光纖通信原理參考答案

1光纖通信是利用光導(dǎo)纖維傳輸光波信號(hào)的通信方式。1-2光纖通信工作在什么區(qū)，其波長(zhǎng)和頻率是什么?目前使用的通信光纖大多數(shù)采用基礎(chǔ)材料為Si0?的光纖。它是工作在近紅外區(qū)，波長(zhǎng)為0.8～1.8μm,對(duì)應(yīng)的頻率為167～375THz。1-3BL積中B和L分別是什么含義?光纖通信之所以受到人們的極大重視，是因?yàn)楹推渌ㄐ攀侄蜗啾龋哂袩o(wú)以倫比的優(yōu)(1)通信容量大(2)中繼距離遠(yuǎn)(3)抗電磁干擾能力強(qiáng)，無(wú)串話(4)光纖細(xì)，光纜輕(5)資源豐富，節(jié)約有色金屬和能源。光纖還具有均衡容易、抗腐蝕、不怕潮濕的優(yōu)點(diǎn)。因而經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。一個(gè)光纖通信系統(tǒng)通常由電發(fā)射機(jī)、光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)、電接收機(jī)和由光纖構(gòu)成的光纜等組成。光發(fā)光收略2(1)激光波長(zhǎng)；32-3一單色光垂直照在厚度均勻的薄油膜上。油的折射率為1.3,玻璃的折射率為1.5,若單色光的波長(zhǎng)可由光源連續(xù)調(diào)節(jié)，并觀察到500nm與700nm這兩個(gè)波長(zhǎng)的單色光在反射中消失，求油膜的厚度。解：由于空氣的折射率小于油的折射率，油的折射率小于玻璃的折射率，薄油膜的上、下兩表面反射而形成相干光，由于兩束光的路程不同而引起的光程差為2n,e;由于薄油膜的上、下兩表面反射光都發(fā)生位相突變而不引起額外的光程差。略2-9一束線偏振光入射到偏振片上，光矢量方向與偏振化方向分別成30°角和60°角，問(wèn)透過(guò)偏振片的光強(qiáng)之比是多少?解：利用馬呂斯定律：2-10一束光強(qiáng)為IO的自然光通過(guò)兩塊偏振化方向正交的偏振片M與N。如果在M與N之間平行地插入另一塊偏振片C,設(shè)C與M偏振化方向夾角為θ,試求：①透過(guò)偏振片N后的光強(qiáng)為多少?②定性畫出光強(qiáng)隨θ變化的函數(shù)曲線，并指出轉(zhuǎn)動(dòng)一周，通過(guò)的光強(qiáng)出現(xiàn)幾次極大和極小值。(2)轉(zhuǎn)動(dòng)一周，通過(guò)的光強(qiáng)出現(xiàn)4次極大和極小值。2-11有一介質(zhì)，吸收系數(shù)為α=0.32cm-1,透射光強(qiáng)分別為入射光強(qiáng)的10%、50%及80%時(shí)，介質(zhì)的厚度各多少?解：光束穿過(guò)厚度為z的介質(zhì)后強(qiáng)度為當(dāng)透射光強(qiáng)分別為入射光強(qiáng)的10%時(shí)，介質(zhì)的厚度為7.196cm;光學(xué)諧振腔部分反射鏡部分反射鏡激勵(lì)源2-14He—Ne激光器的中心頻率V。=4.74×1014Hz,自發(fā)輻射譜線寬度為得5第三章習(xí)題3-1填空題(5)光纖的自聚焦現(xiàn)象按照光的全反射理論，如果光線滿足θ,大于臨界角由式(3-1-3)確定的θc,將會(huì)在纖芯6降低模間色散。3-5什么是漸變型光纖的最佳折射指數(shù)分布?寫出平方律型折射指數(shù)分布光纖的折射指數(shù)從漸變型光纖的導(dǎo)光原理可知：只要n(r)取得合適，那么不同模式的光線就會(huì)具有相同的軸向速度。即具有不同條件的子午射線，從同一地點(diǎn)出發(fā)，達(dá)到相同的終端。