光纖通信系統(tǒng)與技術(shù)復(fù)習(xí)

1、n 1、光通信的分類(lèi)。波導(dǎo)光通信、非波導(dǎo)光通信。n 2、光纖通信系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖及其發(fā)展歷程。輸入輸出光接收機(jī)通信信道光發(fā)射機(jī)五代：一，0.85um系統(tǒng)（1980），階躍折射率光纖；二，1.3um系統(tǒng)（1985），單模光纖；三，1.55um（1990）色散位移光纖（DSF）和單模激光；四，光放大器和WDM系統(tǒng)（1996），光放大器；五，光孤子通信。n 3、光纖通信的優(yōu)點(diǎn)？（1），傳輸頻帶寬，通信容量大。（2）傳輸損耗小，中繼距離長(zhǎng)。（3）保密性能好：光波僅在光纖芯區(qū)傳輸，基本無(wú)泄露。（4）抗電磁干擾能力強(qiáng)：光纖由電絕緣的石英材料制成，不受電磁場(chǎng)干擾。（5）體積小、重量輕。（6）原材料來(lái)源豐富

2、、價(jià)格低廉。n 4、簡(jiǎn)述光纖的組成結(jié)構(gòu)及光在其中傳輸?shù)脑?。涂覆層、纖芯、包層。光在折射率大的纖芯傳輸，在折射率小的包層界面上發(fā)生全反射。n 5、光纖的分類(lèi)。多模光纖，單模光纖，特種光纖（色散位移光纖DSF，色散補(bǔ)償光纖，色散平坦光纖，保偏光纖，摻雜光纖）。n 6、什么是截止波長(zhǎng)？單模傳輸條件是什么？截止波長(zhǎng)是能使光纖實(shí)現(xiàn)單模傳輸?shù)淖钚」ぷ鞴獠úㄩL(zhǎng)。單模傳輸條件是V<2.405，即光信號(hào)波長(zhǎng)小于截止波長(zhǎng)。n 7、階躍折射率光纖的數(shù)值孔經(jīng)(NA)有何意義？物理意義是能是光信號(hào)在光纖內(nèi)以全反射形式傳播的角度的正切值。表示光纖捕捉入射光線(xiàn)的能力,NA越大，收集入射光的能力越強(qiáng)。n 8、什么是單

3、模光纖的雙折射？單模光纖中存在兩個(gè)正交偏振模式,當(dāng)光纖不完全圓柱對(duì)稱(chēng)時(shí),兩個(gè)正交偏振模式并不是簡(jiǎn)并的,兩個(gè)正交偏振的模折射率的差的絕對(duì)值即為雙折射。B=nx-ny，nx和ny分別表示兩個(gè)正交偏振模式的模折射率。n 9、光纖的色散有幾種？與什么有關(guān)？模式色散：光纖中的不同模式，在同一波長(zhǎng)下傳輸，各自的相位常數(shù)不同，它所引起的色散稱(chēng)為模式色散。材料色散：由于光纖材料本身的折射指數(shù)n和波長(zhǎng)呈非線(xiàn)性關(guān)系，從而使光的傳播速度隨波長(zhǎng)而變化，這樣引起的色散稱(chēng)為材料色散。波導(dǎo)色散：光纖中同一模式在不同的頻率下傳輸時(shí)，其相位常數(shù)不同，這樣引起的色散稱(chēng)為波導(dǎo)色散。與光纖波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。取決于光波模式和材料特性

4、。n 10、光纖的色散對(duì)光纖通信系統(tǒng)的性能會(huì)產(chǎn)生什么影響？ 光纖的色散將使光脈沖在光纖中傳輸過(guò)程中發(fā)生展寬。影響誤碼率的大小，和傳輸距離的長(zhǎng)短，以及系統(tǒng)速率的大小。n 11、產(chǎn)生光纖損耗的原因有什么？光纖衰減系數(shù)是如何定義的？原因：吸收損耗、散射損耗和輻射損耗。光纖的衰減是指在一根光纖的兩個(gè)橫截面間的光功率的減少。衰減系數(shù)定義為單位長(zhǎng)度光纖引起的光功率的衰減，用dB/km作單位時(shí)，有=。n 12、光纖中的非線(xiàn)性效應(yīng)有哪些？由于散射作用而產(chǎn)生的非線(xiàn)性效應(yīng)。如，受激喇曼散射、布里淵散射；由于光纖的折射指數(shù)隨光強(qiáng)度變化引起的非線(xiàn)性效應(yīng)。如，自相位調(diào)制SPM、交叉相位調(diào)制XPM、四波混頻FWM等。n

