Fiber optic Communication Technology Fiber-optic Chapter 2: Optical Fiber
Review on Introduction
? Chapter 1 Introduction 关键知识点：
9 9 9 9 9 9 9 光纤通信系统基本构成及优缺点； 各代光纤通信系统的特点； 频率间隔与波长间隔的换算； 信道复用方式：ETDM，OTDM，WDM，FDM 信道复用方式 DWDM系统中光谱效率的概念(b/s/Hz)； 调制格式：NRZ和RZ，PSK格式 光通信中的功率单位dBm!!!
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Total internal reflection 全内反射 Step-index fiber 阶跃折射率光纤 Graded-index fiber 渐变折射率光纤 Core-cladding interface 芯层和包层界面 Modal dispersion 模式色散 Numerical aperture 数值孔径 Impulse 冲激 Meridional rays 子午光线 Parabolic-index fiber 抛物线折射率分布光 纤 Refractive index 折射率 Absorption coefficient 吸收系数 p 色度色散 Chromatic dispersion Optical mode 光模式 Mode index 模式折射率 Effective index 有效折射率 Cutoff condition 截止条件 Normalized frequency 归一化频率 Single-mode condition 单模条件 Eigenvalue equation 本征值方程 Birefringence双折射 PMD 偏振模色散 Confinement factor 限制因子 Field radius 模场半径
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
Attenuation coefficient 衰减系数 Impurity 杂质 p 本征吸收 Intrinsic absorption Rayleigh scattering 瑞丽散射 Mie scattering 米氏散射 Waveguide g imperfection p 波导不完善 Macrobending 宏弯 Microbending 微弯 GVD: 群速度色散 Intramodal dispersion: 模内色散 Intermodal dispersion： 模间色散 Dispersion parameter：色散参数 Material dispersion：材料色散 Waveguide dispersion：波导色散 Sellmeier equation：塞米尔方程 Zero-dispersion wavelength：零色散波长 Dispersion-shifted fiber：色散位移光纤 Dispersion flatten fiber：色散平坦光纤 Dispersion-flatten 色散平坦光纤 Dispersion decreasing fiber：色散渐减光纤 Dispersion compensation fiber：色散补偿光纤 Dispersion slope：色散斜率 色散斜率 Differential-dispersion parameter：微分色散参数 Polarization mode dispersion：偏振模色散
Chapter p 2 Optical p Fiber
? ? ? ? ? 2.1 Basic Concepts for Optical Fiber 2 2 Fiber Loss 2.2 2.3 Fiber dispersion 2.4 Fiber Nonlinearity 2 5 Fiber Manufacturing 2.5
2.1 Basic Concepts for Optical Fiber
涂覆层 护套层
纤芯 包层
单模：4 ~10μm 多模：50μm
125μm
外护层?
à强度元件
内护层? 光纤 à缆芯
Classification of optical p fiber
? Refractive index
? Step-index optical fiber (SIOF) ? Graded-index Graded index optical fiber (GIOF)
? 按折射率分布
? 阶跃型 ? 渐变型
? Mode:
? Single mode fiber (SMF) ? Multi mode fiber (MMF)
? 按传输模式分类
? 单模光纤 ? 多模光纤
? Materials
? SiO2 ? Fluoride (2-3 orders-of-magnitude) ? Plastic (Low cost)
? 按制作材料分类
? 石英玻璃 ? 氟化物 ? 塑料
ITU-T recommendation
ITU-T官方定义 ? ? ? ? ? G 651光纤 (渐变型多模光纤) G.651 G.652光纤 (常规单模光纤) G.653光纤 (色散位移光纤) G.654光纤 (衰减最小光纤) G 655光纤 (非零色散位移光纤) G.655
G.652光纤(常规单模光纤) 在1310 nm工作时，理论色散值为零 在1550 nm工作时，传输损耗最低 工作时 传输损耗最低 G 653光纤(色散位移光纤) G.653 零色散点从1310 nm移至1550 nm，同时1550 nm处 损耗最低 G.654光纤(衰减最小光纤) 纤芯纯石英制造 在1550 nm处衰减最小(仅0.185 纤芯纯石英制造，在 0 185 dB/km)，用于长距离海底传输 G.655光纤(非零色散位移光纤) 引入微量色散抑制光纤非线性，适于长途传输
纤芯 ( (Core) )
1) 位置：光纤的中心部位 位置 光纤的中心部位 2) ) 尺寸 尺寸：直径 直径d1 = 4 ~ 50 μm 3) 材料：高纯度SiO2，掺有极少量的掺杂剂(GeO2，P2O5)， 作用是提高纤芯折射率(n1)，以传输光信号 以传输光信号
包层 (Cladding)
1) 位置：位于纤芯的周围 2) 尺寸：直径d2 = 125 μm 3) 材料：高纯度SiO2，极少量掺杂剂(如B2O3)的作用则是 适当降低包层折射率(n2)，使之略低于纤芯折射 率，使得光信号能约束在纤芯中传输
涂覆层 (Jacket)
