下载文档原格式
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。
1) 为了得到较高的信噪比，对光接收机中的前置放大器的要求是______。
A. 高增益B. 低噪声C. 低增益、低噪声D. 高增益、低噪声2) 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，这时输出的光为______，这个电流称为______电流。
A. 自发辐射光，阈值B. 自发辐射光，阀值C. 激光，阈值D. 激光，阀值3) SDH线路码型一律采用______。
A. HDB3码B. AIM码C. NRZ码D. NRZ码加扰码4) 在SiO2单模光纤中，材料色散与波导色散互相抵消，总色散等于零时的光波长是______。
A. 0.85 μmB. 1.05 μmC. 1.27 μmD. 1.31 μm5) 在阶跃型光纤中，导波的传输条件为______。
A. V＞0B. V＞VcC. V＞2.40483D. V＜Vc6) DFA光纤放大器作为光中继器使用时，其主要作用是______。
A. 使信号放大并再生B. 使信号再生C. 使信号放大D. 降低信号的噪声7) 目前，掺铒光纤放大器的小信号增益最高可达______。
A. 40 dB左右B. 30 dB左右C. 20 dB左右D. 10 dB左右8) 对于2.048 Mb/s的数字信号，1 UI的抖动对应的时间为______。
A. 488 nsB. 2048 nsC. 488 μsD. 2048 μs9) 通常,影响光接收机灵敏度的主要因素是______。
A. 光纤色散B. 噪声C. 光纤衰减D. 光缆线路长度10) 在薄膜波导中，导波的基模是______。
A. TE0B. TM0C. TE1D. TM12. 写出下列缩写的中文全称（共10分，每题1分）1)GVD (群速度色散)2)STS (同步转移信号)3)ISDN (综合业务数字网)4)AWG (阵列波导光栅)5)OC (光载波)6)WGA (波导光栅路由器)7)GIOF (渐变折射率分布)8)OTDM (光时分复用)9)SCM副载波调制（SCM，Subcarrier modulation）。
1.1.光纤通信：以光波为载频，以光纤为传播媒介的通信方式。
2.工作区域：近红外区，波长0.8～1.8μm ，对应的频率为167～375THz 。
3.光纤通信的优点：传输频带宽，通信容量大；损耗低，中继距离远；抗电磁干扰能力强，无串话；保密性好；光纤细，光缆轻；资源丰富，节约有色金属和能源；经济效益好；抗腐蚀、不怕潮湿。
4.光纤通信系统结构图及各部分作用：电端机对来自信源的信号进行处理，如模/数变换、多路复用处理。
光发送机吧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。
光纤光缆把来自光发送机的光信号以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机。
2.1光纤结构：折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层。
2.光纤的分类及每类光纤的特点：按光纤中传输的模式数量，分为多模光纤（芯径大，容易注入光功率，可以使用LED 作为光源。
但存在模间色散，只能用于短距离传输）和单模光纤（单模光纤只能传输基模，它不存在模间时延差，色散小，这对于高码速长途传输是非常重要的。
但是芯径小，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LD 激励）。
按光纤截面上折射率分布，阶跃型（光纤纤芯及包层的折射率都为一常数，为满足全反射条件，纤芯的折射率高于包层的）和渐变型（减少了模式色散，提高光纤带宽，增加传输距离）。
按ITU-T 建议分类，G.652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。
G.653：零色散点从1310 nm 移至1550 nm ，同时1550 nm 处损耗最低。
G.654：纤芯纯石英制造，在1550 nm 处衰减最小(仅0.185dB/km)，用于长距离海底传输。
G.655：引入微量色散抑制光纤非线性，适于长途传输。
3.制造光纤的两种方法：直接熔化法、汽相氧化法。
4.光纤的两种传输原理方法：波动理论法，射线法。
5.光纤的光学特性：光纤的光学特性有折射率分布、最大入射角、最大理论数值孔径、模场直径及截止波长等。
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。
试题3•、填空题（40分，每空1分）1、光纤通信是为传输媒质。
以—为载波的通信方式。
光纤的工作波长为、和O2、无源器件主要有—、—、—、—、和、光开关等。
3、单模光纤纤芯直径一•般为 ,多模光纤纤芯直径为，光纤包层直径一般为。
4、光缆结构包括、和o常用光缆有、、、等结构。
5、光纤主要的传输特性是和o6、光纤接续的主要方法有和o7、在光纤通信系统中，对光源的调制可分和两类。
8、掺钳光纤放大器应用方式有、和o9、光与物质作用时有、和三个物理过程。
10、EDFA的泵浦结构方式有：a. ；b. 结构；c.双向泵浦结构。
1 1、SDH的主要复用步骤是、和o12、光中继器实现方式有和两种二、单项选择题（在每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将正确答案的序号填在题干的括号内。
每小题2分，共20分）1、为增大光接收机的接收动态范围，应采用（）电路。
A. ATCB. AGCC. APCD. ADC2、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3、以工作波长属于通信光纤窗口的是（）。
