现代光纤通信复习资料 光纤复习重点

10.1关于考试10.2复习大纲10.3部分章节习题解答期末复习形式：闭卷时长：120分钟题型及分数分配选择题（10小题，10分）填空题（20小题，20分）名词解释（5小题，20分）简答（4小题，20分）画图（1小题，5分）计算（3小题，25分）关于考试各章分数分配第一章绪论——6%第二章光纤传输基本理论——19%第三章通信用光器件——12%第四章光端机——13%第五章数字光纤通信系统——20%关于考试各章分数分配第六章模拟光纤通信系统——5%第七章光纤通信系统总体设计——12%第八章光纤通信网——9%第九章光纤通信新技术——4%关于考试光纤通信的概念和优缺点；光纤通信系统的组成？及各部分的作用；光发射机的两种调制方式；复习大纲光纤结构和类型：光纤的结构；光线在纤芯内有效限制的原理；相对折射率差，代表的意义；光纤的类型，各自特点；光纤传输原理——几何光学方法概念：数值孔径，子午光线，光纤的时间延迟，自聚焦效应；计算：光纤数值孔径和时间延迟的计算。掌握数值孔径和时间延迟的概念，所描述的光纤特性；——阶跃光纤，渐变光纤；光纤传输原理——波动光学方法概念：光波模式：是指能够独立存在的电磁场的分布结构形式；横磁（电）模；波导基模(HE11模,或称LP01模)；模式截止；单模条件；截止波长；计算：单模条件，截止波长（截止频率）；光纤传输特性色散：概念；色散种类，色散对传输的影响；色散系数(定义，单位，计算，各光纤的典型值)损耗：概念，引起损耗的因素；损耗对传输的影响；色散系数（定义，单位，计算，典型值）ITU-T光纤分类标准和应用光缆：结构和类型无源器件种类，作用，特性要求；工作原理；光源——功能，常用种类；半导体激光器的工作原理和产生激光的条件；概念：受激吸收，受激辐射，自发辐射，粒子数反转；PN结；谐振条件；激光振荡；半导体激光器的基本结构，主要特性；半导体激光器起振的阈值条件；半导体激光器起振的相位条件；实际使用中为什么总是用热电致冷器对激光器进行冷却和温度控制？DFB激光器的工作原理；LED的特点；LED与LD的主要异同点；光检测器——功能，常用种类，两者的主要区别；概念：耗尽层；光电检测的响应时间；量子效率；渡越时间；倍增效应；光电二极管的工作原理；APD的工作原理；光探测器的作用是什么?光纤通信中最常用的光电检测器是哪两种？PIN和APD探测器的主要区别是什么?PIN光电二极管和APD雪崩光电二极管的结构和性能特点，并比较异同。PIN光电二极管响应度和量子效率关系，接收带宽(截止频率)与哪些因素有关？光发射机功能，调制方式，组成（框图）；光发射机对光源的要求；LD高速调制下的不良现象，造成的影响，形成的原因；解决的措施；调制电路；自动控制电路；概念：电光延迟，弛张振荡，自脉动；主要性能指标；光接收机功能，主要性能指标；组成（框图）及各部分的功能、作用以及提高接收性能的要求；光接收机的噪声来源与种类；概念：量子噪声，暗电流，接收灵敏度，动态范围，量子极限；线路编码必要性；选择线路码型需要考虑的因素；线路编码的种类（小类），编码原理，各自的优缺点；光发射机的功能：E/O转换；到光纤的光耦合。光源的调制方式；光源LD/LED:瞬态特性引起的现象电光延迟弛张震荡自脉动现象——产生的原因、造成的影响、解决的方法。电流开关电路温度形成的影响——APC、ATC光接收机的功能：O/E转换；放大、整形、再生。光接收机的主要性能指标：灵敏度、动态范围。光接收机的组成：前端+线路传输+抽判。线路编码：扰码，mBnB码，插入码。LD产生电光延迟、弛张振荡、自脉动的机理是什么？其危害是什么？如何消除这两种现象？LD电路中为何设置功率自动控制APC和自动温度控制ATC电路？控制是如何实现的？光发射机的调制方式有哪些类型？各自的优缺点是什么？数字光接收机中均衡滤波器的作用是什么？光接收机中的噪声有哪几种？数字光接收机的量子极限的含义。