光纤通信复习作业Word文档格式.docx
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10、按材料分光纤分几种？
11、无源器件的种类？
P11
光纤连接器，光纤分路器与耦合器，光衰减器，光隔离器，滤波器，波分复用器，光开关和光调制器
第二章：
光纤通信的物理学基础
1、通过哪些现象可以证明光具有波动性？
光的波动性可以从光的干涉、光的衍射和光的偏振等现象证明
2、光电效应具有哪些试验规律？
（由于光的照射使电子从金属中溢出的现象称为光电效应）
⑴每种金属都有一个确定的截止频率γ0，当入射光的频率低于γ0时，不论入射光多强，照射时间多长，都不能从金属中释放出电子。
⑵对于频率高于γ0的入射光，从金属中释放出的电子的最大动能与入射光的强度无关，只与光的频率有关。
频率越高释放出的电子的动能就越大。
⑶对于频率高于γ0的入射光，即使入射光非常微弱，照射后也能立即释放出电子。
3、什么是光的吸收、光的色散和光的散射？
光的吸收是指光波通过介质后，光强衰减的现象。
（物体的颜色）
光的色散是指介质的折射率n随光波波长λ而变化的现象。
（三棱镜）
光的散射指当光通过介质时，偏离原来的方向而向四周传播的现象。
（天是蓝的）
4、什么是自发辐射、受激吸收和受激辐射
E2
E1
光
受激吸收
PIN
自发辐射
LED
受激辐射
LD
①：
无外界激发，自发产生。
①：
在外界激发下产生。
频率、相位、偏振方向相同。
②：
辐射的光子是多频率的。
②：
外界激发能量要满足②：
相干光
③：
辐射的方向、相位不同。
hf＝E2－E1③：
光放大f＝（E2－E1）/h
非相干光
自发辐射：
处于激发态的原子在无外界作用的情况下跃迁到基态时将能量以光辐射的形式释放出去的过程。
受激吸收：
处于基态的原子，如果受到一个能量为hv的光子的作用，原子吸收光子的能量，从基态E1跃迁到激发态E2，这个过程称为受激吸收。
受激辐射：
处在激发态的原子，受到外来的能量为hv光子的激发作用，可以从高能态E2跃迁到低能态E1，同时辐射出一个不仅能量与外来光子相同，而且频率，相位，振动方向以及传播方向都相同的光子，这一过程称为受激辐射。
5、构成激光器的三个基本条件是什么？
激光工作物质（激活介质/增益介质）、激励、光学谐振腔
6、激光器的波长取决于什么条件
取决于光学谐振腔的腔长
第三章：
光纤
1、从结构上看光纤由纤芯、包层和涂敷层构成，包层起什么作用。
包层的折射率略小于纤芯，与纤芯形成光波导效应，使大部分电磁场被约束在纤芯中传播。
2、按照传输模式分类，光纤可分为单模光纤和多模光纤。
理论上，为什么单模光纤只能传送基模？
光纤的归一化频率V满足
，只传导单一模式
模，
以上的所有高阶模都处于截止状态。
3、按照光纤材料分类，光纤可分为哪三类？
按照光纤材料分类可分为：
石英光纤，石英纤芯塑料包层光纤，塑料光纤等
4、光纤制造必须经过哪4个主要过程？
制棒——拉丝与涂覆——套塑——成缆
5、按照折射率分布来分类，光纤可分为阶跃型光纤和渐变型光纤。
单模光纤属于那种折射率分布？
单模光纤属于阶跃型光纤
6、什么是光纤的相对折射率指数差？
对阶跃型光纤其相对折射率指数差表达式是什么？
对渐变型光纤其相对折射率指数差的表达式是什么？
纤芯的折射率
和包层的折射率
的相差程度可以用相对折射指数差
来表示
阶跃型光纤：
渐变型光纤的相对折射率差Δ一般以光纤的光轴点的折射率n（0）和包层的折射率n（a）的差别Δ来表示：
7、什么是弱导波光纤？
什么是近轴光纤？
为什么光纤必须是弱导波光纤？
