光纤通信系统必考考点复习资料

1、填空

1、光纤通信用光波作为传输信号，用光纤作为传输线路。

2、通信窗口：第一代：波长0.85μm，损耗3dB/km；第二代：1.31μm，0.4dB/km；第三代：1.55μm，0.2dB/km；：WDM，OA，EDFA。

3、通信系统的信号：模拟信号，数字信号。

4、数模转换的方法：取样，量化，编码。

5、比特率：B=1/T。

6、PDH(准同步数字序列)的两种模式：（1）北美和日本：24路，速率为1.544Mb/s。（2）欧洲和中国：30路，速率为2.048Mb/s。

7、SDH（同步数字序列）：STM-1：155Mb/s，STM-4：622Mb/s，STM-16：2488Mb/s，STM-：9953Mb/s。

8、光纤的基本结构：纤芯，包层，涂覆层。

9、导波条件：

10、脉冲展宽公式：（D为色散系数会给，L为长度，为谱宽）

11、光纤衰减机理：材料吸收，材料散射，材料辐射。

12、光缆结构：层绞式、骨架式、带状式、束管式。

13、P-I曲线：工作电流小于阈值电流时，自发辐射，光能量低；工作电流大于阈值电流，产生激光。

14、光谱特性：

15、温度特性：T增大，P-I曲线右移，阈值电流增大，斜率减小。

16、数字光接收机的组成：前端：光电检测器与前置放大器；线性通道：主放大器与均衡器；再生电路：判决器与时钟恢复。

17、灵敏度：接收机工作于的BER所要求的最小平均接收光功率。

18、光放大器的类型：半导体激光放大器和光纤型光放大器（FRA，FBA，EDFA，FPA）。

19、EDFA增益饱和特性：放大器增益随泵浦功率按指数增长，当泵浦功率超过某一值时，增长变慢。

20、光放大器的应用：在线，功率放大，前置放大。

21、当比特率小于100Mb/s时，损耗为主，大于时，色散为主。

二、简答题

1、PDH和SDH各表示什么？

答：PDH表示准同步数字序列，即在低端基群采用同步，高次群复用采用异步；SDH表示同步数字序列。

2、光纤通信的优点。

答：频带宽；损耗低；抗电磁干扰；无串音干扰，保密性好；光纤线径细、重量轻、柔软；光纤的原材料资源丰富，用光纤可节约金属材料；光纤具有耐腐蚀力强、抗核幅射、能源消耗小等优点。

3、光纤色散的定义和分类。

答：（1）定义：在光纤中传输的光信号，随传输距离增加，由于不同成分的光传输时延不同引起的脉冲展宽的物理效应。

（2）分类：材料色散、波导色散、模式色散、偏振色散。多模光纤中，有模式色散、波导色散和材料色散，以模式色散为主。单模光纤中，有材料色散和波导色散，一般情况下以材料色散为主。偏振模式色散是单模光纤一种特殊的模式色散。

4、LD和LED的比较。

答：LED以自发辐射为基础，发普通荧光，发散角大，是无阈值的器件，发射功率一般为微瓦级。

LD以受激辐射为基础，发相干（激）光，是有阈值的器件（电流大于阈值点，发射线性激光；小于阈值点为自发辐射光），发射功率一般为毫瓦级。

5、分别画出用发光二极管和激光器进行数字调制的原理图。

6、EDFA的工作原理和增益谱特性以及分类。

答：（1）掺铒光纤放大器（简称EDFA）采用掺铒离子单模光纤作为增益介质，在泵浦光激发下产生粒子数反转，在信号光诱导下实现受激辐射放大。（2）对给定的放大器长度L，放大器增益先随泵浦功率按指数增长，当泵浦功率超过某一值时，增长变慢了。（3）按泵浦光的注入方式可分为前向泵、后向泵和双向泵掺铒光纤放大器。 

