本科光纤通信试题答案卷一只是分享.docx

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本科光纤通信试题答案卷一只是分享

1）为了得到较高的信噪比，对光接收机中的前置放大器的要求是______。

A.高增益B.低噪声C.低增益、低噪声D.高增益、低噪声

2）对于半导体激光器，当外加正向电流达到某一值时，输出光功率将急剧增加，这时输出的光为______，这个电流称为______电流。

A.自发辐射光，阈值B.自发辐射光，阀值C.激光，阈值D.激光，阀值

3）SDH线路码型一律采用______。

A.HDB3码B.AIM码C.NRZ码D.NRZ码加扰码

4）在SiO2单模光纤中，材料色散与波导色散互相抵消，总色散等于零时的光波长是______。

A.0.85μmB.1.05μmC.1.27μmD.1.31μm

5）在阶跃型光纤中，导波的传输条件为______。

A.V＞0B.V＞VcC.V＞2.40483D.V＜Vc

6）DFA光纤放大器作为光中继器使用时，其主要作用是______。

A.使信号放大并再生B.使信号再生C.使信号放大D.降低信号的噪声

7）目前，掺铒光纤放大器的小信号增益最高可达______。

A.40dB左右B.30dB左右C.20dB左右D.10dB左右

8）对于2.048Mb/s的数字信号，1UI的抖动对应的时间为______。

A.488nsB.2048nsC.488μsD.2048μs

9）通常,影响光接收机灵敏度的主要因素是______。

A.光纤色散B.噪声C.光纤衰减D.光缆线路长度

10）在薄膜波导中，导波的基模是______。

A.TE0B.TM0C.TE1D.TM1

2.写出下列缩写的中文全称（共10分，每题1分）

1）GVD（群速度色散）

2）STS（同步转移信号）

3）ISDN（综合业务数字网）

4）AWG（阵列波导光栅）

5）OC（光载波）

6）WGA（波导光栅路由器）

7）GIOF（渐变折射率分布）

8）OTDM（光时分复用）

9）SCM副载波调制（SCM，Subcarriermodulation）。

首先用信息信号调制一个比基带信号最高频率高几倍的载波，然后用该载波信号再去调制光波。

因为信号是用光波传输的，载波对光波而言只扮演着副载波的作用，所以这种技术就称为副载波调制。

10）DBR（分布布拉格反射）

2.OTDR光时域反射仪OTDR（OpticalTimeDomainReflectometer）.OTDR是利用光线在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产生的背向散射而制成的精密的光电一体化仪表。

3.光孤子通信

光孤子通信是一种全光非线性通信方案，其基本原理是光纤折射率的非线性（自相位调制）效应导致对光脉冲的压缩可以与群速色散引起的光脉冲展宽相平衡，在一定条件（光纤的反常色散区及脉冲光功率密度足够大）下，光孤子能够长距离不变形地（在传播过程中形状、幅度和速度都维持不变）在光纤中传输。

4.粒子数反转分布

在热平衡状态下，粒子数按能态的分布遵循玻耳兹曼分布律：

处于高能态的原子数N2总是远少于处于低能态的原子数N1（N1>>N2），并且能级间距越大，两能级上原子数的这种差别就越悬殊；要实现光放大过程，必须满足N2>>N1，而这种分布显然是违背玻耳兹曼分布规律的，将N2>>N1这种分布方式称为粒子数反转。

