光纖通信練習題(調(diào)整格式)

1、一、填空題1.單模光纖中不存在 模間 色散，僅存在 模內(nèi) 色散，具體來講，可分為 波導色散 和 材料色散 。2. 光纖中的最低階非線性效應起源于 三 階電極化率，它是引起 三次諧波 、 四波混頻 、 自相位調(diào)制 和 非線性折射 等現(xiàn)象的原因。3光纖通信中常用的三個低損耗窗口的中心波長為 850nm ， 1310nm ， 1550nm ；最低損耗窗口的中心波長是在 1550nm 。4.數(shù)值孔徑（NA）越大，光纖接收光線的能力就越 強 ，光纖與光源之間的耦合效率就越 高 。5光與物質的粒子體系的相互作用主要有三個過程是 自發(fā)輻射 ， 受激輻射 ， 受激吸收 ；產(chǎn)生激光的最主要過程是 受激輻射 。6

2、光纖單模傳輸條件，歸一化頻率V應滿足 V<2.40483 。7、光源的作用是將 電信號電流 變換為 光信號功率 ；光檢測器的作用是將 光信號功率 轉換為 電信號電流 。8. 散射損耗與 光纖自身缺陷 及 材料分布不均勻 有關。9. 單模光纖只能傳輸一個模式，即 HE11 模 ，稱為光纖的基模。10. 光纜的種類很多，但是不論它的具體結構如何，都是由 纜芯 、 加強元件 和 護套 組成。11. 限制光纖傳輸容量（BL積）的兩個基本因素是 光纖色散 和 光纖損耗 。12. LD是一種 閾值 器件，它通過 受激 發(fā)射發(fā)光，具有輸出功率 高 、輸出光發(fā)散角 窄 、與單模光纖耦合效率 高 、輻射光

3、譜線 窄 等優(yōu)點。13. PIN二極管的特點包括 耗盡層很寬 、 偏置電壓小 和 附加噪聲小 。14. LED的主要特性參數(shù)為 輸出功率與效率 、 輸出光譜特性 和 響應速率與帶寬 。15. 光纖和光纖連接的方法有兩大類 活動連接 和 固定連接 。16. 影響光纖耦合性能的主要因素有 插入損耗 、 附加損耗 、 分光比 和 隔離度 。17. 在光波系統(tǒng)中得到廣泛應用的兩種光檢測器是 PIN光電二極管 和 APD光電二極管 。18. 光發(fā)送機主要由 光源 、 驅動電路 和 輔助電路 組成。19. 接收機中存在的噪聲源可分為 光電檢測器的噪聲 和 光接收機電路的噪聲 組成。20. 構成SDH網(wǎng)絡的

4、基本單元稱為 網(wǎng)元 。該設備有 終端復用器 、 分插復用器 、再生復用器 和 數(shù)字交叉連接設備 四種。21. 段開銷可以實現(xiàn) 不間斷誤碼監(jiān)測 、 自動倒換 、 公務通信 和 數(shù)據(jù)通信 等功能。22. 對于碼速率不同的信號，如果進行復接，則會出現(xiàn) 重疊 和 錯位 現(xiàn)象。23. 數(shù)字復接中的碼速調(diào)整有 正碼速調(diào)整 、 負碼速調(diào)整 和 正負零碼速調(diào)整 三種方式。24.光傳輸設備包括 光發(fā)射機 、 光中繼器 和 光接收機 等。25. 1.7Gb/s的單個比特間隔是 0.588 ns。26. 光纖衰減為0.00435dB/m，則10km長光纖的總衰減為 43.5dB 。27. SDH線路碼型一律采用 N

5、RZ碼加擾碼 。二、簡答1. 光接收機前端的作用是什么？有哪三種不同的前端設計方案？各有何特點？2. 論述光纖損耗和色散對系統(tǒng)設計的限制。3、 WDM系統(tǒng)是按什么標準進行分類的？各自的特點是什么？答：WDM系統(tǒng)按照通道間隙分類，可分為波分復用、密集波分復用和粗波分復用。波分復用是原始的波分復用，由于容量有限(容量較單通道系統(tǒng)提高倍)和光放 大不能有效解決EDFA工作在1550nm窗口，無法實現(xiàn)1310nm 光放大而應用受限。粗波分復用（CWDM）的特點：由于CWDM系統(tǒng)采用的DFB激光器不需要冷卻，在成本、功耗要求和設備尺寸方面，CWDM系統(tǒng)比DWDM系統(tǒng)更有優(yōu)勢。密集波分復用（DWDM）的特

6、點：主要應用于長距離傳輸系統(tǒng)，DWDM能夠在同一根光纖中把不同的波長同時進行組合和傳輸，傳輸容量大。4、 光接收機中存在哪些噪聲？答：光接收機中存在的基本噪聲是散粒噪聲和熱噪聲，另外還有激光器引起的強度噪聲。5. 光放大器的作用？它在哪些方面得到應用？答：是對復用后的光信號進行放大，以解決WDM系統(tǒng)的超長距離傳輸和系統(tǒng)中波分復用器件的插損問題，具體應用在下述幾個方面：（1）在WDM 系統(tǒng)中應用；（2）在光纖通信網(wǎng)中；（3）在光孤子通信中的應用。6. 試比較PN結光電二極管、PIN光電二極管以及APD雪崩光電二極管的優(yōu)缺點。答：PN型 優(yōu)點是暗電流小，一般情況下，響應速度較低。PIN型 缺點是暗

