光纤通信考试知识点总结.docx
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光纤通信考试知识点总结
※二知识点小结
1光纤由那几层构成，各层的主要作用是什么？
光纤是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝••纤芯的折射率比包层稍高，损耗
比包层更低，光能量主要在纤芯内传输•包层为光的传输提供反射面和光隔离，并起一定的机械保护作用•
2、光纤是怎样分类的？
按折射率一突变型多模光纤、渐变性多模光纤、单模光纤；按材料一石英系光纤、石英芯塑
料包层光纤、多成分玻璃纤维、塑料光纤
3、什么叫光纤损耗？
造成光纤损耗的原因是什么？
硅光纤的光谱衰减曲线表明存在三个低损耗窗口，这三个窗口分别是多少。
传输过程中光信号幅度的减小。
原因：
吸收、散射、弯曲损耗，吸收损耗是由于SiO2材料
引起的固有吸收和杂质引起的吸收产生的，散射损耗主要是由材料微观度不均匀引起的锐利
散射和光线结构缺陷引起散射产生的。
0.85um、1.31um、1.55um附近时光纤传输损耗较小
或最小的波长“窗口”相应损耗为2—3dB/km,0.5dB/km,0,2dB/km。
4、什么是色散？
色散对光信号有什么影响？
单模光纤中有哪几种色散？
多模光纤中有哪几
种色散？
单模光纤的零色散波长在什么位置？
色散位移光纤是采用什么原理制成的？
色散：
（模式、材料、波导色散）在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应。
影响：
模拟调制中限制带宽，若是数字脉冲信号将使脉冲展宽，限制系统传输速率。
单模：
色度色散、偏振模色散。
多模：
模内、模间色散。
1.31um。
5、目前光纤通信为什么采用以下三个作波长：
入0=0.85讥2=1.31询3=1.55©m这是光纤的三个低损耗窗口
6、光纤通信为什么向长波长、单模光纤方向发展？
长波长、单模光纤比短波、多模光纤具有更好的传输特性。
一：
单模光纤没有色散模式，不同成分光经过单模光纤的传播时间不同的程度显著限于经过多模光纤的传输时间；二：
由光
纤损耗和波长的关系曲线可知，随着波长增大，损耗呈下降趋势，且在1.55um处有最低值，
而且1.31um和1.55um处的色散很小，故目前长距离光纤通信一般都工作在1.55um处。
7、光能量在光纤中传输的必要条件.
纤芯折射率大于包层折射率。
8、突变多模光纤数值孔径的概念及计算.
突变型多模光纤相对折射率差（纤芯和包层折射率分别为n1和n2）定义：
n=（n1-n2）/n1
数值孔径nasine.厂n22m.厂时间延迟巴吐sejnL（1丄）,最大入射角（9=9c）和最小入射角
Tccc2
（9=0）的光线之间时间延迟差近似为上:
上（耐叫
2qcc2qcc
9、弱导波光纤的概念.
纤芯折射率为n1保持不变，到包层突然变为n2。
这种光纤一般纤芯直径2a=50~80卩m,光线以折线形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变大。
带宽只有10~20MHz•km,
一般用于小容量（8Mb/s以下）短距离（几km以内）系统。
12、渐变型多模光纤自聚焦效应的产生机理
自聚焦效应：
不同入射角相应的光线，虽然经历的路程不同，但是最终都会聚在P点上,这种现象称为自聚焦效应•
14、突变光纤和平方律渐变光纤传输模数量的计算•传输模数M（旦）『茁（旦芒
g2g22
对于突变型光纤，gT8,M=V2/2;对于平方律渐变型光纤,g=2,M=V2/4
15、单模传输条件为
V2an2n；2.405
截止波长c2a『―n2，
2.405
归一化频率v2an；
16、归一化双折射B：
（xy）,
拍长：
两正交偏振模的相位差达到2n的光纤长度l2/.
17、三种色散的定义.