5、13、在目前商用光纖中，最小色散和最小損耗的波長(zhǎng)是？1310nm波長(zhǎng)的光具有最小色散，1550nm波長(zhǎng)的光具有最小損耗。n 14、描述光纖線(xiàn)路傳輸特性的基本參數(shù)有哪些？包括損耗、色散、帶寬、截止波長(zhǎng)、模場(chǎng)直徑等。n 15、光纜主要由什么組成？ 光纜是由若干根光纖組成的纜芯、加強(qiáng)元件和護(hù)套組成。主要由：纖芯、光纖油膏、護(hù)套材料、PBT（聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯）等材料組成。n 16、在光纖通信系統(tǒng)中，常見(jiàn)下列符號(hào)，請(qǐng)指出其名稱(chēng)。 G652，G653，G654，G655。G652：標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，G653：色散位移光纖，G654：截止波長(zhǎng)位移單模光纖；G655：非零色散光纖。n 17、什么是光纖連接器的

6、插入損耗和回波損耗？ 插入損耗：連接器的輸出光功率與輸入光功率之比，單位為dB，用L表示，為L(zhǎng)=(dB). 回波損耗：在光纖連接處，后向反射光功率與輸入光功率之比，單位為dB，用RL表示，寫(xiě)成RL=-10lg(dB)。n 18、 簡(jiǎn)述LED的工作原理。 P-N結(jié)正向偏壓時(shí)，處于低能帶Ev的電子被激勵(lì)到高能帶Ec上，然后再躍遷到低能帶，自發(fā)輻射出一個(gè)光子，能量為hv=Ec -Ev 。對(duì)于大量這樣的電子來(lái)說(shuō)，它們是各自獨(dú)立的發(fā)生自發(fā)輻射。高能帶上電子處于不同能級(jí)，輻射光子能量既有差別。n 19、 內(nèi)量子效率的定義。內(nèi)量子效率表征了輻射復(fù)合在電光轉(zhuǎn)換中所占的比例。i=或i= Rrr是輻射復(fù)合率，Rn

7、r是非輻射復(fù)合率。n 20、 LD的工作原理。正向偏置時(shí)，同LED一樣的過(guò)程產(chǎn)生初始光場(chǎng)，增加電流使半導(dǎo)體粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，再由滿(mǎn)足相位條件和閾值條件的光學(xué)諧振腔形成激光。n 21、 LED和LD發(fā)出的光最突出的差別是什么？ LED發(fā)出的光是非相干光，光譜寬。LD發(fā)出的光是相干光，單色性好，發(fā)散角小，光譜窄。n 22、 LED和LD工作特性最明顯的不同是什么？LD需要更大的電流以實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，需要在光學(xué)諧振腔里滿(mǎn)足相位條件和閾值條件才能產(chǎn)生激光。n 23、激光器工作所需要的條件？要有工作介質(zhì)，激勵(lì)源，光學(xué)諧振腔。需要滿(mǎn)足閾值條件和相位條件。n 24、單縱模半導(dǎo)體激光器常用的有哪兩種？分布反饋型激光

8、器：分布反饋型激光器（DFB）與分布布拉格反射激光器（DBR）。以及耦合腔激光器n 25、檢測(cè)器的響應(yīng)度和量子效率的定義。響應(yīng)度：平均輸出光電流與平均入射光功率之比。R=。量子效率指每入射一個(gè)光子所產(chǎn)生的對(duì)光電流有貢獻(xiàn)的光生載流子對(duì)數(shù)，是一個(gè)無(wú)量綱的量。定義式為：=。n 26、檢測(cè)器上升時(shí)間和下降時(shí)間？上升時(shí)間:脈沖前沿由幅值的10%上升到90%的時(shí)間；下降時(shí)間：脈沖后沿由90%下降到10%的時(shí)間。n 27、常用的光檢測(cè)器主要有哪兩種？ PIN光電二極管，APD雪崩光電二極管。n 28、PIN光電二極管的工作原理。在PN區(qū)間生長(zhǎng)一層厚的非參雜或輕摻雜半導(dǎo)體材料（本征區(qū)），在PN結(jié)加上負(fù)偏壓，由