利用漸變型光纖n隨r變化的特點(diǎn)，可以減小模式色散。這種現(xiàn)象稱為光纖的自聚焦現(xiàn)象，相應(yīng)的折射指數(shù)分布稱為最佳折射指數(shù)分布。折射指數(shù)選取平方律型分布形式a——纖芯半徑3-6什么是單模光纖的衰減系數(shù)?寫出表達(dá)式。衰減常數(shù)α用單位長(zhǎng)度光纖引起光功率衰減的分貝來(lái)表示，定義為單位為dB/km。3-7什么是光纖的色散?為什么說(shuō)光纖的色散會(huì)限制系統(tǒng)的通信容量?信號(hào)在光纖中是由不同的頻率成分和不同模式成分?jǐn)y帶的，這些不同的頻率成分和模式成分有不同的傳播速度，從而引起色散，也可以從波形在時(shí)間上展寬的角度去理解，即光脈沖在通過(guò)光纖傳播期間，其波形在時(shí)間上發(fā)生了展寬，這種觀象就稱為色散。光纖色散是光纖通信的另一個(gè)重要特性，光纖的色散會(huì)使輸入脈沖在傳輸過(guò)程中展寬，產(chǎn)生碼間干擾，增加誤碼率，這樣就限制了通信容量。因此制造優(yōu)質(zhì)的、色散小的光纖，對(duì)增加通信系統(tǒng)容量和加大傳輸距離是非常重要的。對(duì)于單模光纖，色散的大小用時(shí)延差來(lái)表示，色散系數(shù)D工程上單位采用ps/(nm·km)。要保證單模傳輸，纖芯半徑應(yīng)如何選擇。7纖芯半徑應(yīng)小于2.09μm3-10階躍型光纖纖芯折射率n,=1.48,包層折射率n?=1.46,試計(jì)算光纖的數(shù)值孔徑?3-11階躍型光纖纖芯折射率為1.5,包層折射率為1.48,纖芯半徑為2μm,問(wèn)當(dāng)工作波長(zhǎng)為1.31μm時(shí)，此光纖可傳輸?shù)哪Ｊ绞鞘裁?V=2.38,所以只傳輸單基模LP014-1填空題為、、,不能被子占據(jù)的狀態(tài)為。(3)對(duì)于半導(dǎo)體激光器，當(dāng)外加正向電流達(dá)到某一值時(shí)，輸出光功率將急劇增加，這時(shí)輸出的光為.,這個(gè)電流稱為電流。(4)半導(dǎo)體材料只有波長(zhǎng)為λ<λc的光入射時(shí)，才能使材料產(chǎn)生光子，所以λC稱為波長(zhǎng)(5)PIN光電二極管，是在P型材料和N型材料之間加上一層,稱為。答案：(1)滿帶價(jià)帶導(dǎo)帶禁帶(4)截止(5)輕摻雜的N型材料I層4-2試說(shuō)明半導(dǎo)體激光器有哪些主要的工作特性?半導(dǎo)體激光器(LD)是光纖通信最主要的光源，非常適合于高碼速率長(zhǎng)距離的光纖通信系統(tǒng)。光纖通信用的半導(dǎo)體激光器具有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)：(1)光源應(yīng)在光纖的三個(gè)低損耗窗口工作，即發(fā)光波長(zhǎng)為0.85μm、1.31μm或1.55μm。(3)能提供足夠的輸出功率，可達(dá)到10mW以上。(4)與光纖耦合效率高，30%～50%。(5)能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，工作穩(wěn)定，提供足夠的輸出光功率。895-1試畫出光纖附加損耗隨溫度變化曲線。5-2光纜的纖芯是如何構(gòu)成的?根據(jù)不同用途和不同的使用環(huán)境，光纜的種類很多，但不論光纜的具體結(jié)構(gòu)如何，都是由纜芯、加強(qiáng)元件和外護(hù)層所組成。5-3色散位移光纜與常規(guī)光纜有何不同?常規(guī)光纜即G·652常規(guī)單模光纜。