著重要的作用。光纜-目前，光纖通信用的光纖都經過了一次涂覆和二次涂覆的處理，經過涂覆后的光纖雖然|已具有了一定的抗張強度，但還是經不起施工中的彎折、扭曲和側壓等外力作用，為了使光 纖能在各種環(huán)境中使用，必須把光纖與其他

28、元件組合起來構成光纜，使其具有良好的傳輸性 能以及抗拉、抗沖擊、抗彎、抗扭曲等機械性能。光纜的基本組成-目前光纖通信中使用這各種不同類型的光纜，其結構形式多種多樣，但無論何種結構形 式的光纜，基本上都由纜芯、加強元件和護層三部分組成。-（1）纜芯-纜芯是由單根或多根光纖芯線組成，其作用是傳輸光波。-（2 ）加強元件-加強元件一般有金屬絲和非金屬纖維，其作用是增強光纜敷設時可承受的拉伸負荷。-（3）護層-光纜的護層主要是對已形成纜的光纖芯線起保護作用，避免受外界的損傷。-光纜按結構形成主要分為：（1）層絞式光纜；（2）骨架式（溝槽式）光纜；（3）束 管式（套管式）光纜。（4）帶狀式| 無源光器件

29、-光纖通信系統(tǒng)的傳輸線路，需要一些無源光器件來構成光纖線路的連接、分路、合路和其他的功能。由于光纖和光纜的長度受光纖拉制工藝和光纜施工條件的限制，且光纖的拉制長度也是有限的。因此一條光纖線路可能存在多根光纖相連接的問題。由此可見，光纖間的連接、光纖與光端機的連接及耦合，對光纖連接器、耦合器等無源器件的使用是 必不可少的。1、光纖連接器-光纖連接器是使一根光纖與另一根光纖相連接的器件，是光波系統(tǒng)中使用量最多的器件。-光纖與光纖的連接有兩種形式，一種是永久性連接，另一種是活動連接。永久性連接具有粘接法和熔接法之分，目前多采用熔接法。熔接法如圖3-1所示。單模光纖的纖芯直徑要在10卩m以下，因此熔接

30、必須使用機器才行。2、光纖耦合器-光纖耦合器是實現光信號分路/合路的功能器件，一般是對同一波長的光功率進行分路或合路，其使用量僅次于連接器。3、光合波器和光分波器|-光合波器和光分波器是用于波分復用等傳輸方式中的無源光器件?？蓪⒉煌ㄩL 的多個光信號合并在一起藕合到一根光纖中傳輸，或者反過來說，將從一根光纖傳輸 來的不同波長的復合光信號，按不同光波長分開。前者稱為合波器，后者稱為光分波4、光濾波器-光濾波器一般是米用多層介質膜作為光濾波器，使某一波長的光通過，而其他波|長的光被阻止。具體結構有兩類，一類為干涉濾波器，另一類為吸收濾波器，兩者均 可用介質膜構成。5、光隔離器光隔離器是一種只允許單

31、向光通過，阻止反射光返回的無源光器件，其工作原理是基于法拉弟旋轉的非互易性。一在光纖通信系統(tǒng)中，尤其在相干光纖通信系統(tǒng)中，為了防止各種原因產生的反射光進入激光器，影響激 光器的穩(wěn)定性，常需要光隔離器。三、光源和光檢測器光通信器件是光纖通信系統(tǒng)中的核心部件，它們的性能直接影響通信系統(tǒng)的質量。在 光纖通信系統(tǒng)中使用的光器件主要有：光源和光檢測器等。-光源的作用是將電信號電流變換為光信號功率，即實現電-光的轉換，以便在光纖中傳輸。目前光纖通信系統(tǒng)中常用的光源主要有：半導體激光器LD、半導體發(fā)光二極管LED、半導體分布反饋激光器DFB等。一光檢測器的作用是將接收的光信號功率變換為電信號電流，即實現光-

32、電的轉換。光纖通信系統(tǒng)中最常用的光檢測器有：半導體光電二極管、雪崩光電二極管。光源-在光纖通信系統(tǒng)中用光波作為載波，通過光纖這種傳輸介質，完成通信全過程。然而， 目前各種終端設備多為電子設備，這就在輸入端先將電信號變成光信號，也就是用電信號 調制光源。-光源的作用是將信號電流變換為光信號功率，即實現電-光的轉換。目前光纖通信系統(tǒng)中常用的光源主要有：半導體激光器LD、半導體發(fā)光二極管 LED、半導體分布反饋激光器DFB等。半導體激光器體積小、價格低、調制方便，只要簡單地改變通過器件的電流，就能將光進行高速的調制，因而發(fā)展成為光通信系統(tǒng)中最重要的器件。光檢測器-光檢測器的作用是通過光電效應，將接收

