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OptiSystem在光纤通信课堂教学中的应用——以光纤传输特性为例王学勤*(枣庄学院光电工程学院 山东枣庄 277160)摘要：为了提高学生的学习兴趣，帮助学生理解、掌握知识点，提升光纤通信课程的教学效果，将OptiSys‐tem软件引入光纤通信课堂教学。
该文以光纤传输特性部分的教学内容为例，针对光纤的损耗、色散和非线性效应三项光纤的传输特性，搭建OptiSystem仿真模型，演示光纤的传输特性对光纤中传输信号的影响，进而分析对光纤通信系统性能的影响。
通过仿真演示，使学生更直观地理解光信号在光纤中传输时的时域、频域变化特征，掌握光纤传输特性对光纤通信系统的影响机理。
关键词：光纤通信 OptiSystem软件 光纤传输特性 课堂教学中图分类号：G642.0文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2023)09-0140-05 Application of OptiSystem in the Classroom Teaching ofFiber-optic Communications—Taking Fiber-optic Transmission Characteristics as an ExampleWANG Xueqin*(School of Optoelectronic Engineering, Zaozhuang University, Zaozhuang, Shandong Province, 277160 China) Abstract:In order to improve students' interest in learning, help students understand and master knowledge points, and improve the teaching effect of Fiber-optic Communications, OptiSystem software is introduced to the class‐room teaching of Fiber-optic Communications. Taking the teaching content of fiber-optic transmission character‐istics as an example, aiming at three fiber-optic transmission characteristics: the loss, dispersion and nonlinear effectof optical fibers, this paper builds the OptiSystem simulation model to demonstrate the impact of fiber-optic trans‐mission characteristics on transmission signals in optical fibers, and then analyze the impact on the performance of the fiber-optic communication system. Through the simulation demo, students can more intuitively understand the time-domain and frequency-domain variation characteristics of optical signals when they are transmitted in optical fibers, and master the influence mechanism of fiber-optic transmission characteristics on the fiber-optic communi‐cation system.Key Words: Fiber-optic Communications; OptiSystem software; Fiber-optic transmission characteristic; Classroom teachingOptiSystem是一种光通信系统仿真程序包，具有丰富的组件库，可用于光纤通信系统的建模仿真[1]。
