光纤通信期末考试复习提纲.docx

1、光纤通信期末考试复习提纲题型：、选择题，共15小题，总计 30 分二、填空题，共20 空，总计 20 分三、简答题，共4 小题，总计 20 分四、计算题，共3 小题，总计 30 分、选择题3.（ D ）是把光信号变为电信号的器件A.激光器 B. 发光二极管 C. 光源 D. 光检测器4.在系统光发射机的调制器前附加一个扰码器的作用是（ A ）A.保证传输的透明度 B. 控制长串“ 1”和“ 0”的出现C.进行在线无码监测 D. 解决基线漂移5 传输网最基本的同步传送模块是 1 ，其信号速率为（ A ） s。A.155520 B.622080C.2488320 D.99532806.掺铒光纤放大

2、器（）的工作波长为（ B ）波段。A.1310 B.1550 C.1510 D.8507.发光二 极管发出的 光是非相干光，它的基本原理是 （ B ）。A. 受激吸收 B. 自发辐射 C. 受激辐射 D. 自发吸收8.下列关于交叉连接设备与交换机的说法正确的是（ A ）A.两者都能提供动态的通道连接B. 两者输入输出都是单个用户话路C. 两者通道连接变动时间相同D. 两者改变连接都由网管系统配置9. 下列不是的主要优点是 （ D ）A. 充分利用光纤的巨大资源B. 同时传输多种不同类型的信号C. 高度的组网灵活性，可靠性D.采用数字同步技术不必进行码型调整10. 下列要实现解决的关键技术中不包

3、括（D )A. 全光解复用技术B.光时钟提取技术C. 超短波脉冲光源D.匹配技术11.下述有关光接收机灵敏度的表述不正确的是 （ A ）A.光接收机灵敏度描述了光接收机的最高误码率B.光接收机灵敏度描述了最低接收平均光功率C.光接收机灵敏度描述了每个光脉冲中最低接收光子能量D.光接收机灵敏度描述了每个光脉冲中最低接收平均光子数12.数字光接收机的灵敏度 100 微瓦，则为（ A ）。A. -10 B.10 20 3013.光孤子源主要有哪几种（ A ）A.掺铒光纤孤子激光器、锁模半导体激光器B.掺铒光纤孤子激光器、窄纤谱半导体激光器C.锁模半导体激光器、锁模半导体激光器D.掺铒光纤孤子激光器、

4、信道频率激光器A. B. C. D.15.下面说法正确的是（ C ）A.光纤通信只能用于数字通信，不能用于模拟通信B.光纤通信不能用于数字通信，只能用于模拟通信C.光纤通信即可以用于数字通信，也可用于模拟通信D.光纤通信不能用于数字通信，也不能用于模拟通信16.下列现象是光纤色散造成的，是（ B ）A. 光散射出光纤侧面 B. 随距离的增加，信号脉冲不断展宽C. 随距离的增加，信号脉冲收缩变窄 D. 信号脉冲衰减17.衰减器（ C ）A.一个阻挡某个波长的光而使其他波长的光透过的滤波器B.使输入光偏振，引起其他偏振光的损耗C.在一定的波长范围内均匀减小光强D.有选择地阻挡由自辐射产生的光子18

5、.为了使雪崩光电二极管正常工作，在其 P N 结上应加（ D ）A. 高正向偏压 B. 低正向偏压C. 低反向偏压 D. 高反向偏压19.在误码性能参数中，严重误码秒（）的误码率门限值为 （ D ）A.10-6 B.10 -5C.10-4 D.10-320.不属于无源光器件的是（ B ） A. 光定向耦合器 B. 半导体激光器C. 光纤连接器 D. 光衰减器21.光纤通信指的是（ B ）A . 以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式B . 以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式C . 以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式D.以激光作载波、以导线为传输媒介的通信方式22.弱导光纤 中纤

