光纖復(fù)習(xí)課(已修改)

1、2021/6/161光纖通信2021/6/1621、Numerical Aperture；2、Fiber Loss；3、Dispersion；4、Mode Dispersion；5、Polarization Mode Dispersion；6、Normalized Frequency；7、Extinction Ratio；8、Spontaneous Emission；9、Receiver Sensitivity；10、Bit Error Rate；11、Signal-to-Noise Ratio； 12、Noise Figure一、名詞解釋名詞解釋2021/6/163數(shù)值孔徑（數(shù)值孔徑（ Nu

2、merical Aperture） 入射到光纖端面的光并不能全部被光纖所傳輸，只是在某個角度范圍內(nèi)的入射光才可以。這個角度a的正弦值就稱為光纖的數(shù)值孔徑（NAsina），多模光纖 NA的范圍一般在0.180.23之間，所以一般有sina=a，即光纖數(shù)值孔徑NAa。在光學(xué)中，數(shù)值孔徑是表示光學(xué)透鏡性能的參數(shù)之一。用放大鏡把太陽光匯聚起來，能點(diǎn)燃紙張就是一個典型例子。若平行光纖照射在透鏡上，并經(jīng)過透鏡聚焦于焦點(diǎn)處時，假設(shè)從焦點(diǎn)到透鏡邊緣的仰角為，則取其正弦值，稱之為該透鏡的數(shù)值孔徑。光纖損耗光纖損耗（ Fiber Loss） 光纖損耗（也可以稱為信號衰減或信號損耗）是指光纖每單位長度上的衰減，單位

3、為dBkm。 它是光纖最重要的特性之一，因?yàn)樗诤艽蟪潭壬蠜Q定了在無需信號放大和再生的條件下，光發(fā)送機(jī)和光接收機(jī)之間所允許的最大距離。光纖中光功率的吸收損耗，散射損耗以及輻射損耗是導(dǎo)致光信號衰減的幾個主要的因素。吸收損耗與制造光纖的材料有關(guān)；散射損耗除了與材料有關(guān)以外，還與光纖的結(jié)構(gòu)缺陷相關(guān)；輻射效應(yīng)導(dǎo)致的損耗則是源于光纖幾何形狀的微擾（包括微觀和宏觀的）。2021/6/164Dispersion色散色散色散是光纖的傳輸特性之一。由于不同波長光脈沖在光纖中具有不同的傳播速度，因此，色散反應(yīng)了光脈沖沿光纖傳播時的展寬。光纖的色散現(xiàn)象對光纖通信極為不利。光纖數(shù)字通信傳輸?shù)氖且幌盗忻}沖碼，光纖在傳輸

4、中的脈沖展寬，導(dǎo)致了脈沖與脈沖相重疊現(xiàn)象，即產(chǎn)生了碼間干擾，從而形成傳輸碼的失誤，造成差錯。為避 免誤碼出現(xiàn)，就要拉長脈沖間距，導(dǎo)致傳輸速率降低，從而減少了通信容量。另一方面，光纖脈沖的展寬程度隨著傳輸距離的增長而越來越嚴(yán)重。因此，為了避免誤 碼，光纖的傳輸距離也要縮短。 2021/6/165模內(nèi)色散模內(nèi)色散：1、材料色散，纖芯中材料的折射率隨波長變化導(dǎo)致了這種色散（有時也稱為色度色散，因?yàn)樗c三棱鏡分解光譜是同一種效應(yīng)）。2、波導(dǎo)色散（結(jié)構(gòu)色散），這種色散的原因是單模光纖只有約80%的光功率在纖芯中傳播，20%在包層中傳播的光功率其速度要更大一些，這樣就出現(xiàn)了色散。模間色散（模間色散（Mod

