光纤通信概论 考题,复习题及答案

光纤通信概论参考题库

1、 光电二极管的主要功能是什么：将信号光功率转化成信号电流

2、P-I-N代表什么意思？

P型半导体和N型半导体之间夹有一层厚的本征型半导体。

3、与P-N光电二极管相比P-I-N的优点是什么？

大大提高了光电转换效率，同时还提高了PIN管的响应速度。

4、与P-I-N光电二极管相比APD的优点是什么？

内置放大，不引入外部电路相关噪声，偏压电路简单、价格低，超高速和较高灵敏度的接收器。

5、APD的缺点是什么？

极大的温度倚赖性，存在倍增随机噪声，偏压电路复杂、价格高。

6、光电二极管的响应度是0.85A/W，饱和输入光功率是1.5mW，当入射光功率是1mW和2mW时，光电流分别是多少？

解：当输入光功率是1mW时，由I=RP，可得，I=RP=[ 0.85A/W] ×[1mW]= 0.85mA 当输入光功率是2mW时，公式I=RP不适用，因此我们无法得到光电流的值。

7、光波长解复用器的作用是什么?

把在同一根光纤中传输的不同波长信道分别送到不同的光纤中传输。（即：分解同一根光纤中传输的不同波长信道）

8、解释电吸收调制器的工作原理：

电吸收调制器的工作原理为，由激光器发射的连续光穿过半导体波导管。 当不加电压时，光直接穿过，因为它的截止波长λC小于入射光的波长；当加上了调制电压后，波导材料的禁带Eg变窄了。这称为弗朗兹-科尔迪希效应，它是理解EA调制器工作原理的关键。由于禁带Eg变窄，因而截止波长增大（λC =1024/ Eg ），波导材料开始吸收入射光。因此，通过对半导体波导管施加调制电压，可以改变其吸收特性。

9.写出几种无源器件，它们的用途？

1.光纤连接器：连接光纤

2.光衰减器：减少传输光功率

3.光纤定向耦合器：实现光的分路、合路

4.波分复用器：

5.光隔离器：阻挡背向光，保护激光器、光纤放大器 6.光环行器

7.光滤波器：对光波进行筛选，允许特定波长范围光通过 8.光开关：用光控制电路的通路或断路 9.光调制器

10.把你所知道的光纤通信元件分为两组：有源的和无源的。

11、比较发光二极管和半导体激光器的3dB光谱宽度： LED的3dB光谱宽度>FP-LD的3dB光谱宽度>DFB-LD的3dB光谱宽度 12、比较适用场合：适合做高速长距离光纤通信系统光源是？

LED、FP-LD和DFB-LD 13、比较发光机理：

发光二极管：自发辐射发光器件；半导体激光器：受激辐射发光器件

14、比较LED和LD的输出NA大小。 LED>LD

15、全光纤型F-P激光器怎么构成？

16、全光纤型DFB激光器怎么构成？

17、光纤通信指的是：（c）

a以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式； b以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式； c以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式； d 以激光作载波、以导线为传输媒介的通信方式。

18、 光纤通信所使用的波段为：( a ) ? a 0.8um-2.0um ；

b 0.01um-0.39um ； c 0.39um-0.79um ； d 100um-1000um 。

19、 下面说法正确的是：( a )

? a为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须小于纤芯的折射率;

? b 为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须大于涂覆层的折射率；

c 为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须大于纤芯的折射率; d为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须等于纤芯的折射率；

20、 下列哪种色散类型只有在多模光纤中才存在：（a） ? a 模间色散 ；

b 材料色散 ； c 偏振模色散 ； d 波导色散。

21、 下面说法正确的是：（C）

a 光纤的损耗决定光纤通信系统的通信容量； b；光纤的损耗决定光纤通信系统的传输速率； c光纤的损耗决定光纤通信系统的传输距离； d 光纤的损耗决定光纤通信系统的传输模式；