1) 位置：位于光纤的最外层 2) 尺寸：涂覆后的光纤外径约为1.5 mm 3) 结构和材料：包括一次涂覆层，缓冲层和二次涂覆层 a) 一次涂覆层一般使用丙烯酸酯、有机硅或硅橡胶材料 b) 缓冲层一般为性能良好的填充油膏 缓冲 般为性能良好的填充油膏 (防水) c) 二次涂覆层一般多用聚丙烯或尼龙等高聚物 4) 作用：保护光纤不受水汽侵蚀和机械擦伤，同时又增加 光纤的机械强度与可弯曲性，起着延长光纤寿命的作用
Analysis methods
? Geometrical optics
? Suitable for MMF
? 射线追踪法 (几何光学分析法) ? 可应用于分析多模光纤 (芯径尺寸>>波长) ? 易于直观理解 ? 电磁场导波模式分析 ? 应用于分析单模光纤 (芯 径尺寸≈波长)
? Wave propagation
? Suitable for SMF
单模光纤和多模光纤
以某一角度射入光纤端面，并能在光纤纤芯 以某 角度射入光纤端面 并能在光纤纤芯-包层交界面上产 生全反射的传播光线，就可以称为入射光的一个传播模式
单模光纤(Single Mode Fiber)：仅允许一个模式传播的光纤 多模光纤(Multiple Mode Fiber)：同时允许多个模式传播
单模光纤SMF: 优点：不存在模间色散，带宽大，用于长途传输 缺点：芯径小，较多模光纤而言不容易进行光耦合，需要使 用半导体激光器激励 多模光纤MMF: 优点：芯径大，容易注入光功率，可以使用LED作为光源 缺点 存在模间色散 只能用于短 离传输 缺点：存在模间色散，只能用于短距离传输
MMF：SIOF vs. vs GIOF
? ? ? a: core radius 纤芯半径 n0, n1 and n2: refractive index of air, core and cladding, respectively Δ: the fractional index change at the core-cladding
n12 ? n2 2 n1 ? n2 Δ= ≈ 2 2n1 n1
相对折射率差，一般1%左右
Step index optical fiber (SIOF)
? n1 n( r ) = ? ?n2
r≤a r>a
Grade index optical fiber (GIOF)
1 ? ? α ? 2 r ? ? ?n ?1 ? 2Δ ? 1 ? ? ? n( r ) = ? ? ?a? ? ? ? ? 1 2 ? ? n1 (1 ? 2Δ ) = n2
r≤a r>a
2 n12 ? n2 n1 ? n2 Δ= ≈ 2n12 n1
a--纤芯半径，α=1~∞ 当α?10时，趋近阶跃型 当α=1时，三角型（色散位移） 时 角型 色散 移 当α=2时，平方律分布
Geometrical-optics Description for MMF:SIOF
Snell’s law 斯涅尔折射定律:
n0 sin θi = n1 sin θ r
Critical angle 临界角:
n1 sin i θ c = n2 sin i 90o sin θ c = n2 n1
1 2
n0 sin θi = n1 sin θ r = n1 sin( ? θ c ) = n1 cos θ c = (n12 ? n2 2 ) 2
π
Numerical aperture (NA) 数值孔径:
NA = n0 sin θi = (n ? n2 )
2 1 2 1 2
= n1 (2Δ)
1
2
NA表示光纤收光能力，只取决于 光纤折射率，与几何尺寸无关
以不同入射角进入光纤的光线将经历不同的路径，虽然在输入端同时入射并以相同速度传播， 但到 光纤输出端的时间却不相同 但到达光纤输出端的时间却不相同，这即为多路径色散。 即为多路径 散 在色散影响下，输入的短脉冲经过一段光纤后会得到一定程度的展宽，展宽程度可以通过计 算最短路径和最长路径之差来计算。
For a fiber with length L: The shortest path is L, while the longest path is
Thus, the extent of pulse broadening can be obtained as:
L sin θ c
n1 L L n12 ΔT = ( ? L) = Δ c sin θ c c n2
B (bit rate) L (length) product: BL积
? 为了使展宽不至于引起码间干扰 为了使展宽不至于引起码间干扰，展宽应小于比 展宽应小于比 特间隔
1 Δ T < TB = B
BL <
n2 c n12 Δ
BL product in SIOF (MMF) 100Mb/s.km
Geometrical-optics Description for MMF:GIOF
1 ? ? α ? 2 r ? ? ?n ?1 ? 2Δ ? 1 ? ? ? n( r ) = ? ? ?a? ? ? ? ? 1 ? n 1 2 ? Δ ) 2 = n2 ? 1(
r≤a r>a
模间色散在GIOF中要小得多； 抛物线型理论上不存在模间色散。
BL < 8c
n1 Δ 2
光纤通信课后习题答案 第一章习题参考答案 1、第一根光纤是什么时候出现的？其损耗是多少？ 答：第一根光纤大约是1950年出现的。传输损耗高达1000dB/km 左右。 2、试述光纤通信系统的组成及各部分的关系。 答：光纤通信系统主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。 系统中光发送机将电信号转换为光信号，并将生成的光信号注入光纤光缆，调制过的光信号经过光纤长途传输后送入光接收机，光接收机将光纤送来的光信号还原成原始的电信号，完成信号的传送。 中继器就是用于长途传输时延长光信号的传输距离。 3、光纤通信有哪些优缺点？ 答：光纤通信具有容量大，损耗低、中继距离长，抗电磁干扰能力强，保密性能好，体积小、重量轻，节省有色金属和原材料等优点；但它也有抗拉强度低，连接困难，怕水等缺点。 第二章 光纤和光缆 1．光纤是由哪几部分组成的？各部分有何作用？ 答：光纤是由折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层组成的。纤芯和包层是为满足导光的要求；涂覆层的作用是保护光纤不受水汽的侵蚀和机械擦伤，同时增加光纤的柔韧性。 2．光纤是如何分类的？阶跃型光纤和渐变型光纤的折射率分布是如何表示的？ 答：（1）按照截面上折射率分布的不同可以将光纤分为阶跃型光纤和渐变型光纤；按光纤中传输的模式数量，可以将光纤分为多模光纤和单模光纤；按光纤的工作波长可以将光纤分为短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤；按照ITU-T 关于光纤类型的建议，可以将光纤分为G.651光纤（渐变型多模光纤）、G .652光纤（常规单模光纤）、G .653光纤（色散位移光纤）、G.654光纤（截止波长光纤）和G.655（非零色散位移光纤）光纤；按套塑（二次涂覆层）可以将光纤分为松套光纤和紧套光纤。 （2）阶跃型光纤的折射率分布 () 2 1 ?? ?≥<=a r n a r n r n 渐变型光纤的折射率分布 () 2121? ????≥
