光纤通信复习提纲Word文档格式.docx
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若按套塑结构分类可分为紧套光纤和松套光纤
全反射是光信号在光纤中传播的必要条件。
第二章小结
1、阶跃型光纤:
阶跃型光纤在纤芯和包层交界处的折射率呈阶梯形突变，纤芯的折射率n1和包层的折射率n2是均匀常数。
2、渐变型光纤：
渐变型光纤纤芯的折射率nl随着半径的增加而按一定规律逐渐减少，到纤芯与包层交界处为包层折射率n2，纤芯的折射率不是均匀常数。
3、单模光纤：
单模光纤只传输一种模式，纤芯直径较细，通常在4μm～10μm范围内。
4、多模光纤：
多模光纤可传输多种模式，纤芯直径较粗，典型尺寸为50μm左右。
二、光纤的光学参数
1、相对折射率差：
----纤芯折射率为n1，包层的折射率为n2，且n1>
n2。
n1-n2差值的大小直接影响着光纤的性能，为此引入相对折射率差这样一个物理量来表示它们相差的程度，用n1-n2表示.
2、光纤的光学参数
3、数值孔径
4、光在光纤中的模式传输
5、光纤的归一化频率V
----为了表征光纤中所能传输的模式数目的多少，引入光纤的一个特征参数，即光纤
的归一化频率
6、单模光纤的参数
1、光纤的单模传输条件是归一化频率满足一定要求：
2、截止波长
---截止波长是单模光纤所特有的一个参数，通常用它可判断光纤中是否单模传输。
与相对应的波长定义为光纤的截止波长-
7、光纤的传输特性
1、光纤的损耗
---光纤损耗限制了光纤通信的最大直通距离。
---产生光纤损耗的原因主要分为三种：
吸收损耗、散射损耗和辐射损耗。
（1）物质的吸收作用将传输的光能变成热能，从而造成光功率的损失。
吸收损耗有三个原因，一是本征吸收，二是杂质吸收，三是原子缺陷吸收。
（2）光纤中出现折射率分布不均匀而引起光的散射，将一部分光功率散射到光纤外部,由此引起的损耗称为本征散射损耗。
又称瑞利（Rayleigh）散射。
（3）当理想的圆形光纤受到某种外力作用时，会产生一定曲率半径的弯曲，引起能量
泄漏到包层，这种由能量泄漏导致的损耗称为辐射损耗。
2、光纤的色散
----由于光纤中所传信号的不同频率成分，或信号能量的各种模式成分，在传输过程中，因群速度不同互相散开，引起传输信号波形失真，脉冲展宽的物理现象称为色散。
光纤色散的存在使传输的信号脉冲畸变，从而限制了光纤的传输容量和传输带宽。
----从机理上说，光纤色散分为材料色散，波导色散和模式色散。
前两种色散由于信号不是单一频率所引起，后一种色散由于信号不是单一模式所引起
8、常用单模光纤的性能及应用
---1G.652称为非色散位移单模光纤，也称为常规单模光纤，其性能特点是：
（1）在
1310nm波长处的色散为零。
（2）在波长为1550nm附近衰减系数最小，约为.22dB/km，
但在1550nm附近其具有最大色散系数，为17ps/（nm·
km）。
（3）这种光纤工作波长
即可选在1310nm波长区域，又可选在1550nm波长区域，它的最佳工作波长在1310nm区
域。
G.652光纤是当前使用最为广泛的光纤。
----G.653称为色散位移单模光纤。
色散位移光纤是通过改变光纤的结构参数、折射
率分布形状，力求加大波导色散，从而将零色散点从1310nm位移到1550nm，实现
1550nm处最低衰减和零色散波长一致。
这种光纤工作波长在1550nm区域。
它非常适合
于长距离单信道光纤通信系统。
--G.655这种光纤在1550nm波长处色散不为零，故其被称为非零色散位移单模光纤。
它在1550nm波长区域具有合理的低色散，足以支持10Gbit/s的长距离传输而无需色散
补偿；
同时，其色散值又保持非零特性来抑制四波混频和交叉相位调制等非线性效应
的影响。
这种光纤主要适用密集波分复用传输系统。
1．光纤通信系统中所用的光器件有半导体光源、半导体光检测器以及无源光器件。
2．光源器件作用是将电信号转换成光信号送入光纤。
常用的光源器件有LD和LED两种，。
3．LD由工作物质、激励源和光学谐振腔组成。
4．LED与LD的区别是前者没有光学谐振腔，它的发光仅限于自发辐射，从而使所发的光为荧光，是非相干光。
5．半导体光电检测器的作用是将电信号转换成光信号。
常用的光电检测器有PIN和APD两种。
6．无源光器件，常用的无源光器件有光连接器、光衰减器、光耦合器、光隔离器、光环形器、光波长转换器、光开关、光滤波器和光纤光栅等。
7、半导体激光器：
是向半导体P-N结注入电流，实现粒子数反转分布，产生受激辐射，再利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光振荡输出激光。
8、光与物质的三种作用形式
光与物质的相互作用，可以归结为光与原子的相互作用，将发生受激吸收、自发辐射、受激辐射三种物理过程。
如图所示
1．光发射机与光接收机统称为光端机。
光发射机实现E/O，光接收机实现O/E转换。
各自的框图及作用?
