光纤通信测验复习重点.docx

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光纤通信测验复习重点

光纤通信测验复习重点

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简答题

一、光纤通信的特点？

优点：

1、速率高，传输容量大；2、损耗低，传输距离远；3、抗干扰能力强，保密性好；4、质量轻，敷设方便；5、耐腐蚀，寿命长；缺点：

线路施工过程中连接较复杂，造价高。

2、光纤通信系统的基本组成，各个单元的作用？

主要组成部分包括光纤、光发送器、光接收机、光中继器和适当的接口设备。

光发送机：

把输入电信号转换为光信号，最大限度地耦合到光纤线路。

光纤线路：

把来自光发射机的光信号以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机。

光接收机：

把光纤线路输出的微弱光信号转换为电信号，并经放大处理后恢复成原始信号。

3、半导体激光器的结构原理？

4、新型半导体激光器

1、分布反馈DFB激光器优点：

①单纵模激光器；②谱线窄，波长稳定性好；③动态谱线好；④线性好。

2、分布布拉格反射DBR激光器优点：

增益区和它的波长选择是分开的，因此可以对它们分别进行控制。

3、量子阱QW激光器优点：

①阈值电流低，输出功率大。

②单纵模，谱线窄，利于调制。

③温度要求低。

无需温度控制，无需制冷器。

④外微分量子效率大。

⑤频率啁啾小，动态单纵模特性好。

4、垂直腔面发射激光器VCSEL优点：

①实现极低阈值工作；②平行光互连和光信息处理；③圆形光斑，发散角小，方向性好；④动态单纵模工作；⑤高密度集成；⑥适合光电集成电路OEIC结构。

5、数字光发送机基本组成，各单元模块功能？

采用直接调制（IM）的光发送机主要包括：

输入电路（输入盘）和电／光转换电路（发送盘）。

（1）均衡器的作用是对由PCM电端机送来的HDB3码或CMI码流进行均衡，用以补偿由电缆传输所产生的衰减和畸变，保证电、光端机间信号的幅度、阻抗适配，以便正确译码。

（2）码型变换的作用是将适合在电缆中传输的双极性码，通过码型变换转换为适合于光纤线路传输的单极性码。

（3）扰码电路的作用就是当线路码流出现长连“0”或长连“1”的情况，有规律地破坏长连“0”和长连“1”的码流，从而使“0”、“1”等概率出现，便于接收端提取时钟信号。

（4）线路编码的作用是限制信号带宽，减小功率谱中的高低频分量；给光接收机提供足够的定时信息；提供一定的冗余码，用于平衡码流、误码监测和公务通信。

（5）时钟提取的作用是在传输码流中提取出时钟信号（位同步信号），供给码型变换、扰码电路和线路编码使用。

（6）单管驱动电路的工作原理：

晶体管T工作在开关状态，当调制信号加于Si端时，T通过其集电极向LD提供调制电流Im，再通过另一路的直流偏置电流Ib的调整就实现对LD的有效调制。

（7）自动功率控制电路APC：

由光检测器来感应激光器后端面辐射光功率的变化，并与参考功率相比较，然后根据比较结果自动调整直流偏置电流，最终使光功率峰值保持为一个稳定值。

（8）自动温度控制电路ATC：

ATC一般由半导体致冷器TEC、热敏电阻和控制电路组成。

半导体致冷器TEC的冷端和激光器的热沉接触，热敏电阻作为温度传感器，探测激光器结区的温度，并把它传递给控制电路，通过控制电路改变致冷量，使激光器输出特性保持恒定。

（9）保护电路等辅助电路：

1、电路保护：

限流、慢启动、电源滤波、电路退耦、接地与屏蔽。

2、无光告警电路：

光发射机电路出现故障，或输入信号中断，或激光器失效，都将使激光器长时间不发光。

3、LD寿命告警：

LD管随使用时间增长，阈值电流逐步增大，LD的不能使用。

六、各调制的特点和应用场合？

1）直接调制是利用调制信号直接改变LD的注入电流，来获得与电信号相对应的光强信号，也称为内调制。

直接调制的特点：

简单，但调制速率受到载流子寿命及频率啁啾等影响，调制速率一般限制在1Gb/s左右。

2）间接调制是指激光形成之后，在激光器的输出光路上放置光调制器，用调制信号改变光调制器的物理特性，当激光通过调制器时，就会使光波的某参量（如强度等）受到调制，也称为外调制。