第5章 复习思考题参考答案 5-1 光探测器的作用和原理是什么 答：光探测器的作用是利用其光电效应把光信号转变为电信号。光探测器的原理是，假如入射光子的能量h ν超过禁带能量E g ，只有几微米宽的耗尽区每次吸收一个光子，将产生一个电子-空穴对，发生受激吸收，如图5.1.1（a ）所示。在PN 结施加反向电压的情况下，受激吸收过程生成的电子-空穴对在电场的作用下，分别离开耗尽区，电子向N 区漂移，空穴向P 区漂移，空穴和从负电极进入的电子复合，电子则离开N 区进入正电极。从而在外电路形成光生电流P I 。当入射功率变化时，光生电流也随之线性变化，从而把光信号转变 成电流信号。 5-2 简述半导体的光电效应 答：在构成半导体晶体的原子内部，存在着不同的能带。如果占据高能带（导带）c E 的电子跃迁到低能带（价带）v E 上，就将其间的能量差（禁带能量）v c g E E E -=以光的形式放出，如图4.2.2所示。这时发出的光，其波长基本上由能带差E ?所决定。 图4.2.2 光的自发辐射、受激发射和吸收 反之，如果把能量大于hv 的光照射到占据低能带v E 的电子上，则该电子吸收该能量后 被激励而跃迁到较高的能带c E 上。在半导体结上外加电场后，可以在外电路上取出处于高 能带c E 上的电子，使光能转变为电流，这就是光接收器件的工作原理。 5-3 什么是雪崩增益效应 答：光生的电子-空穴对经过APD 的高电场区时被加速，从而获得足够的能量，它们在高速运动中与P 区晶格上的原子碰撞，使晶格中的原子电离，从而产生新的电子-空穴对，如图5.2.4所示。这种通过碰撞电离产生的电子-空穴对，称为二次电子-空穴对。新产生的二次电子和空穴在高电场区里运动时又被加速，又可能碰撞别的原子，这样多次碰撞电离的结果，使载流子迅速增加，反向电流迅速加大，形成雪崩倍增效应。APD 就是利用雪崩倍增效应使光电流得到倍增的高灵敏度探测器。
第一章基本理论 1、阶跃型折射率光纤的单模传输原理是什么答：当归一化频率V小于二阶模LP11归一化截止频率，即0＜V＜时，此时管线中只有一种传输模式，即单模传输。 2、管线的损耗和色散对光纤通信系统有哪些影响答：在光纤通信系统中，光纤损耗是限制无中继通信距离的重要因素之一，在很大程度上决定着传输系统的中继距离；光纤的色散引起传输信号的畸变，使通信质量下降，从而限制了通信容量和通信距离。 3、光纤中有哪几种色散解释其含义。答：（1）模式色散：在多模光纤中存在许多传输模式，不同模式沿光纤轴向的传输速度也不同，到达接收端所用的时间不同，而产生了模式色散。（2）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随波长的变化而变化，由此引起的色散称为材料色散。（3）波导色散：统一模式的相位常数随波长而变化，即群速度随波长而变化，由此引起的色散称为波导色散。 5、光纤非线性效应对光纤通信系统有什么影响答：光纤中的非线性效应对于光纤通信系统有正反两方面的作用，一方面可引起传输信号的附加损耗，波分复用系统中信道之间的串话以及信号载波的移动等，另一方面又可以被利用来开发如放大器、调制器等新型器件。 6、单模光纤有哪几类答：单模光纤分为四类：非色散位移单模光纤、色散位移单模光纤、截止波长位移单模光纤、非零色散位移单模光纤。 12、光缆由哪几部分组成答：加强件、缆芯、外护层。 *、光纤优点：巨大带宽（200THz）、传输损耗小、体积小重量轻、抗电磁干扰、节约金属。*、光纤损耗：光纤对光波产生的衰减作用。 引起光纤损耗的因素：本征损耗、制造损耗、附加损耗。 *、光纤色散：由于光纤所传输的信号是由不同频率成分和不同模式成分所携带的，不同频率成分和不同模式成分的传输速度不同，导致信号的畸变。 引起光纤色散的因素：光信号不是单色光、光纤对于光信号的色散作用。 色散种类：模式色散（同波长不同模式）、材料色散（折射率）、波导色散（同模式，相位常数）。 *、单模光纤：指在给定的工作波长上只传输单一基模的光纤。
1．光放大器包括哪些种类？简述它们的原理和特点。EDFA有哪些优点？ 答：光放大器包括半导体光放大器、光纤放大器（由可分为非线性光纤放大器和掺杂光纤放大器）。 1）半导体光放大器 它是根据半导体激光器的工作原理制成的光放大器。将半导体激光器两端的反射腔去除，就成为没有反馈的半导体行波放大器。它能适合不同波长的光放大，缺点是耦合损耗大，增益受偏振影响大，噪声及串扰大。 2）光纤放大器 （1）非线性光纤放大器 强光信号在光纤中传输，会与光纤介质作用产生非线性效应，非线性光纤放大器就是利用这些非线性效应制作而成。包括受激拉曼放大器（SRA）和受激布里渊放大器（SBA）两种。（2）掺杂光纤放大器（常见的有掺铒和掺镨光纤放大器） 在泵浦光作用下，掺杂光纤中出现粒子数反转分布，产生受激辐射，从而使光信号得到放大。EDFA优点：高增益、宽带宽、低噪声及放大波长正好是在光纤的最低损耗窗口等。2．EDFA的泵浦方式有哪些？各有什么优缺点？ 答：EDFA的三种泵浦形式：同向泵浦、反向泵浦和双向泵浦。同向泵浦：信号光和泵浦光经WDM复用器合在一起同向输入到掺铒光纤中，在掺铒光纤中同向传输；反向泵浦：信号光和泵浦在掺铒光纤中反向传输；双向泵浦：在掺铒光纤的两端各有泵浦光相向输入到掺铒光纤中。 同向泵浦增益最低，而反向泵浦比同向泵浦可以提高增益3dB~5dB。这是因为在输出端的泵浦光比较强可以更多地转化为信号光。而双向泵浦又比反向泵浦输出信号提高约3dB，这是因为双向泵浦的泵功率也提高了3dB。其次，从噪声特性来看，由于输出功率加大将导致粒子反转数的下降，因此在未饱和区，同向泵浦式EDFA 的噪声系数最小，但在饱和区，情况将发生变化。不管掺铒光纤的长度如何，同向泵浦的噪声系数均较小。最后，考虑三种泵浦方式的饱和输出特性。同向EDFA 的饱和输出最小。双向泵浦EDFA 的输出功率最大，并且放大器性能与输出信号方向无关，但耦合损耗较大，并增加了一个泵浦，使成本上升。3．一个EDFA功率放大器，波长为1542nm的输入信号功率为2dBm，得到的输出功率为，求放大器的增益。 解：G= 10log10（Pout/Pin）= 10log10Pout -10log10Pin=27-2=25dB 4．简述FBA与FRA间的区别。为什么在FBA中信号与泵浦光必须反向传输？ 答：FBA与FRA间的区别： 1、FRA是同向泵浦，FBA是反向泵浦； 2、FRA产生的是光学声子，FBR产生的是声学声子， 3、FRA比FBA的阈值功率大； 4、FRA比FBA的增益带宽大。 在SBA中，泵浦光在光纤的布里渊散射下，产生低频的斯托克斯光，方向与泵浦光传播方向相反。如果这个斯托克斯光与信号光同频、同相，那么信号光得到加强。故要使信号光得到放大，信号光应与泵浦光方向相反。 5．一个长250μm的半导体激光器用做F-P放大器，有源区折射率为4，则放大器通带带宽是多少？ 此题可能有误，半导体光放大器的通带带宽目前还没找到公式计算。 6．EDFA在光纤通信系统中的应用形式有哪些？