2．数字光发射机基本组成包括均衡放大、码型变换、复用、扰码、时钟提取、光源、光源的调制（驱动）电路、光源的控制电路（ATC和APC）及光源的监测和保护电路等。
3．对光源进行强度调制的方法分为两类，即直接调制（内调制）和间接调制（外调制）。
通常直接调制适用于速率小于2.5Gbit/s的系统。
间接调制适合于高速大容量的系统。
4．数字光接收机主要包括光电检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、时钟提取电路、取样判决器以及自动增益控制（AGC）电路。
5．光接收机的噪声主要来自光接收机内部噪声：
包括光电检测器的噪声和光接收机的电路噪声。
光电检测器的噪声包括量子噪声、暗电流噪声、漏电流噪声和APD的倍增噪声；
电路噪声主要是前置放大器的噪声。
6．数字光接收机主要指标有光接收机的灵敏度和动态范围。
7．光中继器的主要功能有：
补偿衰减的光信号；
对畸变失真的信号波形进行整形。
有两种类型的中继器，传统的光电中继器和全光中继器。
8．在PDH光纤通信系统中，常使用的线路编码有分组码mBnB，1B2B（CMI、双相码）和插入码。
在SDH光纤通信系统中广泛使用的是加扰的NRZ码。
9.什么是光分路耦合器？
画出常用光分路耦合器的类型图?
光分路耦合器是分路和耦合光信号的器件。
功能是把一个输入的光信号分配给多个输出（分路），或把多个输入的光信号组合成一个输出（耦合）。
耦合器类型:
（1）T形耦合器
（2）星形耦合器（3）定向耦合器（4）波分复用器/解复用器（也称合波器/分波器）如图所示。
光缆数字线路系统设计的基本方法是最坏值设计法。
所谓最坏值设计法，就是在设计再生段距离时，将所有参数值都按最坏值选取，而不管其具体分布如何。
光缆型号例题
设有金属重型加强构件、自承式、铝护套和聚乙烯护层的通信用室外光缆，包括12根芯径/包层直径为50/125μm的二氧化硅系列多模突变型光纤和5根用于远供及监测的铜线径为0.9mm的四线组，且在1.31μm波长上，光纤的损耗常数不大于1.0dB/km，模式带宽不小于800MHz·
km；
光缆的适用温度范围为−20℃～+60℃。
该光缆的型号应表示为：
GYGZL03-12T50/125（21008）C+5×
4×
0.9。
DWDM原理概述
DWDM技术是利用单模光纤的带宽以及低损耗的特性，采用多个波长作为载波，允许各载波信道在一条光纤内同时传输。
通常把光信道间隔较大（甚至在光纤的不同窗口上）的复用称为光波分复用（WDM），而把在同一窗口中信道间隔较小的WDM称为密集波分复用（DWDM）。
DWDM的优越性
（1）超大容量
（2）对数据“透明”
（3）系统升级时能最大限度地保护已有投资
（4）高度的组网灵活性、经济性和可靠性
（5）可兼容全光交换
DWDM器件
DWDM器件分为合波器和分波器两种。
合波器的主要作用是将多个信号波长合在一根光纤中传输。
分波器的主要作用是将在一根光纤中传输的多个波长信号分离。
1．光接入网基本概念及位置
所谓接入网就是指端局到用户环路之间的所有机线设备，通常又称为用户网。
光接入网（OAN）是指本地交换机或远端交换模块与用户设备之间采用光传输或部分采用光传输的系统。
OTDR用于光缆线路的施工、维护之中，可以进行光纤长度、光纤的传输衰减、接头衰减和故障定位等的测量。
2．OAN的优点与功能
