光纤作业 光纤通信系统中偏振模色散和偏振相关损耗的分析

成绩

现代通信技术

2010— 2011学年第二学期期末考试

论文题目光纤通信系统中偏振模色散和偏振相关损耗的分析

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光纤通信系统中偏振模色散和偏振相关损耗的分析

摘要：偏振模色散(Polarization Mode Dispersion)，简称PMD，随着

光纤通信技术的发展，人们对光纤偏振模色散的研究工作越来越深入，究其原因是光纤的偏振模色散对超高速光纤数字系统的传输性能有着不可忽视的影响。本文主要研究内容如下：偏振模色散的概念、产生机理、 PMD对光通讯系统的影响、单模光纤PMD不稳定因素、相关损耗。

关键词：偏振模色散；PMD测量

一、偏振模色散的概念

偏振是单模光纤特有的问题。单模光纤实际上传输的是两个正交的基模，它们的电场各沿x,y方向偏振。这两个偏振态在光纤中有不同的传播速度而引起的色散称为偏振模色散。在理想的光纤中，这两个模式有着相同的相位常数，它们是互相简并的。但实际上光纤总有某种程度的不完善，如光纤纤芯的椭圆变形、光纤内部的残余应力等，将使得两个模式之间的简并被破坏，两个模式的相位常数不相等，这种现象称为模式双折射。由于存在双折射，将引起一系列复杂的效应。

二、单模光纤的偏振模色散产生机理

随着单模光纤在测试中应用技术的不断发展，特别是集成光学、光纤放大器以及超高带宽的非零色散位移单模光纤即ITU-T G655光纤的广泛应用，光纤衰减和色散特性已不是制约长距离传输的主要因素，偏振模色散特性越来越受到人们重视。偏振是与光的振动方向有关的光性能，我们知道光在单模光纤中只有基模HE11传输，由于HE11模由相互垂直的两个极化模HE11x和HE11y简并构成，在传输过程中极化模的轴向传播常数βx和βy往往不等,从而造成光脉冲在输出端展宽现象。如下图所示：

图1：PMD极化模传输图

因此两极化模经过光纤传输后到达时间就会不一致，这个时间差称为偏振模色散PMD(Polarization Mode Dispersion)。PMD的度量单位为匹秒(ps)。

光纤是各向异性的晶体，光一束光入射到光纤中被分解为两束折射光。这种现象就是光的双折射，如果光纤为理想的情况，是指其横截面无畸变，为完整的真正圆，并且纤芯内无应力存在，光纤本身无弯曲现象，这时双折射的两束光在光纤轴向传输的折射率是不变的，跟各向同性晶体完全一样，这时PMD=0。但实际应用中的光纤并非理想情况，由于各种原因使HE11两个偏振模不能完全简并，产生偏振不稳定状态。

造成单模光纤中光的偏振态不稳定的原因，有光纤本身的内部因素，也有光纤的外部因素。

1.内部因素

由于光纤在制造过程中存在着芯不圆度，应力分布不均匀，承受侧压，光纤的弯曲和钮转等，这些因素将造成光纤的双折射。光在单模光纤中传输，两个相互正交的线性偏振模式之间会形成传输群速度差，产生偏振模色散。同时，由于光纤中的两个主偏振模之间要发生能量交换，即产生模式偶合。在光纤较长时，由于偏振模随机模偶合对温度、环境条件、光源波长的轻微波动等都很敏感，故模式偶合具有一定随机性，这决定了PMD是个统计量。但PMD的统计测量的分布表明，其均值与光纤的双折射有关，降低光纤的PMD 极其对环境的敏感性，关键在于降低光纤的双折射。

2.外部因素

单模光纤受外界因素影响引起光的偏振态不稳定，是用外部双折射表示的。外部因素引起光纤双折射特性变化的原因，在于外部因素造成光纤新的各向异性。例如光纤在成缆或施工的过程中可能受到弯曲、扭绞、振动和受压等机械力作用，这些外力的随机性可能使光纤产生随机双折射。另外，光纤有可能在强电场和强磁场以及温度变化的环境下工作。光纤在外部机械力作用下，会产生光弹性效应;在外磁场的作用下，会产生法拉第效应;在外电场的作用下，会产生克尔效应。所有这些效应的总结果，都会使光纤产生新的各向异性，导致外部双折射的产生。

对于如上两种因素都可能使单模光纤产生双折射现象，但由于外部因素的随机性和不可避免性，所以在实际应用中人们非常重视对内部因素的控制尽量减小光纤双折现象。偏振模色散不能避免，只能最小化。由于光纤存在PMD，已经给10Gb/s链路带来了严重限制。而在40Gb/s速率上，任何器件也

有少量的PMD。

三、PMD对光通讯系统的影响

当技术上逐步解决了损耗和色度色散的问题后，在通信系统传输速率越来越高，无中继的距离越来越长的情况下，PMD的影响成了必须考虑的主要因素。在数字系统中PMD引起脉冲展宽，对高速系统容易产生误码，限制了光纤波长带宽使用和光信号的传输距离;在CATV等模拟系统则引起信号失真。

1.偏振模色散对于光脉冲的影响

偏振模色散具有随机性，这与具有确定性的波长色散不同，其值与光纤制作工艺、材料、传输线路长度和应用环境等因素密切相关。

由于受工艺水平的制约，传输链路上使用的每一段光纤结构上存在差异，即使同一段光纤，也必然存在纵向不均匀性，因而PMD的值也会因光纤而异。从工程安装和链路环境看，影响因素不仅多，而且具有不定性。比如环境温度的大小，由这些因素的综合影响决定，也具有不确定性，是一个随机变量。通常所说的PMD是多少，指的是（统计）平均值。在光纤链路上，两个正交的偏振模产生的时延差遵守一定的概率密度分布。PMD的值与光纤长度的平方根成反比例的变化，因而其单位记作ps／km1/2

PMD和色度色散对系统性能具有相同的影响，即引起脉冲展宽，从而限制传输速率。随着系统传输速率的提升，偏振模色散的影响逐渐显现出来，成为继衰减、波长色散之后限制传输速度和距离的又一个重要因素。如何减少PMD的影响，是目前国际上研究的热点之一。PMD是一个随机变量，其瞬时值随波长、时间、温度、移动和安装条件的变化而变化，导致光脉冲展宽量不确定，其影响相当于随机的色散。它与波长色散发生的机制虽然不同，但是对系统性能具有同样的影响，因此也有人将偏振模色散称作单模光纤中的“多模色散”。

2.偏振模色散对于光传输距离的影响

不同时期敷设的光纤，PMD值差别很大。10年前应用的光缆受当时光纤工艺水平所限，PMD通常大于2ps/km1/2，有的高达6～7 ps/km1/2；后来布设的光缆，PMD不大于0.5ps/km1/2，不会对10Gbit/s速率系统造成限制；近年来敷设的光缆，多为0.2ps/km1/2甚至更小。最优秀的光纤，PMD已经控制到0.001ps/km1/2的水平。

当两个正交的偏振模之间的时延差dt达到系统速率一个脉冲时隙的三分之一时，将会付出1dB的信号功率代价。由于PMD的随机统计特性，PMD的瞬时值有可能达到平均值的3倍。为了保证信号功率代价低于1dB，PMD的平均值必须小于系统速率一个脉冲时隙的十分之一。

