光纖系統(tǒng)作業(yè)參考答案解析19513

1、第一章作業(yè)1、光纖通信與電通信有什么不同？在光纖通信中起主導(dǎo)作用的部件是什么？光纖通信，就是用光作為信息的載體、以光纖作為傳輸介質(zhì)的一種通信方式。起主導(dǎo)作用的是激光器和光纖。2、常規(guī)的光纖的三個的低損耗窗口是在哪個波段？其損耗值各為多少？850nm 3db/km ; 1310nm 0.4db/km ; 1550nm 0.2db/km3、光纖通信有哪些優(yōu)點？（1）頻帶寬，通信容量大（2）損耗低，中繼距離長 （3）抗電磁干擾（4）無竄音干擾， 性好（5）光纖線徑細，重量輕，柔軟（6）光纖原材料豐富，用光纖可節(jié)約金屬材料（7）耐腐蝕，抗輻射，能源消耗小4、PDH SDH表示什么？其速率等級標準是什么

2、？PDH表示準同步數(shù)字序列，即在低端基群采用同步，高次群復(fù)用采用異步，SDH表示同步數(shù)字序列PDH®率標準系列級別標淮話路敷碼速（Mb%）備 注基群*2.04S'=64 x 32 kb/a二次群i1208.44ft= (2O4«x4 + 236>三次群1儂34.袋=(8448x4 + 576)四次群1930139.264=(34368 x 4+ 1792) kb/»基酢24I.W-(64 x 24 + 8) Ich/s24二次群%0312= (1344 x 4 + 1W) kh/»路三次群|硼日）32.064 31力 4 + 5(M) kb

3、/*系672（北美）44.73«=(6312x7 + 352) kh/s列四次群1440(日)97.72S=(32064 x 3 + 3098) kh/a】334（北美）90= (44736x2 + 528) Hi/樸SDH 速率等級標準：STM-1: 155.520Mbit/s STM-4 : 622.080 Mbit/s STM-16 : 2.5 Gbit/sSTM-64: 10 Gbit/s 5、圖示光纖通信系統(tǒng)，解釋系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)。光纖通信系統(tǒng)由光發(fā)送機、光纖光纜與光接收機等基本單元組成。系統(tǒng)中包含一些互連與光信號處理部件，如光纖連接器、隔離器、調(diào)制器、濾波器、光開關(guān)及路由器等

4、。在長距離系 統(tǒng)中還設(shè)置有中繼器（混合或全光）。第2章1節(jié)布置的作業(yè)1、光纖的主要材料是什么？光纖由哪幾部分構(gòu)成？各起什么作用？SiO2；芯區(qū)、包層、圖層；芯區(qū)：提高折射率，光傳輸通道；包層：降低折射率，將光信號封閉在纖芯，并保護纖芯； 圖層：提高機械強度和柔軟性2、光纖中的纖芯折射率與包層折射率的關(guān)系？單模光纖和多模光纖中兩者的纖芯直徑一般分別為多少？纖芯折射率較高，包層折射率較小單模光纖纖芯直徑：2a=8mr- 12pm,包層直徑：2b=125m多模光纖纖芯直徑：2a=50m,包層直徑：2b=125(1 mt3、根據(jù)芯、包折射率分布及模式傳播情況，指出有哪些典型形式光纖？折射率在纖芯與包層

5、介面突變的光纖稱為階躍光纖；折射率在纖芯按某種規(guī)律逐漸降低的光纖稱為漸變光纖；根據(jù)模式傳播情況不同分為多模光纖和單模光纖4、什么是全反射？它的條件是什么？指光從光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)是，全部被反射會原介質(zhì)的現(xiàn)象條件：光從光密介質(zhì)入射至光疏介質(zhì)；入射角大于或等于臨界角(BEI=arcsin (nn。)在光纖端面：要求入射角< o全；在芯包界面：要求入射角1 >C芯包界面全反射%的正弦為數(shù)值孔徑 N, NA越大，對光5、數(shù)值孔徑NA的物理意義？表達式是什么？反映光纖對光信號的集光能力，定義入射臨界角信號的接受能力越強NA=sin6、什么是光纖的自聚焦？產(chǎn)生在何種類型光纖里？如果折射率分

6、部合適，就用可能使以不同角度入射的全部光線以同樣的軸向速度在光纖中傳播，同時到達光纖軸上的某點，即所有光線都有相同的空間周期L,這種現(xiàn)象稱為自聚焦。出現(xiàn)在漸變光纖里。當折射率分布按平方率分布(即雙曲正割變化) ，可形成自聚焦特性。7、階躍光纖的纖芯和包層折射率分別為n1 = 1.46和n2=1.45，試計算：(a)相對芯包折射率差;(b)若該光纖的端面外為空氣，計算允許的最大入射角0及數(shù)值孔徑NA;(c)若該光纖浸于水中，n0=1.33，計算 0及NA的大小。rtf - ri, 4- 4i = ； = 6+ 8x10解：(a)躬(b)由碗口 =廣 抱一可得 因=9.8。N=sin 國=0.17