3.填空（共20空，每空1分）

1）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）等。

2）（粒子数的反转）分布状态是使物质产生光放大的必要条件。

3）光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是1.55μm、1.31μm和（0.85um）。

4）在激光器中，完成频率选择和反馈作用的是（光学谐振腔）。

5）在光（电磁波）的传播形态中,TEM波的含义是（在传播方向上没有电场和磁场分量（横电磁波）。

6）电磁波在传播方向上有磁场分量而无电场分量，称为（TE）波。

7）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。

8）目前EDFA采用的泵浦光波长为（0.98μm；1.48um）两种。

9）目前，实用光纤的三个低损耗窗口在0.85μm、1.31μm、1.55μm附近,色散位移单模光纤是在1.55μm处，实现（最低损耗；最低色散）。

10）发送机的消光比是（全“0”码时的平均输出光功率与全“1”码时的输出光功率之比）。

11）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。

12）当光纤中出现了辐射模时，即认为导波（截止）。

13）在薄膜波导中,可能产生的三种类型的波是（导波；衬底辐射模；敷层辐射模）。

14）在阶跃型光纤中，LP01模是（基模）。

4.名词解释及简答（共10分，每题2分）

1）抖动容限的指标有几种？

并说明其含义？

抖动容限的指标分为输入抖动容限和无输入抖动时的最大输出抖动容限。

输入抖动容限是指光纤通信系统（或设备）允许输入脉冲存在抖动的范围。

无输入抖动时的最大输出抖动容限是指输入信号无抖动的情况下，光纤通信系统（或设备）输出信的抖动范围。

2）激光器的阈值条件

激光器的阈值条件：

是指当光增益G要大于光衰耗a，激光器才能建立稳定的振荡输出光，这样的条件称为激光器的阈值条件。

3）光纤色散有哪几种？

它们分别与哪些因素有关？

光纤的色散有材料色散、波导色散和模式色散。

材料色散由光纤材料的折射率随频率的变化而变化引起的。

波导色散由模式本身的群速度随频率的变化而变化引起的。

模式色散由光纤中的各模式之间的群速度不同而引起的。

4）增透膜与增反膜：

增透膜与增反膜：

利用薄膜表面反射式，使某些波长的光因干涉减弱，以增加透射光的强度，这种膜称为增透膜。

利用薄膜表面反射时，使某些波长的光因干涉而加强，以减弱透射光的强度，这种膜称为增反膜。

5）自发辐射

自发辐射：

在没有任何外界的作用下，原子从激发态跃迁到基态，并以光的形式释放出能量的过程，成为自发辐射。

5.画出半导体激光器（LD）数字信号的直接调制原理图。

（10分）

6.芯子折射指数n1=1.5,长度未知的弱导波光纤，传输光脉冲的重复频率为f=8MHz,经过该光缆后，信号延迟半个脉冲周期，估计该光缆的长度。

（10分）

7.已知阶跃型光纤的n1=1.5，Δ=0.01，芯子半径a=10μm，波长λ0=1.5μm,试计算归一化频率。

（10分）

8.（20分）某阶跃型光纤的纤芯折射率n1=1.50，相对折射率差

=0.01，试求：

1）该光纤的包层折射率n2=?

2）该光纤的数值孔径NA=?

已知：

n1=1.50，=0.01，

根据  

（1）

（2）

由

（1）式，可知

                      2n12=n12-n22

                      n22=n12（1-2）

       n2=n1

将n1、代入上式，可得：

 n2==1.50=1.50=1.500.98995=1.48491

将n1、代入

（2）式，可得：

NA=n1=1.50=1.500.14142=0.21213

一．单项选择题（每题1分,共20分）

1、在激光器中，光的放大是通过（Ａ）

Ａ．粒子数反转分布的激活物质来实现的　　　Ｂ．光学谐振腔来实现的

Ｃ．泵浦光源来实现的　　　　　　　　　　　Ｄ．外加直流来实现的

2、下列哪一项不是要求光接收机有动态接收范围的原因?