![4.1.2 IM-DD光通信系统结构_光纤通信技术（第3版）_[共12页]](https://img.taocdn.com/s1/m/86723c5602d276a201292e1d.png)
88㊀光纤通信技术(第3版)以上介绍的是P C M系统与光纤通信系统接口的两种码型㊂然而P C M系统中的这些码型并不都适合在光纤数字通信系统中传输,如HD B3码有+1,-1和0三种状态,而在光纤通信系统中是用发光和不发光来表示 1 和 0 两种状态的,因此在光通信系统中是无法传输HD B3码的㊂为此在光端机中必须进行码型变换,将双极性码变为单极性码㊂但是在进行码型变换之后,将失去原HD B3码所具有的误码监测等功能㊂另外在光纤通信系统中,除了需要传输主信号外,还需要增加一些其他的功能,如传输监控信号㊁区间通信信号㊁公务通信信号和数据通信信号,当然也仍需要有不间断进行误码监测功能等,为此需要在原来码速率基础上,提高一点码速率以增加一些信息余量㊂因此,在P D H光通信系统中是通过重新编码,通常称为线路编码,即在原有的码流中插入脉冲实现的㊂在P D H光通信系统中,常使用的线路编码有分组码㊁伪双极性码(C M I和D M I)㊁插入码㊂这些码都是在信息码的基础上,增加附加比特,从而使光纤线路速率高于有效信息速率㊂而在S D H光通信系统中广泛使用的是加扰二进码,它是利用一定规则将信号码流进行扰码,经过扰码后使线路码流中的 0 和 1 出现的概率相等,因此该码流中将不会出现长连 0 和长连 1 情况,从而有利于接收端进行时钟信号的提取㊂4.1.2㊀I M-D D光通信系统结构在I M-D D系统中,其发射端是用信号直接调制光载波的强度,接收端是用检测器直接检测所接收的光信号㊂这里我们着重介绍其光发送机㊁光接收机和光通信系统㊂1.光发射机(1)光源的调制特性光源所采用的调制方式包括内调制和外调制㊂在强度调制 直接检波的光通信系统中,采用的是内调制方式㊂通常内调制适用于半导体光源,如L D㊁L E D(半导体发光二极管),它是将所要传输的信息转换为电流信号,并将其直接注入光源,使其输出的光载波信号的强度随调制信号的变化而变化㊂由此可见,这种内调制方式的强度调制特性主要由半导体光源L D㊁L E D的P-I曲线决定,如图4-1所示㊂图4-1 半导体光源的直接调制原理根据调制信号的性质不同,内调制又可分为模拟信号的调制和数字信号的调制两种㊂模第4章㊀光纤通信系统89㊀拟信号的调制是直接用连续的模拟信号(如视频或音频信号)对光源进行调制㊂如图4-1(a)所示,可见调制电流被直接叠加在直流偏置电流上,这样可以通过适当的选择偏置电流的大小来减小光信号的非线性失真㊂数字信号的调制是将经脉冲编码调制(P C M)的数字信号直接叠加在直流偏置电流之上,用光源的输出光载波的有光和无光来分别代表 1 码和 0 码,如图4-1(b)㊁(c)所示㊂由于L E D属于无阈值的器件,它随着注入电流的增加,输出光功率近似呈线性的增加,其P-I曲线的线性特性好于L D的P-I曲线特性,因而在调制时,其动态范围大,信号失真小㊂但L E D属于自发辐射发光,其谱线宽度要比L D宽得多,这一点对于高速信号的传输非常不利,因此在高速光通信系统中通常使用L D作为通信光源㊂由于内调制方式受到电调制速率的限制,因此当光通信向大容量方向发展,并发展到一定程度时,必然需采用外调制方式,它是利用晶体的电光㊁磁光和声光特性对L D所发出的光载波进行调制,即光辐射之后再加载调制电压,使经过调制器的光载波得到调制,如图4-2(a)所示㊂由于外调制是对光载波进行调制,因此通过改变它探测性质,可分别对强度㊁相位㊁偏振㊁波长等进行调制㊂通常外调制可以采用铌酸锂调制器(L-M)㊁电吸收调制器(E AM)和Ⅲ-Ⅴ族马赫-曾德尔干涉型调制器(M Z-M),如图4-2(b)所示㊂一般运用于高速大容量的光通信系统之中,如孤子系统㊁相干系统㊂下面着重对目前实用的I