1、習(xí)題一1光纖通信的優(yōu)缺點(diǎn)各是什么？答：優(yōu)點(diǎn)有：帶寬資源豐富，通信容量大；損耗低，中繼距離長(zhǎng)；無(wú)串音干擾，保密性好；適應(yīng)能力強(qiáng)；體積小、重量輕、便于施工維護(hù)；原材料來(lái)源豐富，潛在價(jià)格低廉等。缺點(diǎn)有：接口昂貴，強(qiáng)度差，不能傳送電力，需要專門(mén)的工具、設(shè)備以及培訓(xùn)，未經(jīng)受長(zhǎng)時(shí)間的檢驗(yàn)等。2光纖通信系統(tǒng)由哪幾部分組成？各部分的功能是什么？答：光纖通信系統(tǒng)由三部分組成：光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)和光纖鏈路。光發(fā)射機(jī)由模擬或數(shù)字電接口、電壓電流驅(qū)動(dòng)電路和光源組件組成。光源組件包括光源、光源光纖耦合器和一段光纖（尾纖或光纖跳線）組成。模擬或數(shù)字電接的作用是實(shí)現(xiàn)口阻抗匹配和信號(hào)電平匹配（限制輸入信號(hào)的振幅）作用。光源是

2、LED或LD，這兩種二極管的光功率與驅(qū)動(dòng)電流成正比。電壓電流驅(qū)動(dòng)電路是輸入電路與光源間的電接口，用來(lái)將輸入信號(hào)的電壓轉(zhuǎn)換成電流以驅(qū)動(dòng)光源。光源光纖耦合器的作用是把光源發(fā)出的光耦合到光纖或光纜中。光接收機(jī)由光檢測(cè)器組件、放大電路和模擬或數(shù)字電接口組成。光檢測(cè)器組件包括一段光纖（尾纖或光纖跳線）、光纖光檢波器耦合器、光檢測(cè)器和電流電壓轉(zhuǎn)換器。光檢測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)。常用的器件有PIN和APD。然后再通過(guò)電流電壓轉(zhuǎn)換器，變成電壓信號(hào)輸出。模擬或數(shù)字電接口對(duì)輸出電路其阻抗匹配和信號(hào)電平匹配作用。光纖鏈路由光纖光纜、光纖連接器、光纜終端盒、光纜線路盒和中繼器等組成。光纖光纜由石英或塑料光纖、金屬

3、包層和外套管組成。光纜線路盒：光纜生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的光纜一般為2km一盤(pán)，因而，如果光發(fā)送與光接收之間的距離超多2km時(shí)，每隔2km將需要用光纜線路盒把光纜連接起來(lái)。光纜終端盒：主要用于將光纜從戶外（或戶內(nèi)）引入到戶內(nèi)（或戶外），將光纜中的光纖從光纜中分出來(lái)，一般放置在光設(shè)備機(jī)房?jī)?nèi)。光纖連接器：主要用于將光發(fā)送機(jī)（或光接收機(jī)）與光纜終端盒分出來(lái)的光纖連接起來(lái)，即連接光纖跳線與光纜中的光纖。3假設(shè)數(shù)字通信系統(tǒng)能夠在高達(dá)1%的載波頻率的比特率下工作，試問(wèn)在5GHz的微波載波和1.55m的光載波上能傳輸多少路64kb/s的音頻信道？解：根據(jù)題意，求得在5GHz的微波載波下，數(shù)字通信系統(tǒng)的比特率為50Mb

4、/s，則能傳輸781路64kb/s的音頻信道。根據(jù)題意，求得在1.55m的光載波下，數(shù)字通信系統(tǒng)的比特率為1.935Gb/s，則能傳輸30241935路64kb/s的音頻信道。4SDH體制有什么優(yōu)點(diǎn)？答：（1）SDH傳輸系統(tǒng)在國(guó)際上有統(tǒng)一的幀結(jié)構(gòu)，數(shù)字傳輸標(biāo)準(zhǔn)速率和標(biāo)準(zhǔn)的光路接口，使網(wǎng)管系統(tǒng)互通，因此有很好的橫向兼容性，它能與現(xiàn)有的準(zhǔn)同步數(shù)字體制（PDH）完全兼容，并容納各種新的業(yè)務(wù)信號(hào)，形成了全球統(tǒng)一的數(shù)字傳輸體制標(biāo)準(zhǔn)，提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性；（2）SDH接入系統(tǒng)的不同等級(jí)的碼流在幀結(jié)構(gòu)凈負(fù)荷區(qū)內(nèi)的排列非常有規(guī)律，而凈負(fù)荷與網(wǎng)絡(luò)是同步的，它利用軟件能將高速信號(hào)一次直接分插出低速支路信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了一

5、次復(fù)用的特性，克服了PDH準(zhǔn)同步復(fù)用方式對(duì)全部高速信號(hào)進(jìn)行逐級(jí)分解然后再生復(fù)用的過(guò)程，由于大大簡(jiǎn)化了數(shù)字交叉連接（DXC），減少了背靠背的接口復(fù)用設(shè)備，改善了網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)傳送透明性；（3）由于采用了較先進(jìn)的分插復(fù)用器（ADM）、數(shù)字交叉連接（DXC）、網(wǎng)絡(luò)的自愈功能和重組功能就顯得非常強(qiáng)大，具有較強(qiáng)的生存率。因SDH幀結(jié)構(gòu)中安排了信號(hào)的5開(kāi)銷(xiāo)比特，它的網(wǎng)管功能顯得特別強(qiáng)大，并能統(tǒng)一形成網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，為網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化、智能化、信道的利用率以及降低網(wǎng)絡(luò)的維管費(fèi)和生存能力起到了積極作用；（4）由于SDH有多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它所組成的網(wǎng)絡(luò)非常靈活，它能增強(qiáng)網(wǎng)監(jiān)，運(yùn)行管理和自動(dòng)配置功能，優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)性能，同時(shí)

