光纤复习整理

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1、 物质内部三种跃迁过程，半导体激光器 发光原理。

工作物质和泵浦源是实现光的自发发射、受激吸收和受激发射的最基本条件。 自发发射：大量处于高能级的粒子，各自分别发射一列一列频率为 ν=(E2 -E1) /h ) 的光波，但各列光波之间没有固定的相位关系，可以有不同的偏振方向，沿所有可能的方向传播。各光子 彼此无关。 LED

受激发射：处于高能级 ：E2的粒子受到光子能量为 ε的光照射时，粒子会由于这种入射光的刺激而发射出与入射光 一模一样 的光子，并跃迁到低能级 E1上。 有相同的偏振方向和传播方向。 LD

受激吸收:低能级粒子吸收光子能量跃迁至高能级。 2、 LD 采用双异质结结构的好处：（简答题）

双异质结中存在的禁带宽度的差加强了对载 流子的限制作用，存在的折射率差加强了对 光子的限制作用，对光子和载流子限制作用 的加强，提高了载流子的利用效率，减小了 光子的损失，因而激光器的阈值电流降低， 激光器的输出功率提高。 3、 常用的线路编码码型：扰码 、字变换码、插入型码。

mBnB码的缺点是在信号传输速率不变的情况下提高了线路信号传输速率。 4、 PIN与APD的工作原理 PIN：让中间吸收层尽量较厚，扩散区尽量变薄是降低扩散分量，提高响应速度的一种方法。 APD：利用雪崩倍增效应实现内部电流增益的半导体光电转换器件。（不改变量子效率） 5、 接收机灵敏度基本概念

光接收机灵敏度是表征光接收机调整到最佳状态时，接收微弱光信号的能力。 6、 光隔离器 用途： 放置于激光器及光放大器前面，防止系统 中的反射光对器件性能的影响甚至损伤，即只允 许光单向传输。

结构： 由起偏器、检偏器和旋光器组成。（填空题） 7、 SDH帧结构的组成部分及其作用 （简答题）

1）信息净负荷，作用：STM-N帧中放置各种业务信息的地方。 2）段开销，作用：对STM-N整体信号流进行性能监控。

3）管理单元指针，作用：定位低速信号在STM-N帧的净负荷中的位置，使低速信号在高速信号中的位置可预知。

8、段开销中的主要字节及其功能 （1）定帧字节：A1、A2

（2）网管数字通信通路(DCC)字节：D1—D12 （3）公务联络字节：E1、E2 （4）误码监测B1字节、B2字节 （5）同步状态字节：S1 9、SDH网元设备类型: TM类型（端到端）、ADM类型（网络中间）、REG类型（再生器或中继器）。

10、SDH的网同步： （伪同步和主从同步）是解决频率同步的两种方法。 11、SDH的同步时钟类型：基准主时钟（G.811规定）、转接局时钟（G.812）、端局从时钟（G.812）、SDH网络单元时钟（G.81S）。 12、同步状态字节S1能反映时钟状态 13、SDH的网络保护：通道1+1保护：（保护颗粒可以为AU4/TU3/TU12）、复用段1+1保护（保护颗粒为AU4）、复用段1:1保护（可以在保护通路上开通低优先级的额外业务）

14、二纤通道保护环形网（对网络速率没有任何限制，网络容量固定为STM-N、 环上无节点数目限制，倒换时间短）。

15、二纤复用段保护环形网（网络容量为STM- N×K/2，其中STM-N为网络速率，K为网元数目。环上最多存在16个ADM网元，倒换时间稍长）

16、WDM的应用代码：nWx-y-z，其中n 是最大波长数、W是传输区段（W=L，V或U代表长距离、很长距离和超长距离）、x代表所允许的最大区段数（x>1）、y是该波长信号的最大比特率（y=4或16分别代表STM-4或STM-16）、z代表光纤类型（z=2,3,5分别代表G.652、G.653、G.655）。