M-D D 系统进行介绍㊂(2)对光发射机的要求①光源的发光波长要合适㊂由于目前使用的光导纤维有3个低损耗窗口,如0.85μm㊁1.31μm和1.55μm,第一个称为短波长,后两个称为长波长,因此光发射机光源发出的光波波长应与这3个波长相适应㊂②合适的输出光功率㊂从后面对光纤通信系统的讨论将会知道,在光纤通信系统中,要求光源有合适的输出光功率㊂然而光源送入光纤的光功率太大并非好事,因为光功率太大就会使光纤工作在非线性状态㊂所谓非线性是指光纤的各种特性参数随输入的光强做非线性的变化,光纤成了一种非线性器件㊂这种非线性效应将会产生很强的频率转换作用和其他作用,显然这对正常工作的光纤来说,将产生不良的影响㊂③较好的消光比㊂所谓消光比(E X T)就是E X T=全 0 码时的平均输出功率全 1 码时的平均输出功率作为一个好的光源,希望在进行 0 码调制时没有光功率输出,否则它将使光纤通信系统产生噪声,造成接收机灵敏度降低(灵敏度的概念将在后面讨论)的局面,故一般要求E X Tɤ10%㊂④调制特性好㊂在前面的光源调制中已经进行了详细的讨论,从中可知,所谓调制特性好是指光源的P-I曲线在使用范围内线性好,否则在调制后将产生非线性失真㊂此外还希望光发射机的稳定性好,光源的寿命长等㊂(3)光发射机的组成方框图和各部分功能图4-2(a)给出了一个S D H系统中的光发射机的原理框图,下面介绍它的各部分功能㊂①均放㊂由P C M端机送来的H D B3码流,经过电缆的传输产生了衰减和畸变,所以在上述信号进入发射机时,首先要经过均衡和放大(或称均放)以补偿衰减的电平和均衡畸变的波形㊂。
光放大器类型光纤放大器掺稀土元素放大器非线性效应放大器特性。
泵浦和增益系数光放大器的能源是由外界泵浦提供的。
根据掺杂物能级结构的不同，泵浦可以分为三能级系统和四能级系统。
在两种系统中，掺杂物都是通过吸收泵浦光子而被激发到较高能态，再快速驰豫到能量较低的激发态，使储存的能量通过受激辐射被释放出来放大光信号。
两种泵浦原理示意图泵浦激光发射放大器增益随输出功率的变化放大器噪声所有光放大器在放大过程中都会把自发辐射（或散射）叠加到信号光上，导致被放大信号的信噪比（低，其降低程度通常用噪声指数式中的SNR 是由光接收机测得的，因此所得n F =铒的吸收和辐射特性EDFA 增益特性增益特性表示了放大器的放大能力，其定义为输出功率与输入功率之比。
EDFA的增益大小与多种因素有关，通常为15～EDFA 噪声特性EDFA的输出光中，除了有信号光外，还有自发辐射光，它们一起被放大，形成了影响信号光的噪声源，的噪声主要有以下四种：①信号光的散粒噪声；②被放大的自发辐射光的散粒噪声；③自发辐射光谱与信号光之间的差拍噪声；④自发辐射光谱间的差拍噪声。
以上四种噪声中，后两种影响最大，尤其是第三种噪EDFA基本结构EDFA的内部按泵浦方式分，有三种基本的结构：即同向泵浦、反向泵浦和双向泵浦。
同向泵浦信号光与泵浦光以同一方向从掺铒光纤的输入端注入的结构，也称为前向泵浦。
反向泵浦泵浦光WDM系统中的增益带宽增益平坦增益特性优化噪声系数和饱和输出功率EDFA对光纤传输系统的影响非线性问题光浪涌问题色散问题光纤线路的长期可靠性问题受激拉曼散射原理FRA工作原理在许多非线性介质中，受激拉曼散射将一小部分入射功率由一光束转移到另一频率下移的光束，频率下移量由介质的振动模式决定，此过程称为受激拉曼效应。
量子力学描述为入射光波的一个光子被一个分子散射成为另一个低频光子，同时分子完成振动态之间的跃迁，入射光作为泵29混合拉曼/掺铒光纤放大器拉曼放大器和掺铒光纤放大器各有其独特的特点，将FRA 和EDFA 结合起来构成混合拉曼大器（HFA ），也是提高拉曼放大器性能的一种重要方法。
图书基本信息书名：<<光纤通信系统>>13位ISBN编号：978711806271710位ISBN编号：7118062715出版时间：2009-6出版时间：国防工业出版社作者：杨祥林 编页数：450版权说明：本站所提供下载的PDF图书仅提供预览和简介，请支持正版图书。
更多资源请访问：内容概要本书系统介绍和阐述了光纤通信的基本原理和基本技术，本书分四部分共14章。
