./簡答題1、畫出光纖通信系統(tǒng)的基本組成框圖。2、光纖通信系統(tǒng)中,電信號對光的調(diào)制的實現(xiàn)方式有哪兩種？簡述各自含義及特點。答：電信號對光的調(diào)制的實現(xiàn)方式分別為直接調(diào)制和外調(diào)制。直接調(diào)制是用電信號直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器或發(fā)光二極管的驅(qū)動電流,使輸出光隨電信號變化而實現(xiàn)的。這種方案的特點是技術(shù)簡單,成本較低,容易實現(xiàn),但調(diào)制速率受激光器的頻率特性所限制。外調(diào)制是把激光的產(chǎn)生和調(diào)制分開,用獨立的調(diào)制器調(diào)制激光器的輸出光而實現(xiàn)的。外調(diào)制的特點是調(diào)制速率高,但技術(shù)復(fù)雜,成本較高。因此只有在大容量的波分復(fù)用和相干光通信系統(tǒng)中使用。3、簡述半導(dǎo)體激光器工作原理。答：半導(dǎo)體激光器是向半導(dǎo)體PN結(jié)注入電流,實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布,產(chǎn)生受激輻射,再利用諧振腔的正反饋,實現(xiàn)光放大而產(chǎn)生激光振蕩的。4、簡述數(shù)字通信系統(tǒng)和模擬通信系統(tǒng)的區(qū)別。答：數(shù)字通信系統(tǒng)用參數(shù)取值離散的信號<如脈沖的有和無、電平的高和低等>代表信息,強(qiáng)調(diào)的是信號和信息之間的一一對應(yīng)關(guān)系；模擬通信系統(tǒng)則用參數(shù)取值連續(xù)的信號代表信息,強(qiáng)調(diào)的是變換過程號和信息之間的線性關(guān)系。這種基本特征決定著兩種通信方式的優(yōu)缺點和不同時期的發(fā)展趨勢。5、什么是電光延遲和弛振蕩？會產(chǎn)生什么樣的后果？答：〔1輸出光脈沖和注入電流脈沖之間存在一個初始延遲時間,稱為電光延遲時間td,其數(shù)量級一般為ns；〔2當(dāng)電流脈沖注入激光器后,輸出光脈沖會出現(xiàn)幅度逐漸衰減的振蕩,稱為弛振蕩；〔3產(chǎn)生的后果：弛振蕩和電光延遲的后果是限制調(diào)制速率。6、光纖通信有哪些優(yōu)點？答：〔1容許頻帶很寬,傳輸容量很大；〔2損耗很小,中繼距離很長且誤碼率很小；〔3重量輕、體積??；〔4抗電磁干擾性能好；〔5泄漏小,性能好；〔6節(jié)約金屬材料,有利于資源合理使用。7、基本光纖傳輸系統(tǒng)有哪幾部分組成？簡述各部分的主要功能及主要組成部分。答：基本光纖傳輸系統(tǒng)由光發(fā)送機(jī)、光纖線路和光接收機(jī)三部分組成?！?光發(fā)送機(jī)的主要功能：是把輸入的電信號轉(zhuǎn)換為光信號,并用耦合技術(shù)把光信號最大限度地注入光纖線路。主要組成部分包括光源、驅(qū)動器和調(diào)制器?！?光纖線路的主要功能：是把來自光發(fā)射機(jī)的光信號,以盡可能小的畸變<失真>和衰減傳輸?shù)焦饨邮諜C(jī)。主要組成部分包括光纖、光纖接頭和光纖連接器?！?光接收機(jī)的主要功能：是把從光纖線路輸出、產(chǎn)生畸變和衰減的微弱光信號轉(zhuǎn)換為電信號,并經(jīng)放大和處理后恢復(fù)成發(fā)射前的電信號。主要組成部分包括光電檢測器,放大器,耦合器,解調(diào)器和相關(guān)電路。8、光纖損耗產(chǎn)生的原因及其危害是什么？答：光纖損耗的原因包括吸收損耗和散射損耗兩部分。吸收損耗：是由SiO2材料引起的固有吸收和由雜質(zhì)引起的吸收產(chǎn)生的。