光纖通信習題課與復習1010

1、1) 實驗操作(光纖熔接、OTDR、器件測量）。2）No.2： 光纖結構、G.652/655、光纜類型、模式概念、截止波長、數值孔徑NA、光纖損耗和色散的機理、計算公式、光纖帶寬的計算、主要的非線性常識；3）No.3: 激光器形成的必要條件、異質結LD、單縱模激光器的設計原理、LD與LED區(qū)別、LD主要特性、線路編碼類型、mBnB、APC或ATC原理；4）No.4: PIN/APD工作原理、主要特性、接收機的主要指標與計算；5）No.5 連接器/衰減器/耦合器的功能、關鍵技術指標、光纖耦合器的原理1)實驗操作2)P55 4,7,8,10,13;3)P85 1,4, 9,12,13;4)P116

2、 5,7;5)P129 2,4,5;考試題型: 填空30+選擇10+簡答30+計算分析30實驗操作實驗操作 1. 簡單說明光時域反射儀簡單說明光時域反射儀OTDR的工作原理的工作原理 光傳輸過程中，瑞利散射光功率與傳輸光功率成正比例。通過檢測與傳輸光相反方向的瑞利散射光功率和時延來確定光纖相關參數的方法，稱為后向散射法?；诤笙蛏⑸浞ǖ脑碓O計的測量儀器 即OTDR。 其工作曲線如右圖:（a）為輸入端反射區(qū)（或盲區(qū)）（b）為恒定斜率區(qū)，可用以確定損耗系數；（c）接頭或局部缺陷引起的損耗，可用于確定缺陷位置和接頭損耗；（d）連接器或介質缺陷引起的反射；（e）輸出端反射區(qū)，用以確定光纖的長度。 實

3、驗操作實驗操作 2. 簡述簡述900um光纖光纖手動手動熔接操作的步驟與注意事項熔接操作的步驟與注意事項 *操作步驟: 光纖剝皮(裸光纖25mm)清潔成端(17.5mm) 裝熱縮套管 V形槽定位夾持熔接機參數選擇 間隙調整 對芯（水平+垂直）熔接熔纖取出,復位熱縮封裝 電極電極光纖光纖 *注意事項: 1）控制切割長度和端面質量; 2）成端光纖保持清潔; 3）熔接損耗小于0.02 dB; 4) 熱縮套管與光纖包層重疊10mm； 5）其它；第二章作業(yè)第二章作業(yè)4.4.光纖中色散有幾種？單模傳輸光纖中主要是什么色散？多光纖中色散有幾種？單模傳輸光纖中主要是什么色散？多模傳輸光纖中主要存在什么色散？模

4、傳輸光纖中主要存在什么色散？ 答答: :從產生機理而言，光纖中的色散主要包括材料色散、從產生機理而言，光纖中的色散主要包括材料色散、波導色散和模式間色散、偏振模色散等。波導色散和模式間色散、偏振模色散等。 單模光纖中主要是材料色散；單模光纖中主要是材料色散； 多模光纖中主要是模式間色散。多模光纖中主要是模式間色散。7 7、何謂模式截止？何謂模式截止？光纖單模傳輸的條件是什么？單模光纖中光纖單模傳輸的條件是什么？單模光纖中傳輸的是什么模式？其截止波長為多大？傳輸的是什么模式？其截止波長為多大？階躍折射率光纖中線階躍折射率光纖中線性極化模性極化模LP11LP11模對應的是什么矢量模？模對應的是什么

5、矢量模？ 答：如果一個傳播模，在包層中不衰減，表明該模的能量可答：如果一個傳播模，在包層中不衰減，表明該模的能量可以透過包層輻射出去，該傳播模被截止了。如果一個傳播模在以透過包層輻射出去，該傳播模被截止了。如果一個傳播模在包層中的衰減常數包層中的衰減常數W=0W=0時，表示導模截止。時，表示導模截止。 LP11LP11模對應的矢量模是模對應的矢量模是TE01TE01，TM01TM01，HE21HE21。 光纖單模傳輸的條件是什么？單模光纖中傳輸的是什么模式？光纖單模傳輸的條件是什么？單模光纖中傳輸的是什么模式？其截止波長為多大？其截止波長為多大？ 答：單模光纖傳輸條件：歸一化頻率答：單模光纖傳