因为

PMD＝dt/L1/2 ps/km1/2 （公式1）

现在要求dt＝1/(10B)，设速率为B的系统受PMD限制的最大传输距离为L km,

则

L＝（dt/PMD）2＝〔1/(10*B*PMD)〕2 km （公式2）早期布设光纤中，有一部分对STM－16信道速率的系统也产生限制。当PMD＝0.5ps/km1/2时,STM-64系统受PMD限制的传输距离(1dB代价)大约为400km，对于40Gbit/s系统，却只有25km。如果容许两个正交偏振模之间的时延差达到一个脉冲时隙的三分之一，40Gbit/s传输的PMD容限约8.3ps；若要保证在任何情况下系统功率代价都不超过1dB，即限定两个偏振模的传输时延差不超过一个脉冲时隙的十分之一，则PMD容限只有2.5ps。要实现600km 以上的长途传输，PMD系数就要不高于0.1ps/km1/2。

根据上述分析可知，PMD是重要的限制因素。不同速率系统受PMD限制的传输距离可以计算出来。

下表1列出受PMD限制的数字传输系统传输速率与传输距离的关系：

从表1可以看出，PMD对于低速率的光纤通信系统影响不大。对于2.5Gbit/s 传输系统，当PMDC为0.5ps/√km时，可传输6400公里，当PMDC值为1ps/√km时，可传输1600公里;但对于高速(10Gbit/s)系统，传输距离就大幅缩短，分别只能传输100公里和400公里;对于超高速(40Gbit/s)系统，PMD已严重制约了系统的使用：在PMDC为1.0ps/√km时，传输的距离只有6km，在PMDC

为0.5ps/√km时，传输的距离只有25km，在PMDC为0.2ps/√km时，传输的距离125km。由此可见，PMD成为影响高速系统传输距离的主要因素之一。通常为保障10Gbit/s高速系统及40Gbit/s超高速系统的正常使用，至少应保证PMDC小于等于0.2ps/√km。

因此，在新建光缆线路、开通长距离系统、在现有光缆线路升级系统等情况时，必须测量PMD值。网络规划者在设计链路时最有效的方法是：通过现场实地测量光缆链路的PMD值，在此基础上充分考虑PMD的影响，预留足够的PMD富余度。

四、PMD测量方法

目前广大光纤、光缆生产厂家和电信用户都对光纤PMD作了较为深入的研究，同时参照ITU-T制定了相应的企业标准，纳入了光纤性能指标的控制范围。

国际电信联盟电信标准化部门ITU-T G650(2000)和国际电工委员会标准IEC61941(1999)中介绍了单模光纤偏振模色散的定义和测量方法，规定了PMD 的基准测试方法即斯托克斯参数测定法，还有替代测试方法即偏振态法与干涉法。

1.托克斯参数测定法

斯托克斯参数测定法是测量单模光纤PMD值的基准试验方法，它的测试原理是在一波长范围内以一定的波长间隔测量出输出偏振态随波长的变化，通过琼斯矩阵本征分析和计算，得到PMD的系数值。

斯托克斯参数测定法多用于实验室测试，其测量试验设备及装置如图2所示。

2.偏振态法

偏振态法是测量单模光纤PMD的第1替代试验方法，其测量原理是：对于固定的输入偏振态，当注入光波长(频率)变化时，在斯托克斯参数空间里邦加球上被测光纤输出偏振态(SOP)也会发生演变，它们环绕与主偏振态(PSP)方向重合的轴旋转，旋转速度取决于PMD时延：时延越大，旋转越快。通过测量相应角频率变化⊿ω和邦加球上代表偏振态(SOP)点的旋转角度⊿θ，就可以计算出PMD时延δτ=|⊿θ/⊿ω|。

偏振态法直接给出了被测试样PSP间差分群时延(DGD)与波长或时间的函数关系，通过在时间或波长范围内取平均值得到PMD。

3.干涉法

由于干涉法测量速度快，目前市面上很多仪器生产厂家都以干涉法为测试原理生产测试设备，它们共同点就是设备体积小，动态范围宽，重复性较好，很适合在现场使用。由于干涉法与偏振模耦合无关，适用于单盘短光纤和长光纤。

干涉法就是介绍一种测量单模光纤和光缆的平均偏振模色散的方法。其测试原理为：当光纤一端用宽带光源照明时，在输出端测量电磁场的自相关函数或互相关函数，从而确定PMD。在自相关型干涉仪表中，干涉图具有一

个相应于光源自相关的中心相干峰。测量值代表了在测量波长范围内的平均值。在1310nm或1550nm窗口不同仪器都有一定的波长范围。

下面介绍的是光纤参考通道Michelsom干涉仪，也是大多仪器厂家使用的一种方法，实验装置如图4所示：

五、单模光纤PMD不稳定因素

1.内部因素与光纤PMD关系

单模光纤纤芯的椭圆度可能产生波导双折射，光纤组成材料的膨胀系数不一致可能产生应力双折射。随着芯层不圆度增大，单模光纤PMD有增大的趋势，这和光纤PMD产生的内部因素较为吻合。但同时也发现并不是芯层不圆度大对应光纤PMD就大，说明生产光纤PMD另一个因素的存在即应力双折射，由于光纤不同组成材料热膨胀系数不一致而使光纤芯层存在不对称横向应力，从而使光纤芯层产生双折射现象。所以作为光纤生产厂家应从光纤芯层不圆度和光纤内部残余应力着手控制光纤的PMD。

2.光纤外部因素与光纤PMD关系

由于光纤PMD是由光纤芯层晶体对光纤产生双折射引起，在光纤光缆应用中可能对光纤芯层的双折射率改变是复杂的，目前国内很多文献对光纤外部因素包括机械、电磁和温度等对光纤PMD可能产生影响进行了论述。实验表明，光纤在小半径弯曲和扭曲状态下，光纤PMD有一定的变化。单模光纤PMD主要由光纤本身决定，即内部因素非常重要。

六.偏振相关损耗

偏振相关损耗（PDL）现已成为描述无源光器件特性的一项标准指标。当前主要有两种PDL测量方法：偏振扫描法和四状态法，后者一般也被称作Mueller法。PDL是光器件或系统在所有偏振状态下的最大传输差值。它是光设备在所有偏振状态下最大传输和最小传输的比率。PDL定义如下：

PDL_{dB}=10log〔\frac{T_{Max}}{T_{Min}}〕

其中Tmax和Tmin分别表示测试器件（DUT）的最大传输和最小传输。

PDL对于光器件的表征至关重要，实际上，每个器件都表现为一种偏振相关传输。这种效应会沿传输链路不可控制地增长，对传输质量带来严重影响。个别器件的PDL会在系统内造成大的功率波动，从而提高了系统的比特错误率，甚至会导致网络故障。结合偏振模色散（PMD），PDL可能成为脉冲失真和扩散的主要来源。

PDL测量原则可分为两大类：确定性方法和不确定性方法。确定性方法从DUT的Mueller或Jones测试矩阵中推导得出其PDL，这些测试结果通过测量DUT在一系列定义输入偏振状态下的传输属性得到，例如Mueller方法。非确定性方法测量DUT在大量输入偏振状态下的最小和最大传输值。

七、结论

随着光纤数字通信系统传输速率不断提高和传输距离不断增长，PMD成为限制高速数字通信的关键因素，我们必须组织有效测量，以了解光缆链路实际PMD状况，为通信系统设计提供依据。

然而，PMD的随机及统计特性决定了PMD测量和控制难度很大。只有通过制定有效的测控方案，从厂验、单盘测试和光缆接续后链路PMD工程测试等环节分步测量控制，通过有效的问题光缆定位、处理方法，才能保证光纤网络的稳定。

