光纤通信原理课后答案 袁国泉 25页

'土星答案网您最真诚的朋友www.txdaan.com土星答案网团队竭诚为您服务免费提供大学课后答案|考研答案|高考答案|资格考试答案下载 第一章光纤通信概述1-1什么是光纤通信?光纤通信是利用光导纤维传输光波信号的通信方式。1-2光纤通信工作在什么区，其波长和频率是什么?光纤通信工作在近红外区，它是波长为0-8～1-8μm，对应的频率为167～375THz。1-3BL积中B和L分别是什么含义?通信容量通常用BL积表示，B为比特率，L为中继距离1-4光纤通信的主要优点是什么?光纤通信之所以受到人们的极大重视，是因为和其他通信手段相比，具有无以伦比的优越性。(1)通信容量大(2)中继距离远(3)抗电磁干扰能力强，无串话(4)光纤细，光缆轻(5)资源丰富，节约有色金属和能源。光纤还具有均衡容易、抗腐蚀、不怕潮湿的优点。因而经济效益非常显著。1-5试画出光纤通信系统组成的方框图。一个光纤通信系统通常由电发射机、光发射机、光接收机、电接收机和由光纤构成的光缆等组成。土星答案网www.txdaan.com1-6略参考资料：＜光纤通信原理＞袁国良著如有问题联系Email:meizimu@126.com 第二章光的性质2-1解：8c310×−5(1)激光波长λ===×110m=10µm13ν310×W100132(2)平均能流密度S===3.1810(/×wm)22−9πτrπ×0.01×1010×13S3.1810×53(3)平均能量密度ω===×110(/Jm)8ν3.10×(4)辐射强度与2一样？？？感觉题中缺少条件．12(5)由S=εAυ得到电场振幅2138−68A=2/Sευ=2Scµ=23.1810××××310×1.25610×=1.510(/)×Vm88磁场振幅B=Ac/=1.510/310××=0.5()T2-2解：土星答案网(1)根据双缝干涉明纹的条件Dx=±kλ，k=0,1,2,…awww.txdaan.com把k=1和k=4代入上式，得4DλDλ3Dλax△△x=−=,或λ=aaa3D将D=1000mm,a=0-2mm,△x=7.5mm,代入上式得ax△0.27.5×λ==mm=500nm3D31000×(2)−7当λ=×610m时，相邻两明纹间的距离为Dλ1000−7△x==××610m=3mma0.2参考资料：＜光纤通信原理＞袁国良著如有问题联系Email:meizimu@126.com 2-3解：由题意，不必计入半波损失，λ垂直照射光程差δ=2ne=(2k+1)k=0,1,2,⋅⋅⋅(减弱)(1)22n=1-3，2λ5001λ=500nm时，2ne=(2k+1)=(2k+1)(2)21122λ7002λ=700nm时，2ne=(2k+1)=(2k+1)(3)22222有(2)(3)比较得到7k+=15k(4)21k值随波长增大而减小，又波长连续变化从500nm到700nm时，不存在λ和对应的整数3k满足(1)式，所以有k+=1k(5)3212k+1λ7500×nm11结合(4)(5)求得k=3代入(3)得到e===673.1nm12n2221.3××22-4解：λ(1)由单缝衍射明条纹的条件，asinϕ=(2k+1)，2土星答案网x当ϕ较小时sinϕ≈tgϕ=，f−432ax20.050.15××1.510×1.510×∴λ===cm=nm(2k+1)f(2k+×1)100www.txdaan.com2k+12k+13当k=1时，λ=0.510nm×=500nm当k=2时，λ=300nm因为k越大得到的波长越小，所以，当k≥2时，求出的波长均不在可见光范围。又因P点是亮纹，所以入射光的波长一定是500nm。(2)因为P点的明纹对应的k值等于1，所以是第一级明条纹。这一明条纹对应的衍射角由明条纹的条件λasinϕ=(2k+1)23λ−3当k=1时，sinϕ==1.510×2a�∴ϕ=0.086参考资料：＜光纤通信原理＞袁国良著如有问题联系Email:meizimu@126.com 狭缝处的波面所分的波带数和明条纹对应的级数的关系为：半波带数=2k+1。因为k=1，所以狭缝处的波面可分为3个半波带。(3)−4f2100510×××∆=x2λ==0.2cm=2mma0.052-5fλla30.25×3解：由l=⇒λ==mm=×310nm3af0.2510×2-6解：由光栅公式(ab+)sinϕ=±kλ，第2级明条纹满足(ab+)sinϕ=2λ，2−6−6把a=1.510×m，ϕ=arcsin0.2代入上式得b=4.510×mab+"""所缺级数为k=k=4kk=1,2,3,⋅⋅⋅a则光栅所缺级数为k=4,8,12,16,⋅⋅⋅−6�(ab+)sinϕ6.010×当ϕ=90时，得主明纹最高级次为k===10，+−7λ6.010×−6�土星答案网ab+6.010×当ϕ=−90时，得主明纹最高级次为k==−=−10，+−7λ6.010×��综上在−90<ϕ<90范围内实际呈现级数为k=0,1,2,3,5,6,7,9，实际可以看到www.txdaan.comk=0,1,2,3,5,6,7,9±±±±±±±共15条明线。