7、(c)同上8、有一 SI型多模光纖的芯徑(纖芯直徑)為50 計算與光纖軸線夾角最大的那條子午射線，在m,芯包折射率分別為 nl=1.465和n2=1.46。1m的傳輸距離上共要反射多少次？9 = arcs i n 解： nil=85.3反射一次的軸向距離L=2*a/2*tan匚=2*50/2*tan85.3=604反射次數(shù)=（1*106） /604=1656第2章2節(jié)布置的作業(yè)1、導(dǎo)模的傳播常數(shù)應(yīng)滿足什么條件?k2< 3 <ki 或 k0n2W 3 < Am2、歸一化頻率V與什么參量有關(guān)？其值與導(dǎo)模數(shù)的關(guān)系? 22,V=koa 4 rli ”上（2 兀/ 國）a*n 1* 八

8、歸一化常量與波長、芯徑、芯包折射率等有關(guān)多模階躍光纖導(dǎo)模數(shù) M=V/2多模漸變光纖導(dǎo)模數(shù) M=V/43、什么是單模光纖？實現(xiàn)單模傳輸?shù)臈l件是什么?在給定的工作波長上只傳輸單一基模的光纖階躍光纖的歸一化常量(頻率)V<2.4054、有一階躍型單模光纖，其截止波長為1.4 m，芯包折射率分別為 nl=1.465計算它的纖芯半徑及在波長分別為0.85及1.3m的模式數(shù)。4 = 3x10 3解： 編 由V= (2兀/囚)am v八得,n2=1.46 ,a=匕齒"七'2可=4.43m當囚=0.85 m時 V= （2 兀/國）a*n 1*1x23=3.96 m=V 2/2=8當囚=

9、1.3mm時 V= （2兀/同）a*n 1*x2A=2.3 m=V 2/2=3（四舍五入）5、有一階躍光纖，NA=0.2 ,當 =850 nm時可支持1000個左右的模式，計算: (a)纖芯直徑；(b)在 =1310 nm波長時的傳輸模式數(shù);(c)在 =1550 nm波長時的傳輸模式數(shù)。2解：（a） M=V/2 = V=（k* 2 （代入數(shù)據(jù)可得a=30.25科m,則纖芯直徑2a=60.5科m（b）當 =1310nm時，M=N2=421FS（c）當 =1550nm時，M= M N2=301第2章4節(jié)布置的作業(yè)1、什么是光纖色散？光纖色散包括哪些？這些色散分別由什么引起？零色散點所處的波長 在哪

10、兒，由哪些因素決定？光纖的色散是在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?，隨傳輸距離增加，由于不同成分的光傳輸時延不同引起的脈沖展寬的物理效應(yīng)。材料色散（模）、波導(dǎo)色散（模）、模式（模間）色散、偏振色散。材料色散-這是由于光纖材料的折射率隨光頻率呈非線性變化引起的色散，而光源有一定譜寬，于是不同的波長引起不同的群速度。波導(dǎo)色散-這是某個導(dǎo)模在不同波長 （光源有一定的譜寬）下的群速度不同引起的色散，它與光纖結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)效應(yīng)有關(guān)，因此又稱結(jié)構(gòu)色散。模間色散-多模光纖中由于各個導(dǎo)模之間群速度不同造成模間色散。在發(fā)送端多個導(dǎo)模同時激勵時，各個導(dǎo)模具有不同的群速，到達接收端的時刻不同。偏振模色散-普通單模光纖實際上傳輸兩個相

11、互正交的模式，若光纖中結(jié)構(gòu)完全軸對稱，則這兩個正交偏振模有完全相同的群時延，不產(chǎn)生色散。實際單模光纖存在少量的不對稱性，造成兩個偏振模的群時延不同，導(dǎo)致偏振模色散。在1310nm處，決定因素是材料色散和波導(dǎo)色散。全色散為兩種色散的近似相加，即D= Dmat + D Wps/（nm.km）全色散為零的波長約在 1.312、光纖有那些類型？G.652、G.653、G.654、G.655光纖各表示什么？G.652光纖（SSF）:常規(guī)單模光纖，色散在零的波長約在1310nm, 1550nm具有更低的損耗；G.653光纖（DSF）：色散位移光纖，將零色散波長從1.3科m移到1.55mm,這種低損耗、低色

