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 ）；
第4章第3节作业 1、图示光接收机的噪声及其分布，并说明各自噪声的概念。 答： ⊿量子噪声 量子噪声(或散弹噪声)来自单位时间内到达光检测器上信号光子数的随机性，因此它与信号电平有关。在采用APD作光检测器时，倍增过程的统计特征产生附加的散弹噪声，它随倍增增益而增加。 ⊿暗电流噪声 当没有光信号照射光检测器时，外界的一些杂散光或热运动亦会产生一些电子—空穴对，光检测器还会产生一些电流，这种残留电流称为暗电流Id，暗电流也要产生散粒噪声。 ⊿漏电流噪声 光检测器表面物理状态不完善和加有偏置电压，也会引起很小的漏电流噪声，但这种噪声并非本征性噪声，可通过光检测器的合理设计，良好的结构和严格的工艺降低。 ⊿热噪声 热噪声是在有限温度下，导电媒质内自由电子和振动离子间热相互作用
引起的一种随机脉动。 一个电阻中的这种随机脉动，即使没有外加电压也表现为一种电流波动。在光接收机中，前端负载电阻中产生的这种电流波动将叠加到光检测器产生的光电流中。 ⊿ 放大器噪声 前端的前置放大器要增加噪声，而且其影响远远超过后级元器件产生的噪声。 2、写出PIN 光接收机与APD 光接收机的信噪比表达式，分析在何种条件下何种光接收机信噪比占优势。 解：（1）PIN 信噪比与噪声的关系 ()2 42p PIN n e P d e L I S R kTF B e I I B R =++2 2 0042n e e L R P kTF B eR PB R =+ 散粒噪声限制下： 2 22 000222P PIN P e e e R P I S R eI B eR PB R P eB == = （SNR 随入射功率线性增加，且只与量子效率、光子能量和接收机带宽有关） 热噪声限制下： 2 2 220044L PIN n e n e L R P R P R S R kTF B kTF B R == （显示SNR 随入射功率平方倍变化，增加负载电阻可以提高信噪比） （2）APD 信噪比与噪声的关系
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? ????≥
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；
CCD图像传感器 CCD（Charge Coupled Device）全称为电荷耦合器件，是70年代发展起来的新型半导体器件。它是在MOS集成电路技术基础上发展起来的，为半导体技术应用开拓了新的领域。它具有光电转换、信息存贮和传输等功能，具有集成度高、功耗小、结构简单、寿命长、性能稳定等优点，故在固体图像传感器、信息存贮和处理等方面得到了广泛的应用。CCD图像传感器能实现信息的获取、转换和视觉功能的扩展，能给出直观、真实、多层次的内容丰富的可视图像信息，被广泛应用于军事、天文、医疗、广播、电视、传真通信以及工业检测和自动控制系统。实验室用的数码相机、光学多道分析器等仪器，都用了CCD 作图象探测元件。 一个完整的CCD器件由光敏单元、转移栅、移位寄存器及一些辅助输入、输出电路组成。CCD工作时，在设定的积分时间内由光敏单元对光信号进行取样，将光的强弱转换为各光敏单元的电荷多少。取样结束后各光敏元电荷由转移栅转移到移位寄存器的相应单元中。移位寄存器在驱动时钟的作用下，将信号电荷顺次转移到输出端。将输出信号接到示波器、图象显示器或其它信号存储、处理设备中，就可对信号再现或进行存储处理。由于CCD光敏元可做得很小（约10um），所以它的图象分辨率很高。 一．CCD的MOS结构及存贮电荷原理 CCD的基本单元是MOS电容器，这种电容器能存贮电荷，其结构如图1所示。以P型硅为例，在P型硅衬底上通过氧化在表面形成SiO2层，然后在SiO2上淀积一层金属为栅极，P型硅里的多数载流子是带正电荷的空穴，少数载流子是带负电荷的电子，当金属电极上施加正电压时，其电场能够透过SiO2绝缘层对这些载流子进行排斥或吸引。于是带正电的空穴被排斥到远离电极处，剩下的带负电的少数载流子在紧靠SiO2层形成负电荷层（耗尽层），电子一旦进入由于电场作用就不能复出，故又称为电子势阱。 当器件受到光照时（光可从各电极的缝隙间经过SiO2层射入，或经衬底的薄P型硅射入），光子的能量被半导体吸收，产生电子-空穴对，这时出现的电子被吸引存贮在势阱中，这些电子是可以传导的。光越强，势阱中收集的电子越多，光弱则反之，这样就把光的强弱变成电荷的数量，实现了光与电的转换，而势阱中收集的电子处于存贮状态，即使停止光照一定时间内也不会损失，这就实现了对光照的记忆。
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。
