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《光纖通信》 人民郵電出版社 課后答案 第一章 基本理論 1、階躍型折射率光纖的單模傳輸原理是什么？答：當(dāng)歸一化頻率V小于二階模LP11歸一化截止頻率，即0＜V＜2.40483時(shí)，此時(shí)管線(xiàn)中只有一種傳輸模式，即單模傳輸。 2、管線(xiàn)的損耗和色散對(duì)光纖通信系統(tǒng)有哪些影響？答：在光纖通信系統(tǒng)中，光纖損耗是限制無(wú)中繼通信距離的重要因素之一，在很大程度上決定著傳輸系統(tǒng)的中繼距離；光纖的色散引起傳輸信號(hào)的畸變，使通信質(zhì)量下降，從而限制了通信容量和通信距離。 3、光纖中有哪幾種色散？解釋其含義。答：（1）模式色散：在多模光纖中存在許多傳輸模式，不同模式沿光纖軸向的傳輸速度也不同，到達(dá)接收端所用的時(shí)間不同，而產(chǎn)生了模式色散。（2）材料色散：由于光纖材料的折射率是波長(zhǎng)的非線(xiàn)性函數(shù)，從而使光的傳輸速度隨波長(zhǎng)的變化而變化，由此引起的色散稱(chēng)為材料色散。（3）波導(dǎo)色散：統(tǒng)一模式的相位常數(shù)隨波長(zhǎng)而變化，即群速度隨波長(zhǎng)而變化，由此引起的色散稱(chēng)為波導(dǎo)色散。 5、光纖非線(xiàn)性效應(yīng)對(duì)光纖通信系統(tǒng)有什么影響？答：光纖中的非線(xiàn)性效應(yīng)對(duì)于光纖通信系統(tǒng)有正反兩方面的作用，一方面可引起傳輸信號(hào)的附加損耗，波分復(fù)用系統(tǒng)中信道之間的串話(huà)以及信號(hào)載波的移動(dòng)等， 另一方面又可以被利用來(lái)開(kāi)發(fā)如放大器、調(diào)制器等新型器件。 6、單模光纖有哪幾類(lèi)？答：?jiǎn)文９饫w分為四類(lèi)：非色散位移單模光纖、色散位移單模光纖、截止波長(zhǎng)位移單模光纖、非零色散位移單模光纖。 12、光纜由哪幾部分組成？答：加強(qiáng)件、纜芯、外護(hù)層。 *、光纖優(yōu)點(diǎn)：巨大帶寬（200THz）、傳輸損耗小、體積小重量輕、抗電磁干擾、節(jié)約金屬。 *、光纖損耗：光纖對(duì)光波產(chǎn)生的衰減作用。 引起光纖損耗的因素：本征損耗、制造損耗、附加損耗。 *、光纖色散：由于光纖所傳輸?shù)男盘?hào)是由不同頻率成分和不同模式成分所攜帶的，不同頻率成分和不同模式成分的傳輸速度不同，導(dǎo)致信號(hào)的畸變。 引起光纖色散的因素：光信號(hào)不是單色光、光纖對(duì)于光信號(hào)的色散作用。 色散種類(lèi)：模式色散（同波長(zhǎng)不同模式）、材料色散（折射率）、波導(dǎo)色散（同模式，相位常數(shù)）。 *、單模光纖：指在給定的工作波長(zhǎng)上只傳輸單一基模的光纖。 第二章 光源和光發(fā)射機(jī) 1、光與物質(zhì)間的作用有哪三種基本過(guò)程？它們各自的特點(diǎn)是什么？ 答：（1）自發(fā)輻射：處于高能級(jí)電子的自發(fā)行為，與是否存在外界激勵(lì)作用無(wú)關(guān)；自發(fā)輻射可以發(fā)生在一系列的能級(jí)之間，用此材料的發(fā)射光譜范圍很寬；即使躍遷過(guò)程滿(mǎn)足相同能級(jí)差，它們也是獨(dú)立的、隨機(jī)的輻射，產(chǎn)生的光子能量相同而彼此無(wú)關(guān)，各列光波可以有不同的相位和偏振方向， 而且向空間各個(gè)角度傳播，是一種非相干光。 （2）受激輻射：感應(yīng)光子的能量等于向下躍遷的能級(jí)之差；受激輻射產(chǎn)生的光子與感應(yīng)光子全是全同光子，它們是相干的；受激輻射過(guò)程實(shí)質(zhì)上是對(duì)外來(lái)入射光的放大過(guò)程。 （3）受激吸收：受激吸收時(shí)需要消耗外來(lái)光能；受激吸收過(guò)程對(duì)應(yīng)光子被吸收，生成電子—空穴對(duì)的光電轉(zhuǎn)化過(guò)程。 2、什么是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布？答：處于高能態(tài)的粒子數(shù)多于處于低能態(tài)的粒子數(shù)。 3、怎樣實(shí)現(xiàn)光放大？答：使媒質(zhì)中高能級(jí)上的電子密度大于低能級(jí)上的電子密度，則受激輻射占主導(dǎo)地位，光波經(jīng)過(guò)媒質(zhì)時(shí)強(qiáng)度按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)，光波被放大，則實(shí)現(xiàn)光放大。 