33、的光信號轉換為電信號。目前的光接收機絕 大多數都是用光電二極管直接進行光電轉換，其性能的好壞直接影著接收機的性能指標。光電二極管的種類很多，在光纖通信系統(tǒng)中，主要采用半導體PIN光電二極管和雪崩光電二極管（APD）。光源和光檢測器小結1一、基本概念1、有源光器件-光纖通信使用的有源光器件是光端機的核心，有光源和光檢測器兩種。2、光源-光源的作用是將信號電流變換為光信號功率，即實現電-光的轉換，以便在光纖中傳輸。目前光纖通信系統(tǒng)中常用的光源主要有：半導體激光器LD、半導體發(fā)光二極管LED、半導體分布反饋激光器 DFB等。3、光檢測器-光檢測器的作用是將接受的光信號功率變換為電信號電流，即實現光-

34、電的轉換。光纖通信系統(tǒng)中最常用的光檢測器有：半導體光電二極管、雪崩光電二極管。4、激光器-激光器就是光的振蕩器。激光振蕩是建立在光與物質相互作用的基礎上。5、光與物質的相互作用-光與物質的相互作用主要有三種基本過程：（1）受激吸收；（2）自發(fā)輻射；（3）受激輻射。6、粒子數的反轉分布-要使物質能對光進行放大，必須使物質中的受激輻射強于受激吸收，即高能級上 的粒子數多于低能級上的粒子數。物質的這一種反常態(tài)的粒子數分布，稱為粒子數的 反轉分布二、半導體激光器-半導體激光器是利用在有源區(qū)中受激而發(fā)射光的器件。只有當注入電流超過閾值 電流的情況下，激光器才會輻射激光，所以半導體激光器是有閾值的器件。-

35、（1）有源區(qū)里產生足夠的粒子數反轉分布；-（2）在諧振腔里建立起穩(wěn)定的振蕩。三、半導體發(fā)光二極管-半導體發(fā)光二極管是非閾值器件。它與半導體激光器的本質區(qū)別是它沒有光學諧 振腔，不能形成激光振蕩。發(fā)光二極管是非相干光源，發(fā)光以自發(fā)輻射為主。四、半導體光電二極管-半導體光電二極管是利用半導體材料的光電效應將入射光子轉換成電子-空穴對，形成光生電流，即實現光-電的轉換。|五、雪崩光二極管-雪崩光二極管（APD）是利用載流子在高場區(qū)的碰撞電離形成雪崩倍增效應，使檢 測靈敏度大大提高，APD的雪崩增益隨偏壓的提高而增大。摻鉺光纖放大器小結一、摻鉺光纖-摻鉺光纖是一種向常規(guī)傳輸光纖的石英玻璃基質中摻入微量

36、鉺元素的特種光纖。摻入鉺元素的目的，是 促成被動的傳輸光纖轉變?yōu)榫哂泄夥糯竽芰Φ闹鲃庸饫w。光放大的特性主要由摻鉺元素決定。二、摻鉺光纖放大器的工作原理-摻鉺光纖放大器主要由一段摻鉺光纖、泵浦光源、光耦合器及光隔離器等構成。|采用摻鉺單模光纖作為增益物質，在泵浦光激發(fā)下產生粒子數反轉，在信號光誘導下 實現受激輻射放大。泵浦光和信號光一起通過光耦合器注入摻鉺光纖；光隔離器作用 是只允許光單向傳輸，用于隔離反饋光信號，提高穩(wěn)定性。三、摻鉺光纖放大器的光路結構1、前向（同向）泵浦摻鉺光纖放大器-前向（同向）泵浦摻鉺光纖放大器，表示信號光和泵浦光同向進入摻鉺光纖。光 隔離器用于隔離反饋光信號，提高穩(wěn)定性

37、。這種結構噪聲特性較好。2、后向（反向）泵浦摻鉺光纖放大器-后向（反向）泵浦摻鉺光纖放大器，表示信號光和泵浦光從兩個不同方向進入摻 鉺光纖。這種結構具有較高的輸岀信號功率，但噪聲特性較差。3、雙向泵浦摻鉺光纖放大器-雙向泵浦摻鉺光纖放大器，表示兩個泵浦光從兩個相反方向進入摻鉺光纖。這種 結構具有的輸岀信號功率最高，噪聲特性也不差。四、EDFA有三種基本的應用方式在光纖通信系統(tǒng)中，EDFA有三種基本的應用方式，分別是分別是功率放大器、前 置放大器和在線放大器。它們對發(fā)放大器性能有不同的要求，功放要求輸岀功率大， 前放對噪聲性能要求高，而線放須兩者兼顧。五、光發(fā)射機與光接收機I-光發(fā)射機是實現電/