数字光纤通信系统选择传输码型需考虑的因素有哪些？光纤通信中常用线路码型有哪几种？两种传输体制PDH，速率，缺点；SDH——网络的构成；与PDH相比的特点；主要优点，核心特征；帧结构（结构图，标注，STM-1(STM-N)），组成部分，各部分在帧结构中的位置，字节数；STM-N（N=1,4,16）的传输速率，每一帧的字节数，帧周期，单位时间传输帧数目；概念：段开销（两部分），管理指针，信息载荷；SDH各组成部分：TM，ADM，DXC(X/Y)，光纤线路SDH环网的优点：网络自愈（概念）；系统设计——中继距离设计损耗限制的中继距离——计算色散限制的中继距离——计算一、填空题1、（）辐射是半导体激光器的基本工作原理。受激2、半导体激光器产生稳定的激光振荡必须满足一定的条件，即阈值（或者振幅）条件和（）条件。3、发光二极管是非相干光源，它基本工作原理是（）辐射。4、半导体激光器是一种（）构成的二极管结构。5、受激辐射过程实质上是对外来入射光的（）过程6、受激辐射产生的光子与感应光子是全同光子，不仅频率相同，而且（）、（）、（）都相同，故它们是相干的。7、目前光通信光源：（）、（）。8、半导体激光器的P-I特性是指它的（）随（）的变化关系。相位自发PN结放大相位偏振方向传播方向LDLED输出功率P注入电流I部分章节习题解答9、有源区是实现（）、（）的区域。10、光波导的实现两种技术是（）和（）。11、ＤＦＢ激光器的发射波长主要由（）决定。12、激光器的横模决定了输出光束的（）分布。13、由P-I关系法测量激光器的阈值电流有三种做法（）、（）和（）。14、激光器阈值电流随温度的升高而（）。（选“加大”还是“减小”）。15、边模抑制比（SSR）是指发射光谱中，在规定的输出功率和规定的调制是（）强度与（）强度之比。粒子数反转分布光增益增益导引折射率导引光栅周期空间反向延长法双斜率法二阶求导法加大最高光谱峰值次高光谱峰值二、不定选择题1、为了获得高辐射度，发光二极管一般采用（）结构。A、多同质B、双同质C、多异质D、双异质2、发光二极管的远场特性是距离器件输出端面一定距离的光束在（）的分布。A、时间上B、空间上C、磁场上D、电场上3、光纤通信中，光源的间接调制是利用晶体的（）等性质来实现对激光辐射调制。A、电光效应B、磁光效应C、声光效应D、场光效应4、在光纤数字通信系统中，光发送机主要有（）、光源及其控制电路。A、输入接口B、线路编码C、调制电路D、输出接口DBABCABC5、光与物质的相互作用有自发辐射、受激吸收、受激辐射三种过程。下面说法正确的是：（）A、受激吸收是产生激光的最重要的过程；B、自发辐射的光称为相干光；C、自发辐射是产生激光的最重要的过程；D、受激辐射是产生激光的最重要的过程。D6、下面的四个选项中哪一个不属于光发送机的功能（）。A、电端机输出的电信号转换为光信号；B、用耦合技术注入光纤线路；C、从受到各种干扰的信号中恢复出原始数据D、用电信号对光源进行调制。C7、在外来光子的激发下，高能级E2上的电子跃迁到低能级E1，并发射出一个与外来光子完全相同的光子的过程称为（）。Ａ、自发辐射Ｂ、受激吸收Ｃ、受激辐射Ｄ、非辐射复合。8、光纤通信系统中常用的光源主要有：（）Ａ、光检测器、光放大器、激光器；Ｂ、PIN光电二极管、APD雪崩二极管；Ｃ、半导体激光器、光电检测器、发光二极管；Ｄ、半导体激光器LD、半导体发光二极管LED。CD9-12题：（看图选择）数字光发射机的各组成部分的方框图如下，将字母对应的该组成部分名称填入9-12题填空内。9、()实现信号的电光转换10、()把经过线路编码的数字信号转变为电流信号注入LD或LED,从而获得相应的光信号。；11、()把数字信号转换成适合于光纤传输的码型、送入光纤线路；12、()控制激光器的直流偏置电流，使其自动跟踪阈值的变化，从而使LD总是偏置在最佳的工作状态；CBAD13、在激光器中，光的放大是通过()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。