光纤通信系统复习题答案(共10页)

精选优质文档-倾情为你奉上 第1章 2、试述光纤通信系统的组成及各部分的关系。答：光纤通信系统主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。系统中光发送机将电信号转换为光信号，并将生成的光信号注入光纤光缆，调制过的光信号经过光纤长途传输后送入光接收机，光接收机将光纤送来的光信号还原成原始的电信号，完成信号的传送。中继器就是用于长途传输时延长光信号的传输距离。3、光纤通信有哪些优缺点？答：光纤通信具有容量大，损耗低、中继距离长，抗电磁干扰能力强，保密性能好，体积小、重量轻，节省有色金属和原材料等优点；但它也有抗拉强度低，连接困难，怕水等缺点。第2章 1光纤是由哪几部分组成的？各部分有何作用？答：光纤是由折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层组成的。纤芯和包层是为满足导光的要求；涂覆层的作用是保护光纤不受水汽的侵蚀和机械擦伤，同时增加光纤的柔韧性。2光纤是如何分类的？阶跃型光纤和渐变型光纤的折射率分布是如何表示的？答：（1）按照截面上折射率分布的不同可以将光纤分为阶跃型光纤和渐变型光纤；按光纤中传输的模式数量，可以将光纤分为多模光纤和单模光纤；按光纤的工作波长可以将光纤分为短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤；按照ITU-T关于光纤类型的建议，可以将光纤分为G.651光纤（渐变型多模光纤）、G.652光纤（常规单模光纤）、G.653光纤（色散位移光纤）、G.654光纤（截止波长光纤）和G.655（非零色散位移光纤）光纤；按套塑（二次涂覆层）可以将光纤分为松套光纤和紧套光纤。3阶跃型光纤的数值孔径NA是如何定义的？它是用来衡量光纤什么的物理量？ 答：阶跃型光纤的数值孔径数值孔径是衡量光纤的集光能力，即凡是入射到圆锥角0以内的所有光线都可以满足全反射条件，在芯包界面上发生全反射，从而将光线束缚在纤芯中沿轴向传播。4简述光纤的导光原理。答：光纤之所以能够导光就是利用纤芯折射率略高于包层折射率的特点，使落于数值孔径角)内的光线都能收集在光纤中，并在芯包边界以内形成全反射，从而将光线限制在光纤中传播。7均匀光纤纤芯和包层的折射率分别为n1=1.50，n2=1.45，光纤的长度L=10Km。试求：（1）光纤的相对折射率差；（2）数值孔径NA；（3）若将光纤的包层和涂敷层去掉，求裸光纤的NA和相对折射率差。解：（1） （2） （3）若将光纤的包层和涂敷层去掉，则相当于包层的折射率n2=1，则而最大为1，所以说只要光纤端面的入射角在90O以内，就可以在光纤中形成全反射。 19光缆的典型结构有哪几种？各有什么特点？答：光缆的基本结构按缆芯组件的不同一般可以分为层绞式、骨架式、束管式和带状式四种。层绞式光缆的结构类似于传统的电缆结构方式，加强构件位于光缆的中心，属中心加强构件配置方式，制造较容易，光纤数量较少（例如12芯以下）时多采用这种结构。骨架式光缆中结构简单，对光纤保护较好，耐压、抗弯性能较好，节省了松套管材料和相应的工序，但也对放置光纤入槽工艺要求高。束管式结构的光缆体积小、重量轻、制造容易、成本低，是更能发挥光纤优点的光缆结构之一。带状式结构光缆是一种空间利用率最高的光缆，优点是可容纳大量的光纤（一般在100芯以上），作为用户光缆可满足需要；同时每个单元的接续可以一次完成，以适应大量光纤接续、安装的需要。21光缆型号是由哪几部分构成的？（光缆的型式代号不用记！）答：光缆的型号是由光缆的型式代号和光纤的规格两部分构成，中间用一短线分开。22识别光缆型号 （光缆的型式代号不用记！）