【参考文献】

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[2]《PMD理论测试和补偿技术》;袁世章;摘录p9;电子科技大学;2002年

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[5]《高速光纤波分复用系统中偏振模色散研究》;常怡萍;摘录p13;郑州大学;2004年

[6]《光纤通信系统中的偏振模色散补偿》;缪厚勋;摘录p10;清华大学;2004年

[7]《光纤通信》;吴凤修；人民邮电出版社；摘录p23;2009年

光纤通信系统与应用(胡庆)复习总结

红色：重点、绿色：了解 第1章 1、光纤通信的基本概念：以光波为载频，用光纤作为传输介质的通信方式。光纤通信工作波长在于近红外区：0.85～2.00μm的波长区，对应频率: 167～375THz。 对于SiO2光纤，在上述波长区内的三个低损耗窗口，是目前光纤通信的实用工作波长，即0.85μm、 1.31μm 1.55μm及 1.625μm 2、光纤通信系统的基本组成：P5 图1-3 目前采用比较多的系统形式是强度调制/直接检波（IM/DD）的光纤数字通信系统。该系统主要由光发送设备（光发射机）、光纤传输线路、光接收设备（光接收机）、光中继器以及各种耦合器件组成。 各部件功能： 电发射机：对来自信源的信号进行模/数转换和多路复用处理； 光发送设备：实现电/光转换； 光接收机：实现光/电转换； 光中继器：将经过光纤长距离衰减和畸变后的微弱光信号放大、整形、再生成具有一定强度的光信号，继续送向前方，以保证良好的通信质量。 3、光纤通信的特点：（可参照P1、2） 优点：（1），传输容量大。（2）传输损耗小，中继距离长。 （3）保密性能好：光波仅在光纤芯区传输，基本无泄露。 （4）抗电磁干扰能力强：光纤由电绝缘的石英材料制成，不受电磁场干扰。（5）体积小、重量轻。（6）原材料来源丰富、价格低廉。 缺点：1）弯曲半径不宜过小；2）不能远距离传输；3）传输过程易发生色散。 4、适用光纤：P11 G.652 和G.654：常规单模光纤，色散最小值在1310nm处，衰减最小值在1550nm 处。常见的结构有阶跃型和下凹型单模光纤。 G.653：色散位移光纤，色散最小值在1550nm处，衰减最小值在1550nm处。难 以克服FWM混频等非线性效应带来的影响。 G.655：非零色散光纤，色散在1310nm处较小，不为0；衰减最小值在1550nm 处。可以尽量克服FWM混频等非线性效应带来的影响。 补充：1、1966年7月，英籍华人（高锟）博士从理论上分析证明了用光纤作为传输介质以实现光通信的可能性。 2、数字光纤通信系统有准同步数字体系（PDH）和同步数字体系（SDH）两种传输体制。

光纤通信作业

第8章第3节作业 1、系统在什么条件下受损耗限制？此时决定的因素是什么？ 答：当光纤带宽与信号速率之比足够大时，传输距离主要受到光纤损耗的限制。 即当系统的工作频宽远小于光纤带宽，当码速较低(B<100Mb／s)时，光纤色散对灵敏度的影响较小时。限制决定于下列因素： (dBm)； (1)发送端耦合入光纤的平均功率P T (2)光接收机的接收灵敏度Pmin (dBm)； (dB)。 (3)光纤线路的总损耗 T 2、系统在什么条件下受色散限制？此时决定的因素是什么？ 答：当系统的损耗足够小，传输码速高时，传输距离主要受光纤色散等的限制。 即在光纤损耗较低，码速较高时，对传输距离的限制往往主要来自色散造成的系统上升时间的限制，这种系统称为色散限制系统。 3、从传输带宽角度看，NRZ和RZ码，哪一个占用带宽宽？参数是多少？ 答： NRZ码所需的传输带宽仅为RZ码的一半。即RZ码占用传输带宽宽。 NRZ码：B（bit/s）＝Bc（Hz） RZ码：B（bit/s）＝2Bc（Hz） Bc（Hz）＝1/2 B（bit/s） 4、有一长距离单模光纤传输系统，工作波长1300 nm，其他参数如下： LD光源平均入纤功率 0 dBm 光缆损耗 0.4 dB／km 熔接头损耗 0.1 dB／km 活动连接器损耗 1dB／个 APD接收机灵敏度： B=35 Mb／s时(BER=10-9) - 55 dBm B=500 Mb／s时(BER=10-9) - 44 dBm 系统富余度 9 dB 试计算损耗限制传输距离。 解：（a）当B=35Mb/s时 （b）当B=500Mb/s时

5、有一条1.3 m光波系统，设计工作码速为lGb／s，拟采用单模光纤，中继距离5Okm。发送机和接收机上升时间分别为0.25ns和O.35ns，光源谱宽3nm，光纤平均色散在工作波长上为2ps／(nm·km)：计算RZ和NRZ码时的系统上升时间预算。 解：

光纤通信技术习题及答案12

光纤通信概论 一、单项选择题 1、光纤通信指的就是: A 以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式; B 以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式; C 以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式; D 以激光作载波、以导线为传输媒介的通信方式。 2 光纤通信所使用的波段位于电磁波谱中的: A 近红外区 B 可见光区 C 远红外区 D 近紫外区 3 目前光纤通信所用光波的波长范围就是: A 0、4～2、0 B 0、4～1、8 C 0、4～1、5 D 0、8～1、6 4 目前光纤通信所用光波的波长有三个,它们就是: A 0、85、1、20、1、80 ; B 0、80、1、51、1、80 ; C 0、85、1、31、1、55 ; D 0、80、1、20、1、70。 6 下面说法正确的就是: A 光纤的传输频带极宽,通信容量很大;

B 光纤的尺寸很小,所以通信容量不大; C 为了提高光纤的通信容量,应加大光纤的尺寸; D 由于光纤的芯径很细,所以无中继传输距离短。 二、简述题 1、什么就是光纤通信？ 2、光纤的主要作用就是什么？ 3、与电缆或微波等电通信方式相比,光纤通信有何优点？ 4、光纤通信所用光波的波长范围就是多少？ 5、光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长分别就是多少？ 光纤传输特性测量 一、单项选择题 1 光纤的损耗与色散属于: A 光纤的结构特性; B 光纤的传输特性; C 光纤的光学特性; D 光纤的模式特性。 2 光纤的衰减指的就是: A 由于群速度不同而引起光纤中光功率的减少; B 由于工作波长不同而引起光纤中光功率的减少; C光信号沿光纤传输时,光功率的损耗; D 由于光纤材料的固有吸收而引起光纤中光功率的减少。

