★★一、填空题★★
★光接收机中,PIN光电二极管引入的主要噪声有(暗电流)噪声和(量子)噪声。
★光隔离器是一种只允许光沿(一个方向)通过而在(相反方向)阻挡光通过的光无源器件。
★光与物质的粒子体系的相互作用主要有三个过程是:(自发辐射) ,(受激吸收),(受激辐射)；产生激光的最主要过程是:(受激辐射)。
★光源的作用是将(电信号)变换为(光信号)。
★光检测器的作用是将(光信号)转换为(电信号)。
★光中继器实现方式主要有(光-电-光中继器)和(对光信号直接放大的中继器)两种。
★光纤传输衰减分为(材料的吸收)衰减、(光纤的散射)衰减和(辐射)衰减。
★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。
★光纤中的传输信号由于受到光纤的(色散)和(损耗)的影响,使得信号的幅度受到衰减,波形出现失真。
★光与物质作用时有(输出功率与效率)、(输出光谱特性)和(响应速率与带宽)三个物理过程。
★光纤的主要材料是(二氧化硅),光纤的结构从里到外依次为(纤芯)、(包层),其中(纤芯)部分是用来传导光信号的。
★光纤的传输特性是光纤的(损耗)特性、(色散)特性。
★光纤的色散分为(材料)色散、(波导)色散和(模式)色散。
★光纤的分类中按传输的模式来分可分为(单模)和(多模)光纤,按纤芯的折射率分布的不同来分可分为(阶跃型)和(渐变型)光纤。
★光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长:(0.85um ),(1.31um),(1.55um),最低损耗窗口的中心波长是在(1.55um)。
★目前光纤通信所用光波的光波波长范围为(0.8~1.8um ),属于电磁波谱中的(近红外区)区。
★EDFA称为(掺铒光纤放大器),其实现放大的光波长范围是(1.53~1.56um)。
★光纤通信是以(光纤)为传输媒质。以(光波)为载波的通信方式。
★光纤通信系统的长期平均误码率定义为(传送错误的码元数占传送的总码元数的百分比),反映突发性误码,用(严重误码秒(SES))、(误码秒(ES))两个性能指标来评价。
★单模光纤是指在给定的工作波长上,
★mBnB
★PIN光电二极管,是在P
★WDM技术从传输方向分:
★在热平衡条件下,一个电子占据一个能量为E的能级的概率f(E)的计算式为。
★
★在光纤通信系统中光接收机的基本功能是
★在光接收机中,
★渐变型光纤中,
★随着半导体激光器温度的上升,
★,
,
★
,
★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,
★由于双异质结激光器在有源区两侧,,
★根据ITU-T的建议,STM-1码速率分别。
★★二、选择题★★
★光纤单模传输条件,归一化频率V应满足(B)
A．V>2.405 C．V>3.832 D．V<3.832
★激光是通过什么产生的？(A)
B.自发辐射
C.热辐射
D.电流
★EDFA的泵浦光源的典型工作波长为(D)
A.850 nm
B.980 nm
C.1310 nm
★光隔离器的工作原理是:(A)
B．基于多层电介质干涉膜的滤波原理
C．基于光栅的衍射原理D．基于圆柱形透镜的聚焦原理
★光隔离器的作用是(B)
A.调节光信号的功率大小
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
★光纤数字通信系统中不能传输HDB3码的原因是(A)?