6、芯折射率 n1 和包层折 射率 n2 的关 系是 （ A ）i n2 1223.当Vfg时，光纤中的光能(D )A. 大部分集中在纤芯，小部分在包层 B. 大部分集中在包 层，小部分在纤芯C.都集中在包层中，纤芯中没有 D.都集中在纤芯中，包层中没有24.下列哪一种吸收属于光纤的本征吸收 ( A )2的吸收 的吸收2+的吸收 3+的吸收25.光纤通信需要从光纤的主传输信道中取出一部分光作为测 试用时，需用(B)C .光隔离器 D.光纤B. 保证光信号只能正向D.将光纤中传输的A .光衰减器 B .光耦合器连接器26.光隔离器的作用是 ( B )A. 调节光信号的功率大小 传输C. 分离同向传输

7、的各路光信号 监控信号隔离开27.光纤数字通信系统中不能传输 3码的原因是 ( A )长连“ 0”28.下列哪一个不是网的特点 (行系统配置的管理设备复杂性29.映射是指 ( B )和指针构成的过程 个 1 同步复用进的过程30.目前采用的泵浦波长是 ( C )31.决定光纤通信中继距离的主要因素是C.光发射机的输出功率D.光接收机的灵敏度32.光纤单模传输条件，归一化频率 V 应满足( B )2.405 B. V3.832 3.83233.使用连接器进行光纤连接时，如果接续点不连续，将会造 成（D ）A .光功率无法传输 B.光功率的菲涅耳反射C .光功率的散射损耗 D .光功率的一部分散射

8、损耗或以反射形式返回发送端34.在激光器中，光的放大是通过（ D ）A.光学谐振腔来实现B. 泵浦光源来实现C.外加直流来实现D.粒子数反转分布的激活物质来实现。35.掺铒光纤的激光特性（A)A.主要由掺铒兀素决定B.主要由起主介质作用的石英光纤决定C.主要由泵浦光源决定D.主要由入射光的工作波长决定二、填空题1.今后光纤通信的发展主方向是扩大通信容量、 延长中继距离 。2.根据传输方向上有无电场分量以及磁场分量，可将光电磁波。3.在多模光纤中，纤芯的半径越大，戶传输的导波模数量就越多。4.光缆由缆芯、加强元件（或加强芯）和外护层组成。5.激光振荡器必须包括增益介质、激励源和光学谐振腔 （或激

9、光腔）。6.对的直接调制将导致激光器动态谱线增宽 （或激光器光谱加宽），限制光纤通信系统的传输速率和容量。7属于受激发射发光，而属于自发辐射发光。8的雪崩放大效应具有随机性，由此产生的附加噪声称为倍增 噪声。9.限制光接收机灵敏度的主要因素是噪声。10.光纤通信系统中监控信号的传输途径有两个，一个是在光纤中传输，另一个是通过光缆中附加的金属导线传输。11.在编码过程中不使用的码组称为禁字。12.数字光纤通信系统的抖动常用 （或码元时隙）作单位来描13.造成光纤中传输的光波信号出现畸变的重要原因是光纤色散。14.激光器能产生激光振荡的最低限度称为激光器的阈值条15.由于双折射的存在，将导致光波的

10、偏振状态沿光纤长度变 化。16.数字光纤通信系统的抖动是指数字信号的有效瞬间与其理 想时间位置的短时间偏离。17传输系统每秒传送 8000帧16帧，则该系统的传送速率为 2.488（或 2488.32）。18.在网中，为了网络的，在的帧结构中设置了段开销和通道 开销（或路开销）。19不能（能/不能）对1.3卩m的光信号进行放大。20在光纤通信系统中的作用包括作前置放大器、作功率放大器 和作中继器。21.对于单模光纤来说，主要是 材料色散 和 波导色散，而对于多模光纤来说， 模式色散 占主要地位。22.响应度 和 量子效率 都是描述光电检测器光电转换 能力的一种物理量。23.数字光接收机最主要的

