光纤知识点

第一章01.1966年，英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤(OpticalFiber)进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信——光纤通信的基础。02.光纤从多模发展到单模，工作波长从0.85μm发展到1.31μm和1.55μm。03.04.通信系统的传输容量取决于对载波调制的频带宽度05.电缆通信和微波通信的载波是电波，光纤通信的载波是光波06.光纤可以传输数字信号、模拟信号07.光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分作用。答：光纤通信系统包括电信号处理部分和光信号传输部分。光信号传输部分主要由基本光纤传输系统组成，包括光发射机、光纤传输电路和光接收机三个部分。另见P2181-208.光发射机把电信号转换为光信号的过程目前有直接调制和间接调制(或称外调制)两种调制方案。直接调制：这种方案技术简单，成本较低，容易实现，但调制速率受激光器的频率特性所限制。外调制：优点是调制速率高，缺点是技术复杂，成本较高，09.目前，实用光纤通信系统普遍采用直接调制—直接检测方式。10.光接收机最重要的特性参数是灵敏度第二章11.光纤是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。纤芯折射率比包层稍高，损耗比包层更低，光能量主要在纤芯内传输。包层为光的传输提供反射面和光隔离，并起一定的机械保护作用12.实用光纤主要有三种基本类型：突变型多模光纤，渐变型多模光纤，单模光纤（光线以直线形状沿纤芯中心轴线方向传播）13.NA表示光纤接收和传输光的能力。NA(或θc)越大，光纤接收光的能力越强，从光源到光纤的耦合效率越高。NA越大，纤芯对光能量的束缚越强，光纤抗弯曲性能越好。但NA越大经光纤传输后产生的信号畸变越大，因而限制了信息传输容量。所以要根据实际使用场合，选择适当的NA。14.212221nnnNA15.cLnNAcnLcnLc12121)(2216.当V2.405时，只有HE11(LP01)一个模式存在，其余模式全部截止，HE11称为基模单模传输条件为，截止波长V=405.222221nna17.光信号经光纤传输后要产生损耗和畸变(失真)。损耗和色散是光纤最重要的传输特性。损耗限制系统的传输距离，色散则限制系统的传输容量。18.色散(Dispersion)是在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应。色散一般包括模式色散、材料色散和波导色散。19.损耗的机理机理吸收损耗和散射损耗两部分20.光纤带宽测量有时域和频域两种基本方法。21.光纤色散测量有相移法、脉冲时延法和干涉法等。22.光线的传输原理主要用几何光学法和波动理论来描述第三章23.通信用光器件可以分为有源器件和无源器件两种类型。有源器件包括光源、光检测器和光放大器，光无源器件主要有连接器、耦合器、波分复用器、调制器、光开关和隔离器等24.1）在正常状态下，电子处于低能级E1，在入射光作用下，它会吸收光子的能量跃迁到高能级E2上，这种跃迁称为受激吸收。2）在高能级E2的电子是不稳定的，即使没有外界的作用，也会自动地跃迁到低能级E1上与空穴复合，释放的能量转换为光子辐射出去，这种跃迁称为自发辐射，3）在高能级E2的电子，受到入射光的作用，被迫跃迁到低能级E1上与空穴复合，释放的能量产生光辐射，这种跃迁称为受激辐射25.受激辐射光的频率、相位、偏振态和传播方向与入射光相同，这种光称为相干光。26.吸收的光子能量或辐射的光子能量都要满足波尔条件，即E2-E1=hf12，式中，h=6.628×10-34J·s，为普朗克常数，f12为吸收或辐射的光子频率27.能量低的能带称为价带，能量高的能带称为导带，导带底的能量Ec和价带顶的能量Ev之间的能量差Ec-Ev=Eg称为禁带宽度或带隙。