光纤通信复习题精华

深圳大学电子科学与技术学院光纤通信作者：肥小麦第一章1用光导纤维进行通信最早在哪一年由谁提出？用光导纤维进行通信最早在1966年由英籍华人高锟提出2光纤通信有哪些优点？光纤通信的优点是：频带宽、传输容量大；损耗小、中继距离长；重量轻、体积小；抗电磁干扰性能好；泄漏小、保密性好；节约金属材料，有利于资源合理使用。3简述通信网络的份层结构.4比较光在空气和光纤中传输的速度，哪个传输得快？光在光纤中传输的速度比在空气中传输得慢，慢n倍，n是光纤纤芯折射率。5简述抗反射膜的工作原理当光入射到光电器件的表面时总会有一些光被反射回来，除增加耦合损耗外，还会对系统产生不利的影响，为此需要在器件表面镀一层电介质材料，以便减少反射6简述电介质镜的工作原理电介质镜由数层折射率交替变化的电介质材料组成，从界面上反射的光相长干涉，使反射光增强，如果层数足够多，波长为的反射系数接近17简述分光镜的工作原理两个三角棱镜A和C被一层低折射率薄膜B分开，此时A中的一些光线穿过薄膜B进入C，然后从立方棱镜出去。由于A镜斜面阻止全反射的作用，导致产生透射光束，因此入射光束被分成两束。两种光束能量分配的比例取决于薄膜层厚度和它的折射率。8说明为什么布拉格衍射的条件是sindm?假定入射光束是平行波，因此裂缝变成相干光源。并假定每个裂缝的宽度a比把裂缝分开的距离d更小，从两个相邻裂缝以角度发射的光波间的路经差是dsin9说明半波片相位延迟的工作原理假如L是晶体片的厚度，寻常光（o）和非寻常光（e）通过晶体经历的相位变化不同。于电交换/复接层(SDH/ATM层)LANPOTSCATVOXCOXCOXC业务和应用层光传送/网络层光接入MSC视频网络管理OADMOADMOADM:OXC：º光分插复用光交叉连接eo2πnnL深圳大学电子科学与技术学院光纤通信作者：肥小麦是出射光束和分量通过相位延迟片产生的相位差是=是半波长延迟10说明平面介质波导传输单模光线的条件波导中有一个允许在其中传输的最大模数。最大模数m必须满足等式A:Vm2等式B：2122212nnaVV数也叫V参数，或归一化频率，在平面波导中也叫归一化厚度。对于给定的自由空间波长，V数取决于波导几何尺寸(2a)和特性(1n和2n)。当0m，2m时，知道，从式A得到2/)(mV或2/。当2V时，只有一种模式传输，这就是最低阶模式0m，称这种基模为单模。当2/V时，由式B求出的波长称为波导的截止波长，大于该波长的波导只能传输一个基模。第二章1.用光线光学方法简述多模光纤导光原理。答:当入射角i超过临界角c（ci）时，没有透射光，只有反射光，这就是多模光纤波导传输光的原理。2.作为信息传输波导，实用光纤有哪两种基本类型？答:实用光纤有多模光纤和单模光纤。3.什么叫多模光纤？什么叫单模光纤？答:如果光纤只支持一个传导模式，则称该光纤为单模光纤。相反，支持多个传导模式的光纤称为多模光纤4.光纤传输电磁波的条件有哪2个？答:光纤传输电磁波的条件除满足光线在纤芯和包层界面上的全反射条件外，还需满足传输过程中的相干加强条件。5.造成光纤传输损耗的主要因素有哪些？哪些是可以改善的？最小损耗在什么波长范围内？答:引起光纤衰减的原因是光纤对光能量的吸收损耗、散射损耗和辐射损耗。吸收损耗是可以改善的。最小损耗在1.55m波段内。6.什么是光纤的色散？对通信有何影响？多模光纤的色散由什么色散决定？单模光纤色散又有什么色散决定？答:色散是由于不同成分的光信号在光纤中传输时，因群速度不同产生不同的时间延迟引起的一种物理效应。光信号分量包括发送信号调制和光源谱宽中的频率分量，以及光纤中的不同模式分量。多模光纤的色散由模式色散决定，单模光纤色散由色度色散决定。7.光纤数值孔径的定义是什么？其物理意义是什么？答:用数值孔径NA表示光线的最大入射角max0maxNAsinnNAsinmax（10n时）NA表示光纤接收和传输光的能力。