色散是在光纤中传输的光信号由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应.色
散的种类：
1模式色散：
是由于不同模式的时间延迟不同而产生的，它取决于光纤的折射率分
布,并和光纤材料折射率的波长特性有关.2材料色散：
是由于光纤的折射率随波长而改变，以
及模式内部不同波长成分的光（实际光源不是纯单色光）,其时间延迟不同而产生的.这种色散
取决于光纤材料折射率的波长特性和光源的谱线宽度.3波导色散：
是由于波导结构参数与波
长有关而产生的，它取决于波导尺寸和纤芯与包层的相对折射率差
18、光纤色散的表示，时域和频域的表达式的关系
频域：
色散限制了传输信号的带宽；色散通常用3dB光带宽■==>f3db
时域：
色散引起脉冲展宽.脉冲展宽At表示
二者的关系通过推导可得：
；：
==441/At（MHZ）
式中：
At为信号通过光纤产生的脉冲展宽，单位为ns；用脉冲展宽表示时，光纤色散可以写
成At=（At2n+At2m+At2w）1/2.Atn模式色散；Atm材料色散；Atw波导色散，所引起的脉冲展宽的均方根值.
19、光纤损耗产生的机理.
1）吸收损耗（a）本征吸收（固有吸收）：
电子跃迁吸收（紫外吸收）分子共振吸收（红外吸收）（b）杂质吸收
⑵散射损耗：
由于光纤中介质的不均匀性而使光向各个方向散射开而引起的损耗.（a）线性
散射：
瑞利散射，波导散射（b）非线性散射：
受激拉曼散射和受激布里渊散射
（3）弯曲损耗：
由光纤结构缺陷（如气泡）引起的散射
20、非零色散光纤.
光纤在1.55卩m有微量色散
21、光缆缆芯的结构类型.
缆芯通常包括被覆光纤（或称芯线）和加强件两部分.被覆光纤是光缆的核心，决定着光缆的传输特性.加强件起着承受光缆拉力的作用，通常处在缆芯中心，有时配置在护套中.四种基本类型：
层绞式、骨架式、中心束管式、带状式
22、光纤特性参数的测量方法.
损耗测量：
一种是测量通过光纤的传输光功率，称剪断法和插入法；另一种是测量光纤的后
向散射光功率，称后向散射法.
带宽测量：
时域法又称脉冲法；频域法又称扫频法
光纤色散测量有相移法、脉冲时延法和干涉法等.相移法是测量单模光纤色散的基准方法.
※第三章知识点小结
1光与物质作用时有受激吸收，自发辐射，受激辐射三个物理过程•
2、受激辐射光的频率、相位、偏振态和传播方向与入射光相同，这种光称为相干光。
自发辐射光是由大量不同激发态的电子自发跃迁产生的，其频率和方向分布在一定范围内，相位
和偏振态是混乱的，这种光称为非相干光。
2、半导体激光器的主要由哪三个部分组成？
有源层；限制层；基片
3、电子吸收或辐射光子所要满足的波尔条件.E2-E1=hf12式中，h=6.628X10-34Js,为普朗克常数，f12为吸收或辐射的光子频率。
4、什么是粒子数反转分布？
设在单位物质中，处于低能级E1和处于高能级E2（E2>E1）的原子数分别为N1和N2。
受激吸收和受激辐射的速率分别比例于N1和N2,且比例系数（吸收和辐射的概率）相等。
N2>N1的分布，和正常状态（N1>N2）的分布相反，所以称为粒子（电子）数反转分布。
5、理解半导体激光产生激光的机理和过程
半导体激光器工作原理：
半导体激光器是向半导体PN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的。
激光振荡的产生：
粒子数反转分布（必要条件）激活物质置于光学谐振腔中，对光的频率和
方向进行选择=连续的光放大和激光振荡输出
过程：
由于限制层的带隙比有源层宽，施加正向偏压后，P层的空穴和N层的电子注入有源层。
P层带隙宽，导带的能态比有源层高，对注入电子形成了势垒，注入到有源层的电子
不可能扩散到P层。
同理，注入到有源层的空穴也不可能扩散到N层。
另一方面，有源层
的折射率比限制层高，产生的激光被限制在有源区内
6、静态单纵模激光器.