12、散的光纖，有益于長距離大容量光纖通信；G.654光纖（CSH：截止波長位移光纖，進一步降低1550nm止的衰弱，零色散波長仍為1310nm； G.655光纖（NZ-DSF）:非零色散位移光纖，將零色散波長移至1550nm附近，目的是應(yīng)用DWDM 克服非線性產(chǎn)物四波分頻（FWM3、已知一弱導(dǎo)波階躍型光纖，纖芯和包層的折射率分別為n1 = 1.5 , n2= 1.45 ,纖芯半徑a=4 m, =1.31 m, L=1km。計算：（a）光纖的數(shù)值孔徑；（b）光纖的歸一化頻率；（c）光纖中傳輸?shù)哪?shù)量；（d）光纖的最大時延差。解（a） NA=I 1_J=0.384（b） V= （2兀/_） aNx=7

13、.37（c） M=V/2=27A = 0. 0328（d） 琢lx 二 h 乂 ' ' L）二代 5 X 0.0328 X 1km） 3 X 1a皿 s|=16.4ns4、有一個波長為1310nm LED,其譜寬45 nm。則光纖材料色散造成的單位長度脈沖展寬是 多少？若是譜寬為2 nm的LD,則脈沖展寬又是多少 ？Dm=1.22 (1 L) =1.22 (1-圄 =3.4x10 -2 ps/nm km £lLd=D*L*O=EZIl (ps/nm km) x1 (krnj) x45 (nn) =1.55ps & t U=D*L* 億 A=|3. 4| (ps

14、/nm km) x1 ( krnj) x2 (nmj) =0.068ps第2章5節(jié)作業(yè)1、寫出損耗的表達式。光纖損耗有哪幾種？造成光纖損耗的原因是什么？當光在光纖中傳輸時，隨著傳輸距離的增加，光功率逐漸減小，這種現(xiàn)象即稱為光纖的損耗。 損耗一般用損耗系數(shù)”表示。a (db/km) = (10/L) lg (Pout/Pin);吸收損耗、散射損耗、輻射損耗；光纖材料本身吸收、散射作用和光纖受外力而產(chǎn)生的曲率半徑彎曲2、為什么光纖通信向長波長、單模傳輸方向發(fā)展？因為從損耗和色散與波長的關(guān)系中反映出在長波長區(qū)損耗(瑞利散射的大小與光波長 4次方成反比)和色散特性均比短波長區(qū)小，而單模光纖中沒有模式色

15、散，總色散小于多模光纖，且單模光纖在長波長區(qū)可以實現(xiàn)零色散，所以光纖通信向長波長、單模方向發(fā)展可以獲得更大傳輸容量和傳輸距離。3、有一個1300/1550 nm的 WDM(統(tǒng)，在1300nm和1550 nm波長上的入纖信號光功率分別 為150 w和100w。若這兩個波長上的光纖損耗分別為O.5 dB/km和0.25dB/km,試計算當光纖長度為 50 km時它們的輸出光功率。解：P (100(iw) =10lg I i- l=-10dbmP (150 w)=10lg8.24dbm則在50km長光纖的出端功率為：Rut (1300nm) = 8.24dbm ( 0.5db/km ) x50 (k

16、m) =33.24dbm=0.47wRut (1550nm) = 10dbm- ( 0.25db/km ) x50 (km) =22.5dbm=5.6w4、設(shè)一長度L = 1km的光纖，其損耗常數(shù)=2.3 x 105/cm,光纖輸入端的功率為l mw計算光纖輸出端的功率。解：FOut=Pnexp ( l L) =1 (mw exp【-2.3x10 5/cm x10 5kml =0.1mw=- 10dbm第2章7節(jié)作業(yè)1、按照成纜結(jié)構(gòu)方式不同可分為哪幾種光纜?層絞式、骨架式、帶狀式、束管式2、光纖光纜制造的主要流程是什么?制棒一拉絲一涂敷一成纜 第3章1節(jié)作業(yè)1、原子的基本躍遷有那些過程? 受激

17、吸收、受激發(fā)射、自發(fā)發(fā)射2、為什么雙異質(zhì)結(jié)材料構(gòu)成的發(fā)光器件能很好地將光場限制在有源區(qū)里？圖示說明。弊按£星豺由圖可見，中間nGaAs為有源層，它與右邊的nGaAlAs構(gòu)成一個異質(zhì)結(jié)，其勢壘阻止空 穴進入nGaAlAs區(qū)。有源層左邊與 pGaAlAs也構(gòu)成一個異質(zhì)結(jié)，其勢壘阻止電子進入p區(qū)，這樣就把載流子的復(fù)合很好地限定在了有源層。同時，有源層兩邊的折射率比有源層低，它的光波導(dǎo)作用對光場具有很好的約束，大大提高了發(fā)光強度。3、設(shè)激光器的高能級和低能級的能量各為E1和E2 ,頻率為口，相應(yīng)能級上的粒子密度各為N1和N2。試計算：(a)當頻率 匚=300MHz T=300K時，N2 /

