光通信技术基础总复习

1月6日下午
考试类型
简答计算（带宽信息量）分析（给原理图讲解过程）论述
1.什么是信息，怎样度量。

答：信息是消息中某些有意义的内容的反映，它能触发大脑产生认知性的思维活动。

也可以说，信息是指消息中所包含的有意义的内容信息是实物存在状态和方式的反映。

2.什么是信息通道
答：信道是信号传输的通道狭义而言可以是金属线、光导纤维、大气、水体，广义而言，也可以包括信号经过的所有设备和系统。

3.什么是通信，什么是通信系统
答：通信时指不同单元之间交换和传递消息的活动过程。

通信的本质是传递信息。

通信系统是传递消息所需的一切设备的总和。

根据信道中所传输的信号形式，通信系统可区分为模拟通信系统和数字通信系统。

4.什么是载波
5.什么是调制，调剂技术分为哪几类
6.解调（了解）
7.传输技术有哪几类：并行，串行，同步，异步
8.点对点链路
9.什么是交换，交换有哪4类
10.光开关，光开关技术有哪几类
11.数字系统：取样定理及其推到、香农公式，量化
12.光纤通信：光纤特点，光纤、LD、LED、EDFA、DWDM、基本技术
13.光的有源器件：激光器，LED的特性（看图说明）
14.温度、波长漂移
15.探测器、光源、传输、光开关的分类和工作原理
16.开放题：对传输有哪些方式，个人对4G的看法。

光纤通信期末总复习一、总述题型：判断（15% ）（1.5×10）+选择（30%）（2.5×12）+简答计算（55%）（5~6题）考试范围（第一章～第十章），重点第五章、第六章、第七章，第四章自学（不考）要求：考试可以用中文答题，但是要熟悉英文专业术语（已经将常用专业术语做了整理，可在网络教学平台下载），平时每次作业一定要会做，期末总成绩=考试成绩×60%+实验成绩×20%+平时成绩（讨论+作业）×20% 二、第一章 光纤通信系统1、光通信所用波长（红外、可见、紫外），2、dB ，dBm 计算，光通信系统功率预算3、分清波长，频率，介质中波长，介质中的频率v fλ=4、基本光通信系统构成（框图），各个模块的功能 4、光子能量（以J 为单位，eV 为单位），会计算光线中的光子数5、光纤（光纤通信）优点与缺点 三、光学概要1、Snell 定律：计算纤芯包层上临界角，空气和纤芯入射面入射光锥大小2、数值孔径（NA ）定义，意义3、什么是光斑尺寸 四、 波动学基础 1、α与γ的换算Proof::dB km 10lgexp(2)1dB 110lgexp(2)km-220=108.685ln10 2.3026dB L L L km dB kmγααγγααααγα用表示的衰减值；：衰减系数：传输距离当时值就是；单位为=-==--=≈-2、带宽和谱宽的换算（频率范围和波长范围换算）12212112122ccf f f c f c thenf f f c f f λλλλλλλλλλλλλλλλ⎛⎫-∆=-=-= ⎪⎝⎭⎛⎫∆∆== ⎪⎝⎭∆∆∆∆⎛⎫∆=⇒∆=⇒=⎪⎝⎭3、色散，材料色散，波导色散定义，展宽计算，单位长度展宽计算Dispersion （色散）: Wavelength dependent propagation velocity. 传输速度随波长变化的特性称为色散Material Dispersion （材料色散）: Dispersion caused by the material.Waveguide Dispersion （波导色散）: Dispersion caused by the structure of thewaveguide.L L ττ∆∆⎡⎤⎛⎫= ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦''n M L c τλλλ⎛⎫∆=-∆=-∆ ⎪⎝⎭4、光纤通信系统电带宽与光带宽关系5、谐振腔（F-P 腔），纵模概念1(1)222c m mc f f f m c mc c f Ln Ln Ln∆∆+=-+=-=2cc oo co c c of ff f ccλλλλλλ∆∆∆∆∆===7、平面边界上的反射，全反射临界角计算1212n n n n ρ-=+221212power reflected R power incidentR n n R n n ρ≡=⎛⎫-= ⎪+⎝⎭分界面上损耗计算什么是消逝场？发生全反射时低折射率材料中仍然有光能量 五、 光纤波导1、相对折射率与数值孔径：fractional refractive ；NUMERICAL APERTURE121n n n -∆=00sin NA n α== 单模光纤的NA 和多模光纤NA 通常哪个更大？光纤包层和纤芯折射率关系是怎样的？2、光纤损耗Losses may be classified as: AbsorptionScattering ： Rayleigh Scattering Geometric effects目前光纤损耗水平大致是多少？在什么波长？ 光纤三个透光窗口是什么，中心波长分别是多少3、归一化频率计算；V is called the normalized frequency or V parameter2a V NA πλ==归一化频率和光斑尺寸关系是什么？4、多模光纤模式数目计算对于阶跃折射率光纤，若V>1022V N =对于抛物线分布折射率光纤，若V>1024V N =5、单模传播条件2.405V =<aλ<2.4052aNAλπ<6、多模光纤中的畸变阶跃折射率：11211122()()n n n nn n L cn cn c τ-∆⎛⎫∆==∆≈ ⎪⎝⎭对于 GRIN 模式展宽近似表达式为:212n L c τ∆⎛⎫∆= ⎪⎝⎭可知多模阶跃折射率光纤中模式畸变一般情形下远大于GRIN 光纤这里大家需要记住的是模式失真不依赖于光源波长或者光源线宽. 因此总的脉冲展宽:τ∆=modal modal pulse spread τ∆=dispersion material and waveguide dispersive pulse spread τ∆=那么总的色散可计算如下()g M M L τλ⎛⎫∆=-+∆ ⎪⎝⎭由于色散导致的展宽和那几个因素有关？L 、D 、λ∆7、单模截止波长2.4052aNAλπ<=那么截止波长 (小于截止波长光纤将以多模形式传输) 为:c (2)2.612.405a NA a NA πλ==8、普通光纤中传输的光信号一般是非偏振的.六、光源和光放大器1、LED P-I 特性的斜率计算. 禁带宽度(能带间隙 bandgap)与辐射波长关系g i P W e η⎛⎫= ⎪⎝⎭P g W i η=2、量子效率定义，计算。