22、下面关于“光纤通信的优势”说法不正确的是：（b） a损耗低，传输容量大； b资源丰富，成本低廉； c通信质量高；

d抗电磁，抗雷击，抗雨水，保密性好。

23、光纤耦合器是实现：（d）

A 同一波长的光功率进行合路的器件； b不同波长的光功率进行分路的器件； c不同波长的光功率进行合路的器件； d光信号分路/合路的功能器件。

24、下面哪一项不属于光纤的基本传输特性：（d） a 色散； b 非线性； c 损耗； d 放大。

25、关于光环形器以下说法错误的是：

a 光环行器除了有多个端口外，其工作原理与隔离器类似；

b 光环形器一般用于光分插复用器中；

c 光环行器是一种三端口的非互易磁性器件，在光网络中用于信号的上、下载； d 典型的环行器一般有三个或四个端口，信号可以从任意一端口输入和输出。

26、下面说法正确的是：（a）

a光隔离器是一种只允许单向光通过的无源光器件； b光隔离器是一种只允许单向光通过的有源光器件；

c光隔离器是一种只允许单一波长的光波通过的无源光器件； d光隔离器是一种不同光信号通过的无源光器件。

27、光隔离器的工作原理是：（b） a基于圆柱型透镜的聚焦原理； b基于法拉第旋转的非互易性； c 基于光栅的衍射原理；

d基于多层电介质干涉膜的滤波原理。

28、以下哪个不属于构成激光器的基本要素是：（d） a 泵浦源；

b 光学谐振腔；

c 处于粒子数反转分布状态的工作物质； d 电源。

29、光与物质的相互作用有自发辐射、受激吸收、受激辐射三种过程。下面说法正确的是：（d）

a受激吸收是产生激光的最重要的过程； b自发辐射的光称为相干光；

c自发辐射是产生激光的最重要的过程； d受激辐射是产生激光的最重要的过程。

30、STM-16的一帧中段开销的比特数是（ d ）。

a) （3+5）×9 b) （3+5）×9×8 c) （3+5）×16×9 d) （3+5）×9×16×8

31、下面的四个选项中哪一个不属于光发送机的功能（ c）。

a电端机输出的电信号转换为光信号；

b用耦合技术注入光纤线路；

c从受到各种干扰的信号中恢复出原始数据 d用电信号对光源进行调制。

32、作为光中继器使用的掺饵光纤放大器在传输系统中的主要作用是（ d ）。 a) 减小传输光脉冲的相位抖动 b) 提高光纤中的信噪比 c) 补偿光纤色散 d) 补偿光纤损耗

33、在外来光子的激发下，高能级E2上的电子跃迁到低能级E1，并发射出一个与外来光子完全相同的光子的过程称为（ c ）。

a) 自发辐射 b) 受激吸收 c) 受激辐射 d) 非辐射复合。

34、在保证系统的误码率指标要求下，测得接收机的最低输入光功率为1?W，则该接收机的灵敏度为（ a ）。

a) －30dBm b) －40dBm c) －20dBm d) －43dBm

答：线性单位与对数单位换算

P1?W?3接收机的灵敏度=10lgin?10lg?(10lg10)(dBm)??30dBm

Pref1mW

35、EDFA泵浦光源的典型工作波长是（ d ）。

a) 0.85μm b) 1.3μm c) 1.55μm d) 0.98μm

36、光纤通信系统中常用的光源主要有：（d） a) 光检测器、光放大器、激光器；

b) PIN光电二极管、APD雪崩二极管；

c) 半导体激光器、光电检测器、发光二极管； d) 半导体激光器LD、半导体发光二极管LED。

37-40题：（看图选择） 数字光发射机的各组成部分的方框图如下，将字母对应的该组成部分名称填入37-40题填空内。

数字信号入

光信号出 A B C D 图1 数字光发射机的各组成部分

37 C 实现信号的电光转换

38 B 把经过线路编码的数字信号转变为电流信号注入LD或LED,从而获得相应的光信号。； 39 A 把数字信号转换成适合于光纤传输的码型、送入光纤线路；

40 D 控制激光器的直流偏置电流，使其自动跟踪阈值的变化，从而使LD总是偏置在最佳的工作状态；

41-44题（看图选择）：

光信号 输出 A 光电变换 B 前置放大 C 主放大器 D 均衡滤波 E 判决器 F 译码器 APD控制 AGC电路 时钟恢复 图2 数字光接收机的各组成部分

41如果在发射端进行了线路编码(或扰乱),则在接收端需要有相应的 F 42_B__的任务是放大微弱的电信号，希望它低噪声、高增益、宽带。 43_D__的作用是保证判决时不存在码间干扰

