參考書目：《光纖通信系統 第二版》
一、填空題
- 按光纖中傳導模數量分，光纖可分為單模光纖和多模光纖。
- 光纖由纖芯、包層和塗敷層三部分構成。
- 光纖的三個低損耗視窗的波長分别是：850nm、1310nm和1550nm。
- 按纖芯結構的不同，可将光纜分為層絞式光纜、骨架式光纜、束管式光纜和帶狀光纜。
- 光纖通信常用的光源有雷射二極管和發光二極管兩大類；光纖通信常用的光檢測器有PIN光電二極管和雪崩光電二極管。
- 目前實用的光放大器可分為兩類，分别是摻铒光纖放大器和拉曼光纖放大器。
- 在光纖通信系統中，EDFA通常用作：功率放大器、線路放大器和前置放大器。
- 按纖芯折射率分布方式分，光纖可分為階躍光纖和漸變折射率光纖。
- 光纖的生産流程包括4步，分别是：原料提純、熔煉制棒、拉絲塗覆、套塑成纜。
- 按光纖敷設方法的不同，可将光纜分為架空、直埋、管道和水下光纜四種。
- 對光源進行調制，可分為二種類型，分别是：直接調制與間接調制。
- EDFA的光路部分由：光耦合器、摻铒光纖、泵浦源、光隔離器和光濾波器五大部分組成。
- 利用光波作為資訊的載波，通過光導纖維來傳輸資訊的通信方式稱為什麼？光纖通信
- 光纖的三大傳輸特性是什麼？光纖的損耗特性、色散特性、非線性效應
- 光衰減器的用途是什麼？用于光纖系統的名額測量、短距離通信系統的信号衰減以及系統試驗等場合
- 最簡單的光纖通信系統,由光發射機和其他哪三大部分構成？光接收機、光中繼器、光纖光纜
- 光無源器件有哪些？光纖連接配接器、光耦合器、光開關、光調制器、光隔離器、光衰減器
二、名詞解釋
LD： 半導體雷射二極管(Laser Diode)
APD： 雪崩光電二極管(Avalanche PhotoDiode)
EDFA： 摻铒光纖(Erbium Doped Fiber Amplifier)
SBS： 受激布裡淵散射(Stimulated Brillouin Scattering)
DWDM： 密集波分複用(Dense Wavelength Division Multiplexer)
OADM： 光分插複用器(Optical Add Drop Multiplexer)
LED： 半導體發光二極管(Light Emitting Diode)
OBA： 光功率放大器(Optical Booster Amplifier)
OLA： 光線路放大器(Optical Line Amplifier)
FRA： 拉曼光纖放大器(Fiber Raman Amplifier)
WDM： 波分複用技術(Wavelength Division Multiplexer)
FWM： 四波混頻(Four-Wave Mixing)
DCF： 色散補償光纖(Disperison Compensating Fiber)
SMF： 單模光纖(Single Mode Fiber)
SLM： 單縱模(Single Longitudinal Mode)
NA： 數值孔徑(Numerical Aperture)
XPM/CPM： 交叉相位調制(cross-Phase Modulation)
OA： 光放大(Optical Amplifier)
DSF： 色散位移光纖(Dispersion Shifted Fiber)
OTDM： 光時分複用技術(Optical Time Division Multiplexer)
PD： 光電二極管
PON： 無源光網絡(Passive Optical Network)
SRS： 受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering)
SPM： 自相位調制(Self Phase Modulation)
DFB： 分布回報(Distributed Feed Back)
MQW： 多量子阱(MultiQuantum Well)
MLM： 多縱模雷射器(Multiple Quantum Well)
DBR： 分布布拉格反射(Distributed Bragg Reflector)
VCSEL： 垂直腔表面發射雷射器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)
RIN： 相對強度噪聲(Relative Intensity Noise)
OXC： 光交叉連接配接(Optical cross-Connect)
三、簡答題
- 光纖的導光原理
- 利用纖芯折射率略高于包層折射率的特點,并在纖芯包層邊界以内形成全反射,進而将光限制在光纖中傳播。
- G.651~G.655光纖分别叫什麼名字？各有什麼特點？
- 漸變型多模光纖(G.651)：其芯徑較粗，衰耗較大，因多模傳輸帶寬受限。
- 正常單模光纖(G.652)：在1310 nm工作時，理論色散值為零；在1550 nm工作時，傳輸損耗最低
- 色散位移光纖(G.653)：零色散點從1310 nm移至1550 nm；同時1550 nm處損耗最低