第一部分即第1章。
第二部分即第2章～第6章，为光纤通信技术基础，分别介绍光导纤维的导波原理与特性，半导体激光器和光纤激光器的原理、特性与光发送机的结构特性，光电检测器的原理、特性与光接收机的结构特性，光放大器的原理、结构特性与应用，可调光滤波器、光纤光栅/光栅器件、波分复用器/解复用器、光波导调制器、光开关、光隔离器与光环行器等无源功能器件及其应用。
第三部分即第7章～第11章，为光通信系统结构组成与通信理论技术，重点介绍光信号的传输演化规律、传输特性、波形畸变、补偿整形与全光再生中继及强度调制/直接检测、相干检测、非线性光孤子传输和多信道（OTDM、WDM、OSCM、OCDM）四类基本光波通信系统的结构组成、通信性能分析与通信应用。
第四部分即第12章～第14章，为光波通信网络，分别介绍基于电交换的第一代光传送网、第二代WDM光路交换传送网及自动交换光网络（ASON）、突发交换光网络（OBSN）与光分组交换网络（OPSN）等新一代光网络的基本原理、结构组成、关键技术、组网应用与发展趋势。
本书概念清晰、论述严谨、内容新颖、图文并茂、系统性强，既重视基本概念的阐述，也重视必要的理论分析，密切联系实际。
本书可作为高等学校通信类、电子信息类、光信息科学技术与光学工程类专业本科生和研究生"光电子技术"和"光通信"课程的教材，也可供从事光通信工作的科技人员学习参考。
书籍目录第1章 导论 1.1 光纤通信的发展与现状 1.2 通信系统信号的编码与调制 1.2.1 模拟信号与数字信号 1.2.2 调制格式 1.3 信号复用与数字传递方式 1.3.1 数字信号的复用方法与PDH系统 1.3.2 同步数字转移模式（STM）与SDH/SONE了系统 1.3.3 异步转移模式 1.4 光纤系统的基本组成 1.4.1 光纤光缆 1.4.2 光发送机 1.4.3 光接收机 1.5 光纤通信网络及其发展 练习题第2章 光纤的结构与导波特性 2.1 光纤的导光原理与结构特性的射线分析 2.1.1 阶跃先纤 2.1.2 渐变光纤 2.2 阶跃光纤的模式理论 2.2.1 电磁波在光纤中传播的基本方程 2.2.2 光在光纤中传播的导波方程 2.2.3 阶跃光纤中的光场 2.2.4 阶跃光纤的本征值方程与模式 2.2.5 单模光纤 2.3 光纤的双折射现象和偏振特性 2.3.1 双折射光纤的参数与类型 2.3.2 光纤的线双折射 2.3.3 光纤的圆双折射 2.4 光纤的色散特性 2.4.1 光纤色散的形成机制和类别 2.4.2 光纤色散的表示方法和技术指标 2.4.3 单模光纤的色度色散 2.4.4 单模光纤的偏振色散 2.4.5 高阶色散 2.4.6 光纤色散的调整与新型单模光纤 2.5 光纤损耗 2.5.1 衰减系数 2.5.2 衰减机理 2.6 光纤的非线性效应 2.6.1 非线性折射率与自相位调制 2.6.2 受激非弹性散射 2.6.3 参量过程与四波混频 2.7 光纤光缆设计与制造 2.7.1 光纤的结构设计与制造 2.7.2 光缆的结构设计与制造 2.7.3 光纤的技术参数 2.8 光子晶体光纤 2.8.1 光子晶体光纤的概念 2.8.2 折射率引导型先子晶体光纤 2.8.3 光子带隙引导型光子晶体光纤 2.8.4 光子晶体光纤的制备 2.8.5 光子晶体光纤的损耗 2.8.6 光子晶体光纤的色散 练习题第3章 光源与光发送机 3.1 半导体光源的物理基础 3.1.1 发射与吸收速率 3.1.2 PN结的形成及其能带结构 3.1.3 载流子的复合发光效率与寿命 3.1.4 制造异质结的化合物半导体 3.2 发光二极管 3.2.1 输出功率与效率 3.2.2 输出光谱特性 3.2.3 响应速率与带宽 3.2.4 LED的类型与结构 3.3 半导体激光二极管 3.3.1 粒子数反转与光增益 3.3.2 光学谐振腔与激光器的阈值条件 3.3.3 激光器的结构 3.3.4 有源层的导波特性与激光腔的振荡模式 ……第4章 光检测器与光接收机第5章 光放大器第6章 光无源器件第7章 光波系统中光信号的传输理论第8章 直接检测光波通信系统的设计与性能第9章 相干光波通信系统第10章 光孤子通信系统第11章 多信道光波系统第12章 光电混合网第13章 WDM全光传送网第14章 新一代光网络英汉缩略名词对照参考文献章节摘录 第13章 WDM全光传送网 第二代光网络是基于光节点的光网络，即光传送网（OTN），它的主要特征是节点的光子化，而其中最主要的是交换系统的光子化。
