1、1. P21966年，英籍華裔學(xué)者高錕（光纖通信之父）和霍克哈姆發(fā)表了關(guān)于傳輸介質(zhì)新概念的論文，指出了利用光纖進(jìn)行信息傳輸?shù)目赡苄院图夹g(shù)途徑，奠定光纖通信的基礎(chǔ)。（填空）2. P5電纜通信和微波通信的載波是電波，光纖通信的載波是光波。雖然光波和電波都是電磁波，但是頻率差別很大。光纖通信用的近紅外光（波長(zhǎng)約為1µm）的頻率（約300THz）比微波（波長(zhǎng)為0.1m1mm）的頻率（3300GHz）高3個(gè)數(shù)量級(jí)以上。（填空）3. P5什么是光纖通信？光纖通信的優(yōu)點(diǎn)？ 以光波為載波，以光纖作為傳輸介質(zhì)的通信方式；優(yōu)點(diǎn)：1）容許頻帶很寬，傳輸容量很大。2）損耗很小，中繼距離很長(zhǎng)且誤碼率很小。3）

2、重量輕、體積小。4）抗電磁干擾性能好。5）泄露小，保密性能好。6）節(jié)約金屬材料，有利于資源合理使用。（簡(jiǎn)答）4. P14光纖的結(jié)構(gòu)：纖芯、包層、（涂覆層）。設(shè)纖芯和包層的折射率分別為n1、n2，光能量在光纖傳輸?shù)谋匾獥l件是n1>n2。運(yùn)用全反射原理。（填空）5. P15按折射率，光纖類型可分為：突變（階躍）型和漸變型突變型多模光纖：直徑2a=5080µm，光線以折線形狀沿纖芯中心軸線方向傳播，特點(diǎn)是信號(hào)畸變大。漸變型多模光纖：直徑2a=50µm，光線以正弦形狀沿纖芯中心軸線方向傳播，特點(diǎn)是信號(hào)畸變小。單模光纖：直徑只有810µm，光線以直線形狀沿纖芯中心軸線

3、方向傳播，其信號(hào)畸變很小。圖2.2 ，看圖選擇6. P17根據(jù)傳播條件，定義臨界角的正弦為數(shù)值孔徑。NA= n0 sin (max) =（n0為空氣的折射率=1）。式中。NA表示光纖接收和傳輸光的能力。1）NA越大，纖芯對(duì)光能量的束縛越強(qiáng)，光纖抗彎曲性能越好。2）NA越大 經(jīng)光纖傳輸后產(chǎn)生的信號(hào)畸變?cè)酱?例題： 設(shè)光纖的纖芯折射率n1=1.500，包層折射率n2=1.485。求: （1）相對(duì)折射率差； 0.01 （2）數(shù)值孔徑NA； 0.21（3）入射臨界角max 。 12.12o7. 只有漸變型多模光纖具有自聚焦效應(yīng)，不僅不同入射角相應(yīng)的光線會(huì)聚在同一點(diǎn)上，而且這些光線的時(shí)間延遲也近似相等。

4、 8. P24（多模）傳輸模數(shù)（模的數(shù)量） g為光纖中纖芯的折射率分布參數(shù)。V為歸一化頻率。 （為半徑）對(duì)于階躍光纖， g， 其模式數(shù)目為 對(duì)于漸變光纖, g， 其模式數(shù)目為 例：如果纖芯直徑數(shù)值孔徑NA=0.275,工作波長(zhǎng)計(jì)算漸變折射率的模式數(shù)量。9. P25單模傳輸條件為 例：已知某階躍型光纖參數(shù)=0.003，n1=1.46，光波長(zhǎng)=1.31µm，求單模傳輸時(shí)光纖應(yīng)具有的纖芯半徑。10. 損耗和色散是光纖最重要的傳輸特性。損耗限制系統(tǒng)的傳輸距離，色散則限制系統(tǒng)的傳輸帶寬。 產(chǎn)生信號(hào)畸變的主要原因是光纖中存在色散。11. P27色散(Dispersion)是在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)，