17、EDFA（光波分复用系统）的工作波长范围（1530-1565nm） 18、WDM系统的监控技术：带外监控信道波长（1510+/-10nm）、带内监控系统（1532+/-4.0nm） 19、ITUT提出的三种模型： （1）假设参考连接（HRX）。（最长的HRX全长为27500km）（填空） （2）假设参考数字链路（HRDL） （3）假设参考数字段（HRDS）

20、低速时的两个性能指标（误码秒，严重误码秒），高速的性能指标（误块秒比，严重误块秒比，背景误块比）。（填空）

习题整理：

2-1. 光纤产生衰减的原因是什么？衰减对通信有什么影响？

在一个光纤通信系统中，光源波长为1550nm，光波经过5Km长的光纤线路传输后，其光功率下降了25%，求该光纤的衰减系数

?为多少？

答：1、光纤产生衰减的原因是：光纤中存在损耗。 损耗包括：①吸收损耗；②散射损耗；③辐射损耗； 2、衰减限制了系统的传输距离。 3、

10Pi?????lgLPo （dB/Km）

Pi10??1550nm??lg?0.25?dB/Km?5?1?25%?Pi

2-2. 光脉冲在光纤中传输时，为什么会产生瑞利散射？瑞利散射损耗的大小与什么有关？ 答：1、瑞利散射是由于光纤内部的密度不均匀引起的，从而使折射率沿纵向产生不均匀，其不均匀点的尺寸比光波波长还要小。

光在光纤中传输时，遇到这些比波长小，带有随机起伏的不均匀物质时，改变了传输方向，产生了散射。

? 2、瑞利散射损耗R的大小为：

相对折射率差?。所以

?R?A?4。瑞利散射系数A，取决于纤芯和包层的

?R的大小与波长?和相对折射率差?有关。

2-3.光纤中产生色散的原因是什么？色散对通信有什么影响？

答：1、光纤的色散是由于光纤中所传输的光信号不同的频率成分和不同模式成分的群速度不同而引起的传输信号畸变的一种物理现象。

2、色散会导致传输光脉冲的展宽，继而引起码间干扰，增加误码。对于高速率长距离光纤通信系统而言，色散是限制系统性能的主要因素之一。

2-4.光纤中色散有几种？单模传输光纤中主要是什么色散？多模传输光纤中主要是什么色散？

答：1、从产生机理而言，光纤中的色散主要包括：材料色散、波导色散和模式间色散；

2、单模光纤中主要是波导色散；3、多模光纤中主要是模式间色散。

注：偏振模色散可以理解为特殊的模式色散，但在速率较低的系统中影响较小。

2-7.何谓模式截止？光纤单模传输的条件是什么？单模光纤中传输的是什么模式？其截止波长为多大？阶跃折射率光纤中线性极化模LP11模对应的是什么矢量模？ 答：1、对每一个传播模来说，在包层中它应该是衰减很大，不能传输。

如果一个传输模，在包层中不衰减，也就是表明该模是传过包层而变成了辐射模，则就认为该传播模被截止了。所以一个传播模在包层中 衰减常数W=0时，表示导模截止。

2、光纤单模传输的条件是：归一化频率V≤2.405。

3、单模光纤中传输的是LP01模，对应的矢量模是HE11模。

22?an12?n24、其截止波长由下式计算：

2-8. 由光源发出的

?C?2.408

5、LP11模对应的矢量模是TE01,TM01,HE21。

??1.31?m的光，在a?9?m，??0.01，n1?1.45，

?2的渐变型时，其导模的数量为多少？（传播模式的归一化频率

光纤折射率分布为阶跃型时，光纤中导模的数量为多少？ 若光纤折射率分布为?V?2?a??2n12?n2）

V?解：

2?a2n12?n2?2?a?n12??n1???n1?2

2??9?m2?1.452??1.45?0.01?1.45??8.831.31?m

?g?V2N???g?2???2??光纤中导模的数量：

V2N?g??2 1、光纤折射率分布为阶跃型时：，

2

V2?8.83?N???38.9822 所以，导模的数量为： V2N?g?242、??2的平方律渐变型光纤时：，

2

V2?8.83?N???19.4944 所以，此时导模的数量为：

2-10. 某阶跃折射率光纤的参数为n1=1.5，n2=1.485，现有一光波在光纤端面轴线处，以15°的入射角入射进光纤，试问该入射光线在光纤中是成为传导模还是辐射模？为什么？

2nosin?a?n12?n2解：根据： 即：

1?sin?a?1.52?1.4852

得：入射临界角（最大入射角）a而现入射角入??12.22?