光纤通信系统第三版课程设计1. 概述本文档描述了光纤通信系统第三版课程的设计要求和实现方法。
该课程旨在帮助学生了解光纤通信中相关理论知识的基本概念和应用，通过实现完整的光纤通信系统，来深入学习光纤通信的原理和技术。
2. 课程设计要求在该课程设计中，学生需要完成以下任务：•设计并实现光纤通信系统的硬件平台，包括光源、调制器、传输介质和检测器等组成部分。
•设计并实现光纤通信系统的基础软件平台，包括信号调制、信道编解码和误码率检测等功能。
•实现基于该系统的数据通信，包括基本的数据传输、错误控制和恢复等功能。
•进行性能测试和评估，对系统的特性和性能进行深入分析和研究。
3. 系统设计与实现3.1 硬件平台设计光纤通信系统的硬件平台是整个系统的核心部分，由光源、调制器、传输介质和检测器等组成。
在系统设计中，需要考虑以下因素：•光源：选择合适的激光器或发光二极管作为光源，并确定其光强度、光束宽度和波长等参数。
•调制器：通过调制器对光信号进行调制，实现数字信号的转换和传输。
可以考虑使用振荡器、调制芯片或电工效应等实现。
•传输介质：光纤作为传输介质，需要选择合适的光纤材料和传输距离，并确定光损耗和色散等参数。
•检测器：选择合适的探测器，接收传输过来的光信号，并将其转换成电信号输出。
3.2 软件平台设计在组成了完整的光纤通信系统之后，需要实现软件平台，实现信号调制、信道编解码和误码率检测等功能。
在系统设计中，需要考虑以下因素：•信号调制：通过异步调制、同步调制或多级调制等方式，将数字信号转换为合适的光纤信号进行传输。
•信道编解码：通过纠错编码、解码、互补码等方式，实现信道的编解码和控制错误。
可以考虑使用卷积码、汉明码等技术实现。
•误码率检测：通过比较接收到的光信号和原始信号，计算误码率，评估光纤通信系统的性能和效果。
3.3 数据通信实现在软件平台实现后，需要实现基于该系统的数据通信，包括基本的数据传输、错误控制和恢复等功能。
光纤通信第三版习题答案光纤通信第三版习题答案光纤通信是一种高速传输信息的技术，它利用光信号在光纤中传输数据。
光纤通信的发展已经进入到第三版，为了帮助读者更好地理解和掌握相关知识，本文将提供一些光纤通信第三版习题的答案。
第一章：光纤通信基础知识1. 什么是光纤通信？光纤通信是利用光纤作为传输介质，将信息以光信号的形式传输的一种通信方式。
2. 光纤通信的优点有哪些？光纤通信具有大带宽、低损耗、抗干扰能力强等优点。
3. 光纤通信的基本组成部分有哪些？光纤通信的基本组成部分包括光源、调制器、光纤、解调器和接收器等。
4. 光纤通信的工作原理是什么？光纤通信的工作原理是利用光的全反射特性将光信号在光纤中传输，通过调制器和解调器的处理，将光信号转换为电信号进行传输和接收。
第二章：光纤通信系统设计1. 光纤通信系统的设计包括哪些方面？光纤通信系统的设计包括光源的选择、光纤的布线和连接、调制器和解调器的设计等方面。
2. 光纤通信系统中如何选择合适的光源？选择合适的光源需要考虑光源的功率、频率范围和调制方式等因素。
3. 光纤通信系统中如何设计光纤的布线和连接？光纤的布线和连接需要考虑光纤的长度、弯曲半径和连接方式等因素，以保证光信号的传输质量。
4. 光纤通信系统中如何设计调制器和解调器？调制器和解调器的设计需要考虑调制方式、解调方式和信号处理的算法等因素，以实现光信号的调制和解调。
第三章：光纤通信的性能评估1. 光纤通信系统的性能评估指标有哪些？光纤通信系统的性能评估指标包括传输速率、误码率、信噪比和带宽等。
2. 如何评估光纤通信系统的传输速率？光纤通信系统的传输速率可以通过测量单位时间内传输的比特数来评估。
3. 如何评估光纤通信系统的误码率？光纤通信系统的误码率可以通过发送和接收的比特数之间的差异来评估。
4. 如何评估光纤通信系统的信噪比？光纤通信系统的信噪比可以通过测量信号和噪声的功率之间的比值来评估。