散射損耗：主要由材料微觀密度不均勻引起的瑞利散射和由光纖結(jié)構(gòu)缺陷<如氣泡>引起的散射產(chǎn)生的。瑞利散射損耗是光纖的固有損耗,它決定著光纖損耗的最低理論極限。損耗的危害就是會使光信號幅度減小,以致于限制系統(tǒng)的傳輸距離。9、光纖通信為什么向長波長、單模光纖方向發(fā)展？答：從多模突變型〔SIF、漸變型〔GIF光纖到單?！睸MF光纖,損耗依次減小。在0.8～1.55μm波段,除吸收峰外,光纖損耗隨波長增加而迅速減小。在1.39μmOH-吸收峰兩側(cè)1.31μm和1.55μm存在兩個損耗極小的波長"窗口"。另一方面,從色散的討論中看到：從SIF、GIF光纖到SMF光纖,色散依次減小〔帶寬依次增大。石英單模光纖的零色散波長在1.31μm,還可以把零色散波長從1.31μm移到1.55μm,實現(xiàn)帶寬最大損耗最小的傳輸。正因為這些特性,使光纖通信從SIF、GIF光纖發(fā)展到SMF光纖,從短波長〔0.85μm"窗口"發(fā)展到長波長〔1.31μm和1.55μm"窗口",使系統(tǒng)技術(shù)水平不斷提高。10、根據(jù)下圖說明光隔離器的工作原理？答：具有任意偏振態(tài)的入射光首先通過一個空間分離偏振器<SWP:SpatialWalkoffPolarizer>。這個SWP的作用是將入射光分解為兩個正交偏振分量,讓垂直分量直線通過,水平分量偏折通過。兩個分量都要通過法拉弟旋轉(zhuǎn)器,其偏振態(tài)都要旋轉(zhuǎn)45°。法拉弟旋轉(zhuǎn)器后面跟隨的是一塊半波片。這個半波片的作用是將從左向右傳播的光的偏振態(tài)順時針旋轉(zhuǎn)45°,將從右向左傳播的光的偏振態(tài)逆時針旋轉(zhuǎn)45°。因而法拉弟旋轉(zhuǎn)器與半波片的組合可以使垂直偏振光變?yōu)樗狡窆?反之亦然。最后兩個分量的光在輸出端由另一個SWP合在一起輸出,如圖<a>所示。另一方面,如果存在反射光在反方向上傳輸,半波片和法拉弟旋轉(zhuǎn)器的旋轉(zhuǎn)方向正好相反,當(dāng)兩個分量的光通過這兩個器件時,其旋轉(zhuǎn)效果相互抵消,偏振態(tài)維持不變,在輸入端不能被SWP再組合在一起,如圖<b>所示,于是就起到隔離作用。11、數(shù)字通信系統(tǒng)和模擬通信系統(tǒng)的優(yōu)點分別有哪些？答：<1>數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點如下：①抗干擾能力強(qiáng),傳輸質(zhì)量好。②可以用再生中繼,傳輸距離長。③適用各種業(yè)務(wù)的傳輸,靈活性大。④容易實現(xiàn)高強(qiáng)度的通信。⑤數(shù)字通信系統(tǒng)大量采用數(shù)字電路,易于集成,從而實現(xiàn)小型化、微型化,增強(qiáng)設(shè)備可靠性,有利于降低成本。<2>模擬通信系統(tǒng)的優(yōu)點如下:占用帶寬較窄外,電路簡單易于實現(xiàn)、價格便宜等。12、光纖通信系統(tǒng)中對光檢測器的具體要求有哪些？答：光纖通信系統(tǒng)中對光檢測器的具體要：〔1波長響應(yīng)要和光纖低損耗窗口〔0.85μm、1.31μm和1.55μm兼容；〔2響應(yīng)度要高,在一定的接收光功率下,能產(chǎn)生最大的光電流；〔3噪聲要盡可能低,能接收極微弱的光信號；〔4性能要穩(wěn)定,可靠性高,壽命長,功耗和體積小。13、數(shù)字光發(fā)射機(jī)和數(shù)字光接收機(jī)的主要功能有哪些？答：數(shù)字光發(fā)射機(jī)的主要功能是把電端機(jī)輸出的數(shù)字基帶電信號轉(zhuǎn)換為光信號〔電/光轉(zhuǎn)換是用承載信息的數(shù)字電信號對光源進(jìn)行調(diào)制來實現(xiàn)的；并用耦合技術(shù)有效注入光纖線路。