光通信原理-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。

光纤通信复习（各章复习要点）光纤通信复习（各章复习要点）第⼀章光纤的基本理论1、光纤的结构以及各部分所⽤材料成分2、光纤的种类3、光纤的数值孔径与相对折射率差4、光纤的⾊散5、渐变光纤6、单模光纤的带宽计算7、光纤的损耗谱8、多模光纤归⼀化频率，模的数量第⼆章光源和光发射机1、光纤通信中的光源2、LD的P-I曲线，测量Ith做法3、半导体激光器的有源区4、激光器的输出功率与温度关系5、激光器的发射中⼼波长与温度的关系6、发光⼆极管⼀般采⽤的结构7、光源的调制8、从阶跃响应的瞬态分析⼊⼿，对LD数字调制过程出现的电光延迟和张弛振荡的瞬态性质分析（p76）9、曼彻斯特码10、DFB激光器第三章光接收机1、光接收机的主要性能指标2、光接收机主要包括光电变换、放⼤、均衡和再⽣等部分3、光电检测器的两种类型4、光电⼆极管利⽤PN结的什么效应第四章光纤通信系统1、光纤通信系统及其⽹管OAM2、SDH系统3、再⽣段距离的设计分两种情况4、EDFA第五章⽆源光器件和WDM1、⼏个常⽤性能参数2、波分复⽤器的复⽤信道的参考频率和最⼩间隔3、啁啾光纤光栅4、光环形器的各组成部分的功能及⼯作原理其他1、光孤⼦2、中英⽂全称：DWDM 、EDFA 、OADM 、SDH 、SOA第⼀章习题⼀、单选题1、阶跃光纤中的传输模式是靠光射线在纤芯和包层的界⾯上（B）⽽是能量集中在芯⼦之中传输。

A、半反射B、全反射C、全折射D、半折射2、多模渐变折射率光纤纤芯中的折射率是（A）的。

A、连续变化B、恒定不变C、间断变换D、基本不变3、⽬前，光纤在（B）nm处的损耗可以做到0.2dB/nm左右，接近光纤损耗的理论极限值。

A、1050B、1550C、2050D、25504、普通⽯英光纤在波长（A）nm附近波导⾊散与材料⾊散可以相互抵消，使⼆者总的⾊散为零。

A、1310B、2310C、3310D、43105、⾮零⾊散位移单模光纤也称为（D）光纤，是为适应波分复⽤传输系统设计和制造的新型光纤。

光纤通信原理复习大纲第一章1.什么叫光纤通信？光纤通信的发展大致分为哪几个阶段？以光为载波，光纤为传输媒介的通信叫光纤通信。

发展分为5个阶段：第一代：从基础研究到商业应用的开发时期（1966~1979）；第二代:提高传输速率和增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期（上世纪80年代早期）；第三代:进一步提高传输速率和增加传输距离的时期（上世纪80年代后期初90年代初）；第四代：以提高传输速率和增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期（上世纪90年代之后）；第五代：以光孤子脉冲为通信载体，以光时分复用技术（OTDM）和波分复用技术（WDM）联合复用为通信手段，以超大容量、超高速率为特征。

2.光纤通信的优缺点是什么？优点：（1）通信容量大：（2）损耗低、中继距离长；（3）抗干扰能力强；（4）传输误码率极低；（5）保密性强；（6）体积小、重量轻；缺点：（1）有些器件比较昂贵；（2）光纤的机械强度差；（3）不能传输电力；（4）光纤断裂后修复比较困难，需要专用工具；3.光纤通信系统有哪些部分组成？简述各部分的作用。

山发射机、接收机、光纤线路组成；发射机又分为光发射机和电发射机；光发射机的作用是：将输入电信号转化为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度的注入到光纤线路。

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在信道中传输的电信号。

接收机也分为光接收机和电接收机。

光接收机的作用：把光纤线路输出的产生畸变和衰减的微弱光信号还原为电信号；电接收机的作用：放大和完成与电发射机相反的的变换，包括码型反变换和多路分接；光纤线路：把来自于光发射机的光信号，已经可能小的畸变和衰减传输到光接收机。

第一早1.光纤通信为什么向长波长、单模光纤方向发展？由于单模光纤不存在模间色散，带宽大，可用于长途传输；又因为光纤的几何尺寸大小与传输光波长在同一数量级，故光纤通信要向长波长和单模光纤发展。

2.子午光线是才旨始终在包含中心轴线的平面上传播的光线。

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。