相对折射指数差Δ很小的光纤称为弱导波光纤/光纤的包层和纤芯的折射率差别极小时，称弱导波光纤，阶跃型光纤也称为弱导波光纤。
8、什么是光纤的数值孔径？
什么是光纤的本地数值孔径？
对阶跃折射率分布的光纤其数值孔径的表达式是什么？
对渐变折射率分布的光纤其本地数值孔径的表达式是什么？
数值孔径：
表示光纤捕捉光射线的能力大小，用NA表示。
阶跃折射率分布的光纤其数值孔径是常数，
本地数值孔径，就是指射入纤芯某点r处的光线的数值孔径。
表示该点捕
捉光射线的能力。
渐变折射率分布的光纤其本地数值孔径
9、什么叫子午射线？
什么叫偏（斜）射线？
（阶跃型光纤中光射线种类）
斜射线（偏射线）不经过光纤中心轴线的空间折线
子午射线：
通过光纤中心轴线的平面--子午面内的光射线
10、光纤的3个低损耗窗口分别是哪几个？
什么叫光纤的微弯？
微弯对光纤造成什么结果？
三个低损耗窗口：
第一低损耗窗口短波长
附近；
第二低损耗窗口长波长
第三低损耗窗口长波长
附近
光纤的微弯是指光纤成缆时由于涂覆材料而产生的随机性扭曲。
微弯引起的附加损耗一般很小，基本上观测不到。
但是当温度低于
时，微弯损耗加大。
11、什么叫多模光纤？
什么叫单模光纤？
单模光纤：
光纤中只传输一种标量模LP01的光纤单模光纤
多模光纤：
传输两种以上标量模的光纤为多模光纤。
12、什么叫单模光纤的截止波长？
模场直径？
偏振特性？
阶跃型单模光纤的单模工作条件是0<
V<
2.405，而光纤的单模工作条件是以第一次高阶模（LP11）的截止频率给出的，而对应着归一化截止频率的波长称为截止波长，用λc表示。
模场直径：
纤芯中场分布曲线最大值的1/e处所对应的宽度
偏振特性：
（单模光纤的双折射效应）光场沿光纤传输时，偏振状态不断发生变化
13、为什么单模光纤用模场直径作为其特征参数，而不用纤芯直径？
单模光纤传输的能量并非全部集中在纤芯中，而是有相当部分在包层中传播，因此光纤的纤芯直经的概念在物理上已没有什么意义，应采用模场直径的概念。
14、分别写出矢量模和标量模的基模表达式和归一化截止频率。
基模表达式归一化截止频率
矢量模
标量模
15、光纤的损耗主要有哪些？
什么叫吸收损耗？
吸收损耗有哪些？
什么叫散射损耗？
散射损耗有哪些？
为什么当温度很低时损耗随温度的降低而增加？
什么叫全波光纤？
主要做什么用？
光纤损耗大致可分为吸收损耗、散射损耗和弯曲损耗。
吸收损耗：
由于组成光纤的材料及其中的杂质对光波的吸收，使一部分光能转变为散失的热能，从而造成光功率的损失。
吸收损耗包括：
本征吸收损耗、杂质吸收损耗、原子缺陷吸收损耗三部分。
散射损耗：
光线在结构不均匀的光纤中传播时，将有部分光线在不均匀点变更其传播方向造成光线的传播方向极为散乱，即为光纤的散射现象。
发生散射后终端接收到的光能量减小，这种光能量衰减现象即为光纤中的散射损耗。
线性散射损耗（瑞利散射损耗、波导散射损耗）非线性散射损耗
温度低时损耗随温度降低而增加，产生这种现象的原因是光纤的热胀冷缩。
构成光纤的石英材料（
）的热膨胀系数很小，在温度降低时几乎不收缩。
而光纤在成缆过程中必须经涂覆和加上一些其他构件，涂覆材料及其他构件的膨胀系数较大，当温度降低时，收缩比较严重，所以当温度变化时，材料的膨胀系数不同，将使光纤产生微弯，尤其表现在低温区。
全波光纤也叫无水光纤，进一步减小OH－的浓度，这样OH－吸收损就会减小，1.39μm的吸收峰极大地降低，从1.1μm－1.6μm都会损耗较小，为波分复用提供广阔的空间。
16、什么叫光纤色散？
光纤色散对通信会造成什么影响？