光纤通信课后习题参考答案邓大鹏

光纤通信课后习题答案 第一章习题参考答案 1、第一根光纤是什么时候出现的？其损耗是多少？ 答：第一根光纤大约是1950年出现的。传输损耗高达1000dB/km 左右。 2、试述光纤通信系统的组成及各部分的关系。 答：光纤通信系统主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。 系统中光发送机将电信号转换为光信号，并将生成的光信号注入光纤光缆，调制过的光信号经过光纤长途传输后送入光接收机，光接收机将光纤送来的光信号还原成原始的电信号，完成信号的传送。 中继器就是用于长途传输时延长光信号的传输距离。 3、光纤通信有哪些优缺点？ 答：光纤通信具有容量大，损耗低、中继距离长，抗电磁干扰能力强，保密性能好，体积小、重量轻，节省有色金属和原材料等优点；但它也有抗拉强度低，连接困难，怕水等缺点。 第二章 光纤和光缆 1．光纤是由哪几部分组成的？各部分有何作用？ 答：光纤是由折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层组成的。纤芯和包层是为满足导光的要求；涂覆层的作用是保护光纤不受水汽的侵蚀和机械擦伤，同时增加光纤的柔韧性。 2．光纤是如何分类的？阶跃型光纤和渐变型光纤的折射率分布是如何表示的？ 答：（1）按照截面上折射率分布的不同可以将光纤分为阶跃型光纤和渐变型光纤；按光纤中传输的模式数量，可以将光纤分为多模光纤和单模光纤；按光纤的工作波长可以将光纤分为短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤；按照ITU-T 关于光纤类型的建议，可以将光纤分为G.651光纤（渐变型多模光纤）、G .652光纤（常规单模光纤）、G .653光纤（色散位移光纤）、G.654光纤（截止波长光纤）和G.655（非零色散位移光纤）光纤；按套塑（二次涂覆层）可以将光纤分为松套光纤和紧套光纤。 （2）阶跃型光纤的折射率分布 () 2 1 ?? ?≥<=a r n a r n r n 渐变型光纤的折射率分布 () 2121? ????≥

光纤通信系统与网络

本实验指导书为《数字传输技术（A）》《光纤通信系统》《光纤通信测量技术》《光同步传输技术》课程的实验用书，其有关内容也可以配合《数字传输技术（A）》《光纤通信系统》《光纤通信测量技术》《光同步传输技术》等课程教材使用。 本实验指导书用于光纤数字传输系统性能测试和光纤传输网络的设备与网络管理操作几方面的必做实验，主要是光纤数字线路系统传输性能测试、SDH 设备认识和SDH网络管理系统及操作。其中光纤数字线路系统传输性能测试是最基本的实验项目。 光纤数字线路系统包括光端机、光中继机和光纤线路等，其性能参数包括设备和系统光接口参数和电接口传输性能，光接口参数主要是光设备光接口参数、光通道（光纤线路）传输特性，电接口传输性能主要包括误码性能、定时性能和可用性等，需要测试的项目较多，涉及多种测试仪表和测试方法。本指导书重点介绍光纤线路接续和接续损耗的监测、光纤衰减测试实验、光接口参数测试和光纤数字传输系统的传输性能测试实验。 选做实验的指导书另行编写。

实验一光纤接续和监测 1 实验二光纤衰减测试 3 实验三光接口参数测试 5 实验四电接口传输性能测试10 实验五SDH设备认识17 实验六SDH网络管理系统及操作19

实验一 光纤的接续和监测 一． 试验目的 掌握光纤接续原理 掌握光纤接续损耗的测试原理 学习使用熔接机和了解光纤接续过程 二．试验原理 光纤接续的常用方法有热熔法和冷接法等，热熔法的主要步骤如下：连接光纤端面的制备，端面的定位和对准，熔接。 光纤接续损耗A s 的定义为 t r s p p A lg 10?= （dB ） 式中 p t 为发射光纤发出的光功率，W p r 为接收光纤接收的光功率，W 监测光纤接续损耗的方法有多种，如：光时域反射计(OTDR)监测和四功率法测试等，目前都采用光时域反射计监测法，其测试系统原理土如图1.1所示。 测试时OTDR 发出测试光脉冲，并测得连接光纤的背向色散曲线如图1.2所示，根据所得曲线设置五个测试点（即采用五点法）即得到接续损耗值。 三． 试验仪器和设备 1.TYPE35SE 光纤熔接机， 1台 2.光时域反射计， 1台 3.光纤， 2盘，2Km/盘 四． 测试步骤

光纤系统作业参考答案

第一章作业 1、光纤通信与电通信有什么不同？在光纤通信中起主导作用的部件是什么？ 光纤通信，就是用光作为信息的载体、以光纤作为传输介质的一种通信方式。起主导作用的是激光器和光纤。 2、常规的光纤的三个的低损耗窗口是在哪个波段？其损耗值各为多少？ 850nm 3db/km ；1310nm 0.4db/km；1550nm 0.2db/km 3、光纤通信有哪些优点？ （1）频带宽，通信容量大（2）损耗低，中继距离长（3）抗电磁干扰（4）无窜音干扰，保密性好（5）光纤线径细，重量轻，柔软（6）光纤原材料丰富，用光纤可节约金属材料（7）耐腐蚀，抗辐射，能源消耗小 4、PDH和SDH各表示什么？其速率等级标准是什么？ PDH表示准同步数字序列，即在低端基群采用同步，高次群复用采用异步，SDH表示同步数字序列 PDH速率标准 SDH速率等级标准：STM-1：155.520Mbit/s STM-4：622.080 Mbit/s STM-16：2.5 Gbit/s STM-64：10 Gbit/s 5、图示光纤通信系统，解释系统基本结构。 光纤通信系统由光发送机、光纤光缆与光接收机等基本单元组成。系统中包含一些互连与光信号处理部件，如光纤连接器、隔离器、调制器、滤波器、光开关及路由器等。在长距离系统中还设置有中继器(混合或全光)。 第2章1节布置的作业 1、光纤的主要材料是什么？光纤由哪几部分构成？各起什么作用？ SiO2；芯区、包层、图层； 芯区：提高折射率，光传输通道；包层：降低折射率，将光信号封闭在纤芯内，并保护纤芯；图层：提高机械强度和柔软性

2、光纤中的纤芯折射率与包层折射率的关系？单模光纤和多模光纤中两者的纤芯直径一般分别为多少？ 纤芯折射率较高，包层折射率较小 单模光纤纤芯直径：2a=8μm～12μm，包层直径：2b=125μm；多模光纤纤芯直径：2a=50μm，包层直径：2b=125μm。 3、根据芯、包折射率分布及模式传播情况，指出有哪些典型形式光纤？ 折射率在纤芯与包层介面突变的光纤称为阶跃光纤；折射率在纤芯内按某种规律逐渐降低的光纤称为渐变光纤；根据模式传播情况不同分为多模光纤和单模光纤 4、什么是全反射？它的条件是什么？ 指光从光密介质入射到光疏介质是，全部被反射会原介质的现象 条件：光从光密介质入射至光疏介质；入射角大于或等于临界角（=arcsin（n2/n1）） 在光纤端面：要求入射角θ < θo 全；在芯包界面：要求入射角θ1 > θC芯包界面全反射 5、数值孔径NA的物理意义？表达式是什么？ 反映光纤对光信号的集光能力，定义入射临界角的正弦为数值孔径N A ，N A越大，对光信号的接受能力越强 N A=sin= 6、什么是光纤的自聚焦？产生在何种类型光纤里？ 如果折射率分部合适，就用可能使以不同角度入射的全部光线以同样的轴向速度在光纤中传播，同时到达光纤轴上的某点，即所有光线都有相同的空间周期L，这种现象称为自聚焦。出现在渐变光纤里。当折射率分布按平方率分布（即双曲正割变化），可形成自聚焦特性。 7、阶跃光纤的纤芯和包层折射率分别为n1＝1.46和n2＝1.45，试计算： (a)相对芯包折射率差△； (b)若该光纤的端面外为空气，计算允许的最大入射角θ0及数值孔径NA； (c)若该光纤浸于水中，n0=1.33，计算θ0及NA的大小。 解：（a） （b）由得=9.8°N A=sin=0.17 （c）同上 8、有一SI型多模光纤的芯径（纤芯直径）为50 μm，芯包折射率分别为nl=1.465和n2=1.46。计算与光纤轴线夹角最大的那条子午射线，在1m的传输距离上共要反射多少次? 解：=85.3°反射一次的轴向距离L=2*a/2*tan=2*50/2*tan85.3°=604μm 反射次数=（1*106）/604=1656 第2章2节布置的作业 1、导模的传播常数应满足什么条件？ k2<β

