光纤通信_人民邮电出版社_课后答案

《光纤通信》 人民邮电出版社 课后答案

第一章 基本理论

1、阶跃型折射率光纤的单模传输原理是什么?答:当归一化频率V小于二阶模LP11归一化截止频率,即0<V<2.40483时,此时管线中只有一种传输模式,即单模传输。

2、管线的损耗和色散对光纤通信系统有哪些影响?答:在光纤通信系统中,光纤损耗是限制无中继通信距离的重要因素之一,在很大程度上决定着传输系统的中继距离;光纤的色散引起传输信号的畸变,使通信质量下降,从而限制了通信容量和通信距离。

3、光纤中有哪几种色散?解释其含义。答:(1)模式色散:在多模光纤中存在许多传输模式,不同模式沿光纤轴向的传输速度也不同,到达接收端所用的时间不同,而产生了模式色散。(2)材料色散:由于光纤材料的折射率是波长的非线性函数,从而使光的传输速度随波长的变化而变化,由此引起的色散称为材料色散。(3)波导色散:统一模式的相位常数随波长而变化,即群速度随波长而变化,由此引起的色散称为波导色散。

5、光纤非线性效应对光纤通信系统有什么影响?答:光纤中的非线性效应对于光纤通信系统有正反两方面的作用,一方面可引起传输信号的附加损耗,波分复用系统中信道之间的串话以及信号载波的移动等, 另一方面又可以被利用来开发如放大器、调制器等新型器件。

6、单模光纤有哪几类?答:单模光纤分为四类:非色散位移单模光纤、色散位移单模光纤、截止波长位移单模光纤、非零色散位移单模光纤。

12、光缆由哪几部分组成?答:加强件、缆芯、外护层。

*、光纤优点:巨大带宽(200THz)、传输损耗小、体积小重量轻、抗电磁干扰、节约金属。

*、光纤损耗:光纤对光波产生的衰减作用。

引起光纤损耗的因素:本征损耗、制造损耗、附加损耗。

*、光纤色散:由于光纤所传输的信号是由不同频率成分和不同模式成分所携带的,不同频率成分和不同模式成分的传输速度不同,导致信号的畸变。

引起光纤色散的因素:光信号不是单色光、光纤对于光信号的色散作用。

色散种类:模式色散(同波长不同模式)、材料色散(折射率)、波导色散(同模式,相位常数)。

*、单模光纤:指在给定的工作波长上只传输单一基模的光纤。

第二章 光源和光发射机

1、光与物质间的作用有哪三种基本过程?它们各自的特点是什么?

答:(1)自发辐射:处于高能级电子的自发行为,与是否存在外界激励作用无关;自发辐射可以发生在一系列的能级之间,用此材料的发射光谱范围很宽;即使跃迁过程满足相同能级差,它们也是独立的、随机的辐射,产生的光子能量相同而彼此无关,各列光波可以有不同的相位和偏振方向, 而且向空间各个角度传播,是一种非相干光。

(2)受激辐射:感应光子的能量等于向下跃迁的能级之差;受激辐射产生的光子与感应光子全是全同光子,它们是相干的;受激辐射过程实质上是对外来入射光的放大过程。

(3)受激吸收:受激吸收时需要消耗外来光能;受激吸收过程对应光子被吸收,生成电子—空穴对的光电转化过程。

2、什么是粒子数反转分布?答:处于高能态的粒子数多于处于低能态的粒子数。

3、怎样实现光放大?答:使媒质中高能级上的电子密度大于低能级上的电子密度,则受激辐射占主导地位,光波经过媒质时强度按指数规律增长,光波被放大,则实现光放大。

4、构成激光器必须具备哪些功能部件?

答:有源区,光反馈装置,频率选择元件,光束的方向选择元件,光波导。

5、有哪些方法实现光学谐振腔?与之对应的激光器类型是什么?答:(1)用晶体天然的解理面形成法布里-珀罗谐振腔(F-P腔),当光在谐振腔中满足一定的相位条件和谐振条件时,建立起稳定的光振荡;(2)利用有源区一侧的周期性波纹结构提供光耦合来形成光振荡。

*、激射的一般条件:(1)有源区里产生足够的粒子数反转分布;(2)存在光学谐振机制,并在有源区里建立起稳定的激光振荡

第三章 光接收机

1、分析光电二极管和APD的工作原理。

答:光电二极管:受激吸收,电子—空穴对运动;APD:电子—空穴对多次碰撞产生雪崩光倍增。

2、分析光电二极管和APD性能参数上的异同点。

答:APD是有增益的光电二极管,在光接收机灵敏度要求较高的场合,用APD有利于延长系统的传输距离,在灵敏度要求不高的场合,一般用没有增益的PIN光电检测器。

第四章 光纤通信系统

2、什么是SDH?简述出主要特点

答:(1)SDH技术是在信息结构等级、开销安排、同步复用映射结构、指针定位调整和网络节点接口等方面标准化的、主要采用光纤传输媒质(少量微波和电缆)的数字传送技术。(2)特点(优点):①具有统一标准光接口;②开销比特丰富;③采用数字同步复用;④数字分插复用直接上下2Mbit/s;⑤数字交叉连接提高网络灵活性;⑥环形网具有“自愈”能力。

3、SDH的帧结构由哪几部分组成?各部分的作用是什么?

