2009《光纤通信》试题及详解

2008-2009年度教学质量综合评估测验试卷《光纤通信》试题注：1、开课学院：通信与信息工程学院。

命题组：通信工程教研组·张延锋2、考试时间：90分钟。

试卷满分：100分。

3、请考生用黑色或蓝色中性笔作答，考试前提前带好必要物件（含计算器）。

4、所有答案请写于相应答题纸的相应位置上，考试结束后请将试卷与答题一、判断题（每小题所诉只有对错之分，请判断正误，共10小题，每小题2分，共20分）1、光纤中的孤子是光纤色散与非线性相互作用的产物。

2、NA表示光纤接受和传输光的能力，NA越大，光纤接收光的能力越强。

3、通常单模光纤的纤芯半径在几个微米之内，这是从物理尺度上保证单模传输的必要条件。

4、在多模光纤中，模式色散是其主要的色散因素。

5、张弛振荡是激光器内部光电相互作用所表现出来的固有特性，增加直流偏置可对其进行抑制，而且预偏置越接近阈值，效果越显著。

6、散粒噪声属于白噪声，为了降低它的影响，通常在判决电路之前使用低通滤波器，使得信道的带宽变窄。

7、光纤通信系统最适合的参杂光纤放大器是工作在1550nm的掺铒光纤放大器和工作在1300nm的掺镨光纤放大器。

8、电光效应、热光效应等是利用材料的折射率随电压和温度的变化而变化，从而实现光开关器件。

9、EDFA在WDM系统中工作时的模式有三种：自动增益控制模式，自动功率控制模式和自动电流控制模式。

10、时分复用可分为比特交错OTDM和分组交错OTDM，只有前一种方式需要利用信号区分不同的复用数据或分组。

二、填空题（本题共三部分，每部分6分，共18分）（一）、基本概念及基本理论填空（每空1分，共4小题6小空，共6分）11、阶跃型光纤的单模传输条件是。

12、由于双异质结激光器在有源区两侧，既限制了光波，又限制了，故它的光强分布基本被约束在有源区，而且大大降低。

13、发光二极管依靠发光，半导体激光器依靠发光。

14、EDFA噪声系数的定义为。

（二）、基本运算能力填空（每小题3分，共2小题，共6分）15、有一个由4信道组成的WDM传输系统。

假设信道具有零带宽，则信道间隔应为，才能保证被选信道比检测到的相邻信道的功率大10倍。

16、一个GaAsPIN光电二极管平均每两个入射光子，产生一个电子－空穴对，假设所有的电子都被接收，则该器件的量子效率为 。

（三）、名词解释填空（每小题2分，共3小题，共6分）17、mBnB 码： 。

18、子午射线： 。

19、光源的外调制： 。

三、 简答画图题（本题共两部分，每部分15分，共30分） （一）、按要求简答各题（每小题5分，共3小题，共15分） 20、从形成色散的机理来看，光纤的色散可以分为哪几种？色散对光纤通信系统性能有什么影响？21、光放大器包括哪些种类？EDFA 有哪些优点？22、简述右图1所示平面阵列波导光栅的设计思想和方法。

（二）、按题要求画图或据图回答问题（共2小题，共15分）23、请画出EDFA 的典型结构。

（7分） 24、阅读下图，按要求完成各题。

（8分）（1）上图为 、直接检测方式的数字光接收机方框图。

（2）主放大器和AGC 决定着光接收机的 。

（3）图中的均衡器目的是对放大器出来的 的电信号进行补偿，使输出信号的波形适合于判决，以消除 ，减小误码率。

（4）图中的 和 就是我们所谓的再生电路，它的功能是从放大器输出的信号与噪声混合的波形中提取 ，并逐个地对码元波形进行取样判决，以得到原发送的码流。

时钟提取的目的是为了 。

四、 综合解答题（请按各题题意解答，要求写出必要的解题思想与具体公式，本题共2小题，每小题10分，共20分） 25、（本小题10分）已知阶跃型光纤的n 1=1.5，∆=0.01，芯子半径a=10μm ，波长λ0=1.5μm, 试计算：（1）数值孔径NA （2）归一化频率（3）入射光线的激励角范围26、（本小题10分）一段12km 长的光纤线路，其损耗为1.5/dB km 。

试回答：（1）如果在接收端保持0.3W 的接收光功率，则发送端的功率至少为多少？ （2）如果光纤的损耗变为2.5/dB km ，则所需的输入光功率为多少？五、 分析题（请按要求写出必要的解题过程，本题共1题，共10分） 27、（本小题10分）图1 光检测器偏压控制前置放大器AGC 电路均衡器判决器时钟提取再生码流主放大器光信号已知某光纤参数如下：a=6μm,∆=0.002,纤芯折射率为n1=1.5。