光纤通信 作业及答案

《光纤通信》作业 2—1 均匀光纤芯与包层的折射率分别为：，，试计算： ⑴光纤层与包层的相对折射率差△为多少 ⑵光纤的数值孔径NA为多少 ⑶在1m长的光纤上，由子午线的光程差所引起的最大时延差为多少 解： ⑴ 纤芯和包层的相对折射率差 ⑵ ⑶ 2—10 一阶跃折射率光纤的相对折射率差，，当波长分别为μm、μm、μm时，要实现单模传输，纤芯半径a应小于多少 解： 单模传输条件为： → 当时， 当时， 当时， 3—1 设激光器激活物质的高能级和低能级的能量各为和，频率为f，相应能级上的粒子密度各为和。试计算：

⑴当，时， ⑵当，时， ⑶当，若。环境温度(按玻尔兹曼分布规律计算) 解： ⑴ 其中，，，， 代入数据，得 ⑵ ， 其中，，，， ， 代入数据，得 ⑶ →→ 其中，，，， ， 代入数据，得 3—10 一个半导体激光器发射波长为μm，谐振腔具有“箱式”结构，腔长，宽，厚，介质的折射率。假设谐振腔周围的壁能完全地反射光，则谐振腔模式满足

m，s，q是整数，为1，2，3，…，它们分别表示各个方向上的模数，求： ⑴谐振腔允许的纵模模数； ⑵设，，计算纵模的波长间隔。 解： ⑴ 已知 则纵模模数 其中，，，，为定值 当q取得最大值时，m、s均取最小值1 此时，计算得 ∴，且q为整数 谐振腔允许的纵模模数为910 ⑵ 由第⑴问，得当，时， 当时，；当时， 4—11 在数字光纤通信系统中，选择码型时应考虑哪几个因素 答： 数字光纤通信系统对线路码型的主要要求是保证传输的透明性，具体要求有：

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能提供一定的冗余度，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，应尽量减小冗余度，以免占用过大的带宽。

光纤通信阶段作业

光纤通信阶段作业 道小题，共100.0分）一、单项选择题（共20 1310nm1.目前光纤通信的长波长低损耗工作窗口是 A 和 nm 。 A. 1550 B. 1480 C. 980 D. 1510 光纤通信的三个低损耗窗口是1310nm、2. 850nm、___C_______μm。 A. 1560 B. 1550 C. 1.55 D. 1.51 3. 渐变型光纤是指_____B______是渐变的。

A. 纤芯和包层的折射率 B. 纤芯的折射率 C. 包层的折射率 D. 模式数量 4. 当光纤纤芯的折射率与包层的折射率 C 时，称为弱导波光纤。 A. 差2倍 B. 相差很大 C. 差别极小 D. 相等 5.在阶跃型光纤中，导波的特性参数有 D 。 A. B. C. D. 6.阶跃型光纤中的主模是 B ，其截止时归一化频率 为。 A. B. C. D. 。在子午面上的光射线在一个周期内和该平面中心轴交叉两次，这种射线被称为B 7. A. 反射线 B. 子午线 C. 斜射线 D. 折射线阶跃型光纤中数值孔径的计算式为8. 。____C________________

A. B. C. D. 因素的影响。___________和9. 渐变型光纤子午线的轨迹方程受纤芯的折射率分布、___A________ A. 光线入射点处的折射率、光线入射点处的轴向角 B. 光线入射点处的折射率、光线入射点处的半径光线入射点处的轴向角、光线入射点处的NC. 0光线入射点处的轴向角、纤芯和包层发生全反射的入射角 D. 的折射指数分布光纤为多模渐变型光纤的最佳折射指数分布形式。 A 10. 渐变指数A. 2 ∞B. 1 C. 3 D. 渐变型光纤的最佳折射指数分布是指11. 型折射指数分布。___D_______ A. 立方线 B. 常数C. D. 平方光纤可以消除光纤中由于色散的存在使得光脉冲信号发生的展宽和畸____D_______12. 利用一段变。 A. 色散位移单模光纤非零色散光纤B. 色散平台光纤C. D. 色散补偿光纤 色散位移单模光纤是将零色散点从13. ______B_____移到___________处的光纤。 A. 1.55μm、1.31μm B. 1.31μm、1.55μm C. 1.3μm、1.31μm D. 0.85μm、1.55μm 14. 从时延差公式可见，多模阶跃型光纤的时延差与____成正比，多模渐变型光纤的时延差与____成正比，因此， ____D_______光纤的色散较小。 2、Δ、阶跃型Δ A. 2、阶跃型、ΔΔB.

《光纤通信》第5章作业答案

第5章光放大器 一、填空题 1．损耗和色散是影响光纤通信最大中继距离的两个重要因素，为保证长途光纤信号传输质量的可靠性，必须要在线路的适当位置设立中继站，传统的中继器采用的是形式的中继器。 答案：光电混合 2．研究最早而推广最慢的光放大器为，目前已投入市场的光放大器是。答案：半导体光放大器，EDFA 3．常见的非线性效应光放大器有和两种。 答案：受激拉曼光放大器，受激布里渊光放大器 4．常选EDFA泵浦激光的波长为nm和nm。 答案：980，1480 5．EDFA的输入信噪声比与输出信噪比叫。 答案：噪声系数。 6．掺铒光纤激光器的结构包括三部分，分别为：、和。答案：增益介质，光学谐振腔，泵浦源。 7．光纤激光器的工作条件是增益介质。 答案：粒子数反转。 8．成对出现的光栅是光栅，把光栅烧入掺杂光纤中的光栅是光栅。 答案：分布布拉格，分布反馈。 9光纤激光器用在和未来的系统中。 答案：DWDM，相干光通信 二、选择题 1．EDFA属于再生器。（）A．1R B．2R C．3R D．光电混合 答案：A 2．光载波为1550nm，光放大器的泵浦激光波长为，才是共振泵浦。（）A．980nm B．1480nm C．1310nm C．1400nm 答案：B 3．如何使SOA实现粒子数反转？（）A．光泵浦B．反向偏置电压C．正向偏置电压D．不加电压 答案：C 4．当强泵浦激光注入时，可利用在中发生的交叉增益调制、交叉相位调制和四波混频来制成波长变换器。（）A．SBA B．EDFA C．EPFA D．SOA 答案：D 5．提高DBR光纤光栅激光器的吸收效率，可用下列哪种方法？（）A．Er-Yb共掺杂光纤B．采用主振荡器—功率放大器一体化 C．有源反馈技术D．采用共振泵浦 答案：A 6．EDFA的工作波长正好落在（）范围。（）A．0.8~1.0μm B．1.5~1.53μm C．1.53~1.56μm D．1.56~1.58μm 答案：C