5、e Dispersion ）：光纖的模式色散只存在于多模光纖中。它產(chǎn)生是因?yàn)榧词乖谕活l率點(diǎn)上，不同模式的群速率（群實(shí)驗(yàn)）也不相同。每一種模式到達(dá)光纖終端的時間先后不同，造成了脈沖的展寬，從而出現(xiàn)色散現(xiàn)象。偏振模色散（偏振模色散（PMDPMD）又稱光的雙折射）又稱光的雙折射：單模光纖只能傳輸一種基模的光?；?shí)際上是由兩個偏振方向相互正交的模場HE11x和HE11y所組成。若單模光纖存在著不圓度、微彎力、應(yīng)力 等，HE11x和HE11y存在相位差，則合成光場是一個方向和瞬時幅度隨時間變化的非線性偏振，就會產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，即x和y方向的折射率不同。因傳播 速度不等，模場的偏振方向?qū)⒀毓饫w的傳播方

6、向隨機(jī)變化，從而會在光纖的輸出端產(chǎn)生偏振色散。PCVD工藝生產(chǎn)出的單模光纖具有極低的偏振模色散 （PMD）。 2021/6/166歸一化頻率（歸一化頻率（Normalized Frequency）：）：歸一化頻率是光纖的最重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)，它能表征光纖中傳播模式的數(shù)量。就是把的采樣頻率設(shè)為1，其它的頻率按它的百分比表示。有時頻率的范圍會非常的大， 使用時會很不方便，將之歸一化后就轉(zhuǎn)換到0,1之間了。這樣做實(shí)現(xiàn)了一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，有利于比較各個頻率的分布情況。歸一化的另一個目的是防止數(shù)據(jù)的 溢出。 消光比（消光比（Extinction Ratio）對于數(shù)字脈沖光發(fā)射機(jī)，消光比這個指標(biāo)很重要，它定義為

7、 “0”脈沖時所發(fā)送的光功率p0和 “1”脈沖時所發(fā)送光功率p1之比，可用EXT表示，定義式如EXT=10lg(p1/p0)(dB) ， 消光比的不足容易引起對碼元的誤判等一系列問題。 2021/6/167自發(fā)輻射（自發(fā)輻射（ Spontaneous Emission ）：）： 處于激發(fā)態(tài)的原子中，電子在激發(fā)態(tài)能級上只能停留一段很短的時間，就自發(fā)地躍遷到較低能級中去，同時輻射出一個光子，這種輻射叫做自發(fā)輻射。自發(fā)輻射是不受外界輻射場影響的自發(fā)過程，各個原子在自發(fā)躍遷過程中是彼此無關(guān)的，不同原子產(chǎn)生的自發(fā)輻射光在頻率、相位、偏振方向及傳播方向都有一定的任意性。 因此自發(fā)輻射光是非相關(guān)的熒光，自發(fā)

8、輻射光場的能量分布在一個很寬的頻率范圍內(nèi)。普通光源的發(fā)光過程就是處于高能級的大量原子的自發(fā)輻射過程。 接收機(jī)靈敏度（接收機(jī)靈敏度（Receiver Sensitivity） 接收機(jī)靈敏度定義了接收機(jī)可以接收到的并仍能正常工作的最低信號強(qiáng)度。靈敏度是一個功率電平，通常用dBm表示（一般是一個較大的負(fù)dBm數(shù)）。如果鏈路方程的輸出等于或大于接收機(jī)靈敏度的接收功率，則鏈路在起作用，也就是說接收機(jī)能正確地提取發(fā)射信號中所包含的信息。 如果接收功率小于靈敏度電平，那么所提取的信息質(zhì)量就達(dá)不到要求。 2021/6/168誤碼率（誤碼率（BER：bit error ratio）誤碼率是衡量數(shù)據(jù)在規(guī)定時間內(nèi)數(shù)

9、據(jù)傳輸精確性的指標(biāo)。誤碼率=傳輸中的誤碼/所傳輸?shù)目偞a數(shù)*100%。如果有誤碼就有誤碼率。 另外，也有將誤碼率定義為用來衡量誤碼出現(xiàn)的頻率。光纖電信系統(tǒng)的典型誤碼率范圍是10（-9）到10（-12），這個誤碼率取決于接收機(jī)的信噪比（信號功率和噪聲功率的比）。給定系統(tǒng)誤碼率事，由于接收機(jī)的噪聲電平，使得在光檢測器上的光信號功率有一個最低限。信噪比（信噪比（Signal to Noise Ratio）：）：又稱為訊噪比。狹義來講是指放大器的輸出信號的電壓與同時輸出的噪聲電壓的比，常常用分貝數(shù)表示，設(shè)備的信噪比越高表明它產(chǎn)生的雜音越少。一般來說，信噪比越大，說明混在信號里的噪聲越小，聲音回放的音質(zhì)量