5、由于不同成分的光的時(shí)間延遲（傳播速度）不同而產(chǎn)生的一種物理效應(yīng)。一般包括模式色散、材料色散和波導(dǎo)色散。 多模光纖: 模式色散占主要地位. 單模光纖: 材料色散和波導(dǎo)色散共同影響總色散. 材料色散和波導(dǎo)色散通稱為色度色散（波長(zhǎng)色散）。色散系數(shù)的單位為：ps/(nm·km)12. P35 G.651多模漸變型光纖：這種光纖在光纖通信發(fā)展初期廣泛應(yīng)用于中小容量、中短距離的通信系統(tǒng)。（只有G.651為多模光纖）G.652 常規(guī)單模光纖: 是第一代單模光纖，其特點(diǎn)是在波長(zhǎng)零色散波長(zhǎng)1.31 m 色散為零，系統(tǒng)的傳輸距離只受損耗的限制。這種光纖既可用于 1.31 m 波長(zhǎng)區(qū)，也可用于1.55 m

6、 波長(zhǎng)區(qū)，是一種可供雙窗口應(yīng)用的單模光纖。（使用得最多） G.653色散位移單模光纖：是第二代單模光纖，其特點(diǎn)是在波長(zhǎng)零色散波長(zhǎng)1.31 m 色散為零，損耗有最小。之中光纖適用于大容量長(zhǎng)距離通信系統(tǒng)。可用于海底傳輸。 G.654：這種光纖實(shí)際是一種用于1.55 m該進(jìn)的常規(guī)單模光纖，目的是增加傳輸距離。 G.655：非零色散光纖，是一種該進(jìn)的色散移位光纖。13. P32光纖的損耗：是影響光纖傳輸特性的一個(gè)重要指標(biāo)。由于損耗的存在，將會(huì)減小傳輸光信號(hào)的能量，使信號(hào)傳輸?shù)木嚯x受到限制。主要包括：吸收損耗、散射損耗和輻射損耗 通信中習(xí)慣用損耗系數(shù)表示損耗 14. P37光纜一般由纜芯和護(hù)套兩部分組成

7、。第三章 通信用光器件15. P48通信用光器件可以分為有源器件和無(wú)源器件兩種類型。有源器件包括光源、光檢測(cè)器和光放大器，這些器件是光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)和光中繼器的關(guān)鍵器件，和光纖一起決定著基本光纖傳輸系統(tǒng)的水平。光無(wú)源器件主要有連接器、耦合器、波分復(fù)用器、調(diào)制器、光開(kāi)關(guān)和隔離器等，這些器件對(duì)光纖通信系統(tǒng)的構(gòu)成、功能的擴(kuò)展和性能的提高都是不可缺少的。16.光源是光發(fā)射機(jī)的關(guān)鍵器件，其功能是把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。目前光纖通信廣泛使用的光源主要有半導(dǎo)體激光二極管或稱激光器（LD）和發(fā)光二極管或稱發(fā)光管（LED）17.有源器件的物理基礎(chǔ)是光和物質(zhì)的相互作用的效應(yīng)。主要有：受激吸收、受激輻射、自發(fā)輻射。

8、18.P49晶體中電子按能級(jí)的分布 通常情況下，N2<N1， 高能級(jí)上的電子數(shù)少。n 光經(jīng)過(guò)晶體時(shí)，受激吸收占主要地位，光被衰減吸收。 n 如果N2>N1，即受激輻射大于受激吸收，當(dāng)光通過(guò)這種物質(zhì)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生放大作用，這種物質(zhì)稱為激活物質(zhì)。N2>N1的分布和正常狀態(tài)(N1>N2)的分布相反,所以稱為粒子(電子)數(shù)反轉(zhuǎn)分布。n 為了使物質(zhì)發(fā)光，必須進(jìn)行粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，有多種方法可以實(shí)現(xiàn)能級(jí)之間的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)(泵浦技術(shù)），這些方法包括光激勵(lì)方法、電激勵(lì)方法等。或按書本答案表述：假設(shè)能級(jí)E1和E2,上的粒子數(shù)分別為N1和N2，在正常的熱平衡狀態(tài)下，低能級(jí)E1上的粒子數(shù)N1

9、是大于高能級(jí)E2上的粒子數(shù)N2的，入射的光信號(hào)總是被吸收。為了獲得光信號(hào)的放大，必須將熱平衡下的能級(jí)E1和E2上的粒子數(shù)N1和N2的分布關(guān)系倒過(guò)來(lái)，即高能級(jí)上的粒子數(shù)反而多于低能級(jí)上的粒子數(shù)，這就是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。 當(dāng)光通過(guò)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布激活物質(zhì)時(shí)，將產(chǎn)生放大。19. P51粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布是受激輻射的必要條件，但還不能產(chǎn)生激光。只有把激活物質(zhì)置于光學(xué)諧振腔中，對(duì)光的頻率和方向進(jìn)行選擇，才能獲得連續(xù)的光放大和激光震蕩輸出。基本的光學(xué)諧振腔由兩個(gè)放射率分別為R1和R2的平行反射鏡構(gòu)成，并被稱為法布里珀羅諧振腔。 20. P51激光震蕩的相位條件為： L為諧振腔的長(zhǎng)度。21.相鄰兩縱模之間的頻率之差