求解Bessel方程的过程，实际上就是根据边界条件和场分布选择适当的Bessel函数的过程。

解的形式其中峙计〃导波模的径向归一优相位秫时•⑶-启”；1己归导波模的径向归一化衰祛常数定义尸*奇•峙/诚-MI.(颖y称为光钎的旧一尤兼率，与光纤的结构券数和工作波长有关所以有V专T^FA=咨博 -归一化频率V,结构参数AU、W、V是无傲纲参数1. 假设一阶跃折射率光纤，其参数a = 6/m， A =0.002, nl = l.5,当光波长X分别为1.55pm, 1.3呻和().85pm时，求光纤中可以传输哪些导模？= ^lllxl.5x j2x0.0021.55=2.307(2.405 所以，光纤中导模只有作口模;= ±^xl.5xV2x0.002 =4.210.85・.・3.832〈V = 4.21(5,二光纤中的导模只有HE.},TE^,TM(II,HE2}.EH}pHEyi,HEn模。

V =籍^农;=籍农整^= ^^xl 5x^2x0 002 = 275・.・24)必=275(3 832光纤中的导模只有/坞! .7^： .73^ .吗挨?2. 一阶跃折射率光纤，其纤芯半径a=25P m,折射率nl=1.5,相对折射率差A=I%,长度L=lkm°求：(1) 光纤的NA；<2)子午光纤的最大时延差；(3)若将光纤的包层和涂敷去掉，求裸光纤的NA和最大时延差。