4、構(gòu)成激光器必須具備哪些功能部件？ 答：有源區(qū)，光反饋裝置，頻率選擇元件，光束的方向選擇元件，光波導(dǎo)。 5、有哪些方法實(shí)現(xiàn)光學(xué)諧振腔？與之對(duì)應(yīng)的激光器類(lèi)型是什么？答：（1）用晶體天然的解理面形成法布里-珀羅諧振腔（F-P腔），當(dāng)光在諧振腔中滿(mǎn)足一定的相位條件和諧振條件時(shí)，建立起穩(wěn)定的光振蕩；（2）利用有源區(qū)一側(cè)的周期性波紋結(jié)構(gòu)提供光耦合來(lái)形成光振蕩。 *、激射的一般條件：（1）有源區(qū)里產(chǎn)生足夠的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布；（2）存在光學(xué)諧振機(jī)制，并在有源區(qū)里建立起穩(wěn)定的激光振蕩 第三章 光接收機(jī) 1、分析光電二極管和APD的工作原理。 答：光電二極管：受激吸收，電子—空穴對(duì)運(yùn)動(dòng)；APD：電子—空穴對(duì)多次碰撞產(chǎn)生雪崩光倍增。 2、分析光電二極管和APD性能參數(shù)上的異同點(diǎn)。 答：APD是有增益的光電二極管，在光接收機(jī)靈敏度要求較高的場(chǎng)合，用APD有利于延長(zhǎng)系統(tǒng)的傳輸距離，在靈敏度要求不高的場(chǎng)合，一般用沒(méi)有增益的PIN光電檢測(cè)器。 第四章 光纖通信系統(tǒng) 2、什么是SDH？簡(jiǎn)述出主要特點(diǎn) 答：（1）SDH技術(shù)是在信息結(jié)構(gòu)等級(jí)、開(kāi)銷(xiāo)安排、同步復(fù)用映射結(jié)構(gòu)、指針定位調(diào)整和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口等方面標(biāo)準(zhǔn)化的、主要采用光纖傳輸媒質(zhì)（少量微波和電纜）的數(shù)字傳送技術(shù)。（2）特點(diǎn)（優(yōu)點(diǎn)）：①具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)光接口；②開(kāi)銷(xiāo)比特豐富；③采用數(shù)字同步復(fù)用；④數(shù)字分插復(fù)用直接上下2Mbit/s；⑤數(shù)字交叉連接提高網(wǎng)絡(luò)靈活性；⑥環(huán)形網(wǎng)具有“自愈”能力。 3、SDH的幀結(jié)構(gòu)由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？ 答：SDH的幀結(jié)構(gòu)由三部分組成：（1）STM-N凈負(fù)荷：存放STM-N傳送的各種用戶(hù)信息碼塊；（2）段開(kāi)銷(xiāo)SOH：保證信息凈負(fù)荷正常傳送所必須附加的運(yùn)行、管理和維護(hù)（OAM）字節(jié)；（3）管理單元指針：指示信息凈負(fù)荷的第一個(gè)字節(jié)在STM-N幀內(nèi)的準(zhǔn)備位置。 4、目前使用的SDH信號(hào)的速率等級(jí)是如何規(guī)定的？答：SDH信號(hào)的速率等級(jí)是在傳輸線(xiàn)路的基礎(chǔ)上定義的，傳輸線(xiàn)路可以是光線(xiàn)，也可以是微波和衛(wèi)星傳輸通道。 7、光纖放大器有哪些類(lèi)型？答：半導(dǎo)體光放大器、摻鉺光放大器、拉曼放大器。 8、EDFA能放大哪個(gè)波段的光信號(hào)？簡(jiǎn)述EDFA的結(jié)構(gòu)？工作原理？ 答：（1）EDFA能對(duì)1550nm波段的光進(jìn)行放大；（2）結(jié)構(gòu)：由摻鉺光纖、泵浦源、波分復(fù)用器、光隔離器、濾波器組成；（3）原理：鉺離子吸收泵浦光產(chǎn)生受激輻射光,使傳輸信號(hào)光得到放大。 9、對(duì)于980nm泵浦和1480nm泵浦的EDFA，哪種泵浦方式的功率轉(zhuǎn)換效率高？哪種泵浦方式的噪聲系數(shù)?。繛槭裁?？答：（1）980nm泵浦的EDFA功率轉(zhuǎn)換效率高，可達(dá)11dB/mW，而1480nm的只有6.5dB/mW；（2）前者的噪聲系數(shù)小，只有3.2dB~3.4dB，而后者最小約為4dB；（3）這是因?yàn)椴捎?480nm泵浦的方向泵浦時(shí)，具有高的量子轉(zhuǎn)換效率。 10、拉曼光纖放大器突出的優(yōu)點(diǎn)是什么？ 