10、： 縱模的波長(zhǎng)間隔與頻率間隔的關(guān)系是： 22. P57發(fā)光二極管（LED）的工作原理與激光器（LD）有所不同，LD發(fā)射的是受激輻射光（相干光），LED發(fā)射的是自發(fā)輻射光（非相干光）。LED的結(jié)構(gòu)和LD相似，大多是采用雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)，把有源層夾在P型和N型限制層中間，不同的是LED不需要光學(xué)諧振腔，沒(méi)有閾值。發(fā)光二極管有兩種類型：一類是正面發(fā)光型LED，另一類是側(cè)面發(fā)光型LED。（如果有三個(gè)空格的話，則第三類填超輻射發(fā)光二極管。）23.擴(kuò)展內(nèi)容：LD和LED的差別激光器被視為20世紀(jì)的三大發(fā)明（還有半導(dǎo)體和原子能）之一，特別是半導(dǎo)體激光器LD倍受重視。光纖通信中最常用的光源是半導(dǎo)體激光器LD和發(fā)光二

11、極管LED。主要差別：n 發(fā)光二極管輸出非相干光（自發(fā)輻射）；n 半導(dǎo)體激光器輸出相干光（受激輻射）。n 比起半導(dǎo)體激光器，因?yàn)長(zhǎng)ED不需要熱穩(wěn)定和光穩(wěn)定電路，所以LED的驅(qū)動(dòng)電路相對(duì)簡(jiǎn)單，另外制作成本低、產(chǎn)量高。n LED的主要工作原理對(duì)應(yīng)光的自發(fā)輻射過(guò)程，因而是一種非相干光源。LED發(fā)射光的譜線較寬、方向性較差，本身的響應(yīng)速度又較慢，所以只適用于速率較低的通信系統(tǒng)。n 在高速、大容量的光纖通信系統(tǒng)中主要采用半導(dǎo)體激光器LD作光源。24.P60光檢測(cè)器是光接收機(jī)的關(guān)鍵器件，它的功能是把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。目前常用的光檢測(cè)器有PIN光電二極管和雪崩光電二極管（APD）25.P61 PIN光電二

12、極管的工作原理和結(jié)構(gòu)見(jiàn)書中圖3.20和3.21.中間的I層是N型參雜濃度很低的本征半導(dǎo)體，兩側(cè)是摻雜濃度很高的P型和N型半導(dǎo)體。I層很厚，吸收系數(shù)很小，入射光很容易進(jìn)入材料內(nèi)部而產(chǎn)生大量電子空穴隊(duì)對(duì)，因而大幅度提高了光電轉(zhuǎn)換效率。而兩側(cè)P層和N層很薄，吸收入射光的比例很小，I層幾乎占據(jù)整個(gè)耗盡層，因而光生電流中漂移分量占支配地位，從而大大提高了響應(yīng)速度。26.P64雪崩光電二極管（APD）:光電二極管輸出電流I和反向偏壓U的關(guān)系如書圖。隨著反向偏壓的增加，開(kāi)始電流基本不保持不變。當(dāng)方向偏壓增加到一定數(shù)值是，光電流急劇增加，最后器件被擊穿，這個(gè)電壓稱為擊穿電壓UB。27.P65倍增因子g定義為A

13、PD輸出光電流I0和一次光生電流IP的比值。g= I0/IP28.P71耦合器的功能是把一個(gè)輸入的光信號(hào)分配給多個(gè)輸出，或把多個(gè)輸入的光信號(hào)組合成一個(gè)輸出。 插入損耗IL是指定輸出端的光功率Pouti和全部輸入光功率Pin和的比值。 附加損耗EL是全部輸入端光功率總和和全部輸出端光功率總和的比值。 分光比或耦合比CR是一個(gè)指定輸出端的光功率和全部輸出端的光功率總和的比值。 隔離度I 某一光路對(duì)其它光路中的信號(hào)的隔離能力。例： 2×2雙錐形光纖耦合器的輸入功率為Pin=200µW,另外三個(gè)端口的輸出功率分別為P1=90µW，P2=85µW，P3=6.3nW