NA(或max)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，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输出信号展宽越大，因而限制了信息传输容量。8.单模光纤的传输特性用哪几个参数表示？答:单模光纤的传输特性用衰减、色散和带宽表示。9.多模光纤有哪两种？单模光纤又有哪几种？深圳大学电子科学与技术学院光纤通信作者：肥小麦答:多模光纤有阶跃多模光纤和渐变多模光纤。单模光纤有G.652光纤、G.653光纤、G.654光纤、G.655光纤、全波光纤和色散补偿光纤。10.简述G.652光纤、G.653光纤、G.654光纤、G.655光纤和全波光纤的特征答:G.652光纤是普通单模光纤，G.653光纤是色散移位光纤，G.654光纤是损耗最小光纤，G.655光纤是非零色散移位光纤，全波光纤是无水峰光纤，色散补偿光纤是具有负的大色散光纤。11.用后向散射法测量光纤损耗的依据是什么？瑞利散射光功率与传输光功率成正比。后向散射法就是利用与传输光方向相反的瑞利散射光功率来确定光纤损耗系数的。12.从物理概念来看，色散、脉冲展宽和光纤带宽三者之间的关系是什么？由于光纤色散，光脉冲经光纤传输后使输出脉冲展宽，从而影响到光纤的带宽13.简述光时域反射计的用途光时域反射计（OTDR）不仅可以测量光纤损耗系数和光纤长度，而且还可以测量连接器和熔接头的损耗，观测光纤沿线的均匀性和确定光纤故障点的位置，在工程上获得了广泛地使用。13.G.652光纤在1.3um的损耗是多少？0.3-0.4db/km第三章1.连接器和跳线的作用是什么？接头的作用又是什么？答:连接器是把两个光纤端面结合在一起，以实现光纤与光纤之间可拆卸(活动)连接的器件。“跳线”用于终端设备和光缆线路及各种光无源器件之间的互连，以构成光纤传输系统。接头是把两个光纤端面结合在一起，以实现光纤与光纤之间的永久性(固定)连接。2.耦合器的作用是什么？它有哪几种？答:耦合器的功能是把一个或多个光输入分配给多个或一个光输出。3.简述波导光栅解复用器的工作原理两个相干单色光经过不同的光程传输后的干涉理论。所以输出端口与波长有一一对应的关系，也就是说，由不同波长组成的入射光束经阵列波导光栅（AWG）传输后，依波长的不同就出现在不同的波导出口上。公式：eff2πnL4.简述介质薄膜干涉滤波器解复用器的作用。答:在由四分之一波长厚的多层介质膜组成的电介质镜中，所有从前后相挨的两个界面上反射的波都具有相长干涉的特性(相位差为180度)，经过几层这样的反射后，透射光强度将很小，而反射系数将达到1。介质薄膜光滤波器解复用器就是利用光的干涉效应选择波长。连续反射光在前表面相长干涉复合，在一定的波长范围内产生高能量的反射光束，在这一范围之外，则反射很小。5.对光的调制有哪两种？简述它们的区别。答:调制有直接调制和外调制两种方式。前者是信号直接调制光源的输出光强;后者是信号通过外调制器对连续输出光进行调制。6.简述马赫-曾德尔幅度调制器的工作原理使用对两个波的频率相同但相位不同进行干涉的干涉仪，外加电压引入相位的变化可以转换为幅度的变化深圳大学电子科学与技术学院光纤通信作者：肥小麦7.什么是差分正交相移键控（DQPSK）调制器？一项被广泛视为40Gb/s，乃至串行100Gb/s的先进的调制方式是差分正交相移键控（DQPSK）。这种调制技术同时调制信号的强度和相位，以尽可能减轻色散的影响。但DQPSK调制方式在实现的过程中需要一种QPSK光调制器。8.什么是偏振复用差分正交相移键控（PM-DQPSK）调制器？它同时调制信号的偏振和相位，在接收端使用相干检测。9.什么是电光效应？电光效应，是将物质置于电场中时，物质的光学性质发生变化的现象。10.简述电吸收波导调制器（EAM）的工作原理。电吸收调制器（EAM）是一种P-I-N半导体器件，其I层由多量子阱（MQW）波导构成,I层对光的吸收损耗与外加的调制电压有关.