驱动电流变大，纵模模数变小，谱线宽度变窄，当驱动电流足够大时，多纵模变为单纵模，
这种激光器称为静态单纵模激光器
8、半导体激光器的温度特性.
激光器输出光功率随温度而变化有两方面
（1）激光器的阈值电流Ith随温度升高而增大
（2）
外微分量子效率nd随温度升高而减小。
9、DFB激光器（分布反馈激光器）的优点.
1、单纵模激光器2、光谱宽度窄，波长稳定性好3.动态谱特性好，高速调制时也能保持单
模特性4、线性好
10、LD与LED的主要区别。
半导体激光二极管（LD）发光二极管（LED）
LD发射的是受激辐射光，LED发射的是自发辐射光，LED的结构和LD相似，大多是采用双异质结（DH）芯片，把有源层夹在P型和N型限制层中间，不同的是LED不需要光学谐振腔，没有阈值。
LED通常和多模光纤耦合，用于1.3卩m（或0.85卩m）波长的小容量短距离系统。
LD通常和G.652或G.653规范的单模光纤耦合，用于1.3卩m或1.55卩m大容量长
距离系统。
11、常用光电检测器的种类.
PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）
12、光电二极管的工作原理.
光电二极管（PD）把光信号转换为电信号的功能，是由半导体PN结的光电效应实现的。
13、PIN和APD的主要特点.
由于PN结耗尽层只有几微米，大部分入射光被中性区吸收，因而光电转换效率低，响应速度慢。
为改善器件的特性，在PN结中间设置一层掺杂浓度很低的本征半导体（称为I），这种
结构便是常用的PIN光电二极管。
随着反向偏压的增加，开始光电流基本保持不变。
当反向偏压增加到一定数值时，光电流急剧增加，最后器件被击穿，这个电压称为击穿电压UB。
APD就是根据这种特性设计的器件
14、为什么APD管具有光生电流的内部放大作用？
15、耦合器的功能.
把一个输入的光信号分配给多个输出，或把多个输入的光信号组合成一个输出。
16、光耦合器的结构种类.
类型：
耦合器类型、T形耦合器、星形耦合器、定向耦合器、波分复用器/解复用器
基本结构的分类：
光纤型、微器件型、波导型
17、什么是附加损耗？
附加损耗Le由散射、吸收和器件缺陷产生的损耗，是全部输入端的光功率总和Pit和全
部输出端的光功率总和
POt的比值，用分贝表示N
PPin
Le10lg--10lg4^
POtPon
n1
18、光隔离器的结构和工作原理.
隔离器就是一种非互易器件，其主要作用是只允许光波往一个方向上传输，阻止光波往其他
方向特别是反方向传输。
偏振器--法拉弟旋转器--偏振器
19、什么是耦合比？
耦合比CR是一个指定输出端的光功率
PP
ococ
CRPN一
PotP
on
n1
光检测过程中都有哪些噪声？
答:
光检测器的噪声主要包括有光生信号电流和暗电流产生的散粒噪声以及负载电阻产生的热噪声。
热噪声来源于电阻内部载流子的不规则运动。
散粒噪声源于光子的吸收或者光生载
流子的产生，具有随机起伏的特性。
光生信号电流产生的散粒噪声，称为量子噪声，这种噪
声的功率与信号电流成正比，因此不可能通过增加信号光功率提高信噪比。
在没有外界入射
光的作用下，光检测器中仍然存在少量载流子的随机运动，从而形成很弱的散粒噪声，成为
暗电流噪声。
所以在有信号光作用的时间内，主要考虑量子噪声和热噪声；而没有信号光的
期间，主要考虑暗电流噪声和热噪声。
※第四章知识点小结
2、光电延迟和张驰振荡.
输出光脉冲和注入电流脉冲之间存在一个初始延迟时间，称为电光延迟时间td,其数量
级一般为ns。
当电流脉冲注入激光器后，输出光脉冲会出现幅度逐渐衰减的振荡，称为
张弛振荡，其振荡频率fr（=3r/2一般为0.5~2GHz。
3、激光器为什么要采用自动温度控制？
半导体光源的输出特性受温度影响很大，特别是长波长半导体激光器对温度更加敏感。
为保
证输出特性的稳定，对激光器进行温度控制是十分必要的。
5、光接收机对光检测器的要求.