一、填空题（20分) 1、目前光纤通信所用光波得光波波长范围为:0、８～1、8μm,属于电磁波谱中得近红外区。 2、光纤得典型结构就是多层同轴圆柱体，它由、与三部分组成. 3、光纤通信中常用得三个低损耗窗口得中心波长就是: , ，；最低损耗窗口得中心波长就是在: 。 4、光纤得色散分为色散色散与色散。 5、光与物质得粒子体系得相互作用主要有三个过程就是：，，；产生激光得最主要过程就是: 。６、光源得作用就是将变换为；光检测器得作用就是将转换为. 二、单项选择题(15分） 1光纤通信指得就是：［Ｂ] A以电波作载波、以光纤为传输媒介得通信方式； B 以光波作载波、以光纤为传输媒介得通信方式; C 以光波作载波、以电缆为传输媒介得通信方式; D 以激光作载波、以导线为传输媒介得通信方式。 2 光纤单模传输条件，归一化频率V应满足：［Ｂ］ -－－-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:[Ｃ］ A 光功率无法传输； B 光功率得菲涅耳反射; Ｃ光功率得散射损耗； D 光功率得一部分散射损耗，或以反射波形式返回发送端。 4 在激光器中，光得放大就是通过：［Ｃ] A 光学谐振腔来实现; B 泵浦光源来实现； C粒子数反转分布得激活物质来实现; D 外加直流来实现. ５掺铒光纤得激光特性：［B] A主要由起主介质作用得石英光纤决定; B 主要由掺铒元素决定; C 主要由泵浦光源决定; D 主要由入射光得工作波长决定. 三、（15分)如图所示,用射线理论分析子午光线在阶跃光纤中得传输原理.
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
一、填空题（40分，每空1分） 1、光纤通信是光纤为传输媒质。以光波为载波的通信方式。 2、无源器件主要有光纤连接器、波分复用器、光调制器、光隔离器、光耦合器和光衰减器、光开关等。 3、单模光纤纤芯直径一般为 8~10um ，多模光纤纤芯直径为 50~80 um ，光纤包层直径一般为 125 um 。 4、光缆结构包括缆芯、铠装和护套。常用光缆有层绞式、骨架式、中心管式、带状式等结构。 5、光纤主要的传输特性是损耗和色散。 7、在光纤通信系统中，对光源的调制可分外调制和内调制两类。 8、掺铒光纤放大器应用方式有中继放大器、前置放大器和 后置放大器。 10、EDFA的泵浦结构方式有：a. 同向泵浦；b. ___反向泵浦____结构；c.双向泵浦结构。 11、SDH的主要复用步骤是映射、定位和复用。 12、光中继器实现方式有光-电-光形式中继放大器 和光放大器两种 1、为增大光接收机的接收动态范围，应采用（ B ）电路。 A．ATC B．AGC C．APC D．ADC 2、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 4、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 ) 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 5、STM－4每秒可传输的帧数是( D ) A.1000 B.2000 C.4000 D.8000
6、STM-N一帧的字节数是( C )。 A.2709 B.274N9 C.270N9 D.261N9 7、在光纤通信系统中，当需要保证在传输信道光的单向传输时，采用( B )。 A.光衰减器 B.光隔离器 C.光耦合器 D.光纤连接器 8、决定光纤通信中继距离的主要因素是( B ) A.光纤的型号 B.光纤的损耗和色散 C.光发射机的输出功率 D.光接收机的灵敏度 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、将光限制在有包层的光纤纤芯中的作用原理是（ B ） 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 三、简答题（20分） 1、简述掺铒光纤放大器（EDFA）工作原理。（9分） 1、在掺铒光纤（EDF）中，铒离子有三个能级：基态E1、亚稳态E2和激发态E3。 当泵浦光的光子能级等于E3和E1的能量差时，铒离子吸收泵浦光的光能从基态跃迁到激发态，但激发态不稳定，电子很快返回到E2，若输入的信号光的光子能量等于E 2和E1之间能量差，则电子从E2跃迁到E1，产生受激辐射光，故光信号被放大。 2、光纤通信有哪些优点？（6分） 2、①传输衰减小，传输距离长。 ②频带宽，通信容量大。 ③抗电磁干扰，传输质量好。 ④体积小、重量轻、便于施工。 ⑤原材料丰富，节约有色金属，有利于环保 ⑥易碎不易接续。 3、什么叫光纤损耗？造成光纤损耗的原因是什么？（5分） 3、当光在光纤中传输时，随着传输距离的增加，光功率逐渐减小，这种现象即称为光纤的损耗。损耗一般用损耗系数α表示。 （dB/km）（3分） 损耗产生的主要原因是光纤材料的吸收、散射作用和光纤在使用过程中由于连接、弯曲而导致附加光功率损失。（2分）
光纤通信基础复习题 及答案