（1）减少网路的维护运行费用，降低故障率。
（2）利于开发新业务，特别是宽带多媒体业务，加强竞争力，提高业务收入。
（3）大大延长传输距离，扩大交换机的覆盖范围。
（4）引入OAN后，连接到用户设备的双绞线或同轴电缆段的长度很短，可实现宽带传输，充分利用现有的巨大的网络投资。
功能：
OAN可为企事业单位和居民住宅用户服务；
OAN工作于多厂家、多类型交换机环境；
OAN能提供所有原来铜缆网所提供的业务（主要是2Mbit/s以下速率的业务），并能升级提供图像和数据等宽带业务。
光时域反射仪
光时域反射仪（OTDR）是利用光线在光纤中传输时的瑞利散射所产生的背向散射而制成的精密的光电一体化仪表。
它是光缆线路施工和维护中常用的测试仪器。
它可以测试光纤故障点的位置、光纤衰减、光纤接头损耗以及光纤长度等，并且在屏幕上以图形曲线的形式直观地表现出来，OTDR还可以自动存储测试结果，自带打印机。
由于它可在光纤一端进行测量，所以使用非常方便。
光缆敷设方式
光缆的敷设方式可以分为：
架空光缆，管道光缆，直埋光缆，隧道光缆和水底光缆。
习题演练
一、选择题
1、目前在光纤通信系统中已获得广泛应用的光放大器是（B）
A.半导体光放大器B.掺铒光纤放大器
C.拉曼光纤放大器D.布里渊光纤放大器
2、光纤通信指的是（B）
A以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式
B以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式
C以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式
D以激光作载波、以导线为传输媒介的通信方式
3、目前在光纤通信系统中已获得广泛应用的光放大器是（B）
4、发光二极管（LED）相对于LD的特点为（
D
）
A.带宽大，调制速率高B.输出光功率较大
C.光谱较窄D.方向性差，发散度大
5、发光二极管（LED）相对于LD的特点为（
D）
6、为了使雪崩光电二级管正常工作，应在其P—N结上加（A）
A.高反向偏压B.低正向偏压C.高正向偏压D.低反向偏压
7、在光纤通信实验中的波分复用系统属于（A）类型
A.双纤单向传输B.单纤双向传输C.集成式波分复用系统
8、为了使雪崩光电二级管正常工作，应在其P—N结上加（A）
9、不属于无源光器件的是（ B ）
A.光定向耦合器B.半导体激光器C.光纤连接器D.光衰减器
10、不属于无源光器件的是（ B ）
11、EDFA和激光器的基本构成中都有（
B）
A.光学谐振腔
B.泵浦源
C.掺铒光纤
D.光隔离器
12、阶跃型光纤单模传输条件，归一化频率V应满足：
（B）
A.V>
2.405BV<
2.405CV>
3.832DV<
3.832
13、EDFA和激光器的基本构成中都有（
B）
14、光信号在光纤中传播的必要条件是（C）
A.折射B透射C全反射D散射
15、目前光纤通信所用光波的波长有三个，它们是（
C）um：
窗体顶端
A
0.85、1.20、1.80；
B0.80、1.51、1.80；
C
0.85、1.31、1.55；
D0.80、1.20、1.70。
16、将光限制在有包层的光纤纤芯中的作用原理是（ C ）
A.折射
B.在包层折射边界上的全内反射
C.纤芯—包层界面上的全内反射
D.光纤塑料涂覆层的反射