光信号通过光纤传播期间，波形在时间上发生展宽的现象称为光纤色散。
光纤色散使输入的光信号在光纤传输过程中展宽到一定程度，就会产生码间干扰，增加误码率，从而限制了通信容量。
17、光纤色散的种类有哪些？
什么叫光纤的模式色散？
什么叫光纤的材料色散？
什么叫波导色散？
⑴模间（模式）色散⑵材料色散⑶波导色散⑷偏振色散⑸高阶色散
模式色散：
也称为模间色散，在多模光纤中光信号是由很多模式携带的，不同的传输模式的相位常数（传输常数）不同，而引起的色散。
材料色散：
由于材料折射率随光波长非线性变化引起的色散。
波导色散：
由于光波导的结构（光纤结构）而引起的色散，这种色散在无限大介质应该说是不存在的，但是光信号被限制在光纤中传输，光纤的纤芯和包层的折射率不同，必然会导致色散。
18、什么叫色散位移光纤？
它有什么好处？
1.55um附近的损耗最低合理的设计光波导结构把零色散波长位移到1.55um附近，这样1.55um附近色散也最小，利用这种原理制成色散位移光纤。
对长距离大容量的光纤通信十分有利
19、什么是单模光纤的偏振特性？
什么叫单模光纤的偏振模色散
在单模光纤传输中的基膜
是相互垂直的两个模式
和
，在理想的轴对称单模光线中，这两个模式相互简并，即具有相同的传播常数
。
偏振模色散：
实际的光纤，它的形状不可能是理想的轴对称分布，折射率和应力分布的不均匀性，将会导致两个模式的简并性受到破坏，两个模式的传输相位常数
不同，因此会产生色散。
这种色散就称为偏振模色散。
20、为什么说多模渐变型光纤的模式色散比多模阶跃型光纤的要小？
多模渐变型光纤的模式色散，其模式色散比阶跃型的色散小很多，对于最佳折射率分布的光纤，模式色散几乎为零，原因是子午线轨迹的自聚焦性。
21、什么叫光纤的自聚焦现象？
渐变型光纤中不同的射线，具有相同轴向速度的现象，称为自聚焦现象。
22、矢量模的场结构分为哪几种？
为什么矢量波动方程可以转化为标量波动方程求解？
矢量模的场结构分为横电波
、横磁波
和混合模
、
光纤中传播的矢量模式可以很多，不同的矢量模式有不同的场型结构，但它们如果具有相同的传播常数时，这些模式在传播过程中会互相兼并（线性叠加）成为标量模
23、什么叫光纤的双折射现象？
实际的光纤，它的形状不可能理想的轴对称分布，折射率和应力分布的不均匀性，将会导致两个模式的简并性受到破坏，两个模式的传输相位常数不同使两种模式的
，
值不等，形成相位差
。
这种现象称做光纤的双折射现象。
24、什么叫群速度？
指波的包络传播的速度。
实际上就是波实际前进的速度。
第四章：
光源和光发射机
1、什么叫同质结？
什么叫异质结？
双异质结有哪些优点？
同质结：
PN结两边使用相同的半导体材料。
异质结：
两种不同的半导体相接触所形成的界面区域（XX的）
优点：
在单异质结的基础上，在有源区的另一侧加了一块异质材料，从而在有源区的两侧对载流子和光波进行了限制。
这样，光能被有效地限制在有源区内，阈值电流大大降低
2、发光二极管分哪两种？
面发光二级管、边发光二极管
3、光纤通信对半导体激光器的主要要求？
①光源应在光纤的三个低损耗窗口工作，即发光波长为0.85um、1.31um、1.55um
②光源的谱线宽度较窄，△λ=0.1~1.0nm
③能提供足够的输出功率，可达10mW以上
④与光纤耦合效率高，为30%~50%
⑤能长时间连续工作，工作稳定，提供足够的输出光功率
4、什么叫激光器振荡的阈值条件？
只有当光增益G大于损耗α时，才能建立稳定的激光振荡输出激光。
5、什么叫纵模？
什么叫横模？
纵模是指沿谐振腔轴向的稳定光波振荡模式