數(shù)字光接收機(jī)的主要功能是是把從光纖線路輸出、產(chǎn)生畸變和衰減的微弱光信號轉(zhuǎn)換為電信號,并經(jīng)放大和處理后恢復(fù)成發(fā)射前的電信號。14、數(shù)字光接收機(jī)中主放大器放大器的作用是什么？答：主放大器一般是多級放大器,它的作用是：〔1提供足夠的增益〔2并通過它實現(xiàn)自動增益控制<AGC>,使輸入光信號在一定圍變化時,輸出電信號保持恒定。15、數(shù)字光接收機(jī)中均衡和再生電路的主要功能是什么？答：均衡的功能：1、對經(jīng)光纖傳輸、光/電轉(zhuǎn)換和放大后已產(chǎn)生畸變<失真>的電信號進(jìn)行補(bǔ)償；2、使輸出信號的波形適合于判決<一般用具有升余弦譜的碼元脈沖波形>,以消除碼間干擾,減小誤碼率。再生電路包括：判決電路和時鐘提取電路。功能是從放大器輸出的信號與噪聲混合的波形中提取碼元時鐘,并逐個地對碼元波形進(jìn)行取樣判決,以得到原發(fā)送的碼流。16、數(shù)字光接收機(jī)中的前置放大器常用類型有哪些？各有什么特點？答：數(shù)字光接收機(jī)中的前置放大器常用類型有：雙極型晶體管前置放大器、場效應(yīng)管前置放大器和跨阻型前置放大器三種類型。雙極型晶體管前置放大器的主要特點是輸入阻抗低,電路時間常數(shù)RC小于信號脈沖寬度T,因而碼間干擾小,適用于高速率傳輸系統(tǒng)。場效應(yīng)管前置放大器的主要特點是輸入阻抗高,噪聲小,高頻特性較差,適用于低速率傳輸系統(tǒng)?？缱栊颓爸梅糯笃髯畲蟮膬?yōu)點是改善了帶寬特性和動態(tài)圍,并具有良好的噪聲特性。17、數(shù)字光接收機(jī)的靈敏度指的是什么？其大小主要取決于哪些因素？答：靈敏度是指在保證通信質(zhì)量<限定誤碼率或信噪比>的條件下,光接收機(jī)所需的最小平均接收光功率〈P〉min,并以dBm為單位。由定義得到它是衡量光接收機(jī)質(zhì)量的綜合指標(biāo),反映接收機(jī)調(diào)整到最佳狀態(tài)時,接收微弱光信號的能力。靈敏度主要取決于以下三個因素：①組成光接收機(jī)的光電二極管和放大器的噪聲；②傳輸速率、光發(fā)射機(jī)的參數(shù)和光纖線路的色散的影響；③系統(tǒng)要求的誤碼率或信噪比。18、理想光接收機(jī)的靈敏度是指什么？答：假設(shè)光檢測器的暗電流為零,放大器完全沒有噪聲,系統(tǒng)可以檢測出單個光子形成的電子-空穴對所產(chǎn)生的光電流,這種接收機(jī)稱為理想光接收機(jī)。理想光接收機(jī)的靈敏度只受到光檢測器的量子噪聲的限制,因為量子噪聲是伴隨光信號的隨機(jī)噪聲,只要有光信號輸入,就有量子噪聲存在。這是光接收機(jī)可能達(dá)到的最高靈敏度,這個極限值是由量子噪聲決定的,所以也稱為量子極限。19、數(shù)字光纖通信系統(tǒng)對線路碼型的主要要求有哪些？答：數(shù)字光纖通信系統(tǒng)對線路碼型的主要要保證傳輸?shù)耐该餍?具體要求有：<1>能限制信號帶寬,減小功率譜中的高低頻分量。這樣就可以減小基線漂移、提高輸出功率的穩(wěn)定性和減小碼間干擾,有利于提高光接收機(jī)的靈敏度。<2>能給光接收機(jī)提供足夠的定時信息。因而應(yīng)盡可能減少連"１"碼和連"0"碼的數(shù)目,使"1"碼和"0"碼的分布均勻,保證定時信息豐富。<3>能提供一定的冗余碼,用于平衡碼流、誤碼監(jiān)測和公務(wù)通信。但對高速光纖通信系統(tǒng),應(yīng)適當(dāng)減少冗余碼,以免占用過大的帶寬。