2-7解：根据光栅方程，(ab+)sinϕ=kλk=0,1,2,⋅⋅⋅由上式可知同一级k，紫光波长短，对应的衍射角小，靠近中央明纹；红光波长长对应的衍射角大，衍射纹靠外。λ760nm红第一级最外红光对应衍射角满足：sinθ==1ab+ab+λ紫800nm第二级最内紫光对应衍射角满足：sinθ=2=2ab+ab+显然θ>θ，所以一、二级光谱不发生重叠。21参考资料：＜光纤通信原理＞袁国良著如有问题联系Email:meizimu@126.com λ1520nm红同理，第二级最外红光对应衍射角满足：sinθ=2=3ab+ab+第三级最内紫光对应衍射角满足：λ紫1200nmsinθ=3=4ab+ab+因为θ<θ，所以二、三级光谱将发生重叠。43设第二级红光和第三级波长为λ的光重合则：3λλ223红3=2⇒λ=λ=×760nm=506.7nm3红dd33设第三级紫光和第二级波长λ的光重合则：2λ2λ紫332=3⇒λ=λ=×400nm=600nm2紫dd22所以发生重叠范围是二级光谱的600nm---700nm与三级光谱的400----506-7nm。2-8解：土星答案网白光对应的波长范围是400~760nm，ab+=1cm/6500，−5kλ13410cm××�对紫光sinθ===0.78，θ=51.2611bb+"1cm6500www.txdaan.com−5kλ37.610cm××2对红光sinθ===1.48，不能够看到。2bb+"1cm6500���所以第三级光谱的张角，∆=θ90.00−51.26=38.742-9II12解：设两束单色自然光的强度分别为Ι和I，经过起偏器后光强分别为，。1222I12�I22�有题意cos30=cos60，222�Icos3011∴==2�Icos60322-10参考资料：＜光纤通信原理＞袁国良著如有问题联系Email:meizimu@126.com 解：(1)设自然光通过M后光强为Ι，通过C后光强为I，通过N后光强为I12312I02MC则I=I，I=Icosθ=cosθ，θ1021222π212212I=Icos(−θ)=Isinθ=Icosθsinθ=Isin2θ32200228N(2)π3ππ3π5π7πI0θ=0,,π,,I=0；θ=,,,,I=3322444482-11Iln−αlI0解：由I=Ie⇒=−l，0αIlnIIln0.10当=0-1时，l=−=−=7.196cm，Iα0.320IlnIIln0.50当=0-5时，l=−=−=2.166cmIα0.320土星答案网IlnIIln0.80当=0-8时，l=−=−=0.697cmIα0.320www.txdaan.com2-12W1019解：N==≈2.51510×−3414hυ6.625610×××6102-13解：1-要有具有合适能级结构的工作物质2-要有光学谐振腔，以维持光振荡，并满足阈值条件3-要有合适的激励能源，以供给能量2-14解：设激光器腔长为L,8c310×38∆υ===×10，m2nL21××L2L参考资料：＜光纤通信原理＞袁国良著如有问题联系Email:meizimu@126.com 8∆υ610×N===4L∆υ38m×102Lc要想获得单模输出，则∆<∆ν2ν=，mnL8c310×所以L<==0.5m8n∆ν610×即腔长最长不能超过0.5m。第三章光纤3-1填空题(1)通信用的光纤绝大多数用材料制成。折射率高的中心部分叫，折射率稍低的外层称为。(2)表示光纤捕捉光射线能力的物理量被定义为，用表示。(3)在阶跃型光纤中，模是最低工作模式，是第一高阶模。(4)阶跃型光纤的单模传输条件是。(5)渐变型光纤中不同射线具有相同轴向速度的现象称为。答案：（1）石英，纤芯，包层（2）数值孔径，NA（3）LP01，LP11（4）0＜V＜2-4083土星答案网（5）光纤的自聚焦现象3-2什么是光纤的归一化频率?写出表达式。答：光纤的归一化频率V是由U和W得出的一个重要参数，由光纤的结构和波长决定。22V=kan−n≈kna2∆（弱导波光纤时取近似）01www.txdaan.com201其中U表明了在光纤的纤芯中，导波沿半径r方向的场的分布规律，称为导波的径向归一化相位常数。 W表明了在光纤的包纤中，场沿半径r方向的衰减规律，称为导波的径向归一化衰减系数。3-3什么是标量模，用什么符号表示？答：严格的求解矢量波动方程得到的即所谓矢量模，矢量模包括横电模TEon、横磁模TMon、混合模EHmn和HEmn。在弱导波近似情况下得到的为标量模，标量模可认为矢量模的线性叠加，所以标量模是简并模。 