18、N1為多少？(b)當波長 入=1 m , T=300K時，N2 / N1為多少？(c)當波長 入=1 m，若N2 / N1 = 0.1,環(huán)境溫度T為多少？(按玻爾茲曼分布規(guī)律計算)解：(a) N2/N1=exp(-hv/kT尸exp(-6.63x10-34x300x106/1.38x10 -23x300)=1(b) |人二 cT/ n = 入 |N/N1=exp(-hv/kT) =exp(-6.63x10-34x3x108/1.38x10 -23x300x1x10-6)=1.4047x10 -21(c)代入直接算T=6255.7K第3章2節(jié)作業(yè)1、用于光纖通信的發(fā)光二極管有哪幾類？特點是什么？

19、面發(fā)光LED:稱為布魯斯(Burrus)型LED,這種LED發(fā)射面積限制在一個小區(qū)域，小區(qū)域的 橫向尺寸與光纖纖芯直徑接近。面發(fā)光管輸出功率較大，一般注入電流100mA時可達幾毫瓦， 但光發(fā)散角大，其水平發(fā)散角120。，垂直發(fā)散角120。，光束呈朗伯分布， 與光纖 耦合效率很低。邊發(fā)光LED:采用條形半導(dǎo)體激光器的設(shè)計方案，其發(fā)散光束不同于面發(fā)光LED,它在垂直于結(jié)平面方向的發(fā)散角僅為 30° ,所以邊發(fā)光 LED的輸出耦合效率比面發(fā)光 LED高，調(diào)制 帶寬亦較大，可達約 200MHz 2、有一個雙異質(zhì)結(jié)InGaAsP LED,中心發(fā)光波長為1310nm,其材料的輻射復(fù)合率為 50n

20、s 非輻射復(fù)合率為70ns。試計算：(a)發(fā)光時的量子效率int ;(b)設(shè)驅(qū)動電流為100mA計算該LED的部發(fā)光功率；(c)若該LED芯片與多模光纖的直接耦合效率為-14dB,計算入纖的光功率大小。解：(a) I皿 叼口 ，,二%丁二. X.二四北少數(shù)載流子壽命為打一 *4 一州 6 ns(b)Pnt =wg = 5氏 3% X 詈:"X "3 X 1。一" X 靠蟹"。儂，=559(c) P=0.01x Pint=0.553mw由一14db=10lg 國得，P 入纖=10 14P=0.04x0.553mw=0.022mw第3章3節(jié)作業(yè)1、半導(dǎo)體激光

21、器產(chǎn)生激光輸出的基本條件是哪些？形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)；提供光反饋；滿足激光震蕩的閾值條件2、比較發(fā)光二極管與半導(dǎo)體激光器，指出各自特點？LED輸出非相干光，譜寬寬，入纖功率小，調(diào)制速率低，適合短距離低速系統(tǒng)LE輸出相干光，譜寬窄，入纖功率大，調(diào)制速率高，適合長距離高速系統(tǒng)3、分別畫出用發(fā)光二極管(LED和激光器(LD)進行數(shù)字調(diào)制的原理圖。LED數(shù)字調(diào)制LD數(shù)字調(diào)制LED模擬調(diào)制LD模擬調(diào)制4、分析DFB-LD特點。光反饋是由周期結(jié)構(gòu)一一布拉格相位光柵構(gòu)成，光柵沿著整個有源層。代替FP LD中的解理反射面。特點是工作溫度變化 (例如20100C), DFB-LD有很高的單模穩(wěn)定性，輸出波 長的溫漂較

22、小，由此可見，DFB- LD,尤其是掩埋異質(zhì)結(jié) DFB- LD顯示了優(yōu)異的動態(tài)單縱模特性，閾值電流低(10-20mA),調(diào)制速率高(GHz以上)等特點。5、有一個GaAs-LD,工作波長870 nm,其縱模之間的間隔為 278 GHz GaAs的折射率，n1 = 3.6，計算其光腔的長度及縱模數(shù)。解：由卜Vl二匕2叫導(dǎo)光腔長度 L上空M= (3x108m/s) /(2x3.6x278x10 9HZ)=150 m由v= b A = me詞得模式數(shù) m=2nl/因=(2x3.6x150 科 n) /870nm=1241第3章4節(jié)作業(yè)1、抑制弛振蕩、減小電光延遲時間的簡單方法是什么？把LD預(yù)偏置在I