9、于本征區(qū)電阻高，電壓基本落在該區(qū)形成強(qiáng)電場(chǎng)，擴(kuò)寬了耗盡層。光子在耗盡層充分吸收，產(chǎn)生的光生載流子立即被高電場(chǎng)加速，形成外電路的光電流。n 29、APD的工作原理。光生載流子在P-N結(jié)強(qiáng)電場(chǎng)處加速后與晶格的原子發(fā)生碰撞后使價(jià)帶的電子得到了能量；越過(guò)禁帶到達(dá)導(dǎo)帶，產(chǎn)生新的電子空穴對(duì)；電子空穴對(duì)在強(qiáng)電場(chǎng)再次被加速，再次碰撞；連鎖反應(yīng)，能量倍增。n 30、PIN檢測(cè)器和APD檢測(cè)器最主要的差別是什么？APD與PIN光電二極管相比，突出優(yōu)點(diǎn)是具有內(nèi)部增益，有較高的增益帶寬積，因此靈敏度高，中繼距離長(zhǎng)。APD也需要較高的反向偏壓，為了穩(wěn)定電流增益G需有溫度補(bǔ)償電路和自動(dòng)增益控制電路。n 31、光接收機(jī)的組

10、成結(jié)構(gòu)框圖。數(shù)據(jù)輸出判決電路均衡濾波電壓供給光探測(cè)器信號(hào)光時(shí)鐘恢復(fù)自動(dòng)增益控制光電變換和前放數(shù)據(jù)恢復(fù)主放（線(xiàn)性通道）n 32、接收機(jī)的噪聲有哪些？散粒噪聲和熱噪聲，散粒噪聲是由光量子傳輸時(shí)的隨機(jī)性、光電管倍增過(guò)程的隨機(jī)性和暗電流的漲落所產(chǎn)生的；熱噪聲是在有限溫度下，電阻性材料中自由電子和振動(dòng)離子間熱相互作用引起隨機(jī)脈動(dòng)所產(chǎn)生的噪聲。即使在沒(méi)有外供電源時(shí)也存在。n 33、什么是BER？通信系統(tǒng)中要求低于多少？BER，誤碼率是指?jìng)鬏數(shù)拇a元信號(hào)被錯(cuò)誤判決接收的概率，又稱(chēng)為差錯(cuò)率。可表達(dá)為BER=漏碼概率+假碼概率。設(shè)接收到“1”碼和“0”碼的概率分別為P(1)和P(0)，而將“1”碼錯(cuò)判為“0”碼和

11、將“0”碼錯(cuò)判為“1”碼的概率分別為P(0/1)和P(1/0)，于是BER=P(1)P(0/1)+P(0)P(1/0)。BER<10-9.n 34、接收機(jī)靈敏度的定義？靈敏度定義為在保證給定誤碼率指標(biāo)的條件下，接收機(jī)所需的最小平均接受光功率Pr。通常用毫瓦分貝（dBm）表示，即Sr=10lgPr(W)/10-3 (dBm)。n 35、設(shè)計(jì)光纖通信系統(tǒng)時(shí)要考慮哪些參數(shù)？工作波長(zhǎng)的選擇；光源（LED適用短距離、低碼速系統(tǒng)；LD適用長(zhǎng)距離高碼速）、光電檢測(cè)器和光纖的選擇；損耗限制的最大中繼距離；色散限制的最大中繼距離。n 36、從應(yīng)用結(jié)構(gòu)上劃分，光纖系統(tǒng)可以分為哪三類(lèi)？點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)；光纖分配網(wǎng)絡(luò)