6、也使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行靈活、安全、可靠，使網(wǎng)絡(luò)的功能非常齊全和多樣化； （5）SDH有傳輸和交換的性能，它的系列設(shè)備的構(gòu)成能通過(guò)功能塊的自由組合，實(shí)現(xiàn)了不同層次和各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，十分靈活；（6）SDH并不專屬于某種傳輸介質(zhì)，它可用于雙絞線、同軸電纜，但SDH用于傳輸高數(shù)據(jù)率則需用光纖。這一特點(diǎn)表明，SDH既適合用作干線通道，也可作支線通道。例如，我國(guó)的國(guó)家與省級(jí)有線電視干線網(wǎng)就是采用SDH，而且它也便于與光纖電纜混合網(wǎng)(HFC)相兼容；（7）從OSI模型的觀點(diǎn)來(lái)看，SDH屬于其最底層的物理層，并未對(duì)其高層有嚴(yán)格的限制，便于在SDH上采用各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，支持ATM或IP傳輸；（8）SDH是嚴(yán)格同步的，從

7、而保證了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定可靠，誤碼少，且便于復(fù)用和調(diào)整；（9）標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放型光接口可以在基本光纜段上實(shí)現(xiàn)橫向兼容，降低了聯(lián)網(wǎng)成本。5簡(jiǎn)述未來(lái)光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)及關(guān)鍵技術(shù)。答：全光網(wǎng)絡(luò)將成為繼純電纜網(wǎng)絡(luò)、光電耦合網(wǎng)絡(luò)后的第三代網(wǎng)絡(luò)。全光網(wǎng)絡(luò)是指信號(hào)只是在進(jìn)出網(wǎng)絡(luò)時(shí)才進(jìn)行電/光和光/電的變換，而在網(wǎng)絡(luò)中傳輸和交換的過(guò)程中始終以光的形式存在，因此在整個(gè)傳輸過(guò)程中沒(méi)有電的處理。全光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)主要有光放大中繼技術(shù)、光復(fù)用技術(shù)、光交換技術(shù)、光分插復(fù)用技術(shù)等。6簡(jiǎn)述WDM的概念。答：波分復(fù)用的基本思想是將工作波長(zhǎng)略微不同、各自攜帶了不同信息的多個(gè)光源發(fā)出的光信號(hào)，一起注入到同一根光纖中進(jìn)行傳輸。7解釋光纖通信為

8、何越來(lái)越多地采用WDM+EDFA方式。答：采用WDM技術(shù)的原因是和它的優(yōu)點(diǎn)分不開(kāi)的，它有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）充分利用了光纖的巨大帶寬資源；（2）同時(shí)傳輸多種不同類(lèi)型的信號(hào)；（3）實(shí)現(xiàn)單根光纖雙向傳輸；（4）多種應(yīng)用形式；（5）節(jié)約線路投資；（6）降低器件的超高速要求。采用EDFA技術(shù)的原因是和它的優(yōu)點(diǎn)分不開(kāi)的，它有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）中繼器的價(jià)格下降了；（2）對(duì)傳送的數(shù)據(jù)速率和調(diào)制格式透明，這樣系統(tǒng)只需改變鏈路的終端設(shè)備就很容易升級(jí)到高的速率；（3）可以同時(shí)放大多個(gè)波長(zhǎng)信號(hào)， 使波分復(fù)用（WDM）的實(shí)現(xiàn)成為可能；（4）提供了系統(tǒng)擴(kuò)容的新途徑， 無(wú)需增加光纖和工作的速率， 只需通過(guò)增加波長(zhǎng)就可提高系統(tǒng)的

9、容量；（5）最關(guān)鍵的是系統(tǒng)的成本下降了。8全光網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)是什么？答：能充分利用光纖的帶寬資源，故容量大，傳輸質(zhì)量好，開(kāi)放性，易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，可擴(kuò)展性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，透明性，可靠性高，可維護(hù)性好。習(xí)題二1光波從空氣中以角度33°投射到平板玻璃表面上，這里的是入射光與玻璃表面之間的夾角。根據(jù)投射到玻璃表面的角度，光束一部分被反射，另一部分發(fā)生折射，如果折射光束和反射光束之間的夾角正好為90°，請(qǐng)問(wèn)玻璃的折射率等于多少？這種玻璃的臨界角又是多少？解：入射光與玻璃表面之間的夾角33°，則入射角°，反射角°。由于折射光束和反射光束之間的夾角正好為90

10、°，所以折射角°。由折射定律，得到（自己用matlab算出來(lái)）其中利用了空氣折射率。這種玻璃的臨界角為（自己用matlab算出來(lái)）2計(jì)算及的階躍折射率光纖的數(shù)值孔徑。如果光纖端面外介質(zhì)折射率，則允許的最大入射角為多少？解：階躍光纖的數(shù)值孔徑為允許的最大入射角自己用matlab算出來(lái)3弱導(dǎo)階躍光纖纖芯和包層折射率分別為，試計(jì)算（1）纖芯和包層的相對(duì)折射率；（2）光纖的數(shù)值孔徑。解：階躍光纖纖芯和包層的相對(duì)折射率差為光纖的數(shù)值孔徑為4已知階躍光纖纖芯的折射率為，相對(duì)折射（指數(shù)）差，纖芯半徑，若，計(jì)算光纖的歸一化頻率及其中傳播的模數(shù)量。解：光纖的歸一化頻率光纖中傳播的模數(shù)量5一根