编码器太复杂 D.码率冗余度太大★在激光器中,光的放大是通过:(C)
A．光学谐振腔来实现B．泵浦光源来实现
D．外加直流来实现
★单模光纤中主要色散是()。多模光纤中主要色散是()。(A)
B．波长色散材料色散
C．材料色散、偏振模式色散D．偏振模式色散、模式色散
★目前光纤通信系统中广泛使用的调制─检测方式是(D)
A.相位调制—相干检测
B.强度调制—相干检测
C.频率调制—直接检测
★光合波器是:(D)
A．将多个光波信号合成一个光波信号在一根光线中传输
B．将多路光信号合并成一路光信号在光纤中传输
C．将同波长的多个光信号合并在一起耦合到一根光纤中传输
★光纤是利用光的()现象传送光信号的。(C)
A、折射
B、散射D、辐射
★光纤的纤芯折射率应()包层折射率,光纤才能导光。(A)
B、小于
C、等于
D、大于等于
★通常,影响光接收机灵敏度的主要因素是:(B)
A．光纤色散C．光纤衰减D．暗电流
★光纤相对折射指数差的定义为(C)
A.Δ=n1－n2
B.Δ=n2－n1 D.Δ=(n21－n22)/n21
★阶跃型光纤中,某种模式截止时的归一化频率为V c,则这种模式形成导模的传输条件为(C)
A.V B.V>2.405 D.V>0 ★随着激光器温度的上升,其输出光功率会(A) C.保持不变 D.先逐渐增大,后逐渐减少 ★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(D) 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 ★光接收机中,雪崩光电二极管引入的噪声为()D? B.量子噪声、雪崩管倍增噪声、光接收机的电路噪声 C.量子噪声、光电检测器的暗电流噪声、光接收机的电路噪声 ★光中继器中均衡器的作用是(D) A.放大 B.消除噪声干扰 C.均衡成矩形脉冲 ★通常,影响光接收机灵敏度的主要因素是(B) A.光纤色散 C.光纤衰减 D.暗电流 ★EDFA中用于降低放大器噪声的器件是(C) A.光耦合器 B.波分复用器 D.光衰减器 ★以下哪一样不是无源光器件。(C) A 、光调制器 B 、光纤连接器 D 、光纤耦合器 ★关于PIN 和APD 的偏置电压表述,正确的是(B)。 A.均为正向偏置 C.前者正偏,后者反偏 D.前者反偏,后者正偏 ★处于高能级E 2的电子,在未受外界激发的情况下,自发地跃迁到低能级E 1,从而发射出一个能量为hf(=E 2-E 1)的光子的过程称为(A) B.受激吸收 C.受激辐射 D.非辐射复合 ★目前在光纤通信系统中已获得广泛应用的光放大器是(B) A.半导体光放大器 C.拉曼光纤放大器 D.布里渊光纤放大器 ★阶跃光纤中,子午线在包层和纤芯分界面上形成全反射的条件为(C) A.1θ≥211n n sin - B.1θ<121n n sin - D.1θ<2 11n n sin - ★表示光纤色散程度的物理量是(C) A.时延 B.相位差 D.速度差 ★STM-1每秒可传的帧数是(A) B.4000 C.2000 D.1000 ★处于高能级E 2的电子,在未受外界激发的情况下,自发地跃迁到低能级E 1,从而发射出一个能量为hf(=E 2-E 1)的光子的过程称为(A) B.受激吸收 C.受激辐射 D.非辐射复合 ★PIN 光电二极管,因无雪崩倍增作用,因此其雪崩倍增因子为。(C) A. G ＞1 B. G ＜1 D. G ＝0 ★光纤通信系统中常用的光源主要有:(D ) A ．光检测器、光放大器、激光器 B ．半导体激光器、光检测器、发光二极管 C ．PIN 光电二极管、激光、荧光 ★STM —1中信息净负荷的字节数为。(C) A. 576 B. 261 D. 4608 ★光纤的连接分为(C) A ．固定连接和永久性连接 B ．固定连接和熔连接 D ．粘连接和熔连接 ★从射线理论的观点看,在阶跃型光纤中,入射子午光线形成导波的条件是:光线在光纤端面上的入射角Φ必须满足的条件为(B) A. Φ≥arcsin 12 n n C. Φ＞arcsin 2221n n - D.0≤Φ≤arcsin 12n n ★EDFA 的最大输出功率常用(B)来表示。 