Ar InGaAs -PW ：玄旧带宽= ---------- ------ = \AGHz2才 I &[ + C RC INA =』莆=71.5^1.02 =0.5 =白"2n^c1.5x1 n > = --------- x 0.5"3x10，=1.25*10七a-40^f. A-0W3. 射率用,・148.试I 司此光v可希 r.—.— X 148X 40X 10472X 0 003«22X L 131X10^B TB.^7W tl «m«-R,ntJl»l< -240$.昱X/<240$・故不It 侍倍波*为 1 32“的 Wnw.m«T7Z ；1in7W tl «.具«ut 液长为A =冷叩应= ^-x1 48x4 0x10^72 x 0 003 = 1 20 次旧入射光波*S3干! 20sM ・才诡作拾・例2：已知Si-PIN 光电二极管的耗尽区宽度为40um, InGaAs-PIN 光电二极管的耗尽区宽度为4um,两者的 光生载流子漂移速度为105m/s,结电容为IpF,负载电 Mrt *f , c — zx -IS. 、4-rrf •fd.1▼一 A” ■，.息夕 q1例题3Si-PIN 光电二极管具有直径为0.4mm 的光敏面，当波 长700nm 的红光以强度O.】mW ，cm2入射时，产生56.6 nA 的光电流’求该光电二极管的响应度和睛子效率• 解：因入射光强I-0.lmW/cm2,所以入射光功率为已顼二 ^OWcm^CO.lxlO^W/cm^i126X 107W=0.126〃W响应度：^ = H=156.6x10，A ，/iL26x1(T'W,« 0 45A/W扯子效率:{6.63x10^1.s)(3x!0t m/s“045A/W ， ---------------- ------------------- ------ = 0 8=80% :Ar = NA = J M； =n, V2A = I.5x 72x0.01 = 0.21 2〃|C n 】L A =需网 = 5x10%(1.6xW19C|(700xl0^mi例题4PIN 光电二极管的分布电容是5pF,由电子•空穴渡越时 间限制的上升时间是2ns,计算3dB 带宽和不会显著增 加上升时间的最大负栽电阻。

光纤通信复习资料必看(总16页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--复习提纲第一章知识点小结：1.什么是光纤通信 3、光纤通信和电通信的区别。

2.基本光纤通信系统的组成和各部分作用。

第二章知识点小结1、光能量在光纤中传输的必要条件（对光纤结构的要求）。

2、突变多模光纤数值孔径的概念及计算。

3、弱导波光纤的概念。

4、相对折射率指数差的定义及计算。

5、突变多模光纤的时间延迟。

6、渐变型多模光纤自聚焦效应的产生机理。

7、归一化频率的表达式。

8、突变光纤和平方律渐变光纤传输模数量的计算。

第三章知识点小结1、纤通信中常用的半导体激光器的种类。

2、半导体激光器的主要由哪三个部分组成3、电子吸收或辐射光子所要满足的波尔条件。

4、什么是粒子数反转分布5、理解半导体激光产生激光的机理和过程。

6、静态单纵模激光器。

7、半导体激光器的温度特性。

8、DFB激光器的优点。

9、LD与LED的主要区别 10、常用光电检测器的种类。

11、光电二极管的工作原理。

12、PIN和APD的主要特点。

13、耦合器的功能。

14、光耦合器的结构种类。

15、什么是耦合比 16、什么是附加损耗17、光隔离器的结构和工作原理。

第四章知识点小结1、数字光发射机的方框图。

2、光电延迟和张驰振荡。

3、激光器为什么要采用自动温度控4、数字光接收机的方框图。

5、光接收机对光检测器的要求。

6、什么是灵敏度7、什么是误码和误码率 8、什么是动态范围9、数字光纤通信读线路码型的要求。

10、数字光纤通信系统中常用的码型种类。

第五章知识点小结1、SDH的优点。

2、SDH传输网的主要组成设备。

3、SDH的帧结构（STM-1）。

4、SDH的复用原理。

5、三种误码率参数的概念。

6、可靠性及其表示方法。

7、损耗对中继距离限制的计算。

8、色散对中继距离限制的计算。

第七章点知识小结1、光放大器的种类2、掺铒光纤放大器的工作原理3、掺铒光纤放大器的构成方框图4、什么WDM5、光交换技术的方式6、什么是光孤子7、光孤子的产生机理 8、相干光通信信号调制的方式9、相干光通信技术的优点光纤通信复习第一章1.什么是光纤通信光纤通信，是指利用光纤来传输光波信号的一种通信方式2.光纤通信和电通信的区别。

《光纤通信技术》复习题一．基本概念1．什么样的电磁波叫做“光”？目前的光纤通信用的是什么光？波长是多少？答：光是一种电磁波，光频为10E14HZ量级，波长为μm 量级。