11、數(shù)值孔徑為0.20的階躍折射率多模光纖在850nm波長(zhǎng)上可以支持1000個(gè)左右的傳播模式。試問(wèn)：（1）其纖芯直徑為多少？（2）在1310nm波長(zhǎng)上可以支持多少個(gè)模？（3）在1550nm波長(zhǎng)上可以支持多少個(gè)模?解：（1）由，得到纖芯直徑為（2）當(dāng)，有得到模的個(gè)數(shù)為（3）當(dāng)，得到模的個(gè)數(shù)為6用纖芯折射率為，長(zhǎng)度未知的弱導(dǎo)光纖傳輸脈沖重復(fù)頻率的光脈沖，經(jīng)過(guò)該光纖后，信號(hào)延遲半個(gè)脈沖周期，試估算光纖的長(zhǎng)度。解：信號(hào)的周期為信號(hào)在纖芯中傳輸?shù)乃俣葹橛捎谛盘?hào)延遲半個(gè)脈沖周期，則光纖的長(zhǎng)度為7有階躍型光纖，若，那么（1）若，為保證單模傳輸，光纖纖芯半徑應(yīng)取多大？（2）若取芯徑，保證單模傳輸時(shí)，應(yīng)怎么選擇？解

12、：（1）由歸一化頻率得到為了保證光纖中只能存在一個(gè)模式，則要求，則要求光纖纖芯半徑（2）若取芯徑，保證單模傳輸時(shí)，則8漸變光纖的折射指數(shù)分布為求光纖的本地?cái)?shù)值孔徑。解：漸變光纖纖芯中某一點(diǎn)的數(shù)值孔徑為9某光纖在1300nm處的損耗為，在1550nm波長(zhǎng)處的損耗為。假設(shè)下面兩種光信號(hào)同時(shí)進(jìn)入光纖：1300nm波長(zhǎng)的的光信號(hào)和1550nm波長(zhǎng)的的光信號(hào)。試問(wèn)這兩種光信號(hào)在8km和20km處的功率各是多少？以為單位。解：對(duì)于1300nm波長(zhǎng)的光信號(hào)，在8km和20km處的功率各是，對(duì)于1550nm波長(zhǎng)的光信號(hào)，在8km和20km處的功率各是，10一段12km長(zhǎng)的光纖線路，其損耗為。試回答：（1）如果

13、在接收端保持的接收光功率，則發(fā)送端的功率至少為多少？（2）如果光纖的損耗變?yōu)椋瑒t所需的輸入光功率為多少？解：（1）根據(jù)損耗系數(shù)定義得到發(fā)送端的功率至少為（2）如果光纖的損耗變?yōu)椋瑒t所需的輸入光功率為11有一段由階躍折射率光纖構(gòu)成的5km長(zhǎng)的光纖鏈路，纖芯折射率，相對(duì)折射率差。（1）求接收端最快和最慢的模式之間的時(shí)延差；（2）求由模式色散導(dǎo)致的均方根脈沖展寬；（3）假設(shè)最大比特率就等于帶寬，則此光纖的帶寬距離積是多少？解：（1）纖芯和包層的相對(duì)折射率差為則得到接收端最快和最慢的模式之間的時(shí)延差（2）模式色散導(dǎo)致的均方根脈沖展寬實(shí)際上就等于最快和最慢的模式之間的時(shí)延差（3）光纖的帶寬距離積12有1

14、0km長(zhǎng)的多模階躍折射光纖，如果其纖芯折射率為，計(jì)算光纖帶寬。解：纖芯和包層的相對(duì)折射率為由階躍光纖的比特距離積，得到光纖帶寬習(xí)題三1計(jì)算一個(gè)波長(zhǎng)為的光子能量，分別對(duì)1MHz和100MHz的無(wú)線電做同樣的計(jì)算。解：波長(zhǎng)為的光子能量為對(duì)1MHz和100MHz的無(wú)線電的光子能量分別為2太陽(yáng)向地球輻射光波，設(shè)其平均波長(zhǎng)，射到地球外面大氣層的光強(qiáng)大約為。如果恰好在大氣層外放一個(gè)太陽(yáng)能電池，試計(jì)算每秒鐘到達(dá)太陽(yáng)能電池上每平方米板上的光子數(shù)。解：光子數(shù)為3如果激光器在上工作，輸出1W的連續(xù)功率，試計(jì)算每秒從激活物質(zhì)的高能級(jí)躍遷到低能級(jí)的粒子數(shù)。解：粒子數(shù)為4光與物質(zhì)間的相互作用過(guò)程有哪些？答：受激吸收，受

15、激輻射和自發(fā)輻射。5什么是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)？什么情況下能實(shí)現(xiàn)光放大？答：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布是指高能級(jí)粒子布居數(shù)大于低能級(jí)的粒子布居數(shù)。處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的介質(zhì)（叫激活介質(zhì)）可實(shí)現(xiàn)光放大。6什么是激光器的閾值條件？答：閾值增益為其中是介質(zhì)的損耗系數(shù)，分別是諧振腔反射鏡的反射系數(shù)。當(dāng)激光器的增益時(shí)，才能有激光放出。（詳細(xì)推導(dǎo)請(qǐng)看補(bǔ)充題1、2）7由表達(dá)式說(shuō)明為什么LED的FWHM功率譜寬度在長(zhǎng)波長(zhǎng)中會(huì)變得更寬些？證明：由得到，于是得到，可見(jiàn)當(dāng)一定時(shí)，與成正比。8試畫(huà)出APD雪崩二極管結(jié)構(gòu)示意圖，并指出高場(chǎng)區(qū)及耗盡層的范圍。解：先把一種高阻的P型材料作為外延層，沉積在P+材料上（P+是P型重?fù)诫s），然后在高阻區(qū)