A. 饱和输出功率 C. 功率增益 D. 饱和功 ★光发射机的消光比,一般要求小于或等于 (B) A.5％ C.15％ D.20％ ★EDFA 中光滤波器的主要作用是(A) B.消除反射光的影响 C.提高光放大器增益 D.使光信号再生 ★为了使雪崩光电二极管正常工作,在其P －N 结上应加(D) A.高正向偏压 B.低正向偏压 C.低反向偏压 ★不属于无源光器件的是(B) A.光定向耦合器 C.光纤连接器 D.光衰减器 ★阶跃型光纤中数值孔径的计算式为(C) A.21n n - B.?2a D.21n n a - ★随着激光器使用时间的增长,其阈值电流会(C) A.逐渐减少 B.保持不变 D.先逐渐增大,后逐渐减少 ★以下指标不是掺铒光纤放大器特性指标的是。(D) A.功率增益 B.输出饱和功率 C.噪声系数 ★下述有关光接收机灵敏度的表述不正确的是(A) 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 ★★三、名词解释★★ ,用NA 表示:max sin φ=NA ,m ax φ是光纤能捕捉的射线的最大入射角。 m 比特码分为一组,然后变换为n 比特(n ＞m)输出。 ,热扰动使原子产生压缩性的不均匀,造成材料密度不均匀,进一步造成折射率不均匀,这种不均匀性在冷却过程中固定下来并引起光的散射,造成瑞利散射损耗。 ,也称磁致旋光效应。 m 比特划为一组,然后在这一组的末尾一位之后插入一个比特码输出. ,处于低能级的粒子将不断地被激发到高能级上去,从而使高能级上的粒子数大于低能级上的粒子数,这种分布状态称为粒子数的反转分布。 ,波形在时间上发生展宽的现象称为光纤色散。 ,光接收机所需接收的最小光功率。 (光纤)中,复用之后的数字信息成为高速率的数字流。 对时间变化的一种现象，这种现象就成为抖动。 在发射端经复用器汇合，并将其耦合到同一根光纤中进行传输，在接收端通过解复用器对各种波长的光载波信号进行分离，然后由光接收机做进一步的处理，使原始信号复原。 SiO2 、GeO2 和P2O5 等成分的浓度不均匀，使得光纤中出现一些折射率分布不均匀的局部区域，从而引起光的散射，将一部分光功率散射到光纤外部引起损耗。 PIN 规定的反向电压或者APDDE 90%击穿电压时，在无入射光情况下器件内部的反向电流。 ,在子午面的光线称为子午射线。 ,从同一地点出发,达到相同的终端。这种现象称为光纤的自聚焦现象。 mBnB 码。它是把输入信码流中每m 比特码分为一组，然后变换为n 比特(n ＞m)输出。 曲线指的是光源的总发射光功率与注入电流的关系曲线。(P-I 特性) ,这些大量的光量子其相位都是随机的,因此光电检测器在某个时刻实际接收到的光子数,是在一个统计平均值附近浮动,因而产生了噪声。 P-N 结上加高反向电压形成的。此时在结区形成一个强电场，在高场区内光生载流子被强电场加速，获得高的动能，与晶格的院子发生碰撞，使带价的电子得到能量，越过禁带到导带，产生了新的电子-空穴对，如此下去，像雪崩一样的发展，从而使光电流在管子内部即获得了倍增。 能带。 ★★四、简答题★★ 在掺铒光纤中，铒离子(Er3+)有三个能级：能级1代表基态，能量最低，能级2是亚稳态，处于中间能级，能级3代表激发态，能量最高，当泵浦光的光子能量等于能级3和能级1的能量差时，铒离子吸收泵浦光从基态跃迁到激发态(1→3)。但是激发态是不稳定的，Er3+很快返回到能级2。如果输入的信号光的光子能量等于能级2和能级1的能量差，则处于能级2的Er3+将跃迁到基态(2→1)，产生受激辐射光， 因而信号光得到放大。这种放大是由于泵浦光的能量转换为信号光的结果。为提高放大器增益，应提高对泵浦光的吸收，使基态铒离子尽可能跃迁到激发态。 