6、輸條件：歸一化頻率V2.405V2.405 單模光纖中傳輸的是單模光纖中傳輸的是LP01LP01模，對應的矢量模是模，對應的矢量模是HE11HE11模。模。 截止波長：截止波長： 2212max2212222.405cannVann 例：例：在某階躍折射率多模光纖的纖芯折射率在某階躍折射率多模光纖的纖芯折射率n1n1=1.50=1.50，相對，相對折射率差折射率差0.005,0.005,長度長度L=1 kmL=1 km，要實現，要實現1310nm1310nm的單模傳輸，的單模傳輸，纖芯半徑纖芯半徑a a的尺寸應該如何設計？的尺寸應該如何設計？ 答：要實現答：要實現1310nm1310nm的單模

7、傳輸，必須滿足模式截止條件：的單模傳輸，必須滿足模式截止條件：22122.405*2.405*1.312*3.14*1.5*2*0.00523.3annum10.某階躍折射率光纖的參數為某階躍折射率光纖的參數為n1=1.5,n2=1.485,現有光纖從端面現有光纖從端面軸線處軸線處15入射進光纖，入射進光纖，試問該入射光線在光纖中是成為傳導模還試問該入射光線在光纖中是成為傳導模還是輻射模？為什么？是輻射模？為什么？ 答：根據臨界全反射條件：答：根據臨界全反射條件： 入射角入射角15大于最大臨界角大于最大臨界角12.2，所以入射光纖不滿足全反射條，所以入射光纖不滿足全反射條件，是輻射模件，是輻射

8、模!8 8、由光源發(fā)出、由光源發(fā)出1.31m1.31m的光，在的光，在a=9uma=9um，=0.01=0.01，n1=n1=1.451.45，光纖折射率為階躍分布時，光纖中導模的數量為多少？，光纖折射率為階躍分布時，光纖中導模的數量為多少？ 對對=2=2的漸變光纖，其導模數量為多少？的漸變光纖，其導模數量為多少？ 答：歸一化頻率答：歸一化頻率V V： 對于階躍型，導模數量為對于階躍型，導模數量為V V2 2/239/239 對于漸變型，導模數量為對于漸變型，導模數量為V V2 2/419/41922012sin12.2nanna。221212228.85ccaaVnnn11.光脈沖經過長為光

9、脈沖經過長為20km,纖芯折射率纖芯折射率1.5，包層折射率，包層折射率1.485的階的階躍光纖的多模傳輸后，其脈沖最大展寬為多大？躍光纖的多模傳輸后，其脈沖最大展寬為多大？ 答：考慮臨界入射和直線傳播兩種極限情況：答：考慮臨界入射和直線傳播兩種極限情況： 1313、光譜線寬度為、光譜線寬度為1.5nm1.5nm的光脈沖經過長為的光脈沖經過長為20km20km，色散系數為，色散系數為3ps/kmnm3ps/kmnm的單模光纖傳輸后，光脈沖被展寬了多少？的單模光纖傳輸后，光脈沖被展寬了多少？ 答：答：mD * *3*20*1.590Lps 11max1226(1)10Lnnttcns 例例1.1

10、.已知階躍型光纖的已知階躍型光纖的n1=1.5n1=1.5，=1=1，工作波，工作波=1.3m=1.3m，光纖長度光纖長度L=1kmL=1km，光纖中的導模數量，光纖中的導模數量M=2M=2。求：。求： 光纖的數值孔徑光纖的數值孔徑NA。 光纖的纖芯半徑光纖的纖芯半徑a。 計算光纖帶寬（只考慮模式色散計算光纖帶寬（只考慮模式色散,不計不計 dn1/d） 解：解： NAn1(2)1/2=1.5*(2*0.01) 1/2= 0.21 階躍多模光纖，g-，M=V2/2 = V=2 V=2*3.14*a*NA/ = a= 2* 1.3/(2*3.14*0.21)= 1.97m (g-(g-） * *0

11、.4247=0.42470.4247=0.4247* * Ln1/C Ln1/C =0.42=0.42* *10001000* *1.51.5* *0.01/3x100.01/3x108 8= 2.1ns= 2.1ns f f3dB3dB =187/=187/2.1=89 MHZ( =187/=187/2.1=89 MHZ(數字信號允許速數字信號允許速119Mb/s)119Mb/s)第三章作業(yè)第三章作業(yè)1.241.241.241.241.241)0.87();2)1.29()1.430.96gggghcEEumumEE1 1、比較半導體激光器和發(fā)光二極管的異同。半導體激光器、比較半導體激光器和

