光纤通信复习提纲
第一章 光纤的基本理论
一、基本概念
1、什么叫数值孔径？光纤从光源获得的能量和数值孔径之间有何关联？
入射到光纤端面的光并不能全部被光纤传输，只是在某个角度围的入射光才可以。这个角度A 对应的正弦值就称做数值孔径。数值孔径表征了光纤的激光能力。数值孔径越大，光纤手
机射线的能力越强获得的能量也越多。NA=?≈-212221n n n
2、什么叫相对折射率差？如何计算？
n1光纤纤芯的折射率，n2光纤包层的折射率。▲=2
122212/)(n n n -
3、什么叫归一化频率？如何计算？ 表示在光纤中传输的模式数量V=a k n 012?其中a 表示纤芯的半径 在阶跃光线中模式数量N=2/2V
在渐变光纤中模式数量N=4/2V
4、什么是自聚焦光纤？其主要特点是什么？
折射率是渐变的，n （r ）随着半径r 的增加而减小。折射率分布指数最佳时可以使全部的子午射线以同样的同样速度在光纤中传播，这种模式色散起了均衡作用从而消除了模式色散。
5、什么是单模光纤？什么是多模光纤？在光纤通信中各适用于什么情形？ 单模光纤：光纤中之传输一种模式（基模）纤芯直径为4-10um 适用于大容量的长距离的光纤通信系统
多模光纤：光线中传输不止一个模式，纤芯直径一般为50um 包层外径为125um 多模光纤适用于中距离，中容量的光纤通信系统。
6、什么是模场直径？它对于光纤传输有何意义？
光纤横截面上光功率减小到其最大值的1/e 的宽度，衡量光纤光斑大小的物理量
模场直径大的光纤，能量在芯子中集中的程度较差包层中存在的光能量角度，光纤弯曲造成的损耗较大不利于光在光线中的传输。模场直径小的光纤，能量在芯子中集中地程度较好光纤弯曲照成的损耗较小
7、什么叫色散？光纤色散的来源有哪些？色散对光纤通信有何影响？
光信号在光纤中传输是用于群速度的不同，产生时延差对模拟信号就会产生波形失真，对脉冲信号波形被展宽。影响：产生误码，限制了光纤通讯线路的最高信息传输速率（通信容量）
8、损耗的来源有哪些？光纤通信的三个低损耗窗口是什么？其中损耗最低的窗口是哪一个？这三个窗口主要由什么因素决定？
405
.2<归一化频率v 202
.1/)(2221n n a c -=πλ吸收损耗，散射损耗，弯曲损耗。低损耗的窗口是0.85um ，1.31um ，1.55um 左右最低的窗口是1.55um 的窗口。主要因素是各种过度金属离子和OH-造成的
9、什么叫色散系数？如何计算？常用单位是什么？
单位线宽光源在单位长度光纤上引起的时延λτλ??=g
D )(；单位ps/km*nm 其中g τ?表示单
位长度光纤上的时延差，λ?表示光源线宽
10、什么叫模式色散？什么叫材料色散？什么叫偏振模色散？上述哪种色散在单模光纤中不存在？
模式色散：再多摸光纤中不同模式沿光纤周详的传输速度不同到达接收端所用的时间不同，产生色散。
材料色散：由于光纤材料的折射率是波长的非线性函数，从而使光的传输速度岁波长的变化而变化引起的色散
偏振色散用于实际光纤总存在一定的不完善行，使得沿着两个不同方向偏振的同一模式的相位常数beta 不同吃那个人导致两个模式传输不同步
波导色散同一模式的相位常数beta 随波长而变化，即群速度随波长变化，由此一起的色散 模式色散在单模光纤中不存在
11、什么叫非色散位移光纤，适用于什么情况？什么叫色散位移光纤，适用于什么情况？什么叫非零色散位移光纤，适用于什么情况？
12、什么叫渐变折射率光纤？有何特点和应用？
渐变折射率光纤是折射率随着纤芯半径r 的增加按一定规律减小。采用渐变折射率光纤的目的是减小多模光纤的模式色散，能实在光纤中传输的子午光纤以同样的轴向速度在光纤中传输，这种模式色散起了均衡作用从而消除模式色散，形成自聚焦现象
二、计算题类型
1、关于光纤特征参数的计算（如数值孔径、归一化频率等）；
纤芯直径、相对折射率、数值孔径、归一化频率
相对折射率计算21
22212n n n -=? 归一化频率V=?201a k n ，1n 代表纤芯的折射率，0k 代表传播常数λπ/20=k 在阶跃光线中模式数量N=2/2V
在渐变光纤中模式数量N=4/2V
2、关于光纤单模条件的计算（包括单模条件下光纤的半径、截止波长等）
单模条件：归一化频率小于2.405 单模光纤半径尺寸
单模光纤的截止波长 单模光纤截止频率：
)/(202.122210n n a c -=πλ)/(202.12221n n a c f c -=π
)
/(202.122210n n -πλ3、关于模式容量的计算；
模式容量可以有归一化频率求出：N=2
2
V ；V=?201a k n 4、关于损耗的计算；
5、关于最大时延差、带宽的计算；
代表性题目示例：
（1） 已知阶跃光纤折射率121.52, 1.49n n ==，求：光纤的数值孔径；求相对折射率差。 NA=?21n ；NA=22
21n n -=0.3005 相对折射率?=2
122212n n n -=0.0195 （2） 阶跃光纤纤芯的折射率1 1.5n =，包层折射率2 1.48n =，工作波长为1.31μm ，要
保证单模传输，纤芯直径应为多大
单模工作的光纤纤芯半径
a= =2.0531um
（3） 一段由阶跃光纤构成的20km 长的光纤链路，纤芯折射率1 1.45n =，相对折射率为
0.004?=，试求：接收端最快和最慢的模式之间的时延差；该光纤允许传播的传
输带宽是多少？ 单位长度光纤的最大时延差用公式c
n ?=
?1max τ 得时延差τ?=20* =380ps
(4)阶跃型光纤的n 1=1.50,Δ=0.002，工作波长λ=0.85μm ，当纤芯半径a=30μm 时，求：此光纤中传输的导模数M 。
V=1.5*sqrt （2*Δ）*2pi/0.85*30=21.038
N=V^2/2=221
（5）光信号在光纤中传播10km 的功率损耗为20%，则该光纤的损耗为多少？
一、基本概念
1、发光二极管的优缺点各是什么？激光二极管的优缺点各是什么？
二极管优点制造工艺难度小成本低、可在较宽的温度围正常工作。可靠性好、工作寿命长。缺点方向性差，发散度大、与光纤耦合效率低只有百分之几，发光功率小
激光二极管的优点：带宽大调制速率高，光束方向性强，发三度小、与光纤耦合的效率高光谱较窄。缺点制作难度大成本高，工作寿命短
2、光发射机的主要技术要求有哪些？
3、什么叫阈值电流？阈值电流是越大越好还是越小越好？
激光器由自发辐射到开始受激振荡时的临界注入电流，称为阈值电流，越小越好
越小越容易产生激光
4、什么叫电光延迟？什么叫弛振荡？
当阶跃电流I（I>Ith）时，有源区里电子密度n增加，但这段时间n小于阈值电流密度nth，激光并不会产生，所以光功率存在一个延迟时间，即电光延迟时间
LD输出光脉冲会出现幅度逐渐衰减的振荡；--激光器部光电相互作用所变现的固有特性
5、正向偏置对激光二极管有何好处？
正向偏置起到泵浦的作用，实现粒子数反转、消除码型效应。
6、什么是直接调制？什么是间接调制？各有什么优缺点？
直接调制：把要传送的信息转变为电流信号注入LD或LED，从而获得相应的光信号，采用的是电源调制方法。
间接调制：利用晶体的电光效应、磁光效应、声光效应等性质来实现对激光辐射信号的调制光源直接调制的优点是简单、经济、容易实现，但调制速率受载流子寿命及高速率下的性能退化的限制。
外调制方式需要调制器，结构复杂，但可获得优良的调制性能，特别适合高速率光通信系统。
7、光源间接调制常用的方法有哪三种？
利用晶体的电光效应、磁光效应、声光效应进行调制
8、波导调制器的工作原理是什么？
输入光信号在第一个3dB耦合器处被分成相等的两束分别进入两波导中传输。波导用电光材料制成使两路光信号在第二个耦合器处相位延迟不同。若两束光的光程差是波长的整数倍两光束加强，若两光束的光程差是半波长的期数倍，两束光相干抵消调制器输出很小
9、什么是激光器的温度特性？激光器自动温度控制的基本原理是什么？
半导体激光器对温度变化敏感，输出光功率随温度发生变化，主要表现为：外微分量子效率随温度升高而下降；温度对激光器数字调制将产生结发热效应
热敏原件监测LD的芯片结温，与设定的基准温度比较，放大后驱动制冷器控制电路改变制冷量的大小。
10、光发射机为何采用正向偏置？和光接收机有何不同？
11、异质结激光器是怎样降低阈值电流的？
将有源层的厚度减少到德布罗意波长（50nm）以下，半导体的性质将发生根本的改变，出现量子效应。由于量子阱结构中态密度分布曲线的底部非常平坦，所以很小的注入电流就能获得很大的增益
12.激光器自动功率控制电路的基本工作原理是什么？
探测激光器发射的平均功率，以此作为反馈信号控制偏置电流，从而维持输出光功率的恒定
二、简单计算题
1、计算发射波长g
E 24.1=λ 2、计算电光延迟时间???? ?