16、進(jìn)行P型擴(kuò)散或電離摻雜（叫層），最后一層是一個(gè)N+（N+是N型重?fù)诫s）層。高場(chǎng)區(qū)是P區(qū)，耗盡區(qū)是P區(qū)。9一個(gè)GaAsPIN光電二極管平均每三個(gè)入射光子產(chǎn)生一個(gè)電子空穴對(duì)。假設(shè)所以的電子都被收集，那么（1）計(jì)算該器件的量子效率；（2）在波段接收功率是，計(jì)算平均是輸出光電流；（3）計(jì)算波長(zhǎng)，當(dāng)這個(gè)光電二極管超過(guò)此波長(zhǎng)時(shí)將停止工作，即長(zhǎng)波長(zhǎng)截止點(diǎn)。解：（1）量子效率為（2）由量子效率得到（3）GaAsPIN的禁帶寬度為，則截止波長(zhǎng)為10什么是雪崩增益效應(yīng)？答：一次光生載流子穿過(guò)一個(gè)具有非常高的電場(chǎng)高場(chǎng)區(qū)。在這個(gè)高場(chǎng)區(qū)，光生電子空穴可以獲得很高的能量。他們高速碰撞在價(jià)帶上的電子，使之電離，從而激發(fā)出新

17、的電子空穴對(duì)。新產(chǎn)生的的載流子同樣由電場(chǎng)加速，并獲得足夠的能量，從而導(dǎo)致更多的碰撞電離產(chǎn)生，這種現(xiàn)象叫雪崩效應(yīng)。11設(shè)PIN光電二極管的量子效率為80%，計(jì)算在和波長(zhǎng)時(shí)的響應(yīng)度，說(shuō)明為什么在處光電二極管比較靈敏。解：時(shí)的響應(yīng)度為；時(shí)的響應(yīng)度為。因?yàn)轫憫?yīng)度正比于波長(zhǎng)，故在處光電二極管比處?kù)`敏。12光檢測(cè)過(guò)程中都有哪些噪聲？答：量子噪聲，暗電流噪聲，漏電流噪聲和熱噪聲。補(bǔ)充題1一束光在介質(zhì)中傳播時(shí)，其光強(qiáng)隨傳播距離的變化通常表示為，其中為初始光強(qiáng)，為光強(qiáng)增益系數(shù)，為光強(qiáng)損耗系數(shù)。試推到這個(gè)式子，并說(shuō)明此式成立條件。解：設(shè)光束通過(guò)厚度為的一層介質(zhì)時(shí)，其光強(qiáng)由變?yōu)椋诠夥糯髸r(shí)，可寫(xiě)成，即，若為常數(shù)，則

18、積分得到；在衰減時(shí)，可寫(xiě)成，即，若為常數(shù)，則積分得到；所以，當(dāng)光放大和光衰減同時(shí)存在時(shí)，便有。顯然，此式成立的條件是：都與無(wú)關(guān)。補(bǔ)充題2設(shè)LD的光學(xué)諧振腔長(zhǎng)為，諧振腔前、后鏡片的光強(qiáng)反射系數(shù)分別為，諧振腔介質(zhì)的光強(qiáng)損耗系數(shù)為，諧振腔的光強(qiáng)增益系數(shù)為，試證明：激光所要求的諧振條件（閾值增益條件）為解：在諧振腔內(nèi)任取一點(diǎn)，此點(diǎn)光強(qiáng)，該光強(qiáng)向右傳播到前鏡片，經(jīng)反射后向左傳播到后鏡片，再經(jīng)過(guò)反射向右傳播回到點(diǎn)，則光強(qiáng)變?yōu)轱@然，產(chǎn)生激光的條件為返回點(diǎn)的光強(qiáng)要大于點(diǎn)發(fā)出的光強(qiáng)即，得到，因而記，是諧振腔的總損耗，只有增益時(shí)，才能產(chǎn)生激光，故把叫激光器的閾值條件。習(xí)題四1光纖的連接損耗有哪些？如何降低連接損耗

19、？答：光纖連接器引入的損耗有插入損耗（insertion loss）和回波損耗（return loss）。插入損耗是由光纖端接缺陷造成的光信號(hào)損失，插入損耗越小越好。回波損耗是由于光波在光纖端接的界面處產(chǎn)生菲涅耳反射，反射波對(duì)光源造成干擾，故回波損耗越大越好。ITU建議回波損耗值不小于38dB。由徑向偏移產(chǎn)生的損耗比縱向偏移大得多，因而首先要保證光纖軸心對(duì)準(zhǔn)、靠緊。2試用2×2耦合器構(gòu)成一個(gè)8×8空分開(kāi)關(guān)陣列，畫(huà)出連接圖和輸入、輸出端口信號(hào)間的流向，計(jì)算所需要開(kāi)關(guān)數(shù)。解：由，得到3討論圖4.19所示平面陣列波導(dǎo)光柵的設(shè)計(jì)思想和方法。答：集成陣列波導(dǎo)光柵由輸入輸出波導(dǎo)、星型波