（B）

A．光纤的损耗可能发生变化B．光源的输出功率可能发生变化

C．系统可能传输多种业务D．光接收机可能工作在不同系统中

3、光纤通信中光需要从光纤的主传输信道中取出一部分作为测试用时，需用（Ｂ）

Ａ．光衰减器　　Ｂ．光耦合器　　Ｃ．光隔离器　　Ｄ．光纤连接器

4、使用连接器进行光纤连接时，如果接头不连续时将会造成（D）

Ａ．光功率无法传输　　　　　　Ｂ．光功率的菲涅耳反射

Ｃ．光功率的散射损耗　　　　　Ｄ．光功率的一部分散射损耗或以反射形式返回发送端

5、在系统光发射机的调制器前附加一个扰码器的作用是（A）

A．保证传输的透明度B．控制长串“1”和“0”的出现

C．进行在线无码监测D．解决基线漂移

6、下列关于交叉连接设备与交换机的说法正确的是（A）

A．两者都能提供动态的通道连接B．两者输入输出都是单个用户话路

C．两者通道连接变动时间相同D．两者改变连接都由网管系统配置

7、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

8、下列不是WDM的主要优点是（D）

A．充分利用光纤的巨大资源B．同时传输多种不同类型的信号

C．高度的组网灵活性，可靠性D．采用数字同步技术不必进行玛型调整

9、下列要实现OTDM解决的关键技术中不包括（D）

A．全光解复用技术B．光时钟提取技术C．超短波脉冲光源D．匹配技术

10、掺饵光纤的激光特性（A）

Ａ．由掺铒元素决定Ｂ．有石英光纤决定Ｃ．由泵浦光源决定Ｄ．由入射光的工作波长决定

11、下述有关光接收机灵敏度的表述不正确的是（A）

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

12、光发射机的消光比，一般要求小于或等于（B）

A．5％　B．10％　C．15％　D．20％

13、在误码性能参数中，严重误码秒（SES）的误码率门限值为（D）

A．10-6　B．10-5C．10-4D．10-3

14、日前采用的LD的结构种类属于（D）

A．F-P腔激光器（法布里—珀罗谐振腔）　　B．单异质结半导体激光器

C．同质结半导体激光器　　D．双异质结半导体激光器

15、二次群PCM端机输出端口的接口码速率和码型分别为（B）

A．2.048Mb/s，HDB3　　　　　　　B．8.448Mb/s，HDB3

C．2.048Mb/s，CMI　　　　　　　　D．8.448Mb/s，CMI

16、数字光接收机的灵敏度Pr=100微瓦，则为（A）dBm。

A．-10B．10　C．-20D．-30

17、WDH系统的单纤双向传输方式可实现（C）通信。

A．单工B．双工　C．全双工D．单工与双工

18、光孤子源主要有哪几种（A）

A．掺铒光纤孤子激光器、锁模半导体激光器

B．掺铒光纤孤子激光器、窄纤谱半导体激光器

C．锁模半导体激光器、锁模半导体激光器

D．掺铒光纤孤子激光器、信道频率激光器

19、前置放大器的三种类型中，属于双极型晶体管放大器的主要特点是（A）。

A．输入阻抗低B．噪声小C．高频特性较差D．适用于低速率传输系统

20、下列哪一个不是SDH网的特点（   D   ）

A．具有全世界统一的接口标准    　B．大量运用软件进行系统配置的管理

C．复用映射结构灵活      　　　　D．指针调整技术降低了设备复杂性

三、判断题。

（每题1分,共10分）

1、NA表示光纤接受和传输光的能力，NA越大，光纤接收光的能力越强。

（√）

2、采用雪崩光电二极管（APD）的要求是有较高的偏置电压和复杂的温度补偿电路。

（√）

3、固体光开关的优点是插入损耗小,串扰小,适合各种光纤,技术成熟,缺点是开关速度慢。

（×）

4、我国3次群和4次群光纤通信系统最常用的线路码型是HDB3码。

（×）

5、将通信网的所有站点串联起来首尾相连，且没有任何点开放，就形成了线形拓扑网。

（×）

6、帧结构是由段开销和有效信息载荷组成的。

（×）

7、激光振荡的相位条件为谐振腔的长度为激光波长的整数倍。

（×）

8、SDH环形网的一个突出优点是具有自愈能力。

（√）

9、网孔形网络存在瓶颈问题和失效问题。

（×）

10、段开销分为SOH和LOH，前者占前3行，后者占5—9行。

（√）

四、填空题（每空0.5分,共30分）

1、根据传输方向上有无电场分量以及磁场分量，可将光电磁波传播形式分成三类：

一为TEM波，二为TE波，三起TM波。