7、有哪几类无源器件？作用是什么？

答：光纤连接器：实现光纤与光纤之间可拆卸的连接、光纤衰减器：对光功率进行衰减、光隔离器：限定光只能在一个方向传输、光纤耦合器：实现光信号分路/合路、自聚焦透镜（滤波器、分路器、复用器）：波长选择、光调制器及光开关等。

3、计算题

1、第二章

（1）有一SI型单模光纤，其截止波长为1.4  m ，芯包折射率分别为nl=1.465，n2=1.46，计算它的纤芯半径及在波长分别为0.85及1.3  m 的模式数。

解:

从式（2.2.21）得到此时纤芯半径为

（2）有一阶跃光纤，NA=0.2，当 =850  m时可支持1000个左右的模式，计算：

     (a)纤芯直径；

     (b)在 =1310 nm波长时的传输模式数；

(c)在 =1550 nm波长时的传输模式数。

解：将式(2.2.21)代入式(2.2.23)

（3）已知一弱导波阶跃型光纤，纤芯和包层的折射率分别为n1＝1.5，n2＝1.45，纤芯半径a＝4 m， ＝1.31 m，L＝1km。计算：

（1）光纤的数值孔径；

（2）光纤的归一化频率；

（3）光纤中传输的模数量；

（4）光纤的最大时延差。

解：（1）NA＝sin max＝（n21－n22）1/2＝0.38

   （2）

（3）M＝V2/2＝7.372/2＝27

（4）     

2、第三章

（1）有一个双异质结InGaAsP—LED，中心发光波长为1310nm，其材料的辐射复合率为50ns，非辐射复合率为70ns。试计算：

(a) 发光时的内量子效率 int；

(b) 设驱动电流为100mA，计算该LED的内部发光功率；

(c) 若该LED芯片与多模光纤的直接耦合效率为-14dB，计算入纤的光功率大小。

解：

3、第四章

（1）有一个光纤通信系统，光源为LED，输出功率：10mW，工作波长850nm，LED与光纤的耦合损耗为14 dB。系统光纤的总损耗20 dB，其他损耗10 dB。PIN光电二极管的R0＝0.5 A／W，ID=2 nA，负载电阻RL=50 ，接收带宽∆f =10 MHz，T=300 K．计算接收光功率、检测信号电流和功率、散弹噪声和热噪声功率，最后计算其信噪比。

解：(1)求出接收功率PR 和IP值

（2）求散粒噪声 由式（4.3.27）得

（3）求电路噪声 由式（4.4.18）得

（4）求信噪比S/N

（2）现有1011个光子／秒，光子能量为1.28×10-19J，入射到一个理想的光电二极管上，计算：

    (a)入射光波长；

    (b)输出光电流大小；

(c)若这是一个APD，其G=18，计算光电流。

解：

＝1554nm

（3）有一个PIN光电二极管，其 =O.9， =1300 nm，入射光功率P0=-37 dBm。计算：

(a)光电流大小；

(b)当负载电阻RL等于50 ，1000 及lOM 时的输出电压。

解：

＝0.94（A/W）

4、第八章

（1）有一长距离单模光纤传输系统，工作波长1300 nm，其他参数如下：

LD光源平均入纤功率          0 dBm

光缆损耗                    0.4 dB／km

熔接头损耗                  0.1 dB／km 

活动连接器损耗              1dB／个

APD接收机灵敏度：

B=35 Mb／s时(BER=10-9)   - 55 dBm

B=500 Mb／s时(BER=10-9)  - 44 dBm

系统富余度                      9 dB

试计算损耗传输距离。

解：（a）当B=35Mb/s时

（b）当B=500Mb/s时

（2）光接收机的极限灵敏度如何表达？其中各参量表示什么？

答：                               (6.4.23)

式中，    为每比特的平均光子数，B为比特流的速率。

5、第八章

（1）5、有一条1.3 m光波系统，设计工作码速为lGb／s，拟采用单模光纤，中继距离5Okm。发送机和接收机上升时间分别为0.25ns和O.35ns，光源谱宽3nm，光纤平均色散在工作波长上为2ps／(nm·km)：计算RZ和NRZ码时的系统上升时间预算。

解：