半导体材料的光电效应是指光照射到半导体的P-N结上，若光子能量足够大，则半导体材料中价带的电子吸收光子的能量，从价带越过禁带到达导带，在导带中出现光电子，在价带中出现光空穴，即光电子－空穴对，它们总起来称作光生载流子。 光生载流子在外加负偏压和内建电场的作用下，在外电路中出现光电流。从而在电阻R上有信号电压输出。这样，就实现了输出电压跟随输入光信号变化的光电转换作用。 作用：光发射机的作用是把电端机送来的电信号变为光信号送入光纤中传输。1 光源特性:包括发光波长、谱线宽度、P-I特性和寿命等。2 调制特性:可以采用直接调制和外调制。3 输出特性:包括光功率、稳定性、消光比。 激光工作物质、激励、光学谐振腔) 1 需要有合适的工作物质,具有合适的能级分布,可以产生合适波长的光辐射； 2 需要可以实现工作物质粒子数反转分布的激励能源——泵浦源； 3 需要可以进行方向和频率选择的光学谐振腔。 在有源区中高掺杂的PN结上，由于外加电压不断注入电子形成粒子反转分布，在有源区中产生受激辐射而发出激光。激光的产生需要满足三个条件：可实现粒子数反转分布的增益介质，泵浦源到激发态，光学谐振腔，通过有源区两端的反射镜实现正反馈。 1 产生激光的工作物质，能够产生激光的工作物质,也就是处于粒子数反转分布状态的工作物质,它是产生激光的必要条件； 2 能够使工作物质处于粒子数反转分布状态的激励源，使工作物质产生粒子数反转分布的外界激励源。物质在泵浦源的作用下,使粒子数从低能级跃迁到高能级,使得在这种情况下受激辐射大于受激吸收,从而有光的放大作用。这时的工作物质已被激活,成为激活物质或增益物质； 3 有能够完成频率选择及反馈作用的光学谐振腔。激活物质只能使光放大,只有把激活物置于光学谐振腔中,以提供必要的反馈及对光的频率和方向进行选择,才能获得连续的光放大和激光振荡输出。 材料的吸收损耗、光纤的散射损耗、辐射损耗) 1 材料的吸收损耗,包括紫外吸收、红外吸收和杂质吸收等,是材料本身所固有的,是一种本征吸收损耗。 2 光纤的散射损耗,主要有瑞利散射损耗、波导散射损耗和散射损耗。 3 辐射损耗,当理想的圆柱形光纤受到某种外力的作用时,会产生一定曲率半径的弯曲,导致能量泄漏到包层造成损耗。 ,通信容量大；中继距离远；抗电磁干扰能力强,无串话；光纤细,光缆轻；资源丰富,节约有色金属和能源；均衡容易；经济效益好；抗腐蚀、不怕潮湿。 由于噪声引起的抖动;时钟恢复电路产生的抖动;其他原因引起的抖动。如数字系统的复接、分接过程，光缆的老化等。 3R中继器：均衡放大、识别再生、再定时的功能；2R中继器：均衡放大、识别再生的功能;光中继器实现方式主要有光-电-光中继器和对光信号直接放大的中继器两种。 它们表示相应模式的光纤截面上的分布规律，m表示沿圆周方向光场出现最大值的对数，而n表示沿半径方向光场的最大值的个数。 由STM-N（N=1、4、16、64等）即同步传送模块，N=1时是基本分标准模块信号，其速率为155.52Mb/s。 P-N结上加上高反向电压形成的，此时在结区形成一个强电场，在高场区内光生载流子被强电场加速，获得高的动能，与晶格的原子发生碰撞，使价带的电子得到能量，越过禁带到导带，产生新的电子-空穴对，新产生的电子-空穴对在强电场中又被加速，再次碰撞，又激发出新的电子-空穴对…如此下去，像雪崩一样的发展，从而使光电流在管子内部即获得了倍增。 响应度和量子效率都是描述这种器件光电转换能力的物理量。响应度R0 定义为:R0=IP·A/W·P0式中：IP：光电检测器的平均输出电流；P0：光电检测器的平均输入功率。 量子效率n定义为：n=（光生电子-空穴对数）/入射光字数。二者关系：R0=en/hf。这即是说，光电二极管的响应度和量子效率与入射光波频率有关。 从渐变型光纤的导光原理可知:只要n(r)取得合适,那么不同模式的光线就会具有相同的轴向速度。即具有不同条件的子午射线,从同一地点出发,达到相同的终端。利用渐变型光纤n 随r 变化的特点,可以减小模式色散。这种现象称为光纤的自聚焦现象,相应的折射指数分布称为最佳折射指数分布。 折射指数选取平方律型分布形式：2/12])(21)[0()(a r n r n ?