标量模又称线性偏振模（LinearlyPolarizedmode）可以用LPmn来表示。例如LP01模，m=0，n=1；LP11模m=1，n=1等不同的模式，即不同的m和n值，各有自己的场分布和传输特性。参考资料：＜光纤通信原理＞袁国良著如有问题联系Email:meizimu@126.com 3-4试分析阶跃型光纤和渐变型光纤的导光原理。答：阶跃折射率光纤的导光原理比较简单，如图3-1所示。图3-1阶跃折射率光纤的导光原理按照光的全反射理论，如果光线满足θ1大于临界角由式（3-1-3）确定的θC，将会在纤芯与包层界面上发生全反射，当全反射的光线再次入射到纤芯与包层的分界面时，又会再次发生全反射而返回纤芯中传输形成导波。采用渐变型折射率光纤的目的是为了降低模间色散，其导光原理如图3-2所示。图中给出了梯度折射率光纤中三条不同路径的光线沿光纤传播的情况，与轴线夹角大的光线经过的路径要长一些，然而它的折射率的较小，光线速度沿轴向的传播速度较大；而沿着轴线传播的光线尽管路径最短，但传播速度却最慢。这样如果选择合适的折射率分布就有可能使所有光线同时到达光纤输出端。这样人们很容易理解为什么采用梯度折射率光纤可以降低模间色散。土星答案网www.txdaan.com图3-2渐变型折射率光纤的导光原理3-5什么是渐变型光纤的最佳折射指数分布?写出平方律型折射指数分布光纤的折射指数表达式。答：从渐变型光纤的导光原理可知：只要n(r)取得合适，那么不同模式的光线就会具有相同的轴向速度。即具有不同条件的子午射线，从同一地点出发，达到相同的终端。利用渐变型光纤n随r变化的特点，可以减小模式色散。这种现象称为光纤的自聚焦现象，相应的折射指数分布称为最佳折射指数分布。折射指数选取平方律型分布形式r22/1n(r)=n0()[1−2∆()]a22n)0(−n(a)式中：∆=22n)0(参考资料：＜光纤通信原理＞袁国良著如有问题联系Email:meizimu@126.com n(0)——光纤轴线处（r=0）的折射率a——纤芯半径3-6什么是单模光纤的衰减系数，写出表达式。答：衰减系数α用单位长度光纤引起光功率的衰减来表示，通常表示为dB/km为单位的形式10P(L)α=−lgLP)0(3-7什么是光纤的色散？为什么说光纤色散会限制系统的通信容量？答：信号在光纤中是由不同的频率成分和不同模式成分携带的，这些不同的频率成分和模式成分有不同的传播速度，从而引起色散，也可以从波形在时间上展宽的角度去理解，即光脉冲在通过光纤传播期间，其波形在时间上发生了展宽，这种观象就称为色散。 光纤色散是光纤通信的另一个重要特性，光纤的色散会使输入脉冲在传输过程中展宽，产生码间干扰，增加误码率，这样就限制了通信容量。因此制造优质的、色散小的光纤，对增加通信系统容量和加大传输距离是非常重要的。 3-8色散的大小用什么来表示?其单位是什么？答：光纤的色散程度用时延差表示：  dτλ()D=dλ式中：D为色散系数； 单位为ps/（nm·km）。3-9阶跃型光纤纤芯折射率n1=1.5，包层折射率n2=1.48，在工作波长为1.31μm条件下，要保证单模传输，纤芯半径应如何选择。土星答案网222π22解：由V=kan−n=an−n，可知01212λVλVλ2.404831.31×00a====2.05µm2222222πn−n2πn−n23.14××1.5−1.4812www.txdaan.com12纤芯半径应小于2.05μm3-10阶跃型光纤纤芯折射率n1=1.48，包层折射率n2=1.46，试计算光纤的数值孔径?2222解：由NA=n−n=1.48−1.46=0.24123-11阶跃型光纤纤芯折射率为1.5，包层折射率为1.48，纤芯半径为2μm ，问当工作波长为1.31μm时，此光纤可传输的模式是什么?222π2223.142××22解：由V=kan−n=an−n=1.5−1.48=2.341864101212λ1.31因V<2.40483，此光纤中只有LP模可以传输。01参考资料：＜光纤通信原理＞袁国良著如有问题联系Email:meizimu@126.com 第四章光源和光电检测器4-1填空题(1)根据半导体的能带理论，能够被电子占据的能带为、、，不能被子占据的状态为。(2)按照费米-狄拉克统计，本征半导体在热平衡状态下，电子在高能级的概率_________。(3)对于半导体激光器，当外加正向电流达到某一值时，输出光功率将急剧增加，这时输出的光为，这个电流称为电流。(4)半导体材料只有波长为λ＜λC的光入射时，才能使材料产生光子，所以λC称为波长(5)PIN光电二极管，是在P型材料和N型材料之间加上一层___________，称为_________。答案：（1）价带导带满带禁带（2）小？（3）激光阈值（4）截止（5）轻掺杂的N型材料I层4-2试说明半导体激光器有哪些主要的工作特性。答;LD的工作特性可以用一些特性曲线和特性参量来描述。 