??15???a?12.22?

?1.45，??0.01，??1.31?m，估算光纤的模场直

所以，入射光线不满足全反射条件，不能传输，是辐射模。

n2-12. 已知光纤参数为：1径。

d?解：模场直径

2???1NA2?2???1NAt/2

光纤最大理论数值孔径NAt为：

2NAt?n12?n2?n12??1.452?0.01?0.212

1d???5.56?m3.141592654?0.212/2?

2-13. 光谱线宽度为1.5nm光脉冲经过长为20km，色散系数为3ps/nm·km的单模光纤传输后，光脉冲被展宽了多少？

2?1.31?m解：光脉冲被展宽了m为：

??m????Dm?L?1.5?nm?3Ps/nm?Km?20Km

=1.5×3×20

=90ps

2-14. 为什么G.653光纤不适合于波分复用系统使用？

答：由于G.653光纤在1550nm工作波长处具有最低色散（零色散），多信道（波分复用）系统使用时易引起四波混频效应，影响系统的性能，所以G.653光纤不适合于波分复用系统使用。

3-1、比较半导体激光器和发光二极管的异同。半导体激光器（LD）有哪些特性？半导体发光二极管（LED）有那些特性？

? LD和LED都可以用作通信光源。LD原理是受激辐射，而LED是自发辐射。LD是阈值器件，需要较完善的驱动和外围电路，其发出的光谱线窄，适宜于高速率系统；LED没有阈值，结构简单，但其谱线较宽，适用于要求较低的场合。

6-2.说明SDH复用结构中C、VC、TU、TUG、AU和AUG等各复用单元的功能。

1） 容器C：容器是一种用来装载各种速率的业务信号的信息结构，基本功能是完成PDH信

号和VC之间的适配。

2） 虚容器VC：虚容器是用来支持SDH的通道层连接的信息结构，是SDH通道的信息终端，

其信息由容器的输出和通道开销（PDH）所组成。 3） 支路单元（TU）和支路单元组（TUG）：支路单元是提供低阶通道层和高阶通道层之间适

配的信息结构，，其信息TU-n由一个相应的低阶VC-n和一个相应的支路单元指针TU-nPTR组成。

4） 管理单元（AU）和管理单元组（AUG）：管理单元是提供高阶通道层和复用层之间适配的

信息结构，其信息AU-n由一个相应的高阶VC-n和相应的管理单元指针AU-nPTR组成。 6-3、

6-4、

6-8、说明SDH网同步的工作模式。

SDH网同步工作模式有主从同步和伪同步两种工作模式。

8-例

以140 Mb/s单模光纤通信系统为例计算中继距离。设系统光源发送光功率范围Pt=0~-3 dBm,接收机接收灵敏度Pr=-42 dBm， 设备余量Me =3 dB，活动连接器损耗αc =0.3dB/个（共2个）， 光纤损耗系数αf =0.35 dB/km, 光纤余量αm =0.1 dB/km，每km 光纤平均接头损耗αs =0.03 dB/km。把这些数据代入，得到最大中继距离：

又设该系统采用多纵模激光器，线路码型为5B6B, 线路码速率fb=140×(6/5)=168 Mb/s, |C0|=3.0 ps/(nm·km) ， σλ=2.5 nm。把这些数据代入，得到色散因素限制的最大中继距离：

注：ε是与功率代价和光源特性有关的参数，对于MLMLD, ε=0.115, 对于SLMLD，ε=0.306。

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