?-+=th th sp d i i i t 1ln τ ，， 分别代表注入电流，阈值电流
3、计算外微分量子效率 量子效率子空穴对数
有源区里每秒注入的电子数有源区里每秒产生的光=i n 外量子效率IV P ex ==
子空穴对数激光器每秒钟注入的电子数激光器每秒钟发射的光ex n 为激光的发生光功率分别为激光器的注入电流、加在pn 结上的外加电压
第三章 光接收机
一、基本概念
1、什么叫光生载流子？
能量大于半导体材料的禁带宽度时，价带上的电子发生受激吸收产生的光生电子空穴对
2、什么叫暗电流？
在无光的情况下，光电检测器仍有电流输出
3、什么叫灵敏度？什么叫动态围？
在限定的误码率条件下（在保证达到给定的误码率条件下），光接收机所需要输入的最小平均光功率??
? ??=-3min 10lg 10p s τ分母中的0.001代表是1mw 的功率 在保证系统的误码率指标要求下，接收机的最低输出光功率和最大允许光功率只差就是光接收机的动态围)lg(10min
max p p D =。 4、影响光接收机灵敏度的主要因素有哪些？
光电检测的散粒噪声与放大器热噪声光电检测的散粒噪声与放大器热噪声是影响接收机灵敏度的重要因素一般来说当采用光电二极管作为检测器时散粒噪声可以忽略，放大器噪声是影响接收机灵敏度的主要因素。而当采用APD 作为检测器时APD 的过生噪声成为影响接收机灵敏度的重要因素，放大器噪声对灵敏度的影响相对较小；比特率随着比特率的提高，放大器和均衡滤波器的带宽增加，噪声等效带宽也增加，放大器和光电检测器的噪声影响加剧，灵敏度会下降。对比特速率较高的系统接收机灵敏度关系PIN 型比特率增加一倍，灵敏度大约下降4.5dB ，APD 型工作在最佳雪崩增益是，比特率增加一倍灵敏度下降3.5dB ；输入波形，在一定的比特率下接收机所需要的带宽是有输入波形所决定的输入波形约在他的频谱越宽这样有利于限制高频噪声提高接收机灵敏度；消光比消光比不为零时在0码是光源没有完
0e h ην
?
=全熄灭，调制脉冲相当于加在残余光上，而这部分残余光不仅对光电检测没有任何作用还会增加光电检测器的散粒噪声降低接收机的灵敏度
5、什么是耗尽层？起什么作用？耗尽层长度越长越好还是越短越好，为什么?
由于多数载流子在PN 结区域在宏观上已经耗尽，因此有不会发生运动的原子形成的离子自建电场的区域叫做耗尽层；形成一个高电阻的区域
耗尽层越宽越好增加耗尽层宽度能提高二极管的光电转换效率，还能加快二极管的响应速度
6、什么叫光生电流？什么叫漂移电流？什么叫扩散电流？
电子空穴对在自建电场作用下电子向N 区漂移空穴向P 区漂移形成漂移电流。在耗尽层两侧由于热运动部分光生电子和空穴通过扩散运动可能进入耗尽层然后电场作用下形成和漂移电流相同方向的扩散电流。漂移电流和扩散电流的和就是光生电流
7、光电二极管的上截止波长是如何定义的？ 入射光的波长必须小于某个临界值才会发生光电效应这临界值就是截止波长g
c E 24.1=λ 8、光接收机噪声有哪些来源？其中散粒噪声包含哪些？
来源有量子噪声，散粒噪声，光电检测器的暗电流噪声，漏电流噪声，APD 倍增噪声，电阻的热噪声，放大其中的噪声。散粒噪声包括光电检测器中的量子噪声，暗电流噪声漏电流噪声和APD 倍增噪声。热噪声主要指负载电产生的热噪声；放大器噪声（主要是前置放大器噪声）中，既有热噪声又有散粒噪声
9、什么叫光接收机的响应度？它和量子效率有何关系？
光生电流与入射光功率之比
响应度与量子效率成正比 10、前置放大器有三种常用的阻抗电路，请问是哪三种？ 低阻型放大器特点是线路结构简单，接收机不需要或只需要很少的均衡前置级的动态围较大噪声也较大；高阻型放大器方法是尽量加大偏置电阻，把噪声减小到尽可能小的值。高阻型前置放大器不仅动态围小，而且当比特率较高时，在输入端信号的高频分量损失太多这在实际中很难做到。高阻型前置放大器一般在码速率较低的系统中使用；跨阻型放大器前置放大器实际上是电压并联负反馈放大器这是一个性能优良的电流电压转换器，具有噪声低，灵敏度搞高和频带较宽的有点。
11、光接收机的相干检测有哪两种基本方式？各有何特点？
可以采用单臂或者双臂的形式，双臂检测的性能高于单臂检测
单臂检测器中包含了信号的幅度相位和频率信息可以实现相干检测，导师光电检测器的输出中包含直流成分，这个直流成分会抬高电平不便于信号的检测
双臂相干检测平衡接收机抵消了直流成分，两个检测器中的部分噪声也可以被抵消输出的电流中不仅保留了强度信息，还保留了相位信息
12、相干检测与直接检测相比，优点是什么？
相干检测方式能检测出信号的相位信息因而能检测出更高的高阶调制格式；相干光接收方式适合所有调制方式的通信
13、什么叫误码率？如何降低误码率？
接收机判决电路错误确定一个比特的概率
通常2.5Gb/s 系统的接收灵敏度对应于910-，
10GB/S 的接收灵敏度对应于1010
-。对信号进行高增益放大和整形能提高噪声比减少误码率
14、均衡滤波电路的主要功能是什么？判决再生电路的主要功能是什么？
在判决码元时刻码元的拖尾值为零从而消除码间干扰把放大器输出的升余弦波形恢复成数字信号。
15、影响灵敏度恶化的主要因素有哪些？
在非理想条件下仅考虑接收机噪声而导出的灵敏度值相比，接收机要求的最小平均光功率增大这个增量称为灵敏度恶化主要因素：发射0码时接收机功率不为零引入的功率代价；激光器强度噪声引入的功率代价；光源、光纤系统噪声引起的功率代价;时钟抖动；输入和输出信号波形的影响
二、计算题类型
代表性题目示例：
（1）假设PIN光检测器在1550微米处的响应度为1微安/微瓦，检测器电流馈入一个50千欧的电阻。试问：接收机的量子效率是多少？当电阻上功率为10微瓦时，入射光功率为多少？
（2）假设有一个系统，其中的LED发射10mW,0.85微米的光波；光缆损耗为20dB；PIN光检测器的响应度为0.5A/W，检测器暗电流为2nA,其负载电阻为50千欧；接收机带宽为10MHz，温度为300K。放大器等效的噪声温度为350K。除了光纤损耗外，系统还包含光源耦合引起的14dB的功率降低，以及由多个接头和连接器导致的10dB损耗。计算接收到的光功率、检测信号电流和功率、散弹噪声和热噪声功率以及信噪比。若将前述PIN换成响应度为其160倍的雪崩光电二极管，重新求解上述结果。
第四章光纤通信系统
一、基本概念
1、数字光纤有两种传输体制，是哪两种？损耗受限系统，衍射受限系统
2、什么叫色散受限系统？什么叫损耗受限系统？传输距离根据发送机和接收机之间的光通道顺号决定，传输距离根据发送机和接收机之间的光通道色散决定
3、光放大器的作用是什么？解决了光纤损耗对光传输网络传输距离的限制么热切在密集波分复用系统中采用光放大器可以对多达几十路的不同波长信号同时放大，大大降低了系统设
计算机与信息技术学院实验报告 专业：通信工程 年级/班级：2009级 2011—2012学年第一学期 课程名称 光纤通信 指导教师 李新源 本组成员 学号姓名 XXXXXX 实验地点 计算机楼501 实验时间 2012年4月6 日 项目名称 自动光功率控制电路 实验类型 硬件实验 一、 实验目的 1.掌握自动功率控制电路的工作原理 二、实验内容： 1.学习自动功率控制电路的工作原理 2.测量相关特征测试点的参数 三、实验仪器： 1.示波器。 2.光纤通信实验系统。 3.光功率计。 4.万用表。 5.FC/PC 型光纤跳线2根。 四、实验原理： 激光器输出光功率与温度和老化效应密切相关。保持激光器输出光功率稳定，可以用光反馈来自动调整偏置电流，电路如下图所示： 1 A 3 A 2 A B I