电子不可能占据禁带。28.由于谐振腔内的激活物质具有粒子数反转分布，可以用它产生的自发辐射光作为入射光。入射光经反射镜反射，沿轴线方向传播的光被放大，沿非轴线方向的光被减弱。反射光经多次反馈，不断得到放大，方向性得到不断改善，结果增益大幅度得到提高。29.当IIth时激光器发出的是自发辐射光；当IIth时，发出的是受激辐射光，光功率随驱动电流的增加而增加。30.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，没有阈值。LED通常和多模光纤耦合，用于1.3μm(或0.85μm)波长的小容量短距离系统LD通常和G.652或G.653规范的单模光纤耦合，用于1.3μm或1.55μm大容量长距离系统31.光电二极管(PD)功能是把光信号转换为电信号的功能，是由半导体PN结的光电效应实现的。常用光电检测器分为PIN光电二极管雪崩光电二极管（APD）。在PN结中间设置一层掺杂浓度很低的本征半导体(称为I)，这种结构便是常用的PIN光电二极管。APD是有增益的光电二极管。32.什么是粒子数反转?什么情况下能实现光放大？答假设能级E1和E2上的粒子数分别为N1和N2，在正常的热平衡状态下，低能级E1上的粒子数N1是大于高能级E2上的粒子数N2的，入射的光信号总是被吸收。为了获得光信号的放大，必须将热平衡下的能级E。和E：上的粒子数N1和N：的分布关系倒过来，即高能级上的粒子数反而多于低能级上的粒子数，这就是粒子数反转分布。当光通过粒子数反转分布激活物质时，将产生光放大。33.试说明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)API)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。第四章34.光端机包括光发射机和光接收机35.数字光发射机电/光转换调制分为直接调制和外调制两种方式。36.数字光接收机的功能是：把从光纤线路输出、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。最主要的性能指标是灵敏度和动态范围37.均衡的目的是对经光纤传输、光/电转换和放大后已产生畸变(失真)的电信号进行补偿，使输出信号的波形适合于判决(一般用具有升余弦谱的码元脉冲波形)，以消除码间干扰，减小误码率。38.光接收机噪声的主要来源是光检测器的噪声和前置放大器的噪声。39.光源不可能发射负光脉冲，数字光纤通信系统普遍采用二进制二电平码，即“有光脉冲”表示“１”码，“无光脉冲”表示“0”码。但是简单的二电平码会带来如下问题：(1)能限制信号带宽，减小功率谱中的高低频分量。这样就可以减小基线漂移、提高输出功率的稳定性和减小码间干扰，有利于提高光接收机的灵敏度。(2)能给光接收机提供足够的定时信息。因而应尽可能减少连“１”码和连“0”码的数目，使“1”码和“0”码的分布均匀，保证定时信息丰富。(3)能提供一定的冗余码，用于平衡码流、误码监测和公务通信。但对高速光纤通信系统，应适当减少冗余码，以免占用过大的带宽。40.扰码：P9441.引入“码字数字和”(WDS)来描述码字的均匀性，并以WDS的最佳选择来保证线路码的传输特性。所谓“码字数字和”，是在nB码的码字中，用“-1”代表“0”码，用“+1”代表“１”码，整个码字的代数和即为WDS。nB码的选择原则是：尽可能选择|WDS|最小的码字，第五章42.光纤大容量数字传输有两种传输体制：准同步数字系列(PDH)和同步数字系列(SDH)。SDH的帧结构包括段开销、管理单元指针和载荷三个部分43.简述PDH和SDH的特点。答:PDH的特点：我国和欧洲、北美、日本各自有不同的PDH数字速率等级体系，这些体系互不兼容，使得国际互通很困难；PDH的高次群是异步复接，每次复接要进行一次码速调整，使得复用结构相当复杂，缺乏灵活性；没有统一的光接口；PDH预留的插入比特较少，无法适应新一代网络的要求；PDH没有考虑组网要求，缺少保证可靠性和抗毁性的措施。