GYFTY21-12J50/125（30409）BGYZT53-24D8/125（303）A答：（1）GYFTY21-12J50/125（30409）B是非金属加强构件、填充式结构、聚乙烯护套、双钢带铠装、纤维外护层的通信用室外光缆，光缆内有12根芯径/包层直径为50/125m的二氧化硅系多模渐变型光纤，在1.55m波长上光纤的衰减系数不大于0.4dB/km，模式带宽不大于900MHzkm，光缆的适用温度范围是-30+50。（2）GYZT53-24D8/125（303）A是金属加强构件、自承式填充式结构、单钢带皱纹纵包、聚乙烯外护层的通信用室外光缆，光缆内有24根模场直径/包层直径为8/125m的二氧化硅系单模光纤，在1.55m波长上光纤的衰减系数不大于0.3dB/km，光缆的适用温度范围是-40+40。 1简述石英系光纤损耗产生的原因，光纤损耗的理论极限值是由什么决定的？光纤损耗吸收损耗本征吸收杂质吸收紫外吸收红外吸收氢氧根（OH）吸收过渡金属离子吸收瑞利散射损耗结构不完善引起的散射损耗散射损耗弯曲损耗光纤弯曲损耗光纤微弯损耗答：（1）（2）光纤损耗的理论极限值是由紫外吸收损耗、红外吸收损耗和瑞利散射决定的。2当光在一段长为10km光纤中传输时，输出端的光功率减小至输入端光功率的一半。求：光纤的损耗系数。解：设输入端光功率为P1，输出端的光功率为P2。则P12P2光纤的损耗系数3光纤色散产生的原因有哪些？对数字光纤通信系统有何危害？答：（1）按照色散产生的原因，光纤的色散主要分为：模式（模间）色散、材料色散、波导色散和极化色散。（2）在数字光纤通信系统中，色散会引起光脉冲展宽，严重时前后脉冲将相互重叠，形成码间干扰，增加误码率，影响了光纤的传输带宽。因此，色散会限制光纤通信系统的传输容量和中继距离。4为什么单模光纤的带宽比多模光纤的带宽大得多？答：光纤的带宽特性是在频域中的表现形式，而色散特性是在时域中的表现形式，即色散越大，带宽越窄。由于光纤中存在着模式色散、材料色散、波导色散和极化色散四种，并且模式色散材料色散波导色散极化色散。由于极化色散很小，一般忽略不计。在多模光纤中，主要存在模式色散、材料色散和波导色散；单模光纤中不存在模式色散，而只存在材料色散和波导色散。因此，多模光纤的色散比单模光纤的色散大得多，也就是单模光纤的带宽比多模光纤宽得多。 第3章 1、比较LED和LD，并说明各自适应的工作范围。答：LED的发射光功率比LD要小，不适合长距离系统；LED的光谱宽度比LD大得多，不适合长距离系统；LED的调制带宽比LD小得多，不适合长距离系统；LED的温度特性比LD好得多。所以，LED适应于短距离小容量光纤通信系统，而LD适应于长距离大容量光纤通信系统。3、试说明LD的工作原理。答：当给LD外加适当的正向电压时，由于有源区粒子数的反转分布而首先发生自发辐射现象，那些传播方向与谐振腔高反射率界面垂直的自发辐射光子会在有源层内部边传播、边发生受激辐射放大（其余自发辐射光子均被衰减掉），直至传播到高反射率界面由被反射回有源层，再次向另一个方向传播受激辐射放大。如此反复，直到放大作用足以克服有源层和高反射率界面的损耗后，就会向高反射率界面外面输出激光。5、若激光物质的禁带宽度为0.8eV。试问该激光物质所能辐射的光波长是多少？答： =1.24/0.85（m） =1.556、光与物质的相互作用有哪几种方式？答：光与物质的相互作用时，存在自发辐射、受激辐射及受激吸收三种基本过程。7、什么是粒子数反转分布？答：高能级上的电子数多于低能级上电子数，这种现象称为粒子数反转分布状态。8、在光纤通信系统中，光源为什么要加正向电压？答：利用外加适当的正向电压可以实现发光物质的粒子数反转分布状态，从而使物质总体呈现发光过程。10、光调制方式有哪些？ 