38、光轉換的光端機。它由光源、驅動器和調制器組成。其功能是將來 自于電端機的電信號對光源發(fā)出的光波進行調制，成為已調光波，然后再將已調的光信號 耦合到光纖或光纜去傳輸。-光接收機是實現光/電轉換的光端機。它由光檢測器和光放大器組成。其功能是將光纖 或光纜傳輸來的光信號，經光檢測器轉變?yōu)殡娦盘?，然后，再將這微弱的電信號經放大電 路放大到足夠的電平，送到接收端的電端機去。光發(fā)射機與光接收機小結一、光發(fā)射機-光發(fā)射機是實現電/光轉換的光端機。它由光源、驅動器和調制器組成。其功能是 將來自于電端機的電信號對光源發(fā)出的光波進行調制，成為已調光波，然后再將已調的光信號耦合到光纖或光纜去傳輸。I1、光波的調制-

39、在光纖通信系統(tǒng)中，把隨信息變化的電信號加到光載波上，使光載波按信息的變 化而變化，這就是光波的調制。從調制方式與光源的關系上來分，強度調制的方法有 兩種：直接調制和外調制。從調制信號的形式來分，光調制又分為模擬調制和數字調 制。2、直接調制-直接調制是用電信號直接調制光源器件的偏置電流，使光源發(fā)岀的光功率隨信號 而變化。光源直接調制的優(yōu)點是簡單、經濟、容易實現，但調制速率受載流子壽命及 高速率下的性能退化的限制。光纖通信中光源多采用直接調制方式。3、外調制-外調制一般是基于電光、磁光、聲光效應，讓光源輸岀的連續(xù)光載波通過光調制 器，光信號通過調制器實現對光載波的調制。外調制方式需要調制器，結構

40、復雜，但 可獲得優(yōu)良的調制性能，特別適合高速率光通信系統(tǒng)。4、模擬調制-模擬調制可分為兩類，一類是利用模擬基帶信號直接對光源進行調制；另一類采 用連續(xù)或脈沖的射頻波作副載波，模擬基帶信號先對它進行調制，再用該已調制的副 載波去調制光載波。由于模擬調制的調制速率較低，均使用直接調制方式。5、數字調制-數字調制主要指PCM脈碼調制。先將連續(xù)的模擬信號進行抽樣、量化、編碼，轉化 成一組二進制脈沖代碼，對光信號進行通斷調制。數字調制也可使用直接調制和外調制。二、光接收機光接收機是實現光/電轉換的光端機。它由光檢測器和光放大器組成。其功能是將 光纖或光纜傳輸來的光信號，經光檢測器轉變?yōu)殡娦盘?，然后，再?/p>

41、這微弱的電信號經放大電路放大到足夠的電平，送到接收端的電端機去。1、線性通道-由光電檢測器、前置放大器、主放大器和均衡器構成的這部分電路，稱為線性通 道。在光接收機中，線性通道主要完成對信號的線性放大，以滿足判決電平的要求。2、光接收機靈敏度-光接收機的靈敏度是指滿足給定信噪比指標的條件下，光接收機所需要的最小接收光功率光纖通信系統(tǒng)小結一、光纖通信系統(tǒng)-光纖通信系統(tǒng)是以光作為信息載體，以光纖作為傳輸媒介的通信系統(tǒng)。二、光纖通信系統(tǒng)的組成-光纖通信系統(tǒng)由光發(fā)信機、光收信機、光中繼器、光纖連接器及耦合器的無源器 件等五個部分組成。1、光發(fā)信機：一光發(fā)信機是實現電/光轉換的光端機。它由光源、驅動器和

42、調制器組成。其功能是將來自于電端機的電信號對光源發(fā)出的光波進行調制，成為已調光波，然后再將已 調的光信號耦合到光纖或光纜去傳輸。電端機就是常規(guī)的電子通信設備。2、光收信機：一光收信機是實現光/電轉換的光端機。它由光檢測器和光放大器組成。其功能是 將光纖或光纜傳輸來的光信號，經光檢測器轉變?yōu)殡娦盘枺缓?，再將這微弱的電信 號經放大電路放大到足夠的電平，送到接收端的電端汲去。|3、光纖或光纜：-1-光纖或光纜構成光的傳輸通路。其功能是將發(fā)信端發(fā)岀的已調光信號，經過光纖或光纜的遠距離傳輸后，耦合到收信端的光檢測器上去，完成傳送信息任務。4、中繼器：一中繼器由光檢測器、光源和判決再生電路組成。它的作用