SDH的特点：SDH有一套标准的世界统一的数字速率等级结构；SDH的帧结构是矩形块状结构，低速率支路的分布规律性极强，使得上下话路变得极为简单；SDH帧结构中拥有丰富的开销比特，用于不同层次的OAM，预留的备用字节可以进一步满足网络管理和智能化网络发展的需要；SDH具有统一的网络结点接El，可以实现光路上的互通；SDH采用同步和灵活的复用方式，便于网络调度；SDH可以承载现有的TDM业务，也可以支持ATM和IP等异步业务44.数字光纤通信系统涉及的主要任务是确定中继距离。45.抖动是数字信号传输过程中产生的一种瞬时不稳定现象。抖动的定义是：数字信号在各有效瞬时对标准时间位置的偏差。46.T′,T:Tx:Rx:C1,C2:S:靠近Tx的连接器C1R:靠近Rx的连接器C2SR:光纤线路，包括接头。47.L≤msfccrtaaaMapp2Pt为平均发射光功率(dBm)，Pr为接收灵敏度(dBm)，αc为连接器损耗(dB/对)，Me为系统余量(dB)，αf为光纤损耗系数(dB/km),αs为每km光纤平均接头损耗(dB/km),αm为每km光纤线路损耗余量(dB/km),L为中继距离(km)第六章48.模拟光纤通信系统目前使用的主要调制方式有模拟基带直接光强调制、模拟间接光强调制和频分复用光强调制49.模拟间接光强调制方式是先用承载信息的模拟基带信号进行电的预调制，然后用这个预调制的电信号对光源进行光强调制(IM)。50.评价模拟信号直接光强调制系统的传输质量的最重要的特性参数是信噪比(SNR)和信号失真(信号畸变)。51.副载波复用(SCM)概念：N个频道的模拟基带电视信号分别调制频率为f1,f2,f3,…,fN的射频(RF)信号，把N个带有电视信号的副载波f1s,f2s,f3s，…,fNs组合成多路宽带信号，再用这个宽带信号对光源(一般为LD)进行光强调制，实现电/光转换。光信号经光纤传输后，由光接收机实现光/电转换，经分离和解调，最后输出N个频道的电视信号。52.评价副载波复用模拟电视光纤传输系统传输质量的特性参数主要是载噪比(CNR)和信号失真。第七章53.光纤通信发展的目标是提高通信能力和通信质量，降低价格，满足社会需要。54.光纤通信新技术：如光放大技术，光波分复用技术，光交换技术，光孤子通信，相干光通信，光时分复用技术和波长变换技术等。55.光放大器有半导体光放大器和光纤放大器两种类型。56.20世纪80年代末期，波长为1.55μm的掺铒(Er)光纤放大器(EDFA：研制成功并投入实用57.光纤通信系统中其他的复用技术，例如光时分复用(OTDM)、光波分复用(WDM)、光频分复用(OFDM)以及副载波复用(SCM)技术。58.光波分复用(WDM：WavelengthDivisionMultiplexing)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。59.光交换主要有三种方式：空分光交换、时分光交换和波分光交换。60.光孤子(Soliton)是经光纤长距离传输后，其幅度和宽度都不变的超短光脉冲(ps数量级)。利用光孤子作为载体的通信方式称为光孤子通信。61.目前已经投入使用的光纤通信系统，都是采用光强调制-直接检测方式。在接收端，则采用零差检测或外差检测，这种检测技术称为相干检测。62.相干检测原理：光接收机接收的信号光和本地振荡器产生的本振光经混频器作用后，光场发生干涉。由光检测器输出的光电流经处理后，以基带信号的形式输出63.在WDM光网络中使用波长变换技术的原因有：1）首先，信息可以通过WDM网络中不适宜使用的波长进入WDM网络。例如在现阶段光纤通信中大量使用1310nm窗口的LED或FPLD光源，这些波长或光源均不适合WDM系统，因此在WDM系统的输入和输出处，都要在这些波长与1550nm附近的波长之间进行转换。2）其次，在网络内部，可以提高链路上现有波长的利用率。引入波长变换技术，可以实现波长的再利用，有效地进行波长路由选择，降低网络阻塞率，从