在激光器谐振腔中，把垂直于传播方向上某一横截面上的稳定场分布称为横模，即横截面上光强的分布（XX的）
6、什么叫动态单纵模半导体激光器？
所谓动态单纵模半导体激光器（SLM-LD）,就是指在高速调制下仍能单纵模工作的半导体激光器。
7、为什么说双异质结激光器是可以降低阈值电流？
双异质节激光器在有源区域两侧，既限制了载流子，又限制了光波，故它的光源分布基本被约束在有源区，而且阈值电流大大降低，实现了预期的目的。
8、什么叫光源的直接调制？
什么叫光源的外部调制？
电光相位调制的基本原理是什么？
光源的直接调制又称为光源的内部调制，它是将调制信号直接作用在光源上，把要传送的信息转变为电信号注入到LD或LED，获得相应的光信号。
光源的间接调制通常称为光源的外部调制，它是由恒定光源输出激光后，外加光调制器对光进行调制
电光相位调制的基本工作原理是利用电光晶体的电光效应，即当外加电场变化时，将引起他们的折射率n随之变化的现象。
9、什么叫电光效应？
什么叫电光延迟？
什么叫码型效应？
什么叫张驰震荡？
采取什么措施
来减小后面三种现象？
电光效应是指电场引起晶体折射率变化的现象
电光延迟就是在电信号到来时，光信号对于电信号的时间延迟。
当注入电流从零快速增大到阈值以上时，经电光延迟后产生激光输出，并在脉冲顶部出现阻尼振荡，经过几个周期后达到平衡值，这种特性成为张弛震荡特性。
当用一定宽度的随机脉冲序列对半导体激光器进行强度调制时，由于瞬态性质，输出光脉冲会出现码型效应。
措施：
把直流偏置电流调制阈值附近。
10、什么叫消光比？
消光比的定义为全“1”码平均发送光功率与全“0”码平均发送光功率之比，表达式为：
11、对光发送机的要求有哪些？
①有合适的输出光功率②良好的消光比③调制特性好
12、半导体激光器的波长取决于什么？
取决于光学谐振腔的腔长
第五章：
光检测器和光接收机
1、光纤通信对光检测器的主要要求有哪些？
1）在工作波长上光电转换效率要高，即对一定的入射光信号功率，光检测器能输出尽可能大的光电流；
（2）检测过程中带来的附加噪声尽可能小；
（3）响应速度快、线性好及频带宽，使信号失真尽量小；
（4）高可靠长寿命，尺寸可与光纤直径相配，工作电压低等。
2、APD的工作原理？
利用半导体材料的雪崩倍增效应
3、什么叫响应度？
什么叫量子效率？
它们之间的关系是什么？
响应度是描述这种器件光电转换能力的物理量
式中，Ip是光生电流，P0为入射光功率
量子效率η，定义为产生的光生电子-空穴对数占入射光子数的百分比。
hf为光子能量，e为电子电荷
R和η之间的关系为
结论：
响应度与量子效率、入射光波的频率有关。
R和η都是描述器件光电转换能力的物理量，只是分析的角度不同。
4、光电检测器的响应时间受哪三个因素的影响？
1）渡越时间2）扩散时间3）电路的影响
5、什么叫暗电流？
是指无光照射时光电二极管的反向电流。
6、直接检测数字光接收机一般由哪几个部分组成？
光接收机的前端、线性通道和数据恢复三个部分，
7、什么叫均衡滤波？
为什么在接收端要加均衡滤波电路？
通过均衡电路对失真的数字信号进行整形、输出为码间干扰尽可能小、有利于判决的波形
因为没有均衡滤波器的输出波形是不利判决的。
而均衡过的波形虽然仍有拖尾，但是在邻码判决时刻为零，不干扰对邻码的判决。
8、什么叫眼图？
从眼图上看最佳取样时间应该怎么选择？
由于经过均衡的信号是变了形的数字码流，用示波器观看时看到的是一种与眼睛相似的图案，称为眼图。
最佳取样时间相应于在“1”和“0”信号电平相差最大的位置，相应于眼睛睁开最大处的时间。