第四章：光纤通信的应用1. 光纤通信在哪些领域得到了广泛应用？光纤通信在通信、互联网、电视传输和医疗等领域得到了广泛应用。
《光纤通信》作业（2016.1.30）1.1 光纤通信有哪些特点？1、光纤通信的优点：（1）传输容量大。
（2）传输损耗小，中继距离长。
（3）信号泄漏小，保密性好。
（4）节省有色金属。
（5）抗电磁干扰性能好。
（6）重量轻，可挠性好，敷设方便。
2、光纤通信的缺点：（1）抗拉强度低。
（2）连接困难。
（3）怕水。
1.2 简述光纤通信系统的主要组成部分。
光纤通信系统的主要组成部分为：（1）光纤光缆、（2）光源（光发送机）、（3）光检测器（光接收机）、（4）无源器件、（5）光放大器（光中继器）。
1.4为什么使用石英光纤的光纤通信系统中，工作波长只能选择850nm、1310nm、1550nm三种？由于目前使用的光纤均为石英光纤，而石英光纤的损耗——波长特性中有三个低损耗的波长区，即波长为850nm、1310nm、1550nm三个低损耗区。
为此，光纤通信系统的工作波长只能是选择在这三个波长窗口。
2.1 光纤传输信号产生能量衰减的原因是什么？光纤的损耗系数对通信有什么影响？1、光纤产生能量衰减的原因包括：（1）吸收、（2）散射和（3）辐射。
2、光纤的损耗系数会导致信号功率损失，造成信号接收困难。
2.2 在一个光纤通信系统中，光源波长为1550nm，光波经过5km长的光纤线路传输后，其光功率下降了25%，则该光纤的损耗系数为多少？2.3 光脉冲在光纤中传输时，为什么会产生瑞利散射？瑞利散射损耗的大小与什么有关？瑞利散射是由于光纤内部的密度不远匀引起的，从而使折射率沿纵向产生不均匀，其不均匀点的尺寸比光波波长还要小。
光在光纤中传输时，遇到这些比波长小，带有随机起伏的不均匀物质时，改变了传输方向，产生了散射。
2、瑞利散射损耗的大小与成正比。
2.4 光纤中产生色散的原因是什么？色散对通信有什么影响？1、光纤的色散是由于光纤中所传输的光信号不同的频率成分和不同模式成分的群速度不同而引起的传输信号畸变的一种物理现象。
2、色散会导致传输光脉冲的展宽，继而引起码间干扰，增加误码。
光纤通信系统第三版-沈建华-机械工业出版社《光纤通信》作业（2016.1.30）1.1 光纤通信有哪些特点？1、光纤通信的优点：（1）传输容量大。
（2）传输损耗小，中继距离长。
（3）信号泄漏小，保密性好。
（4）节省有色金属。
（5）抗电磁干扰性能好。
（6）重量轻，可挠性好，敷设方便。
2、光纤通信的缺点：（1）抗拉强度低。
（2）连接困难。
（3）怕水。
1.2 简述光纤通信系统的主要组成部分。
光纤通信系统的主要组成部分为：（1）光纤光缆、（2）光源（光发送机）、（3）光检测器（光接收机）、（4）无源器件、（5）光放大器（光中继器）。
1.4为什么使用石英光纤的光纤通信系统中，工作波长只能选择850nm、1310nm、1550nm三种？由于目前使用的光纤均为石英光纤，而石英光纤的损耗——波长特性中有三个低损耗的波长区，即波长为850nm、1310nm、1550nm三个低损耗区。
为此，光纤通信系统的工作波长只能是选择在这三个波长窗口。
2.1 光纤传输信号产生能量衰减的原因是什么？光纤的损耗系数对通信有什么影响？1、光纤产生能量衰减的原因包括：（1）吸收、（2）散射和（3）辐射。
2、光纤的损耗系数会导致信号功率损失，造成信号接收困难。
2.2 在一个光纤通信系统中，光源波长为1550nm，光波经过5km长的光纤线路传输后，其光功率下降了25%，则该光纤的损耗系数为多少？2.3 光脉冲在光纤中传输时，为什么会产生瑞利散射？瑞利散射损耗的大小与什么有关？瑞利散射是由于光纤内部的密度不远匀引起的，从而使折射率沿纵向产生不均匀，其不均匀点的尺寸比光波波长还要小。
光在光纤中传输时，遇到这些比波长小，带有随机起伏的不均匀物质时，改变了传输方向，产生了散射。
2、瑞利散射损耗的大小与成正比。
2.4 光纤中产生色散的原因是什么？色散对通信有什么影响？1、光纤的色散是由于光纤中所传输的光信号不同的频率成分和不同模式成分的群速度不同而引起的传输信号畸变的一种物理现象。
2、色散会导致传输光脉冲的展宽，继而引起码间干扰，增加误码。