当调制电压使p-i-n反向偏置时，入射光完全被i层吸收，相当于输出“0”码；反之，当偏置电压为零时，势垒消失，入射光不被i层吸收而让其通过，相当于输出“1”码，从而实现对入射光的调制。11.光开关的作用是什么？主要分为哪两类？答:光开关的作用是转换光路，实现光信号的切换。光开关可以分为两大类:一类是利用电磁铁或步进电机驱动光纤或透镜来实现光路转换的机械式光开关。近来出现的微机械光开关，采用机械光开关的原理，但又能象波导开关那样，集成在单片硅基底上，所以很有发展前途。另一类光开关是利用固体物理效应(如电光、磁光、热光和声光效应)的固体光开关。12.简述光隔离器的作用。答:光隔离器是一种只允许单方向传输光的器件，通常用于消除反射光的影响，使系统工作稳定。13.按其工作原理的不同磁光波导隔离器分哪几类？并简述其工作原理。根据目前已报道的磁光波导隔离器，按其工作原理的不同可分为：模式(TE/TM)转换型：非互易变换与各向异性介质所产生的互易变换相互抵消，从而使得正向传输时，入射波能够在不发生变换的情况下直接通过波导。而对于反向光，非互易变换与各向异性介质所产生的互易变换是相加的，因而发生模式变换，TM模转换为TE高阶模或辐射模而截至，从而实现隔离反向光的功能。非互易损耗（SOA）型：适当的给SOA注入电流，对正向传输的光通过，而对反向传输的光衰减，起到光隔离的作用非互易相移（MZI）型：基于马赫-曾德尔干涉仪（MZI）原理14.简述光环形器的作用。答:光环行器除了也是一种单向传输器件，主要用于单纤双向传输系统和光分插复用器中。15.简述波导光栅在可重构光分插复用器（ROADM）中的作用？用AWG构成的NN星形波长分插复用（ADM）互联系统深圳大学电子科学与技术学院光纤通信作者：肥小麦第四章1.简述半导体发光原理。答:半导体发光基理是，在构成半导体晶体的原子内部，存在着不同的能带。如果占据高能带(导带)cE的电子跃迁到低能带(价带)vE上，就将其间的能量差(禁带能量)vcgEEE以光的形式放出，其波长由能带差E所决定。能带差E和发出光的振荡频率ov之间有hvE的关系。2.简述激光器和光探测器的本质区别。答:光探测器的原理是，低能带上的电子吸收入射光子的能量后被激励跃迁到较高的能带上，在半导体结上外加电场的作用下，在外电路上可以取出处于高能带上的电子，使光能转变为电能。而激光器的原理是将电能转变为光能。这就是说他们的本质区别。3.自发辐射的光有什么特点？光波可以有不同的相位和不同的偏振方向，它们可以向各自方向传播。4.受激发射的光有什么特点？受激发射生成的光子与原入射光子一摸一样，是指它们的频率、相位、偏振方向及传播方向都相同，它和入射光子是相干的。5.如何才可能实现实现光放大？处于粒子数反转分布的介质（叫激活介质）可实现光放大。6.说出产生激光的过程？激光的产生，必须有激光器，而激光器必须具备三个主要的组成部分。A.激活物质即被激励后能发生粒子数反转的工作物质，也称做激光工作物质。诸如氖、氩、CO2、红宝石及钕玻璃等。必须具备有亚稳态能级性质的物质。B.激励装置能使激活介质发生粒子数反转分布的能源，既称为激励装置。如各种激光器所具备的电源。C.光学谐振腔能使光子在其中重复振荡并多次被放大的一种由硬质玻璃制成的谐振腔。产生激光的过程可归纳为：激励→激活介质（即工作物质）粒子数反转；被激励后的工作物质中偶然发出的自发辐射→其它粒子的受激辐射→光子放大→光子振荡及光子放大→激光产生。7.激光器起振的阈值条件是什么？答:激光器起振的阈值条件是受激发射使腔内获得的光增益正好与腔内损耗相抵消。8.激光器起振的相位条件是什么？答:激光器起振的相位条件是谐振腔内的前向和后向光波发生相干9.光学谐振腔存在哪些损耗？谐振腔存在着损耗，如镜面的反射损耗、工作物质的吸收损耗和散射损耗等。深圳大学电子科学与技术学院光纤通信作者：肥小麦10.实际使用中为什么总是用热电