1-1光纤通信的优缺点各是什么？ 答与传统的金属电缆通信、微波无线电通信相比，光纤通信具有如下优点：(1) 通信容量大．首先，光载波的中心频率很高，约为2 X10^14Hz ，最大可用带宽一般取载波频率的10 %，则容许的最大信号带宽为20 000 GHz( 20 THz ) ；如果微波的载波频率选择为20 GHz ，相应的最大可用带宽为2 GHz。两者相差10000 倍．其次，单模光纤的色散几乎为零，其带宽距离（乘）积可达几十GHz·km ；采用波分复用（多载波传输）技术还可使传输容量增加几十倍至上百倍．目前，单波长的典型传输速率是10 Gb ／s。，一个采用128 个波长的波分复用系统的传输速率就是1 . 28 Tb / s . ( 2 ）中继距离长。中继距离受光纤损耗限制和色散限制，单模光纤的传输损耗可小千0 . 2 dB / km ，色散接近于零． ( 3 ）抗电磁干扰．光纤由电绝缘的石英材料制成，因而光纤通信线路不受普通电磁场的干扰，包括闪电、火花、电力线、无线电波的千扰．同时光纤也不会对工作于无线电波波段的通信、雷达等设备产生干扰。这使光纤通信系统具有良好的电磁兼容性。 ( 4 ）传输误码率极低。光信号在光纤中传输的损耗和波形的畸变均很小，而且稳定，．噪声主要来源于t 子噪声及光检测器后面的电阻热噪声和前置放大器的噪声．只要设计适当，在中继距离内传输的误码率可达10^-9甚至更低。 此外，光纤通信系统还具有适应能力强、保密性好以及使用寿命长等特点。当然光纤通信系统也存在一些不足： ( 1 ）有些光器件（如激光器、光纤放大器）比较昂贵。 ( 2 ）光纤的机械强度差，为了提高强度，实际使用时要构成包声多条光纤的光缆，光统中要有加强件和保护套。 ( 3 ）不能传送电力．有时需要为远处的接口或再生的设备提供电能，光纤显然不能胜任。为了传送电能，在光缆系统中还必须额外使用金属导线． （4）光纤断裂后的维修比较困难，需要专用工具。 1-2 光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分作用。 答光纤通信系统由发射机、接收机和光纤线路三个部分组成（参看图1 . 4 ）。发射机又分为电发射机和光发射机。相应地，接收机也分为光接收机和电接收机。电发射机的作又分为电发射机和光发射机。电发射机的作用是将信（息）源输出的基带电信号变换为适合于信道传输的电信号，包括多路复接、码型变换等，光发射机的作用是把输入电信号转换为光信号，并用藕合技术把光信号最大限度地注人光纤线路．光发射机由光源、驱动器、调制器组成，光源是光发射机的核心。光发射机的性能基本取决于光源的特性；光源的输出是光的载波信号，调制器让携带信息的电信号去改变光载波的某一参数（如光的强度）．光纤线路把来自于光发射机的光信，能小的畸变（失真）和衰减传输到光接收机．光纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。光纤是光纤线路的主体，接失和连接器是不可缺少的器件．光接收机把从光线路输出的产生畸变和衰减的微弱光信号还原为电信号．光接收机的功能主要由光检测器完成，光检测器是光接收机的核心。电接收机的作用一是放大，二是完成与电发射机换，包括码型反变换和多路分接等． 1-3 假设数字通信系统能够在高达1 ％的载波频率的比特率下工作，试问在5GHz的微波载波和1.55 um 的光载波上能传输多少路64 kb / s 的话路？ 解在5GHz微波载波上能传输的64kb/s的话路数K=(5*10^9*1%)/(64*10^3)≈781(路) 在 1.55um的光载波上能传输的64kb/s的话路数K=（（3*10^8）/(1.55*10^-6)）/(64*10^-3)=3.0242*10^7（路） 1-4 简述未来光网络的发展趁势及关键技术。 答未来光网络发展趁于智能化、全光化。其关健技术包括：长波长激光器、低损耗单模光
1．光纤通信的优缺点各是什么？ 答：优点有：带宽资源丰富，通信容量大；损耗低，中继距离长；无串音干扰，保密性好；适应能力强；体积小、重量轻、便于施工维护；原材料来源丰富，潜在价格低廉等。 缺点有：接口昂贵，强度差，不能传送电力，需要专门的工具、设备以及培训，未经受长时间的检验等。 2．光纤通信系统由哪几部分组成？各部分的功能是什么？ 答：光纤通信系统由三部分组成：光发射机、光接收机和光纤链路。 光发射机由模拟或数字电接口、电压—电流驱动电路和光源组件组成。光源组件包括光源、光源—光纤耦合器和一段光纤（尾纤或光纤跳线）组成。 模拟或数字电接的作用是实现口阻抗匹配和信号电平匹配（限制输入信号的振幅）作用。光源是LED或LD，这两种二极管的光功率与驱动电流成正比。电压—电流驱动电路是输入电路与光源间的电接口，用来将输入信号的电压转换成电流以驱动光源。光源—光纤耦合器的作用是把光源发出的光耦合到光纤或光缆中。 光接收机由光检测器组件、放大电路和模拟或数字电接口组成。光检测器组件包括一段光纤（尾纤或光纤跳线）、光纤—光检波器耦合器、光检测器和电流—电压转换器。 光检测器将光信号转化为电流信号。常用的器件有PIN和APD。然后再通过电流—电压转换器，变成电压信号输出。模拟或数字电接口对输出电路其阻抗匹配和信号电平匹配作用。 光纤链路由光纤光缆、光纤连接器、光缆终端盒、光缆线路盒和中继