D三、判断题1、半导体激光器的输出光功率不会随温度而变化。（）2、由于光二极管输出的是自发辐射光，并且没有光学谐振腔，所以输出光谱要比半导体激光器窄得多。（）3、光调制是用待发送的电信号控制光载波的某一参量，使之携带发送信息的过程，也就是完成电/光转换的过程。（）4、对于半导体光源，其输出光功率与注入电流成反比。（）5、激光器的发射心波长随温度的升高向长波长漂移。（）××√×√6、受激吸收是半导体光检测器的基本工作原理。（）7、光电二极管的线性饱和是指它有一定的功率检测范围，当入射功率太强的时，光电流和光功率将不成正比，从而产生非线性失真。（）√√1、什么是粒子束反转分布？2、构成激光器必须具备哪些功能部件？3、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？4、激光器激射的条件是什么？5、在光纤通信中，对光源的调制可以分为哪两类？6、半导体激光器的纵模随注入电流怎么变化？7、半导体激光器的峰值波长随温度怎么变化？8、对激光器进行强度调制会使发射谱线增宽，动态谱线展宽的原因是什么？四、简答第一章习题1.1什么是光纤通信？简述光纤通信的发展历程？解：光纤通信是以光波作为传输信息的载波、以光纤作为传输介质的一种通信方式。也就是说，光纤通信是将待传送的语音、图像和数据等信号调制在光载波上，然后通过光纤进行传输的一种通信方式。光纤通信的发展粗略分为如下几个阶段（1）第一阶段（1966-1976年），从基础研究到商业应用的开发时期。在这个时期，实现了短波长（0.85μm）低速率（45-140Mb/s）多模光纤通信系统，无中继传输距离约10km。（2）第二阶段（1976-1986年），这是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。在这个时期，光纤从多模发展到单模，工作波长从短波长发展到长波长（1.31μm和1.55μm），实现了工作波长为1.31μm、传输速率为140-565Mb/s的单模光纤通信系统，无中继传输距离为10-50km。（3）第三阶段（1986-1996年），这是以超大容量超长距离为目标、全面深入开展新技术研究的时期。在这个时期，实现了1.55μm色散移位单模光纤通信系统。采用外调制技术，传输速率可达2.5-10Gb/s，无中继传输距离可达100-150km。（4）第四阶段（1996年-至今），开展研究光纤通信新技术。采用光放大器增加中继距离和采用波分复用增加传输容量。现在10Gb/s、40Gb/s的系统也已商用化。1.2光纤通信为什么能够成为一种主要的通信方式？解：光纤通信能够成为现代的主要通信方式，是归因于光纤通信具有以下突出的优点：①通信速率高（单波长速率已达10Gb/s以上），传输容量大（光波具有很高的频率，约1014Hz，一根光纤可同时传输几十个波长)；②损耗低（单模已低达0.2dB/km)、传输距离远（中继距离可达50-100Km）；③抗干扰能力强（抗强电、雷电和核辐射干扰），保密性好（光纤由石英玻璃制成，由于是绝缘材料，不受电磁场干扰；在光纤中传输的光泄漏非常微弱）；④质量轻（是传输相同信息量电缆重量的1/10-1/30），体积小（是相同容量电缆外径的1/3-1/4），敷设方便；⑤耐腐蚀，耐高温（石英玻璃熔点在2000۫C以上），可在恶劣环境中工作，寿命长；⑥节约金属材料，有利于资源合理使用（制造同轴电缆和波导管的铜、铝、铅等金属材料，在地球上的储存量是有限的；而制造光纤的石英（SiO2)在地球上基本上是取之不尽的材料）1.3光纤通信系统的组成主要包括哪些部分？试画出简图予以说明。解：光纤通信系统的基本组成包括：光纤、光发送器、光接收器、光中继器以及适当的连接器件等。其中：光发送器的功能是将来自用户端的电信号转换成