這種光纜光纖損耗在λ=1.55μm附近時(shí)最小，但色散較大約為18ps/(nm·km);在λ=1.31μm損耗較小，約0.35dB/km色散幾乎為零。可見(jiàn)常規(guī)光纜G·652在傳輸1.55μm的光信號(hào)時(shí)是不利的。色散位移光纜即是由色散位移光纖DSF構(gòu)成的光纜。DSF是使單模光纖的材料色散和皮導(dǎo)色散相互補(bǔ)償，在1.55μm附近總色散為零。5-4光纖分路器及耦合器的作用是什么?在光纖通信系統(tǒng)或光纖測(cè)試中，經(jīng)常要遇到需要從光纖的主傳輸信道中取出一部分光，作為監(jiān)測(cè)、控制等使用，這就用到光纖分路器；也有時(shí)需要把兩個(gè)不同方向來(lái)的光信號(hào)合起來(lái)送入一根光纖中傳輸，這就用光纖耦合器來(lái)完成。5-5光纖通信系統(tǒng)中為什么必須采用光隔離器?某些光器件，像LD及光放大器等對(duì)來(lái)自連接器、熔接點(diǎn)、濾波器等的反射光非常敏感，并導(dǎo)致性能惡化。因此需要用光隔離器來(lái)阻止反射光。5-6波分復(fù)用器的作用是什么，主要有哪幾種類型?波分復(fù)用器把不同波長(zhǎng)的光信號(hào)復(fù)合注入到一根光纖中，或者相反地把復(fù)合的多波長(zhǎng)信號(hào)解復(fù)用，把不同波長(zhǎng)的信號(hào)分離出來(lái)。波分復(fù)用器的種類很多，有棱鏡色散型、衍射光柵型及干涉濾光型等。5-7試畫出邊發(fā)射LED結(jié)構(gòu)截面圖(AlGaAs/GaAsELED)。(2)消光比定義為答案：(1)直接調(diào)制間接調(diào)制；(2)消光比定義為：EXT=全"0"碼時(shí)的平均光功率/全"1"碼時(shí)的平均光功率；(3)較高30%-50%較低1%(4)球透鏡柱透鏡GRIN透鏡(5)前置放大器低噪聲、高增益；(6)“1""0”(7)光功率的相對(duì)值dBm略圖6-2-3LD數(shù)字?jǐn)?shù)號(hào)調(diào)制原理圖6-4什么是頻率啁啾?調(diào)制脈沖的前沿升高(藍(lán)移),后沿下降(紅移),使輸出頻譜加寬，這種動(dòng)態(tài)線寬加寬效應(yīng)稱為啁啾6-5目前可以使用的外調(diào)制方式有幾種，分別是什么?為什么采用外調(diào)制方式?有三種：電光調(diào)制聲光調(diào)制磁光調(diào)制對(duì)光源進(jìn)行內(nèi)調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)。但是，若在高碼速下采用這種調(diào)制方法時(shí)，將使光源的性能變壞，如使光源的動(dòng)態(tài)譜線增寬，造成在傳輸時(shí)色散增加，從而使在光纖中所傳脈沖波形展寬，結(jié)果限制了光纖的傳輸容量。采用外調(diào)制方式可以克服上述缺點(diǎn)。6-6試畫出光接收機(jī)組成方框圖。直接檢測(cè)數(shù)字光纖通信接收機(jī)一般由三個(gè)部分組成，即光接收機(jī)的前端、線性通道和數(shù)據(jù)恢復(fù)三個(gè)部分，如圖5-3-1所示。6-7為什么在光接收機(jī)線性通道中要加入均衡濾波器?均衡器的作用是對(duì)主放大器輸出的失真的數(shù)字脈沖信號(hào)進(jìn)行整形，使之成為最有利于判決、碼間干擾最小的波形。通常將輸出波形均衡成具有升余弦頻譜函數(shù)特性，此時(shí)碼間干擾最小，最有利于判決。6-8數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中，按照“1”碼時(shí)碼元周期T的大小可分哪兩種碼型?它們的占空比分別是什么?