23、th附近時，是減小td ,縮短載流子壽命sp,有利于提高調(diào)制速率的簡單方法。所以，無論是從減弱弛振蕩，還是從縮短電光延遲時間來提高調(diào)制性能，LD都需要預(yù)偏置在閾值附近。2、畫出半導(dǎo)體激光器的 L-I特性曲線。若調(diào)制信號為脈沖型，試畫出調(diào)制圖。3、一個 GaAsAl LD在15° C時的閾值電流密度為 3000 A/cm2, LD的閾值電流密度 Jth 與溫度的關(guān)系為 Jth (T) =J0exp (T/T0)。計算在條形接觸為 20 mx 100 m、閾值溫 度系數(shù)為T0=180 K及工作溫度為600C時的閾值電流。解：有 Jth (T) =Jcexp (T/T。)得3000A/cm

24、2=J0exp(15k+273k)/180k貝U J0=605.7A/cm 2所以 Jth(333k)=J 0exp(T/T °)=605.7A/cm 2xexp(60k+273k)/180k=3852.1A/cm2貝U I th =3852.1A/cm 2x20mX 100m=7.7A第3章5節(jié)作業(yè)1、光驅(qū)動電路的基本結(jié)構(gòu)是什么？由調(diào)制電路和控制電路組成， 提供恒定的偏置電流和調(diào)制信號，采用伺服回保持平均光功率保持不變。分為LD和LED兩類，數(shù)字電路通常由差分對管組成差分電流開關(guān)電路，特點是 速度快，電路易于調(diào)整，若用LD管還需提供偏置電路。模擬電路由單管和多管構(gòu)成。由于對線性要求

25、較高，需要復(fù)雜的補償電路。2、APC與ATC電路起何作用？簡述控制方法。為了克服溫度及老化造成的輸出功率的下降，在驅(qū)動電路中要采取穩(wěn)定補償措施，這就是自動功率控制（AP。和自動溫度控制（ATQATC控制利用LD組件的半導(dǎo)體致冷器及熱敏電阻進行反饋控制即可恒定LD芯片的溫度；APC可通過兩種途徑，一是自動追蹤I th的變化，將LD偏置在最佳狀態(tài)，二是控制調(diào)節(jié)脈沖電流幅度Im,自動追蹤外量子效率的變化，由于對一般外量子效率隨溫度的變化不是非常大，通過檢測直流光功率控制3、畫出光發(fā)射機的方框圖，并簡述圖中的各部分的作用。輸入電路（在數(shù)字通信中）將輸入的PCMB沖信號進行整形，變換成NRZZ RZ碼后

26、通過驅(qū)動電路調(diào)制光源（直接調(diào)制），或送到光調(diào)制器，調(diào)制光源輸出的連續(xù)光波（外調(diào)制）。驅(qū)動電路為光源提供恒定的偏置電流和調(diào)制信號。自動偏置電路為了穩(wěn)定輸出的平均光功率和工作溫度，通常設(shè)置一個自動偏置控制及溫控電 路。告警電路是對光源壽命及工作狀態(tài)進行監(jiān)測與報警。第4章第1節(jié)作業(yè)1、光纖通信系統(tǒng)用的光檢測器是怎樣偏置外加工作電壓的？為什么這樣偏置？反向偏置；足夠的反向偏置電壓是使本征區(qū)中的載流子完全耗盡，形成高電場耗盡區(qū)， 使入射到檢測器上的光子能量高速度、高效率轉(zhuǎn)換成光生電子。APD管加上更高反向電壓，可以形成雪崩倍增增益。2、比較PIN光電檢測器與 APDbt電檢測器，各自有那些特點？PIN光

27、電二極管沒有倍增，使用簡單，工作偏壓低 （5-10V）,不需要任何控制。在較大光功 率注入下，PIN接收機噪聲性能要比 APD接收機噪聲性能（信噪比降低 Gx倍）優(yōu)越；APD具 有很高的部倍增因子（通過合理設(shè)計，可以使APD工作在最佳倍增狀態(tài)），這樣接收靈敏度比PIN光檢測器高。但由于APD需要較高的工作偏壓 （200V）以及其倍增特性受溫度的影響 較嚴重因此使用起來也比較復(fù)雜，需要AGCfe路對APD的工作偏壓進行精細控制，在要求較高的數(shù)字光接收機中，還必須對APD采取溫度補償措施。在較小光功率注入下，APD接收機噪聲性能（信噪比提高 G2倍）要比PIN接收機噪聲性能優(yōu)越。3、光電檢測器轉(zhuǎn)換