答： 根据光源与调制信号的关系，可以将光源的调制方式分为直接调制方式和外部（或间接）调制方式； 13、在光发送机中，为什么要设置APC电路？答：主要是为了保持LD光发送机输出的平均光功率达到稳定，同时具有保护光源安全的作用。16、在光发送机中，为什么要设置ATC电路？答：为了保证光发送机具有稳定的输出特性，对LD的温度特性进行控制是非常必要的，而且对LD的温度控制也是保护LD的一项关键措施。第4章 1、在光纤通信系统中，使用最多的光电检测器有哪些？它们分别使用于什么场合？答：在光纤通信系统中，使用最多的光电检测器包括PIN 和APD两种，它们分别使用于短距离小容量光纤通信系统和长距离大容量光纤通信系统。2、光电检测器是在什么偏置状态下工作的？为什么要工作在这样的状态下？答：光电检测器工作于负偏置状态。只有工作于负偏置状态，才能使材料的受激吸收占据主导地位，从而完成光电变换功能。 4、简述PIN 的工作原理。答：当光照射到PIN光电二极管的光敏面上时，会在整个耗尽区及耗尽区附近产生受激吸收现象，从而产生电子空穴对。在外加电场作用下，这种光生载流子运动到电极。当外部电路闭合时，就会在外部电路中有电流流过，从而完成光电的变换过程。5、在APD中，一般雪崩倍增作用只能发生于哪个区域？答：高场区（即雪崩倍增区）。6、简述APD的工作原理。答：当光照射到APD的光敏面上时，由于受激吸收而在器件内产生出一次电子空穴对。在外加电场作用下，一次电子空穴对运动到高场区，经过反复的碰撞电离过程而形成雪崩倍增现象，从而产生出大量的二次电子空穴对。在外加电场的作用下，一次电子空穴对和二次电子空穴对一起运动到电极。当外部电路闭合时，就会在外部电路中有电流流过，从而完成光电变换过程。 13、光接收机有哪些主要指标？它们的定义是什么？答：光纤通信系统主要包括光接收机灵敏度和光接收机动态范围两个指标。所谓光接收机灵敏度，是指在一定误码率或信噪比（有时还要加上信号波形失真量）条件下光接收机需要接收的最小平均光功率。而光接收机动态范围，是指在一定误码率或信噪比（有时还要加上信号波形失真量）条件下光接收机允许的光信号平均光功率的变化范围。 14 灵敏度和动态范围的计算（习题、段考）第5章 1.光纤连接器的作用是什么？答：光纤连接器的作用是实现光纤之间活动连接的光无源器件，它还具有将光纤与其它无源器件、光纤与系统和仪表进行活动连接的功能。2.我国常用的光纤连接器有哪些类型？答：我国常用的光纤连接器有FC、SC和ST三种类型连接器。4.光纤耦合器的作用是什么？答：光纤耦合器的作用是将光信号进行分路、合路、插入、分配。5、 光纤耦合器有哪些种类？答：熔锥型光纤耦合器、研磨型光纤耦合器、微光元件型耦合器、集成光波导型耦合器。6、 光衰减器的作用及种类？答：用来降低光功率的器件。可变光衰减器、固定光衰减器。7.光开关的功能 主要是什么？对光开关的基本要求有哪些？ 答： 主要功能是实现光信号在不同光路上的快速切换。基本要求是插入损耗小、串扰低、开关速度快、扩展信号和寿命长。8.光隔离器的功能是什么？ 答：光隔离器的功能是只允许光波向一个方向传播，而阻止光波向其它方向特别是反方向传播。 11.当一束光注入光纤时，由于菲涅尔反射、瑞利散射等原因，会有部分光传回到注入端（称之为后向光），用光环行器在注入端可以将后向光分离出来，请画出连接图。答： 第6章 1 光放大器按工作原理可分为几种不同的类型？答：光放大器按原理不同大体上有三种类型。（1） 掺杂光纤放大器，就是将稀土金属离子掺于光纤纤芯，稀土金属离子在泵浦源的激励下，能够对光信号进行放大的一种放大器。（2） 传输光纤放大器，就是利用光纤中的各种非线性效应制成的光放大器（光纤拉曼放大器、光纤布里渊放大器）。（3）半导体激光放大器，其结构大体上与激光二极管（Laser Diode，LD）相同。