2013光纤答案A(尚)

第1页共6页2013《光通信技术基础》标准答案及评分标准一、填空题（每空1分，共20分）1.色散移位光纤的零色散波长为：1.55μm（或1550nm），在WDM系统中，为了克服四波混频效应，一般使用非零色散移位(或NZ-DSF或G.655)光纤。2.基本光纤传输系统由光发射机、光纤线路和光接收机_组成。3.光与物质粒子体系的相互作用主要有三种过程，产生激光最主要的过程是受激辐射，而LED属于自发辐射过程。4.单模光纤的色度色散分为材料色散和波导色散，单位为：ps/nm·km；而偏振模色散的单位为：kmps/。5.在光纤通信中,光源通常加正向偏压，光检测器通常加反向偏压。6.目前的光纤通信系统一般采用光强调制、直接检测方式。7.数字光纤通信常用的线路码型有：扰码、mBnB码及插入码。8.目前EDFA采用的泵浦波长是0.98m和1.48μm。9.光交换的主要方式有：空分光交换、时分光交换、和波分光交换。10.SDH传输系统每秒传送8000帧STM-64帧，则该系统的传送速率为9.953Gbit/s(或9953.28Mbit/s)。二、单项选择题（每小题1分，共10分）在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。1.一段50km长、衰减为0.2dB/km的光纤，其输出为0.005mW，则输入功率为(C)A.0.5mWB.0.1mWC.0.05mWD.0.03mW2.在下列因素中，不是．．引起光纤传输衰减的原因为(B)A.光纤弯曲B.波导色散C.光纤接头D.杂质吸收3.随着输入光功率的逐步增加，EDFA输出光功率的变化趋势为(A)A.先逐步增大，后保持不变B.先保持不变，后逐步降低C.先保持不变，后逐步增大D.一直保持不变4.如果信道间隔为200GHz，工作波长在1534-1566nm波段，可以容纳的信道数为(B)A.16B.20第2页共6页A.32B.405.为增大光接收机的动态范围，应采取(C)电路A.ATCB.APCC.AGCD.ADC6.光纤通信系统中不能传HDB3码的原因是(D)A.编码器太复杂B.将出现长连“0”或长连“1”C.码率冗余度太大D.光源不能产生负信号光7.光纤通信系统中，当需要保证信号光的单向传输时，采用(A)A.光隔离器B.光纤连接器C.光衰减器D.光耦合器8.基于铌酸锂晶体的光调制器是利用(B)效应进行光强调制的A.声光B.普克尔电光C.磁光D.克尔电光9.随着激光器使用时间的增长，其阈值电流会(C)A.逐渐减少B.保持不变C.逐渐增大D.先逐渐增大，后逐渐减少10.通常根据传播方向上有无电场分量或磁场分量，可将光（电磁波）的传播形态分成三类即(B)A.TEM波，TE波，EH波B.TEM波，TE波，TM波C.TEM波，TM波，HE波D.TE波，TM波，EH波三、简答题（每题5分，共25分）1.比较半导体激光器（LD）和发光二极管（LED）的异同答：LD和LED的不同之处：工作原理不同，LD发射的是受激辐射光，LED发射的是自发辐射光。LED不需要光学谐振腔，而LD需要。和LD相比，LED输出光功率较小，光谱较宽，调制频率较低。但发光二极管性能稳定，寿命长，输出功率线性范围宽，而且制造工艺简单，价格低廉。所以，LED的主要应用场合是小容量（窄带）短距离通信系统；而LD主要应用于长距离大容量（宽带）通信系统。LD和LED的相同之处：使用的半导体材料相同，结构相似，LED和LD大多采用双异质结（DH）结构，把第3页共6页有源层夹在P型和N型限制层中间。2.光纤通信为什么向长波长、单模光纤方向发展？答：长波长，单模光纤比短波长，多模光纤具有更好的传输特性。（1）单模光纤没有模式色散，不同成分光经过单模光纤的时间延迟不同的程度小于经过多模光纤时不同的程度。（2）由光纤损耗和波长的关系曲线知，随着波长增大，损耗呈下降趋势，且在1.55m处有最低损耗值；而且1.31和1.55m处的色散很小。故目前长距离光纤通信一般都工作在1.55m。3.简要说明SDH帧结构。答：SDH帧大体可分为三个部分：段开销（SOH）——用于传送各种OAM信息。信息载荷（Payload）——SDH帧内用于承载各种业务信息的部分。其中包含有少量的POH字节，用于运行、维护和管理。管理单元指针（AU-PTR）——是一种指示符，用于指示Payload中第一个字节在帧内的准确位置，（相对于指针的偏移量），指针的使用解决了低速信号复接成高速信号时，由于小的频率误差所造成的载荷相对位置漂移的问题4.说明APD和PIN在性能上的主要区别。答：APD和PIN在性能上的主要区别有：（1）APD具有雪崩增益，灵敏度高，有利于延长系统传输距离。（2）APD的响应时间短。（3）APD的雪崩效应会产生过剩噪声，因此要适当控制雪崩增益。（4）APD要求较高的工作电压和复杂的温度补偿电路，成本较高。5.简述什么叫波分复用？