12、；局域網(wǎng)（LAN）。n 37、光纖分配網(wǎng)的結(jié)構(gòu)有哪兩種？（計(jì)算分配用戶(hù)（總線(xiàn)結(jié)構(gòu)）第N個(gè)用戶(hù)可用功率為：PN=PTC(1-)(1-C)N-1，P T是發(fā)射功率，C是耦合器的分光比，是耦合器插入損耗）光纖到路邊（FTTC）和光纖到戶(hù)（FTTH）。n 38、局域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)有哪些？包括以太網(wǎng)、令牌環(huán)以及光纖分布數(shù)據(jù)接口（FDDI）等。n 39、怎樣進(jìn)行功率預(yù)算？Tr2=Ttr2+Tf2+Trec2,后三項(xiàng)分別是發(fā)射機(jī)、傳輸光纖和接收機(jī)的上升時(shí)間。Tr=0.35/f3dB 。后者是帶寬。0.35/B RZ碼0.7/B NRZ碼TrPout（dBm）=Prec（dBm，接收機(jī)靈敏度）+Ltot（dB 信道

13、損耗=L+Lcon+Lsplice ,光纖損耗系數(shù)·傳輸長(zhǎng)度+光纖連接損耗+光纖熔接損耗）+Pm（dB 功率余量46dB）n 40、引起功率劣化的因素有哪些？模式噪聲、模式分配噪聲、頻率啁啾、色散脈沖展寬以及反射回饋和噪聲。n 41、光放大器的類(lèi)型有哪些？半導(dǎo)體光放大器、非線(xiàn)性光纖放大器（拉曼放大器）以及參雜光纖放大器（摻鉺光纖放大器（EDFA）n 42、什么是增益飽和？當(dāng)信號(hào)光功率增大到可與飽和功率相比擬時(shí)，增益系數(shù)將隨信號(hào)光功率的增大而降低，放大器的增益G也將降低，這種現(xiàn)象稱(chēng)為增益飽和。n 43、SOA的工作原理任何激光器偏置于閾值以下而接近閾值時(shí)，都表現(xiàn)為激光放大器。半導(dǎo)體激光

14、器的注入電流略低于閾值電流時(shí)就成為了半導(dǎo)體光放大器。n 44、EDFA的工作原理由光耦合器將泵浦光和信號(hào)光合在一起，在泵浦光的作用下，EDF中的Er3+離子出現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，在信號(hào)光的誘發(fā)下，產(chǎn)生了受激輻射，從而使信號(hào)光放大。n 45、RA突出的優(yōu)點(diǎn)是什么？頻帶寬、增益高、輸出功率大、響應(yīng)快以及噪聲低。n 46、舉例說(shuō)明光放大器在光纖通信領(lǐng)域中的應(yīng)用。接在光發(fā)射機(jī)后可以增強(qiáng)發(fā)射機(jī)功率，稱(chēng)為后置放大器；接在接收機(jī)之前可以提高接收機(jī)的靈敏度，稱(chēng)為前置放大器；在長(zhǎng)距離光纖通信中，取代光電混合中繼器，稱(chēng)為在線(xiàn)放大器；還可以應(yīng)用在光纖局域網(wǎng)中工作分配補(bǔ)償放大器。n 47、光纖通信系統(tǒng)為什么需要進(jìn)行色散

15、管理（補(bǔ)償）？消除光纖中色散引起的光脈沖信號(hào)的展寬和畸變，增加工作距離。n 48、有哪些技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)色散補(bǔ)償？前補(bǔ)償技術(shù)：預(yù)啁啾補(bǔ)償，雙二進(jìn)制碼，非線(xiàn)性預(yù)啁啾技術(shù)；后補(bǔ)償技術(shù)，色散補(bǔ)償光纖（DCF）；光濾波器；光纖布拉格光柵：均勻周期光柵、啁啾光纖光柵、啁啾碼耦合器；光學(xué)相位共軛；n 49、DCF的特點(diǎn)有哪些？如果常規(guī)光纖的色散在1.55m波長(zhǎng)區(qū)為正色散值，那么DCF應(yīng)具有負(fù)的色散系數(shù)。使得光脈沖信號(hào)在此工作窗口波形不產(chǎn)生畸變。DCF的這一特性可以比較好地達(dá)到高速率長(zhǎng)距離傳輸?shù)哪康摹?. 對(duì)1310nm零色散標(biāo)準(zhǔn)單模光纖系統(tǒng)升級(jí)擴(kuò)容簡(jiǎn)單；2. DCF是線(xiàn)性無(wú)源器件，可放在線(xiàn)路中的任何位置，安放