11、性能指标是 灵敏度和动态范 围_。24.半导体激光器中光学谐振腔的作用是提供必要的光反馈以及进行频率选择。25.渐变型光纤中，不同的射线具有相同轴向速度的现象称为 自聚焦现象。26中光耦合器的主要作用是将 输入光信号 和 原泵浦光混合起来。27.常用的设备有 终端复用器、分插复用器 和 交叉连接设备等。28.电信网有两大功能群：传送功能群 和 控制功能群。29.自愈环结构可分为两大类，分别是 通道倒换环 禾口_复用段倒换环。30.耦合器的结构有许多类型，其中比较实用的有 光纤型、微器件型和波导型 。31.光纤可分为单模光纤和多模光纤 ，其中多模光纤又可以分为突变型多模光纤 和 渐变型多模光纤3

12、2.受激光和物质相互作用时，存在的三种基本跃迁过程是吸收 、 受激辐射 和 自发辐射 。33.数字光纤通信系统常用的线路码型有 扰码 、 码和 插入码 。34帧结构中段开销包括 再生段开销() 和 复用段开销() 。35.各种业务信号在复用进帧的过程中都要经历 映射 、 定位 和 复用 。36.通信网中交换节点时钟的同步方式主要采用 主从同步方式_和 相互同步方式 两种基本方式。37网的基本网络拓扑结构包括链形、星形、树形、 环形 和网孔形5种类型。38.掺铒光纤放大器的应用方式有三种，即 中继放大器 、前置放大器和线路放大器。39传送网分为 电路层网络 、 通道层网络 、传输媒质层网络 。4

13、0.光放大器有 半导体光放大器 和 光纤放大器两种类型。三.简答题1.光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分作用 P218（ 1-2 ）答：光纤通信系统由发射机、接收机和光纤线路三个部分组 成。发射机又分为电发射机和光发射机。相应地，接收机也 分为光接收机和电接收机。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于信道传输的电信号，包括多路 复接、码型变换等：光发射机的作用是把输入电信号转换为 光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。光发射机由光源、驱动器、调制器组成，光源是光发射机的 核心。光发射机的性能基本取决于光源的特性；光源的输出 是光的载波信号，调制器让携带信息

14、的电信号去改变光载波 的某一参数（如光的强度）。光纤线路把来自于光发射机的光 信号，以尽可能小的畸变（失真）和衰减传输到光接收机。光 纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。光纤是光纤线 路的主体，接头和连接器是不可缺少的器件。光接收机把从 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。光接收机的功能主要由光检测器完成，光检测器是光接 收机的核心。电接收机的作用一是放大，二是完成与电发射机相反的变换，包括码型反变换和多路分接等。2.比较半导体激光器（）和发光二极管（）的异同。P229（3-4） 答和的不同之处：工作原理不同，发射的是受激辐射光，发射的是自发辐射光。不需要光学谐振腔，而

15、需要。和相比，输出光功率较小， ，光谱较宽，调制频率较低。但发光二极管性能稳定，寿命长， 输出功率线性范围宽，而且制造工艺简单，价格低廉。所以， 的主要应用场合是小容量（窄带）短距离通信系统；而主要应 用于长距离大容量（宽带）通信系统。和的相同之处：使用的半导体材料相同、结构相似，和大多采用双异质结（）结构，把有源层夹在 P型和N型限制层之间。3.光与物质间的相互作用过程有哪些？并分别解释其含义 。P234（ 3-19）答：光与物质之间的三种相互作用包括受激吸收、自发辐射和 受激辐射。（1） 受激吸收。在正常状态下，电子处于低能级 Ei，在入射光作用下，它会吸收光子的能量跃迁到高能级 E2上，

16、这种跃迁称为受激吸收。（2） 自发辐射。在高能级 巳的电子是不稳定的，即使没有外 界的作用，也会自动地跃迁到低能级 Ei上与空穴复合，释放的 能量转换为光子辐射出去，这种跃迁称为自发辐射。（3） 受激辐射。在高能级E2的电子，受到入射光的作用，被 迫跃迁到低能级Ei上与空穴复合，释放的能量产生光辐射，这种跃迁称为受激辐射。4.在数字光接收机中，为什么要设置电路？ P237（4-8）答：自动增益控制（）使光接收机具有较宽的动态范围，以保证 在入射光强度变化时输出电流基本恒定。由于使用条件不同， 输入光接收机的光信号大小会发生变化，为实现宽动态范围， 采用是十分有必要的。一般采用接收信号强度检测（