12、發(fā)光二極管的異同。半導體激光器（LDLD）有哪些特性？半導體發(fā)光二極管（）有哪些特性？半導體發(fā)光二極管（LEDLED）有那些特性？）有那些特性？ 答：答：LDLD和和LEDLED都可以用作通信光源。都可以用作通信光源。LDLD原理是受激輻射，而原理是受激輻射，而LEDLED是自發(fā)輻射。是自發(fā)輻射。 LDLD是閾值器件，需要較完善的驅動和外圍電路，其發(fā)出的是閾值器件，需要較完善的驅動和外圍電路，其發(fā)出的光譜線窄，適宜于高速率系統(tǒng)；光譜線窄，適宜于高速率系統(tǒng)； LEDLED沒有閾值，結構簡單，但其譜線較寬，適用于要求較低沒有閾值，結構簡單，但其譜線較寬，適用于要求較低的場合。的場合。 4 4、已知

13、半導體材料已知半導體材料GaAsGaAs的的EgEg1.43eV1.43eV，InGaAsPInGaAsP的的Eg=Eg=0.96eV0.96eV，分別求由這兩種材料組成半導體激光器的發(fā)射波長。，分別求由這兩種材料組成半導體激光器的發(fā)射波長。 答：答：9 9、在數字光纖通信系統(tǒng)中，選擇線路碼型時要考慮哪幾個、在數字光纖通信系統(tǒng)中，選擇線路碼型時要考慮哪幾個因素？因素？ mBnBmBnB字變換碼和字變換碼和mB1HmB1H插入碼各有什么特點？他們對系插入碼各有什么特點？他們對系統(tǒng)的碼速率提高多少？統(tǒng)的碼速率提高多少？ 某數字光纖通信系統(tǒng)中，信息碼速為某數字光纖通信系統(tǒng)中，信息碼速為139.264

14、Mbit/s139.264Mbit/s，若采，若采用用5B6B5B6B碼線路碼速為多少？若采用碼線路碼速為多少？若采用4B1H4B1H線路碼速又為多少？線路碼速又為多少？ 答：碼型選擇應該考慮的因素：答：碼型選擇應該考慮的因素：1 1）傳輸碼型有足夠的定時含量，減少連）傳輸碼型有足夠的定時含量，減少連“0”0”和連和連“1”1”數，數，便于時鐘提取。便于時鐘提取。2 2）傳輸碼型應有不中斷業(yè)務進行誤碼檢測的能力。）傳輸碼型應有不中斷業(yè)務進行誤碼檢測的能力。3 3）傳輸碼型應力求降低線路傳輸的碼率，或線路傳輸碼率的）傳輸碼型應力求降低線路傳輸的碼率，或線路傳輸碼率的提高應盡可能的少。提高應盡可能

15、的少。4 4）抗干擾性好，實施簡單和經濟，無誤碼增殖等。）抗干擾性好，實施簡單和經濟，無誤碼增殖等。 mBnBmBnB特點詳細見特點詳細見P76P76；mB1HmB1H特點特點: :在線檢測和傳送管理信息在線檢測和傳送管理信息 5B6B5B6B碼型：線路速率為碼型：線路速率為139.264139.2646/5=167.1168Mbit/s6/5=167.1168Mbit/s 4B1H 4B1H碼型：線路速率為碼型：線路速率為139.264139.264(4+1)/4=174.08Mbit/s(4+1)/4=174.08Mbit/s1313、在光發(fā)送電路中為什么要設置自動溫度控制（、在光發(fā)送電路

16、中為什么要設置自動溫度控制（ATCATC）電）電路？用路？用ATCATC電路控制電路控制LDLD的哪些因素？試述的哪些因素？試述ATCATC電路的工作原理電路的工作原理 答：原因：答：原因： 1 1）溫度升高，閾值電流上升，光功率下降；）溫度升高，閾值電流上升，光功率下降； 2 2）溫度過高導致激光器工作不穩(wěn)定，容易燒毀激光器）溫度過高導致激光器工作不穩(wěn)定，容易燒毀激光器 控制半導體制冷器的制冷效果（工作電流）控制半導體制冷器的制冷效果（工作電流） 原理如圖：敘述清楚工作過程即可原理如圖：敘述清楚工作過程即可第四章作業(yè)第四章作業(yè)5 5、試述、試述APDAPD的工作原理。何謂的工作原理。何謂“雪

