光纤通信系统复习

试卷1

一、填空题

1.费米能级不是一个可以被电子占据的实在的能级,它是反映(电子)在各能级中分布的参量,低温下,本征半导体费米能级处于(禁带)的中心。
2.制作半导体激光器的材料必须是(直接带隙)的半导体材料。
3.光接收机的动态范围实际上表示接收机(接收强光信号)的能力。
4.PCM的复接设备的输出码型一般是HDB3码,(CMI)码,常用的光线路码型大体可以归纳为(扰码二进制),(字变换)码和插入码型。
5.我国准同步数字体系(PDH)以(30)路数字电话为基群,速率为(2.048Mb/s).
6.区段的配置和EDFA的选择一般保证光信噪比大于(20)db.
7.波分复用、密集波分复用、光频分复用本质上都是(光波长)分割复用,在DWDM系统中,ITU-T建议标准波长间隔为(0.8nm)波长的整数倍。

二、简答题

1.光纤的主要传输特性是什么?

1.损耗:包层物质的吸收损耗:本征吸收和杂质吸收 ; 包层材料的散射损耗 ; 光纤表面随机畸变或粗糙产生的波导损耗等。
2.色散(光脉冲在传播过程中被展宽):
2.1 在多模光纤中:
模式色散(主要): 多模光纤中各模式在同一频率下有不同的群速度,可选取适当的g值
波导色散:模式本身的色散
材料色散: 石英的折射率随波长而变所引起的
2.2 在单模光纤中:
材料色散:石英的折射率随波长而变所引起的
波导色散:模式本身的色散
偏振模色散:沿两个不同偏振方向传输的同一模式的群时延差造成的

2.单模光纤中传输的是什么模式的电磁波?G652叫做什么光纤,它的特点是什么?

HE11,G.652:最早实用化的是常规单模光纤,结构多采用阶跃型或下陷包层型折射率分布,零色散波长在1.31um,在该波长上有较低的损耗和很大的带宽。

3.在光电器件中,自发发射,受激辐射,受激吸收3种作用机理分别对应哪3种半导体器材?

自发发射:LED
受激辐射:LD
受激吸收:光电二极管

4.为使光接受机动态范围最大,在电路设计中应该注意什么?

为了使光接收机达到最大的动态范围,在电路设计上尽量使APD的雪崩增益的控制和放大器的电压增益的控制分别先后起作用。另一方面,由于APD的击穿电压随温度的升高而增加,若使用固定偏压当温度变化时,雪崩增益会发生较大变化,所以AGC电路的设计也尽量做到能在一定程度上补偿AGC的温度特性

三、名词解释

1.粒子数反转分布

N2>N1,高能级上的电子密度大于低能级上的,是一种处于非热平衡状态
下的反常情况,称为粒子数反转或布居反转,对应激光型放大器的情况

2.电光延迟时间

激光输出与注入电脉冲之间存在一个时间延迟,一般为纳秒量级

3.SDH

光同步传送网,后更名为同步数字体系(SDH)

四、综述题

1.为什么光纤通信系统中常用半导体光源

1.半导体光源体积小,发光面积可以与光纤芯径相比较,从而具有较高的耦合效率
2.发射波长适合在光纤中低损耗传输
3.可以直接进行强度调制,即只要将信号电流注入半导体激光器或发光二极管,就可以得到相应的信号输出
4.可靠性较高,尤其是半导体激光器,不仅发射功率大、耦合效率高、相应速度快,而且发射光的相干性也较好

五、计算题

看作业题就行了


试卷2

一、填空题

1.在阶跃折射率光纤中可以存在(TE0m),(TM0m),(HEvm),(EHvm)这几种可导模。
2.制作半导体激光器的材料必须是(直接带隙)的半导体材料。
3.在光发射端,模拟调制电路应是电流(放大)电路,数字调制电路应是电流(开关)电路。
4.场效应管的主要噪声源有(散粒)噪声和(沟道热)噪声。
5.由噪声分析知道,放大器输入端偏置电阻越(),放大器输入电阻越(),输出端噪声就越小。
6.光接收机的动态范围实际上表示接收机(强光信号)的能力。

二、简答题

1.光纤的色散有哪几种?