对光检测器的基本要求如下:
（1）高的光电转换效率，即对某一波长入射光信号，能够得到尽可
能大的光电流；
（2）附加噪声尽可能小;（3）响应速度要快，线性好及频带宽；（4）可靠性好涛命长•在光纤通信中，满足上述要求的光检测器有两种半导体光电二极管：
PIN光电二极管和雪崩
光电二极管（ADP）.
6、什么是灵敏度？
灵敏度是衡量光接收机性能的综合指标。
灵敏度Pr的定义是，在保证通信质量（限定误码率
或信噪比）的条件下，光接收机所需的最小平均接收光功率〈P>min，并以dBm为单位。
Pmin（w）灵敏度表示光接收机调整到最佳状态时，能够接收微弱光信号的能力。
103
Pr10lg[3]（dBm）
7、什么是误码和误码率？
由于噪声的存在，放大器输出的是一个随机过程，其取样值是随机变量，因此在判决时可能
发生误判，把发射的“0码误判为“1码，或把“1码误判为“0码。
光接收机对码元误判的概
率称为误码率
8、什么是动态范围？
动态范围（DR）的定义是：
在限定的误码率条件下，光接收机所能承受的最大平均接收光功率〈P>max和所需最小平均接收光功率〈P>min的比值，用dB表示。
DR10lgP（dB）
态范围是光接收机性能的另一个重要指标，它表示光接收机接收强光的能力
9、数字光纤通信对线路码型的要求.
数字光纤通信系统对线路码型的主要要求是保证传输的透明性，具体要求有：
（1）能限制
信号带宽，减小功率谱中的高低频分量。
这样就可以减小基线漂移、提高输出功率的稳定性和减小码间干扰，有利于提高光接收机的灵敏度。
2）能给光接收机提供足够的定时信息。
因而应尽可能减少连“1”码和连“0码的数目，使“1码和“0码的分布均匀保证定时信息丰
富。
（3）能提供一定的冗余码，用于平衡码流、误码监测和公务通信。
但对高速光纤通信系统，应适当减少冗余码，以免占用过大的带宽。
10、数字光纤通信系统中常用的码型种类•
mBnB码：
mBnB码是把输入的二进制原始码流进行分组，每组有m个二进制码，记为mB，
称为一个码字，然后把一个码字变换为n个二进制码，记为nB,并在同一个时隙内输出我
国3次群和4次群光纤通信系统最常用的线路码型是5B6B码
※第五章知识点小结
1、SDH的优点.
（1）SDH采用世界上统一的标准传输速率等级。
最低的等级也就是最基本的模块称为
STM-1，传输速率为155.520Mb/s；4个STM-1同步复接组成STM-4，传输速率为622.080Mb/s；16个STM-1组成STM-16,传输速率为2488.320Mb/s，以此类推。
（2）SDH各网
络单元的光接口有严格的标准规范。
因此，光接口成为开放型接口，这有利于建立世界统一
的通信网络。
标准的光接口综合进各种不同的网络单元，简化了硬件，降低了网络成本。
3）在SDH帧结构中，丰富的开销比特用于网络的运行、维护和管理，便于实现性能监测、
故障检测和定位、故障报告等管理功能。
（4）采用数字同步复用技术，其最小的复用单位为
字节，不必进行码速调整，简化了复接分接的实现设备，由低速信号复接成高速信号，或从高速信号分出低速信号，不必逐级进行。
（5）采用数字交叉连接设备DXC可以对各种端
口速率进行可控的连接配置，对网络资源进行自动化的调度和管理，既提高了资源利用率，又增强了网络的抗毁性和可靠性。
SDH采用了DXC后，大大提高了网络的灵活性及对各种
业务量变化的适应能力，使现代通信网络提高到一个崭新的水平。
2、SDH传输网的主要组成设备.