14、，試計(jì)算光纖耦合器的主要性能參數(shù)。解： 分光比為: 附加損耗為: 29.P72光隔離器是一種非互易性器件,只允許光波往一個(gè)方向傳輸,阻止光波往其他方向尤其是反方向傳輸。一般用在激光器或光放大器后，插入損耗值為1dB，隔離度的典型值為40-50dB。（光隔離器的工作原理 略） 第四章 光端機(jī)30.P79數(shù)字光發(fā)射機(jī)方框圖：電信號(hào)輸入輸入接口線路編碼調(diào)制電路光源控制電路光信號(hào)輸出光發(fā)射機(jī)由光源、調(diào)制器和信道耦合器組成。光信號(hào)是用電信號(hào)調(diào)制光載波產(chǎn)生的。31.P80 直接調(diào)制時(shí)，激光輸出與注入電脈沖之間存在電光延遲；（結(jié)合書本圖）n 激光器在瞬態(tài)過(guò)程中存在張弛振蕩；n 由于電光延遲現(xiàn)象，在電脈沖過(guò)后

15、，載流子有一定的存儲(chǔ)時(shí)間，導(dǎo)致高速數(shù)字調(diào)制時(shí)出現(xiàn)碼型效應(yīng)（適當(dāng)?shù)摹斑^(guò)調(diào)制”補(bǔ)償方法，可以消除碼型效應(yīng)）；n 某些激光器在某些注入電流下還會(huì)出現(xiàn)自脈動(dòng)現(xiàn)象。其頻率可達(dá)2GHz。光信號(hào)光檢測(cè)器偏壓控制偏壓控制AGC電路判決器時(shí)鐘提取再生碼流前置放大器放大器32.P85數(shù)字光接收機(jī)方框圖：33.P86光接收機(jī)的噪聲有兩部分：一部分是外部電磁干擾產(chǎn)生的，另一部分是內(nèi)部產(chǎn)生的；其主要來(lái)源是光檢測(cè)器的噪聲和前置放大器的噪聲34.P87常用的三種前置放大器：1）雙極型晶體管前置放大器2）場(chǎng)效應(yīng)管前置放大器3）跨阻型前置放大器。35.P88光接收對(duì)碼元誤判的概率稱為誤碼率。誤碼率可以用在足夠長(zhǎng)時(shí)間間隔內(nèi)傳輸?shù)?/p>

16、碼流中，誤判的碼元數(shù)和接收的總碼元數(shù)的比值來(lái)表示。36.P89接收靈敏度：靈敏度是衡量光接收機(jī)性能的綜合指標(biāo)。靈敏度Pr的定義是，在保證通信質(zhì)量（限定誤碼率后信噪比）的條件下，光接收所需的最小平均接收光功率Pmin并以dBm為單位。（描述了其準(zhǔn)確檢測(cè)光信號(hào)的能力。） 動(dòng)態(tài)范圍：光接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍是指在保證系統(tǒng)誤碼率指標(biāo)的條件下，接收機(jī)的最大允許平均接收光功率與最小平均接收光功率之差 或 （dB）例1某光纖通信系統(tǒng)中光源平均發(fā)送光功率為-28 dBm，光纖線路傳輸距離為 20 km，損耗系數(shù)為0.5 dBm/km.(1) 試求接收端收到的光功率為多少？(2

17、) 若接收機(jī)靈敏度為-40 dBm，試問(wèn)該信號(hào)能否被正常接收？(3) 若光源平均發(fā)送光功率增大至-10 dBm，光接收機(jī)剛好能將其正常接收，試求光接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍為多少？解：(1) 接收端收到的光功率P=-28 dBm-0.5 dBm/km×20 km =-38 dBm。 (2)  -38 dBm>-40 dBm能正常接收。 (3)  Pmax=-10dBm-0.5×20 dBm=-10 dBm-10 dBm=-20 dBm， 接收

18、機(jī)動(dòng)態(tài)范圍： D=Pmax-Pmin=-20 dB-(-40 dBm)= 20 dBm例2:在滿足一定誤碼率的條件下，光接收機(jī)最大接收光功率為0.1 mW，最小接收光功率為 1 000 nW。 (1) 求接收機(jī)靈敏度和接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍。 (2) 已知某個(gè)接收機(jī)的靈敏度為-40 dBm，動(dòng)態(tài)范圍為20 dBm，若收到的光功率為2W ， 系統(tǒng)能否正常工作？ 解：(1) 接收機(jī)靈敏度為 dBm動(dòng)態(tài)范圍為 dBm (2) 根據(jù)靈敏度為-40dBm， 可求得=0.1 ，由動(dòng)態(tài)范圍為20 dBm，可求得為10