答：（1）增益介質(zhì)為普通傳輸光纖，與光纖具有良好的兼容性；（2）增益波長(zhǎng)由泵浦光波長(zhǎng)決定，不受其他因素限制；（3）增益高，串?dāng)_小，噪聲系數(shù)低，頻譜范圍寬，溫度穩(wěn)定性好。 12、舉例說(shuō)明光纖放大器在光纖通信領(lǐng)域中的應(yīng)用。答：（1）EDFA在密集波分復(fù)用大容量超長(zhǎng)光纖傳輸方面發(fā)揮巨大作用，如在DWDM系統(tǒng)、HFC系統(tǒng)中的應(yīng)用；（2）RFA的應(yīng)用：獨(dú)立拉曼寬帶放大器、RFA+EDFA混合放大器、用RFA制成有源無(wú)損器件或動(dòng)態(tài)均衡器件。 第五章 無(wú)源光器件和WDM技術(shù) 2、試分析光耦合器的功能有哪些？如何實(shí)現(xiàn)光耦合？如何改變耦合器的分光比？ 答：（1）功能：①以光為媒介傳輸電信號(hào)，對(duì)輸入、輸出電信號(hào)有良好的隔離作用；②把多個(gè)光信號(hào)耦合到一起；③將光信號(hào)分到多根光纖中；（2）實(shí)現(xiàn)：在光耦合器輸入端加電信號(hào)使發(fā)光源發(fā)光，此光照射到封裝在一起的壽光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，電受光器輸出端引出，這樣就實(shí)現(xiàn)光耦合；（3）改變分光比：改變耦合區(qū)的長(zhǎng)度，就能改變耦合臂分配到的光功率，從而改變分光比。 4、光纖偏振控制器和光纖布拉格光柵的工作原理是什么？ 答：（1）光纖偏振控制器：將光纖纏繞在盤(pán)上，由應(yīng)力引起光纖感生雙折射，使輸入光在兩個(gè)偏振方上產(chǎn)生相移，起偏振控制作用；（2）光纖布拉格光柵：FBG提供周期性的耦合點(diǎn)，使單模光纖中入社的基模根據(jù)光柵和不同傳輸常數(shù)決定的相位條件，可以耦合成前向或后向傳輸模式。 7、解釋環(huán)形器的工作原理，給出例子。答：（1）原理：光環(huán)形器利用光的偏振現(xiàn)象，其端口的輸入輸出關(guān)系是確定的，且只能正向傳輸；（2）應(yīng)用于光分插復(fù)用器中，將光隔離器反射回來(lái)的光信號(hào)通過(guò)另外一個(gè)端口輸出，可與光纖光柵構(gòu)成WDM系統(tǒng)。 13、密集波分復(fù)用系統(tǒng)中參考波長(zhǎng)為多少？標(biāo)準(zhǔn)的信道間隔是多少？答：密集波分復(fù)用系統(tǒng)中參考波長(zhǎng)為1552.52nm，標(biāo)準(zhǔn)的信道間隔為0.8nm（在1.55um波段對(duì)應(yīng)10GHz頻率間隔）的整數(shù)倍。 14、DWDM開(kāi)放式系統(tǒng)和集成式系統(tǒng)的區(qū)別？答：（1）開(kāi)放式系統(tǒng)是在波分復(fù)用器前加有波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器OUT，將SDH非規(guī)范的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)；（2）集成式系統(tǒng)是把標(biāo)準(zhǔn)的光波長(zhǎng)和滿(mǎn)足長(zhǎng)距離傳輸?shù)墓庠醇稍赟DH中，整個(gè)系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，沒(méi)有增加多于設(shè)備。 15、WDM系統(tǒng)中監(jiān)控信道的作用是什么？對(duì)其有什么要求？答：（1）作用：減少系統(tǒng)發(fā)生故障的幾率，減少故障修復(fù)時(shí)間，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的生存性和強(qiáng)壯性，降低運(yùn)行、維護(hù)和管理的成本；（2）條件：①監(jiān)控通路不限制光放大器泵浦波長(zhǎng)；②監(jiān)控通路不應(yīng)限制兩線(xiàn)路放大器之間的距離；③監(jiān)控通路不能限制未來(lái)在1310nm波長(zhǎng)的業(yè)務(wù)；④線(xiàn)路放大器失效時(shí)監(jiān)控通路仍然可用；⑤OSC傳輸應(yīng)該是分段的具有3R功能和雙向傳輸功能，在每個(gè)光放大器中繼站上，信息能被正確的接受下來(lái)，而且還可以附上新的監(jiān)控信號(hào)；⑥只考慮在兩根光纖上傳輸?shù)碾p向系統(tǒng)，允許OSC在雙向傳輸，以防一旦一根光纖被切斷后，監(jiān)控信息仍然能被線(xiàn)路中斷接受。