器等组成。 光纤光缆由石英或塑料光纤、金属包层和外套管组成。光缆线路盒：光缆生产厂家生产的光缆一般为2km一盘，因而，如果光发送与光接收之间的距离超多2km时，每隔2km将需要用光缆线路盒把光缆连接起来。光缆终端盒：主要用于将光缆从户外（或户内）引入到户内（或户外），将光缆中的光纤从光缆中分出来，一般放置在光设备机房内。光纤连接器：主要用于将光发送机（或光接收机）与光缆终端盒分出来的光纤连接起来，即连接光纤跳线与光缆中的光纤。 3．假设数字通信系统能够在高达1%的载波频率的比特率下工作，试问在5GHz的微波载波和 1.55μm的光载波上能传输多少路64kb/s的音频信道？ 解：根据题意，求得在5GHz的微波载波下，数字通信系统的比特率为50Mb/s，则能传输781路64kb/s的音频信道。 根据题意，求得在 1.55μm的光载波下，数字通信系统的比特率为1.935Gb/s，则能传输30241935路64kb/s的音频信道。 4．SDH体制有什么优点？ 答：（1）SDH传输系统在国际上有统一的帧结构，数字传输标准速率和标准的光路接口，使网管系统互通，因此有很好的横向兼容性，它能与现有的准同步数字体制（PDH）完全兼容，并容纳各种新的业务信号，形成了全球统一的数字传输体制标准，提高了网络的可靠性； （2）SDH接入系统的不同等级的码流在帧结构净负荷区内的排列非常有规律，而净负荷与网络是同步的，它利用软件能将高速信号一次直接分插出低速支路信号，实现了一次复用的特性，克服了PDH准同步复用方
思考题参考答案 1、SDH帧由哪几部分组成？SDH有哪些显著特点？ 答：SDH帧由净负荷，管理单元指针和段开销三部分组成。 SDH主要优点有：高度标准化的光接口规范、较好的兼容性、灵活的分插功能、强大的网络管理能力和强大的自愈功能。其缺点有：频带利用率不如PDH高、设备复杂性增加、网管系统的安全性能要求高。 2、根据帧结构，计算STM-1、STM-4的标称速率。 解：STM-1的标称速率： 一帧的比特数：9×270×8＝19440（比特），传送一帧所用时间为125μs，故标称速率为：19440/(125×10－6)＝155520（kb/s）。 STM-4的标称速率： STM-4帧为9行，270×4列，传送一帧所用时间为125μs。可以看出STM-4的列数是STM－1的4倍，其余都一样，所以：STM－4的标称速率为：155520×4＝622080（kb/s） 3、STM-N帧长、帧频、周期各为多少？帧中每个字节提供的通道速率是多少？ 答：STM-N帧长为9×270N×8比特，帧频8000帧/秒，周期为125μs。 帧中每个字节提供的通道速率为：8比特/帧×8000帧/秒＝64kb/s。 4、段开销分几部分？每部分在帧中的位置如何？作用是什么？ 答：段开销分为再生段开销和复用段开销两部分。 再生段开销位于STM-N帧中的1~3行的1~9×N列，用于帧定位，再生段的监控、维护和管理。 复用段开销分布在STM-N帧中的5~9行的1~9×N列，用于复用段的监控、维护和管理。 5、管理单元指针位于帧中什么位置？其作用是什么？ 答：管理单元指针存放在帧的第4行的1~9×N列，用来指示信息净负荷的第一个字节在STN-N帧内的准确位置，以便正确地分出所需的信息。 6、简述2.048Mbit/s信号到STM-1的映射复用过程。 答：2.048Mbit/s信号经过C-12、VC-12、TU-12、TUG-2、TUG-3、VC-4、AU-4和AUG-1映射复用成STM-1的成帧信号。 7、STM-1最多能接入多少个2Mbit/s信号？多少个34Mbit/s信号？多少个140Mbit/s 信号？ 答：STM-1最多能接入63个2Mbit/s信号，,3个34Mbit/s信号，1个140Mbit/s信号。 8、SDH网采用异步映射方式接入PDH信号时，140Mbit/s、2Mbit/s和34Mbit/s信号接入时各采用何种调整方式？ 答：SDH网采用异步映射方式接入PDH信号时，140 Mbit/s信号以正码速调整方式装
第二章 光纤和光缆 1．光纤是由哪几部分组成的各部分有何作用 答：光纤是由折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层组成的。纤芯和包层是为满足导光的要求；涂覆层的作用是保护光纤不受水汽的侵蚀和机械擦伤，同时增加光纤的柔韧性。 2．光纤是如何分类的阶跃型光纤和渐变型光纤的折射率分布是如何表示的 答：（1）按照截面上折射率分布的不同可以将光纤分为阶跃型光纤和渐变型光纤；按光纤中传输的模式数量，可以将光纤分为多模光纤和单模光纤；按光纤的工作波长可以将光纤分为短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤；按照ITU-T 关于光纤类型的建议，可以将光纤分为光纤（渐变型多模光纤）、光纤（常规单模光纤）、光纤（色散位移光纤）、光纤（截止波长光纤）和（非零色散位移光纤）光纤；按套塑（二次涂覆层）可以将光纤分为松套光纤和紧套光纤。 （2）阶跃型光纤的折射率分布 () 2 1?? ?≥<=a r n a r n r n 渐变型光纤的折射率分布 () 2121? ????≥
全书习题参考答案 第1章概述 1.1 填空题 （1）光导纤维 （2）掺铒光纤放大器(EDFA) 波分复用(WDM) 非零色散光纤(NIDSF) 光电集成(OEIC) （3）0.85μm 1.31μm 1.55μm近红外 （4）光发送机光接收机光纤链路 （5）光纤C=BW×log2(1+SNR)信道带宽 （6）大大 （7）带宽利用系数 （8）可重构性可扩展性透明性兼容性完整性生存性 1.2 解：利用光导纤维传输光波信号的通信方式称为光纤通信。即以光波为载频，以光纤为传输介质的通信方式称为光纤通信。 1.3 解：（1）传输频带宽，通信容量大 （2）传输距离长 （3）抗电磁干扰能力强，无串音 （4）抗腐蚀、耐酸碱 （5）重量轻，安全，易敷设 （6）保密性强 (7) 原料资源丰富 1.4 解：在光纤通信系统中，最基本的三个组成部分是光发送机、光接收机和光纤链路。 光发送机由电接口、驱动电路和光源组件组成。其作用是将电信号转换为光信号，并将生成的光信号注入光纤。 光接收机是由光检测器组件、放大电路和电接口组成。其作用是将光纤送来的光信号还原成原始的电信号。 光纤链路由光纤光缆、光纤光缆线路(接续)盒、光缆终端盒、光纤连接器和中继器等构成。光纤光缆用于传输光波信息。中继器主要用于补偿信号由于长距离传送所损失的能量。光缆线路盒：将光缆连接起来。光缆终端盒：将光缆从户外引入到室内，将光缆中的光纤从光缆中分出来。光纤连接器：连接光纤跳线与光缆中的光纤。 1.5解：“掺铒光纤放大器(EDFA)+波分复用(WDM)+非零色散光纤(NIDSF)+光电集成(OEIC)”正成为国际上光纤通信的主要发展方向。 1.6 解：第一阶段（1966~1976年），实现了短波长（0.85μm）、低速（45或34 Mb/s）多模光纤通信系统，无中继传输距离约10km。 第二阶段（1976~1986年），光纤以多模发展到单模，工作波长以短波（0.85um）发展到长波长，实现了波长为1.31μm、传输速率为140~165Mb/s的单模光纤通信系统，无中继传输距离为50~100km。 第三阶段（1986~1996年），实现了1.55μm色散位移单模光纤通信系统。采用外调制技术，传输速率可达2.5~10Gb/s，无中继传输距离可达100~150km。 第四阶段（1996~2006年），主要研究的是光纤通信新技术，例如，超大容量的波分复用技术和超长距离的光孤子通信技术等。 1.7 解：全光网是指网络中端到端用户节点之间的信号传输与交换全部保持着光的形式，