- 衰減最小光纖(G.654)：纖芯純石英制造，在1550 nm處衰減極小(僅0.15dB/km)，用于長距離海底傳輸
- 非零色散位移光纖(G.655)：引入微量色散抑制光纖非線性，适于長途傳輸
- 什麼是眼圖？怎樣判斷眼圖品質的好壞？
- 眼圖是通過用示波器觀察接收端的基帶信号波形，來估計和調整系統性能的方法。
- 眼圖的眼張開越大越好,線條越清晰越好，眼圖穩定比抖動好，單線比多線好，希望交叉點在幅值的中間，圖形對稱。
- 光接收機的主要功能是什麼？詳細解釋光接收機的動态範圍的含義。
- 将光信号轉換回電信号，恢複光載波所攜帶的原信号。
- 光接收機的動态範圍是指在保證系統誤碼率名額的要求下，接收機的最大輸出光功率和最大允許輸入光功率之差。
- 摻铒光纖放大器、拉曼光纖放大器工作原理
- 當信号光與泵光同時注入到铒光纖中時，铒離子在泵光作用下激發到高能級上，并很快衰變到亞穩态能級上，在入射信号光作用下回到基态時發射對應于信号光的光子，使信号得到放大。
- 利用光纖中的拉曼效應，即輸入光纖中的短波長大功率光波與分子互相作用時發生能量轉移，使傳輸的長波長光信号得到放大。
- 光纖通信具有哪些獨特的優點
- 光纖傳輸損耗低，通信容量大；光纖之間通信串音小，保密性好；光纖抗電磁幹擾，抗雷擊；體積小、重量輕、柔軟易彎曲、鋪設非常友善。
- 什麼情況下光纖在傳輸光信号時會發生非線性效應？光纖的非線性效分哪兩種類型？
- 強光作用下由于媒體的非線性極化而産生的效應
- 光纖的非線性效應可分為兩類:受激散射和折射率擾動。
- 比較半導體雷射器和發光二極管的異同，各有哪些特性？
- 同：LD和LED都可以用作通信光源。
- 異：LD原理是受激輻射，而LED是自發輻射。LD是門檻值器件，需要較完善的驅動和外圍電路，其發出的光譜線窄，适宜于高速率系統；LED沒有門檻值，結構簡單，但其譜線較寬，适用于要求較低的的場合。
- DWDM光纖通信系統的組成框圖及工作原理
- 利用雷射的波長按照比特位并行傳輸或者字元串行傳輸方式在光纖内傳送資料。
- DWDM系統結構圖 ①OBA：光功率放大器 ②OTU：光轉發單元 ③OLA：光線路放大器 ④OSC：光監控信道 ⑤OPA：光前置放大器 ⑥Mux/Demux:複用器/解複用器
《光纖通信系統》小結
- 光纖典型的損耗曲線
《光纖通信系統》小結 -
半導體材料的禁帶寬度Eg和所發送出來的光波長滿足的關系式
λ = h c E g = 1.24 E g λ=\frac{hc}{E_g}=\frac{1.24}{E_g} λ=Eghc=Eg1.24，其中c是真空中的光速，h是普朗克常數。
- 在一個光纖通信系統中，光源波長為1530nm，光波經過6km長的線路傳輸後，其光功率下降了30%，則該光纖的損耗系數α為多少？
- a ( λ ) = 10 L l g P i P o a(\lambda)=\frac{10}{L}lg\frac{P_i}{P_o} a(λ)=L10lgPoPi，即 a ( 1350 n m ) = 10 6 l g P i ( 1 − 30 % ) P i ≈ 0.26 ( d B / K m ) a(1350nm)=\frac{10}{6}lg\frac{P_i}{(1-30\%)P_i}\approx 0.26(dB/Km) a(1350nm)=610lg(1−30%)PiPi≈0.26(dB/Km)
- 光譜線寬度為2nm的光脈沖經過長為30km，色散系數為4ps/km·nm的單模光纖傳輸後，展寬後的光脈沖為多少？
- 2nm×4ps/km·nm×30km=240nm
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已知多模光纖的纖芯，折射率n1，包層的折射率n2，及該光纖中傳輸的光波的波長λ，計算：
(1)該光纖的數值孔徑
(2)該光纖的V參數
(3)該光纖單模工作的截至波長
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（1） N A = n 1 2 − n 2 2 = n 1 ⋅ Δ NA=\sqrt{n_1^2-n_2^2}=n_1 \cdot \sqrt \Delta NA=n12−n22
=n1⋅Δ
- （2） n = 2 π α λ ⋅ N A n=\frac{2\pi\alpha}{\lambda}\cdot N_A n=λ2πα⋅NA
- （3）V<2.405
- 某傳輸速率為2.5Gb/s的光纖數字系統，若平均2秒鐘測得一個誤碼，試求其誤碼率
- B E R a v g = 錯 誤 接 收 的 碼 元 數 m 傳 輸 的 總 碼 元 數 n = 1 2.5 × 1 0 9 × 2 = 2 × 1 0 − 9 BER_avg=\frac{錯誤接收的碼元數m}{傳輸的總碼元數n}=\frac{1}{2.5×10^9×2}=2×10^{-9} BERavg=傳輸的總碼元數n錯誤接收的碼元數m=2.5×109×21=2×10−9