答:SDH的帧结构由三部分组成:(1)STM-N净负荷:存放STM-N传送的各种用户信息码块;(2)段开销SOH:保证信息净负荷正常传送所必须附加的运行、管理和维护(OAM)字节;(3)管理单元指针:指示信息净负荷的第一个字节在STM-N帧内的准备位置。

4、目前使用的SDH信号的速率等级是如何规定的?答:SDH信号的速率等级是在传输线路的基础上定义的,传输线路可以是光线,也可以是微波和卫星传输通道。

7、光纤放大器有哪些类型?答:半导体光放大器、掺铒光放大器、拉曼放大器。

8、EDFA能放大哪个波段的光信号?简述EDFA的结构?工作原理?

答:(1)EDFA能对1550nm波段的光进行放大;(2)结构:由掺铒光纤、泵浦源、波分复用器、光隔离器、滤波器组成;(3)原理:铒离子吸收泵浦光产生受激辐射光,使传输信号光得到放大。

9、对于980nm泵浦和1480nm泵浦的EDFA,哪种泵浦方式的功率转换效率高?哪种泵浦方式的噪声系数小?为什么?答:

(1)980nm泵浦的EDFA功率转换效率高,可达11dB/mW,而1480nm的只有6.5dB/mW;(2)前者的噪声系数小,只有

3.2dB~3.4dB,而后者最小约为4dB;(3)这是因为采用1480nm泵浦的方向泵浦时,具有高的量子转换效率。

10、拉曼光纤放大器突出的优点是什么?

答:(1)增益介质为普通传输光纤,与光纤具有良好的兼容性;(2)增益波长由泵浦光波长决定,不受其他因素限制;(3)增益高,串扰小,噪声系数低,频谱范围宽,温度稳定性好。

12、举例说明光纤放大器在光纤通信领域中的应用。答:(1)EDFA在密集波分复用大容量超长光纤传输方面发挥巨大作用,如在DWDM系统、HFC系统中的应用;(2)RFA的应用:独立拉曼宽带放大器、RFA+EDFA混合放大器、用RFA制成有源无损器件或动态均衡器件。

第五章 无源光器件和WDM技术

2、试分析光耦合器的功能有哪些?如何实现光耦合?如何改变耦合器的分光比?

答:(1)功能:①以光为媒介传输电信号,对输入、输出电信号有良好的隔离作用;②把多个光信号耦合到一起;③将光信号分到多根光纤中;(2)实现:在光耦合器输入端加电信号使发光源发光,此光照射到封装在一起的寿光器上后,因光电效应而产生了光电流,电受光器输出端引出,这样就实现光耦合;(3)改变分光比:改变耦合区的长度,就能改变耦合臂分配到的光功率,从而改变分光比。

4、光纤偏振控制器和光纤布拉格光栅的工作原理是什么?

答:(1)光纤偏振控制器:将光纤缠绕在盘上,由应力引起光纤感生双折射,使输入光在两个偏振方上产生相移,起偏振控制作用;(2)光纤布拉格光栅:FBG提供周期性的耦合点,使单模光纤中入社的基模根据光栅和不同传输常数决定的相位条件,可以耦合成前向或后向传输模式。

7、解释环形器的工作原理,给出例子。答:(1)原理:光环形器利用光的偏振现象,其端口的输入输出关系是确定的,且只能正向传输;(2)应用于光分插复用器中,将光隔离器反射回来的光信号通过另外一个端口输出,可与光纤光栅构成WDM系统。

13、密集波分复用系统中参考波长为多少?标准的信道间隔是多少?答:密集波分复用系统中参考波长为1552.52nm,标准的信道间隔为0.8nm(在1.55um波段对应10GHz频率间隔)的整数倍。

14、DWDM开放式系统和集成式系统的区别?答:(1)开放式系统是在波分复用器前加有波长转换器OUT,将SDH非规范的波长转化为标准波长;(2)集成式系统是把标准的光波长和满足长距离传输的光源集成在SDH中,整个系统比较简单,没有增加多于设备。

15、WDM系统中监控信道的作用是什么?对其有什么要求?答:(1)作用:减少系统发生故障的几率,减少故障修复时间,增强网络的生存性和强壮性,降低运行、维护和管理的成本;(2)条件:①监控通路不限制光放大器泵浦波长;②监控通路不应限制两线路放大器之间的距离;③监控通路不能限制未来在1310nm波长的业务;④线路放大器失效时监控通路仍然可用;⑤OSC传输应该是分段的具有3R功能和双向传输功能,在每个光放大器中继站上,信息能被正确的接受下来,而且还可以附上新的监控信号;⑥只考虑在两根光纤上传输的双向系统,允许OSC在双向传输,以防一旦一根光纤被切断后,监控信息仍然能被线路中断接受。


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