2、对于单模光纤来说，主要是材料色散和波导色散，而对于多模光纤来说，模式色散占主要地位。

3、光纤色散的测量方法有相移法、脉冲时延法、干涉法，光纤损耗的测量方法有插入法、后向测量法。

4、激光器输出光功率随温度而变化有两个原因：

一个是激光器的阈值电流随温度升高而增大；另一个是外微分子量效率随温度升高而减小。

5、对LD的直接调制将导致激光器动态谱线增宽，限制光纤通信系统的传输速率和容量。

6、光纤通信系统中监控信号的传输途径有两个，一个是在光纤中传输，另一个是通过光缆中附加的金属导线传输）。

7、响应度和量子效率都是描述光电检测器光电转换能力的一种物理量。

8、在数字接收机中，设置均衡滤波网络的目的是消除码间干扰，减小误码率。

9、数字光接收机最主要的性能指标是灵敏度和动态范围。

10、APD的雪崩放大效应具有随机性，由此产生的附加噪声称为倍增噪声。

11、半导体激光器中光学谐振腔的作用是提供必要的光反馈以及进行频率选择。

12、耦合器的结构有许多类型，其中比较实用的有光纤型、微器件型和波导型。

温度对激光器的输出光功率影响主要通过阈值电流和外微分量子效应。

13、数字光纤传输系统的两种传输体制为准同步数字系列（PDH）和同步数字系列（SDH）。

PDH有两种基础速率，一种是以1.544Mb/s为第一级基础速率；另一种是以2.048Mb/s为第一级基础速率。

14、隔离器主要用在激光器或光放大器的后面，功能避免反射光返回到该器件致使性能变坏。

它的两个主要参数是插入损耗和隔离度。

15、SDH传输系统每秒传送8000帧STM-16帧，则该系统的传送速率为2.488Gbit/s。

16、STM-1可复用63个2M信号3个34M信号1个140M信号

17、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。

18、数字光纤通信系统的抖动是指数字信号的有效瞬间与其理想时间位置的短时间偏离。

19、光纤数字通信系统中，误码性能和抖动性能是系统传输性能的两个主要指标。

20、EDFA中光耦合器的主要作用是将输入光信号和原泵浦光混合起来。

21、EDFA噪声系数的定义式为放大器的输入信噪比/放大器的输出信噪比。

22、常用的SDH设备有终端复用器、分插复用器和交叉连接设备等。

23、WDM系统主要有五部分组成：

光发射机，光中继放大器，光接收机，光监控信道，网络管理系统。

24、POH中常用的多址技术有三种：

频多址分（FDMA），时多址分（TDMA），码分多址（WDMA）。

25、电信网有两大功能群：

传送功能群和控制功能群。

26、光纤通信的目标是提高速率和增大容量。

27、自愈环结构可分为两大类，分别是通道倒换环和复用段倒换环。

五、简答题（每题4分,共8分）

1、激光器谐振腔内激光振荡是如何产生的？

 （49页）

答：

当激光器光学谐振腔中的工作物质在泵浦源的作用下变成增益物质后有了放大作用。

被放大的光在谐振腔的两个互相平行的反射镜面间来回反射，进一步得到放大。

但在这一过程中也要消耗一部分光能（腔内损耗和反射镜损耗）。

当放大足以抵消损耗时，激光器就形成激光振荡

2、画出典型的数字光纤通信系统接收端机的原理框图?

六、计算题（共12分）

1、已知阶跃折射率光纤中n1=1.52，n2=1.49。

a．光纤浸没在水中（n0=1.33），求光从水中入射到光纤输入端面的光纤最大接收角；

b．光纤放置在空气中，求数值孔径。

（5分）

解：

a.见图，由折射定律可得

n0sinα=n1sinβ

（1）

n1sin（90°-β）=n2sinγ

（2）

要使光波能在光纤中传输，右图中的A点必须满足全反射条件。

因此，当γ=90°时，式

（2）变为

cosβ=

（3）

由式

（1）和式（3）联立可得

sinα=

（4）

将题中已知参量代入式（4），得到

sinα=

∴α≈13.06°

即光从水中入射到光纤输入端面的光纤最大

接收角为13.06°。

b.光纤放置在空气中，则n0=1

NA=

2、若一个565Mbit/s单模光缆传输系统，其系统总体要求如下：

光纤通信系统光纤损耗为0.4dB/km，光纤接头损耗为0.1dB/km，光源的入纤功率为-2.5dbm，接收机灵敏度为-37dbm，线路码型5B6B，传输速率为677990kbit/s,光源采用MLM－LD，光源谱宽为2nm，光纤的色散系数为2.5ps/（kmnm），ε光通道功率参数取0.115。