若干HE mn模的截止频率和若干EH mn模的截止频率如表1和表2。

试问：（1）当光波长分别为λ1=1.55μm，λ2=1.31μm，λ3=0.85μm时，光纤中能传输哪些导波模？（2）从（1）中能看出波长与归一化频率、可传输的模式数量有何关系？可传输的模式数量与归一化频率的近似关系表达式是？评卷答案：一、 选择题（每小题仅有一个选项是符合题意要求的，共10小题，每小题2分，共20分） 1、√ 2、√ 3、√ 4、√ 5、√ 6、√ 7、√ 8、√ 9、√10、× 原因：时分复用可分为比特交错OTDM 和分组交错OTDM ，这两种方式需要利用信号区分不同的复用数据或分组。

二、填空题（本题共三部分，每部分6分，共18分） （一）、基本概念及基本理论填空（每空1分，共4小题6小空，共6分） 11、0＜V ＜2.40512、载流子，阈值电流 13、自发辐射，受激辐射14、放大器的输入信噪比/放大器的输出信噪比 （二）、基本运算能力填空（每小题3分，共2小题，共6分） 15、100(0.8)GHz nm 16、％＝＝入射光子数光生电子－空穴对5021=η（三）、名词解释填空（每小题2分，共3小题，共6分）17、把输入信码流中每m 比特码分为一组,然后变换为n 比特(n ＞m)输出。

18、纤芯的轴线的平面称为子午面,在子午面的光线称为子午射线。

19、把激光的产生和调制分开，用独立的调制器调制激光器的输出光而实现的，这种调制称为光源的外(间接)调制。

三、简答画图题（本题共两部分，每部分15分，共30分） （一）、按要求简答各题（每小题5分，共3小题，共15分）20、从形成色散的机理来看，光纤色散可以分为模式色散、材料色散和波导色散三种，光纤色散使光脉冲在传输过程中波形展宽，产生码间干扰，增加误码率，从而限制通信容量和无中继传输距离。

21、在光放大器包括半导体光放大器、光纤放大器（由可分为非线性光纤放大器和掺杂光纤放大器）。

EDFA优点：高增益、宽带宽、低噪声及放大波长正好是在光纤的最低损耗窗口等。

22、集成阵列波导光栅由输入／输出波导、星型波导和阵列波导三部分组成。

输入、星型波导与阵列波导组成一个相位控制器，使得到达衍射光栅的光波相位与光的输入端口和光波长有关。

与阵列波导输出端面相连的星型波导的输入端面充当衍射光栅的作用。

每个阵列中的波导正对中心的输入／输出波导，端面展开以减小耦合损耗，阵列波导数要保证所有衍射光能被收集。

这样从输入波导进来的光就能被无畸变(或畸变小)传输到输出波导。

波导阵列中相邻波导间的长度差为常数，对入射光的相位周期性地调制。

（二）、按题要求画图或据图回答问题（共2小题，共15分）23、掺铒光纤24、（1）直接强度调制（2）动态范围（3）已产生畸变(失真)，码间干扰（4）判决电路，时钟提取电路，码元时钟，实现收发同步四、综合解答题（请按各题题意解答，要求写出必要的解题思想与具体公式，本题共2小题，每小题10分，共20分）25、（本小题10分）26、（本小题10分）解：（1）根据损耗系数定义10lg ioPL Pα=得到发送端的功率至少为/10 1.8100.310Lo iP P Wαμ--==⨯（2）如果光纤的损耗变为2.5/dB km，则所需的输入光功率为/103100.310Lo iP P Wαμ--==⨯五、分析题（请按要求写出必要的解题过程，本题共1题，共12分）27、（本小题12分）解：（1）我们先求出上述波长对应的归一化频率V，然后将它们与前述各种模式归一化截止频率V c相比较，凡是满足V>V c条件的模式都可以在光纤中传输。

因为V=2πλn1a√2∆，所以有：V1=2πλ1n1a√2∆=2π1.55×10−6×1.5×6×10−6√2×0.002=2.306V2=2πλ2n1a√2∆=2π1.31×10−6×1.5×6×10−6√2×0.002=2.73V3=2πλ3n1a√2∆=2π0.85×10−6×1.5×6×10−6√2×0.002=4.21当λ1=1.55μm时，0[V c(HE11)]<V1=2.306<2.045[V c(TE01，TM01)]，此时光纤中只能传输HE11导波模。

当λ2=1.31μm时， 2.045[V c(TE01，TM01，HE21)]<V2=2.73< 23.832[V c(HE31,EH11)]，此时光纤中只能传输TE01，TM01，HE21和HE11导波模。

当λ1=0.85μm时， 3.832[V c(HE31，EH11，HE12)]<V3=4.21< 5.136[V c(EH21)]，此时光纤中只能传输HE31，EH11，HE12，TE01，TM01，HE21和HE11导波模。

故光纤中能传输的导波模有HE31，EH11，HE12，TE01，TM01，HE21和HE11。

（2）从（1）中可以看出，波长越短，归一化频率越高，可传输的模式数量就越多，可传输的模式数量与归一化频率的近似关系表达式是N=12V2。