1.P-I曲线 LD的总发射光功率（P）与注入电流（I）的关系曲线称为P-I曲线，阈值特性：当注入电流很小时，LD发出的光功率很小，为自发幅射所致，发出的是荧光。当达到某个电流值时，光功率突然增强，这个电流称为阈值电流I。当I＞I时，LD发出tt的是激光。对于一个LD来说，I越低越好。 t线性特性： I＞I的一段范围内，发射的光功率P与注入电流近似为线性关系。  t土星答案网2.光谱特性 (1)I＜I时光谱很宽，此时为荧光光谱；I＞I时光谱很窄，谱线中心强度急剧增加。 tt(2)峰值波长λp。所谓峰值波长是在规定光功率时，光谱内若干发射模式中最大强度的光谱波长，用λp表示，LD的峰值波长相当明显。 www.txdaan.com(3)单纵模与多纵模。光谱中只有一根谱线，这样的激光器为单模激光器，图4-6-2的光谱中有很多条谱线，即为多模激光器。(4)谱线宽度Δλ。谱线宽度简称为线宽用Δλ来表示。采用 ITU-TG.957建议的最大 -20dB宽度定义。即在规定光功率下，主模中心波长的最大峰值功率跃落-20dB时的最大全宽为光谱宽度。 3.温度特性 LD的温度特性包括：LD的阈值电流I随温度T变化的特性和中心波长温度特性等。 t(1)I的温度特性 阈值电流随温度的升高而加大，另外，激光器的阈值电流也和使用时间t有关，随着激光管使用时间的增加，阈值电流也会逐渐加大。 (2)中心波长λ的温度特性  激光二极管的中心波长比例于它的工作温度，温度升高，LD的中心波长随之增加，线性关系。这种特性在泵浦激光器中是有用的，在泵浦激光器的应用中，可以通过精确地控制温度，把LD的发射波长调节到特定波长上，以满足应用要求。参考资料：＜光纤通信原理＞袁国良著如有问题联系Email:meizimu@126.com 4-3半导体激光器的温度变化对阈值电流有什么影响?温度对激光器阈值电流影响很大，阈值电流随温度升高而加大。所以为了使光纤通信系统稳定、可靠地工作，一般都要采用自动温度控制电路，来稳定激光器的阈值电流和输出光功率。 4-4试画出发光二极管的特性曲线。LED随注入电流的增加，输出光功率近似的线性增加。通常使用使用光输出功率P与注入电流I的关系，即P-I曲线，来描述LED的输出光功率特性，如图4-1所示。图4-1LED的P-I特性曲线4-5什么是半导体的光电效应?答：半导体材料的光电效应是指如下情况：光照射到半导体的P-N结上，若光子能量足够大，则半导体材料中价带的电子吸收光子的能量，从价带越过禁带到达导带，在导带中出现光电子，在价带中出现光空穴，即光电子-空穴对，它们总起来称作光生载流子。 光生载流子在外加负偏压和内建电场的作用下，分别向P区和N区迅速漂移，这样在外电路中出现光电流，如图4-2所示，由图可见，外加负偏压产生的电场方向与内建电场方向一致，有利于耗尽层的加宽。这样，就实现了输出电压跟随输入光信号变化的光电转换作土星答案网用。www.txdaan.com图4-2半导体材料的光电效应4-6光电检测器的响应度和量子效率描述的是什么?二者有什么联系?响应度和量子效率都是描述器件光电转换能力的物理量。 响应度R0定义为 IPR=AW/0P0式中： IP——光电检测器的平均输出电流；参考资料：＜光纤通信原理＞袁国良著如有问题联系Email:meizimu@126.com P0——光电检测器的平均输入功率。 量子效率η定义为 光生电子空穴对数−η=入射光子数二者关系 eR=η0hf这即是说，光电二极管的响应度和量子效率与入射光波频率有关。4-7试画出分布反馈半导体激光器的结构示意图。  分布反馈半导体激光器(DFB-LD)，它是在异质结激光器具有光放大作用的有源层附近，刻上波纹状的周期的光栅来构成的，如图4-2所示。图4-2分布反馈半导体激光器结构示意图土星答案网第五章光缆和光纤通信器件5-1试画出光纤附加损耗随温度变化曲线。 光纤的附加损耗与温度之间的变化曲线，如图5-1所示。从图中看出，随着温度的降低，光纤的附加损耗逐渐增加，当温度降至www.txdaan.com-55℃左右，附加损耗急剧增加。5-2光缆的纤芯是如何构成的?缆芯由光纤芯线组成，它可分为单芯和多芯两种。单芯型是由单根经二次涂覆处理后的光纤组成；多芯型是由多根经二次涂覆处理后的光纤组成，它又可分为带状结构和单位式结构。5-3色散位移光缆与常规光缆有何不同?(1)常规光缆 目前长途通信光缆线路广泛使用的是G.652常规单模光缆。这种光缆光纤损耗在λ=1.55μm附近时最小，但色散D较大，约为18ps/(nm·km)；在λ=1.31μm损参考资料：＜光纤通信原理＞袁国良著如有问题联系Email:meizimu@126.com 耗较小，约0.35dB/km，色散几乎为零。可见常规光缆G.652在传输1.55μm的光信号时是不利的。 (2)色散位移光缆 色散位移光缆即是由色散位移光纤DSF构成的光缆。