按照“1”碼時(shí)碼元周期T的大小，分為歸零碼(RZ碼)與非歸零碼(NRZ碼)兩種，見(jiàn)圖5-4-1。顯然，RZ碼的占空比為0.5,而NRZ碼的占空比為1。6-9什么是量子噪聲?量子噪聲是與光信號(hào)有關(guān)，出現(xiàn)這種噪聲的原因可以這樣解釋：光信息的傳播是由大量的光量子傳播來(lái)進(jìn)行的，這些大量的光量子其相位都是隨機(jī)的，因此光電檢測(cè)器在某個(gè)時(shí)刻實(shí)際接收到的光子數(shù)，是在一個(gè)統(tǒng)計(jì)平均值附近浮動(dòng)，因而產(chǎn)生了噪聲。6-10某光接收機(jī)接收的光功率為0.1μW,光波長(zhǎng)為1.31μm,求所對(duì)應(yīng)的每秒鐘接收的6-11某光纖通信系統(tǒng)光發(fā)送端機(jī)輸出光功率為0.5mW,接收端機(jī)靈敏度為0.2μW,若用dBm表示分別是多少?(提示1g2≈0.3)6-12一數(shù)字光纖接收端機(jī)，在保證給定誤碼率指標(biāo)條件下，最大允許輸入光功率為0.1mW,靈敏度為0.1μW,求其動(dòng)態(tài)范圍。所以動(dòng)態(tài)范圍D為30dB7-1填空題(1)利用光纖傳輸監(jiān)控信號(hào)有兩種方式分別是(3)光纖通信系統(tǒng)的長(zhǎng)期平均誤碼率定義為,反映突發(fā)性誤(4)在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中，抖動(dòng)會(huì)(5)SDH網(wǎng)有一套標(biāo)準(zhǔn)化的信息等級(jí)結(jié)構(gòu)，稱為(6)根據(jù)ITU-T的建議，碼速率分別為：(7)SDH幀結(jié)構(gòu)中的管理單元指針的位置在(8)二次群的碼速率為8.448Mbit/s,1UT的時(shí)間為答案：(1)頻分復(fù)用傳輸方式時(shí)分復(fù)用方式(2)分組碼它是把輸入信碼流中每m比特碼分為一組，然后變換為n比特(n>m)輸出定義為傳送錯(cuò)誤的碼元數(shù)占傳送的總碼元數(shù)的百分比有嚴(yán)重誤碼秒(SES)誤碼秒(ES)7-2試畫出IM-DD光纖通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)IM-DD數(shù)字光纖通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。公務(wù)脈沖插入+區(qū)問(wèn)通信繼器圖6-1-1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)IM-DD數(shù)字光纖通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)7-3選擇線路碼型應(yīng)滿足的主要要求是什么?選擇線路碼型應(yīng)滿足下面要求：(1)碼流中“1"及"0”碼的出現(xiàn)是隨機(jī)的，可能會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)串的連“1”或連“0”,這時(shí)定時(shí)信息將會(huì)消失，使接收機(jī)定時(shí)信息提取產(chǎn)生困難；(2)簡(jiǎn)單的單極性碼流中有直流成分，且當(dāng)碼流中“0”與“1”作隨機(jī)變化時(shí)直流成分也作隨機(jī)變化，從而引起數(shù)字信號(hào)的基線漂移，給判決和再生帶來(lái)困難。(3)不可能在不中斷業(yè)務(wù)的條件下檢測(cè)線路的BER。7-4什么是插入碼，插入碼的類型有幾種?