在多模光纤中:
模式色散(主要): 多模光纤中各模式在同一频率下有不同的群速度,可选取适当的g值
波导色散:模式本身的色散
材料色散: 石英的折射率随波长而变所引起的
在单模光纤中:
材料色散:石英的折射率随波长而变所引起的
波导色散:模式本身的色散
偏振模色散:沿两个不同偏振方向传输的同一模式的群时延差造成的

2.分析光纤中光的传输的两种主要理论是什么?

1.射线光学理论:忽略波长 入 的光学,用光射线去代表能量传输路线的方法
2.波动光学理论:把光纤中的光作为经典电磁场来处理,因此,广场必须服从麦克斯韦方程组及全部的光学条件

3.光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长分别是多少?

低损耗窗口
0.85um
1.3um
1.55um

4.什么是受激吸收?

受激吸收(光电二极管):处在低能级上的电子在感应光场的作用下,吸收一个光子从而跃迁到E2

三、名词解释

1.单模光纤

单模光纤是在一定工作波长下,传输基模HE11的光纤。

2.灵敏度

指保证达到给定的误码率的条件下,光接收机需要输入的最低光功率,灵敏度是光接收机最重要的性能指标,影响灵敏度的主要因素是检测器和放大器引入的噪声

3.SDH

SONET:光同步传送网,后更名为同步数字体系(SDH)

四、综述题

1.光通信系统中的前置放大器有哪几种?各有什么优缺点?

低电阻型前置放大器:线路简单,接收机不需要或只需要很少的均衡,动态范围大,但是噪声也比较大。
高阻型前置放大器:动态范围小,而且当比特率较高时,输入端信号的高频分量损失多,因而对均衡电路提出了更高的要求,一般只在码速率低的系统中使用。
跨阻(互)型前置放大器:不仅具有宽频带、低噪声的优点,而且动态范围也比高阻型前放有很大的改善输入端偏执电阻越大,放大器的输入电阻越高,输出端噪声就越小

五、计算题

1.一阶跃光纤,纤芯半径a=25um,折射率n1=1.5,相对折射率差△=1%。长度L=1Km。求(1)光纤的数值孔径。
(2)子午光线的最大时延差。
(3)若将光纤的包层和涂敷层去掉,求裸光纤的数值孔径和最大时延差。
2. 已知某种半导体激光器材料的禁带宽度Eg=0.95eV,另一种半导体激光器材料的禁带宽度Eg=0.8eV,求这两种激光器的发射波长。
3. 已知(1)Si PIN光电二极管,量子效率η=0.6,波长λ=0.85μm;(2)Ge光电二极管,η=0.35,波长λ=1.6μm,计算它们的响应度。
4. 若一个622Mbit/s的单模光缆通信系统,其系统的总体要求如下:
系统中采用InGaAsP??异质结构多纵横激光器,其阙值电流小于50mA,标称波长λ1=1310nm,波长变化范围λ_1min=1295nm,λ_1max=1325nm,光脉冲谱线宽度△λ?≤2nm,发射光功率Pt=2dBm,如有高性能的PIN-FET组件,可在DER=1×〖10〗^(-25)条件下,得到接收灵敏度Pt=-30dBm,动态范围D≥20dB。光纤固有损耗At=0.25dB/Km,设备富余度M=0.1dB/Km,光纤色散系数D≤2ps/(Km·nm)
那么考虑采用直?方式情况下,光缆工作环境温度为0~26℃时,计算最大中继距离。
光纤通信系统复习_第1张图片

光纤通信系统复习_第2张图片
光纤通信系统复习_第3张图片

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