A.632.8nmB.I3IOnmC.2000nmD. 10.6P mD.光纤连接器）B.光纤的损耗和色散D.光接收机的灵敏度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A.折射C.纤芯一包层界面上的全内反射B.在包层折射边界上的全内反射D.光纤塑料涂覆层的反射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.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、S TM-4每秒可传输的帧数是（）A.1000B.2000C.4000D.8000 6、STM-N -帧的字节数是（）0A.270'9B.274、N*9C.270x N x9D.26I X N X9 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（）。
《光纤通信》课后习题答案第一章1.光纤通信的优点和缺点是什么？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。
缺点包括：接口昂贵、强度差、无法传输电源、需要专用工具、设备和培训、无法经受长期检查等。
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气接口、电压电流驱动电路和光源组件组成。
光源组件由光源、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。
光接收机由光探测器组件、放大电路和模拟或数字电气接口组成。
光检测器组件包括一段光纤（尾纤或光纤跳线）、光纤检测器耦合器、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。
一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。
光缆由石英或塑料光纤、金属包层和外套组成。
光缆线路箱：光缆厂家生产的光缆一般为2km。
因此，如果光传输和光接收之间的距离超过2km，则需要每隔2km将光缆与光缆线路盒连接。
光缆接线盒：主要用于将光缆从室外（或室内）引入室内（或室外），将光缆中的光纤与光缆分开，一般放置在光设备室内。
光纤连接器：主要用于将光发射机（或光接收机）与从光缆接线盒中分离出来的光纤连接，即光纤跳线与光缆中的光纤连接。
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？解决方案：根据问题的含义，得出在5GHz微波载波下，数字通信系统的比特率为50MB/s，可传输781路64KB/s音频信道。
光纤通信原理考试题+参考答案一、单选题（共50题，每题1分，共50分）1、通常，影响光接收机灵敏度的主要因素是（）。
A、光纤衰减B、光纤色散C、暗电流D、光接收机噪声正确答案：D2、常用的光纤通信短波长窗口是（）nm。
A、850B、3520C、2360D、4680正确答案：A3、光纤的连接分为（）。
A、固定连接B、熔连接C、固定连接和活动连接D、粘连接正确答案：C4、在光纤数字通信系统中，光发送机主要有输入接口，线路编码，( )、光源及其控制电路。
A、低速率B、复用器C、调制电路D、接口正确答案：C5、在激光器中，光的放大是通过（）。
A、泵浦光源来实现B、外加直流来实现C、粒子数反转分布的激活物质来实现D、光学谐振腔来实现正确答案：C6、EDFA工作波长为( )，与光纤的低损耗波段一致且其技术已比较成熟，所以得到广泛应用。
A、144nmB、130nmC、1550nmD、150nm正确答案：C7、光缆中的GH指（）。
A、设备光缆B、特殊光缆C、通信用海底光缆D、移动式光缆正确答案：C8、光纤的连接分为固定连接和（）。
A、固定B、活动连接C、熔接D、粘接正确答案：B9、光缆形式分类代号GY表示（）。
A、海底光缆B、特殊光缆C、通信用室外光缆D、室内光缆正确答案：C10、以下不是模拟光纤传输系统目前使用的主要调制方式是（）。
A、模拟基带直接光强调制B、光强调制C、方波频率调制D、模拟间接光强调制正确答案：C11、G.652也称为色散非位移（），可以应用于1310nm波长和1550nm波长窗口的区域。
A、光中继B、光调制C、光衰减D、单模光纤正确答案：D12、纤芯的颜色按顺序分为蓝、橙、绿、棕、灰、白、红、黑、黄、紫、粉红、（）。
A、天蓝B、奶油白C、玫红色D、荧光色正确答案：A13、随着传输距离的增加，光功率强度逐渐减弱，光纤对光波产生衰减作用，称为（）的损耗。
A、木头B、塑料C、光纤D、玻璃正确答案：C14、光缆一般由缆芯、加强件、( )三大部分组成。
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。
答：光纤色散是由光纤中传输的光信号的不同成分光的传播时间不同而产生的。
光纤色散对
光纤传输系统的危害有:若信号是模拟调制的，色散将限制带宽;若信号是数字脉冲，色散将使脉冲展宽,限制系统传输速率（容量）。
2-７ 光纤损耗产生的原因及其危害是什么？
答:光纤损耗包括吸收损耗和散射损耗。
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。
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(如气泡)引起的散射产生的。
光纤损耗使系统的传输距离受到限制，大损耗不利于长距离光纤通信。
2-12 一个阶跃折射率光纤，纤芯折射率n １=1.４2５８，包层折射率ｎ２=１.42０５。
该光
纤工作在1．3μｍ和1.５5μm 两个波段上。
求该光纤为单模光纤时的最大纤芯直径。
解:由截止波长c λ
得λ≥c λ时单模传输，由已知条件得c λ≤1.30μm,则2a
≤×1．
．53μm
即该光纤为单模光纤时，最大纤芯直径为９.５3μm 。
３－3 半导体激光器（L Ｄ)有哪些特性?