16、靈活；3. 能實(shí)現(xiàn)寬帶色散補(bǔ)償和一階色散、二階色散全補(bǔ)償?？梢栽贓DFA增益帶寬的寬譜帶內(nèi)色散補(bǔ)償。對(duì)比特率、光源波長(zhǎng)以及波分復(fù)用通道的布置都是透明的。n 50、啁啾光纖布拉格光柵是怎樣實(shí)現(xiàn)色散補(bǔ)償?shù)?？?duì)普通單模光纖，在1550nm處色散值為正，處在反常色散區(qū)，高頻分量比低頻分量傳輸?shù)目?。若把光柵放置成?jié)距大的一端在前，隨著長(zhǎng)度增加，光柵間距也減小，提供正常GVD，正好與普通光纖相反。低頻分量在前端反射，高頻分量在末端發(fā)射，高頻分量多走了兩倍光柵長(zhǎng)度，于是經(jīng)過(guò)光柵傳輸后，低頻分量便趕上了高頻分量，實(shí)現(xiàn)色散補(bǔ)償。n 51、OPC是怎樣實(shí)現(xiàn)色散補(bǔ)償?shù)模繉?duì)于脈沖傳輸方程的共軛式，可以發(fā)現(xiàn)GVD參數(shù)2

17、符號(hào)改變了，變成了負(fù)值。于是加入在傳輸光纖中間，光場(chǎng)是相位共軛的，那么前半段光纖傳輸積累的色散將被后半段光纖補(bǔ)償。而3沒(méi)有變號(hào)，所以O(shè)PC不能補(bǔ)償三階色散。n 52、提高通信系統(tǒng)容量的技術(shù)有哪些？光波分復(fù)用、頻分復(fù)用、光時(shí)分復(fù)用、光碼分復(fù)用、空分復(fù)用以及副載波復(fù)用。n 53、什么是WDM？怎樣計(jì)算WDM系統(tǒng)的BL？WDM即光波分復(fù)用是一種采用波分復(fù)用器在發(fā)送端將兩種或多種不同波長(zhǎng)的信號(hào)光載波合成起來(lái)，并送入一根光纖進(jìn)行傳輸，在接收端再由波分復(fù)用器將各種波長(zhǎng)的光載波進(jìn)行分離的復(fù)用方式。BL=（B1+B2+BN）Ln 54、WDM系統(tǒng)需要哪些主要的光器件？光發(fā)射機(jī)、光放大器、光接收機(jī)，監(jiān)控信道，網(wǎng)

18、絡(luò)管理系統(tǒng)。n 55、什么是OTDM?OTDW即光時(shí)分復(fù)用是一種與電時(shí)分復(fù)用相對(duì)應(yīng)的光復(fù)用技術(shù)。光信號(hào)按照一定的幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳輸，將一幀光信號(hào)時(shí)域劃分為N個(gè)相等的時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙按照順序傳輸已被輸入信道數(shù)據(jù)調(diào)制的基帶光脈沖，復(fù)用器把各信道的光脈沖在時(shí)域上分割復(fù)用成高速脈沖流，并在同一根光纖進(jìn)行傳輸；在接收端，解復(fù)用器把高速脈沖流分拆成原來(lái)的低速脈沖信號(hào)。n 56、WDM和OTDM的區(qū)別？WDM是對(duì)光波波長(zhǎng)的不同進(jìn)行分割處理的技術(shù)，而OTDM采用單波長(zhǎng)技術(shù)，是對(duì)光波的時(shí)間的不同而進(jìn)行分割處理的技術(shù)。因此，不受四波混頻非線(xiàn)性影響，對(duì)光纖放大器的增益平坦度要求不高，但色散更嚴(yán)重。n 57、光耦合器的功能