如果在法布里派罗腔（Fabry-Perot cavity，F-P）两端面根本不镀反射膜或者镀增透膜则形成行波型光放大器。半导体光放大器就是行波光放大器。2 简述掺杂光纤放大器的放大原理。答：在泵浦源的作用下，掺杂光纤中的工作物质粒子由低能级跃迁到高能级，得到了粒子数反转分布，从而具有光放大作用。当工作频带范围内的信号光输入时，信号光就会得到放大，这就是掺杂光纤放大器的基本工作原理。只是掺杂光纤放大器细长的纤形结构使得有源区能量密度很高，光与物质的作用区很长，有利于降低对泵浦源功率的要求。3 EDFA有哪些优缺点？（了解）答：EDFA之所以得到迅速的发展，源于它的一系列优点：（1）工作波长与光纤最小损耗窗口一致，可在光纤通信中获得广泛应用。（2）耦合效率高。因为是光纤型放大器，易于与光纤耦合连接，也可用熔接技术与传输光纤熔接在一起，损耗可降至0.1dB，这样的熔接反射损耗也很小，不易自激。（3）能量转换效率高。激光工作物质集中在光纤芯子，且集中在光纤芯子中的近轴部分，而信号光和泵浦光也是在近轴部分最强，这使得光与物质作用很充分。（4）增益高，噪声低。输出功率大，增益可达40dB，输出功率在单向泵浦时可达14dBm，双向泵浦时可达17dBm，甚至可达20dBm，充分泵浦时，噪声系数可低至34dB，串话也很小。（5）增益特性不敏感。首先是EDFA增益对温度不敏感，在100C内增益特性保持稳定，另外，增益也与偏振无关。（6）可实现信号的透明传输，即在波分复用系统中可同时传输模拟信号和数字信号，高速率信号和低速率信号，系统扩容时，可只改动端机而不改动线路。EDFA也有固有的缺点：（1）波长固定，只能放大1.55mm左右的光波，换用其他基质的光纤时，铒离子能级也只能发生很小的变化，可调节的波长有限，只能换用其它元素。（2）增益带宽不平坦，在WDM系统中需要采用特殊的手段来进行增益谱补偿。4 EDFA有光纤通信中哪些应用？答：EDFA在光纤通信中可以作用（1）光功率放大器；（2）光前置放大器；（3）光线路放大器； EDFA有哪些泵浦方式？答：（1）同向泵浦；（2）反向泵浦；（3）双向泵浦5 简述喇曼光放大器的放大原理。（了解）答：当入射激光功率增加到一定值时，光纤呈现非线性，入射激光发生散射，将一部分入射功率转移到另一较低的频率，如果这个低频光与高频光相比的频率偏移量由介质的振动模式所决定，这就是光纤中的受激喇曼散射。受激喇曼散射时strokes光显著增强，强度甚至可以和入射光功率相比拟，且具有一定的方向性和相干性。这时候如果泵浦光和信号光（信号光波长在泵浦光的喇曼增益带宽内）通过光耦合器输入光纤，当这两束光在光纤中一起传输时，泵浦光的能量通过SRS效应转移给信号光，使信号光得到放大。泵浦光和信号光分别在光纤的两端输入，在反向传输的过程中同时能实现弱信号的放大，这就是喇曼光纤放大器的工作原理。10. 喇曼光纤放大器的有哪些优缺点？（了解）答：FRA具有以下优点。（1）增益波长由泵浦光波长决定，只要泵浦源的波长适当，理论上可以得到任意波长的信号放大，增益谱调节方式可通过优化配置泵浦光波长和强度来实现。这样的FRA就可扩展到EDFA不能使用的波段，为波分复用进一步增加容量拓宽了空间。（2）增益介质可以为传输光纤本身，如此实现的FRA称为分布式放大，因为放大是沿光纤分布作用而不是集中作用，光纤中各处的信号光功率都比较小，从而可降低各种光纤非线性效应的影响，这一点与EDFA相比优势相当明显，因为增益介质是光纤本身，即使泵浦源失效，也不会增加额外的损耗，而EDFA只能放大它能放大的波段，对不能放大的波段由于光纤掺杂的作用会大大增加信号光的损耗，将来如果发展到全波段，只能用波分复用器将信号分开，让它放大它只能放大的波段，其它波段则需要另外的光放大器。使得EDFA插入损耗小的优点消失。在分布式FRA却能够在线放大，不需要引入其它介质。