光纤通信作业

第一章 1. 光纤通信有哪些优点 容许频带很宽，传输容量很大； 损耗很小，中继距离很长且误码率很小； 重量轻，体积小； 抗电磁干扰性能好； 泄露小，保密性能好； 节约金属材料，有利于资源合理使用。 2. 光纤通信系统有哪几部分组成？简述各部分作用。 信息源：把用户信息转换为原始电信号，这种信号称为基带信号。 电发射机：把基带信号转换为适合信道传输的信号，这个转换如果需要调制，则其输出信号称为已调信号。 光发射机：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。 光纤线路：把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机。 光接收机：把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号，并经放大和处理后恢复成发射前的电信号。 电接收机：功能和电发射机的功能相反，它把接收的电信号转换为基带信号。 信息宿：恢复用户信息。 第二章 1均匀光纤芯与包层的折射率分别为: 试计算： （1）光纤芯与包层的相对折射率差△=？ （2）光纤的数值孔径NA=? （3）在1米长的光纤上，由子午线的光程差所引起的最大时延差 解： NA= 2.目前光纤通信为什么采用以下三个工作波长 损耗：在1.31，1.55存在低损耗窗口 色散：随波长增加，色散减小，带宽增加 所以采用1.31,1.55,0.85 3.光纤通信为什么向长波长、单模光纤方向发展？ 长波长、单模光纤比短波长、多模光纤具有更好的传输特性。（1）单模光纤没有模式色散，不同成分光经过单模光纤的传播时间不同的程度显著小于经过多模光纤时不同的程度． ( 2 ）由光纤损耗和波长的关系曲线知，随着波长的增大，损耗呈下降趋势，且在1.31μm 和1 . 55μm 处的色散很小，故目前长距离光纤通信一般都工作在1 . 55μm. 4.光纤色散产生的原因及其危害是什么？ 答 光纤色散是由光纤中传输的光信号。由于不同成分的光时间延迟不同而产生的。光纤色散对光纤传输系统的危害有：若信号是模拟调制的，色散将限制带；是数字脉冲，色散将使脉冲展宽，限制系统传输速率（容量） . 5.光纤损耗产生的原因及其危害是什么？ 答 光纤损耗包括吸收损耗和散射损耗。吸收损耗是由SiO2材料引起的固有吸收和由杂质引起的吸收产生的。散射损耗主要由材料微观密度密度不均匀引起的瑞利散射和光纤结构缺陷（如气泡）引起的散射产生的。光纤损耗使系统的传输距离受到限制．大损耗不利于长距离光纤通信。 第三章 1.设激光器的高能级和低能级的能量各为 ,频率为f，相应能级上的粒子密度 。计算 (1)当f=3000MHZ,T=300K时， (2)当 (3)当 环境温度T=？ （2） （3） T=6252K 2.半导体激光器（LD ）有哪些特性？ 答：半导体激光器的主要特征有 (1) 发射波长和光谱特性，发射波长取决于导带的电子跃迁到价带时所释放的能量，这个能量近似等于禁带宽度 （ev），不同的半导体材料有不同的禁带宽度 ，因而有不同的发射波长 。光谱特性是随着驱动电流的增加，纵模模数逐渐减小，谱线宽度变窄，随着调制电流增大，纵模模数增多，谱线宽度变宽。 (2) 激光束的空间分布 (3) 转换效率和输出光功率特性 (4) 频率特性 (5) 温度特性 3. 比较半导体激光器（LD）和发光二极管（LED）的异同 答： LD和LED的不同之处 工作原理不同，LD发射的是受激辐射光，LED发射的是自发辐射光。LED不需要光学谐振腔，没有阈值，而LD需要，和LD相比，LED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，LED的主要应用场合时小容量（窄带）短距离通信系统，而LD主要应用于长距离大容量（宽带）通信系统。LD和LED的相同之处：使用的半导体材料相同，结构相似，LED和LD大多采用双异质结（DH）结构，把有源层夹在P型和N型限制层中间。 4.试说明APD 和PIN 在性能上的主要区别。 答  APD 和PIN 在性能上的主要区别有： ( 1 ) APD 具有雪崩增益，灵敏度高，有利于延长系统传输。 ( 2 ) APD 的响应时间短。 ( 3 ) APD 的雪崩效应会产生过剩噪声，因此要适当控制雪 ( 4 ) APD 要求较高的工作电压和复杂的温度补偿电路，成本较高。 第四章 1.激光器（LD）产生张弛振荡和自脉冲现象的机理是什么？它的危害是什么？应如何消除这两种现象的产生？ 2.LD 为什么能够产生码型效应？其危害及消除办法是什么？ 答  半导体激光器在高速脉冲调制下，输出光脉冲和愉人电流脉冲之间存在延迟时间，称为光电延迟时间。当光电延迟时间与数字调制的码元持续时间T / 2 量级时，会使“0”码过后的第一个“l ”码的脉冲宽度变窄，幅度减小．严重时可能使“1”码丢失，这种现象称为码型效应。码型效应的特点是在脉冲序列中，较长的连“0 ' ’码后出现“1”码丢失，其脉冲明显变小而且连“0”码数目越多，调制速率越高，这种效应越明显．码消除方法是用适当的“过调制”补偿方法． 3在LD 的驱动电路里，为什么要设置功率自动控制电路APC?功率自动控制实际是控制LD 的哪几个参数？ 答 在LD 的驱动电路里，设置功率自动控制电路（APC ）是为了调节LD 的偏流，是输出光功率稳定。