9、与光检测器和光信号有关的噪声有哪些？
光检测器：
暗电流噪声、漏电流噪声、APD倍增噪声、背景噪声
光信号：
量子噪声
10、什么是数字光接收机的灵敏度？
在保证一定误码率的条件下，光接收机所需接收的最小光功率。
第六章：
光纤通信系统工程
1、数字光纤通信系统对码型的要求有哪些？
什么叫分组码？
什么叫插入码？
什么叫加扰NRZ码？
HDB3码型能否用于光纤通信的线路传输？
为什么？
一路PCM系统共有多少时隙？
其中第一时隙和第十六时隙做什么用？
PDH的复接结构采用什么方式？
如何进行复接？
对光纤线路码型的要求：
①易于从信号码流中提取时钟分量。
要求减少码流中长连“0”和长连“1”个数；
②码流中直流分量较稳定，以利于接收端的判决。
要求码流中“0’’、“‘l”分布均匀；
③要求码型有一定规律性，便于对终端站和各中继站进行不间断业务的误码检测。
④在传输主信号的同时，具有传输监控、公务、区间通信，自动倒换等辅助信号的能力；
⑤具备比特序列独立性，码型对各种业务是透明的。
不管要传输的信息规律怎样变化，都不影响光纤中信号传输的准确性；
⑥码速率提高少，光功率代价低。
进行光纤线路编码后码速率会提高，即有一定的冗余度，接收机灵敏度会有一定程度的降低，即须付出一定的光功率代价。
⑦码型变换电路简单
⑧误码扩展（增殖）小。
分组码常用mBnB表示，它是把输入信号码流中每m比特码分为一组，然后变换为n比特（n＞m）输出。
插入码是将信码流中每m比特划为一组，然后再这一组的末尾一位之后插入一个比特码输出。
加扰NRZ码是利用一定规律对信号码流进行扰码，经过扰码后使线路码流中的“1”和“0”出现的概率相同。
码型不能在光纤通信的线路中传输。
因为
码有+1、0、-1三种状态，而在光纤数字通信系统中，光源只有发光和不发光两种状态，没有发负光这种状态。
一路PCM系统共有32个时隙，第一时隙是帧同步，第十六时隙是信令及复帧同步。
PDH的复接结构采用异步方式。
采用群复接进行复接。
2、在PDH光纤系统中常用的线路码型有哪些？
SDH光纤通信系统中常用什么线路码型？
在PDH光纤系统中常用的码型有分组码和插入比特码；
在SDH光纤通信系统中常用加扰ＮＲＺ码。
3、在光纤通信系统设计中主要考虑那两个因素会造成对系统中继距离和传输容量的限制？
损耗和色散
4、光纤通信系统的两个主要性能参数是什么？
光纤通信系统的两个主要性能参数是误码性能和抖动性能。
5、什么是系统的长期平均误码率？
误码的时间百分数常用哪两个参数来描述？
这两个参数分别是怎么定义的？
长期平均误码率是在实际测量中，长时间测量的误码数目与传送的总码元数之比。
误码的时间百分数常用误码秒和严重误码秒两个参数描述。
误码秒是指出现误码的秒；
严重误码秒是指误码秒劣于门限的秒。
6、什么是数字信号的抖动？
什么叫抖动幅度？
其单位是什么？
什么叫抖动频率？
对基群码速率2.048Mb/s，1UI的时间是多少纳秒？
抖动产生的原因主要有哪些？
抖动性能常用哪三个参量描述？
什么叫漂移？
数字信号的抖动一般指定时抖动，即数字信号在传输过程中，脉冲在时间间隔上不再是等间隔的，而是随时间变化的一种现象。
单位是时隙（UI）。
对基群码速率
，1UI的时间是
抖动产生的原因有：
①由于噪声引起的抖动；
②时钟恢复电路产生的抖动
③其他原因引起的抖动。
其他原因，如数字系统的复接、分接过程，光缆的老化等
抖动的性能参数有：
输入抖动容限，输出抖动和抖动转移特性。
7、什么是系统的可靠性？
可用性？
失效率？
失效率的单位？
MTBF?