DSF是使单模光纤的材料色散和波导色散相互补偿，在1.55μm附近总色散为零。可以通过加大光纤的波导色散来实现。加大光纤的波导色散的主要方法是改变光纤的结构参数。 5-4光纤分路器及耦合器的作用是什么?在光纤通信系统或光纤测试中，光纤分路器的作用是从光纤的主传输信道中取出一部分光，作为监测、控制等使用；光纤耦合器作用是把两个不同方向来的光信号合起来送入一根光纤中传输。5-5光纤通信系统中为什么必须采用光隔离器?某些光器件，像激光二极管（LD）及光放大器等对来自连接器、熔接点、滤波器等的反射光非常敏感，并导致性能恶化。因此需要用光隔离器来阻止反射光。光隔离器是一种只允许单向光通过的无源光器件，其工作基于法拉第旋转的非互易性。5-6波分复用器的作用是什么，主要有哪几种类型?光波分复用(WDM)技术是在单根光纤上同时传输几个不同波长的光信号，以增加光纤传输系统的信息容量。波分复用器把不同波长的光信号复合注入到一根光纤中，或者相反地把复合的多波长信号解复用，把不同波长的信号分离出来。 波分复用器的种类很多，有棱镜色散型、衍射光栅型及干涉滤光型等，它们由光纤、分光元件和准直聚焦系统组成。5-7试画出边发射LED结构截面图(AlGaAs/GaAsELED)。 土星答案网www.txdaan.com5-8半导体激光二极管按结构分类可分为哪几类?按性能分类有哪些?半导体LD的分类方法很多。在按结构分类中，可将LD分为法布里-珀罗(F-P)型LD、分布反馈(DFB)和分布Bragg反射器(DBR)LD、量子阱(QW)LD和垂直腔面发射激光器(VCSEL)；在按LD性能参数分类中，可分为低阈值LD、高特征温度(T0)LD、超高速LD、动态单模LD、大功率LD等。在诸多分类法中，最基本的是按结构分类。参考资料：＜光纤通信原理＞袁国良著如有问题联系Email:meizimu@126.com 5-9试画出DHLD管芯示意图。 5-10LD发光的峰值波长为1.31m，试求有源层材料的带隙E为多少焦耳，多少电子伏特?g1.239853(提示λ=×10(nm)，公式中E的单位是电子伏特)pgEg解：1.2398531.2398531.239853λ=×10nm⇒E=×10ev=×10ev=0.94645evpg3Eλ1.3110×gp−19−19=0.946451.6021764610××J=1.516410×J土星答案网第六章光端机6-1填空题(1)实现光源调制的方法有两类：_______和_______。 (2)消光比定义为_______。 www.txdaan.com(3)LD与单模光纤的耦合效率_______可达_______。LED与单模光纤的耦合效率_______可达_______。 (4)发光LED与多模光纤的耦合结构主要有_______、_______和_______。 (5)在光接收机中，与光电检测器相连的放大器称为___________，它是_______的放大器。(6)信号电平超过判决门限电平，则判为_______码。低于判决门限电平，则判为_______码。(7)工程上光接收机的灵敏度常用_______表示，单位是_______。 (1）直接调制，间接调制；全"0"码时的平均光功率（2）EXT=；全"1"码时的平均光功率（3）较高30%--50%,较低1%（4）光纤端部做成球形截头微透镜集成微透镜结构（5）前置放大器低噪声、高增益；（6）“1”“0”参考资料：＜光纤通信原理＞袁国良著如有问题联系Email:meizimu@126.com （7）光功率相对值分贝毫瓦(dBm)6-2面发光LED的输出为朗伯分布I(θ)=I0cosθ，试计算耦合效率η。 (提示：面发光LED的输出为朗伯分布，在θ方向上I(θ)=I0cosθ所以6-3试画出LD数字信号的直接调制原理图。 6-4什么是频率啁啾?土星答案网调制脉冲的前沿升高(蓝移)，后沿下降(红移)，使输出频谱加宽，这种动态线宽加宽效应称为啁啾。 www.txdaan.com6-5目前可以使用的外调制方式有几种，分别是什么?为什么采用外调制方式?目前可以使用的外调制方式有电光调制、声光调制和磁光调制。因为对光源进行内调制的优点是电路简单容易实现。但是，若在高码速下采用这种调制方法时，将使光源的性能变坏，如使光源的动态谱线增宽，造成在传输时色散增加，从而使在光纤中所传脉冲波形展宽，结果限制了光纤的传输容量。因此，在高码速强度调制——直接检波的光纤通信系统，或外差光纤通信系统中，可采用对光源的外调制方式。 6-6试画出光接收机组成方框图。 6-7为什么在光接收机线性通道中要加入均衡滤波器?参考资料：＜光纤通信原理＞袁国良著如有问题联系Email:meizimu@126.com 把没有均衡滤波器和有均衡滤波器的波形作一下比较，就会发现均衡滤波器是必不可少的。 （1）没有均衡滤波器将出现的问题 在数字光纤通信系统中，送到发送光端机进行调制的数字信号是一系列矩形脉冲。由信号分析知道，理想的矩形脉冲具有无穷的带宽。这种脉冲从发送光端机输出后要经过光纤、光电检测器、放大器等部件，这些部件的带宽却是有限的。因此，矩形脉冲频谱中只有有限的频率分量可以通过，这样，从接收机主放大器输出的脉冲形状将不再会是矩形的了，将可能出现很长的拖尾。这种拖尾现象将会使前、后码元的波形重叠，产生码间干扰，严重时，造成判决电路误判，产生误码。（2）有均衡滤波器的波形 均衡滤波器是使经过均衡器以后的波形成为有利于判决的波形。例如，成为升余弦频谱脉冲。说得具体一点就是，经过均衡以后的波形，在本码判决时刻，波形的瞬时值应为最大值；而这个本码波形的拖尾在邻码判决时刻的瞬时值应为零。这样，即使经过均衡以后的输出波形仍有拖尾，但是这个拖尾在邻码判决的这个关键时刻为零，从而不干扰对邻码的判决。6-8数字光纤通信系统中，按照“1”码时码元周期T的大小可分哪两种?它们的占空比分别是什么?按照“1”码时码元周期T的大小，分为归零码(RZ码)与非归零码(NRZ码)两种，见图6-3。显然，RZ码的占空比为0.5，而NRZ码的占空比为1。 土星答案网6-9什么是量子噪声?www.txdaan.com光信息的传播是由大量的光量子传播来进行的，大量的光量子其相位都是随机的。因此，光电检测器在某个时刻实际接收到的光子数，是在一个统计平均值附近浮动，因而产生了噪声。从噪声产生的过程看出，这种噪声是顽固地依附在信号上的，用增加发射光功率，或采用低噪声放大器都不能减少它的影响。因而，它限制了光接收机的灵敏度指标。6-10某光接收机接收的光功率为0.1μW，光波长为1.31μm，求所对应的每秒钟接收的光子数。 −6−6PPλ0.110××1.3110×11n====6.5910×−348hfhc6.62610×××3106-11某光纤通信系统光发送端机输出光功率为0.5mW，接收端机灵敏度为0.2μW，若用dBm表示分别是多少?(提示：lg2≈0.3)0.5mW用dBm表示分别是：参考资料：＜光纤通信原理＞袁国良著如有问题联系Email:meizimu@126.com −30.510×10lg=−3dbm−3100.2μW用dBm表示分别是：−60.210×10lg=−12dbm−3106-12一数字光纤接收端机，在保证给定误码率指标条件下，最大允许输入光功率为0.1mW，灵敏度为0.1μW，求其动态范围。因为−3−60.110×0.110×10lg=−10dbm10lg=−40dbm−3−310，10，-10dbm-(-40dbm)=30dbm所以动态范围是30dbm第七章光纤通信系统习题 土星答案网7-1填空题 (1)利用光纤传输监控信号有二种方式__________________、__________________。 (2)mBnB码又称__________________www.txdaan.com，它是把__________________。 (3)光纤通信系统的长期平均误码率应小于__________________，突发性误码用__________________、__________________和__________________三个性能指标来评价。 (4)在数字光纤通信系统中，抖动将引起__________________的增加。(5)SDH网有一套标准化的信息等级结构称为__________________。 (6)根据ITU-T的建议，码速率分别为：STM-1__________________Mb/s，STM-16__________________Mb/s。(7)SDH帧结构中的管理单元指针的位置在__________________。(8)二次群的码速率为8.448Mb/s，1UT的时间为__________________。 答(1)在光缆中加金属导线对来传输监控信号；由光纤来传输监控信号（2）分组码，输入信码流中每m比特码分为一组，然后变换为n比特(n＞m)输出(3)10-9,长期平均误码率、误码的时间百分数、误码秒百分数(4)误码率?(5)同步传送模块STM-N（N =1、4、16、64……）(6)155.520Mbit/s,2488.320Mbit／s参考资料：＜光纤通信原理＞袁国良著如有问题联系Email:meizimu@126.com (7)STM-N帧结构中1至第9×N列中的第四行?7-2试画出IM-DD光纤通信系统结构框图。 7-3选择线路码型应满足的主要要求是什么？ (1)码流中“1”及“0”码的出现是随机的，可能会出现长串的连“1”或连“0”，这时定时信息将会消失，使接收机定时信息提取产生困难。 (2)简单的单极性码流中有直流成分，且当码流中“0”与“1”作随机变化时直流成分也作随机变化，从而引起数字信号的基线漂移，给判决和再生带来困难。