光纤通信课后答案

第一章基本理论1、阶跃型折射率光纤的单模传输原理是什么？答：当归一化频率V小于二阶模LP11归一化截止频率，即0＜V＜2.40483时，此时管线中只有一种传输模式，即单模传输。2、管线的损耗和色散对光纤通信系统有哪些影响？答：在光纤通信系统中，光纤损耗是限制无中继通信距离的重要因素之一，在很大程度上决定着传输系统的中继距离；光纤的色散引起传输信号的畸变，使通信质量下降，从而限制了通信容量和通信距离。3、光纤中有哪几种色散？解释其含义。答：（1）模式色散：在多模光纤中存在许多传输模式，不同模式沿光纤轴向的传输速度也不同，到达接收端所用的时间不同，而产生了模式色散。（2）材料色散：由于光纤材料的折射率是波长的非线性函数，从而使光的传输速度随波长的变化而变化，由此引起的色散称为材料色散。（3）波导色散：统一模式的相位常数随波长而变化，即群速度随波长而变化，由此引起的色散称为波导色散。5、光纤非线性效应对光纤通信系统有什么影响？答：光纤中的非线性效应对于光纤通信系统有正反两方面的作用，一方面可引起传输信号的附加损耗，波分复用系统中信道之间的串话以及信号载波的移动等，另一方面又可以被利用来开发如放大器、调制器等新型器件。6、单模光纤有哪几类？答：单模光纤分为四类：非色散位移单模光纤、色散位移单模光纤、截止波长位移单模光纤、非零色散位移单模光纤。12、光缆由哪几部分组成？答：加强件、缆芯、外护层。*、光纤优点：巨大带宽（200THz）、传输损耗小、体积小重量轻、抗电磁干扰、节约金属。*、光纤损耗：光纤对光波产生的衰减作用。引起光纤损耗的因素：本征损耗、制造损耗、附加损耗。*、光纤色散：由于光纤所传输的信号是由不同频率成分和不同模式成分所携带的，不同频率成分和不同模式成分的传输速度不同，导致信号的畸变。引起光纤色散的因素：光信号不是单色光、光纤对于光信号的色散作用。色散种类：模式色散（同波长不同模式）、材料色散（折射率）、波导色散（同模式，相位常数）。*、单模光纤：指在给定的工作波长上只传输单一基模的光纤。第二章光源和光发射机1、光与物质间的作用有哪三种基本过程？它们各自的特点是什么？答：（1）自发辐射：处于高能级电子的自发行为，与是否存在外界激励作用无关；自发辐射可以发生在一系列的能级之间，用此材料的发射光谱范围很宽；即使跃迁过程满足相同能级差，它们也是独立的、随机的辐射，产生的光子能量相同而彼此无关，各列光波可以有不同的相位和偏振方向，而且向空间各个角度传播，是一种非相干光。（2）受激辐射：感应光子的能量等于向下跃迁的能级之差；受激辐射产生的光子与感应光子全是全同光子，它们是相干的；受激辐射过程实质上是对外来入射光的放大过程。（3）受激吸收：受激吸收时需要消耗外来光能；受激吸收过程对应光子被吸收，生成电子—空穴对的光电转化过程。2、什么是粒子数反转分布？答：处于高能态的粒子数多于处于低能态的粒子数。3、怎样实现光放大？答：使媒质中高能级上的电子密度大于低能级上的电子密度，则受激辐射占主导地位，光波经过媒质时强度按指数规律增长，光波被放大，则实现光放大。4、构成激光器必须具备哪些功能部件？答：有源区，光反馈装置，频率选择元件，光束的方向选择元件，光波导。5、有哪些方法实现光学谐振腔？与之对应的激光器类型是什么？答：（1）用晶体天然的解理面形成法布里-珀罗谐振腔（F-P腔），当光在谐振腔中满足一定的相位条件和谐振条件时，建立起稳定的光振荡；（2）利用有源区一侧的周期性波纹结构提供光耦合来形成光振荡。*、激射的一般条件：（1）有源区里产生足够的粒子数反转分布；（2）存在光学谐振机制，并在有源区里建立起稳定的激光振荡第三章光接收机1、分析光电二极管和APD的工作原理。答：光电二极管：受激吸收，电子—空穴对运动；APD：电子—空穴对多次碰撞产生雪崩光倍增。2、分析光电二极管和APD性能参数上的异同点。答：APD是有增益的光电二极管，在光接收机灵敏度要求较高的场合，用APD有利于延长系统的传输距离，在灵敏度要求不高的场合，一般用没有增益的PIN光电检测器。第四章光纤通信系统2、什么是SDH？简述出主要特点答：（1）SDH技术是在信息结构等级、开销安排、同步复用映射结构、指针定位调整和网络节点接口等方面标准化的、主要采用光纤传输媒质（少量微波和电缆）的数字传送技术。