19、 W，因?yàn)?0W >2W >0.1W ，故能夠正常工作。第五章 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)37.P102光纖大容量數(shù)字傳輸目前都采用同步時(shí)分復(fù)用技術(shù)，復(fù)用有分為若干等級(jí)，因而先后有兩種傳輸體質(zhì)：準(zhǔn)同步數(shù)字系列（PDH）和同步數(shù)字系列（SDH）。38.P103現(xiàn)有PDH的許多去點(diǎn)也逐漸暴露出來(lái)，主要有：（選擇題，自行看書）39.P103 SDH不僅適合于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，而且適合于多點(diǎn)之間的網(wǎng)路傳輸。SDH 傳輸網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由SDH終接設(shè)備（或稱終端復(fù)用器TM）、分插復(fù)用設(shè)備ADM、數(shù)字交叉連接設(shè)備DXC等網(wǎng)絡(luò)單元以及連接他們的（光纖）物理鏈路構(gòu)成。40.P1

20、05與PDH相比，SDH具有以下優(yōu)點(diǎn)（選擇題，自行看書）41.P106 SDH幀結(jié)構(gòu)（圖）幀結(jié)構(gòu)中字節(jié)的傳輸是從左到右，從上而下順序傳輸，每秒8000幀對(duì)于STM-1而言，幀長(zhǎng)（容量）為：9×270×1=2430 Byte；每幀比特?cái)?shù)是：9×270×8=19440 bit；STM-1傳送碼率為：19440×8000=155.520 Mb/s 通常，POH作為凈負(fù)荷的一部分與其一起在網(wǎng)絡(luò)中傳送，它負(fù)責(zé)對(duì)低速支路信號(hào)（例如2.048 Mb/s信號(hào)）進(jìn)行通道性能監(jiān)視管理和控制。42.P107 SDH基本復(fù)用單元包括：容器（C-n）、虛容器（VC-n）

21、、支路單元（TU-n）、支路單元組（TUG-n）管理單元（AU-n）、管理單元組（AUG-n） （n為PDH系列等級(jí)序號(hào) ）43.P116 中繼距離的設(shè)計(jì)有三種方法：最壞情況法（參數(shù)完全已知）、統(tǒng)計(jì)法、辦統(tǒng)計(jì)法。 中繼距離受光纖線路損耗和色散(寬帶)的限制，明顯隨傳輸速率的增加而減小。中繼距離和傳輸速率反映著光纖通信系統(tǒng)的技術(shù)水平。 （公式5.8、5.16）44.P123（第六章）模擬光纖傳輸系統(tǒng)目前使用的主要調(diào)制方式有模擬基帶直接光強(qiáng)調(diào)制、模擬間接光強(qiáng)調(diào)制和頻分復(fù)用光強(qiáng)調(diào)制三種。45.P145 摻鉺光纖放大器工作原理并畫出簡(jiǎn)圖。 在摻鉺光纖中，鉺離子有三個(gè)能級(jí)：其中能級(jí)1代表基態(tài)，能量最低；能級(jí)2是亞穩(wěn)態(tài)，處于中間能級(jí)；能級(jí)3代表激發(fā)態(tài)，能量最高。當(dāng)泵浦光的光子能量等于能級(jí)3和能級(jí)1的能量差是，鉺離子吸收泵浦光從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)（13）。但是激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的，鉺離子很快返回到能級(jí)2.如果輸入的信號(hào)光的能量等于能級(jí)2和能級(jí)1的能量差，則處于能級(jí)2的鉺離子將躍遷到基態(tài)（21），產(chǎn)生受激輻射光，因而信號(hào)光得到放大。由此可見(jiàn)，這種放大是由于泵浦光的能量轉(zhuǎn)換為信號(hào)光能量的結(jié)果。為提高放大器增益，應(yīng)提高對(duì)泵浦的吸收，使基態(tài)鉺離子盡可能躍遷到激發(fā)態(tài)。 激發(fā)態(tài)亞穩(wěn)態(tài)基態(tài) 46.P147摻鉺光纖放大器的構(gòu)成 圖7.3（a）EDFA 特性: 三種泵浦方式性