可见光大约指0.4μm ~0.76μm 波长范围的电磁波。

光通信采用的波长0.85μm、1.31μm和1.55μm。

即在电磁波近红外区段。

2．光纤通信的特点？答：一、传输频带宽，通信容量大二、传输损耗低，中继距离长三、不怕电磁干扰四、保密性好，无串音干扰五、光纤尺寸小,重量轻,利于敷设和运输六、节约有色金属和原材料七、抗腐蚀性能好3．光纤的NA和LNA各是什么意义？什么是光线模式的分立性？答：入射最大角称为孔径角，其正弦值称为光纤的数值孔径。

数值孔径表示光纤采光能力的大小。

在光纤端面上芯区各点处允许光线射入并形成导模的能力是不一样的，折射率越大的位置接收入射光的能力越强。

为了定量描述光纤端面各点位接受入射光的能力，取各点位激发最高次导模的光线入射角度为局部孔径角θ’C (r) ，并定义角的正弦值为该点位的局部数值孔径LNA。

光是有一定波长的，将光线分解为沿轴向和径向的两个分量，传输光波长λ也被分为λZ和λr。

沿径向传输的光波分量是在相对的芯/包层界面间（有限空间）往返传输，根据波形可以稳定存在的条件——空间长度等于半波长的整数倍，而空间长度已由光纤结构所确定，所以径向波长分量λr不能随意了，从而导致它们夹角不能随意也即不能连续变化，即光线模式的分立性。

4．什么是光纤的色散？光纤的色散分为哪几种？在单模光纤中有哪些色散？答：脉冲信号在光纤中传输时被展宽的现象叫光纤的色散。

分为模间色散和模内色散。

模内色散又分为材料色散和波导色散。

多模光纤：模式色散和材料色散；单模光纤：材料色散和波导色散。

5．归一化频率V和截止频率VC各如何定义？有何区别和联系？答：归一化频率见书28页，截止频率见27页。

实际光纤中能够传输的导模模式必须满足V>Vc。

光通信复习题1．光纤通信的优点有哪些？答： 1）传输容量大。

2）传输损耗小，中继距离长。

3）泄漏小，保密性好。

4）节省大量有色金属。

5）抗电磁干扰性能好。

6）重量轻，可挠性好，敷设方便。

2．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？答：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。

3．光纤中产生色散的原因是什么？色散对通信有什么影响？答：原因：光纤中所传输的光信号的不同的频率成分和不同模式成分的群速不同而引起的传输信号的畸变。

影响：色散会导致传输脉冲展宽，产生码间干扰，增加误码率。

色散会限制光纤传输系统的通信容量，也限制了无中继传输距离。

4．光纤产生衰减的原因是什么？衰减对通信有什么影响？答:光纤产生衰减的原因是吸收、散射和辐射。

衰减会导致信号功率损失，造成接收困难。

5．比较半导体激光器和发光二极管的异同。

答：LD和LED都可用作通信光源。

LD发射的是受激辐射光;LED发射的是自发辐射光。

LD需要光学谐振腔，有阈值，谱线宽度较窄，适宜于高速率系统;LED不需要光学谐振腔，没有阈值，谱线宽度较宽，输出光功率较小，调制频率较低，适用于要求较低的场合。

6．为什么LD要工作在正向偏置状态？答：LD加正向偏置电压用以克服PN结中自建场的影响，从而降低势垒，以形成粒子数反转分布。

7．某数字光纤通信系统，在实际使用中发现LD的输出光功率慢慢下降，简述其原因并提出解决办法。

答：从阈值电流与使用时间及温度的关系可知，输出光功率下降的可能原因包括使用时间长和温度升高引起的阈值电流增加。

采取的措施如温度引起的使用ATC致冷，如因寿命引起的使用APC增加偏置电流。

8．何谓LD输出光脉冲的消光比？消光比不合要求时，将会对整个系统产生什么影响？答：通断比（也称消光比），指光源器件发出光的“1”脉冲和“0”脉冲的比值，定义为EXT=全“0”码时平均输出光功率/全“1”码时平均输出光功率。

光纤通信复习资料第一章光纤通信总览1、频率、波长、折射率：λ＝c/f 、n=c/v2、光纤通信的三个窗口：850nm 、1310nm 、1550nm3、绝对功率单位dBm 与mW 的转换（3dBm 、-3dBm 、0dBm)分贝毫瓦（dBm ）：功率电平（dBm ）0dBm=1mW ，3dBm=2mW ，-3dBm=0.5mW4、相对功率dB 概念（3dB 、 -3dB 、 0dB)分贝（dB ）：功率比功率比（dB ）12lg 10P P = 分贝（dB ）：相对功率功率加倍即表示3dB 的增益（功率电平增加了3dB ），而功率减半则表示3dB 的损耗（功率电平降低了3dB ）。

