光纖通信系統(tǒng)與技術(shù)復習

1、n 1、光通信的分類。波導光通信、非波導光通信。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。輸入輸出光接收機通信信道光發(fā)射機五代：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？（1），傳輸頻帶寬，通信容量大。（2）傳輸損耗小，中繼距離長。（3）保密性能好：光波僅在光纖芯區(qū)傳輸，基本無泄露。（4）抗電磁干擾能力強：光纖由電絕緣的石英材料制成，不受電磁場干擾。（5）體積小、重量輕。（6）原材料來源豐富

2、、價格低廉。n 4、簡述光纖的組成結(jié)構(gòu)及光在其中傳輸?shù)脑怼Ｍ扛矊?、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。多模光纖，單模光纖，特種光纖（色散位移光纖DSF，色散補償光纖，色散平坦光纖，保偏光纖，摻雜光纖）。n 6、什么是截止波長？單模傳輸條件是什么？截止波長是能使光纖實現(xiàn)單模傳輸?shù)淖钚」ぷ鞴獠úㄩL。單模傳輸條件是V<2.405，即光信號波長小于截止波長。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的能力,NA越大，收集入射光的能力越強。n 8、什么是單

3、模光纖的雙折射？單模光纖中存在兩個正交偏振模式,當光纖不完全圓柱對稱時,兩個正交偏振模式并不是簡并的,兩個正交偏振的模折射率的差的絕對值即為雙折射。B=nx-ny，nx和ny分別表示兩個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？模式色散：光纖中的不同模式，在同一波長下傳輸，各自的相位常數(shù)不同，它所引起的色散稱為模式色散。材料色散：由于光纖材料本身的折射指數(shù)n和波長呈非線性關系，從而使光的傳播速度隨波長而變化，這樣引起的色散稱為材料色散。波導色散：光纖中同一模式在不同的頻率下傳輸時，其相位常數(shù)不同，這樣引起的色散稱為波導色散。與光纖波導的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關。取決于光波模式和材料特性

4、。n 10、光纖的色散對光纖通信系統(tǒng)的性能會產(chǎn)生什么影響？ 光纖的色散將使光脈沖在光纖中傳輸過程中發(fā)生展寬。影響誤碼率的大小，和傳輸距離的長短，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橫截面間的光功率的減少。衰減系數(shù)定義為單位長度光纖引起的光功率的衰減，用dB/km作單位時，有=。n 12、光纖中的非線性效應有哪些？由于散射作用而產(chǎn)生的非線性效應。如，受激喇曼散射、布里淵散射；由于光纖的折射指數(shù)隨光強度變化引起的非線性效應。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是？1310nm波長的光具有最小色散，1550nm波長的光具有最小損耗。n 14、描述光纖線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、模場直徑等。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、加強元件和護套組成。主要由：纖芯、光纖油膏、護套材料、PBT（聚對苯二甲酸丁二醇酯）等材料組成。n 16、在光纖通信系統(tǒng)中，常見下列符號，請指出其名稱。 G652，G653，G654，G655。G652：標準單模光纖，G653：色散位移光纖，G654：截止波長位移單模光纖；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=(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，寫成RL=-10lg(dB)。n 18、 簡述LED的工作原理。 P-N結(jié)正向偏壓時，處于低能帶Ev的電子被激勵到高能帶Ec上，然后再躍遷到低能帶，自發(fā)輻射出一個光子，能量為hv=Ec -Ev 。對于大量這樣的電子來說，它們是各自獨立的發(fā)生自發(fā)輻射。高能帶上電子處于不同能級，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合在電光轉(zhuǎn)換中所占的比例。i=或i= Rrr是輻射復合率，Rn

7、r是非輻射復合率。n 20、 LD的工作原理。正向偏置時，同LED一樣的過程產(chǎn)生初始光場，增加電流使半導體粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，再由滿足相位條件和閾值條件的光學諧振腔形成激光。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現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，需要在光學諧振腔里滿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)，激勵源，光學諧振腔。需要滿足閾值條件和相位條件。n 24、單縱模半導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、檢測器的響應度和量子效率的定義。響應度：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光子所產(chǎn)生的對光電流有貢獻的光生載流子對數(shù)，是一個無量綱的量。定義式為：=。n 26、檢測器上升時間和下降時間？上升時間:脈沖前沿由幅值的10%上升到90%的時間；下降時間：脈沖后沿由90%下降到10%的時間。n 27、常用的光檢測器主要有哪兩種？ 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)間生長一層厚的非參雜或輕摻雜半導體材料（本征區(qū)），在PN結(jié)加上負偏壓，由