习题参考答案 1.光纤连接器的作用是什么？ 答：光纤连接器的作用是实现光纤之间活动连接的光无源器件，它还具有将光纤与其它无源器件、光纤与系统和仪表进行活动连接的功能。 2.我国常用的光纤连接器有哪些类型？ 答：我国常用的光纤连接器有FC、SC和ST三种类型连接器。 3.光纤连接器的结构有哪些种类？分析各自的优缺点。 答：光纤连接器的结构主要有套管结构、双锥结构、V形槽结构、球面定心结构和透镜耦合结构。 套管结构设计合理，加工技术能够达到要求的精度，因而得到了广泛应用。双锥结构的精度和一致性都很好，但插针和基座的加工精度要求极高。V形槽结构可以达到较高的精度，但其结构复杂，零件数量多。球面定心结构设计思想巧妙，但零件形状复杂，加工调整难度大。透镜耦合结构降低了对机械加工的精度要求，使耦合更容易实现，但其结构复杂、体积大、调整元件多、接续损耗大。 4.光纤耦合器的作用是什么？ 答：光纤耦合器的作用是将光信号进行分路、合路、插入、分配。 5.光纤耦合器常用的特性参数有哪些？如何定义这些参数。 答：光纤耦合器常用的特性参数主要有：插入损耗、附加损耗、分光比、方向性、均匀性、偏振相关损耗、隔离度等。 插入损耗定义为指定输出端口的光功率相对全部输入光功率的减少值。 附加损耗定义为所有输出端口的光功率总和相对于全部输入光功率的减小值。 分光比定义为耦合器输出端口的输出功率相对输出总功率的百分比。 方向性定义为在耦合器正常工作时，输入端非注入光端口的输出光功率与总注入光功率的比值。
均匀性定义为在器件的工作带宽范围内，各输出端口输出功率的最大变化量。 偏振相关损耗是指当传输光信号的偏振态发生360 变化时，器件各输出端口输出光功率的最大变化量。 隔离度是指某一光路对其他光路中的信号的隔离能力。 6.简述系统对波分复用器与解复用器要求的异、同点。 答：系统对波分复用器与解复用器共同的要求是：复用信道数量要足够多、插入损耗小、串音衰减大和通带范围宽。波分复用器与波分解复用器的不同在于：解复用器的输出光纤直接与光检测器相连，芯径与数值孔径可以做得大些，因此制造低插入损耗的解复用器并不太难；而复用器的输出光纤必须为传输光纤，不能任意加大芯径和数值孔径，而减小输入光纤的芯径和数值孔径，又会增加光源到输入光纤的耦合损耗，所以复用器的插入损耗一般比较大。 7.光开关的种类有哪些？有哪些新的技术有待开发？ 答：光开关根据驱动方式可分为机械式光开关和非机械式光开关，根据工作原理可分为机械式光开关、液晶光开关、电光式光开关和热光式光开关。 有哪些新的技术有待开发？（随着材料、技术的发展会有不同的答案，建议根据当时的文献进行回答） 8.光隔离器的功能是什么？其主要技术参数是什么？ 答：光隔离器的功能是只允许光波向一个方向传播，而阻止光波向其它方向特别是反方向传播。 主要技术参数有：插入损耗、隔离度。 9.简述光隔离器的组成及各部分的作用。 答：单模光纤隔离器由起偏器、检偏器和法拉第旋转器三部分组成，如图所示： 入射光反射光 起偏器 法拉第 旋转器 检偏器
习题六 1．光接收机中有哪些噪声？ 答：热噪声、散粒噪声和自发辐射噪声。 2．RZ 码和NRZ 码有什么特点？ 答：NRZ （非归零码）：编码1对应有光脉冲，且持续时间为整个比特周期，0对应无光脉冲。RZ （归零码）：编码1对应有光脉冲，且持续时间为整个比特周期的一半，0对应无光脉冲。NRZ 码的优点是占据频宽窄，只是RZ 码的一半；缺点是当出现长连“1”或“0”时，光脉冲没有交替变换，接收时对比特时钟的提取是不利的。RZ 码解决了长连“1”的问题，但长连“0”的问题没解决。 3．通信中常用的线路码型有哪些？ 答：扰码、mBnB 码、插入码和多电平码。 4．光源的外调制都有哪些类型？内调制和外调制各有什么优缺点？ 答：光源的外调制类型有：电折射调制、电吸收MQW 调制、M-Z 型调制。内调制器简单且廉价，这种调制会引起输出光载波的频率啁啾；外调制器可以有更高的速率工作，并且有较小的信号畸变。 5．假定接收机工作于1550nm ，带宽为3GHz ，前置放大器噪声系数为4dB ，接收机负载为100L R =Ω，温度300T K =，量子效率1η=， 1.55/1.24 1.25/R A W ==，1m G =，设计1210BER -=，即7γ≈，试计算接收机的灵敏度。 解：接收机工作于1550nm ，则电离系数比为0.7A k =，1m G =，则散粒噪声系数为 1()(1)(2)0.87A m A m A m F G k G k G =+--≈ 热噪声电流方差为 24B re n e L k T F B R σ=（带数据自己计算） 接收机灵敏度为 ()re R e A m m P eB F G R G σγγ??=+???? （带数据自己计算） 6．在考虑热噪声和散粒噪声的情况下，设APD 的()x A m m F G G =，(0,1)x ∈，推导APD 的m G 的最佳值opt G ， 此时APD 接收机的SNR 最大。 解：光接收机输出端的信噪比定义为： SNR =光电流信号功率/（光检测器噪声功率+放大器噪声功率） 光检测器的噪声功率表示为 224()m A m R e eG F G RP B σ=散粒 其中()A m F G 是APD 的散粒噪声系数，下标A 表示APD 的意思，m G 是APD 的倍增因子（系数），R 是相 应度，R P 是灵敏度，e B 是接收机电带宽。 假设放大器的输入阻抗远大于负载电阻L R ，所以放大器电路的热噪声远小于L R 的热噪声，那么光检 测器负载电阻的均方热噪声电流为 24B RE n e L k T F B R σ= 其中n F 是放大器的噪声因子（系数），B k 是波尔兹曼常数，T 是温度。 放大器输入端的信号功率为22p m i G ，其中2p i 是信号功率，p i 是用PIN 检测到的信号电流。或把输入 放大器的信号功率表示为2()m R G RP ，其中R P 是输入到PIN 的功率。 得到放大器输入端的信噪比为