首先，PIN管监测背向光功率，经检出的光电流由A1放大，送入比较器A3的反向输入端，输入的数字信号和直流参考信号经A2比较放大，接到的A3同相输入端。A3和VT3组成恒流源，给激光器加上偏置电流IB的大小，其中信号参考电压是防止控制电路在无输入信号或长连“0”时，使偏流自动上升。这种电路在10°C～50°C温度范围内功率不稳定度ΔP/P可小于5%。 五、实验步骤： 1.关闭系统电源。按以下方式用连信号连接导线连接： 数字信号模块（数字信号输出一）P300—P100 1310数字光发模块 （数字光发信号输 入） 2.用光纤跳线连接1310nm光发模块和光功率计。 3.将1310nm光发模块的J100，两位都调到ON状态。 4.将1310nm光发模块的J101设置为“数字”。 5.打开系统电源，将数字信源模块第一路的拨码开关U311全拨到OFF状态。这时输入到1310nm数字光发模块的信号始终为“1”。 6.用万用表测量R124两端的电压。测量方法：先将万用表打到20V直流电 压档。然后，将红表笔插入1310nm数字发光模块的台阶插座TP101黑表笔插入TP102。读出万用表的读数U1，代入公式I1= U1/ R124（R124=51Ω）可得此时 自动光功率控制所补偿的电流。观察此时光功率计的读数P1。然后，将1310nm 的拨码开关的右边一位拨到OFF状态，记下光功率计的读数P2。 7.调整手调电位器RP100改变光功率的大小，再重复实验步骤5，将测的实 验数据填入下表。 8.关闭系统电源，拆除实验导线。将各实验仪器摆放整齐。 六、实验结果和心得： 1 2 3 4 5 6 7 16.31dB 16.17dB 11.90dB 7.62dB 6.62dB 4.59dB 3.40dB 37.31dB 25.58dB 11.88dB 7.62dB 6.63dB 4.59dB 3.42dB 3.14mA 5.88mA 8.43mA 12.75mA 1 4.51mA 19.80mA 24.12mA
读书破万卷下笔如有神 习题1 一、填空题 1?写出在真空的速度c、在介质中的速度V、和折射率n之间的关 系。 --------- 2?光由折射率为n1的光密媒质向折射率为n2的光疏媒质传播时 (n 1>n2),则全反射临界角的正弦为sin B = 。________ 3. 光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是0.85um、和 4. 在光纤通信中，中继距离受光纤和的制约_______ 5. 色散的常用单位是°G.652光纤的中文名称是 ---------------------- 它的0色散点在1.31um附近。 6. 光子的能量与其频率的关系为E= 。原子中电子因受激辐-------- 射发生光跃迁时，这时感应光子与发射光子是一模一样的, 是指发射光子和感应光子不仅相同、相位相同，而且偏振和传输方向都______ 相同。 7. 光缆，是以一根或多根光纤束制成符合光学、机械和环境特性的结构，它由、护层和组成。___________________ 8光衰减器按其衰减量的变化方式不同分衰减器和衰减器两------ 种。 9. 光纤通信的光中继器主要是补偿
读书破万卷下笔如有神 衰减的光信号和对畸变失真信号进行整形等，它的类型只要有 - 和。
10. 光电检测器的噪声主要包括 、热噪声__________________________ 和放大器噪声等。. 读书破万卷下笔如有神_____________________________________ 11. 光与物质作用时有受激吸收、和三个物理过________ ____________ 程。 12. WDM中通常在业务信息传输带外选用一特定波长作为监控波长， 优先选用的波长为。 __________ 13半导体激光器工作时温度会升高，这时会导致阈值电流 -------- 输出光功率。----------- 14. WDM系统可以分为集成式系统和两大类。 15. 对于SDH勺复用映射单元中的容器，我国采用了三种分别 是：、C3 禾口。 _________ ______ 16. 数字光纤传输系统的两种传输体制为和。 二、选择题 1. 光纤包层需要满足的基本要求是（） A. 为了产生全反射，包层折射率必须比纤芯低 B. 包层不能透光，防止光的泄露 C必须是塑料，使得光纤柔软 D.包层折射率必须比空气低 2. 在激光器中，光的放大是通过（） B.光学谐振腔来实现的C泵蒲光源来实现的
试卷二 一、单项选择题（在每小题的备选答案中选出一个正确的答案，并将正确答案的序号填在题干的括号内。每小题1分，共10分） 1．单模光纤的直径约为（） A．4~10μm B．10~20μm C．15~20μm D．50μm 2．薄膜波导中要保证单模传输，则波长λ0必须满足的条件是( ) A．λC(TM0)＜λ0＜λC(TE1) B．λC(TM1)＜λ0＜λC(TE1) C．λC(TM0)＜λ0＜λC(TE0) D．λC(TE0)＜λ0＜λC(TM0) 3．与光纤归一化频率无关的参数是：（）。 A．纤芯半径a B．纤芯的折射率n1 C．包层的折射率n2D．包层的半径b 4．关于渐变型光纤的本地数值孔径，下列说法正确的是：（） A．沿着纤芯半径方向，本地数值越来越小。 B．沿着纤芯半径方向，本地数值越来越大。 D．沿着纤芯半径方向，本地数值保持不变。 C．在纤芯和包层的交界面上本地数值孔径最大。 5．目前常用的光衰减器主要是采用金属蒸发膜来（）光能，从而进行光衰减。 A．散射B．吸收C．反射D．会聚 6．电子从低能级到高能级的过程发生在（） A．自发辐射B．受激辐射 C．受激跃迁D．以上答案都不正确 7．关于半导体激光器，说法正确的是（） A．只能发激光B．只能发荧光 C．工作特性与温度无关D．转化效率与阈值电流有关 8．光发射机不具备的功能是（）。 A．解码B．编码 C．扰码D．解扰 9．监控系统中的副控站（）。 A．不能发送信息B．不能采集信息 C．可收集其它被控站的信息D．可以发送控制指令 10．对于含有8个码元的一组码组10011101，若编为mB1P码，其结果是（）。 A．100111010B．100111011 C．110011101D．010011101 二、填空题（每小题1分，共10分） 11．在传播方向上有电场分量但无磁场分量的电磁波称为。 12．所谓“导波截止”是指条件被破坏，产生衬底辐射模。 13．用导波的描述导波在纤芯中沿径向场的分布规律。 14．光缆是由缆芯、和外护层组成。 15．光隔离器的基本原理是。 16．半导体中原子最外层电子的轨道相互重叠，使得其能级不是分立的而是一个。17．扰码的主要作用是。 18．光子的能量为hf，半导体光电材料的禁带宽度是E g，若要能产生光电流，则必须要求。
