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

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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（大），放大器输入电阻越（大），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。