光纤通信第二版课后答案顾畹仪 【篇一：光纤通信系统中常用的调制方法】 txt> 一．光纤通信概况 1. 发展 1966 年，美籍华人高锟(c.k.kao) 和霍克哈姆(c.a.hockham) 发表论 文，预见了低损耗的光纤能够用于通信，敲开了光纤通信的大门， 引起了人们的重视。1970 年，美国康宁公司首次研制成功损耗为 20db ／km 的光纤，光纤通信时代由此开始。由于光纤通信具有损 耗低、传输频带宽、容量大、体积小、重量轻、抗电磁干扰、不易 串音等优点，备受业内人士青睐，发展非常迅速。光纤通信系统的 传输容量从1980 年到2000 年增加了近一万倍，传输速度在过去的 10 年中大约提高了100 倍。 2. 基本组成 光纤通信系统是以光为载波，利用纯度极高的玻璃拉制成极细的光 导纤维作为传输媒介，通过光电变换，用光来传输信息的通信系统。 最基本的光纤通信系统由光发射机、光纤线路和光接收机组成，具 体如下图所示 二．光调制与解调 1. 基本概念 类似于电通信中对高频载波的调制与解调，在光通信中叶对光信号 进行调制与解调。不管是模拟系统还是数字系统，输入到光发射机 带有信息的电信号，都通过调制转换为光信号。光载波经过光纤线 路传输到接收端，再由接收机通过解调把光信号转换为电信号。 2. 常用的调制方式 根据调制和光源的关系，光调制可分为直接调制和间接调制两类。 直接调制方法是把要传送的信息转变为电信号注入ld 或led ，从而获得相应的光信号，是采用电源调制的方法。 间接调制是利用晶体的光电效应、磁光效应、声光效应等性质来实 现对激光辐射的调制，有电光调制、磁光调制、声光调制、电吸收 效应和共振吸收效应等。本文将详细介绍现在常用的是电光调制和 声光调制两种。 三、调制方式的详细介绍 1.直接调制 （1）调制原理
1．光放大器包括哪些种类？简述它们得原理与特点。EDFA有哪些优点？ 答：光放大器包括半导体光放大器、光纤放大器（由可分为非线性光纤放大器与掺杂光纤放大器）。 1）半导体光放大器 它就是根据半导体激光器得工作原理制成得光放大器。将半导体激光器两端得反射腔去除，就成为没有反馈得半导体行波放大器。它能适合不同波长得光放大，缺点就是耦合损耗大，增益受偏振影响大，噪声及串扰大。 2）光纤放大器 （1）非线性光纤放大器 强光信号在光纤中传输，会与光纤介质作用产生非线性效应，非线性光纤放大器就就是利用这些非线性效应制作而成。包括受激拉曼放大器（SRA）与受激布里渊放大器（SBA）两种。 （2）掺杂光纤放大器（常见得有掺铒与掺镨光纤放大器） 在泵浦光作用下，掺杂光纤中出现粒子数反转分布，产生受激辐射，从而使光信号得到放大。 EDFA优点：高增益、宽带宽、低噪声及放大波长正好就是在光纤得最低损耗窗口等。 2．EDFA得泵浦方式有哪些？各有什么优缺点？ 答：EDFA得三种泵浦形式：同向泵浦、反向泵浦与双向泵浦。同向泵浦：信号光与泵浦光经WDM复用器合在一起同向输入到掺铒光纤中，在掺铒光纤中同向传输；反向泵浦：信号光与泵浦在掺铒光纤中反向传输；双向泵浦：在掺铒光纤得两端各有泵浦光相向输入到掺铒光纤中。
同向泵浦增益最低，而反向泵浦比同向泵浦可以提高增益3dB~5dB 。这就是因为在输出端得泵浦光比较强可以更多地转化为信号光。而双向泵浦又比反向泵浦输出信号提高约3dB ，这就是因为双向泵浦得泵功率也提高了3dB 。其次，从噪声特性来瞧，由于输出功率加大将导致粒子反转数得下降，因此在未饱与区，同向泵浦式EDFA 得噪声系数最小，但在饱与区，情况将发生变化。不管掺铒光纤得长度如何，同向泵浦得噪声系数均较小。最后，考虑三种泵浦方式得饱与输出特性。同向 EDFA 得饱与输出最小。双向泵浦 EDFA 得输出功率最大，并且放大器性能与输出信号方向无关，但耦合损耗较大，并增加了一个泵浦，使成本上升。3．一个EDFA 功率放大器，波长为1542nm 得输入信号功率为2dBm ，得到得输出功率为27out P dBm ，求放大器得增益。解：G= 10log 10（P out /P in ）= 10log 10P out -10log 10P in =27-2=25dB 4．简述FBA 与FRA 间得区别。为什么在FBA 中信号与泵浦光必须反向传输？ 答：FBA 与FRA 间得区别： 1、FRA 就是同向泵浦，FBA 就是反向泵浦； 2、FRA 产生得就是光学声子，FBR 产生得就是声学声子， 3、FRA 比FBA 得阈值功率大； 4、FRA 比FBA 得增益带宽大。 在SBA 中，泵浦光在光纤得布里渊散射下，产生低频得斯托克斯光，方向与泵浦光传播方向相反。如果这个斯托克斯光与信号光同频、同相，那么信号光得到加强。故要使信号光得到放大，信号光应与泵浦光方向相反。
第4章无源光器件 1.光纤的连接损耗有哪些？如何降低连接损耗？ 解：连接损耗可分为外部损耗和内部损耗。 外部损耗主要有轴向位移、连接间隔、倾斜位移、截面不平整。 内部损耗主要是由于光纤的波导特性和几何特性差异导致的损耗，包括纤芯的直径、纤芯区域的椭圆度、光纤的数值孔径、折射率剖面等。 采用较好的连接方法，改善连接器的性能。 2.试用2×2耦合器构成一个8×8空分开关阵列，画出连接图和输入输出端口信号间流向， 计算所需开关数。 解： 需开关数12个。 3.讨论图5.22所示平面阵列波导光栅的设计思想和方法。 解：设计思想：将同一输入信号分成若干路分别经历不同的相移后又将它们合在一起输出； 设计方法：将N个输入波导和N个输出波导，二个聚焦平面波导（星型耦合器）和通道阵列波导，集成在单一衬底上。使得输入／输出波导的位置和阵列波导的位置满足罗兰圆规则。 4.简述光耦合器和WDM分波器有什么不同。 解：在宽带光纤耦合器中，通常通过改变熔融拉锥工艺，使耦合器输出端口的分光比不受波长的影响。相反，在WDM器件中则改变熔融拉锥工艺，使分光比随波长急剧变化。 5.光滤波器有哪些种类，滤波器应用在什么场合？ 解：光滤波器主要有F-P腔滤波器、M-Z干涉滤波器、阵列波导光栅滤波器、声光可调滤波器，光纤光栅滤波器。 光滤波器用于滤出特定波长的光信号。 6.光开关有哪些性能参数，在光纤通信中有什么作用？ 解：光开关的性能参数主要有开关时间、通断消光比、插入损耗、串扰、偏振依赖损耗； 光开关在光纤通信技术中作光路切换之用，如系统的主备切换等。它是光交换的关键器件，在光网络中有许多应用场合。
7.简述F-P腔可调谐滤波器的工作原理。 解：F-P腔型滤波器的主体是F-P谐振腔，是由一对高度平行的高反射率镜面构成的腔体，当入射光波的波长为腔长的整数倍时光波可形成稳定振荡，输出光波之间会产生多光束干涉，最后输出等间隔的梳状波形。通过改变腔长L或腔内的折射率n来改变滤波器的中心波长。 8.讨论光纤光栅在光通信中的应用。 解：光纤光栅的应用范围有光纤激光器、WDM合/分波器、超高速系统中的色散补偿器、固定或可调滤波器、光纤放大器、光纤光栅全光分插复用器等。 9.NLOM是否可作光开关？ 解：可以。改变环的长度或光波的波长，使来自传输光纤的光波与绕环后的光波之间产生相移，两者之间产生相长和相消，达到开和关的作用。