一、填空题（每空1分，共30分） （1）写出光在真空的速度c、在介质中的速度v、和折射率n之间的关系：。 （2）光由折射率为n1的光密媒质向折射率为n2的光疏媒质传播时(n1> n2)，全反射临界角的正弦为sinθIC= 。 （3）光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是0.85μm、和。（4）光纤的色散分为色散、色散和色散。 （5）光纤的主要材料是，光纤的结构从里到外依次是____ 和_ __（6）光纤中的传输信号由于受到光纤的和_______影响，使得信号的幅度受到衰减，波形出现失真。 （7）半导体激光器工作时温度会升高，这时会导致阈值电流，输出光功率会。 （8）光衰减器按其衰减量的变化方式不同分________ 衰减器和______ _衰减器两种。 （9）光纤通信的光中继器主要是补偿衰减的光信号和对畸变失真信号进行整形等，它的类型主要有和。 （10）光纤通信是利用________波，在光导纤维中传播，实现信息传输的，它具有传输信息量大、不受外界电磁场干扰和____________等优点。 （11）光与物质作用时有受激吸收、和__________ 三个物理过程，产生激光的主要过程是__________。 （12）光纤的数值孔径NA=__________，其表征了光纤的_________能力，当相对折射率和色散值越大时，NA__________。 （13）光源的作用是将转换成；光检测器的作用是将转换成。 第 1 页共5 页
二、选择题（每小题2分，共20分） 1、光纤包层需要满足的基本要求是() A.为了产生全反射，包层折射率必须比纤芯低 B.包层不能透光，防止光的泄漏 C.必须是塑料，使得光纤柔软 D.包层折射率必须比空气低 2、在激光器中，光的放大是通过（） 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 3、为了使雪崩光电二极管能正常工作，需在其两端加上( ) A.高正向电压 B.高反向电压 C.低反向电压 D.低正向电压 4、光纤的数值孔径与( )有关。 A. 纤芯的直径 B. 包层的直径 C. 相对折射指数差 D. 光的工作波长 5、PIN光电二极管，因无雪崩倍增作用，因此其雪崩倍增因子为( )。 A. G＞1 B. G＜1 C. G＝1 D. G＝0 6、光接收机中将升余弦频谱脉冲信号恢复为“0”和“1”码信号的模块为( )。 A. 均衡器 B. 判决器和时钟恢复电路 C. 放大器 D. 光电检测器 7、EDFA中将光信号和泵浦光混合起来送入掺铒光纤中的器件是( ) A.光滤波器 B.光耦合器 C.光环形器 D.光隔离器 8、光时域反射仪（OTDR）是利用光在光纤中传输时的瑞利散射所产生的背向散射而制成 的精密仪表，它不可以用作（）的测量。 A.光纤的长度 B.光纤的传输衰减 C.故障定位 D.光纤的色散系数 9、光隔离器的作用是( ) 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 10、光纤数字通信系统中不能传输HDB3码的原因是( ) 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 第 2 页共5 页
南京工程学院 通信工程学院 实验报告 课程名称光纤通信_________ 实验项目名称光纤通信实验_______ 实验学生班级通信（卓越）131_____ 实验学生姓名吴振飞_____ _____ 实验学生学号 208130429_________ 实验时间2016.6.15___ 实验地点信息楼C413_______ 实验成绩评定 ______________________ 指导教师签字 ______________________ 2016年 6月 19日
目录 实验一半导体激光器P-I特性测试实验 (1) 一、实验目的 (1) 二、实验仪器 (1) 三、实验原理 (1) 四、实验内容 (2) 五、实验步骤 (2) 六、注意事项 (2) 七、思考题 (3) 实验二光电探测器特性测试实验 (3) 一、实验目的 (3) 二、实验仪器 (3) 三、实验原理 (3) 四、实验内容 (4) 五、实验步骤 (4) 六、注意事项 (4) 实验三电话光纤传输系统实验 (4) 一、实验目的 (4) 二、实验内容 (5) 三、预备知识 (5) 四、实验仪器 (5) 五、实验原理 (5) 六、注意事项 (6) 七、实验步骤 (6) 九、思考题 (6)
实验一半导体激光器P-I特性测试实验 一、实验目的 学习半导体激光器发光原理和光纤通信中激光光源工作原理；了解半导体激光器平均输出光功率与注入驱动电流的关系；掌握半导体激光器 P(平均发送光功率) -I(注入电流) 曲线的测试方法。 二、实验仪器 1、ZYE4301G 型光纤通信原理实验箱 1 台 2、光功率计1 台 3、FC/PC-FC/PC 单模光跳线 1 根 4、万用表(自带) 1 台 5、连接导线 20 根 三、实验原理 半导体激光二极管(LD) 或简称半导体激光器，它通过受激辐射发光，(处于高能级E2的电子在光场的感应下发射一个和感应光子一模一样的光子，而跃迁到低能级E1，这个过程称为光的受激辐射，所谓一模一样，是指发射光子和感应光子不仅频率相同，而且相位、偏振方向和传播方向都相同，它和感应光子是相干的。) 是一种阈值器件。由于受激辐射与自发辐射的本质不同，导致了半导体激光器不仅能产生高功率(≥10mW) 辐射，而且输出光发散角窄(垂直发散角为 30~50°，水平发散角为 0~30° )，与单模光纤的耦合效率高(约 30%~50%)，辐射光谱线窄(Δλ =0.1~1.0nm)，适用于高比特工作，载流子复合寿命短，能进行高速信号(>20GHz) 直接调制，非常适合于作高速长距离光纤通信系统的光源。 对于线性度良好的半导体激光器，其输出功率可以表示为ηω (1-1) Pe=)(2thDIIq ?η其中intintaaamirmirD+=ηη，这里的量子效率ηint，表征注入电子通过受激辐射转化为光子的比例。在高于阈值区域，大多数半导体激光器的ηint接近于 1。 1-1 式表明，激光输出功率决定于内量子效率和光腔损耗，并随着电流而增大，当注入电流I>Ith时，输出功率与I成线性关系。其增大的速率即P-I曲线的斜率，称为斜率效率 dPη2DeqdIηω= (1-2) P-I特性是选择半导体激光器的重要依据。在选择时，应选阈值电流Ith尽可能小， Ith对应P值小，而且没有扭折点的半导体激光器，这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，而且不易产生光信号失真。并且要求P-I曲线的斜率适当。斜率太小，则要求驱动信号太大，给驱动电路带来麻烦; 斜率太大，则会出现光反射噪声及使自动光功率控制环路调整困难。半导体激光器具有高功率密度和极高量子效率的特点，微小的电流变化会导致光功率输出变化，是光纤通信中最重要的一种光源，半导体激光器可以看作为一种光学振荡器，要形成光的振荡，就必须要有光放大机制，也即激活介质处于粒子数反转分布，而且产生的增益足以抵消所有的损耗。将开始出现净增益的条件称为阈值条件。一般用注入电流值来标定阈值条件，也即阈值电流Ith，当输入电流小于Ith时，其输出光为非相干的荧光，类似于LED发出的光，当电流大于Ith
