2015光纤通信答案A

1西安电子科技大学考试时间120分钟试题题号一二三四五总分分数1.考试形式：闭卷；2.本试卷共五大题，满分100分。班级学号姓名任课教师一、填空题（每空1分，共20分）1.1966年英籍华裔学者高锟和霍克哈姆发表论文指出了利用光纤进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了光纤通信的基础。2.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)。3.在光纤通信的三个通信窗口中，常规单模光纤的零色散窗口为：1310nm(或1.31μm)；根据ITU-T规定的标准，G.653光纤又称为色散移位光纤。4.光与物质的相互作用主要有三种过程，产生激光的最主要过程是受激辐射，LED属于自发辐射发光，光检测器内主要利用受激吸收过程。5.OTDR是光时域反射仪，OADM为光分插复用器。6.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。7.EDFA的应用主要有：前置放大器、后置放大器和中继放大器三种形式。8.电光延迟会引起码型效应，使连“0”码后的第一个“1”码宽度变窄、幅度变小。9.副载波复用光纤传输系统的特性参数主要是载噪比、组合二阶互调失真（或CSO）和组合三阶差拍失真（或CTB）。10.在外界条件作用下，晶体或光纤的折射率将发生改变，马赫-曾德尔调制器是利用线性电光（或普克尔、Pockel）效应实现的，光孤子通信则以克尔（或Kerr）效应为基础。2二、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.10mWB.0.25mWC.0.05mWD.0.001mW2.下列因素中，(B)不是．．引起光纤传输衰减的原因。A.纤芯内有气泡B.波导色散C.光纤接头D.光纤弯曲3.在弱导条件下，单模光纤的模式通常表示为(C)。A.EHB.EHC.LPD.TEM4.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5.以下属于光有源器件的是(B)。A.马赫-曾德尔调制器B.光放大器A.光隔离器D.电光开关6.以下不属于．．．光检测器的噪声是(C)。A.量子噪声B.暗电流噪声C.RIN噪声D.热噪声7.为增大光接收机的动态范围，应采取(B)电路。A.ATCB.AGCC.ADCD.APC8.EDFA的输出．．波长是(D)。A.0.98μmB.1.31μmC.1.48μmD.1.55μm9.随着激光器使用时间的增长，其阈值电流会(A)。A.逐渐增大B.保持不变C.逐渐减小D.先逐渐增大，后逐渐减少310.STM-64的传输速率为（D）。A.2.048Mb/sB.131.072Mb/sC.2488.320Mb/sD.9953.280Mb/s三．简答题（25分）1.简述光纤通信的优点。（6分）(1)容许频带宽，传输容量大；(2)传输损耗小，中继距离长且误码率小；(3)重量轻、体积小；(4)抗电磁干扰性能好；(5)泄露小，保密性能好；(6)节约金属材料，有利于资源合理使用。2.什么是自聚焦效应？（4分）不同入射角的光线虽然经历的路程不同，但最终都能会聚到一点，这就叫自聚焦效应。3.直接调制时，激光器产生弛张振荡和自脉动现象的机理是什么？各有什么危害？如何避免弛张振荡的发生？（5分）当电流注入激光器后，输出光脉冲出现的幅度逐渐衰减的振荡称为弛张振荡。（1分）某些激光器在脉冲调制甚至直流驱动下，当注入电流达到某个范围时，输出光脉冲出现持续等幅的高频振荡，称为自脉动现象。（1分）弛张振荡限制了调制速率，当最高调制频率接近弛张频率时，波形失真严重，会使光接收机在抽样判决时增加误码率。（1分）实际中应保证最高调制频率低于弛张振荡频率。（1分）自脉动频率可达2GHz，严重影响LD的高速调制特性。（1分）4.什么是副载波复用？副载波具体指什么？（5分）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4多路信号，再用这个复合电信号对光载波进行调制，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。