间接调制的特点：

调制频率展宽很小，甚至没有，光源谱线宽度能维持很小，应用于高速率、长距离传输。

但间接调制比较复杂，损耗大，且造价高。

七、PIN、APD如何满足对光检测器的要求？

1、PIN光电二极管１）Ｉ层很厚，入射光容易进入耗尽区被充分吸收而产生电子－空穴对，大幅提高转换效率。

２）零电场区（扩散运动）减薄，电场区（漂移运动）增厚，提高响应速度。

2、APD光电二极管在PIN光电二极管的基础上，对P区和N区都进行了重掺杂，在邻近P区或N区引进n型或p型倍增区，从而实现对一次光电流的放大作用。

响应速度快，转换效率高。

八、光检测器性能参数，描述对象，反应什么问题？

1、响应度与量子效率。

响应度：

在一定波长的光照射下，光电探测器的平均输出电流与入射的平均光功率之比称为响应度。

（反应宏观灵敏特性）量子效率：

光电检测器输出的光生电子-空穴对数与入射的光子数之比称为量子效率。

（反应微观灵敏特性）提高量子效率措施：

减少入射表面的反射率，使入射光子尽可能多地进入PN结；减少光子在表面层被吸收的可能性，增加耗尽区的宽度，使光子在耗尽区内被充分吸收。

2、响应光谱或波长响应范围。

上限波长（红限）：

产生光生载流子，必须有hv>Eg，不同半导体材料存在着上限波长即截止波长波长=hv/Eg.下限波长（蓝限）：

当波长很短时，材料的吸收很大（半导体材料的吸收作用随波长减小而迅速增强），这样，光在半导体材料表层即被吸收殆尽。

在表层产生的光生载流子要扩散到耗尽层才能产生光生电流，而在表层为零电场扩散区，扩散速度很慢，还没有到达耗尽层时就大量被复合掉了，使光电转换效率在波长很短时大大下降。

3、响应时间或响应速度。

响应速度指光电检测器的光电转换速度，一般用响应时间（从器件接收到光子时起到有光生电流输出的时间）来描述。

响应时间通常用光检测器输出脉冲的上升时间来表示。

响应时间的主要影响因素：

（1）耗尽区的光生载流子的渡越时间；

（2）零电场产生的光生载流子的扩散时间；（3）结电容和负载电阻的电路时间常数RC；（4）雪崩倍增的建立时间（只对APD）。

措施：

光电探测器要具有快速响应的特性，在结构上首先要减薄零电场区；其次减少结电容。

4、暗电流。

理想条件下，当光电检测器无光照时，应无光电流。

但由于PN结热效应产生的电子－空穴对在反向偏置电压的作用下流动形成的电流称为暗电流ID。

当偏置电压增大时，暗电流增大。

暗电流还随着器件温度升高而增加。

暗电流决定了能被检测到的最小光功率。

九、光接收机组成框图，各单元模块的作用？

通常将光接收机分为三部分：

光检测与前置放大；主放大、均衡滤波和自动增益控制；判决与再生。

光检测器与前置放大器合起来称为接收机前端。

前端：

由光电二极管和前置放大器组成。

作用：

将耦合入光电检测器的光信号转换为时变电流，然后进行预放大（电流－电压转换），以便后级作进一步处理。

是光接收机的核心。

要求：

低噪声、高灵敏度、足够的带宽。

主放大器：

提供高的增益，放大到适合于判决电路的电平。

均衡滤波：

对主放输出的失真数字脉冲进行整形，使之成为有利于判决码间干扰最小的升余弦波形。

自动增益控制（AGC）：

可根据输入信号（平均值）大小自动调整放大器增益，使输出信号保持恒定。

用以扩大接收机的动态范围。

判决器、译码器和时钟恢复组成光接收机的判决、再生部分。

判决器：

为确定是“1”或是“0”，需要对某时隙的码元作出判决。

若判决结果为“1”，则由再生电路产生一个矩形“1”脉冲；若判决结果为“0”，则由再生电路重新输入一个“0”。

时钟恢复：

为了精确地确定“判决时刻”，需要从信号码流中提取准确的时钟信息作为标定，以保证与发送端一致。

10、前置放大器类型，各自特点？

前置放大器的类型目前有3种：

低阻抗前置放大器（输入阻抗低，电路时间常数RC小于信号脉冲宽度T，因而码间干扰小，适用于高速率传输系统）、高阻抗前置放大器（输入阻抗高，噪声小，高频特性较差，适用于低速率传输系统。