1.光纤通信一般采用的电磁波波段为( )。 A. 可见光 B. 红外光 C. 紫外光 D. 毫米波 2.目前光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是( )。 A．0.85 μm,1.27 μm,1.31 μm B．0.85 μm,1.27 μm,1.55 μm C．0.85 μm,1.31 μm,1.55 μm D．1.05 μm,1.31 μm,1.27 μm 3.限制光纤传输容量（积）的两个基本因素是( )和光纤色散。A．光纤色散B．光纤折射 C．光纤带宽D．光纤损耗 4.一光纤的模色散为20，如果一瞬时光脉冲（脉冲宽度趋近于0） 在此光纤中传输8，则输出端的脉冲宽度为( ) A.20 B.40 C.80 D.160 5.下列说法正确的是( ) A．为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须等于纤芯的折射率 B．为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须大于纤芯的折射率 C．为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须小于纤芯的折射率 D．为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须大于涂层的折
射率 6.对于工作波长为1.31μm的阶跃折射率单模光纤，纤芯折射率 为1.5，包层折射率为1.003(空气)，纤芯直径的最大允许值为（）。 A.0.34μm B.0.90μm C.3.0μm D.4.8μm 7.在阶跃型光纤中，导波的传输条件为( ) A．V＞0 B．V＞ C．V＞2.405 D．V＜ 8.下列现象是光纤色散造成的，是（）。 A.光散射出光纤侧面 B.随距离的增加，信号脉冲不断 展宽 C.随距离的增加，信号脉冲收缩变窄 D.信号脉冲衰减 9.将光限制在有包层的光纤纤芯中的作用原理是（）。 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 10.1的光向光纤耦合时，耦合损耗为1.0，而在光纤输出端需要 0.1的信号，则在衰减为0.5的光纤中，可以将信号传输多 远？（）。 A.1.8 B.10 C.18 D.20
光纤通信概论 一、单项选择题 1、光纤通信指的就是: 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。 2 光纤通信所使用的波段位于电磁波谱中的: A 近红外区 B 可见光区 C 远红外区 D 近紫外区 3 目前光纤通信所用光波的波长范围就是: A 0、4～2、0 B 0、4～1、8 C 0、4～1、5 D 0、8～1、6 4 目前光纤通信所用光波的波长有三个,它们就是: A 0、85、1、20、1、80 ; B 0、80、1、51、1、80 ; C 0、85、1、31、1、55 ; D 0、80、1、20、1、70。 6 下面说法正确的就是: A 光纤的传输频带极宽,通信容量很大;
B 光纤的尺寸很小,所以通信容量不大; C 为了提高光纤的通信容量,应加大光纤的尺寸; D 由于光纤的芯径很细,所以无中继传输距离短。 二、简述题 1、什么就是光纤通信？ 2、光纤的主要作用就是什么？ 3、与电缆或微波等电通信方式相比,光纤通信有何优点？ 4、光纤通信所用光波的波长范围就是多少？ 5、光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长分别就是多少？ 光纤传输特性测量 一、单项选择题 1 光纤的损耗与色散属于: A 光纤的结构特性; B 光纤的传输特性; C 光纤的光学特性; D 光纤的模式特性。 2 光纤的衰减指的就是: A 由于群速度不同而引起光纤中光功率的减少; B 由于工作波长不同而引起光纤中光功率的减少; C光信号沿光纤传输时,光功率的损耗; D 由于光纤材料的固有吸收而引起光纤中光功率的减少。
1、1966年7月，英籍华人（高锟）博士从理论上分析证明了用光纤作 为传输介质以实现光通信的可能性。 2、光在光纤中传输是利用光的（折射）原理。 3、数值孔径越大，光纤接收光线的能力就越( 强)，光纤与光源之间的耦 合效率就越( 高)。 4、目前光纤通信所用光波的波长有三个，它们是：（0.85μm、1.31μm、 1.55μm）。 5、光纤通信系统中最常用的光检测器有：（PIN光电二极管；雪崩光电二极 管）。 6、要使物质能对光进行放大，必须使物质中的( 受激辐射)强于( 受激吸 收)，即高能级上的粒子数多于低能级上的粒子数。物质的这一种反常态 的粒子数分布，称为粒子数的反转分布。 7、在多模光纤中，纤芯的半径越( 大)，可传输的导波模数量就越多。 8、光缆由缆芯、( 加强元件(或加强芯) )和外护层组成。 9、（波导色散）是指由光纤的光谱宽度和光纤的几何结构所引起的色散。 10、按光纤传导模数量光纤可分为多模光纤和( 单模光纤)。 11、PDH的缺陷之一：在复用信号的帧结构中，由于( 开销比特 )的数量很少，不能提供足够的运行、管理和维护功能，因而不能满足现代通信网对监控和网管的要求。 12、光接收机的主要指标有光接收机的动态范围和（灵敏度）。 13、激光器能产生激光振荡的最低限度称为激光器的（阈值条件）。 14、光纤的（色散）是引起光纤带宽变窄的主要原因，而光纤带宽变窄则会限制光纤的传输容量。 15、误码性能是光纤数字通信系统质量的重要指标之一，产生误码的主要 原因是传输系统的脉冲抖动和（噪声）。
二、选择题：（每小题2分，共20分。1-7:单选题，8-10：多选题） 1、光纤通信是以（A ）为载体，光纤为传输媒体的通信方式。 A、光波 B、电信号 C、微波 D、卫星 2、要使光纤导光必须使（ B ） A、纤芯折射率小于包层折射率 B、纤芯折射率大于包层折射率 C、纤芯折射率是渐变的 D、纤芯折射率是均匀的 3、（D ）是把光信号变为电信号的器件 A、激光器 B、发光二极管 C、光源 D、光检测器 4、CCITT于（C）年接受了SONET概念，并重新命名为SDH。 A、1985 B、1970 C、1988 D、1990 5、SDH传输网最基本的同步传送模块是STM-1，其信号速率为（ A ）kbit／s。 A、155520 B、622080 C、2488320 D、9953280 6、掺铒光纤放大器（EDFA）的工作波长为（B）nm波段。 A、1310 B、1550 C、1510 D、850 7、发光二极管发出的光是非相干光，它的基本原理是（B）。 A、受激吸收 B、自发辐射 C、受激辐射 D、自发吸收 8、光纤通信系统的是由（ABCD ）组成的。 A、电端机 B、光端机 C、中继器 D、光纤光缆线路 9、要精确控制激光器的输出功率，应从两方面着手：一是控制（B）；二是控制（D）。 A、微型半导体制冷器 B、调制脉冲电流的幅度 C、热敏电阻 D、激光器的偏置电流 10、光纤传输特性主要有（AB ） A、色散 B、损耗 C、模场直径 D 、截止波长