28、能力的物理量有哪些？寫出其表達式。量 子 效率同 和 響 應(yīng) 度R0只印0 二 八加=”（?。? 2心.4、設(shè)PIN光電二極管的量子效率為80%計算在1.3和1.55 m波長時的響應(yīng)度，說明為什么在1.55 . m光電二極管比較靈敏?解：R=力：（24|=（0.8x1.3 科城 /1.24=0.839A/wr =|n 卜（24= （0.8x1.55 mm /1.24=1A/w0.839<1.24 則在1.55科m出較為靈敏5、現(xiàn)有1011個光子/秒，光子能量為 1.28 X10-19J ,入射到一個理想的光電二極管上,計算：(% =1)1(a)入射光波長；(b)輸出光電流大小；(c)若這

29、是一個APD其G=18,計算光電流。解：(a)由 E=hf=hc/ 國得a: hcE = 1.55x10 - %(b) Po=1011x1.28x10 -19=1.22x10 -8wIp=R>R =le 上門po=1.6x10-8A7(c) I p=GRP0=2.88x10 A6、有一個 PIN光電二極管，其=O.9,=1300 nm,入射光功率 Pin=-37 dBm。計算:(a)光電流大小；(h=6.63 區(qū)10-34 J s )(b)當負載電阻 RL等于50, 1000 及l(fā)OM 時的輸出電壓。解：首先計算該光電二極管的響應(yīng)度r="p0 ="匕入爪=0.94 (

30、A/W/)光電流為Ip RP (0.94X/W)( 37dBrm0.94 2 1070.188A(b)負載電能L上的輸出電壓為RL 50 時，V=PR (0.188106A(50) 9.4VRL 1000時，V=PR (0.188106A)(1000) 188VR 50M 時，V=PR (0.188106A)(1010 ) 1.8V第4章第2節(jié)作業(yè)1、光接收機前端電路有哪幾種？各自的特點是什么？低阻抗、高阻抗、互阻抗前置放大電路。(1)低阻抗前端。低阻抗前端電路簡單，不需要或只需要很少的均衡，前置級的動態(tài)圍也較 大。但缺點是靈敏度較低，噪聲比較高。(2)高阻抗前端。比低阻抗前端熱噪聲小，但高阻

31、抗將使前置放大器動態(tài)圍縮小，而且當比特率較高時，輸入端信號的高頻分量損失過大，對均衡電路要求較高，很難實現(xiàn)，所以高阻抗前端一般只適用于低速系統(tǒng)。(3)跨(互)阻抗前端。這種前端將負載電阻連接為反相放大器的反饋電阻，因而又稱互阻抗前端。負反饋使有效輸入阻抗降低了G倍，G是前置放大器增益，從而使其帶寬比高阻抗前端增加了 G倍，動態(tài)圍也提高了，所以具有頻帶寬、噪聲低、靈敏度高、動態(tài)圍大等綜合優(yōu) 點，被廣泛采用。2、光接收機的線性通道包括哪幾個部分？光接收機的帶寬由哪個部件決定？高增益放大器(主放大器)、低通濾波器；低通濾波器；因為低通濾波器電壓脈沖整形，降低噪聲，控制可能出現(xiàn)的碼間串擾(ISI)。接

32、收機噪聲正比于接收機帶寬，為降低噪聲，采用帶寬A f小于比特率B的低通濾波器。在接收機設(shè)計中其他部件的帶寬均大于濾波器帶 寬，因此接收機帶寬主要由線性通道的低通濾波器決定。3、數(shù)據(jù)重建由哪幾種電路構(gòu)成？其任務(wù)是什么？判決電路和時鐘恢復(fù)電路；把線性通道輸出的升余弦波形恢復(fù)成數(shù)字信號4、高阻抗前置放大器的輸入電阻為4 M ,它與光檢測器的偏置電阻Rb相匹配，CT= 6 pF,計算未均衡時帶寬；若采用互阻抗，Rf=100 k ,反饋環(huán)路的增益 G = 400 ,計算其帶寬。熔由式(4.2.1)如2rCTJ?L 2tt(2 X 10t11)(6X10I2F)同理，當 即100 kd 反饋環(huán)路的增益G

33、= 40cl時B = =-= 106N2Crf?t 27r(6X10-l2F)(10sQ)可見，互阻抗攙收機的帶富比高阻抗增加了近10倍.卜第6章3節(jié)作業(yè)1、光接收機中存在哪些噪聲？圖示這些噪聲分布。散粒噪聲和熱噪聲，散粒噪聲包括光檢測器的量子噪聲、暗電流噪聲、漏電流噪聲和APD倍增噪聲。熱噪聲主要指負載電阻RL產(chǎn)生的熱噪聲，放大器對噪聲亦有影響。肥子流14r1stjsrhv光檢潴器偏'置電阻放大器獻于噪聲暗電流噪聲熱噪聲 放大器噪聲漏電流噪聲 APD倍增噪聲量子噪聲(或散彈噪聲)：來自單位時間到達光檢測器上信號光子數(shù)的隨機性，因此它與信號電平有關(guān)。在采用APD作光檢測器時，倍增過程的