20、導(dǎo)和陣列波導(dǎo)三部分組成。輸入、星型波導(dǎo)與陣列波導(dǎo)組成一個(gè)相位控制器，使得到達(dá)衍射光柵的光波相位與光的輸入端口和光波長(zhǎng)有關(guān)。與陣列波導(dǎo)輸出端面相連的星型波導(dǎo)的輸入端面充當(dāng)衍射光柵的作用。每個(gè)陣列中的波導(dǎo)正對(duì)中心的輸入輸出波導(dǎo)，端面展開(kāi)以減小耦合損耗，陣列波導(dǎo)數(shù)要保證所有衍射光能被收集。這樣從輸入波導(dǎo)進(jìn)來(lái)的光就能被無(wú)畸變(或畸變小)傳輸?shù)捷敵霾▽?dǎo)。波導(dǎo)陣列中相鄰波導(dǎo)間的長(zhǎng)度差為常數(shù)，對(duì)入射光的相位周期性地調(diào)制。4簡(jiǎn)述光耦合器和WDM分波器有什么不同？答：光纖耦合器是實(shí)現(xiàn)光信號(hào)分路/合路的功能器件，一般用于把一個(gè)輸入光信號(hào)分配給多個(gè)輸出，或把多個(gè)輸入光信號(hào)組合成一個(gè)輸入。耦合器大多與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，與波長(zhǎng)

21、相關(guān)的耦合器專稱為波分復(fù)用器/解復(fù)用器。5光濾波器有哪些種類(lèi)？濾波器應(yīng)用在什么場(chǎng)合？答：光濾波器種類(lèi)有：1.F-P腔型光濾波器：光纖型F-P腔濾波器，鐵電液晶光濾波器，微機(jī)械F-P濾波器；2.馬赫-曾德干涉型光濾波器：3.基于光柵的濾波器：聲光可調(diào)濾波器，電光可調(diào)濾波器，光柵濾波器，光纖布拉格光柵濾波器；4.介質(zhì)膜濾波器；5.有源濾波器；6.原子共振濾波器。光濾波器主要應(yīng)用于DWDM系統(tǒng)中。6光開(kāi)關(guān)有哪些性能參數(shù)？在光纖通信中有什么作用？答：光開(kāi)關(guān)的性能參數(shù)有：開(kāi)關(guān)速度，通斷消光比，插入損耗，串?dāng)_，偏振依賴損耗。光開(kāi)關(guān)是空分光交換（SDOS）的核心器件，它通過(guò)機(jī)械、電或光的作用進(jìn)行控制，能使輸

22、入端任一信道按照要求與輸出端任一信道相連，完成信道在空間位置上的交換。 7簡(jiǎn)述F-P腔可調(diào)諧濾波器的工作原理。答：F-P腔可調(diào)諧濾波器的種類(lèi)：光纖型FP腔濾波器、鐵電液晶光濾波器以及MEMS濾波器。這里就以光纖型FP腔(FFP)濾波器為例說(shuō)說(shuō)它的工作原理。光纖型FP腔(FFP)濾波器如圖所示。圖中兩根光纖相對(duì)的端面鍍膜以增強(qiáng)反射率，形成FP光學(xué)諧振腔。在光纖型FP腔濾波器中利用了壓電陶瓷的壓電效應(yīng)，通過(guò)改變外加電壓的大小改變壓電陶瓷的長(zhǎng)度，從而改變了由光纖構(gòu)成的FP諧振腔的腔長(zhǎng)，造成諧振波長(zhǎng)改變，實(shí)現(xiàn)了用電信號(hào)來(lái)選通光波長(zhǎng)。8討論光纖光柵在光通信中的應(yīng)用？答：光纖激光器、WDM合波/分波器、超

23、高速系統(tǒng)的色散補(bǔ)償器、EDFA增益均衡器等。9如果濾波器的中心波長(zhǎng)為，根據(jù)式（4.15），則光柵周期為多少？解：由公式得到。10NLOM是否可作光開(kāi)關(guān)？答：可以。當(dāng)傳輸光纖有行進(jìn)的光波時(shí)，在耦合器中耦合進(jìn)光纖環(huán)，并繞環(huán)行進(jìn)一周后又返回耦合器，繞環(huán)后的光波與來(lái)自傳輸光纖的光波之間將產(chǎn)生相移，相移的大小由環(huán)的長(zhǎng)度和光波的波長(zhǎng)決定。因此，這兩個(gè)光波之間將產(chǎn)生相長(zhǎng)或相消干涉，利用這個(gè)原理，可以用非線性光纖環(huán)鏡來(lái)選擇所需的信號(hào)：對(duì)于不需要的波長(zhǎng)信號(hào)，讓其相移為180°；對(duì)于需要的波長(zhǎng)信號(hào)，讓其相移為360°。習(xí)題五1光放大器包括哪些種類(lèi)？簡(jiǎn)述它們的原理和特點(diǎn)。EDFA有哪些優(yōu)點(diǎn)？答：

24、光放大器包括半導(dǎo)體光放大器、光纖放大器（由可分為非線性光纖放大器和摻雜光纖放大器）。1）半導(dǎo)體光放大器它是根據(jù)半導(dǎo)體激光器的工作原理制成的光放大器。將半導(dǎo)體激光器兩端的反射腔去除，就成為沒(méi)有反饋的半導(dǎo)體行波放大器。它能適合不同波長(zhǎng)的光放大，缺點(diǎn)是耦合損耗大，增益受偏振影響大，噪聲及串?dāng)_大。2）光纖放大器 （1）非線性光纖放大器強(qiáng)光信號(hào)在光纖中傳輸，會(huì)與光纖介質(zhì)作用產(chǎn)生非線性效應(yīng)，非線性光纖放大器就是利用這些非線性效應(yīng)制作而成。包括受激拉曼放大器（SRA）和受激布里淵放大器（SBA）兩種。（2）摻雜光纖放大器（常見(jiàn)的有摻鉺和摻鐠光纖放大器）在泵浦光作用下，摻雜光纖中出現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，產(chǎn)生受激輻