17、一般设在 放大器输出端）及直流运算放大器构成的反馈控制电路来实现。 对于光接收机，控制光检测器的偏压和放大器的增益；对于光 接收机，只控制放大器的增益。5.光发射机中外调制方式有哪些类型？内调制和外调制各有什么优缺点？ P238（ 4-15）答：外调制有电折射调制器、 电吸收调制器和M Z干涉型调制内调制的优点是简单、经济、易实现，适用于半导体激光器和发光二极管；缺点是带来了输出光脉冲的相位抖动 (即啁啾 效应)，使光纤的色散增加，限制了容量的提高。外调制的优点是可以减少啁啾， 不但可以实现方案，也可以 实现、等调制方案；缺点是成本咼，不易实现。6.在模拟光纤传输系统中，为了增加中继距离，必须

18、采用扩展 信号带宽的调制方式。具体方法有哪几种？并简述各种调试方 法的原理。P242 (6-3 )答：为了增加中继距离，采用扩展信号带宽的调制方式有频率 调制、脉冲频率调制和方波频率调制。频率调制方式是先用承载信息的模拟基带信号对正弦载波进行调频，产生等幅的频率受调的正弦信号，其频率随输入的 模拟基带信号的瞬时值而变化。然后用这个正弦调频信号对光 源进行光强调制，形成一光纤传输系统。脉冲频率调制方式是先用承载信息的模拟基带信号对脉冲载波进行调频，产生等幅、等宽的频率受调的脉冲信号，其脉 冲频率随输入的模拟基带信号的瞬时值而变化。然后用这个脉 冲调频信号对光源进行光强调制，形成一光纤传输系统。方

19、波频率调制方式是先用承载信息的模拟基带信号对方波进行调频，产生等幅、不等宽的方波脉冲调频信号，其方波脉 冲频率随输入的模拟基带信号的幅度而变化。然后用这个方波 脉冲调频信号对光源进行光强调制，形成一光纤传输系统。7.在模拟光纤传输系统中，为什么宁可采用扩展信号带宽的调制方式来增大传输距离，而不采用增设中继站的方法？ P243（6-4）答：在模拟光纤通信中，存在噪声积累效应，信噪比随中继器数目的增加而下降。因此，在输出信噪比指标一定的条件下， 中继器数目受到限制，即传输距离较短。而采用扩展信号带宽 的调制方式，如调频，存在制度增益，可以提高输出信噪比； 而在要求信噪比一定的条件下，就可以增大传输

20、距离。8工作原理是什么？有哪些应用方式？ P246（ 7-1）答掺铒光纤放大器（）的工作原理：在掺铒光纤（）中，铒离子有 三个能级：其中能级1代表基态，能量最低；能级 2是亚稳态， 处于中间能级；能级 3代表激发态，能量最高。当泵浦光的光 子能量等于能级3和能级1的能量差时，铒离子吸收泵浦光从基态跃迁到激发态(1 3)。但是激发态是不稳定的，铒离子很快返回到能级 2。如果输入的信号光的能量等于能级 2 和能级 1的能量差，则处于能级 2的铒离子将跃迁到基态( 21)，产生 受激辐射光，因而信号光得到放大。由此可见，这种放大是由 于泵浦光的能量转换为信号光能量的结果。 为提高放大器增益， 应提高

21、对泵浦光的吸收，使基态铒离子尽可能跃迁到激发态。的应用，归纳起来可以分为三种形式：(1)中继放大器。 在光纤线路上每隔一定距离设置一个光纤 放大器，以延长传输距离。(2)前置放大器。 此放大器置于光接收机前面， 放大非常微 弱的光信号，以改善接收 灵敏度。作为前置放大器，要求噪声系数尽量小。(3)后置放大器。 此放大器置于光发射机后面， 以提高发射 光功率。对后置放大器的 噪声要求不高，而饱和输出光功率是主要参数。四. 计算题1. 一阶跃折射率光纤的相对折射率差 =0.005, n1=1.5，当波长分别为0.85卩m 1.31卩m 1.55卩m时，要实现单模传输，纤芯半径a应小于多少？ P22