10、越高，否則相反。 2021/6/169噪聲系數(shù)（噪聲系數(shù)（Noise Figure） 由于放大器本身就有噪聲，輸出端的信噪比和輸入端信噪比是不一樣的，為此，使用噪聲系數(shù)來衡量放大器本身的噪聲水平 公式表示為：噪聲系數(shù)NF=輸入端信噪比/輸出端信噪比，單位常用“dB”。 該系數(shù)并不是越大越好，它的值越大，說明在傳輸過程中摻入的噪聲也就越大，反應(yīng)了器件或者信道特性的不理想。 在放大器的噪聲系數(shù)比較低（例如NF1）的情況下，通常放大器的噪聲系數(shù)用噪聲溫度（T）來表示。 噪聲系數(shù)與噪聲溫度的關(guān)系為：T=（NF-1）T0 或 NF=T/T0+1 其中：T0-絕對溫度（290K）2021/6/16101、

11、單模光纖中只能傳輸一個模式，即_，稱為光纖的_。2、衡量接收機(jī)性能的主要指標(biāo)是_、_、_和_。3、多模光纖的色散包括_ _，_ _和 _ _ 。4、光纖耦合器的主要指標(biāo)是_、_、_和_。5、有兩種方法實(shí)現(xiàn)光調(diào)制，它們是_和_。6、普通單模光纖G.652的零色散波長是_，色散位移光纖G.653的零色散波長是_ 。 二、填空題（一）二、填空題（一）2021/6/16111、單模光纖中只能傳輸一個模式，即_HE11_，稱為光纖的_基模_。2、衡量接收機(jī)性能的主要指標(biāo)是 接收靈敏度 、_誤碼率或信噪比_ 、 帶寬 和_動態(tài)范圍_。3、多模光纖的色散包括 材料色散 ，_波導(dǎo)色散_和_模間色散_ 。4、光

12、纖耦合器的主要指標(biāo)是_插入損耗_、_附加損耗_、_分光比_和_串?dāng)__。5、有兩種方法實(shí)現(xiàn)光調(diào)制，它們是_直接調(diào)制_和_間接調(diào)制_。6、普通單模光纖G.652的零色散波長是1.31m ，色散位移光纖G.653的零色散波長是 1.55m 。 二、填空題（一答案）二、填空題（一答案）2021/6/16127、一臺優(yōu)良的光接收機(jī)，應(yīng)該無失真地_和_弱信號的能力，這要求其前端應(yīng)有低_、高_(dá)和足夠的_。8、半導(dǎo)體激光器按波導(dǎo)機(jī)制可分為_和_兩種。9、摻鉺光纖放大器噪聲系數(shù)F的極限值約為 _。10、光纖按傳輸模式的數(shù)量分類，可分為_ 光纖和 _ 光纖。決定光纖傳輸特性的兩個主要因素是_ 和_ _。11、在光

13、纖通信系統(tǒng)中，當(dāng)需要保證在傳輸信道光的單向傳輸時，采用 。12、對半導(dǎo)體激光器，當(dāng)外加正向電流小于閾值電流時，激光器發(fā)出的是_ 。 二、填空題（二）二、填空題（二）2021/6/16137、一臺優(yōu)良的光接收機(jī)，應(yīng)該無失真地_檢測_和_恢復(fù)_弱信號的能力，這要求其前端應(yīng)有低_噪聲_、高_(dá)靈敏度_和足夠的_帶寬_。8、半導(dǎo)體激光器按波導(dǎo)機(jī)制可分為_增益導(dǎo)引_和_折射率導(dǎo)引_兩種。9、摻鉺光纖放大器噪聲系數(shù)F的極限值約為 _3dB_。10、光纖按傳輸模式的數(shù)量分類，可分為_單模 光纖和 多模 光纖。決定光纖傳輸特性的兩個主要因素是_損耗 和_色散_。11、在光纖通信系統(tǒng)中，當(dāng)需要保證在傳輸信道光的單