20、在進(jìn)行mBnB碼的編碼中,什么是碼字代數(shù)和？nB碼的選擇原則是什么？答：<1>碼字代數(shù)和WDS：在nB碼的碼字中,用"-1"代表"0"碼,用"+1"代表"1"碼,整個碼字的代數(shù)和即為WDS。<2>nB碼的選碼規(guī)則：盡可能選用碼字代數(shù)和|WDS|最小的碼字,禁止使用|WDS|最大的碼字。21、簡述mBnB碼的優(yōu)缺點。答：mBnB碼是一種分組碼,設(shè)計者可以根據(jù)傳輸特性的要求確定某種碼表。優(yōu)點是：<1>碼流中"0"和"1"碼的概率相等,連"0"和連"1"的數(shù)目較少,定時信息豐富；<2>高低頻分量較小,信號頻譜特性較好,基線漂移?。?lt;3>在碼流中引入一定的冗余碼,便于在線誤碼檢測。缺點是：傳輸輔助信號比較困難。因此,在要求傳輸輔助信號或有一定數(shù)量的區(qū)間通信的設(shè)備中,不宜用這種碼型。22、受激輻射和自發(fā)輻射產(chǎn)生的光的特點有何區(qū)別？答：受激輻射光的頻率、相位、偏振態(tài)和傳播方向與入射光相同,這種光稱為相干光。自發(fā)輻射光是由大量不同激發(fā)態(tài)的電子自發(fā)躍遷產(chǎn)生的,其頻率和方向分布在一定圍,相位和偏振態(tài)是混亂的,這種光稱為非相干光。23、光電檢測器的檢測方式有哪兩種？簡述各自含義及其特點。答：光電檢測器的檢測方式有直接檢測和外差檢測兩種?！?直接檢測是指用檢測器直接把光信號轉(zhuǎn)化為電信號。這種檢測設(shè)備簡單,經(jīng)濟(jì)實用,是當(dāng)前光纖通信系統(tǒng)普遍采用的方式?！?外差檢測要設(shè)置一個本地振蕩器和光混頻器,使本地振蕩光和光纖輸出的信號光在混頻器中產(chǎn)生差拍而輸出中頻光信號,再由光檢測器把中頻光信號轉(zhuǎn)換為電信號。這種檢測方式具有很高的接收靈敏度。但是需要頻率非常穩(wěn)定、相位和偏振方向可控制、譜線寬度很窄的單模激光源。24、簡述色散的定義及種類,并說明各種類型色散的成因及其決定因素。答：色散是在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?由于不同成分的光的時間延遲不同而產(chǎn)生的一種物理效應(yīng)。色散的種類：模式色散、材料色散和波導(dǎo)色散三種。模式色散是由于不同模式的時間延遲不同而產(chǎn)生。取決于光纖折射率分布,并和光纖材料折射率的波長特性有關(guān)。材料色散是由于光纖折射率隨波長改變,以及模式的部不同波長成分的光,其時間延遲不同而產(chǎn)生。取決于光纖材料折射率的波長特性和光源的譜線寬度。波導(dǎo)色散是由于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)與波長有關(guān)而產(chǎn)生的。取決于波導(dǎo)尺寸和纖芯與包層的相對折射率差。25、根據(jù)下圖闡述光纖損耗的機(jī)理。單模光纖損耗譜答：這是單模光纖的損耗譜,圖中示出了各種機(jī)理產(chǎn)生的損耗與波長的關(guān)系,這些機(jī)理包括吸收損耗和散射損耗兩部分?！?吸收損耗：是由SiO2材料引起的固有吸收和由雜質(zhì)引起的吸收產(chǎn)生的。由材料電子躍遷引起的吸收帶發(fā)生在紫外〔UV區(qū),由分子振動引起的吸收帶發(fā)生在紅外〔IR區(qū),由于SiO2是非晶體材料,兩種吸收帶從不同方向伸展到可見光區(qū)。由此產(chǎn)生的固有吸收很小,在0.8~1.6μm波段,小于0.1dB/km,在1.3~1.6μm波段,小于0.03dB/km。光纖中的雜質(zhì)主要有過渡金屬〔例如Fe2+,Co2+,Cu2+和氫氧根〔OH-離子,這些雜質(zhì)是早期實現(xiàn)低損耗光纖的障礙。