2007-2008年度教学质量综合评估测验试卷 《光纤通信》试题 注：1、开课学院：通信与信息工程学院。 命题组：通信工程教研组·张延锋 2、考试时间：90分钟。 试卷满分：100分。 3、请考生用黑色或蓝色中性笔作答，考试前提前带好必要物件（含计算器）。 4、所有答案请写于相应答题纸的相应位置上，考试结束后请将试卷与答题 一、 选择题（每小题仅有一个选项是符合题意要求的，共10小题，每小题2分，共20分） 1、表示光纤色散程度的物理量是 A.时延 B.相位差 C.时延差 D.速度差 2、随着激光器使用时间的增长，其阈值电流会 A.逐渐减少 B.保持不变 C.逐渐增大 D.先逐渐增大,后逐渐减少 3、当平面波的入射角变化时，在薄膜波导中可产生的三种不同的波型是 A.TEM 波、TE 波和TM B.导波、TE 波和TM 波 C.导波、衬底辐射模和敷层辐射模 D.TEM 波、导波和TM 波 4、平方律型折射指数分布光纤中总的模数量等于 A. 121n n n - B. ?21n C. 22V D. 4 2 V 5、光接收机中将升余弦频谱脉冲信号恢复为“0”和“1”码信号的模块为 A. 均衡器 B. 判决器和时钟恢复电路 C. 放大器 D. 光电检测器 6、在光纤通信系统中，EDFA 以何种应用形式可以显著提高光接收机的灵敏度 A.作前置放大器使用 B.作后置放大器使用 C.作功率放大器使用 D.作光中继器使用 7、EDFA 中用于降低放大器噪声的器件是 A.光耦合器 B.波分复用器 C.光滤波器 D.光衰减器 8、关于PIN 和APD 的偏置电压表述，正确的是 A.均为正向偏置 B.均为反向偏置 C.前者正偏,后者反偏 D.前者反偏,后者正偏 9、下列哪项技术是提高每个信道上传输信息容量的一个有效的途径？ A.光纤孤子(Soliton)通信 B. DWDM C. OTDM D. OFDM 10、光纤数字通信系统中不能传输HDB3码的原因是 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 二、 填空题（本题共三部分，每部分6分，共18分） （一）、基本概念及基本理论填空（每空1分，共4小题6小空，共6分）
光纤通信试题
1、为什么说1970年成为光纤通信发展的一个重要里程碑？ 2、电缆通信和微波通信的载波是电波，光纤通信的载波是光波。虽然光波和电波都是电磁波，但是频率差别很大。画出电波和光波的频率、波长分配示意图。 3、光纤通信的优点有哪些？
4、光发射机的功能是什么？ 光发射机的功能是把输入电信号转换为光信号，并用辗合技术把光信号最大眼度地注入光纤线路。光发射机由光源、驱动器和调制器组成，光源是光发射帆的核心。光发射机的性能基本上取决于光源的持性，对光源的要求是输出光功率足够大，调制频率足够高，谱线宽度和光束发散角尽可能小，输出功率相波长稳定，器件寿命长。 5、目前光纤通信中广泛使用的光源有哪些？ 半导体发光二极管(LED)和半导体激光二极管(或称激光器)(LD)，以及谱线宽度很小的动态单纵模分布反馈(DFB)激光器。有些场合也使用固体激光器。 6、直接调制和间接调制(或称外调制)光发射机的性能差别如何？ 直接调制是用电信号直接调制半导体激光器或发光二极管的驱动电流，使输出光随电信号变化而实现的。这种方案技术简单，成本较低，容易实现，但调制速率受激光器的频率特性所限制。外调制是把激光的产生和调制分开，用独立的调制器调制激光器的输出光而实现的。目前有多种调制器可供选择，最常用的是电光调制器。这种调制器是利用电信号改变电光晶体的折射宰，使通过调制器的光参数随电信号变化而实现调制的。外调制的优点是调制速率高，缺点是技术复杂，成本较高，因此只有在大容量的波分复用和相干光通信系统中使用。 7、目前广泛使用的光检测器有哪两种类型？简述它们的性能差别。 在半导体PN结中加入本征层的PIN光电二极管(PIN—PD)和雪崩光电二极管(APD)。 8、数字光纤通信系统与模拟光纤通信系统相比具有哪些优点 ①抗干扰能力强，传输质量好。在模拟通信系统中，噪声叠加在信号上，两者很难分开，放大时噪声和信号一起放大，不能改善因传输而劣化的信噪比。数字光纤通信采用二进制信号，信息不包含在脉冲波形中，而由脉冲的“有”和“无”表示。因此，一般噪声不影响传输质量，只有在抽样和判决过程中，当噪声超
2、光在光纤中传输是利用光的（折射）原理。 5、光纤通信系统中最常用的光检测器有：（ PIN光电二极管）、（雪崩光电二极管）。 6、要使物质能对光进行放大，必须使物质中的( 受激辐射 )强于( 受激吸收 )，即高能级上的粒子数多于低能级上的粒子数。物质的这一种反常态的粒子数分布，称为粒子数的反转分布。 7、在多模光纤中，纤芯的半径越( 大 )，可传输的导波模数量就越多。 9、（波导色散）是指由光纤的光谱宽度和光纤的几何结构所引起的色散。 11、PDH的缺陷之一：在复用信号的帧结构中，由于( 开销比特 )的数量很少，不能提供足够的运行、管理和维护功能，因而不能满足现代通信网对监控和网管的要求。 12、光接收机的主要指标有光接收机的动态范围和（灵敏度）。 13、激光器能产生激光振荡的最低限度称为激光器的（阈值条件）。 14、光纤的（色散）是引起光纤带宽变窄的主要原因，而光纤带宽变窄则会限制光纤的传输容量。 15、误码性能是光纤数字通信系统质量的重要指标之一，产生误码的主要原因是传输系统的脉冲抖动和（噪声）。 二、选择题：（每小题2分，共20分。1-7:单选题，8-10：多选题） 4、CCITT于（）年接受了SONET概念，并重新命名为SDH。 A、1985 B、1970 C、1988 D、1990 6、掺铒光纤放大器（EDFA）的工作波长为（）nm波段。 A、1310 B、1550 C、1510 D、850 7、发光二极管发出的光是非相干光，它的基本原理是（）。 A、受激吸收 B、自发辐射 C、受激辐射 D、自发吸收 9、要精确控制激光器的输出功率，应从两方面着手：一是控制（ B ）；
光纤通信实验报告 班级：14050Z01 姓名：李傲 学号：1405024239