（3）噪声指数低，可提升原系统的信噪比。它配合EDFA使用可大大提升传输系统的性能。降低输入信号光功率或增加中继距离。（4）喇曼增益谱比较宽，在普通光纤上单波长泵浦可实现40nm范围的有效增益，；如果采用多个泵浦源，则可容易地实现宽带放大。（5）FRA的饱和功率比较高，有利于提高信号的输出光功率。 （6）喇曼放大的作用时间为飞秒（1015s）级，可实现超短脉冲的放大。FRA主要有以下缺点。（1）喇曼光纤放大器所需要的泵浦光功率高，分立式要用几瓦到几十瓦，分布式要用到几百毫瓦，正是因为这些因素才限制了FRA的发展。不过目前已经有了功率达几十瓦的高功率半导体激光器。不过目前价格还比较昂贵。它也是决定FRA能否迅速商品化的主要前提。（2）作用距离太长，增益系数偏低，分立式FRA作用距离为几公里，放大可达40dB，分布式喇曼放大器作用距离为几十到上百公里，增益只有几个dB到十几个dB，这就决定了它只能适合于长途干线网的低噪声放大。（3）对偏振敏感，泵浦光与信号光方向平行时增益最大，垂直时增益最小为0，由于目前使用的普通光纤都不保偏，模式混扰的原因使得表现为增益偏振无关。11喇曼光纤放大器使用过程一定要注意安全，我们在平时维护过程中应从哪几个方面引起注意？（了解）答：喇曼光纤放大器一般有几组不同波长高功率激光器同时泵浦，泵浦总功率甚至超过30dBm，所以在使用时特别要注意光缆线路安全、仪表设备安全和人身安全。目前商用的喇曼放大器一般都是后向泵浦，泵浦光从信号光的输入端反向输出，这与我们平时维护其他设备完全不同。后向泵浦光功率一般很高，超出了机房一般光功率计，包括光谱分析仪的测试范围，不要试图直接测试泵浦光的输出功率。泵浦光波长在光纤里传输损耗较小，如果喇曼光纤放大器没有断开，100km之外的光时域分析仪（OTDR）的光检测器件完全可能被烧毁。裸眼短时间可容忍的激光功率为1mW，400mW的漫反射光都可能对人眼造成伤害，无论机房维护还是光缆施工，都不要去直视或使用显微镜观察带有激光的光纤端面。连接喇曼光纤放大器的尾纤端面要求为APC或更低反射损耗端面，而且要保证端面清洁，否则会烧毁尾纤，尾纤的弯曲半径过小同样会烧毁尾纤。接近喇曼放大器端至少25km里的光缆固定熔接点要求熔接质量良好，否则会烧坏熔接点或者降低喇曼光纤放大器的增益。 12. 简述SOA光放大原理。（了解）答：半导体激光放大器，其结构大体上与激光二极管（Laser Diode，LD）相同。如果在法布里派罗腔（Fabry-Perot cavity，F-P）两端面根本不镀反射膜或者镀增透膜则形成行波型光放大器。半导体光放大器就是行波光放大器。由于半导体放大器具有体积小、结构简单、功耗低、寿命长、易于同其它光器件和电路集成、适合批量生产、成本低以及可实现增益兼开关功能等特性，在全光波长变换、光交换、谱反转、时钟提取、解复用中的应用受到了广泛的重视，特别是目前应变量子阱材料的半导体光放大器的研制成功，已引起人们对SOA的广泛研究兴趣。第7章1、SDH帧由哪几部分组成？SDH有哪些显著特点？答：SDH帧由净负荷，管理单元指针和段开销三部分组成。SDH主要优点有：高度标准化的光接口规范、较好的兼容性、灵活的分插功能、强大的网络管理能力和强大的自愈功能。其缺点有：频带利用率不如PDH高、设备复杂性增加、网管系统的安全性能要求高。2、根据帧结构，计算STM-1、STM-4的标称速率。解：STM-1的标称速率：一帧的比特数：9270819440（比特），传送一帧所用时间为125s，故标称速率为：19440/(125106)（kb/s）。STM-4的标称速率：STM-4帧为9行，2704列，传送一帧所用时间为125s。可以看出STM-4的列数是STM1的4倍，其余都一样，所以：STM4的标称速率为： 4（kb/s）3、STM-N帧长、帧频、周期各为多少？