44__C___的作用除提供足够的增益外,它的增益还受AGC电路控制,传输出信号的幅度在一定的范围内不受输入信号幅度的影响。

45、在某些高速长距离光纤传输线路，使用色散补偿光纤，这是为什么？ 色散补偿光纤是具有大的负色散光纤，为了使现已敷设的1.3μm光纤系统采用WDM/EDFA技术，就必须将光纤的工作波长从1.3μm转为1.55μm，而标准光纤在1.55μm波长的色散不是零，而是正的（17－20）ps/（nm·km），并且具有正的色散斜率，所以必须在这些光纤中加接具有负色散的色散补偿光纤，进行色散补偿，以保证整条光纤线路的总色散近似为零，从而实现高速度、大容量、长距离的通信。

46、比较G652光纤和G655光纤的色散曲线，找出两种光纤色散曲线的不同有哪些？

1）、G652在1310nm波长处的色散为0，在波长为1550nm波长附近衰减系数最小，色散系数最大，最佳工作波长在1310nm区域；G655在1550nm波长处色散低，同时其色散值又保持非零特性来抑制非线性效应。

2）、G655色散比G.652光纤小很多；

47、第一，二，三代光纤通信系统所使用的光波长分别为_850nm ,1300nm,1310nm_。

48、光纤通信系统的主要组成分别是 光发信机 ， 中继器 和 光收信机 三种部件。

49、在光纤通信系统中，光纤作为传输媒质其基本特性参数分别是 损耗特性 、 色散特性 、 非线性 。

50、在光纤中单模传输的条件是 V<2.40483，工作波长>截止波长，工作频率<截止频率。

51、光纤拉曼放大器和光纤布里渊放大器是基于光纤的 非线性效应 ，利用受激散射机制实现光的直接放大。

52、目前，通信用的光纤绝大多数是由 石英 材料构成的。

53、 NA(数值孔径) 等于入射介质的折射率与光纤端面最大受光角正弦的乘积。

54、列举制造光纤的四种汽相工艺：MCVD，PCVD，OVD，VAD。

55、光纤数字通信系统中， 光接收机的输出特性 是衡量传输性能的一个主要指称。

56、光隔离器只允许光单方向传输，其主要由 、 和 三部分组成。

57、规范一个统一的网络节点接口的先决条件，就是要有一个统一规范的 信号速率 和信号帧结构。

58、在SDH体系传输速率中，模块STM1、STM4和STM16所对应的传输速率分别为 155.52Mb/s 、 622.08Mb/s 和 2.488Gb/s 。

59、STM-1帧结构信息净负荷位置在1-9行中的第 10-270列。

60、由线路编码方案知，除了传送信息外还需要传送辅助信号。这种传送其它信息的能力称为 冗余度 。

61、光源的作用是将电信号电流变换为 光信号功率 ；光检测器的作用是将光信号功率转换为 电信号电流 。

62、光接收机中前置放大器的设计有三种不同的方案，分别是高阻抗前置放器 、 低阻抗前置放器 和 互阻抗前置放器 。

63、光接收机的自动增益控制的作用是 扩大 光接收机的动态范围。

64、目前已应用的光放大器可分为以下三类：半导体光放大器； 掺铒光纤放大器 ；拉曼光纤放大器。

65、掺饵光纤放大器的工作波长通常处在 1310-1550nm 波长范围，泵浦光波长可以有 980nm和 1480nm两种选择。

66、LD较LED具有较窄的谱线宽度和小的光束发散角，其一般适用 于 数字 光纤通信系统。

67、下图分别是什么类型的光缆？

a，层绞式 b，骨架式 c，带状

d，束管式

68对数字光接收机而言，灵敏度是指 在保证一定误码率的 条件下，光接收机所需接收的 最小功率 。 PD?10lgmin(dB)