25、射，從而使光信號(hào)得到放大。EDFA優(yōu)點(diǎn)：高增益、寬帶寬、低噪聲及放大波長(zhǎng)正好是在光纖的最低損耗窗口等。2EDFA的泵浦方式有哪些？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：EDFA的三種泵浦形式：同向泵浦、反向泵浦和雙向泵浦。同向泵浦：信號(hào)光和泵浦光經(jīng)WDM復(fù)用器合在一起同向輸入到摻鉺光纖中，在摻鉺光纖中同向傳輸；反向泵浦：信號(hào)光和泵浦在摻鉺光纖中反向傳輸；雙向泵浦：在摻鉺光纖的兩端各有泵浦光相向輸入到摻鉺光纖中。同向泵浦增益最低，而反向泵浦比同向泵浦可以提高增益3dB5dB。這是因?yàn)樵谳敵龆说谋闷止獗容^強(qiáng)可以更多地轉(zhuǎn)化為信號(hào)光。而雙向泵浦又比反向泵浦輸出信號(hào)提高約3dB，這是因?yàn)殡p向泵浦的泵功率也提高了3dB。其

26、次，從噪聲特性來(lái)看，由于輸出功率加大將導(dǎo)致粒子反轉(zhuǎn)數(shù)的下降，因此在未飽和區(qū)，同向泵浦式EDFA 的噪聲系數(shù)最小，但在飽和區(qū)，情況將發(fā)生變化。不管摻鉺光纖的長(zhǎng)度如何，同向泵浦的噪聲系數(shù)均較小。最后，考慮三種泵浦方式的飽和輸出特性。同向 EDFA 的飽和輸出最小。雙向泵浦 EDFA 的輸出功率最大，并且放大器性能與輸出信號(hào)方向無(wú)關(guān)，但耦合損耗較大，并增加了一個(gè)泵浦，使成本上升。3一個(gè)EDFA功率放大器，波長(zhǎng)為1542nm的輸入信號(hào)功率為2dBm，得到的輸出功率為，求放大器的增益。解：G= 10log10（Pout/Pin）= 10log10Pout -10log10Pin=27-2=25dB4簡(jiǎn)述

27、FBA與FRA間的區(qū)別。為什么在FBA中信號(hào)與泵浦光必須反向傳輸？答：FBA與FRA間的區(qū)別：1、FRA是同向泵浦，F(xiàn)BA是反向泵浦； 2、FRA產(chǎn)生的是光學(xué)聲子，F(xiàn)BR產(chǎn)生的是聲學(xué)聲子， 3、FRA比FBA的閾值功率大； 4、FRA比FBA的增益帶寬大。在SBA中，泵浦光在光纖的布里淵散射下，產(chǎn)生低頻的斯托克斯光，方向與泵浦光傳播方向相反。如果這個(gè)斯托克斯光與信號(hào)光同頻、同相，那么信號(hào)光得到加強(qiáng)。故要使信號(hào)光得到放大，信號(hào)光應(yīng)與泵浦光方向相反。5一個(gè)長(zhǎng)250m的半導(dǎo)體激光器用做F-P放大器，有源區(qū)折射率為4，則放大器通帶帶寬是多少？此題可能有誤，半導(dǎo)體光放大器的通帶帶寬目前還沒(méi)找到公式計(jì)算。

28、6EDFA在光纖通信系統(tǒng)中的應(yīng)用形式有哪些？答：（1）作為光中繼器，用EDFA可代替半導(dǎo)體光放大器，對(duì)線路中的光信號(hào)直接進(jìn)行放大，使得全光通信技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。（2）作為前置放大器，由于EDFA具有低噪聲特點(diǎn)，因而如將它置于光接收機(jī)的前面，放大非常微弱的光信號(hào)，則可以大大提高接收機(jī)靈敏度。（3）作為后置放大器，將EDFA置于光發(fā)射機(jī)的輸出端，則可用來(lái)提高發(fā)射光功率，增加入纖功率，延長(zhǎng)傳輸距離。7EDFA的主要性能指標(biāo)有哪些？說(shuō)明其含義？答：（1）增益，是指輸出功率與輸入功率之比G=Pout/Pin，如果用分貝作單位定義為G=10log10（Pout/Pin）；（2）噪聲系數(shù)，是指輸入信號(hào)的信噪比與

29、輸出信號(hào)的信噪比Fn（SNR）in/（SNR）out 。8分別敘述光放大器在四種應(yīng)用場(chǎng)合時(shí)各自的要求是什么？答：（1）在線放大器：當(dāng)光纖色散和放大器自發(fā)輻射噪聲的累積，尚未使系統(tǒng)性能惡化到不能工作時(shí)，用在線放大器代替光電光混合中繼器是完全可以的。特別是對(duì)多信道光波系統(tǒng)，節(jié)約大量設(shè)備投資。（2）后置放大器：將光放大器接在光發(fā)送機(jī)后，以提高光發(fā)送機(jī)的發(fā)送功率，增加通信距離。（3）前置放大器：將光放大器接在光接收機(jī)前，以提高接收機(jī)功率和信噪比，增加通信距離。（4）功率補(bǔ)償放大器：功率補(bǔ)償放大器的運(yùn)用場(chǎng)合：A.用于補(bǔ)償局域網(wǎng)中的分配損耗，以增大網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)；B.將光放大器用于光子交換系統(tǒng)等多種場(chǎng)合。9敘