插入比特碼是將信碼流中每m比特劃為一組，然后在這一組的末尾一位之后插入一個(gè)比特碼輸出，根據(jù)插入碼的類型分為：mB1P碼，mB1C碼，mB1H碼。7-5產(chǎn)生抖動(dòng)的主要原因有哪些?抖動(dòng)產(chǎn)生的原因主要有：①由于噪聲引起的抖動(dòng)。例如，在邏輯電路中，當(dāng)輸入信號(hào)階躍時(shí)，由于信號(hào)疊加了噪聲，輸入信號(hào)提前超過(guò)了邏輯電路的門限電平，使躍變信號(hào)提前發(fā)生，從而引起了抖動(dòng)。(n>m)輸出。分組碼有1B2B,2B3B,3B4B,5B6B,5B7B,6B線路上的速率提高了線路上的速率提高了線路1(含POH)5934整個(gè)幀結(jié)構(gòu)可以分為三個(gè)主要區(qū)域：(1)段開(kāi)銷(SOH)區(qū)域(2)信號(hào)凈負(fù)荷區(qū)域(3)管理單元指針區(qū)域7-11畫圖說(shuō)明我國(guó)的SDH復(fù)用結(jié)構(gòu)。2048kbit/sAUJ4--映射7-12什么是數(shù)字交叉連接器(DXC)?DXC設(shè)備是一種集復(fù)用、自動(dòng)化配線、保護(hù)/恢復(fù)、監(jiān)控和網(wǎng)管等功能為一體的傳輸設(shè)備。8-1填空題(1)EDFA對(duì)工作波長(zhǎng)為的光波有放大作用。(2)ITU-T建議G.692文件確定WDM系統(tǒng)的絕對(duì)參考頻率規(guī)范為。(3)可調(diào)光濾波器的作用是(4)EDFA有三種基本結(jié)構(gòu)形式分別為(3)波長(zhǎng)可調(diào)的光濾波器作用是在接收端于接收器前從多信道復(fù)用的光信號(hào)中選擇出一定波長(zhǎng)的信號(hào)，以供接收機(jī)進(jìn)行接收。(4)同向泵浦結(jié)構(gòu)，反向泵浦結(jié)構(gòu)和雙向泵浦結(jié)構(gòu)(5)線路放大功率放大前置放大LAN放大8-2多信道復(fù)用技術(shù)中，從光信號(hào)復(fù)用技術(shù)來(lái)考慮主要包括哪些，從光波復(fù)用技術(shù)來(lái)考慮包括哪些?多信道復(fù)用技術(shù)中，從光信號(hào)復(fù)用技術(shù)來(lái)考慮主要有光時(shí)分復(fù)用技術(shù)、光碼分復(fù)用技術(shù)、副載波復(fù)用技術(shù)、波分復(fù)用技術(shù)和空分復(fù)用技術(shù)。從光波復(fù)用技術(shù)來(lái)考慮包括光轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)、可調(diào)光濾波技術(shù)、光放大技術(shù)、光波分復(fù)用技術(shù)等。8-3試畫出WDM的雙纖單向和單纖雙向傳輸方式的示意圖。發(fā)送機(jī)接收機(jī)發(fā)送機(jī)8-4光轉(zhuǎn)發(fā)器的作用是什么?WDM光的發(fā)射是采用光轉(zhuǎn)發(fā)器技術(shù)，開(kāi)放式WDM系統(tǒng)在發(fā)送端采用OTU將非標(biāo)準(zhǔn)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)。8-5摻鉺光纖放大器的主要優(yōu)點(diǎn)是什么?EDFA具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)工作波長(zhǎng)處在1.52～1.56μm范圍，與光纖最小損耗窗口一致；(2)對(duì)摻鉺光纖進(jìn)行激勵(lì)的泵浦功率低，僅需要幾十毫瓦，而拉曼放大器需0.5～1W的泵浦源進(jìn)行