光纤通信大作业

DWDM技术的现状与发展 摘要;随着公用通信网及国际互联网的飞速发展,人们对宽带通信提出了前所未有的要求,一些原有的通信技术,如时分复用(TDM)和波分复用(WDM)等已不能满足宽带通信的要求。在这种情况下,密集波分复用(DWDM)作为一种新兴的通信技术即应运而生。本文介绍了DWDM 技术出现的历史背景，分析了DWDM的基本原理，然后对DWDM的技术特点进行阐述，再介绍了DWDM的关键技术，研究DWDM在未来的发展趋势。 密集型光波复用（DWDM：Dense Wavelength Division Multiplexing）是能组合一组光波长用一根光纤进行传送。这是一项用来在现有的光纤骨干网上提高带宽的激光技术。更确切地说，该技术是在一根指定的光纤中，多路复用单个光纤载波的紧密光谱间距，以便利用可以达到的传输性能。这样，在给定的信息传输容量下，就可以减少所需要的光纤的总数量。 一、应用背景 传统的光纤通信技术用一根光纤只传播一种波长的光信号，这无疑是对光纤容量的一种浪费。而 DWDM 系统是在现有的光纤骨干网上通过提高带宽，利用光纤丰富的带宽来进行不同波长光的传输，大大提高了光纤的负载能力。作为一种区别于传统光纤的激光技术，它通过利用单个光纤载波的紧密光谱间距，以达到在一根指定光纤中多路复用的目的，这样就可以更好的控制信号在传播过程中的色散和信号衰减，实现在一定数量光纤下传递信息容量最大化。这是一项用来在现有的光纤骨干网上提高带宽的激光技术。这项技术的产生是对原先光钎数据传输技术的缺点的改进。原先光钎数据传输技术主要有两种：空分复用（SDM）和时分复用（TDM）。 空分复用（SDM）是靠增加光纤数量的方式线性增加传输的容量，传输设备也线性增加。如果没有足够的光纤数量，通过重新敷设光缆来扩容，工程费用将会成倍增长。而且，这种方式并没有充分利用光纤的传输带宽，造成光纤带宽资源的浪费。作为通信网络的建设，不可能总是采用敷设新光纤的方式来扩容，事实上，在工程之初也很难预测日益增长的业务需要和规划应该敷设的光纤数。因此，空分复用的扩容方式十分受限； 时分复用（TDM）可以成倍地提高光传输信息的容量，极大地降低了每条电路在设备和线路方面投入的成本，并且采用这种复用方式可以很容易地在数据流中插入和抽取某些特定

光纤通信系统与网络试卷及答案教学提纲

光纤通信系统与网络试卷及答案

浙江师范大学《光纤通信》考试卷 （2013----2014 学年第一学期） 考试形式闭卷使用学生 sample 考试时间120分钟出卷时间2013年12月27日 说明：考生应将全部答案都写在答题纸上，否则作无效处理。 一、选择题（10％） 1 半导体光源中，由以下哪个电路模块解决其对温度变化敏感的问题（B） A.APC B.ATC C.过流保护 D.时钟控制 2 ECL激光器是利用以下哪个器件对工作波长进行选择。（A） A.光栅 B.棱镜 C.透镜 D.波导 3 STM-16的标准速率为（C） A.155Mb/s B.622Mb/s C. 2.5Gb/s D.10Gb/s

4.下列哪些指标是系统可靠性指标（D） A.HRDL B.HRDS C.BER D.MTTR 5如果原始码序列为100010001，采用3B1P奇校验进行编码，则变换后的码序列为（C） A.100101010010 B.100101000010 C.100001000010 D.1000100010 二、是非判断题(28％) 1.由于LED具有阈值电流，所以不适合模拟调制 2.光纤通信系统的带宽主要由其色散所限制 3.光纤通信系统所采用的波长的发展趋势是向短波方向转移的 4.激光是光纤通信系统所采用的主要光源 5.在通信中，我们通常使用弱导光纤 6.本征半导体中掺入施主杂质，称为N型半导体 7.光纤的数值孔径越大，集光能力越强，所以在通信中我们采用大数值孔 径光纤 8.在光纤中，比光波长大的多的粒子引起的散射称为瑞利散射 9.光电效应产生的条件是入射波长大于截止波长 10.SRS现象总是由于光信号和介质中的声子相作用产生 11.OXC节点和OADM节点是全光网中的核心节点

《光纤通信》第3章作业答案

第3章 习题及答案 一．填空 1．对于二能级原子系统，要实现光信号的放大，原子的能级分布必须满足高能级粒子数大于低能级粒子数，即粒子数反转分布条件。 2．一个电路振荡器，必须包括放大部分、振荡回路和反馈系统。而激光振荡器也必须具备完成以上功能的部件，故它也包括三个部分：能够产生激光的 工作物质 ，能够使工作物质处于粒子数反转分布的 ，能够完成频率选择及反馈作用的 。 答案：工作物质，泵浦源，光学谐振腔 3．半导体光放大器的粒子数反转可通过对PN 节加 偏压来实现。PN 结加上这种偏压后，空间电荷区变窄，于是N 区的电子向P 区扩散，P 区的空穴向N 区扩散，使得P 区和N 区的少数载流子增加。当偏压足够大时，增加的少数载流子会引起粒子数反转。 答案：正向。 4．对于半导体激光器，当外加正向电流达到某一值时，输出光功率将急剧增加，表明振荡产生了激光，把这个电流值叫 ，用th I 表示。当th I I <时，激光器发出的是 ，因此光谱很宽，宽 度常达到几百埃；当th I I >时，激光器发出的是 ，光谱突然变得很窄，谱线中心强度急剧增加， 表面发出的是激光。 答案：阈值电流，荧光，激光。 5．影响耦合效率的主要因素是光源的发散角和光纤的数值孔径。发散角越大，耦合效率越 ；数值孔径越大，耦合效率越 。 答案：低，高。 6．激光和光纤的耦合方式有直接耦合和透镜耦合。当发光面积大于纤芯截面积时，用 ；当发光面积小于纤芯截面积时，用 。 答案：透镜耦合，直接耦合。（课本上有误） 7．半导体激光器其光学谐振腔的谐振条件或驻波条件是 。 答案：2g L q λ=（或2nL q λ=）。 8．判断单模激光器的一个重要参数是 ，即最高光谱峰值强度与次高光谱峰值强度之比。 答案：边模抑制比。 二．判断题 1．电子服从费米能级分布，即在热平衡条件下，占据能级低的概率大，占据能级高的概率小。 （ ） 正确 2．自发辐射的光子方向是随机的，发出非相干光，且不需要外来光场的激励。 （ ） 正确 3．LED 与单模光纤的耦合效率低于LD 与单模光纤的耦合效率，边发光比面发光LED 耦合效率低。 （ ） 错误，边LED 比面LED 耦合效率高 4．光检测器要产生光电流，入射光波长必须大于截止波长，所以长波长检测器能用于短波长检测。 （ ） 错误。应该小于。 5．设计工作于1.55 μm 的光检测器同样能用作1.3 μm 的光检测器，且在长波长灵敏些。 （ ） 正确。因为在一定波长工作的光检测器能工作于更短的波长。 三．选择题 1．对于半导体激光器的结构，下列说法错误的是（ ） A ．F-P 激光器是多模，DF B 和DBR 激光器是单模激光器

光纤通信作业附件

光纤通信作业 第一章：光纤通信 1、什么是光纤通信？系统的组成有哪些？ 光纤通信是利用光导纤维（SiO2）作为传输光波信号的通信方式 一个光纤通信系统通常由电发射机、光发射机、光接收机、电接收机和由光纤构成的光缆等组成。 2、什么是光通信？ 3、光纤通信的优点？《每句话前半部分重要》 传输频带宽，通信容量大。 传输衰减小，传输距离长。 抗电磁干扰，传输质量好。 体积小、重量轻、便于施工。 原材料丰富，节约有色金属，有利于环保。 4、光纤通信的工作波长？ 5、WDM是指什么？DWD指什么？ 时分复用(TDM)方式。波分复用(WDM)方式。密集波分复用（DWDM）。 6、光纤从材料上可以分为哪几种？ 从材料上分为石英光纤、多组分玻璃光纤、氟化物光纤、塑料光纤等。 7、光纤活动连接器从连接方式来看分为哪几种？常见的插针端面有哪几种？12页 一种是永久性连接，一种是活动性连接。