光纤通信基础复习题 1．光通信的发展大致经历几个阶段？ 光通信的发展大致经历如下三个阶段 可视光通信阶段：我国古代的烽火台，近代战争中的信号弹、信号树，舰船使用的灯塔、灯光信号、旗语等，都属于可视光通信。 大气激光通信阶段：光通信技术的发展应该说始于激光器的诞生。1960年美国人梅曼发明了第一台红宝石激光器，使人们开始对激光大气通信进行研究。激光大气通信是将地球周围的大气层作为传输介质，这一点与可视光通信相同。但是，激光在大气层中传输会被严重的吸收并产生严重的色散作用，而且，还易受天气变化的影响。使得激光大气通信在通信距离、稳定性及可靠性等方面受到限制。 光纤通信阶段：早在1950年，就有人对光在光纤中的传播问题开始了理论研究。1951年发明了医用光导纤维。但是，那时的光纤损耗太大，达到1000 dB/km，即一般的光源在光纤中只能传输几厘米。用于长距离的光纤通信几乎是不可能。1970年，美国康宁公司果然研制出了损耗为20dB/km的光纤，使光纤远距离通信成为可能。自此，光纤通信技术研究开发工作获得长足进步，目前，光纤的损耗已达到0.5dB/km（1.3μm）0.2dB/km（1.55μm）的水平。 2. 光纤通信技术的发展大致经历几个阶段？ 第一阶段（1966～1976）为开发时期. 波长: λ= 0.85um, 光纤种类: 多模石英光纤, 通信速率: 34～45Mb/s, 中继距离: 10km. 第二阶段（1976～1986）为大力发展和推广应用时期. 波长: λ= 1.30um, 光纤种类: 单模石英光纤, 通信速率: 140～565Mb/s,
第四章1节作业 1、光纤通信系统用的光检测器是怎样偏置外加工作电压的？ 答：反向偏置。 足够大的反向偏置电压，目的是使本征区中的载流子完全耗尽，形成高电场耗尽区。使入射到检测器上的光子能量高速度、高效率转换成光生电子。APD 管加上更高反向电压，可以形成雪崩倍增增益。 2、比较PIN 光电检测器与APD 光电检测器，各自有那些特点？ 答：（1）PIN 光电二极管没有倍增，使用简单，工作偏压低(5-10V)，不需要任何控制。 在较大光功率注入下，PIN 接收机噪声性能要比APD 接收机噪声性能（信噪比降低G x 倍）优越。 （2）APD 具有很高的内部倍增因子（通过合理设计，可以使APD 工作在最佳倍增状态），这样接收灵敏度比PIN 光检测器高。 但由于APD 需要较高的工作偏压（200V ）以及其倍增特性受温度的影响较严重因此使用起来也比较复杂，需要AGC 电路对APD 的工作偏压进行精细控制，在要求较高的数字光接收机中，还必须对APD 采取温度补偿措施。 在较小光功率注入下，APD 接收机噪声性能（信噪比提高G 2 倍）要比PIN 接收机噪声性能优越。 3、光电检测器转换能力的物理量有哪些？写出其表达式。 答：量子效率η和响应度R 0 0000//(/) 1.24P P P I e I hc P hf P e I e R A W P hc m ηλ ληληλμ=====注意：以为单位 4、现有1011个光子／秒，光子能量为1.28×10-19J ，入射到一个理想的光电二极管上，计算： (a)入射光波长； (b)输出光电流大小； (c)若这是一个APD ，其G=18，计算光电流。 解：
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 /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________。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
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
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
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
光纤通信试题及答案 光纤通信试题及答案(一) 一、填空(每空1分，共20分) 1、光纤传输窗口的三个低损耗窗口是__________、_____________和_____________。 2、光与物质的粒子体系的相互作用主要有三个过程是：_____________、_______________、____________;产生激光的主要过程是：___________________________________________。 3、石英玻璃的n=1.458，则光在石英玻璃中的传播速度是____________________m/s。 4、表示光纤捕捉光射线能力的物理量被定义为光纤的____________，用__________来表示。 5、分析光纤传输特性的理论有___________________理论，_________________理论两种。 6、光源的作用______________变换为______________;光检测器的作用是将_____________转换为______________。 7、光纤通信系统中所用到的器件可以分为有源器件和________________。 8、对光信号实现分路、和路、插入和分配的无源器件叫_______________________________。