功率比为1，就是0dB 。

5、NRZ 和RZ 码的区别NRZ 码：NRZ 码中，传输的数据占满一个比特周期，充满一个完整周期的电流脉冲或光脉冲为1，没有脉冲发送则代表0。

没有误差监控和纠错能力。

RZ 码：每个数据比特编为两个光线路码比特。

单极RZ 码中，“1”码由一个在比特周期的前半部或后半部的半周期光脉冲表示，“0”码则由比特周期内无信号表示。

第二章光纤：结构、导播原理和制造1、光纤基本概念（1）、数值孔径物理意义：数值孔径表示光纤的集光能力。

数值孔径越大，就表示光纤捕捉光射线能力越强。

数值孔径NA=2221n n -。

（2）、截止波长判断光纤中是否是单模工作方式，只有当工作波长大于此截止波长时，才能保证单模工作。

截止波长2221405.22n n a c -=πλ。

对阶跃折射率光纤，V ＝2.405，在该波长处，只有LP01模能在光纤中传输。

1mW P 10log =（3）、单模光纤（V<=2.405)单模光纤是在给定的工作波长上，只传输单一基模（HE11或LP01）的光纤。

光纤的归一化频率405.2222210≤-=n n a V λπ。

（4）、光纤的信息容量度量脉冲展宽的最终结果是相邻的脉冲相互交叠，交叠到一定程度后，在接收端无法将相邻的脉冲区分开，发生误码。

光纤通信复习要点第⼀章1.光纤通信的定义光纤通信是采⽤光波作为信息载体，并采⽤光导纤维作为传输介质的⼀种通信⽅式。

2.光纤通信的优点频带宽，通信容量⼤；损耗低，中继距离长；抗电磁⼲扰；⽆串⾳⼲扰，保密性好；光纤线径细、重量轻、柔软；原材料资源丰富，可节约⾦属材料；耐腐蚀，寿命长。

3.光纤通信的缺点光纤质地脆、机械强度低；需要⽐较好的切割及连接技术；分路、耦合⽐较⿇烦；弯曲半径不宜太⼩。

第⼆章1.光纤的基本结构：折射率较⾼的芯区、折射率较低的包层、表⾯涂敷层。

2.光纤的分类按传播模式分类：单模光纤尺⼨：光纤的纤芯直径尺⼨扩展到⼏个波长（通常是8～12个波长），并且使纤芯包层折射率差很⼩，只允许传输⼀个基模的光纤。

纤芯直径2a=8～10µm(⽆实际意义)，包层直径2b=125µm 。

优点：带宽极宽、衰减⼩。

应⽤：适⽤于⼤容量的光纤通信。

多模光纤尺⼨：远⼤于光波波长，能传输多个模式的光纤。

纤芯直径2a=50µm，包层直径2b=125µm 。

优点：制造简单、接续容易。

缺点：存在模式⾊散，带宽窄。

应⽤：适应于较⼩容量的光纤通信。

3.光纤的传输特性：损耗特性、⾊散特性、⾮线性效应。

第三章简单题：1.半导体发光的机理：半导体材料具有能带结构⽽不是能级结构。

半导体材料的能带分为导带、价带与禁带。

电⼦从⾼能级范围的导带跃迁到低能级范围的价带，会释放光⼦⽽发光。

2.⾃发辐射由于位于⾼能级E2的原⼦是不稳定的，将⾃发地向低能级跃迁，并释放出能量为h ν = E1 - E2的光⼦，这种辐射称为⾃发辐射。

各个处于⾼能级的粒⼦都是⾃发的、独⽴地进⾏跃迁，其辐射光⼦的频率不同，所以⾃发辐射的频率范围很宽。

⾃发辐射产⽣⾮相⼲光。

3.受激辐射若原⼦原来处于⾼能级E2上，被能量为hv的光⼦激发，将向E1能级跃迁，并产⽣能量为hv的光⼦。

两者同频，同相，同偏振，为相⼲光。

这⼀辐射过程称为受激辐射。