从连接方式看光纤通信应用广泛的是：FC型、ST型、SC型 8、按缆芯结构分，光缆分为哪几种？ 9、光纤的制造分哪几个步骤？ 10、按材料分光纤分几种？与前题重复 11、无源器件的种类 无源器件包括：连接器、分路器与耦合器、衰减器、隔离器、滤波器、波分复用器、光开关和光调制器等。 本章注意： 1、

2、 3、 4、 5、 6、

第二章：光纤通信的物理学基础 1、通过哪些现象可以证明光具有波动性。 光的波动性可以从光的干涉、光的衍射、光的偏振等现象得到证明。 2、什么叫光电效应？光电效应具有哪些试验规律？ 由于光的照射，使电子从金属中溢出的现象称为光电效应。 光电效应具有如下实验规律： 3、什么是光的吸收、光的色散和光的散射？ 光的吸收是指光波通过介质后，光强减弱现象。 光的色散是介质的折射率n 随光波波长λ变化的现象。()λf =n 当光通过介质时，偏离原来的方向而向四周传播，这种现象称为光的散射。 4、什么是自发辐射、受激吸收和受激辐射？

《光纤通信》课后习题及答案

1．光纤通信的优缺点各是什么？ 答：优点有：带宽资源丰富，通信容量大；损耗低，中继距离长；无串音干扰，保密性好；适应能力强；体积小、重量轻、便于施工维护；原材料来源丰富，潜在价格低廉等。 缺点有：接口昂贵，强度差，不能传送电力，需要专门的工具、设备以及培训，未经受长时间的检验等。 2．光纤通信系统由哪几部分组成？各部分的功能是什么？ 答：光纤通信系统由三部分组成：光发射机、光接收机和光纤链路。 光发射机由模拟或数字电接口、电压—电流驱动电路和光源组件组成。光源组件包括光源、光源—光纤耦合器和一段光纤（尾纤或光纤跳线）组成。 模拟或数字电接的作用是实现口阻抗匹配和信号电平匹配（限制输入信号的振幅）作用。光源是LED或LD，这两种二极管的光功率与驱动电流成正比。电压—电流驱动电路是输入电路与光源间的电接口，用来将输入信号的电压转换成电流以驱动光源。光源—光纤耦合器的作用是把光源发出的光耦合到光纤或光缆中。 光接收机由光检测器组件、放大电路和模拟或数字电接口组成。光检测器组件包括一段光纤（尾纤或光纤跳线）、光纤—光检波器耦合器、光检测器和电流—电压转换器。 光检测器将光信号转化为电流信号。常用的器件有PIN和APD。然后再通过电流—电压转换器，变成电压信号输出。模拟或数字电接口对输出电路其阻抗匹配和信号电平匹配作用。 光纤链路由光纤光缆、光纤连接器、光缆终端盒、光缆线路盒和中继

器等组成。 光纤光缆由石英或塑料光纤、金属包层和外套管组成。光缆线路盒：光缆生产厂家生产的光缆一般为2km一盘，因而，如果光发送与光接收之间的距离超多2km时，每隔2km将需要用光缆线路盒把光缆连接起来。光缆终端盒：主要用于将光缆从户外（或户内）引入到户内（或户外），将光缆中的光纤从光缆中分出来，一般放置在光设备机房内。光纤连接器：主要用于将光发送机（或光接收机）与光缆终端盒分出来的光纤连接起来，即连接光纤跳线与光缆中的光纤。 3．假设数字通信系统能够在高达1%的载波频率的比特率下工作，试问在5GHz的微波载波和 1.55μm的光载波上能传输多少路64kb/s的音频信道？ 解：根据题意，求得在5GHz的微波载波下，数字通信系统的比特率为50Mb/s，则能传输781路64kb/s的音频信道。 根据题意，求得在 1.55μm的光载波下，数字通信系统的比特率为1.935Gb/s，则能传输30241935路64kb/s的音频信道。 4．SDH体制有什么优点？ 答：（1）SDH传输系统在国际上有统一的帧结构，数字传输标准速率和标准的光路接口，使网管系统互通，因此有很好的横向兼容性，它能与现有的准同步数字体制（PDH）完全兼容，并容纳各种新的业务信号，形成了全球统一的数字传输体制标准，提高了网络的可靠性； （2）SDH接入系统的不同等级的码流在帧结构净负荷区内的排列非常有规律，而净负荷与网络是同步的，它利用软件能将高速信号一次直接分插出低速支路信号，实现了一次复用的特性，克服了PDH准同步复用方

光纤通信技术试题1及答案

一、填空题（20分) 1、目前光纤通信所用光波得光波波长范围为:0、８～1、8μm,属于电磁波谱中得近红外区。 2、光纤得典型结构就是多层同轴圆柱体，它由、与三部分组成. 3、光纤通信中常用得三个低损耗窗口得中心波长就是: , ，；最低损耗窗口得中心波长就是在: 。 4、光纤得色散分为色散色散与色散。 5、光与物质得粒子体系得相互作用主要有三个过程就是：，，；产生激光得最主要过程就是: 。６、光源得作用就是将变换为；光检测器得作用就是将转换为. 二、单项选择题(15分） 1光纤通信指得就是：［Ｂ] A以电波作载波、以光纤为传输媒介得通信方式； B 以光波作载波、以光纤为传输媒介得通信方式; C 以光波作载波、以电缆为传输媒介得通信方式; D 以激光作载波、以导线为传输媒介得通信方式。 2 光纤单模传输条件，归一化频率V应满足：［Ｂ］ -－－-A—V>2、40５——--—－B－V〈２、405-——－－-C- V＞3、832————－D- Ｖ〈3、832 3 使用连接器进行光纤连接时,如果接续点不连续，将会造成:[Ｃ］ A 光功率无法传输； B 光功率得菲涅耳反射; Ｃ光功率得散射损耗； D 光功率得一部分散射损耗，或以反射波形式返回发送端。 4 在激光器中，光得放大就是通过：［Ｃ] A 光学谐振腔来实现; B 泵浦光源来实现； C粒子数反转分布得激活物质来实现; D 外加直流来实现. ５掺铒光纤得激光特性：［B] A主要由起主介质作用得石英光纤决定; B 主要由掺铒元素决定; C 主要由泵浦光源决定; D 主要由入射光得工作波长决定. 三、（15分)如图所示,用射线理论分析子午光线在阶跃光纤中得传输原理.