(3)尽可能在不中断业务的条件下检测线路的土星答案网BER。除此之外线路码速比标准码速尽量增加要小，对高次群光纤通信系统特别重要。还应具备电路简单等特点。常用的码型有分组码、伪双极性码、插入比特码。7-4什么是插入比特码，插入码的类型有几种？www.txdaan.com插入比特码是将信码流中每m比特划为一组，然后在这一组的末尾一位之后插入一个比特码输出，根据插入码的类型分为mB1P码、mB1C码、mB1H码。7-5产生抖动的主要原因有哪些？（1）由于噪声引起的抖动。例如，在逻辑电路中，当输入信号阶跃时，由于信号叠加了噪声，输入信号提前超过了逻辑电路的门限电平，使跃变信号提前发生，从而引起了抖动。 （2）时钟恢复电路产生的抖动。在时钟恢复电路中有谐振放大器，如果谐振回路元件老化，初始调谐不准等因素可引起谐振频率的变化。这样，这种输出信号经时钟恢复电路限幅整形恢复为时钟信号时就会出现抖动。 （3）其他原因引起的抖动。引起抖动还有其他原因，如数字系统的复接、分接过程，光缆的老化等。7-6什么是分组码？经过这种编码线路上的速率提高了多少？ 分组码又称为mBnB码。它是把输入信码流中每m比特码分为一组，然后变换为n比特参考资料：＜光纤通信原理＞袁国良著如有问题联系Email:meizimu@126.com (n＞m)输出。？？？7-7一个光纤通信系统，它的码速率为622.080Mb/s，光纤损耗为0.1dB/km，有五个接头，平均每个接头损耗为0.2dB，光源的入纤功率为-3dBm，接收机灵敏度为-56dBm(BER=10-10)，试估算最大中继距离。7-8光纤色散对系统性能参数有什么影响，比较重要的有哪三类？ 光纤色散会使系统性能参数恶化，比较重要的有三类：码间干扰、模分配噪声、啁啾声。7-9LAN的拓扑结构主要有几种？试画出它们的拓扑图。 光纤局域网的基本拓扑结构形式，有星型、环型、总线型和树型以及它们间的不同组合，土星答案网www.txdaan.com7-10试画出SDH帧结构图。 参考资料：＜光纤通信原理＞袁国良著如有问题联系Email:meizimu@126.com 整个帧结构可以分为三个主要区域：(1)段开销(SOH)区域(2)信号净负荷区域(3)管理单元指针区域7-11画图说明我国的SDH复用结构。土星答案网 我国目前采用的复用结构是以2Mb/s系列PDH信号为基础，通常应采用2Mb/s和140Mb/s支路接口，当然如有需要时，也可采用34Mb/s支路接口，但由于一个STM-1只能容纳3个34Mb/s的支路信号，因而相对而言不经济，故应尽可能不使用该接口。 www.txdaan.comSDH的复用结构是由一系列基本复用单元组成，而复用单元实际上是一种信息结构，不同的复用单元，其信息结构不同，因而在复用过程中所起的功能各不相同。常用的复用单元有容器(C)、虚容器(VC)、管理单元(AU)、支路单元(TU)等。 7-12什么是数字交叉连接器(DXC)？数字交叉连接器(DXC)DXC设备是一种集复用、自动化配线、保护/恢复、监控和网管等功能为一体的传输设备。 第八章波分复用技术习题 8-1填空题 (1)EDFA对工作波长为__________________的光波有放大作用。(2)ITU-T建议G.692文件确定WDM系统的绝对参考频率规范为__________________。 参考资料：＜光纤通信原理＞袁国良著如有问题联系Email:meizimu@126.com (3)可调光滤波器的作用是__________________。 (4)EDFA有三种基本结构形式分别为____________、__________、__________。(5)EDFA具体应用形式有四种：__________________，__________________，__________________，  __________________。  答:(1)1530～1565nm(2)193.10THz(3)在接收端于接收器前从多信道复用的光信号中选择出一定波长的信号，以供接收机进行接收。(4)同向泵浦结构、反向泵浦结构和双向泵浦结构。 (5)线路放大、功率放大、前置放大、LAN放大8-2多信道复用技术中，从光信号复用技术来考虑主要包括哪些，从光波复用技术来考虑包括哪些?答：光纤通信的多信道复用从光信号方面来考虑，主要包括光时分复用(OTDM)技术、光码分复用(OCDM)技术、副载波复用(SCM)技术；在光波复用技术方面来考虑主要包括波分复用(WDM)技术和空分复用(SDM)技术。8-3试画出WDM的单向和双向传输方式的示意图。答:土星答案网www.txdaan.com8-4光转发器的作用是什么?答：WDM光的发射是采用光转发器（OUT）技术，OUT是WDM的关键技术之一。光转发器不仅可以用在光发送部分也可以用在光中继和光接收部分。