SDH传输网由SDH终端设备、分插复用设备ADM、数字交叉连接设备DXC等网络单元以及连接它们的（光纤）物理链路构成
SDH的帧结构（STM-1）。
SDH帧结构是实现数字同步时分复用、保证网络可靠有效运行的关键。
图给出SDH帧一个
STMN帧有9行，每行由270XN个字节组成。
这样每帧共有9X270XN个字节，每字节为8bit。
帧周期为125卩s,即每秒传输8000帧。
对于STM1而言，传输速率为9X270X8X8000=155.520Mb/s。
字节发送顺序为：
由上往下逐行发送，每行先左后右
5OE
4、SDH的主要复用步骤是和.
6、我国STM—1复用结构允许哪些支路接口？
如果所有的支路信息都来源于2Mbit/s,问STM—1信息流中可传输多少2Mbit/s信号？
相当于可传输多少个话路？
7、已知SDH系统STM—1模块的帧结构为9行270列字节海字节8bit,帧周期125□，计算STM—1模块的比特传输速率.
9*270*8*8000=155.520mb/s
8、VC—4是STM—1帧结构中的信息负荷区域，计算比特传输速率•
第三章
3.4比较半导体激光器（LD）和发光二极管（LED）的异同？
答：
不同之处：
工作原理不同，LD发光是受激辐射光，LED发射的是自发辐射光。
LED不
需要光学谐振腔，而LD需要。
和LD相比，LED输出光功率小，光谱较宽，调制频率较低。
但发光二极管性能稳定，寿命长，输出功率线性范围宽，而且制造工艺简单，价格低廉，所以LED的主要应用场合是小容量短距离通信系统，而LD主要用于长距离大容量通信系统。
相同之处：
使用的半导体材料相同，结构相似，LED和LD大多使用双异质结结构，把有源
层夹在P型和N型限制层中间。
3.19光与物之间的互作用过程有哪些？
答：
光与物质之间的三种相互作用包括受激吸收、自发辐射和受激辐射。
受激吸收：
在正常状态下，电子处于低能级E1,在入射光作用下，它会吸收光子的能量跃
迁到高能级E2,上，这种状态称为受激吸收。
自发辐射：
在高能级E2的电子是不稳定的，即使没有外界的作用，也会自动的跃迁到低级能级E1上与空穴复合，释放的能量装换为光子辐射出去，这种跃迁称为自发辐射。
受激辐射：
在高能级E2的电子，收到入射光的作用，被迫跃迁到底能级E1上与空穴复合，
释放的能量产生光辐射，这种跃迁称为受激辐射。
3.20什么是粒子数反转？
什么情况下能实现光放大？
答：
假设能级E1和E2上的粒子数分别为N1和N2，在正常的热平衡状态下，低能级E1上的粒子数N1是大于高能级E2上的粒子数N2的，入射的光信号总是被吸收。
为了获得光信号的放大，必须将热平衡下的能级E1和E2上的粒子数N1和N2的分布关系倒过来，
即高能级上的粒子数反而多于低能级上的粒子数，这就是粒子数反转分布。
3.21什么是激光器的阈值条件？
答：
对于给定的器件，产生激光输出的条件就是阈值条件。
在阈值以上，器件已经不是放大
器，而是一个振荡器或激光器。
3.24什么是雪崩倍增效应？
答：
雪崩光电二极管工作是外加高反向偏压，在PN结内部形成一高电场区，入射功率产生
的电子空穴对经过高场区时不断被加速而获得很高的能量，这些高能量的电子或空穴在运动
过程中与价带中的束缚电子碰撞，使晶格中的原子电离，产生新的电子空穴对。
新的电子空
穴对受到同样加速运动，又与原子碰撞电离，产生电子空穴对，称为二次电子空穴对。
如此
重复，使载流子和反向光生电流迅速增大，这个物理过程称为雪崩倍增效应。
3.26光检测过程中都有哪些噪声？
答:
光检测器的噪声主要包括由光生信号电流和暗电流产生的散粒噪声以及负载电阻产生的热噪声。
热噪声来源于电阻内部载流子的不规则运动。
散粒噪声源于光子的吸收或者光生载