由于技術(shù)的進(jìn)步,目前過渡金屬離子的含量已經(jīng)降低到其影響可以忽略的程度。由氫氧根〔OH-離子產(chǎn)生的吸收峰出現(xiàn)在0.95μm、1.24μm和1.39μm波長,其中以1.39μm的吸收峰影響最為嚴(yán)重?！?散射損耗：主要由材料微觀密度不均勻引起的瑞利散射和由光纖結(jié)構(gòu)缺陷<如氣泡>引起的散射產(chǎn)生的。結(jié)構(gòu)缺陷散射產(chǎn)生的損耗與波長無關(guān)。瑞利散射損耗與波長四次方成反比,是光纖的固有損耗,它決定著光纖損耗的最低理論極限。26、簡述光纜的四種基本型式及各種型式的構(gòu)成。答：光纜的四種基本型式包括層絞式、骨架式、中心束管式和帶狀式。〔1層絞式：把松套光纖繞在中心加強(qiáng)件周圍絞合而構(gòu)成?！?骨架式：把緊套光纖或一次被覆光纖放入中心加強(qiáng)件周圍的螺旋形塑料骨架凹槽而構(gòu)成?！?中心束管式：把一次被覆光纖或光纖束放入大套管中,加強(qiáng)件配置在套管周圍而構(gòu)成?！?帶狀式：把帶狀光纖單元放入大套管,形成中心束管式結(jié)構(gòu),也可以把帶狀光纖單元放入骨架凹槽或松套管,形成骨架式或?qū)咏g式結(jié)構(gòu)。27、何為光學(xué)諧振腔？有哪些作用？答：光學(xué)諧振腔是指光波在其中來回反射,從而提供光能反饋的空腔。主要作用包括1、提供反饋能量；2、選擇光波的方向和頻率。28、耦合器的功能是什么？常用耦合器的類型有哪些,各有什么特點？答：耦合器的功能是把一個輸入的光信號分配給多個輸出,或把多個輸入的光信號組合成一個輸出。耦合器類型：T形耦合器、星形耦合器、定向耦合器、波分復(fù)用器/解復(fù)用器〔1T形耦合器是把一根光纖輸入的光信號按一定比列分配給兩根光纖,或把兩根光纖輸入的光信號組合在一起,輸入一根光纖。用途：不同分路比的功率分配器或功率組合器?！?星形耦合器是把n根光纖輸入的光功率組合在一起,均勻的分配給m根光纖,m和n不一定相等。用途：通常用作多端功率分配器?！?定向耦合器是分別取出光纖中向不同方向傳輸?shù)墓庑盘枴９庑盘枏亩?傳輸?shù)蕉?,一部分由端3輸出,端4無輸出；光信號從端2傳輸?shù)蕉?,一部分由端4輸出,端3無輸出。用途：可用作分路器,不能用作合路器?！?波分復(fù)用器/解復(fù)用器是把多個不同波長的發(fā)射機(jī)輸出的光信號組合在一起,輸入到一根光纖；解復(fù)用器是把一根光纖輸出的多個不同波長的光信號,分配給不同的接收機(jī)。用途：提高系統(tǒng)容量。29、光發(fā)射機(jī)中對通信用光源的要求有哪些？答：光發(fā)射機(jī)中對通信用光源的要求如下：<1>發(fā)射的光波長應(yīng)和光纖低損耗"窗口"一致,即中心波長應(yīng)在0.85μm、1.31μm和1.55μm附近。光譜單色性要好,即譜線寬度要窄,以減小光纖色散對帶寬的限制。<2>電/光轉(zhuǎn)換效率要高,即要求在足夠低的驅(qū)動電流下,有足夠大而穩(wěn)定的輸出光功率,且線性良好。發(fā)射光束的方向性要好,即遠(yuǎn)場的輻射角要小,以利于提高光源與光纖之間的耦合效率。<3>允許的調(diào)制速率要高或響應(yīng)速度要快,以滿足系統(tǒng)的大傳輸容量的要求。<4>器件應(yīng)能在常溫下以連續(xù)波方式工作,要求溫度穩(wěn)定性好可靠性高,壽命長。<5>此外,要求器件體積小,重量輕,安裝使用方便,價格便宜。以上各項中,調(diào)制速率、譜線寬度、輸出光功率和光束方向性,直接影響光纖通信系統(tǒng)的傳輸容量和傳輸距離,是光源最重要的技術(shù)指標(biāo)。30、電光延遲和弛振蕩