）和跨阻抗前置放大器（具有宽频带、低噪声的优点，并改善了带宽特性和动态范围，并具有良好的噪声特性）。

十一、掺铒光纤放大器EDFA的结构，工作原理？

同向泵浦（前向泵浦）型：

好的噪声性能；反向泵浦（后向泵浦）型：

输出信号功率高；双向泵浦型：

输出信号功率比单泵浦源高3dB，且放大特性与信号传输方向无关。

EDFA采用掺铒离子单模光纤为增益介质，在泵浦光作用下产生粒子数反转，在信号光诱导下实现受激辐射放大。

工作原理描述：

信号光与波长较其为短的光波（泵浦光）同沿光纤传输，泵浦光的能量被光纤中的稀土元素离子吸收而使其跃迁至更高能级，并可通过能级间的受激发射转移为信号光的能量。

信号光沿光纤长度得到放大，泵浦光沿光纤长度不断衰减。

12、三种放大器各自的特点？

1、半导体光放大器SOA。

与半导体激光器的结构相似，但它没有反馈机制，而反馈机制对产生相干激光是必要的。

因此SOA只能放大光信号，但不能产生相干的光输出。

2、掺铒光纤放大器（EDFA）。

优点：

工作频带正处于光纤损耗最低处（1535-1565nm）；频带宽，可同时对多路信号进行放大（波分复用）；对数据率/格式透明，系统升级成本低；增益高（>40dB）、输出功率大（~30dBm）、噪声低（4~5dB），且对温度不敏感，稳定性好；耦合效率高。

全光纤结构，与光纤系统兼容；转换效率高，所需的泵浦功率低（数十毫瓦）。

缺点：

存在工作波段（1535~1565nm）和带宽（30nm）的局限性；增益带宽不平坦，对多信道光纤传输系统造成很大的影响（可采取增益平坦、均衡技术）；自发辐射噪声的影响，系统级联时，ASE的影响会大大降低系统接收端的信噪比。

3、光纤拉曼放大器（FRA）。

特点：

（1）增益波长由泵浦光波长决定，只要泵浦源的波长适当，理论上可以得到任意波长的信号放大。

具有很宽的增益谱（1292~1660nm）；

（2）利用传输光纤本身作增益介质，此特点使光纤拉曼放大器可以对光信号的放大构成分布式放大，实现长距离的无中继传输和远程泵浦；（3）调整各个泵浦功率来动态调整信号增益平坦度；（4）具有较低的等效噪声指数。

（5）喇曼放大的作用时间为飞秒（10-15s）级，可实现超短脉冲的放大。

13、SDH同步传输体系特点？

优点：

1、新型的复用映射方式：

同步复用方式和灵活的映射结构。

2、接口标准统一：

全世界统一的NNI，体现了横向兼容性。

3、网络管理能力强：

帧结构中丰富的开销比特。

4、兼容性好：

具有完全的前向兼容性和后向兼容性。

5、系列标准规范：

便于国内、国际互连互通。

注：

SDH最为核心的三个特点是同步复用、强大的网络管理能力和统一的光接口及复用标准。

缺点：

1、频带利用率低：

频带利用率不如传统的PDH系统高。

2、指针调整机理复杂：

从高速信号中直接分／插出低速支路信号，省去了多级复用／解复用过程。

3、软件的大量使用对系统安全性的影响。

须进行强的安全管理。

4、定时信息传送困难：

分插、重选路由及指针调整所致。

14、SDH设备有哪些，各自有什么作用？

SDH设备包括SDH终端复用器（TM）、分插复用设备（ADM）、数字交叉连接设备（DXC）和再生中继器（REG）。

1、TM终端复用器：

TM的作用是将准同步电信号（2Mbit/s、34Mbit/s或140Mbit/s）复接成STM-N信号，并完成电/光转换；也可将准同步支路信号和同步支路信号（电的或光的）或将若干个同步支路信号（电的或光的）复接成STM-N信号，并完成电/光转换。

在收端则完成相反的功能。

2、ADM分插复用设备：

ADM作用是从主流信号中分出一些信号并接入另外一些信号。

3、DXC数字交叉连接设备：

DXC是一种具有一个或多个准同步数字体系（G.702）或同步数字体系（G.707）信号的端口，可以在任何端口信号速率（及其子速率）间进行可控连接和再连接的设备。

4、REG再生中继器：

再生中继器的功能是对经传输衰减后的信号进行放大、整形和判决再生，以延长传输距离。

15、DWDM、CWDM性能比较？

1、DWDM。

优势：

DWDM波长间隔小，因此在光纤的低损耗窗口可传输的信道数更多，系统的传输容量更高。

劣势：

DWDM要求光源有精确的波长及很好的波长稳定性；DWDM对波分复用器和解复用器的性能也提出更高的要求（带宽更窄、稳定性更好）；高性能+高价格

2、CWDM。

优势：

信道间隔较宽，由激光器的波长漂移而带来的信道串扰对系统的影响较小，一般CWDM光源可采用不带制冷器的半导体激光器。

信道间隔较宽，同时对波分复用器和解复用器的要求降低。

劣势：

　CWDM系统采用了O+E+S+C+L波段，使得难以应用于长途通信，只应用于短途。

低性能+低价格

16、WDM系统的基本结构？