14、向傳輸時，采用 光隔離器 。12、對半導(dǎo)體激光器，當(dāng)外加正向電流小于閾值電流時，激光器發(fā)出的是_非相干光 。 二、填空題（二答案）二、填空題（二答案）2021/6/1614三、選擇題（一）三、選擇題（一）1、光源產(chǎn)生的光脈沖的載頻隨時間變化的現(xiàn)象稱為（ ）A、啁啾 B、損耗 C 、色散2、當(dāng)PN結(jié)正向偏置時，電子和空穴在有源區(qū)的復(fù)合分為（ ）A、陷阱復(fù)合B、缺陷復(fù)合C、表面復(fù)合D、俄歇復(fù)合3、光纜能有效保護(hù)光纖防止（ ）A、嚙齒動物的啃嚙B、敷設(shè)過程中的應(yīng)力C、粗心的挖掘D、擠壓4、實(shí)際系統(tǒng)中，即使沒有光纖傳輸也存在的造成接收機(jī)靈敏度惡化的因素有（ ）A、消光比B、強(qiáng)度噪聲C、散粒噪聲D、熱噪

15、聲 5、下面（ ）是EDFA的優(yōu)點(diǎn)。A、高增益B、對信號速率不敏感C、工作在1300nm附近D、增益帶寬寬 2021/6/1615三、選擇題（一答案）三、選擇題（一答案）1、光源產(chǎn)生的光脈沖的載頻隨時間變化的現(xiàn)象稱為（A）A、啁啾 B、損耗 C 、色散2、當(dāng)PN結(jié)正向偏置時，電子和空穴在有源區(qū)的復(fù)合分為（ABCD）A、陷阱復(fù)合B、缺陷復(fù)合C、表面復(fù)合D、俄歇復(fù)合3、光纜能有效保護(hù)光纖防止（ABD）A、嚙齒動物的啃嚙B、敷設(shè)過程中的應(yīng)力C、粗心的挖掘D、擠壓4、實(shí)際系統(tǒng)中，即使沒有光纖傳輸也存在的造成接收機(jī)靈敏度惡化的因素有（AB）A、消光比B、強(qiáng)度噪聲C、散粒噪聲D、熱噪聲 5、下面（ABD）

16、是EDFA的優(yōu)點(diǎn)。A、高增益B、對信號速率不敏感C、工作在1300nm附近D、增益帶寬寬 2021/6/1616三、選擇題（二）三、選擇題（二）6、光接收機(jī)中的散粒噪聲包括（ ）A、量子噪聲B、暗電流噪聲C、漏電流噪聲D、APD倍增噪聲7、單模光纖只能傳輸一種模式，即（ ）。A、HE00 B、HE11 C、HE01D、HE108、多模光纖的色散包括 （ ）A、材料色散 B、波導(dǎo)色散 C 、模間色散 D、波長色散。9、光纖的導(dǎo)光原理與結(jié)構(gòu)特性可用（ ）和（ ）兩種方法進(jìn)行分析。A、模式理論B、散射理論C、射線理論D、光電理論10、光放大器按應(yīng)用場合分，一般有哪幾種（ ）A、在線放大器 B、功率放

17、大器 C、 前置放大器 D、上述答案都不正確。 2021/6/1617三、選擇題（二答案）三、選擇題（二答案）6、光接收機(jī)中的散粒噪聲包括（ABCD）A、量子噪聲B、暗電流噪聲C、漏電流噪聲D、APD倍增噪聲7、單模光纖只能傳輸一種模式，即（B）。A、HE00 B、HE11 C、HE01D、HE108、多模光纖的色散包括 （ABCD ）A、材料色散 B、波導(dǎo)色散 C 、模間色散 D、波長色散。9、光纖的導(dǎo)光原理與結(jié)構(gòu)特性可用（A）和（C）兩種方法進(jìn)行分析。A、模式理論B、散射理論C、射線理論D、光電理論10、光放大器按應(yīng)用場合分，一般有哪幾種（ABC）A、在線放大器 B、功率放大器 C、 前置