对于高速率长距离光纤通信系统而言，色散是限制系统性能的主要因素之一。
2.5 光纤中色散有几种？单模传输光纤中主要是什么色散？多模传输光纤中主要存在什么色散？1、从产生机理而言，光纤中的色散主要包括：（1）材料色散、（2）波导色散和（3）模式间色散。
2、单模光纤中主要是波导色散。
3、多模光纤中主要是模式间色散。
注：偏振模色散可以理解为是：特殊的模式色散，但在速率较低的系统中影响较小。
2.8 何谓模式截止？光纤单模传输的条件是什么？单模光纤中传输的是什么模式？其截止波长为多大？阶跃折射率光纤中线性极化模LP11模对应的是什么矢量模？1、对每一个传播模来说，在包层中它应该是衰减很大，不能传输。
如果一个传播模，在包层中不衰减，也就是表明该模是传过包层而变成了辐射模，则就认为该传播模被截止。
所以一个传播模在包层中的衰减常数W=0时，表示导模截止。
2、单模光纤传输条件：归一化频率V≤2.4053、单模光纤中传输的是LP01模，对应的矢量模是HE11模。
4、截止波长由下式计算：5、LP11模对应的矢量模是：TE01, TM01, HE21。
3.4 已知半导体材料GaAs（镓砷）的禁带宽度Eg=1.43ev，InGaAsP（铟镓砷磷）的Eg=0.96ev，分别求由这两种材料组成的半导体激光器的发射波长。
（普朗克常数h=6.626×10-34J·S，1ev＝1.6×10-19J）1、（1）镓砷GaAs组成的半导体激光器的发射频率为：（2）、发射波长为：2、（1）铟镓砷磷InGaAsP组成的半导体激光器的发射频率为：（2）发射波长为：3.6 在光纤通信系统中对LD驱动电路和偏置电路有什么要求？在LD驱动电路中为什么一定要加偏置电流？偏置电流应加多大才合适？若偏置电流加得过大或过小，对LD的调制特性会产生什么影响？1、对LD驱动电路和偏置电路的要求是：（1）输出的光脉冲峰值保持恒定。
（2）光脉冲的通断比应>>10。
（3）激光发射的时间必须远短于码无时间。
（4）采用阻尼电路以避免张弛振荡。
2、因为半导体激光器（LD）是阈值器件，只有外加驱动电流超过阈值后，才能发出激光，为使得较小的数据电流亦可产生足够的光输出，因此，需要加偏置电流。
3、偏置电流的选取原则是略小于阈值电流。
4、（1）偏置电流太小了，需要较大的数据电流才能满足阈值条件。
（2）偏置电流太大了，会引起消光比性能下降，同时，较高的电流也会产生较大的热量，以及寿命的缩短。
3.7某数字光纤通信系统，在实际使用中，发现半导体激光器（LD）的输出光功率慢慢下降，试分析其原因并提出解决办法。
1、激光器的阈值电流会随温度升高及老化（使用时间长）而提高，阈值电流增加以后，输出光功率就会下降。
所以输出光功率慢慢下降，原因可能是：（1）温度升高，（2）使用时间长（老化）。
2、（1）如果是温度升高引起输出光功率慢慢下降，可以使用自动温度控制电路（ATC）致冷来解决。
（2）如果是使用时间长（老化）引起输出光功率慢慢下降，可以使用自动功率控制电路（APC）增加偏置电流来解决。
3.9 在数字光纤通信系统中，选择线路码型时，要考虑哪几个因素？字变换码（mBnB码）和插入码（Mb1H码）各有什么特点？采用mBnB码或Mb1H码时，线路码速将比原来的信号码速提高多少？某数字光纤通信系统中，信息码速为139.264Mbit/s，若采用5B6B码其线路码速为多少？若采用4B1H线路码速又为多少？1、线路码型选取的基本原则包括：1）应有足够的定时含量，即应尽量减少连“0”和连“1”数，便于时钟提取。
2）应有不中断业务，进行误码检测的能力。
3）应力求降低线路传输的码率，或线路传输码率的提高应尽可能少。
4）应具有较好的抗干扰性能，满足一定接收机性能所需检测的光功率最小。
5）应具有尽可能简单和经济的变换方案。
6）传输中发生误码时，误码扩散范围和误码增值低。
常用的线路码型包括：（1）扰码、（2）字变换码和（3）插入码三种类型。
2、（1）字变换码（mBnB码）的特点：将输入二进制码分解成一个“码字”，输出用对应的另一种“码字”来代替。
常用字变换码为mBnB码，即将输入码流每m比特为一组，然后变换成另一种排列规则的n比特为一组的码流。
字变换码中的n、m均为正整数，且n＞m。