以及什么是副载波复用?答：波分复用技术是在一根光纤中同时传输多个波长光信号的一项技术。其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来（复用），并耦合到光缆线路上的同一根光SOH12AU-PTR345SOH…9STM-N载荷(含POH)9×N261×N270×N发送顺序第4页共6页纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光信号分开（解复用），并作进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端。副载波复用是在电域上实现的频分复用（FDM）。N路模拟基带信号分别对射频正弦载波1f,2f,3f,…，Nf进行调制，然后把这N个已调信号1Sf，2Sf，3Sf，…，NSf组合成多路信号，再用这个复合电信号对光载波（主载波）进行调制，产生已调光信号发送到光纤上。光信号经光纤传输后，由光接收机实现光/电转换，得到FDM电信号，再经分离（一般采用带通滤波器）和解调，最后输出N路模拟基带信号。四、计算题（15分）（注：必须写出计算过程，仅给出计算结果不得分）（普朗克常数h=6.628×10-34J.s，电子电荷e=1.6×10-19J）1、（9分）一阶跃折射率光纤，121.50,1.45nn。求：（1）相对折射率差；（2）光纤的数值孔径；（3）当波长为1.55μm时，要实现单模传输，纤芯直径应小于多少？解：（1）=121()/nnn=（1.50-1.45）/1.50=0.033(3分)（2）NA=2212nn=221.51.450.384(3分)（3）由单模传输条件405.222221nnaV当λ=1.55μm时mnna1.3384.055.1405.2405.222221(4分)2、（6分）一个asGAPIN光电二极管平均每三个入射光子，产生一个电子-空穴对，假设所有的电子都被收集。（1）计算该器件的量子效率；（2）设在0.8m波段接收功率是710W，计算平均输出光电流。解：（1）由量子效率的定义133.3%3光生电子-空穴对入射光子数(2分)第5页共6页（2）由公式0PIhfPe得：00PPePeIhfhc719683481101.6100.81032.15106.62810310A(4分)五、综合题（30分）1.已知有一个565Mb/s单模光纤传输系统，光纤损耗为0.1dB/km，有5个接头，平均每个接头损耗为0.2dB，光连接器损耗为1dB/对，光纤损耗余量为0.1dB/km，光源的入纤功率为-3dBm，接收机灵敏度为-46dBm（BER=10-10）,系统余量为5.5dB，光纤线路上的线路码型是5B6B，光纤的色散系数为2ps/(kmnm)，光源光谱宽度为1.8nm。(1)画出该光纤通信系统的组成框图，并简述各部分的作用；（5分）(2)运用最坏情况法计算该系统的中继距离。（10分）答：（1）该光纤通信系统的基本框架图如下：光发射机光接收机中继光纤线路光纤线路光发射机的功能是把输入电信号转换为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度的注入到光纤线路。光纤线路的功能是把来自光发射机的光信号以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机。中继的作用是用来延长传输距离，起到信号再生放大的作用。光接收机的功能是把从光纤线路上输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号，并经放大和处理后恢复成发射前的电信号。（2）中继距离主要受色散和损耗的限制，在损耗限制情况下：mfsecrtMPPL2(1分)5.1721.01.02.055.512)46(3L(km)(3分)在色散限制情况下取最差情况115.0，67856565bFMb/s第6页共6页(1分)由公式0610CFLb代入参数得1.478.1267810115.06L(km)（3分）比较后，系统中继距离取为47.1km（2分）2.（1）补全下面的数字光接收原理方框图（每空2分，共10分）。（2）什么是接收机的动态范围？以APD检测器为例，简述该接收机的动态范围是如何控制的？（5分）数字光接收原理方框图答：（1）数字光接收原理方框图（2）动态范围(DR)的定义是：在限定的误码率条件下，光接收机所能承受的最大平均接收光功率〈P〉max和所需最小平均接收光功率〈P〉min的比值，用dB表示。它表示了光接收机接收强光的能力。（3分）为实现宽动态范围，采用AGC是十分有必要的，对于APD光接收机，AGC控制光检测器的偏压和放大器的输出。（2分）光检测器均衡器判决器光信号再生码流光检测器偏压控制前置放大器AGC电路均衡器判决器时钟提取主放大器光信号再生码流电信号输入