光纤通信作业

第一章 1. 光纤通信有哪些优点 容许频带很宽，传输容量很大； 损耗很小，中继距离很长且误码率很小； 重量轻，体积小； 抗电磁干扰性能好； 泄露小，保密性能好； 节约金属材料，有利于资源合理使用。 2. 光纤通信系统有哪几部分组成？简述各部分作用。 信息源：把用户信息转换为原始电信号，这种信号称为基带信号。 电发射机：把基带信号转换为适合信道传输的信号，这个转换如果需要调制，则其输出信号称为已调信号。 光发射机：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地注入光纤线路。 光纤线路：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。 光接收机：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。 电接收机：功能和电发射机的功能相反，它把接收的电信号转换为基带信号。 信息宿：恢复用户信息。 第二章 1均匀光纤芯与包层的折射率分别为:45.1,50.121 ==n n 试计算： （1）光纤芯与包层的相对折射率差△=？ （2）光纤的数值孔径NA=? （3）在1米长的光纤上，由子午线的光程差所引起的最大时延差?max =?τ 解：()121n n n -=? NA= ?≈-212 221n n n ()?≈= =?c L n NA c n L c n L c 12121max 22θτ 2.目前光纤通信为什么采用以下三个工作波长 ?55.1,31.1,85.0321m m m μλμλμλ=== 损耗：在1.31，1.55存在低损耗窗口 色散：随波长增加，色散减小，带宽增加 所以采用1.31,1.55,0.85 3.光纤通信为什么向长波长、单模光纤方向发展？ 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传播时间不同的程度显著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，随着波长的增大，损耗呈下降趋势，且在1.31μm 和1 . 55μm 处的色散很小，故目前长距离光纤通信一般都工作在1 . 55μm. 4.光纤色散产生的原因及其危害是什么？ 答 光纤色散是由光纤中传输的光信号。由于不同成分的光时间延迟不同而产生的。光纤色散对光纤传输系统的危害有：若信号是模拟调制的，色散将限制带；是数字脉冲，色散将使脉冲展宽，限制系统传输速率（容量） . 5.光纤损耗产生的原因及其危害是什么？ 答 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。光纤损耗使系统的传输距离受到限制．大损耗不利于长距离光纤通信。 第三章 1.设激光器的高能级和低能级的能量各为 12E E 和,频率为f ，相应能级上的粒子密度 12N N 和。计算 (1)当f=3000MHZ,T=300K 时，?12=N N (2)当?300,112===N N K T m 时，μλ (3)当 ，若.10,112==N N m μλ环境温度 T=？ ??? ? ???????-?? ? ??----====-30010381.110300010628.61111 2 216341 2e e e N N h f E E KT hf KT E E （2）6104.2124 .1?== =λ g E hf

南邮光纤通信系统第4章1节作业

第四章1节作业 1、光纤通信系统用的光检测器是怎样偏置外加工作电压的？ 答：反向偏置。 足够大的反向偏置电压，目的是使本征区中的载流子完全耗尽，形成高电场耗尽区。使入射到检测器上的光子能量高速度、高效率转换成光生电子。APD 管加上更高反向电压，可以形成雪崩倍增增益。 2、比较PIN 光电检测器与APD 光电检测器，各自有那些特点？ 答：（1）PIN 光电二极管没有倍增，使用简单，工作偏压低(5-10V)，不需要任何控制。 在较大光功率注入下，PIN 接收机噪声性能要比APD 接收机噪声性能（信噪比降低G x 倍）优越。 （2）APD 具有很高的内部倍增因子（通过合理设计，可以使APD 工作在最佳倍增状态），这样接收灵敏度比PIN 光检测器高。 但由于APD 需要较高的工作偏压（200V ）以及其倍增特性受温度的影响较严重因此使用起来也比较复杂，需要AGC 电路对APD 的工作偏压进行精细控制，在要求较高的数字光接收机中，还必须对APD 采取温度补偿措施。 在较小光功率注入下，APD 接收机噪声性能（信噪比提高G 2 倍）要比PIN 接收机噪声性能优越。 3、光电检测器转换能力的物理量有哪些？写出其表达式。 答：量子效率η和响应度R 0 0000//(/) 1.24P P P I e I hc P hf P e I e R A W P hc m ηλ ληληλμ=====注意：以为单位 4、现有1011个光子／秒，光子能量为1.28×10-19J ，入射到一个理想的光电二极管上，计算： (a)入射光波长； (b)输出光电流大小； (c)若这是一个APD ，其G=18，计算光电流。 解：

光纤通信技术试题及答案doc

一、填空题（40分，每空1分） 1、光纤通信是光纤为传输媒质。以光波为载波的通信方式。 2、无源器件主要有光纤连接器、波分复用器、光调制器、光隔离器、光耦合器和光衰减器、光开关等。 3、单模光纤纤芯直径一般为 8~10um ，多模光纤纤芯直径为 50~80 um ，光纤包层直径一般为 125 um 。 4、光缆结构包括缆芯、铠装和护套。常用光缆有层绞式、骨架式、中心管式、带状式等结构。 5、光纤主要的传输特性是损耗和色散。 7、在光纤通信系统中，对光源的调制可分外调制和内调制两类。 8、掺铒光纤放大器应用方式有中继放大器、前置放大器和 后置放大器。 10、EDFA的泵浦结构方式有：a. 同向泵浦；b. ___反向泵浦____结构；c.双向泵浦结构。 11、SDH的主要复用步骤是映射、定位和复用。 12、光中继器实现方式有光-电-光形式中继放大器 和光放大器两种 1、为增大光接收机的接收动态范围，应采用（ B ）电路。 A．ATC B．AGC C．APC D．ADC 2、光纤数字通信系统中不能传输HDB3码的原因是( A ) A.光源不能产生负信号光 B.将出现长连“1”或长连“0” C.编码器太复杂 D.码率冗余度太大 4、在光纤通信系统中，EDFA以何种应用形式可以显著提高光接收机的灵敏度( A ) A.作前置放大器使用 B.作后置放大器使用 C.作功率放大器使用 D.作光中继器使用 5、STM－4每秒可传输的帧数是( D ) A.1000 B.2000 C.4000 D.8000

6、STM-N一帧的字节数是( C )。 A.2709 B.274N9 C.270N9 D.261N9 7、在光纤通信系统中，当需要保证在传输信道光的单向传输时，采用( B )。 A.光衰减器 B.光隔离器 C.光耦合器 D.光纤连接器 8、决定光纤通信中继距离的主要因素是( B ) A.光纤的型号 B.光纤的损耗和色散 C.光发射机的输出功率 D.光接收机的灵敏度 9、下列哪一个不是SDH网的特点( D ) A.具有全世界统一的接口标准 B.大量运用软件进行系统配置的管理 C.复用映射结构灵活 D.指针调整技术降低了设备复杂性 10、将光限制在有包层的光纤纤芯中的作用原理是（ B ） A.折射 B.在包层折射边界上的全内反射 C.纤芯—包层界面上的全内反射 D.光纤塑料涂覆层的反射 三、简答题（20分） 1、简述掺铒光纤放大器（EDFA）工作原理。（9分） 1、在掺铒光纤（EDF）中，铒离子有三个能级：基态E1、亚稳态E2和激发态E3。 当泵浦光的光子能级等于E3和E1的能量差时，铒离子吸收泵浦光的光能从基态跃迁到激发态，但激发态不稳定，电子很快返回到E2，若输入的信号光的光子能量等于E 2和E1之间能量差，则电子从E2跃迁到E1，产生受激辐射光，故光信号被放大。 2、光纤通信有哪些优点？（6分） 2、①传输衰减小，传输距离长。 ②频带宽，通信容量大。 ③抗电磁干扰，传输质量好。 ④体积小、重量轻、便于施工。 ⑤原材料丰富，节约有色金属，有利于环保 ⑥易碎不易接续。 3、什么叫光纤损耗？造成光纤损耗的原因是什么？（5分） 3、当光在光纤中传输时，随着传输距离的增加，光功率逐渐减小，这种现象即称为光纤的损耗。损耗一般用损耗系数α表示。 （dB/km）（3分） 损耗产生的主要原因是光纤材料的吸收、散射作用和光纤在使用过程中由于连接、弯曲而导致附加光功率损失。（2分）