-=;式中: ) 0(2)()0(222n a n n -=?;n(0)——光纤轴线处(r=0)的折射率;a ——纤芯半径。 普通单模光纤的材料色散系数D m 、波导色散系数D w 和总色散D 随波长变化的曲线,总色散在1.31μm 附近为零,这个波长称为零色散波长。而在1.55μm 附近色散系数D=15～18ps/(km ·nm)。 在1.55μm 附近的损耗最低,如果合理地设计光波导的结构就可以把零色散波长位移到1.55μm 附近,这样1.55μm 附近色散也最小,利用这种原理制成色散位移光纤(DSF)。无疑对长距离大容量的光纤通信是十分有利的。 光接收机的噪声是与信息无关的随机变化量，分为:与信号光电检测器有关的噪声包括量子噪声、雪崩倍增噪声、暗电流和背景噪声等；与光接收机电路有关的的噪声包括放大器噪声、负载热电阻噪声等。 掺饵光纤放大器主要由掺饵光纤、泵浦光源、光耦合器、光隔离器以及光滤波器等组成。 光耦合器是将输入光信号和泵浦光源输出的光波混合起来的无源光器件；光隔离器是保证光信号只能正向传输的器件；光滤波器的作用是滤除光放大器的噪声,降低噪声对系统的影响,提高系统的信噪比。 答,,因此数值孔径NA ＝ ★★五、计算题★★ ★★★★★用单色光照射到相距为a=0.2mm 的双缝上,双缝与屏幕的垂直距离为1米。试求:(1)从第一级明纹到同侧第四级明纹的距离为 7.5mm,求单色光的波长；(2)若入射光的波长为5x10-7m,求相邻两明纹间的距离。 ★★★★用两块偏振片装成起偏器和检偏器,在它们的偏振化方向成θ1=30°时,观测一束单色自然光,又在θ2=60°时,观测另一单色自然光.设两次所得的透射光强度相等.求两束光的强度之比. ★★★★弱导波阶跃光纤芯子和包层的折射指数分别为n1=1.5,n2=1.45,试计算:(1)纤芯和包层的相对折射指数差Δ。(2)光纤的数值孔径NA 。 ★★★★用平行单色可见光垂直照射到宽度为a=0.5mm 的单缝上,在缝后放置一个焦距f=100cm 的透镜,则在焦平面的屏幕上形成衍射条纹。若在屏上离中央明纹中心距离为1.5mm 处的p 点为一亮纹,试求:(1)入射光的波长(2)p 点条纹的级数、该条纹对应的衍射角和狭缝波面可分 成的半波带数目。(3) ★★一单色光垂直照在厚度均匀的薄油膜上。油的折射率为1.3,玻璃的折射率为1.5 ,若单色光的波长可由光源连续调节,并观察到500nm 与700nm 这两个波长的单色光在反射中消失,求油膜的厚度。 ★ ★一波长为λ=600nm 的单色平行光垂直照射一个光栅上,光栅常数为d=6μm,问第二级明纹所对应的衍射角φ为多少? 答:由光栅公式(a+b)sinQ=土k 入，第2级明纹满足(a+b)sinQ=2入,因为(a+b)=6um ，求得Q=arcsin0.2=11.54°。 ★ ★He —Ne 激光器的中心频率1401074.4?=ν Hz,自发辐射谱线宽度为8106?=?ν Hz,若想获得单模输出,腔长应为多少? 答:设激光器腔长为L ，△vm=c/2nL=3*10^8/2*1*L,N=△v/△vm=4L,要想获得单模输出，则△v<2△vm=c/nL,所以L ★★某单模光纤通信系统,光发射机的平均发送光功率为0.8 mw,接收机灵敏度为-37 dB m,全程光纤平均接头损耗为0.04 dB/km,设计要求系统富裕度为6 dB,无中继传输距离为80 km,试问在选取光缆时,光纤的每公里损耗最大为多少？ ★★有一个光纤通信系统,其码速率为622.080Mb/s,平均发送光功率P T的最大值0dBm,活动连接器A CT和A CR为0.4dB,设备富余度M E为3dB,光纤衰减系数A f取值1550nm取0.2dB/km,平均熔接接头损耗A S/L f为0.05dB/km,线路富余度M C为0.06dB/km。接收机灵敏度P R为-31.2dBm,试估算最大中继距离。
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