实验一光发射机的设计 一般光发送机由以下三个部分组成： 1)光源（Optical Source）：一般为LED和LD。 2)脉冲驱动电路（Electrical Pulse Generator）：提供数字量或模拟量的电信号。 3)光调制器（Optical Modulator）：将电信号（数字或模拟量）“加载”到光波上。以 光源和调制器的关系来看，分为光源的内调制（图1.1）和光源的外调制（图1.2）。 采用外调制器，让调制信息加到光源的直流输出上，可获得更好的调制特性、更好的调制速率。目前常采用的外调制方法为晶体的电光、声光及磁光效应。图1.2的结构中，光源为频率193.1Thz 的激光二极管，同时我们使用一个Pseudo-Random Bit Sequence Generator模拟所需的数字信号序列，经过一个NRZ脉冲发生器（None-Return-to-Zero Generator）转换为所需要的电脉冲信号，该信号通过一个Mach-Zehnder调制器，通过电光效应加载到光波上，成为最后入纤所需的载有“信息”的光信号。 图1.1内调制光发射机图1.2外调制光发射机 对于直接强度调制状态下的单纵模激光器，其载流子浓度的变化是随注入电流的变化而变化。这样使有源区的折射率指数发生变化，从而导致激光器谐振腔的光通路长度相应变化，结果致使振荡波长随时间偏移，导致所谓的啁啾现象。啁啾是高速光通讯系统中一个十分重要的物理量，因为它对整个系统的传输距离和传输质量都有关键的影响。 内容：铌酸锂（LiNbO3）型Mach-Zehnder调制器中的啁啾（Chirp）分析 1设计目的 对铌酸锂Mach-Zehnder调制器中的外加电压和调制器输出信号啁啾量的关系进行模拟和分析，从而决定具体应用中MZ调制器的外置偏压的分布和大小。 2设计布局图 外调制器由于激光光源处于窄带稳频模式，可以降低或者消除系统的啁啾量。典型的外调制器是由铌酸锂（LiNO3）晶体构成。本设计中，通过对该晶体外加电压的分析调整而最终减少该光发送机中的啁啾量，其模型的设计布局图如图1.3所示。
光纤通信期中考试试题（简答） （开卷90分钟内完成，1~5题每题6分，6~15题每题7分，共100分） 1、光纤的结构分别由哪三部分构成，各部分作用是什么？ 光纤由纤芯、包层和涂覆层3部分组成。 其中纤芯：纤芯位于光纤的中心部位。直径d 1=4μm ～50μm ，单模光纤的纤芯为4μm ～10μm ，多模光纤的纤芯为50μm 。纤芯的成分是高纯度SiO2，作用是提高纤芯对光的折射率（n 1），以传输光信号。包层：包层位于纤芯的周围。 直径d 2=125μm ，其成分也是含有极少量掺杂剂的高纯度SiO 2。略低于纤芯的折射率，即n 1＞n 2，它使得光信号封闭在纤芯中传输。涂覆层：光纤的最外层为涂覆层，包括一次涂覆层，缓冲层和二次涂覆层。 涂覆的作用是保护光纤不受水汽侵蚀和机械擦伤，同时又增加了光纤的机械强度与可弯曲性，起着延长光纤寿命的作用。涂覆后的光纤其外径约1.5mm 。 2、光缆的结构分别由哪三部分构成，各部分作用是什么？ 光缆由缆芯、护层和加强芯组成。 其中缆芯就是套塑光纤，护层对已成缆的光纤芯线起保护作用，避免受外界机械力和环境损坏。护层可分为内护层和外护层。内护层用来防潮。外护层起抗侧压、耐磨、抗紫外线、防湿作用，隔离外界的不良影响。加强芯主要承受敷设安装时所加的外力。 3、光纤的三个传输窗口是什么？光纤中的导波属于TM/TE/TEM/近似TEM 波？ 0.85μm 、1.31μm 、1.55μm 。 光纤中得电磁场近似为横电磁波（TEM 波） 4、什么是归一化频率V ，V 取值多少时光纤单模传输？什么叫光纤的截止波长？ 光纤的归一化频率V 012/1/)2(2λαπn ?=是一个综合性参数，与光纤的结构参数（纤芯的折射率n1、半径a 、折射率相对差△）和工作波长λ0有关。其数值大小决定了弱波导光纤中电磁场的分布和传输情况。 光纤单模传输的条件是0 试题2 《光纤通信技术》综合测试（二） 一、填空题 1、为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须纤芯的折射率。 2、光纤的典型结构是多层同轴圆柱体，它由、和三部分组成。 3、光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长是：，， ；最低损耗窗口的中心波长是在： 。 4、光纤的色散分为色散 色散色散和色散。 5、光与物质的粒子体系的相互作用主要有三个过程是：，， ；产生激光的最主要过程是： 。 6、光源的作用是将变换为；光检测器的作用是将 转换为。 二、单项选择题 1 光纤通信指的是：[ ] 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。 2 光纤单模传输条件，归一化频率V应满足：[ ] A V>2.405 B V<2.405 C V>3.832 D V<3.832 3 使用连接器进行光纤连接时，如果接续点不连续，将会造成：[ ] 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 反射波形式返回发送端。 4 在激光器中，光的放大是通过：[ ] A 光学谐振腔来实现； B 泵浦光源来实现； C 粒子数反转分布的激活物质来 实现； D 外加直流来实现。 5 掺铒光纤的激光特性：[ ] A 主要由起主介质作 用的石英光纤决定； B 主要由掺铒元素决 定； C 主要由泵浦光源决 定； D 主要由入射光的工 作波长决定 6 下面说法正确的是：[ ] A 多模光纤指的是传输多路信号； B 多模光纤可传输多种模式； C 多模光纤指的是芯径较粗的光纤； D 多模光纤只能传输高次模。 7 下面哪一种光纤是色散位移单模光纤？[ ] A 光纤； B 光纤； C 光纤； 潍坊学院2009-2010学年第2学期期末考试 《光纤通信基础》试卷（A卷）参考答案及评分标准 一、单项选择题（每小题2分，共30分） 1C、2B、3B、4D、5C、6A、7D、8C、9C、10D、11C、12D、13B、14C、15A 二、填空题(每空1分，共20分) 1、光作为载波 2、um um 3、大 4、自聚焦 5、谐振腔 6、受激辐射 7、暗电流噪声8、隔离度9、动态范围10、10-270 11、光纤放大器12、量子效率 13、不能14、分插复用器交叉连接设备15、下降16、17、空分交换波分交换 三、简答题(本大题共6小题，每小题5分，共30分) 1、答：光纤通信系统主要由发射机、接收机和光纤线路三个部分组成。（2分） 发射机的主要作用：是把输入电信号转换为光信号，并用耦合技术把光信号最大 限度地注入光纤线路。光纤线路把来自于光发射机的光信号，以尽可能小的崎变 和衰减传输至接收机。光接收机把从光纤线路输出的光信号还原为电信号。（3分） 2、答：光纤损耗包括吸收损耗和散射损耗：（2分） 吸收损耗是由SiO2材料引起的固有吸收和由杂质引起的吸收产生的（1分） 散射损耗主要由材料微观密度不均匀引起的瑞利散射和光纤结构缺陷引起的散射产生的（1分） 光纤损耗使系统的传输距离受到限制，不利于长距离光纤通信。（1分） 3、答：在PN结界面上，由于电子和空穴的扩散运动，形成内部电场；内部电场使电子和空穴产生与扩散运动方向相反的漂移运动，最终使能带产生倾斜，在PN线路附近形成耗尽层。（1分） 当入射光照射PN结时，若光子能量大于带隙，便发生受激吸收，而形成光生电子—空穴对。（1分） 在耗尽层，由于内部电场的作用，电子向N区运动，空穴向P区运动，形成光生漂移电流。在耗尽层两侧中性电场区，由热运动，部分光行电子和空穴通过扩散运动进入耗尽层，在电场的作用下，形成和漂移运动相同方向的光生扩散电流。（2分） 光生漂移电流分量和光生扩散电流分量的总和即为光生电流，当P层和N层连接的电路开路时，便在两端产生光生电动势，这种效应称为光电效应。（1分） 4、答：在LD的驱动电路里，设置自动功率控制电路（APC）是为了调节LD的偏流， 使输出光功率稳定。