9、于本征區(qū)電阻高，電壓基本落在該區(qū)形成強電場，擴寬了耗盡層。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)強電場處加速后與晶格的原子發(fā)生碰撞后使價帶的電子得到了能量；越過禁帶到達導帶，產(chǎn)生新的電子空穴對；電子空穴對在強電場再次被加速，再次碰撞；連鎖反應，能量倍增。n 30、PIN檢測器和APD檢測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。APD也需要較高的反向偏壓，為了穩(wěn)定電流增益G需有溫度補償電路和自動增益控制電路。n 31、光接收機的組

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器信號光時鐘恢復自動增益控制光電變換和前放數(shù)據(jù)恢復主放（線性通道）n 32、接收機的噪聲有哪些？散粒噪聲和熱噪聲，散粒噪聲是由光量子傳輸時的隨機性、光電管倍增過程的隨機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離子間熱相互作用引起隨機脈動所產(chǎn)生的噪聲。即使在沒有外供電源時也存在。n 33、什么是BER？通信系統(tǒng)中要求低于多少？BER，誤碼率是指傳輸?shù)拇a元信號被錯誤判決接收的概率，又稱為差錯率。可表達為BER=漏碼概率+假碼概率。設接收到“1”碼和“0”碼的概率分別為P(1)和P(0)，而將“1”碼錯判為“0”碼和

11、將“0”碼錯判為“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、接收機靈敏度的定義？靈敏度定義為在保證給定誤碼率指標的條件下，接收機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、設計光纖通信系統(tǒng)時要考慮哪些參數(shù)？工作波長的選擇；光源（LED適用短距離、低碼速系統(tǒng)；LD適用長距離高碼速）、光電檢測器和光纖的選擇；損耗限制的最大中繼距離；色散限制的最大中繼距離。n 36、從應用結(jié)構(gòu)上劃分，光纖系統(tǒng)可以分為哪三類？點對點系統(tǒng)；光纖分配網(wǎng)絡

12、；局域網(wǎng)（LAN）。n 37、光纖分配網(wǎng)的結(jié)構(gòu)有哪兩種？（計算分配用戶（總線結(jié)構(gòu)）第N個用戶可用功率為：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（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、怎樣進行功率預算？Tr2=Ttr2+Tf2+Trec2,后三項分別是發(fā)射機、傳輸光纖和接收機的上升時間。Tr=0.35/f3dB 。后者是帶寬。0.35/B RZ碼0.7/B NRZ碼TrPout（dBm）=Prec（dBm，接收機靈敏度）+Ltot（dB 信道

13、損耗=L+Lcon+Lsplice ,光纖損耗系數(shù)·傳輸長度+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、光放大器的類型有哪些？半導體光放大器、非線性光纖放大器（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？當信號光功率增大到可與飽和功率相比擬時，增益系數(shù)將隨信號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，都表現(xiàn)為激光放大器。半導體激光

14、器的注入電流略低于閾值電流時就成為了半導體光放大器。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，在信號光的誘發(fā)下，產(chǎn)生了受激輻射，從而使信號光放大。n 45、RA突出的優(yōu)點是什么？頻帶寬、增益高、輸出功率大、響應快以及噪聲低。n 46、舉例說明光放大器在光纖通信領域中的應用。接在光發(fā)射機后可以增強發(fā)射機功率，稱為后置放大器；接在接收機之前可以提高接收機的靈敏度，稱為前置放大器；在長距離光纖通信中，取代光電混合中繼器，稱為在線放大器；還可以應用在光纖局域網(wǎng)中工作分配補償放大器。n 47、光纖通信系統(tǒng)為什么需要進行色散

15、管理（補償）？消除光纖中色散引起的光脈沖信號的展寬和畸變，增加工作距離。n 48、有哪些技術(shù)可以實現(xiàn)色散補償？前補償技術(shù)：預啁啾補償，雙二進制碼，非線性預啁啾技術(shù)；后補償技術(shù)，色散補償光纖（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；光學相位共軛；n 49、DCF的特點有哪些？如果常規(guī)光纖的色散在1.55m波長區(qū)為正色散值，那么DCF應具有負的色散系數(shù)。使得光脈沖信號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到高速率長距離傳輸?shù)哪康摹?. 對1310nm零色散標準單模光纖系統(tǒng)升級擴容簡單；2. DCF是線性無源器件，可放在線路中的任何位置，安放