34、統(tǒng)計特征產(chǎn)生附加的散彈噪聲，它隨倍增增益而增加。 暗電流噪聲：當沒有光信號照射光檢測器時，外界的一些雜散光或熱運動亦會產(chǎn)生一些電子一空穴對，光檢測器還會產(chǎn)生一些電流，這種殘留電流稱為暗電流Id ,暗電流也要產(chǎn)生散粒噪聲。漏電流噪聲：光檢測器表面物理狀態(tài)不完善和加有偏置電壓，也會引起很小的漏電流噪聲， 但這種噪聲并非本征性噪聲，可通過光檢測器的合理設(shè)計，良好的結(jié)構(gòu)和嚴格的工藝降低。 熱噪聲：熱噪聲是在有限溫度下，導(dǎo)電媒質(zhì)自由電子和振動離子間熱相互作用引起的一種隨 機脈動。一個電阻中的這種隨機脈動，即使沒有外加電壓也表現(xiàn)為一種電流波動。在光接收機中，前端負載電阻中產(chǎn)生的這種電流波動將疊加到光檢測器

35、產(chǎn)生的光電流中。放大器噪聲：前端的前置放大器要增加噪聲，而且其影響遠遠超過后級元器件產(chǎn)生的噪聲。2、分解式4.4.19 ,寫出PIN光接收機與APD光接收機的信噪比表達式，分析在何種條件下 何種光接收機信噪比占優(yōu)勢。解：(1) S/Rpin="J +溫土阿F典做 2M叫融散粒噪聲限制下I 源一具=R/2e%PBs = %P/2 現(xiàn)S/Rpin= 一. .SNR1入射功率線性增加，只與量子效率、光子能量和帶寬有關(guān) 熱噪聲限制下S/Rpin也圍SNR1入射功率平方倍變化，增加負載電阻可以提高信噪比(2) S/Rap=曲嵬r赧TF孱刑散粒噪聲限制下S/Rapd=SNRF降了8倍噪聲限制下咕

36、； G-R RPS/Rapd=E屐匚亙SNR條低了占倍散粒噪聲限制下：APD勺SNR條低了 GX倍，PIN占優(yōu)。熱噪聲限制下：APD的SNR提高了 G2倍，APD占優(yōu)。3、有一個光纖通信系統(tǒng)，光源為LED,輸出功率：10mVy工作波長850nm, LED與光纖的耦合損耗為14 dB。系統(tǒng)光纖的總損耗 20 dB,其他損耗10 dB。PIN光電二極管的R 0=0.5 A/W ID=2 nA,負載電阻 RL=50,接收帶寬 Be=10 MHz T=300 K.計算接收光功率、檢測信號電流、散彈噪聲和熱噪聲功率，最后計算其信噪比。解：LED輸出功率=10mw=10dbm接受光功率：PR=10dbm-

37、 14db20db 10db=-34dbm=0.4 科 w光電流：I p=RR= ( 0.5A/W ) (0.4x10-6w) =2x10-7 A=0.2 w A由于暗電流(2nA) <<Ip,所以忽略不計散粒噪聲： 2 一 一is2e1PBe2 1.6 10 19(C) 0.2 106(A) 107(Hz)1720.064 10 (A2)電路噪聲：- 2ic4kTFnBeRl4 1.3810 23 300 1 10 10650331.2 10 17(A2)信噪比SR2ePB4kTFRRL(0.2 106)2 _17 _170.06410331.210120.0410331.264

38、101712( 1O8dB第4章4節(jié)作業(yè)1、光接收機的靈敏度是怎樣定義的？是描述其準確檢測光信號能力的一種性能指標，定義為接收工作于某一誤碼率（BER條件下所需要的最小平均接受光功率。對于模擬接收機，定義為接收機工作于給定信噪比所要求 的的最小平均接受光功率。2、誤碼率如何定義？通常標準要多少？定義為接收機判決電路錯誤確定一個比特的概率，1x10-6的BER代表每百萬比特中平均有9個錯碼。標準為 BER、于等于10 ,這是通常實際光波系統(tǒng)的系統(tǒng)規(guī)。3、光接收機的極限靈敏度如何表達？其中各參量表示什么?M為每比特的平均光子數(shù),B為比特流的速率。3、引起光接收機靈敏度惡化因素是哪些？消光比引起的靈