（2）特点（优点）：①具有统一标准光接口；②开销比特丰富；③采用数字同步复用；④数字分插复用直接上下2Mbit/s；⑤数字交叉连接提高网络灵活性；⑥环形网具有“自愈”能力。3、SDH的帧结构由哪几部分组成？各部分的作用是什么？答：SDH的帧结构由三部分组成：（1）STM-N净负荷：存放STM-N传送的各种用户信息码块；（2）段开销SOH：保证信息净负荷正常传送所必须附加的运行、管理和维护（OAM）字节；（3）管理单元指针：指示信息净负荷的第一个字节在STM-N帧内的准备位置。4、目前使用的SDH信号的速率等级是如何规定的？答：SDH信号的速率等级是在传输线路的基础上定义的，传输线路可以是光线，也可以是微波和卫星传输通道。7、光纤放大器有哪些类型？答：半导体光放大器、掺铒光放大器、拉曼放大器。8、EDFA能放大哪个波段的光信号？简述EDFA的结构？工作原理？答：（1）EDFA能对1550nm波段的光进行放大；（2）结构：由掺铒光纤、泵浦源、波分复用器、光隔离器、滤波器组成；（3）原理：铒离子吸收泵浦光产生受激辐射光,使传输信号光得到放大。9、对于980nm泵浦和1480nm泵浦的EDFA，哪种泵浦方式的功率转换效率高？哪种泵浦方式的噪声系数小？为什么？答：（1）980nm泵浦的EDFA功率转换效率高，可达11dB/mW，而1480nm的只有6.5dB/mW；（2）前者的噪声系数小，只有3.2dB~3.4dB，而后者最小约为4dB；（3）这是因为采用1480nm泵浦的方向泵浦时，具有高的量子转换效率。10、拉曼光纤放大器突出的优点是什么？答：（1）增益介质为普通传输光纤，与光纤具有良好的兼容性；（2）增益波长由泵浦光波长决定，不受其他因素限制；（3）增益高，串扰小，噪声系数低，频谱范围宽，温度稳定性好。12、举例说明光纤放大器在光纤通信领域中的应用。答：（1）EDFA在密集波分复用大容量超长光纤传输方面发挥巨大作用，如在DWDM系统、HFC系统中的应用；（2）RFA的应用：独立拉曼宽带放大器、RFA+EDFA混合放大器、用RFA制成有源无损器件或动态均衡器件。第五章无源光器件和WDM技术2、试分析光耦合器的功能有哪些？如何实现光耦合？如何改变耦合器的分光比？答：（1）功能：①以光为媒介传输电信号，对输入、输出电信号有良好的隔离作用；②把多个光信号耦合到一起；③将光信号分到多根光纤中；（2）实现：在光耦合器输入端加电信号使发光源发光，此光照射到封装在一起的寿光器上后，因光电效应而产生了光电流，电受光器输出端引出，这样就实现光耦合；（3）改变分光比：改变耦合区的长度，就能改变耦合臂分配到的光功率，从而改变分光比。4、光纤偏振控制器和光纤布拉格光栅的工作原理是什么？答：（1）光纤偏振控制器：将光纤缠绕在盘上，由应力引起光纤感生双折射，使输入光在两个偏振方上产生相移，起偏振控制作用；（2）光纤布拉格光栅：FBG提供周期性的耦合点，使单模光纤中入社的基模根据光栅和不同传输常数决定的相位条件，可以耦合成前向或后向传输模式。7、解释环形器的工作原理，给出例子。答：（1）原理：光环形器利用光的偏振现象，其端口的输入输出关系是确定的，且只能正向传输；（2）应用于光分插复用器中，将光隔离器反射回来的光信号通过另外一个端口输出，可与光纤光栅构成WDM系统。13、密集波分复用系统中参考波长为多少？标准的信道间隔是多少？答：密集波分复用系统中参考波长为1552.52nm，标准的信道间隔为0.8nm（在1.55um波段对应10GHz频率间隔）的整数倍。14、DWDM开放式系统和集成式系统的区别？答：（1）开放式系统是在波分复用器前加有波长转换器OUT，将SDH非规范的波长转化为标准波长；（2）集成式系统是把标准的光波长和满足长距离传输的光源集成在SDH中，整个系统比较简单，没有增加多于设备。15、WDM系统中监控信道的作用是什么？对其有什么要求？答：（1）作用：减少系统发生故障的几率，减少故障修复时间，增强网络的生存性和强壮性，降低运行、维护和管理的成本；（2）条件：①监控通路不限制光放大器泵浦波长；②监控通路不应限制两线路放大器之间的距离；③监控通路不能限制未来在1310nm波长的业务；④线路放大器失效时监控通路仍然可用；⑤OSC传输应该是分段的具有3R功能和双向传输功能，在每个光放大器中继站上，信息能被正确的接受下来，而且还可以附上新的监控信号；⑥只考虑在两根光纤上传输的双向系统，允许OSC在双向传输，以防一旦一根光纤被切断后，监控信息仍然能被线路中断接受。