帧中每个字节提供的通道速率是多少？答：STM-N帧长为9270N8比特，帧频8000帧/秒，周期为125s。帧中每个字节提供的通道速率为：8比特/帧8000帧/秒64kb/s。4、段开销分几部分？每部分在帧中的位置如何？作用是什么？答：段开销分为再生段开销和复用段开销两部分。再生段开销位于STM-N帧中的13行的19N列，用于帧定位，再生段的监控、维护和管理。复用段开销分布在STM-N帧中的59行的19N列，用于复用段的监控、维护和管理。5、管理单元指针位于帧中什么位置？其作用是什么？答：管理单元指针存放在帧的第4行的19N列，用来指示信息净负荷的第一个字节在STN-N帧内的准确位置，以便正确地分出所需的信息。6、简述2.048Mbit/s信号到STM-1的映射复用过程。答：2.048Mbit/s信号经过C-12、VC-12、TU-12、TUG-2、TUG-3、VC-4、AU-4和AUG-1映射复用成STM-1的成帧信号。7、STM-1最多能接入多少个2Mbit/s信号？多少个34Mbit/s信号？多少个140Mbit/s信号？答：STM-1最多能接入63个2Mbit/s信号，,3个34Mbit/s信号，1个140Mbit/s信号。9、指针有哪几种类型？答：SDH的指针分为TU-12、TU-3和AU-4三种。10、按照应用的不同，SDH设备有哪几种类型？答：按照应用的不同，SDH设备的类型分为终端复用设备、分插复用设备、数字交叉连接设备和再生器四种。11、简述DXC X/Y的含义。答：DXC X/Y中DXC 表示数字交叉连接设备，X表示接入端口信号的最高速率等级，Y表示参与交叉连接的最低速率等级，X、Y可以取0、1、2、3、4。12、什么是网络的拓扑结构？基本的拓扑结构有哪些？答：网络拓扑结构是指网络的物理形状，也就是指网络节点与传输线路组成的几何图形，它反映了物理上的连接性。基本的拓扑结构有线形、星形、树形、环形和网孔形五种。13、在线形网保护中，简述1+1和1:1保护倒换方式的区别。答：1+1线路保护倒换方式是指STM-N信号在发送端被永久地连接在工作通路和保护通路上，接收端监视从这两个通路上送来的STM-N信号质量，并有选择地连接到信号质量好的通路上。1:1线路保护倒换方式是指1个工作通路和1个共享保护通路。工作业务的STM-N信号和1个附加业务的STM-N信号在两端分别桥接到工作通道和保护通道上，接收端监视接收到的各个STM-N信号的状态，一旦工作通路劣化或失效，将丢弃保护通路上的附加业务，将失效工作通路上业务桥接到保护通路上。14、什么是自愈功能？简述二纤单向通道倒换环和二纤双向复用段倒换环的工作原理。答：所谓自愈功能就是在网络出现意外故障时无需人为干预，就能在极短时间内自动恢复业务，使用户感觉不到网络已出了故障。15 各种环的工作原理：二纤单向通道、复用段保护环的工作原理（见教材）二纤双向复用段保护环的工作原理（见教材）第8章 1、波分复用的主要特点有哪些？答：波分复用技术的主要特点有：可以充分利用光纤的巨大带宽潜力，使一根光纤上的传输容量比单波长传输增加几十至上万倍。在大容量长途传输时可以节约大量的光纤。波分复用通道对传输信号是完全透明的，可同时提供多种协议业务，不受限制地提供端到端业务。可扩展性好。降低器件的超高速要求。2、波分复用系统应用形式有哪些？答：WDM系统从不同的角度可以分为不同的类型：从传输方向分，可以分为双纤单向波分复用系统和单纤双向波分复用系统；从光接口类型分，可以分为集成式波分复用系统和开放式波分复用系统。3 WDM系统分类方法：有线路光放大器、无线路光放大器4应用代码含义：nWx-y-z5.WDM系统中的设备类型：OXC、OADM的功能第9章 课堂作业专心-专注-专业