设计中取光功率代价为1db,光连接器衰减为1db，光纤富余度为0.1db/km,设备富余度为5.5db。

试求：

系统的最大中继距离。

（7分）

解：

衰减的影响

La=（PT-PR-2Ac-Pp-Me）/（Af+As+Mc）=（-2.5+37-2-1-5.5）/（0.4+0.1+0.1）=43.3（km）

色散的影响

LD=（ε×106）/（B×Δλ×D）=（0.115×106）/（677.99×2×2.5）=33.9km

由上述计算可以看出,中继段距离只能小于33.9km,对于大于33.9km的线段,可采取加接转站的方法解决。

一、填空题（每空1分，共20分）

1.光纤通信系统是由光发送机、光纤和光接收机三部分组成。

2.光纤按折射率分类有突变性光纤和渐变性光纤两类。

3.光缆由缆芯、包层和外护层组成。

4.激光振荡器必须包括工作物质、激励源和光学谐振腔。

5.在半导体激光器中P—I曲线中，当驱动电流I大于阈值电流It时，激光器发出的是激光。

6.LD属于受激发射发光，而LED属于自发辐射发光。

7.APD的雪崩放大效应具有随机性，由此产生的附加噪声称为雪崩倍增噪声_。

8.STM-N的复用方式是间插复用。

9.4B1H码码率的提高比例为6/5。

10.SDH传输系统每秒传送8000帧STM-16帧，则该系统的传送速率为2488.320Mb/s。

11.在SDH网中，为了网络的OAM，在SDH的帧结构中设置了段开销和通道开销。

12.EDFA在光纤通信系统中的作用包括作前置放大器、作功率放大器和光中继器。

13.STM-1帧结构中管理单元指针位置在1~9列中的第3行。

14.STM-1可复用进3个34M信号。

15.当VC-4、VC-3或VC-12的帧速率比AU-4、TU-3或TU-12帧速率高时为负调整。

16.STM-4的帧结构中RSOH有108字节。

17.TU-12是以1个字节为一个调整单位，TU-12指针值的范围为0-139。

18.EDFA_不能（能/不能）对1.3μm的光信号进行放大。

19.传送网可以从垂直方向分解为三个独立的层网络，既电路层、通道层、传输媒质层。

20.WDM系统可以分为集成式WDM系统和开放式WDM系统两大类。

二、单项选择题（每小题2分，共30分）

1.决定光纤通信中继距离的主要因素是（B）。

A.光纤的型号B.光纤的损耗和传输带宽C.光发射机的输出功率D.光接收机的灵敏度

2.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

3.在光纤通信系统中，当需要从光纤的主传输信道中取出一部分光作为测试用时，需要（C）来完成。

A.光衰减器B.光隔离器C.光耦合器D.光纤连接器

4．STM-1每秒可传的帧数是（A）。

A.8000B.4000C.2000D.1000

5.映射是指（B）。

A.支路信号装入C的过程B.支路信号适配装入VC的过程

C.VC和TU指针构成TU的过程D.N个STM-1同步复用进STM-N的过程

6.与J1，C2，H4相关的告警依次是（B）。

A.HP-SLMHP-TIMHP-LOMB.HP-TIMHP-SLMHP-LOM

C.HP-SLMHP-LOMHP-TIMD.HP-LOMHP-SLMHP-TIM

7.2.5G光纤通信系统中，（B）监控的是整个STM-16的信号传输状态。

A．SOHB.RSOHC.MSOHD.POH

8.光纤数字通信系统中不能传输HDB3码的原因是（A）。

A.光源不能产生负信号光B.将出现长连“1”或长连“0”

C.编码器太复杂D.码率冗余度太大

9.下列哪一个不是SDH网的特点（D）。

A.具有全世界统一的接口标准B.大量运用软件进行系统配置的管理

C.复用映射结构灵活D.指针调整技术降低了设备复杂性

10.以下那一种光纤属于多模光纤（A）。

A.G.651B.G.652C.G.655D.G.657

11.目前EDFA采用的泵浦波长是（C）。

A.0.85μm和1.3μmB.0.85μm和1.48μmC.0.98μm和1.48μmD.0.98μm和1.55μm

12.在传送网中，直接面向通信业务是（A）。

A.电路层B.通道层C.段层D.物理层

13.光纤的色散特性是光纤线路的又一重要参数，在多模光纤中，（B）是主要的色散成分。

　A.材料色散B.模式色散C.波导色散D.极化色散

14.按C-12复用进STM-1可以传（C）个2M。

A.48B.32C.63D.64

15.下列关于指针的描述中，错误的是：

（D）。

A.在系统正常工作的情况下，AU-PTR指明了VC-4在AU-4中的起始位置

B.对2M业务来说，TU指针用以指示VC12的首字节在TU-12净负荷中的具体位置，以便收端能正确分离出VC12

C.TU或AU指针不仅能够容纳VC和SDH在相位上的差别，而且能够容纳帧速率上的差别

D.AU指针每次正/负调整为幅度1个单位，净荷位置变化1个字节

三、简答题（每小题各5分，共20分）

1.简述扰码的作用。

答：

码型选择应满足的主要条件为应避免出现长连“0”或长连“1”，能进行不中断业务的误码监测，尽量减少码流中直流分量的起伏。

扰码的作用是有规律地破坏长连“0”和长连“1”的码流，达到“0”、“1”等概率出现。

2.简述光接收机中均衡器的作用。

答：

均衡器的作用是由PCM端机送来的HDB3或CMI码流，首先经过均衡，用以补偿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、阻抗匹配，以便正确译码，使经过其处理后的信号波形成为有利于判决的波形。

3.简述WDM全光通信网的主要优点。

答：

（1）充分利用了光纤的带宽资源，有极大的传输容量和很好的传输质量。

（2）开放性。

（3）易于实现网络的动态重构，降低了网络的开发成本。

（4）采用虚波长通道技术，解决了网络的可靠性，节约网络资源。