30、述SOA-XGM波長(zhǎng)變換的原理。答：探測(cè)波和泵浦波經(jīng)耦合注入到SOA中，SOA對(duì)入射光功率存在增益飽和特性：當(dāng)入射光強(qiáng)增加時(shí)，增益變小；當(dāng)入射光強(qiáng)減小時(shí)，增益變大。因此，當(dāng)受過(guò)調(diào)制的泵浦波注入SOA時(shí)，泵浦波將調(diào)制SOA的增益，這個(gè)增益又影響探測(cè)波的強(qiáng)度變化，使得探測(cè)波的強(qiáng)度按泵浦波的強(qiáng)度變化，用帶通濾波器取出變換后的信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)從到的全光波長(zhǎng)變換。習(xí)題六1光接收機(jī)中有哪些噪聲？答：熱噪聲、散粒噪聲和自發(fā)輻射噪聲。2RZ碼和NRZ碼有什么特點(diǎn)？答：NRZ（非歸零碼）：編碼1對(duì)應(yīng)有光脈沖，且持續(xù)時(shí)間為整個(gè)比特周期，0對(duì)應(yīng)無(wú)光脈沖。RZ（歸零碼）：編碼1對(duì)應(yīng)有光脈沖，且持續(xù)時(shí)間為整個(gè)比特周期的一

31、半，0對(duì)應(yīng)無(wú)光脈沖。NRZ碼的優(yōu)點(diǎn)是占據(jù)頻寬窄，只是RZ碼的一半；缺點(diǎn)是當(dāng)出現(xiàn)長(zhǎng)連“1”或“0”時(shí)，光脈沖沒(méi)有交替變換，接收時(shí)對(duì)比特時(shí)鐘的提取是不利的。RZ碼解決了長(zhǎng)連“1”的問(wèn)題，但長(zhǎng)連“0”的問(wèn)題沒(méi)解決。3通信中常用的線路碼型有哪些？答：擾碼、mBnB碼、插入碼和多電平碼。4光源的外調(diào)制都有哪些類(lèi)型？?jī)?nèi)調(diào)制和外調(diào)制各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：光源的外調(diào)制類(lèi)型有：電折射調(diào)制、電吸收MQW調(diào)制、M-Z型調(diào)制。內(nèi)調(diào)制器簡(jiǎn)單且廉價(jià)，這種調(diào)制會(huì)引起輸出光載波的頻率啁啾；外調(diào)制器可以有更高的速率工作，并且有較小的信號(hào)畸變。5假定接收機(jī)工作于1550nm，帶寬為3GHz，前置放大器噪聲系數(shù)為4dB，接收機(jī)負(fù)載為

32、，溫度，量子效率，設(shè)計(jì)，即，試計(jì)算接收機(jī)的靈敏度。解：接收機(jī)工作于1550nm，則電離系數(shù)比為，則散粒噪聲系數(shù)為熱噪聲電流方差為（帶數(shù)據(jù)自己計(jì)算）接收機(jī)靈敏度為（帶數(shù)據(jù)自己計(jì)算）6在考慮熱噪聲和散粒噪聲的情況下，設(shè)APD的，推導(dǎo)APD的的最佳值，此時(shí)APD接收機(jī)的SNR最大。解：光接收機(jī)輸出端的信噪比定義為：光電流信號(hào)功率/（光檢測(cè)器噪聲功率+放大器噪聲功率）光檢測(cè)器的噪聲功率表示為其中是APD的散粒噪聲系數(shù)，下標(biāo)A表示APD的意思，是APD的倍增因子（系數(shù)），是相應(yīng)度，是靈敏度，是接收機(jī)電帶寬。假設(shè)放大器的輸入阻抗遠(yuǎn)大于負(fù)載電阻，所以放大器電路的熱噪聲遠(yuǎn)小于的熱噪聲，那么光檢測(cè)器負(fù)載電阻的均

33、方熱噪聲電流為其中是放大器的噪聲因子（系數(shù)），是波爾茲曼常數(shù)，是溫度。放大器輸入端的信號(hào)功率為，其中是信號(hào)功率，是用PIN檢測(cè)到的信號(hào)電流。或把輸入放大器的信號(hào)功率表示為，其中是輸入到PIN的功率。得到放大器輸入端的信噪比為設(shè)APD的，代入上式得到要使APD接收機(jī)的SNR最大，可以求出一個(gè)最佳的值。通過(guò)信噪比對(duì)求導(dǎo)，并使導(dǎo)數(shù)為零，解出的最佳值為7證明：對(duì)于OOK直接檢測(cè)接收機(jī)，其誤碼率公式為證明： “0”碼被誤判為“1”碼和“1”碼被誤判為“0”碼的幾率一樣，不妨就以“1”碼被誤判為“0”碼為例來(lái)計(jì)算誤碼率。“1”碼被誤判為“0”碼的概率為當(dāng)“0”碼被誤判為“1”碼和“1”碼被誤判為“0”碼的

34、幾率一樣時(shí)，閾值電流為代入上式得到10推導(dǎo)具有光放大器的光接收機(jī)的誤碼率。證明：當(dāng)輸入為“1”碼時(shí)，有光輸入，光檢測(cè)器輸出的光生電流（均值電流）與入射光功率成正比在接收機(jī)中，信號(hào)與噪聲的差動(dòng)噪聲電流方差（“1”碼時(shí)光生電流方差）為“0”碼時(shí)的光生電流，“0”碼時(shí)的光生電流方差為，代入 得到習(xí)題七1商業(yè)級(jí)寬帶接收機(jī)的等效電阻。保持發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的參數(shù)和圖7.5的例子相同，在接收機(jī)光功率范圍內(nèi)016dBm時(shí)計(jì)算總載噪比，并畫(huà)出相應(yīng)的曲線。類(lèi)似于節(jié)的推導(dǎo)，推出其載噪比的極限表達(dá)式。證明當(dāng)時(shí)，任何接收光功率電平下，熱噪聲都超過(guò)量子噪聲而成為起決定作用的噪聲因素。解：因?yàn)槭荘IN，所以，由得到再由一次光