9、SDH网有一套标准化的信息等级结构称为_____________________。 10、某数字光接收机的灵敏度为100uW，其dBm值为_______________________ 二、选择(每题2分，共10分) 1、光纤通信指的是( ) 以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式; 以光波做载波、以光纤为传输媒介的通信方式; 以光波做载波、以电缆为传输媒介的通信方式; 以激光做载波、以导线为传输媒介的通信方式; 2、光检测器的发光机理是( ) 受激吸收 B、自发吸收 C、自发辐射 D、受激辐射 3、下列色散不存在于单模光纤中的色散类型是( ) 材料色散 B、波导色散 C、多模色散 D、偏振色散 4、一个光纤放大器，其输入光功率为10mW，输出光功率为100mW，则其增益为( ) A、10dB B、20dB C、30dB D、40dB 5、EDFA在做光中继器使用时，其主要作用是( ) 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 三、简答(每题8分，共32分) 1 直接检测的数字光接收机由哪几个部分组成?简述各
第4xx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：
第6章光纤通信系统的设计 在前面几章中，我们已经学习了光纤通信系统中基本元器件的功能，从光源、光检测器、光放大器等有源器件到连接器、隔离器等无源器件。在这章里我们将讨论如何将这些器件通过光纤组合形成具有完整通信功能的系统。光纤通信系统就其拓扑而言是多种多样的，有星形结构、环形结构、总线结构和树形结构等，其中最简单是点到点传输结构。从应用的技术来看，分光同步传输网、光纤用户网、复用技术、高速光纤通信系统、光孤子通信和光纤通信在计算机网络中的应用等等。从其地位来分，又有骨干网、城域网、局域网等。不同的应用环境和传输体系，对光纤通信系统设计的要求是不一样的，这里我们只研究简单系统的设计，即点到点传输的光纤通信系统。内容包括设计原则、数字和模拟通信系统的设计，最后给出了设计实例，以期读者对光纤通信方面的知识有一全面了解。 6.1 设计原则 6.1.1 工程设计与系统设计 光纤通信系统的设计包括两方面的内容：工程设计和系统设计。 工程设计的主要任务是工程建设中的详细经费概预算，设备、线路的具体工程安装细节。主要内容包括对近期及远期通信业务量的预测；光缆线路路由的选择及确定；光缆线路敷设方式的选择；光缆接续及接头保护措施；光缆线路的防护要求；中继站站址的选择以及建筑方式；光缆线路施工中的注意事项。设计过程大致可分为：项目的提出和可行性研究；设计任务书的下达；工程技术人员的现场勘察；初步设计；施工图设计；设计文件的会审；对施工现场的技术指导及对客户的回访等。 系统设计的任务遵循建议规范，采用较为先进成熟的技术，综合考虑系统经济成本，合理选用器件和设备，明确系统的全部技术参数，完成实用系统的合成。 6.1.2系统设计的内容 光纤通信系统的设计涉及到许多相互关联的变量，如光纤、光源和光检测器的工作特性、系统结构和传输体制等。 例如，目前在骨干网和城域网中普遍选择同步数字序列SDH(Synchronous Digital Hierarchy)作为系统制式，在设计SDH体制的光纤通信系统时，首先要掌握其标准和规范，SDH的传输速率分为STM-1(155.52Mb/s)、STM-4(622.08Mb/s)、STM-16(2.5Gb/s)和STM-64(10Gb/s)等四个级别。ITU-T对每个级别（STM-64正在研究中）所使用的工作波长范围、光纤通道特性、光发射机和接收机的特性都作了规定，并对其应用给出了分类代码，表6.1给出了STM-1标准光接口的主要指标，其中应用分类代码中的符号I表示距离不超过2km的局内应用，S表示距离在15km的局间短距离应用，L表示距离在40～80km的局间长距离应用，符号后的数字表示STM的速率等级和工作波长（1310nm）。 又例，对于局域网(LAN)的设计，IEEE、TIA/EIA等组织也有相关的标准，见表6.2，对数据速率、波长作了规定。表6.3表示了波长范围以及相应技术的要求。对于数据速率为10Mbit/s或100Mbit/s的LAN系统，其光缆的长度可以查阅IEEE802.3u和TIA/EIA568A标准。表6.4为其建议的最大光缆长度。 虽然光纤通信系统的形式多样，但在设计时，不管是否有有成熟的标准可循，以下几点是必须考虑的：①传输距离。②数据速率或信道带宽。③误码率（数字系统）或载噪比和非线性失真（模拟系统）。在作过相关的分析后，我们要决定：是采用多模光纤还是单模光纤，并涉及到纤芯尺寸、折射率剖面、带宽或色散、损耗、数值孔径或模场直径等参数的选取；是采用LED还是LD光源，涉及到波长、谱线宽度、输出功率、有效辐射区、发射方向图、发射模式数量等指标的确定；是采用PIN还是APD接收器，它涉及到响应度、工作波长、