1-1光纤通信的优缺点各是什么 答与传统的金属电缆通信、微波无线电通信相比，光纤通信具有如下优点：(1) 通信容量大．首先，光载波的中心频率很高，约为2 X10^14Hz ，最大可用带宽一般取载波频率的10 %，则容许的最大信号带宽为20 000 GHz( 20 THz ) ；如果微波的载波频率选择为20 GHz ，相应的最大可用带宽为2 GHz。两者相差10000 倍．其次，单模光纤的色散几乎为零，其带宽距离（乘）积可达几十GHz· km ；采用波分复用（多载波传输）技术还可使传输容量增加几十倍至上百倍．目前，单波长的典型传输速率是10 Gb ／s。，一个采用128 个波长的波分复用系统的传输速率就是1 . 28 Tb / s . ( 2 ）中继距离长。中继距离受光纤损耗限制和色散限制，单模光纤的传输损耗可小千0 . 2 dB / km ，色散接近于零． ( 3 ）抗电磁干扰．光纤由电绝缘的石英材料制成，因而光纤通信线路不受普通电磁场的干扰，包括闪电、火花、电力线、无线电波的千扰．同时光纤也不会对工作于无线电波波段的通信、雷达等设备产生干扰。这使光纤通信系统具有良好的电磁兼容性。 ( 4 ）传输误码率极低。光信号在光纤中传输的损耗和波形的畸变均很小，而且稳定，．噪声主要来源于t 子噪声及光检测器后面的电阻热噪声和前置放大器的噪声．只要设计适当，在中继距离内传输的误码率可达10^-9甚至更低。 此外，光纤通信系统还具有适应能力强、保密性好以及使用寿命长等特点。当然光纤通信系统也存在一些不足： ( 1 ）有些光器件（如激光器、光纤放大器）比较昂贵。 ( 2 ）光纤的机械强度差，为了提高强度，实际使用时要构成包声多条光纤的光缆，光统中要有加强件和保护套。 ( 3 ）不能传送电力．有时需要为远处的接口或再生的设备提供电能，光纤显然不能胜任。为了传送电能，在光缆系统中还必须额外使用金属导线． （4）光纤断裂后的维修比较困难，需要专用工具。 1-2 光纤通信系统由哪几部分组成简述各部分作用。 答光纤通信系统由发射机、接收机和光纤线路三个部分组成（参看图 1 . 4 ）。发射机又分为电发射机和光发射机。相应地，接收机也分为光接收机和电接收机。电发射机的作又分为电发射机和光发射机。电发射机的作用是将信（息）源输出的基带电信号变换为适合于信道传输的电信号，包括多路复接、码型变换等，光发射机的作用是把输入电信号转换为光信号，并用藕合技术把光信号最大限度地注人光纤线路．光发射机由光源、驱动器、调制器组成，光源是光发射机的核心。光发射机的性能基本取决于光源的特性；光源的输出是光的载波信号，调制器让携带信息的电信号去改变光载波的某一参数（如光的强度）．光纤线路把来自于光发射机的光信，能小的畸变（失真）和衰减传输到光接收机．光纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。光纤是光纤线路的主体，接失和连接器是不可缺少的器件．光接收机把从光线路输出的产生畸变和衰减的微弱光信号还原为电信号．光接收机的功能主要由光检测器完成，光检测器是光接收机的核心。电接收机的作用一是放大，二是完成与电发射机换，包括码型反变换和多路分接等． 1-3 假设数字通信系统能够在高达1 ％的载波频率的比特率下工作，试问在5GHz的微波载波和 um 的光载波上能传输多少路64 kb / s 的话路？ 解在5GHz微波载波上能传输的64kb/s的话路数 K=(5*10^9*1%)/(64*10^3)≈781(路) ) 在的光载波上能传输的64kb/s的话路数 K=（（3*10^8）/*10^-6)）/(64*10^-3)=*10^7（路）1-4 简述未来光网络的发展趁势及关键技术。 答未来光网络发展趁于智能化、全光化。其关健技术包括：长波长激光器、低损耗单模光
读书破万卷下笔如有神 《光纤通信》人民邮电出版社课后答案 第一章基本理论 1、阶跃型折射率光纤的单模传输原理是什么？答：当归一化频率V 小于二阶模LP归一化截11止频率，即0＜V＜2.40483时，此时管线中只有一种传输模式，即单模传输。 2、管线的损耗和色散对光纤通信系统有哪些影响？答：在光纤通信系统中，光纤损耗是限制无中继通信距离的重要因素之一，在很大程度上决定着传输系统的中继距离；光纤的色散引起传输信号的畸变，使通信质量下降，从而限制了通信容量和通信距离。 3、光纤中有哪几种色散？解释其含义。答：（1）模式色散：在多模光纤中存在许多传输模式，不同模式沿光纤轴向的传输速度也不同，到达接收端所用的时间不同，而产生了模式色散。（2）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随波长的变化而变化，由此引起的色散称为材料色散。（3）波导色散：统一模式的相位常数随波长而变化，即群速度随波长而变化，由此引起的色散称为波导色散。 5、光纤非线性效应对光纤通信系统有什么影响？答：光纤中的非线性效应对于光纤通信系统有正反两方面的作用，一方面可引起传输信号的附加损耗，波分复用系统中信道之间的串话以及信号载波的移动等，另一方面又可以被利用来开发如放大器、调制器等新型器件。 6、单模光纤有哪几类？答：单模光纤分为四类：非色散位移单模光
纤、色散位移单模光纤、截止波长位移单模光纤、非零色散位移单模光纤。 12、光缆由哪几部分组成？答：加强件、缆芯、外护层。 *、光纤优点：巨大带宽（200THz）、传输损耗小、体积小重量轻、抗电磁干扰、节约金属。 *、光纤损耗：光纤对光波产生的衰减作用。 引起光纤损耗的因素：本征损耗、制造损耗、附加损耗。 *、光纤色散：由于光纤所传输的信号是由不同频率成分和不同模式成分所携带的，不同频率成分和不同模式成分的传输速度不同，导致信号的畸变。 引起光纤色散的因素：光信号不是单色光、光纤对于光信号的色散作用。 、波导色散（同模式，相位常、材料色散（折射率）：模式色散（同波长不同模式）色散种类 读书破万卷下笔如有神 数）。 *、单模光纤：指在给定的工作波长上只传输单一基模的光纤。 第二章光源和光发射机 1、光与物质间的作用有哪三种基本过程？它们各自的特点是什么？答：（1）自发辐射：处于高能级电子的自发行为，与是否存在外界激励作用无关；自发辐射可以发生在一系列的能级之间，用此材料的发射光谱范围很宽；即使跃迁过程满足相同能级差，它们也是独立的、随机的辐射，产生的光子能量相同而彼此无关，各列光波可以有不同