7、電流大，因結容量低，故可獲得快速響應。ADP型 響應速度非?？?，因具有倍速作用，故可檢測微弱光，缺點是電流噪聲大。7、 在設計一個光纖通信系統(tǒng)時，路由、系統(tǒng)傳輸速率及光纖的類型如何選擇？答：在選擇路由時，需要確定路由、計算中繼距離、選擇中繼站地址等。在選擇系統(tǒng)傳輸速率時，考慮通信容量和成本合理選擇傳輸速率和設備。在選擇光纖類型時，根據(jù)傳輸距離、色散系數(shù)、傳輸容量和傳輸頻率合理選擇光纖。8、 簡要描述自愈環(huán)兩類結構的工作特點。答：根據(jù)自愈環(huán)業(yè)務保護的范圍的不同，自愈環(huán)結構可分為兩大類：通道倒換環(huán)和復用段倒換環(huán)。通道倒換環(huán)屬于子網(wǎng)連接保護，其業(yè)務量的保護是以通道為基礎，是否倒換以離開環(huán)的每一個通道

8、信號質量的優(yōu)劣而定，通常利用通道AIS信號來決定是否應進行倒換。復用段倒換環(huán)屬于路徑保護，其業(yè)務量的保護以復用段為基礎，以每對結點的復用段信號質量的優(yōu)劣來決定是否倒換。三、計算1、階躍光纖的纖層和包層的折射率指數(shù)分別為n1 =1.46, n2 =1.45,試計算：（1）光纖纖層和包層的相對折射指數(shù)差；（2）光纖的數(shù)值孔徑NA；（3）在1km光纖上，由于子午光線的光程差所引起的最大時延max；(4)若將max減小為10ns/km，n2的取值。（1）答： = (n1-n2)/n1 = 0.00685；（2）答：NA=n1*sqrt（2）= 0.171；（3）答：sinx=n2/n1(L/sinx-

9、L)*n1/c=33.5ns（4）答：=1.4572、已知階躍光纖纖層的折射率n1=1.465，相對折射率差=0.01，纖芯半徑a=25um.。試求：（1）LP01, LP02, LP11, LP12模的截止波長；（2）若0=1.3um,計算光纖的歸一化頻率V及光纖中傳輸?shù)哪５臄?shù)量。注：下圖類型一樣，但是參數(shù)不同，請自己改正；3、多模光纖芯徑為100um,在=0.85 um，折射率n1=1.457，n2=1.455情況下，求：（1）光纖V參數(shù)，估計允許傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量；（2）單模工作的波長；（3）數(shù)值孔徑；（4）最大可接受角；（5）若方均根色散=0.29，是全寬，計算模式色散以及比特速率和距離的

10、成績BL。4、 如果一個光纖的零色散波長在1312nm處，零色散斜率為0.090ps/(nm2.km),長度為100km,工作于1310nm，計算由色度色散引起的脈沖擴展。其中LD的光譜寬度為1nm.5、 對于某激光器的工作物質譜線展寬的躍遷線寬為1.5GHZ，激光器的F-P腔長為0.5m,該激光器會出現(xiàn)幾種模式？如若實現(xiàn)單縱模輸出，應該采取什么辦法？此時的腔長為多少？6、 一半導體激光器，諧振腔長L=300um，工作物質的損耗系數(shù)a=1mm，諧振腔兩鏡面的反射率R1R2=0.330.33，求激光器的閾值增益系數(shù)。若后腔鏡的反射率提高到R2=0.9，求閾值增益系數(shù)的變化，并解釋原因。7、 若光

11、發(fā)送電路輸出全“1”碼時的平均輸出光功率為10nW，輸出全“0”時的平均輸出光功率為1nW，求該光端機的消光比。8、 一個GaAsPIN光電二極管平均每三個入射光子產(chǎn)生一個電子-空穴對。假設所有的電子都被收集，那么請回答下列問題：（1）試計算該器件的量子效率；（2）當在0.8um波段、接收功率是10-7W時，計算平均輸出光電流。（3）若禁帶寬度Eg=1.424Ev,計算這個光電二極管的上截止波長c。9、 設PIN光電二極管的量子效率為80%，計算在1.3 um和1.55 um波長時的響應度，說明為什么在1.55 um處光電二極管比較靈敏。10、 已知某光接收機的靈敏度為40dBm(BER=10

12、-10)，動態(tài)范圍為20dB，若接收到的光功率為2 uW，問系統(tǒng)能否正常工作？為什么？12、某數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的誤碼率為10-9，理想PIN光接收機的量子效率=0.7，接收波長=0.85 um，碼速fb=8.44Mb/s的光脈沖信號。求此時理想光接收機的靈敏度為多少dBm?13、已知PIN光接收機的工作參數(shù)如下：光波長=0.85um，速率fb=8.448Mb/s，光電二極管響應度R0=0.4，互阻抗前置放大器(FET)的nA10-18。要求誤碼率Pe=10-9,即超擾比Q=6,求實際光接收機的靈敏度為多少dBm?14、假設光纖連接器兩端的光纖參數(shù)完全一樣，連接精度也非常好，但連接端面上有8%的光反射回來，試計算此光纖連接器的連接損耗及回波損耗。15、有一根1.5km長的國產(chǎn)多模光纖，測出輸入、輸出光脈沖的寬度分別為3ns和5ns，試求光纖總寬和每千米光纖的帶寬。16、現(xiàn)已測得光纖的色散系數(shù)為120ps/(nm.km)，當光源的譜線寬度時2.5nm時，此時光纖的3dB帶寬有多寬？17、一個PIN光電二極管，它的P+接觸層為1um