（2）插入码（mB1H码）的特点：把输入原始码流分成每m比特（mB）一组，然后在每组mB码末尾按一定的规律插入一个码，组成m+1个码为一组的线路码流。
根据插入码的规律，可以分为：①mB1C码②mB1H码③mB1P码等。
（3）除扰码外，字变换码和插入码都会提高线路传输速率。
3、（1）采用mBnB码时，线路码速将比原来的信号码速提高n/m倍。
（2）采用mB1H码时，线路码速将比原来的信号码速提高（m+1）/m倍。
4、（1）采用5B6B码时，线路码速为：139.264×6/5=167.1168 Mbit/s。
（2）采用4B1H码时，线路码速为：139.264×(4+1)/4=174.08 Mbit/s。
4.1 光纤通信系统对光检测器有什么要求？比较PIN 和APD各自的特点。
1、光纤通信系统对光检测器的主要要求包括：（1）灵敏度高。
（2）响应速度快。
（3）噪声小。
（4）稳定可靠。
2、（1）PIN的特点：增大了耗尽区的宽度，减小了扩散运动的影响，提高了响应速度。
绝大部分的入射光在本征层内（I层内）被吸收（受激吸收），并产生大量的电子—空穴对。
PIN用于短距离小容量光纤通信系统。
PIN没有增益，用在灵敏度要求不高的场合。
（2）APD的特点：电子—空穴对多次碰撞产生雪崩光倍增效应。
APD是有增益的光电二极管，在光接收机灵敏度要求较高的场合，用APD有利于延长系统的传输距离。
APD 用于长距离大容量光纤通信系统。
4.2.光敏二极管为什么必须工作在反向偏压状态？1、在扩散区内，因为光生载流子的扩散速度比耗尽区内光生载流子的漂移速度慢得多，这部分光生载流子的扩散运动的时延，将使检测器输出电流脉冲后沿的拖尾加长，这影响了光敏二极管的响应时间，就限制了光电转换速度。
2、在反向偏压情况下，增加了耗尽区的宽度，缩小了耗尽区两侧扩散区的宽度，从而减小了光生电流中的扩散分量，反向偏压也增强了耗尽区内的电场，加快了光生载流子的漂移速度，有利于加快光敏二极管的响应时间。
4.4 何谓暗电流？暗电流是怎么产生的？暗电流的存在对信号的接收会产生什么影响？1、处于反向偏压下的半导体光电二极管，在无光照时，仍有电流流过，这部分电流称为暗电流。
2、暗电流是由载流子的热扩散形成的，或者是由器件表面和内部的缺陷以及有害的杂质引起的。
暗电流的大小由半导体材料及掺杂浓度决定。
3、暗电流与光源无信号时的残留光一样，在接收机中产生噪声。
暗电流的存在限制了光敏二极管所能检测的最小光功率，也就是降低了接收机的灵敏度。
4.5 试述雪崩光敏二极管（APD）的工作原理。
何谓“雪崩效应”？APD电流增益系数G与什么有关？1、处于反向偏置的耗尽层光电二极管，当外加的反向偏压不断增加时，耗尽层内产生的光生载流子在强电场作用下得到加速，获得很大的功能。
高能的截流子与半导体晶体内的原子相碰撞，将束缚在价带中的电子激发到民带，从而在耗尽层内产生新的电子一空穴对，这种现象称为碰撞电离。
碰撞电离的第二代载流子在耗尽层的强电场的加速下，再次引起碰撞电离而产生第三代载流子。
2、碰撞电离的反复循环使耗尽层内的载流子数雪崩似的急剧增加，通过二极管的电流也就猛增，这就是雪崩倍增效应。
3、雪崩光电二极管（APD）就是利用雪崩倍增效应实现内部电流增益的半导体光电转换器件。
4、APD的电流增益系数G一般在40～100之间，其变化规律与外加的偏压有关。
5.1 光纤连接器应用在什么地方？影响光纤连接器损耗的因素有哪些？1、光纤连接器是使一根光纤与另一根光纤之间完成活动连接的器件，主要用于光源器件尾纤输出或光电检测器尾纤输入与传输光纤之间的连接。
2、光纤连接时，引起的损耗与多种因素有关，诸如：（1）光纤的结构参数（如纤芯直径、数值孔径等）、（2）光纤的相对位置（如横向位移、纵向间隙等）以及（3）端面状态（如形状、平行度）等。
5.2 光纤连接器有哪些种类，叙述FC型光纤活动连接器的原理。
1、光行连接器的种类有：（1）FC型光纤连接器；（2）SC型光纤连接器；（3）ST 型光纤连接器；（4）双锥型连接器；（5）DIN光纤连接器；（6）MT-RJ型连接器；（7）LC型连接器；（8）MU型连接器。
2、FC型光纤活动连接器的原理：其外部加强方式采用金属套，紧固方式为螺丝扣。