16、靈活；3. 能實現(xiàn)寬帶色散補償和一階色散、二階色散全補償?？梢栽贓DFA增益帶寬的寬譜帶內(nèi)色散補償。對比特率、光源波長以及波分復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現(xiàn)色散補償?shù)?？對普通單模光纖，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度，于是經(jīng)過光柵傳輸后，低頻分量便趕上了高頻分量，實現(xiàn)色散補償。n 51、OPC是怎樣實現(xiàn)色散補償?shù)模繉τ诿}沖傳輸方程的共軛式，可以發(fā)現(xiàn)GVD參數(shù)2

17、符號改變了，變成了負值。于是加入在傳輸光纖中間，光場是相位共軛的，那么前半段光纖傳輸積累的色散將被后半段光纖補償。而3沒有變號，所以OPC不能補償三階色散。n 52、提高通信系統(tǒng)容量的技術(shù)有哪些？光波分復用、頻分復用、光時分復用、光碼分復用、空分復用以及副載波復用。n 53、什么是WDM？怎樣計算WDM系統(tǒng)的BL？WDM即光波分復用是一種采用波分復用器在發(fā)送端將兩種或多種不同波長的信號光載波合成起來，并送入一根光纖進行傳輸，在接收端再由波分復用器將各種波長的光載波進行分離的復用方式。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、光放大器、光接收機，監(jiān)控信道，網(wǎng)

18、絡管理系統(tǒng)。n 55、什么是OTDM?OTDW即光時分復用是一種與電時分復用相對應的光復用技術(shù)。光信號按照一定的幀結(jié)構(gòu)進行傳輸，將一幀光信號時域劃分為N個相等的時隙，每個時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，復用器把各信道的光脈沖在時域上分割復用成高速脈沖流，并在同一根光纖進行傳輸；在接收端，解復用器把高速脈沖流分拆成原來的低速脈沖信號。n 56、WDM和OTDM的區(qū)別？WDM是對光波波長的不同進行分割處理的技術(shù)，而OTDM采用單波長技術(shù)，是對光波的時間的不同而進行分割處理的技術(shù)。因此，不受四波混頻非線性影響，對光纖放大器的增益平坦度要求不高，但色散更嚴重。n 57、光耦合器的功能

19、有哪些？如何實現(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進行分路和合路，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：一種是應用普通光學分束技術(shù)進行分、合光；另一種是利用漸逝場耦合的模式理論實現(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)行器的應用例子。光環(huán)行器工作原理基于法拉第磁光效應，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)中的參考波長為多少？標準信道間隔是多少？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？利用光在光纖中傳輸時隨光強而變化的SPM特性來補償光纖中的GVD，使光脈沖在傳輸過程中不發(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程中保持不變；高階孤子的強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、怎樣計算孤子的能量？Es=2P0T0 。P0是峰值能量，T0與FWHM有關。n 63、光孤子源有哪些？外腔鎖模激光器、增益開關分布反饋半導體激光器，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，這將會削弱補償光纖色散所必需的非線性效應的影響，導致光孤子脈沖展寬。運用集總式光放大或分布式光放大法對其進行能量補償?shù)木褪菗p耗管理孤子。n 65、什么是色散管理孤子？讓色散隨光纖長度衰減從而使GVD和SPM效應平衡的既是色散管理孤子。n 66、什么是DDF?GVD隨長度衰減的光纖，即色散衰減光纖。n 67、解釋Gordon-Haus抖動的起源。光濾波器和調(diào)制器是如何減小這種定時抖動的？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，孤子在光纖中的傳輸時間也將隨機變化。孤子到達時間的ASE致抖動被稱為Gordon-Haus抖動。光濾波器帶寬的選擇滿足使孤子通過而ASE被阻斷的條件。振幅調(diào)制器通過對偏離初始位置的孤子引入附加損耗來產(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。相位調(diào)制器導致的時域位移使得孤子限制在初始位置。數(shù)字信號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器光匹配器本征激光器信號光光探測電信號處理本振光基帶信號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