该器件的主要作用在于把非标准的波长转换为ITU-T所规范的标准波长，以满足系统的波长兼容性。8-5掺铒光纤放大器的主要优点是什么?参考资料：＜光纤通信原理＞袁国良著如有问题联系Email:meizimu@126.com 答:(1)工作波长处在1.53～1.56μm范围，与光纤最小损耗窗口一致；(2)对掺铒光纤进行激励的泵浦功率低，仅需几十毫瓦，而喇曼放大器需0.5～1W的泵浦源进行激励；(3)增益高、噪声低、输出功率大，它的增益可达40dB，噪声系数可低至3～4dB，输出功率可达14～20dBm；(4)连接损耗低，因为它是光纤型放大器，因此与光纤连接比较容易，连接损耗可低至0.1dB。8-6试从Er3+ 的能级图说明EDFA的工作原理。   在未受任何光激励的情况下，处在最低能级(基态)4I15/2上，当泵浦光射入，铒粒子吸收泵浦光的能量，向高能级跃迁。泵浦光的波长不同，粒子所跃迁到的高能级也不同。例如土星答案网4I13/2能级分离成一个能带，铒粒子先跃迁到该能带的顶部，并迅速以非辐射跃迁的形式由泵浦态变至亚稳态(即4I13/2能级)，在该能级上，粒子有较长的存活时间，由于源源不断地进行泵浦，粒子数不断增加，从而实现了粒子数反转。当具有www.txdaan.com1550nm波长的光信号通过这段掺铒光纤时，亚稳态的粒子以受激辐射的形式跃迁到基态，并产生出和入射光信号中的光子一模一样的光子，从而大大增加了信号光中的光子数量，即实现了信号光在掺铒光纤的传输过程中不断被放大的功能，掺铒光纤放大器也由此得名。第九章现代光纤通信技术简介习题9-1简述相干光纤通信的原理。答:相干光通信系统工作原理均可以用图9-1来加以说明。参考资料：＜光纤通信原理＞袁国良著如有问题联系Email:meizimu@126.com 图9-1光相干检测原理图图9-1中的光信号是以调幅、调频或调相的方式被调制(设调制频率为ωS)到光载波上的，当该信号传输到接收端时，首先与频率为ωL本振光信号进行相干混合，然后由光电检测器进行检测，这样获得了中频频率为ωIF=ωS-ωL的输出电信号，因为ωIF≠0，故称该检测为外差检测，那么当输出信号的频率ωIF=0(即ωS=ωL)时，则称之为零差检测，此时在接收端可以直接产生基带信号。9-2相干光纤通信的优点有哪些?答：与直接检测相比，相干光通信有如下优点：(1)接收灵敏度高。相干检测的极限灵敏度与直接检测相当，但它可通过提高本振功率来有效抑制热噪声，使接收灵敏度得到很大提高。(2)频率选择性好。外差接收时中频落在微波波段，可采用非常窄的带通滤波器，使光载波间隔窄至约1GHz，从而实现比波分复用更密集的频分复用（FDM）传输。相比之下，光滤波器的带宽及选择性要差得多，因此WDM复用的信道要少得多。(3)不但可利用信号的强度信息，还能充分利用信号的位相信息，并可采用多种调制解调方式，具有很大灵活性及选择余地。(4)相干接收技术可以抑制级联光放大器中产生的严重噪声累积，故可采用多级光放大器级联来延长中继距离。9-3什么是光纤的非线性效应?通常，在光场较弱的情况下，可以认为光纤的各种特征参数随光场的强弱作线性变化。这时，光纤对光场来讲，是一种线性媒质。但是，若光场很强，则光纤的特征参数将随光场呈非线性变化。 土星答案网www.txdaan.com参考资料：＜光纤通信原理＞袁国良著如有问题联系Email:meizimu@126.com 光纤在强光场的激发下出现非线性效应，正像电子学中非线性器件可以实现电磁波在频谱上的变换一样，在光波中，利用非线性效应亦可实现光波的频率变换，产生受激喇曼散射(SRS)和受激布里渊散射(SBS)，9-4什么是光孤子?光孤子是利用什么效应产生的?光孤子(soliton)是一种光脉冲序列，它在光纤中长距离传输时能保持形状不变。光孤子的产生是利用光纤的非线性效应产生的。如果光场很强，则光纤的特征参数将随光场呈非线性变化。光纤群速度色散(GVD)会使光脉冲展宽，而自相位调制则使波形中较高频率分量不断累积，使波形变陡，即光纤的非线性特性使光脉冲变窄。光纤群速度色散(GVD)和自相位调制(SPM)达到平衡，则使光脉冲在传播中保持形状不变，即形成所谓的“光孤子”，使“光孤子”在光纤中长距离传输即实现了超大容量超长距离传输的光孤子通信系统。9-5光交换技术的三种基本形式是什么?空分光交换、时分光交换和波分光交换9-6什么是复合光交换?光交换技术存在空分、时分和波分三种光交换，分别完成空分信道、时分信道和波分信道的交换。这三种分割复用方式的特点各自不同，其相应交换单元的实现方案和难易程度也不同。若光信号同时采用两种或三种交换方式，则称为复合光交换。目前还没有找到现成答案，本书答案为本人个人整理完成，仅用于个人学习参考．土星答案网2009.01.12www.txdaan.com参考资料：＜光纤通信原理＞袁国良著如有问题联系Email:meizimu@126.com'