功率自动控制实际是控制LD的偏置电流、输出光功率、激光器背向光功率。 4.在LD 的驱动电路里，为什么要设定温度自动控制电路？具体措施是什么？控制电路实际控制的是哪几个参数？ 答  在LD 的驱动电路里，设置自动温度控制电路是因为半导体光源的输出特性受温度影响很大，特别是长波长半导体激光器对温度更加敏感，为保证输出特性的稳定，对光器进行温度控制是十分必要的．温度控制装置一般由致冷器、热敏电阻和控制电路组成。致冷器的冷端和激光器的热端接触，热敏电阻作为传感器，探测激光器结区的温度，并把它传递给控制电路，通过控制电路改变致冷量，使激光器输出特性保持恒定。控制电路实际控制的是：换能电桥输出、三极管的基极电流和致冷器的电流。 5.在数字光接收机中，为什么要设置AGC电路？ 主放大器一般是多级放大器，它的作用是提供足够的增益，并通过它实现自动增益控制（AGC），以使输入光信号在一定范围内变化，输出电信号保持恒定。主放大器和AGC决定着光接收机的动态范围。 6.在数字光纤通信系统中，选择码型时应考虑哪几个因素？ 答  数字光纤通信系统对线路码型的主要要求如下： ( l ）能限制信号带宽，减小功率谱中的高低频分量． ( 2 ）能给光接收机提供足够的定时信息． （3）提供一定的冗余度，用于平衡码流、误码检测和公务通信。但对高速砍，应适当减小冗余度，以免占用过大的带宽。 第五章 1设140 Mb / s 数字光纤通信系统发射光功率为-3 dBm ，接收机-38 dBm ，系统余量为4 dB ，连接器损耗为0．5 dB /对，平均接头损耗为O.05dB/km, 光纤衰减系数为0.4 dB / km ，光纤损耗余量为0.05 dB / km ，计算中继距离L 。 解 因为 所以 = 所以受损耗限制的中继距离等于60km. 2根据上计算结果，设线路码传输速率B=168 Mb ／s，单模光纤色散系数=5ps / ( nm · km ) ．问该系统应采用 (rms) 谱宽为多少的多纵模激光器作光源． 解  根据 代人由上题计算的L=60km,及 可得多模激光器的谱线宽度 第六章 1.在光纤模拟传输系统中，为了增加中继距离，必须采用扩展信号带宽的调制方式，具体方式有种？ （1）频率调制：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。 （2）脉冲频率调制（PFM）：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。 （3）方波频率调制（SWFM）：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制信号，其方波脉冲频率随输入的模拟基带信号的等幅度而变化。 4.在模拟光纤传输系统中，为什么宁肯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办法？ 采用模拟间接光强调制的目的有两个：提高传输质量和增加传输距离，此外，这种调制方式的信噪比很高 4. 什么叫副载波复用（SCM）?副载波复用光纤通信有哪些优点？ 副载波：因为传统意义上的载波是光载波，为区别起见，把守模拟基带信号预调制的RF电载波称为副载波，这种复用方式也称副载波复用（SCM） 优点： （1）一个光载波可以传输多个副载波，各个副载波可以承载不同类型的业务，有利于数字和模拟混合传输以及不同业务的综合和分离。 （2）SCM系统灵敏度较高，又无需复杂的定时技术，FM/SCM可以传输60~120路模拟电视节目，制造成本较低。因而在电视传输网中竞争能力强，发展速度快。 (3)在数字电视传输系统未能广泛应用的今天，线性良好的大功率LD已能得到实际应用，因而发展SCM模拟电视传输系统是适时的选择。这种系统不仅可以满足目前社会对电视频道日益增多的要求，而且便于在光纤与同轴电缆混合的有线电视系统（HFC）中采用 第七章 1.EDFA的工作原理是什么？有哪些应用方式? 在掺饵光纤中，饵离子有三个能级：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，饵离子吸收泵浦光从基态跃迁到激发态。但是激发态是不稳定的， 很快返回到能级2。如果输入的信号光的光子能量等于能级2和能级1的能量差，则处于能级2的 将跃迁到基态，产生受激辐射光，因而信号光得到放大。 应用： （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干线网的传输距离 （2）前置放大器：放于光接收机前面，放大非常微弱的光信号，以改善灵敏度 （3）后置放大器：放大器置于光发射机后面以提高发射光功率 2.光交换有哪些方式？ （1）空分光交换：功能是使光信号的传输通路在空间上发生改变 （2）时分光交换：是以时分复用为基础，用时隙互换原理实现交换功能的 （3）波分光交换：是以波分复用原理为基础，采用波长选择或波长变换的方法实现交换功能的 3.光孤子通信的原理是什么？ 光孤子源产生一系列脉冲宽度很窄的光脉冲，即光孤子流，作为信息的载体进入光调制器，使信息对于光孤子流进行调制，被调制的光孤子流经掺饵光纤放大器和光隔离器后，进入光纤进行传输。为克服光纤损耗引起的光孤子减弱，在光纤线路上周期地插入EDFA，向光孤子注入能量，以补偿因光纤传输而引起的能量消耗，确保光孤子稳定传输。在接收端，通过光检测器和解调装置，恢复光孤子所承载的信息。