流子的产生，具有随机欺负的特性。
光生信号电流产生的散粒噪声称为量子噪声，这种噪声
的功率与信号电流成正比，因此不可能通过增加信号光功率提高信噪比。
在没有外界入射光
的作用下，光检测器中仍然存在少量载流子的随机运动，从而形成很弱的散粒噪声，成为暗
电流噪声。
所以在有信号光作用的时间内，主要考虑量子噪声和热噪声，而在没有信号光的
期间，主要考虑暗电流噪声和热噪声。
第四章
4.1激光器产生驰张震荡和自脉动现象的机理是什么？
它的危害是什么？
应如何消除这两种现象的产生？
答：
当电流脉冲注入激光器后，输出光脉冲出现幅度逐渐衰减的震荡，称为驰张震荡，它出
现的后果是限制调制速率，当最高调制频率接近驰张震荡频率时，波形失真严重，会使光接
收机在抽样判决时增加误码率，因此实际中最高调制频率应低于驰张振荡频率。
某些激光器
在脉冲调制甚至直流驱动下，当注入电流达到某个范围时，输出光脉冲出现持续等幅的高频震荡，这种现象称为自脉动现象，自脉动频率可达2GHz，严重影响LD的告诉调制特性。
4.2LD为什么能产生码型效应？
其危害及消除办法是什么？
答：
半导体激光器在高速脉冲调制下，输出光脉冲和输入电流脉冲之间存在一个初始延迟时
间，称为光电延迟时间。
当光电延迟时间与数字调制的码元持续时间T/2为相同数量级时，
会使“0”码过后的第一个“1”码的脉冲宽度变窄，幅度减小。
严重时可能使“1”码丢失，
这种现象称为码型效应。
码型效应的特点是在脉冲序列中，较长的连“0”码后出现“1”码,
其脉冲明显变小而且连“0”码数目较多，调制速率越高，这种效应越明显，码型效应的消除方法是用适当的“过调制”补偿方法。
4.8在数字光接收机中为什么要设置AGC电路？
答：
自动增益控制使光接收机具有较宽的动态范围，以保证在入射光强度变化时输出电流基
本恒定，由于使用条件不同，输入光接收机的光信号大小会发生变化，为实现宽动态范围，采用AGC是十分必要的。
AGC一般采用接收信号强度检测及直流运算放大器构成的反馈控制电路来实现，对于APD光接收机，AGC控制光检测器的偏压和放大器的增益，对于PIN
光接收机，AGC只控制放大器的增益。
4.9数字光接收机量子极限的含义是什么？
答：
光接收机可能达到的最高灵敏度，这个极限值是由量子噪声决定的，所以称为量子极限
4.10已测得某数字光接收机的灵敏度为10卩W，求对应的dBm值
解：
叶・Pr=10lg（P）minmW20dBm
4.11在数字光纤通信系统中，选择码型时应考虑那几个因素？
答：
能限制信号带宽，减小功率谱中的高低频分量；能给光接收机提供足够的定时信息；能提供一定的冗余度，用于平衡码流，误码检测和公务通信，但对高速光纤通信系统，应适当减小冗余度，以免占用过大的带宽。
4.12光接收机有哪些噪声？
答：
主要有两种：
一是光检测噪声，包括量子噪声，暗电流噪声及由APD的雪崩效应产生
的附加噪声，这是一种散弹噪声，由光子产生光生电流过程的随机性所引起，即使输入信号
光功率恒定时也存在。
二是热噪声及前置放大器的噪声，热噪声是在特定的温度下由电子的
热运动产生，任何工作于绝对零度以上的器件都是存在的，在共接收机中主要包括光检测器
负载电阻，前置放大器输入电阻的热噪声前置放大器的噪声，严格来说也是一种散粒噪声，但因这是由电域的载流子的随机运动引起的，可以通过噪声系数或噪声等效温度与热噪声一
并进行计算，所以经前置放大器的噪声和电阻热噪声合称为前置放大器噪声4.14光纤通信中常用的线路码型有扰码，mBnB码和插入码。
4.15光发射机中外调制方式有哪些类型？
内调制和外调制各有什么优缺点？
答：
外调制有电折射调制器，电吸收MQW调制器和M-Z干涉型调制器。
内调制的优点是
升级会员 