P69 动态范围是光接收机的一个重要性能指标，其表达式为 max ，其数值越 大 越好

70. 光纤色散的存在使传输的信号脉冲畸变，从而限制了光纤的传输容量和传输带宽。从机理上说，光纤色散分为 材料 色散， 波导 色散、 偏振模 色散和 模间 色散。

71、现有码流信号为110110010001001011110110，采用8B1P编码方式，请给P码为偶校验码时的信号：（八位一组，数1，偶补0，奇补1） 110110011 000100100 111101100

72、如何定义数字光接收机灵敏度? 影响灵敏度的主要因素是什么？

对数字光接收机而言， 灵敏度 是指保证一定的误码率条件下，光接收机所需接收的最小功率；影响它的主要因素： 光源的不完善调制——残余光存在；光接收机的噪声。 73、对于一个NA=0.2, n1=1.4的阶跃折射率多模光纤，如果一个光脉冲在此光纤中传输6km之后，子午光线的最大时延差是多少_____ 纳秒 解： ??LNA222cn1?6?0.252?3?10?1.4?285.7ns

??t慢?t快Ln1n1?n2LnLNA?()?(1)??cn2c2cn12

74、已知某光纤通信系统的光纤损耗为0.1dB/km，光源的入纤功率为1mW，光纤的平均接头损耗0.1dB/km，若要求设计系统的光纤长度为100公里，系统富余度7dB，则接收机的灵敏度为至少为 dBm。 1mW=0 dBm

接收机的灵敏度≥0 dBm－(0.1dB/km)×100 km－7dB－(0.1dB/km)×100 km=－27 dBm;

75．简述EDFA的工作原理，在光纤通信系统中的应用以及对光纤通信的重要性。

原理：掺铒光纤之所以能放大光信号的基本原理在于 吸收泵浦光的能量，由基态 跃迁至处于高能级的泵浦态，对于不同的泵浦波长电子跃迁至不同的能级，当用980nm波长的光泵浦时，从基态跃迁至泵浦态 。由于泵浦态上载流子的寿命时间只有1μs，电子迅速以非辐射方式又泵浦态豫驰至亚稳态，在亚稳态上载流子有较长的寿命，在源源不断的泵浦下，亚稳态上的粒子数积累，从而实现了粒子数反转分布。

应用： 1、可作功率放大器；2、前置放大电路；3、用作中继或在线放大器；

(具体 : 1、可作光距离放大器；2、可作不发送机的后置放大器及光接收机的前置放大器；)

76、思考题：掺铒光纤放大器对位于其增益带宽内的不同速率光信号是透明的吗？（备注：透明指的是对不同传输速率都不需要重新设计放大器）

77、一单模光纤传输系统由两段光纤构成，在1550nm处，第一段光纤的损耗系数为0.2dB/km，色散值为?2＝?10ps/km；第二段光纤的损耗系数为0.5dB/km，色散值为D＝?100ps/km?nm。如果在光纤输入端的入纤功率为2mW，系统要求到达接收端的光功率不低于10?W，同时脉冲的波形在输出端不能有任何畸变或展宽。试计算： 1）该系统所能达到的最大传输距离。

2）在达到最大传输距离的情况下，两段光纤的长度分别是多少km。

2

0.2dB/km

2mW 0.5dB/km

10?W ?2＝?10ps2/km D＝?100ps/km?nm 1） 先统一单位：2mW=3dBm, 10?W=-20dBm;

群速度色散：?2＝?10ps2/km, 则色散系数：

D??2?c2??2?2?3.14?3?105???2?6?1.55?10??11??1?10?7.84ps/km.nm ????

2） 列光纤损耗等式：接收端的光功率=入纤功率?第一段光纤的损耗值?第二段光纤的损耗

值；所以有： -20dBm=3dBm-0.2L1-0.5L2

3） 列光纤色散等式：第一段光纤的色散值=第二段光纤的色散值；所以有： 7.84L1=100L2

4） 联立损耗和色散等式得： L1=96.15km; L2=7.54km

答：1）该系统所能达到的最大传输距离为L= L1+L2==96.15km+7.54km=103.69 km

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