35、生電流，得到其中是光檢測(cè)器接收到的平均光功率。把參數(shù)，代入上式，就得出隨變化的關(guān)系曲線方程。當(dāng)接收機(jī)的光功率較低時(shí)，系統(tǒng)的噪聲主要是前置放大器電路的噪聲，于是載噪比為把代入可以求出其值。對(duì)于設(shè)計(jì)較好的光電二極管，與中等強(qiáng)度的接收光信號(hào)的散彈（量子）噪聲相比，體暗電流和表面暗電流產(chǎn)生的噪聲很小。因此在中等強(qiáng)度接收光信號(hào)條件下，系統(tǒng)噪聲主要是光電二極管的量子噪聲，此時(shí)有：把代入可以求出其值。如果激光器的RIN值很高，反射噪聲將超過(guò)其他噪聲項(xiàng)，成為起主要作用的噪聲因素，于是載噪比為把代入可以求出其值。當(dāng)時(shí)，熱噪聲為；量子噪聲為。把把代入，得到。即任何接收光功率電平下，熱噪聲都超過(guò)量子噪聲而成為起決定

36、作用的噪聲因素。2假設(shè)我們想要頻分復(fù)用60路FM信號(hào)，如果其中30路信號(hào)的每一個(gè)信道的調(diào)制指數(shù)，而另外30路信號(hào)的每一個(gè)信道的調(diào)制指數(shù)，試求出激光器的光調(diào)制指數(shù)。解：由得到。3假設(shè)一個(gè)SCM系統(tǒng)有120個(gè)信道，每個(gè)信道的調(diào)制指數(shù)為2.3%；鏈路包括一根損耗為1dB/km的12km長(zhǎng)的單模光纖，每端有一個(gè)損耗為0.5dB的連接器；激光光源耦合進(jìn)光纖的功率為2mW，光源的RIN=-135dB/Hz；PIN光電二極管接收機(jī)的響應(yīng)度為0.6A/W，B=5GHz，ID=10nA，Req=50,Ft=3dB。試求本系統(tǒng)的載噪比。解：由得到。激光耦合進(jìn)光纖的功率為，用dBm表示，光檢測(cè)器接收到的功率為，根據(jù)

37、，得到其中損耗系數(shù)，長(zhǎng)度，為兩個(gè)連接器的損耗。由于是PIN，所以載噪比為把參數(shù)，代入上式，就得出的值。4如果將題3中的PIN光電二極管用一個(gè)和的雪崩光電二極管替代，那么系統(tǒng)載噪比又是多少？解：用雪崩光電二極管作為光檢測(cè)器，那么系統(tǒng)載噪比為其中雪崩增益，雪崩光電二極管過(guò)剩噪聲系數(shù)，其他參數(shù)不變，代入上式便得到系統(tǒng)的載噪比。5假設(shè)一個(gè)有32個(gè)信道的FDM系統(tǒng)中每個(gè)信道的調(diào)制指數(shù)為4.4%，若，PIN光電二極管接收機(jī)的響應(yīng)度為，。（1）若接收光功率為，試求這個(gè)鏈路的載噪比；（2）若每個(gè)信道的調(diào)制指數(shù)增加到7%，接收光功率減少到，試求這個(gè)鏈路的載噪比。解：（1）由得到，參數(shù)，代入上式，就得出的值。，（

38、2）將上式的，代入上式很容易就求出載噪比。6一直有一個(gè)565Mb/s單模光纖傳輸系統(tǒng)，其系統(tǒng)總體要求如下：（1）光纖通信系統(tǒng)的光纖損耗為0.1dB/km，有5個(gè)接頭，平均每個(gè)接頭損耗為0.2dB，光源的入纖功率為-3dBm，接收機(jī)靈敏度為-56dBm（BER=10-19）。（2）光纖線路上的線路碼型是5B6B，光纖的色散系數(shù)為2ps/（km.nm），光源光譜寬度為1.8nm。求：最大中繼距離是多少？注：設(shè)計(jì)中選取色散（功率）代價(jià)為1dB，光連接器損耗為1dB（發(fā)送和接收端各一個(gè)），光纖富于度為0.1dB/km，設(shè)備富于度為5.5dB。解：（1）把，代入其中右邊分子上的1是指色散（功率）代價(jià)。于

39、是可通過(guò)計(jì)算得到損耗限制的最大中繼距離。（2）受色散限制的最大傳輸距離為由于是單模光纖，所以，分子上的是為了和分母的的單位相匹配，的單位一定要用Mb/s。代入數(shù)據(jù)就可以求出的值來(lái)。其中。求出受色散限制的最大傳輸距離，然后與損耗限制的最大中繼距離相比，取最小值，就是最大中繼距離。7一個(gè)二進(jìn)制傳輸系統(tǒng)具有以下特性：（1）單模光纖色散為15ps/(nm.km)，損耗為0.2dB/km。（2）發(fā)射機(jī)用的GaAs激光源，發(fā)射平均光功率為5mW，譜寬為2nm。（3）為了正常工作，APD接收機(jī)需要平均1000個(gè)光子/比特。（4）在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)處耦合損耗共計(jì)3dB。求：a數(shù)據(jù)速率為10和100Mb/s時(shí)，找出受損耗限制的最大傳輸距離。b數(shù)據(jù)速率為10和100Mb/s時(shí)，找出受色散限制的最大傳輸距離。c對(duì)這個(gè)特殊系統(tǒng)，用圖表示最大傳輸距離與數(shù)據(jù)速率的關(guān)系，包括損耗和色散兩種限制。解：a。由“為了正常工作，APD接收機(jī)需要平均1000個(gè)光子/比特”得到APD的接收功率為其中是普朗克常數(shù)，是光速，是波長(zhǎng)。又已知，