（2分）在LD的驱动电路里，设置自动温度控制电路是因为半导体光源的输出特性受温度影 响较大，特别是长波长半导体激光器对温度更加敏感，为保证输出特性稳定，对激 光器进行温度控制是十分必要的。（3分） 光纤通信实验报告 实验1.1 了解和掌握了光纤的结构、分类和特性参数，能够快速准确的区分单模或者多模类型的光纤。 实验1.2 1.关闭系统电源，将光跳线分别连接TX1550、RX1550两法兰接口（选择工作波长为 1550nm的光信道），注意收集好器件的防尘帽。 2.打开系统电源，液晶菜单选择“码型变换实验—CMI码PN”。确认，即在P101铆孔 输出32KHZ的15位m序列。 3.示波器测试P101铆孔波形，确认有相应的波形输出。 4.用信号连接线连接P101、P203两铆孔，示波器A通道测试TX1550测试点，确认有 相应的波形输出，调节 W205 即改变送入光发端机信号（TX1550）幅度，最大不超 过5V。即将m序列电信号送入1550nm光发端机，并转换成光信号从TX1550法兰接 口输出。 5.示波器B通道测试光收端机输出电信号的P204试点，看是否有与TX1550测试点一 样或类似的信号波形。 6.按“返回”键，选择“码型变换实验—CMI码设置”并确认。改变SW101拨码器 设置（往上为1，往下为0），以同样的方法测试，验证P204和TX1550测试点波 形是否跟着变化。 7.轻轻拧下TX1550或RX1550法兰接口的光跳线，观测P204测试点的示波器B通道是否还有信号波形？重新接好，此时是否出现信号波形。 8.以上实验都是在同一台实验箱上自环测试，如果要求两实验箱间进行双工通信，如何设计连接关系，设计出实验方案，并进行实验。 9.关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽。 实验2.1 1.关闭系统电源，按照图 2.1.1将1550nm光发射端机的TX1550法兰接口、FC-FC单模 尾纤、光功率计连接好（TX1550通过尾纤接到光功率计），注意收集好器件的防尘帽。2.打开系统电源，液晶菜单选择“码型变换实验-- CMI码设置” 确认，即在P101铆 孔输出32KHZ的SW101拨码器设置的8比特周期性序列，如10001000。 3.示波器测试P101铆孔波形，确认有相应的波形输出。 光纤通信原理试题＿1 参考答案 一、单项选择题（本大题共10小题，每小题1分，共10分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1. 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。 2.已知某Si-PIN 光电二极管的响应度R 0＝0.5 A/W ，一个光子的能量为2.24×10－19 J ，电子电荷量为1.6×10 －19 C ，则该光电二极管的量子效率为（ ） A.40％ B.50％ C.60％ D.70％ R 0=e 错误！未找到引用源。 /hf 3.STM-4一帧中总的列数为（ ） A.261 B.270 C.261×4 D.270×4 4.在薄膜波导中，要形成导波就要求平面波的入射角θ1满足（ ） A.θc13<θ1<θc12 B.θ1=0° C.θ1<θc13<θc12 D.θc12<θ1<90° 5.光纤色散系数的单位为（ ） A.ps/km B.ps/nm C.ps/nm.km ? D.nm/ps?km 6.目前掺铒光纤放大器的小信号增益最高可达（ ） A.20 dB B.30 dB C.40 dB D.60 dB 7.随着激光器使用时间的增长，其阈值电流会（ ） A.逐渐减少 B.保持不变 C.逐渐增大 D.先逐渐增大后逐渐减少 8.在阶跃型（弱导波）光纤中，导波的基模为（ ） A.LP00 值为0 B.LP01 C.LP11为第一高次模 D.LP12 9.在薄膜波导中，导波的截止条件为（ ） A.λ0≥λC B.λ0<λC C.λ0≥0 D.λ0≤1.55μm 10.EDFA 在作光中继器使用时，其主要作用是（ ） A.使光信号放大并再生 ? B.使光信号再生 C.使光信号放大 D.使光信号的噪声降低 二、填空题（本大题共20小题，每小题1分，共20分） 请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。 1.根据传输方向上有无电场分量或磁场分量，可将光（电磁波）的传播形式分为三类：一为_TEM_波；二为TE 波；三为TM 波。 2.对称薄膜波导是指敷层和衬底的_折射率相同_的薄膜波导。 3.光学谐振腔的谐振条件的表示式为__错误！未找到引用源。______。q L c n 2= λ 4.渐变型光纤中，不同的射线具有相同轴向速度的这种现象称为_自聚焦_现象。 5.利用_光_并在光纤中传输的通信方式称为光纤通信。 6.在PIN 光电二极管中，P 型材料和N 型材料之间加一层轻掺杂的N 型材料，称为本征层（I ）层。 7. 光源的作用是将 电信号电流变换为光信号功率 ；光检测器的作用是将 光信号功 光纤通信期末考试试题（简答） （开卷90分钟内完成，1~5题每题6分，6~15题每题7分，共100分） 1、光纤的结构分别由哪三部分构成，各部分作用是什么？ 光纤由纤芯、包层和涂覆层3部分组成。 其中纤芯：纤芯位于光纤的中心部位。直径d 1=4μm ～50μm ，单模光纤的纤芯为4μm ～10μm ，多模光纤的纤芯为50μm 。纤芯的成分是高纯度SiO2，作用是提高纤芯对光的折射率（n 1），以传输光信号。包层：包层位于纤芯的周围。 直径d 2=125μm ，其成分也是含有极少量掺杂剂的高纯度SiO 2。略低于纤芯的折射率，即n 1＞n 2，它使得光信号封闭在纤芯中传输。涂覆层：光纤的最外层为涂覆层，包括一次涂覆层，缓冲层和二次涂覆层。 涂覆的作用是保护光纤不受水汽侵蚀和机械擦伤，同时又增加了光纤的机械强度与可弯曲性，起着延长光纤寿命的作用。涂覆后的光纤其外径约1.5mm 。 2、光缆的结构分别由哪三部分构成，各部分作用是什么？ 光缆由缆芯、护层和加强芯组成。 其中缆芯就是套塑光纤，护层对已成缆的光纤芯线起保护作用，避免受外界机械力和环境损坏。护层可分为内护层和外护层。内护层用来防潮。外护层起抗侧压、耐磨、抗紫外线、防湿作用，隔离外界的不良影响。加强芯主要承受敷设安装时所加的外力。 3、光纤的三个传输窗口是什么？光纤中的导波属于TM/TE/TEM/近似TEM 波？ 0.85μm 、1.31μm 、1.55μm 。 光纤中得电磁场近似为横电磁波（TEM 波） 4、什么是归一化频率V ，V 取值多少时光纤单模传输？什么叫光纤的截止波长？ 光纤的归一化频率V 012/1/)2(2λαπn ?=是一个综合性参数，与光纤的结构参数（纤芯的折射率n1、半径a 、折射率相对差△）和工作波长λ0有关。其数值大小决定了弱波导光纤中电磁场的分布和传输情况。 光纤单模传输的条件是0光纤通信技术试题及答案2
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