（3分）因传统意义上的载波为光载波，为区别起见，把受模拟基带信号预调制的射频电载波称为副载波。（2分）5.什么是自愈网？（5分）自愈网就是无需人为干预，网络就能在极短的时间内从失效故障中自动恢复，使用户感觉不到网络曾出现故障。其基本原理就是使网络具备发现替代传输路由并重新确立通信的能力。四．计算题（25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、（12分）一阶跃折射率光纤，11.5n，=1%，L=2Km。求：（1）光纤的数值孔径；（2）子午光纤的最大时延差；（3）当波长为1.55μm时，要实现单模传输，纤芯半径a应取什么范围？（4）若把光纤浸入水中（33.1n水），为保证正常传输，求光在水中的最大入射角。解：（1）NA=2212nn12n0.212(3分)（2）ns10001.010320005.1cLn81max（3分）（3）由单模传输条件405.222221nnaV当m1.55时mnn800.2212.021055.1405.22405.2a62221(3分)（4）由折射定律知212.0nnsinnsinn222111水水5则2212nn0.212arcsinarcsinarcsin0.1599.2n1.33水水（或0.160弧度）（写出arcsin0.159即可，3分）2、（7分）某PIN光电二极管平均每5个入射光子，产生4个电子-空穴对，假设所有的电子都被收集。求：（1）器件的量子效率；（2）在1.3m和1.55m波长时的响应度，并说明为什么在1.55m处光电二极管比较灵敏。解：（1）由量子效率的定义：808.054入射光子数空穴对数光生电子%(2分)（2）对于PIN光电二极管，其相应度R定义为光生电流()pIA与输入光功率()inPW之比，即)/(24.10WAhcehfePIP，其中，为量子效率。波长为1.3m时，)(84.024.13.18.0WA(2分)波长为1.55m时，)(124.155.18.0WA(2分)由上式可知，在量子效率一定时，响应度与波长成正比。所以有PIN在1.55m处灵敏度高于在1.3m处。(1分)3、（6分）WDM系统中，假设信道间隔为50GHz，中心波长为1.55µm，求在C波段（1534~1566nm）可容纳的信道数？解：由公式2cf(1分)已知1566-1534=32nm1550nm(2分)6所以f29891015501031023=12104Hz=4000GHz(2分)EDFA的带宽可以容纳4000/50=80个50GHz的信道。(1分)五．综合题（20分）已知国内某四次群的光纤通信系统，线路码型为4B1P码。已知平均发射光功率为-3dBm，系统接收机所需最小平均接收光功率为0.1μw（误码率BER10-9），系统余量4dB，连接器损耗为0.3dB/对，光纤损耗系数0.3dB/km，光纤余量0.1dB/km，光纤线路共有6个接头，每个接头损耗0.2dB，光源谱线宽度2.85nm，光纤色散系数2.4ps/(nm·km)。(1)画出该光纤通信系统的基本框架图，并简述各部分的作用；（6分）(2)说明光纤损耗和色散对系统的影响；（4分）(3)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）光纤损耗包括吸收损耗和散射损耗。吸收损耗是由SiO2材料引起的固有吸收和由杂质引起的吸收产生的。散射损耗主要由材料微观密度不均匀引起的瑞利散射和光纤结构缺陷（如气泡）引起的散射产生的。光纤色散产生的原因是由于光纤中传输的光信号由于不同成分光的时间延迟不同而产生的。损耗和色散是最重要的传输特性，损耗使信号幅度减小，限制系统传输距离。若信号是模拟调制的，色散将限制带宽；若信号是7数字脉冲，色散产生脉冲展宽，限制系统传输速率（容量）。（3）中继距离主要受色散和损耗的限制。在损耗限制情况下：min10lg[()]40rPPmWdBm由公式L(αf+αm)≤Pt-Pr-2αc-Me-6αs(1分)所以3(40)20.3460.2780.300.1L损耗(km)（3分）在色散限制情况下：取情况最差的多纵模激光器115.051401754bFMb/s(1分)由公式0610CFLb代入参数得60.11510961752.852.4L色散(km)（3分）比较后系统中继距离应取为78km（2分）