MTTR？
可靠性：
指产品在规定的条件下和时间内，完成规定功能的能力。
可用性：
指产品在规定的条件下和时间内处于良好工作状态的概率。
失效率：
表示产品在单位时间内发生失效的概率。
单位为10-9/h称为fit
MTBF：
平均故障间隔时间，指相邻两次故障的间隔时间。
MTTR：
平均故障维修时间，指每次排除故障所需的时间。
8、串联和并联系统的可靠性数学模型是什么？
串联系统的可靠性：
并联系统的可靠性：
9、光纤通信系统与工程中，系统设计与工程设计的任务是什么？
它们之间的区别是什么?
系统设计的任务是遵循ITU-T建议规范，明确系统的全部技术参数，以技术先进性与通信成本经济性的统一为准则，合理使用器件和子系统，完成实用系统的合成。
工程设计的主要任务是设备和线路的具体工程安装细节。
它们的区别是，工程设计是在系统设计的基础上，完成工程建设中详细的经费概预算，设备和线路的具体安装细节等，而系统设计要考虑系统总体的经济性和技术的可行性。
10、从建设程序上分，光纤通信工程分为哪几个部分？
主要包括光缆线路工程和设备安装两个工程
从建设程序上分，工程策划、工程设计、工程准备、工程施工、工程验收投产
第七章：
SDH技术
1、SDH的特点有哪些（包括不足之处）？
PDH的缺点有哪些？
1.PDH的主要缺点有：
（1）PDH有两大体系种系列，即以2.048Mb/s为基群及以1.544Mb/s为基群的体系，相互间难以互通和兼容。
（2）由于没有统一规范的光接口，不同厂家的设备在光路上不能互通，必须转换成标准电接口才能互通，限制了联网应用。
（3）PDH复用结构采用异步复用，上下电路复杂
（4）PDH各等级的帧结构中预留的插入比特（开销）很少，网络结构缺乏灵活性，同时PDH主要是为话音业务设计，使网络无法适应不断演变的管理要求，更难以支持新一代的网络。
2、SDH的特点：
●第一次真正实现传输体制上的世界性标准
●同步复用
●标准光接口
●强大的网管能力
●信息的透明性
●完全的前向兼容性和后向兼容性
缺点：
●SDH的频带利用率不如传统的PDH系统
●SDH由于技术上和功能上的高度复杂性，需要大规模和超大规模集成电路技术基础
●SDH由于大规模地采用软件控制和将业务量集中在少数几个链路和交叉连接点上，使软件几乎可以控制所有的交叉连接设备和复用设备。
2、解释名词：
SDH（同步数字体系网）、PDH（准数字同步体系）、SONET（同步光网络）、STM-N（同步传送模块）、TM（终端复用器）、ADM（分差复用器）、DXC（数字交叉连接设备）、VC（1、虚容器2、虚信道）、RSOH（再生段开销）、MSOH（复用段开销）、POH（通道开销）、PTR（）、EDFA（掺铒光纤放大器）、NE（网络单元，网元）、TMN（电信管理网络）、SMN（同步数字体系管理网），TU（支路单元）、TUG（支路单元组）、AU（管理单元）、AUG（管理单元组）、E
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