39、敏度惡化；強度噪聲引起的靈敏度惡化；取棒時間抖動引起的靈敏度惡化。4、假定接收機工作于1550nm,帶寬為3GHz;前置放大器噪聲系數(shù)為4dB,接收機負載為R=1000，溫度 T=300KI,響應(yīng)度R 1.25A/W ,M=5,碰撞電離系數(shù)kA= 0.7 ,_ _ . _ 12設(shè)計|BER=10 ，試計算接收機的靈敏度。第6章5節(jié)作業(yè)1、圖示數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中的光電混合的中繼器的原理圖，并簡述其功能。為了滿足長距離通信的需要， 在光纖傳輸線路上每隔一定距離加入一個中繼器，以補償光信號的衰減和對畸變信號進行整形，然后繼續(xù)向終端傳送。通常有兩種中繼方法：一種是傳統(tǒng)方法，采用光一電一光轉(zhuǎn)換方式， 亦

40、稱光電光混合中繼器； 另一種是近幾年才發(fā)展起來的新技術(shù)，它采用光放大器對光信號進行直接放大的中繼器。2、何為3R中繼器？何為2R中繼器？何為1R中繼器？3R中繼器：具有均衡放大，識別再生和再定時3種功能的中繼器2R中繼器：具有均衡放大和識別再生2種功能的中繼器1R中繼器：采用光放大器對光信號進行直接放大的中繼器5.1作業(yè)1、光放大器有哪幾種類？光纖型光放大器又分為哪幾類？半導(dǎo)體光放大器（SOA）、光纖放大器（摻稀土元素）、非線性光纖放大器（光纖喇曼放大器FRA,最常用的是摻餌光纖放大器光纖喇曼放大器、光纖布里淵放大器、光纖參量放大器、摻雜光纖放大器2、光放大器在光波系統(tǒng)中有哪些可能的應(yīng)用？圖示

41、說明。功率放大耨OJtfT前置放大28線路放大器、光發(fā)送機功率放大器、光接收機前置放大器、局域網(wǎng)的功率放大器3、摻餌光纖放大器(EDFA有哪些優(yōu)點？答：其優(yōu)點為：高增益、高功率、寬帶寬、低噪聲、低串音、低插損等優(yōu)良特性。4、EDFA光放大器主要應(yīng)用方式？答：主要做為發(fā)送機功率提升放大器、光接收機前置放大器和替代3R光電一電光中繼器的光中繼放大器。5、摻餌光纖放大器(EDFA的關(guān)鍵技術(shù)是什么？答：是摻餌光纖和泵鋪源技術(shù)5.2作業(yè)1、摻餌光纖放大器的基本結(jié)構(gòu)有哪幾種？圖示說明。(a)前向或正向泵結(jié)構(gòu) EDFA (b) 后向或反向泵結(jié)構(gòu) EDFA (c) 雙向泵結(jié)構(gòu)EDFA2、EDFA中的噪聲有哪幾

42、種？哪一種噪聲對EDFA的性能影響最大？EDFA的噪聲主要有四種：信號光的散粒噪聲、被放大的自發(fā)輻射(ASE, Amplifiedsponteneous Emission )、ASE光譜與信號光之間的差拍噪聲( sig-sp )、ASE光譜間的差拍 噪聲(sp-sp)。以上四種噪聲中，后兩種噪聲影響最大，特別是第三種噪聲，它是決定EDFA性能的重要因素。第8章第1節(jié)作業(yè)1、簡述有哪些方式構(gòu)成光纖通信系統(tǒng)？模擬和數(shù)字光波系統(tǒng)，線性和非線性光孤子光波系統(tǒng)，強度調(diào)制/直接檢測與想干檢測光波系統(tǒng)，單信道與多信道復(fù)用光波系統(tǒng)，陸地、海底和自由空間光波系統(tǒng)2、根據(jù)圖8.1(c)說明業(yè)務(wù)信號經(jīng)過那些步驟完成傳輸。1)首先把經(jīng)過PC風(fēng)碼的語言信號，經(jīng)過壓縮編碼的視頻信號和由以太網(wǎng)交換機或路由器 轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)信號等多媒體數(shù)字業(yè)務(wù)信號復(fù)用成更高速率等級的信號。2)為業(yè)務(wù)在SDH系統(tǒng)/網(wǎng)絡(luò)中的傳輸與運營維護和管理( OAM,在數(shù)據(jù)流中插入運營維護 管理開銷，并為方便接收端進行定時提取進行擾碼， 以破壞數(shù)據(jù)流中的長連“0”和長連“1” 3)對半導(dǎo)體光源進行直接或外調(diào)制，完成電數(shù)字信號到光數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。4)高速光數(shù)字信號經(jīng)光纖傳輸，傳輸鏈路上通常接有1R或3R中繼器。5)光信號到達接收端后，首先由光電檢測器完成O/E轉(zhuǎn)換，把光信號轉(zhuǎn)換成電信號，并進一步放大均衡，然后提取