答:ＬＤ的主要特性有:（1)发射波长和光谱特性λ＝1.24Eg
；激光振荡可能存在多种模式（多纵模)，即在多个波长上满足激光振荡的相位条件，表现为光谱包含多条谱线。
而且随着调制电流的增大，光谱变宽,谱特性变坏。
(２)激光束空间分布特性:远场光束横截面成椭圆形。
（3）转换效率和输出功率特性：d η＝P I ∆∆·e hf , P=th P +d hf e
η(Ｉ-th I ) (4）频率特性:在接近弛张频率r f 处，数字调制要产生驰张振荡,模拟调制要产生非线性失真。
(5)温度特性：th I =0I ·exp(0
T T ) 3－5计算一个波长λ=1μm 的光子的能量等于多少?同时计算频率f=1ＭH ｚ和ｆ=1０
00MHz 无线电波的能量。
解：光子的能量为E p =hf=hc λ=34
866.62810J s 310/110m s --⨯⨯⨯⨯（）=191.988410-⨯J 对于1ＭHz 无线电波0E =hf ＝6.６3×3410-(J ·s)×１×610-Ｈz=6.6３×2810
-J 对于1000ＭHz 无线电波0E ＝hf ＝6.63×3410-(Ｊ·ｓ)×1000×610-Ｈz ＝６.63×
2510-J
3-7 试说明AP Ｄ和ＰＩＮ在性能上的主要区别。
答:PIN 即光电二极管,APD 即雪崩光电二极管。
A ＰD 和PIN 在性能上的主要区别有:
（1） APD 具有雪崩增益,灵敏度高,有利于延长系统传输距离。
（2） APD 的响应时间短。
（3） AP Ｄ的雪崩效应会产生过剩噪声，因此要适当控制雪崩增益。
（4） AP Ｄ要求较高的工作电压和复杂的温度补偿电路,成本较高。
3-17 一光电二极管,当λ=1.3μm 时，响应度为0．6A ／W,计算它的量子效率。
解：由于响应度为ρ＝p I /0P ,则量子效率为
η=0
p I P ·hf e =ρ·hc e λ=0.6·3486196.628103101.310 1.610---⨯⨯⨯⨯⨯⨯=57.4% 4-1 激光器(LD)产生弛张振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,输出光脉冲出线幅度逐渐衰减的振荡，称为弛张振荡。
弛张振荡的后果是限制调制速率。
当最高调制频率接近弛张振荡频率时，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弛张振荡频率。
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，输出光脉冲出线持续等幅的高频振荡，这种现象称为自脉动现象。
自脉动频率可达２GHz,严重影响LD 的高速调制特性。
4-3 在LD 的驱动电路里，为什么要设置功率自动控制电路ＡPC?功率自动控制实际是控制
L Ｄ的哪几个参数？
答：在ＬD 的驱动电路里,设置功率自动控制电路(AP Ｃ)是为了调节LD 的偏流，使输出光功
率稳定。
功率自动控制实际是控制ＬＤ的偏置电流，输出光功率,激光器背向光平均功率。
４-4 在ＬD 的驱动电路里,为什么要设定温度自动控制电路?具体措施是什么?控制电路实
际控制的是哪几个参数？
答：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。
温度控制装置一般由制冷器,热敏电阻和控制电路组成。
制冷器的冷端和激光器的热沉接触,热敏电阻作为传感器,探测激光器结区的温度，并把它传递给控制电路,通过控制电路改变制冷量,使激光器输出特性保持恒定。
控制电路实际控制的是：换能电桥的输出,三极管的基极电流和制冷器的电流。
４-6 为什么光接收机的前置放大器多采用跨组型?
答:在光接收机的前置放大器采用跨组型，是因为跨组型前置放大器改善了带宽特性及动态范围，并具有良好的噪声特性。
4-10 已测得某数字光接收机的灵敏度为10W μ，求对应的dBm 值。
解:r P =1０ｌｇ[min P <>(mW ）]=-２0dBm
4－１4 光纤通信中常用的线路码型有哪些?
答:光纤通信中常用的线路码型有扰码，mB ｎB 码和插入码。
6-１ 试说明模拟光信号接收机量子极限的含义。
答:模拟光接收机量子极限的含义是假设系统除量子噪声外，没有其他噪声的存在,灵敏度由
平均信号电流决定,这样确定的灵敏度称为极限灵敏度,也叫量子极限。
6－2 某模拟光信号记手机前置放大器的等效输入电阻s R ＝1ＭΩ,放大器的带宽Ｂ=10ＭHz,。