17、崩效應雪崩效應”？拉通型雪崩光？拉通型雪崩光電二極管有什么特點？電二極管有什么特點？APDAPD的電流增益系數的電流增益系數G G與什么有關？與什么有關？ 答：在二極管的答：在二極管的P-NP-N結上加高反向電壓，在結區(qū)形成一個強結上加高反向電壓，在結區(qū)形成一個強電場；在高場區(qū)內光生載流子被強電場加速，獲得高的動能，電場；在高場區(qū)內光生載流子被強電場加速，獲得高的動能，與晶格的原子發(fā)生碰撞電離，形成二次電子空穴對，產生的與晶格的原子發(fā)生碰撞電離，形成二次電子空穴對，產生的二次電子二次電子空穴在強電場中又被加速，再次碰撞，再次電離，空穴在強電場中又被加速，再次碰撞，再次電離，如此循環(huán)下去，形成連

18、鎖反應，致使耗盡層內的載流子數雪如此循環(huán)下去，形成連鎖反應，致使耗盡層內的載流子數雪崩似的急劇增加，通過二極管的電流也就猛增，這就是雪崩崩似的急劇增加，通過二極管的電流也就猛增，這就是雪崩倍增效應。倍增效應。 雪崩光電二極管（雪崩光電二極管（APDAPD）就是利用雪崩倍增效應實現內部電）就是利用雪崩倍增效應實現內部電流增益的半導體光電轉換器件。流增益的半導體光電轉換器件。 RAPDRAPD特點：光電轉換效率高，響應速度快，附加噪聲低等特點：光電轉換效率高，響應速度快，附加噪聲低等 APDAPD的電流增益系數的電流增益系數G G與外加偏壓、入射波長、溫度等有關與外加偏壓、入射波長、溫度等有關6m

19、inmaxmin13.6*1010lg10lg48.71137( 48.7)11.7rPPdBMmwGPPdBMdBMdB 7、何謂動態(tài)范圍？何謂接收機靈敏度？靈敏度如何表示？、何謂動態(tài)范圍？何謂接收機靈敏度？靈敏度如何表示？在保證誤碼率的條件下：在保證誤碼率的條件下：Pmax=0.2uW,Pmin=13.6nW,求該求該接收機的動態(tài)范圍值和靈敏度值。接收機的動態(tài)范圍值和靈敏度值。靈敏度：接收機調整到最佳狀態(tài)時接收微弱光信號的能力靈敏度：接收機調整到最佳狀態(tài)時接收微弱光信號的能力動態(tài)范圍：靈敏度與過載功率之間的差值動態(tài)范圍：靈敏度與過載功率之間的差值 答：答：例題一：例題一：PIN光接收機的靈

20、敏度光接收機的靈敏度Pr為為-35dBm, 動態(tài)范圍為動態(tài)范圍為15dB,若接收到的光功率為若接收到的光功率為20W，問系統(tǒng)能否正常工作？，問系統(tǒng)能否正常工作？3maxmax,2*10*1010lg()17;135 1520;rmwdBmmwPPDdBmPP 解：先將20uW化為dBm的單位：P因為接收的光功率過載，系統(tǒng)不能正常工作。 例題二例題二: 一個一個GaAs PIN光電二極管平均每三個入射光子產光電二極管平均每三個入射光子產生一個電子空穴對生一個電子空穴對.假設所有的電子都被收集假設所有的電子都被收集: 1)計算該器件的量子效率計算該器件的量子效率. 2)在在0.8um波段接收功率是波段接收功率是10-7W,計算平均輸出光電流計算平均輸出光電流. 解解:8133.3%;3/*/2.2 10 ( )22()Ip qIphcPin hvPinqqIpPinXAnAhc第五章作業(yè)第五章作業(yè)4 4、光纖耦合器有哪幾種？敘述熔錐型光纖耦合器的原理。、光纖耦合器有哪幾種？敘述熔錐型光纖耦合器的原理。 答：從使用角度來看，光纖耦合器可以分為答：從使用角度來看，光纖耦合器可以分為3 3端口和端口和4 4端口端口光纖耦合器、星