17、目前光纤通信系统中广泛使用的调制─检测方式是（D）
A.相位调制—相干检测B.强度调制—相干检测
C.频率调制—直接检测D.强度调制—直接检测
18、下述有关光接收机灵敏度的表述不正确的是（
C
A.光接收机灵敏度描述了光接收机的最高误码率
B.光接收机灵敏度描述了最低接收平均光功率
C.光接收机灵敏度描述了每个光脉冲中最低接收光子能量
D.光接收机灵敏度描述了每个光脉冲中最低接收平均光子数
19、光隔离器的作用是（B）
A.调节光信号的功率大小B.保证光信号只能正向传输
C.分离同向传输的各路光信号D.将光纤中传输的监控信号隔离开
20、表示光纤色散程度的物理量是（C）
A.时延B.相位差
C.时延差D.速度差
21、目前EDFA采用的泵浦波长是（C）
A.0.85μm和1.3μmB.0.85μm和1.48μm
C.0.98μm和1.48μmD.0.98μm和1.55μm
22、光隔离器的作用是（B）
二、填空题
1、按照泵浦方式的不同，EDFA可分为同向泵浦结构、反向泵浦结构和双向泵浦等三种形式，目前商用化的EDFA的工作波长范围是1530nm~1565nm。
2、若按传输模的数量分类光纤可分为单模光纤和多模光纤。
3、在光纤通信系统中，与光接收机紧相连的放大器称为前置放大器，其放大的是小信号，要求放大器低噪声；
将EDFA作为功率放大器时是将直接放在发射机之后，主要目的是增大传输距离
4、光发射机与光接收机统称为光端机。
光发射机实现A/O转换，光接收机实现O/A转换。
5、相对折射率差对光纤传输特性的影响：
相对折射率差越大，光纤的数值孔径值越大，光纤的聚光能力越强；
同时光纤的色散也越大，影响光纤的传输速率。
6、光纤通信中三个低损耗窗口是810nm、1310nm和1550nm
7、光缆的敷设方式可以分为：
架空光缆，管道光缆，直埋光缆，隧道光缆和水底光缆。
。
8、数字光接收机主要指标有.光接收机的灵敏度和动态范围_。
9、光缆由缆芯、护层和加强芯组成。
10、当放大器的增益低于峰值增益的一半时所对应的带宽为放大器的3DB，所对应的输出功率叫饱和输出功率
11.在光纤通信系统中起主导作用的是光源、__光电检测器___和光缆线路等三种部件.
12、光纤由光纤由纤芯、包层和涂覆层3部分组成。
13.激光器主要由能够产生激光的工作物质、__泵浦源_和光学谐振腔等三部分组成.
14.光发射机的消光比过大,会使接收机的_灵敏度特性变坏.
15.半导体P-N结上外加负偏电压产生的电场方向与_内建电场__方向一致,这有利于耗尽层的加宽.
16.光接收机的灵敏度和__动态范围_是光接收机的两个重要特性指标.
17.光定向耦合器的主要特性参数有:
插入损耗、分光比和___隔离度（A）等.
18.利用光纤来传输光纤通信系统的监控信号时,通常可采用时分复用和_频分复用_两种传输模式.
19.SDH网由一系列_SDH网络单元_组成,是一个高度统一的、标准的智能化网络.
20.STM-1帧结构中信息净负荷区域的位置是第1～9行,第_10~270_列.
21.管理单元AU是SDH的一种信息结构,它是由一个相应的高阶VC和一个相应的管理单元指针构成的.
22.目前EDFA采用的泵浦光波长为0.98μm和_1.48um_两种.
23.EDFA的主要特性指标有:
功率增益、输出饱和功率和_噪声系数__等.
24.EDFA作前置放大器使用时,其作用为__提高接收机的灵敏度.