19、有哪些？如何實(shí)現(xiàn)光耦合？如何改變耦合器的分光比？光耦合器的功能主要是將光信號(hào)進(jìn)行分路和合路，即可以把多路光纖的光功率組合在一起，或者把一路光纖的光功率分成多路。按分光和合光原理，分兩種：一種是應(yīng)用普通光學(xué)分束技術(shù)進(jìn)行分、合光；另一種是利用漸逝場(chǎng)耦合的模式理論實(shí)現(xiàn)光能的分配。分光比是指某一輸出端口的光功率P0相對(duì)于輸出總功率P的百分比。n 58、解釋環(huán)行器的工作原理，給出光環(huán)行器的應(yīng)用例子。光環(huán)行器工作原理基于法拉第磁光效應(yīng)，利用法拉第旋轉(zhuǎn)器非互易特性和偏振器件的組合濾光作用。n 59、DWDM系統(tǒng)中的參考波長(zhǎng)為多少？標(biāo)準(zhǔn)信道間隔是多少？1552nm，100GHznn 60、光纖孤子是怎樣產(chǎn)生的

20、？有哪些特性？孤子的分類(lèi)？利用光在光纖中傳輸時(shí)隨光強(qiáng)而變化的SPM特性來(lái)補(bǔ)償光纖中的GVD，使光脈沖在傳輸過(guò)程中不發(fā)生畸變，形成光孤子。光孤子分基態(tài)孤子和高階孤子，基態(tài)孤子的脈沖波形在傳輸過(guò)程中保持不變；高階孤子的強(qiáng)度和形狀則隨距離呈周期性變化。暗孤子：凹陷脈沖；亮孤子：在非正常群色散介質(zhì)中產(chǎn)生的脈沖形式。n 61、孤子通信系統(tǒng)采用什么樣的調(diào)制格式？外調(diào)制n 62、怎樣計(jì)算孤子的能量？Es=2P0T0 。P0是峰值能量，T0與FWHM有關(guān)。n 63、光孤子源有哪些？外腔鎖模激光器、增益開(kāi)關(guān)分布反饋半導(dǎo)體激光器，摻鉺光纖孤子激光器、n 64、什么是損耗管理孤子？由于光纖存在損耗，使光孤子能量隨傳

21、輸距離增加而減少，這將會(huì)削弱補(bǔ)償光纖色散所必需的非線(xiàn)性效應(yīng)的影響，導(dǎo)致光孤子脈沖展寬。運(yùn)用集總式光放大或分布式光放大法對(duì)其進(jìn)行能量補(bǔ)償?shù)木褪菗p耗管理孤子。n 65、什么是色散管理孤子？讓色散隨光纖長(zhǎng)度衰減從而使GVD和SPM效應(yīng)平衡的既是色散管理孤子。n 66、什么是DDF?GVD隨長(zhǎng)度衰減的光纖，即色散衰減光纖。n 67、解釋Gordon-Haus抖動(dòng)的起源。光濾波器和調(diào)制器是如何減小這種定時(shí)抖動(dòng)的？孤子頻率的改變量將影響孤子在光纖中的傳輸速度，如果因放大器噪聲而波動(dòng)，孤子在光纖中的傳輸時(shí)間也將隨機(jī)變化。孤子到達(dá)時(shí)間的ASE致抖動(dòng)被稱(chēng)為Gordon-Haus抖動(dòng)。光濾波器帶寬的選擇滿(mǎn)足使孤子通過(guò)而ASE被阻斷的條件。振幅調(diào)制器通過(guò)對(duì)偏離初始位置的孤子引入附加損耗來(lái)產(chǎn)生影響。調(diào)制器迫使孤子朝著損耗最小的傳輸峰值移動(dòng)。相位調(diào)制器導(dǎo)致的時(shí)域位移使得孤子限制在初始位置。數(shù)字信號(hào)n 68、相干光通信系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)圖。光載波激光器調(diào)制器光匹配器判決再生基帶放大濾波解調(diào)中頻放大濾波光電檢測(cè)器光匹配器本征激光器信號(hào)光光探測(cè)電信號(hào)處理本振光基帶信號(hào)n 69、相干光通信系統(tǒng)與非相干光通信系統(tǒng)的區(qū)別？非相干光通信使用電子數(shù)據(jù)脈沖流直接調(diào)制光載