22、2 （2-10 ）解 由单模传输的条件V 2 a nj 巧2 2.405nv 0.15推导出a2.4052 :,厲2压2同理，当2.4052 -n； n2262.405 0.85 10 一2.1642 0.151.31 m 时，a 3.343 m ;当1.552. 一根数值孔径为0.20的阶跃折射率多模光纤在m，a 3.955 m。850波长上可0.85 m 时，以支持1000个左右的传播模式。试问：（1） 其纤芯直径为多少？（2） 在1310波长上可以支持多少个模？(2-19)M V2 2，则（3） 在1550波长上可以支持多少个模？ P225解 （1）对于阶跃光纤，传输的模数量V 丽 一

23、2一1000 44.7根据公式V 2 2 aNAa2 NA得乞 85 10 6 a，30 m2 0.2(2)在1310波长上，归一化频率V -9NA 4 30 106 0-2 28则传播模数量M 28旦 414.722 2(3)在1550波长上，归一化频率2 2 6V 帀市 30 10 2 24322则传播模数量V22295.7824.32223.有一段由阶跃折射率光纤构成的 5长的光纤链路，纤芯折射率n1=1.49，相对折射率差厶=0.01。(1)求接收端最快和最慢的模式之间的时延差；(2)求由模式色散导致的均方根脉冲展宽；(3) 假设最大比特率就等于带宽， 则此光纤的带宽距离积是多少？ P

24、227 (2-25 )解（由 宁得光纤包层折射率n2 (1 m (1 0.01) 1.49 1.4751则接收端最快和最慢的模式之间的时延差max minL sinc n1L Ln1 n2 L njg n 2)Lc n c n1 c n1 cn21.49 (1.49 1.4751) 5km5 251ns3 105km/s 1.4751(2)251 106.6ns2.355 2.355(3)B 441 1.76MHz带宽距离积为： BL 1.76 5 8.8MHz ?km。4.设140 / s数字光纤通信系统发射光功率为-3 ，接收机-38 ，系统余量为4 ，连接器损耗为0.5 /对，平均接头损

25、耗为0.05,光纤衰减系数为0.4 / ，光纤损耗余量为0.05/ 。（1） 计算中继距离 L。P239 （ 5-4）（2） 根据上述计算结果，设线路码传输速率 168,单模光纤色散系数=5（?）。问该系统应采用谱宽为多少的多纵模激光器作光源？ P240 (5-5)解：（1）R Pr 2 c Me由题可知=-3 , = -38 , = 4 , a c = 0.5 对，a s =0.05a f = 0 . 4 ,a m = 0.05 。故得R Pr 2 c Me60 km3 38 2 0.5 40.05 0.4 0.05所以受损耗限制的中继距离等于 606根据L，代入由上题计算的60及168，=

26、0-115，C0=5 ( )，可得多纵模激光器的谱宽 =2.285. 一个二进制传输系统具有以下特性：(1)单模光纤色散为15 (?,损耗为0.2。(2) 发射机用入=1550的激光器，发射平均功率为 5,谱宽为2。(3) 为了正常工作，接收机需要接收平均 1000个光子/比特。(4) 在发射机和接收机耦合损耗共计 3,系统余量为3。求：数据速率为10和100时，最大中继距离各为多少。 P240(5-7)解:假设系统余量Me为3。数据速率为10时：nhf nhcf,Pmin 10lg 10lg b2Tb 21000 6.628 1034 3 108 10 1Cf10lg( 9 1000) 61.9dBm2 1551 106.假设我们想要频分复用 60路信号，如果其中30路信号的每0.2 0 0106一个信道的调制指数 3%而另外30路信号的每一个信道的调制指数4%试求激光器的光调制指数。P245( 6-8) 解 因为总调制指数0.5，其中是每一路的调制指数，所以有0 5 0 5m 1=0.03 X 30 =0.16 , m=0.04 X 30 =0.222激光器的光调制指数为 m ( mi2)1/2 (0.162 0.222 )1/2 0.272i 1