43、有兩個：一個是補償光 信號在光纖中傳輸時受到的衰減；另一個是對波形失真的脈沖近行政性。5、光纖連接器、耦合器等無源器件：一由于光纖或光纜的長度受光纖拉制工藝和光纜施工條件的限制，且光纖的拉制長度也是有限度的（如1Km）。因此一條光纖線路可能存在多根光纖相連接的問題。于 是，光纖間的連接、光纖與光端機的連接及耦合，對光纖連接器、耦合器等無源器件的使用是必不可少的。七、光纖傳輸特性的測量小結（一）、光纖傳輸特性測量-光纖傳輸特性對光纖通信系統(tǒng)的工作波長、傳輸速率、傳輸容量、傳輸距離和信息 質量等都有著至關重要的影響。因此，光纖傳輸特性的測量是十分重要和必不可少的工 作。衰減和色散是光纖的兩個主要傳

44、輸特性。-1、基準測試法-基準測試法是嚴格按照光纖某一給定特性的定義進行的測試方法。-2、替代測試法-替代測試法是在某種意義上與給定特性的定義相一致的測試方法。（二）、光纖的衰減測量-1、光纖的衰減-光波在光纖中傳輸，隨著傳輸距離的增加，光功率會逐漸減小，這種現象稱為光纖 的衰減（或稱為光線的損耗）。光纖的衰減關系到光纖通信傳輸距離的長短和中繼距離的選擇，光纖的衰減與波長的關系曲線即損耗波譜曲線，關系到光波波長的選擇。-22、光纖衰減測量-測定光纖衰減的測試方法常用有三種：切斷法、插入損耗法和后向散射法。-（1）切斷法原理切斷法是測量光纖衰減特性的基準測試方法。（2）插入損耗法原理-插入損耗法

45、是測量光纖衰減特性的替代測試法，其測量原理類似于切斷法。由光發(fā) 射設備和光接收設備組成一個完整的光纖傳輸系統(tǒng)，待測光纖即為傳輸部分。在測試前 首先對測量儀器進行校準，用1cm左右長的”短路光纖連接系統(tǒng)的發(fā)射和接收部分，通過調整光源的輸岀功率使得接收部分顯示的功率為OdBm，然后拆去”短路光纖，接入待測光纖，此時接收部分顯示的即為待測光纖的總平均損耗（dB），用此值除以光纖的長度即為光纖的損耗系數 。-插入損耗法的測量精確度和重復性要受到耦合接頭 （或連接器）的精確度和重復性的 影響，所以這種測試方法不如切斷法的精確度高。但是因為這種測試方法是非破壞性的，所以測量簡單方便，很適合于工程、維護使用

46、。（3 ）后向散射法原理-后向散射法測量原理是將大功率的窄脈沖注入被測光纖，然后在同一端檢測光纖后 向返回的散射光功率。由于主要的散射作用是瑞利散射，瑞利散射光的特征是它的波長 與入射光波的波長相同，它的光功率與該點的入射光功率成正比，所以測量沿光纖返回 的后向瑞利散射光功率就可以獲得光沿光纖傳輸的衰減及其它信息。-后向散射法是一種非破壞性的測試方法，這種方法被廣泛應用在光纖光纜研究、生產、質量控制、工程施工、驗收實驗和安裝時對光纜鏈路點不連續(xù)性作大致判斷。（三）光纖的色散測量-1、光纖的色散-當光脈沖在光纖中傳輸時，隨著傳輸距離的增加，光脈沖將產生畸變和展寬，這種現象稱為光纖的色散。-光纖的色散危害很大，尤其是對碼速較高的數字傳輸有嚴重影響，它將引起脈沖展寬，從而產生碼間干擾，為保證通信質量，必須增大碼間間隔，即降低信號的傳輸速率，這就限制了系統(tǒng)的通信容量和通信距離。2、光纖色散測量-光纖色散的測量按照光強度調制的波形來劃分有兩類方法，相移法和脈沖時延法。-（1 ）相移法測量原理-相移法是測量光纖色散的基準測試方法。相移法測量原理是通