18、放大器 D、上述答案都不正確。 2021/6/1618四、判斷題（一）四、判斷題（一）1、光纖損耗系數(shù)的單位是dBm/km。2、溫度升高時，激光器的閾值電流會增加。3、多模光纖指的是傳輸多路信號的光纖。4、接收機(jī)要求的最小平均光功率就是接收機(jī)的靈敏度。5、若PN結(jié)在結(jié)兩邊使用相同的半導(dǎo)體材料，則稱為同質(zhì)結(jié)。6、單模光纖沒有模間色散。 2021/6/1619四、判斷題（一答案）四、判斷題（一答案）1、光纖損耗系數(shù)的單位是dBm/km。2、溫度升高時，激光器的閾值電流會增加。3、多模光纖指的是傳輸多路信號的光纖。4、接收機(jī)要求的最小平均光功率就是接收機(jī)的靈敏度。5、若PN結(jié)在結(jié)兩邊使用相同的半導(dǎo)體

19、材料，則稱為同質(zhì)結(jié)。6、單模光纖沒有模間色散。 2021/6/1620四、判斷題（二）四、判斷題（二）7、數(shù)字光接收機(jī)接收到的光功率越大誤碼率則越小。8、光纖的彎曲半徑不宜過小。9、光纖的數(shù)值孔徑越小越好。10、歸一化頻率V值越小，能夠傳播的模式越多。11、接收機(jī)的帶寬主要由前置放大器決定。12、接收系統(tǒng)中，APD的增益越大越好。 2021/6/1621四、判斷題（二答案）四、判斷題（二答案）7、數(shù)字光接收機(jī)接收到的光功率越大誤碼率則越小。8、光纖的彎曲半徑不宜過小。9、光纖的數(shù)值孔徑越小越好。10、歸一化頻率V值越小，能夠傳播的模式越多。11、接收機(jī)的帶寬主要由前置放大器決定。12、接收系統(tǒng)

20、中，APD的增益越大越好。 2021/6/1622五、簡答題（一）五、簡答題（一）1、什么是PIN的量子效率？如何提高其量子效率？ 2、EDFA中隔離器的作用是什么？ 3、色散位移光纖是如何實(shí)現(xiàn)的？ 4、EDFA光放大器的泵浦方式有哪幾種？各有什么特點(diǎn)？ 5、光放大器與光電光中繼器的主要區(qū)別是什么？ 2021/6/16232 2、隔離反射信號，提高、隔離反射信號，提高EDFAEDFA的穩(wěn)定性。的穩(wěn)定性。 2021/6/16244、同向泵浦（噪聲?。⒎聪虮闷郑ㄝ敵龉β矢撸┖碗p向泵浦（噪同向泵浦（噪聲?。?、反向泵浦（輸出功率高）和雙向泵浦（噪聲小，輸出功率高）。聲小，輸出功率高）。 2021/6

21、/1625五、簡答題（二）五、簡答題（二）6、激光器的內(nèi)、外量子效率的聯(lián)系和差別是什么？ 7、說明APD和PIN的主要區(qū)別？8、什么是模式分配噪聲？ 9、 光路中常用的無源器件有哪幾種? 10、半導(dǎo)體發(fā)光二極管的主要特點(diǎn)是什么? 2021/6/1626 內(nèi)量子效率是激光器把電子空穴對（注入電流）轉(zhuǎn)換成光子（光）效率的直接表示，但要注意，并非所有光子都出射成為輸出光，有些光子由于各種內(nèi)部損耗而被重新吸收。外量子效率是激光二極管把電子空穴對（注入電流）轉(zhuǎn)換成輸出光的效率象征。外量子效率總是比內(nèi)量子效率小。 2021/6/1627光連接器、光衰減器、光耦合器、光波分復(fù)用器、光隔離器、光環(huán)行器等 a.光譜較寬；b. P-I 曲線的線性較好；c.與光