25、目前光纤通信所用光波的光波波长范围为0.8～1.8μm，属于电磁波谱中的近红外区。
26、光纤通信中三个低损耗窗口是850nm，1550nm和1310nm，其中损耗最低的是1550nm。
27、信号在光纤中传输时存在衰减，使得信号的幅度衰减，存在色散波形容易产生失真。
三、名词解释题
1、间接调制：
通过外部调制器来完成光源参数的调制过程，便是需要在光发送机中设置一个专门的外部调制器。
这种调制方式具有极高的调制速率。
2、光副载波复用：
将基带信号先调制到副载波上，再把副载波调制到光载波上。
3、受激辐射：
在外来光子的激励下，电子从高能级跃迁到低能级与空穴复合，同时释放出一个与外来光子同频、同相的光子。
4、光接收机动态范围：
在一定误码率或信噪比条件下光接收机允许的光信号平均光功率的变化范围。
5、光纤通信系统：
6．光时域反射仪（OTDR）是光缆线路施工和维护中常用的测试仪器。
7．光源的直接强度调制：
指直接将调制信号施加在光源上来完成光源参数的调制过程。
这种调制方式具有电路简单、经济等特点，目前大部分调制方式均采用该方法，但是其适用于低速率传输。
8．光接收机灵敏度：
在一定误码率或信噪比条件下，光接收机需要接收的最小平均光功率。
9．DWDM技术是利用单模光纤的带宽以及低损耗的特性，采用多个波长作为载波，允许各载波信道在一条光纤内同时传输。
通常把光信道间隔较大（甚至在光纤的不同窗口上）的复用称为光波分复用（WDM），而把在同一窗口中信道间隔较小的WDM称为密集波分复用（DWDM）。
10．色散：
四、画图题（本大题共2小题,36小题7分,37小题8分,共15分）
1.画出半导体激光器（LD）数字信号的直接调制原理图.
解：
2.画出光接收机自动增益控制的工作原理框图.
光信号～光电检测器~前置放大器~主放大器~均衡器~~。
~~判决器~
。
APD高压电路~~·
~~~AGC放大器~峰值检波器
3、光与物质的三种作用形式是什么？
画出其示意图。
光与物质的三种作用形式
如前图所示
五、简答题
0.简述光源直接调制方式的主要优缺点.
答：
优点：
简单方便，成本低，技术成熟（可以适当发挥）；
缺点：
会使得激光器的动态谱线增宽，造成在传输时色散加大，从而限制了通信容量和传输速率。
在调制速率上相对较低。
1、什么是光纤通信，光纤通信有哪些优点？
光纤通信：
光纤通信是以光波为载频，以光导纤维（光纤）为传输媒质的一种通信方式。
光纤通信的优点：
1）光纤通信的容量大；
2）损耗低，中继距离长；
3）抗电磁干扰能力强；
4）保密性好；
5）体积小，重量轻；
6）节省有色金属和原材料；
7）传输速度快。
2、简要地说明DWDM的器件和各自的作用
DWDM器件分为合波器和分波器两种。
3、光缆数字线路系统设计的基本方法是什么？
4、试画出光发送机的方框图，并简要说明各部分的作用。
5、分析说明掺铒光纤放大器主要由几部分构成？
各部分的作用是什么？
6、写出构成半导体激光器的三部分，简要说明它们的作用，并画出半导体激光二极管的P-I特性曲线。
激光器的构成：
激励源、工作物质和谐振腔。
激励源：
使工作物质形成粒子数反转，为受激放大提供条件，主要有电激励和光激励。
工作物质：
提供合适的能带结构，决定了LD的输出波长；
谐振腔：
受激辐射的光强较弱，谐振腔提供的正反馈放大和选频作用。
7、试画出光接收机的方框图，并简要说明各部分的作用。
光电检测器：
将接收的光信号变换成包括基本调制信号分量的电信号；
前置放大器：
低噪声接收；
功率放大器：
是将信号幅度放大到适合再生的电信号；
均衡滤波器：
是低通滤波和将信号波形变换成无码间串扰的信号波形；
AGC电路：
是稳定光接收机输出的信号幅度；
再生器：
将接收的信号恢复成标准的数字信号；
高压变压器：
为光电检测器提供合适的电压；
8、光发送机主要由哪几部分组成？
并简要说明各部分的作用。
光发送机主要是由下面几部分构成：
光源、驱动电路、自动功率控制（ATC）、自动温度控制（APC）、码型变换等。
驱动电路的主要作用是为光源提供要求的驱动电流；
光源的主要作用是完成电光变换（光调制）；
自动功率控制：
为了保证LD输出稳定的光功率；
自动温度控制：
LD的阈值电流随着温度的升高而升高，ATC电路控制LD的工作温度。
9、说明掺铒光纤放大器的工作原理，在光纤通信系统中，是否可以只要增加EDFA的个数来延长传输距离。
在外界泵浦源的作用下，基态上（E1）的粒子吸收泵浦源的能量而跃迁到高能级上E3。
高能级上的电子（能级寿命较短，不稳定）主要通过无辐射跃迁的形式迅速转移到E2能级上。
当泵浦源足够强时，便
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