光纤通信

• 补充题
  • （一）三个重要波段
    • ①850nmnmnm
    • ②1310nmnmnm
    • ③1550nmnmnm
  • （二）准同步数字系列（Plesiochronous Digital Hierarchy）两种基础速率
    • 北美和日本：1.544Mb/s1.544Mb/s1.544Mb/s
    • 西欧和中国：2.048Mb/s2.048Mb/s2.048Mb/s
  • （三）同步数字系列（Synchronous Digital Hierarchy）帧结构
    • STM−NSTM−NSTM-N
    • 帧的周期
    • 传输速率
• 计算题
  • 不知道的公式（3-12）
  • 第一章
  • 第二章
    • ①相对折射率差：
    • ②数值孔径
    • ③时间延迟差（P17）
    • ④单模传输条件（P25）
  • 第三章
    • ①玻尔兹曼条件
    • ②玻尔兹曼分布
    • ③谐振腔模式数（3-10）
    • ④激光振荡相位条件
  • ④量子效率（P62）
  • ⑤响应度（P62）
• 第五章
  • ①中继距离（P116，5-4）
  • ②受色散距离限制的中级距离（P119，5-5）
• 简答题
  • 第一章
    • 1-1 光纤通信的优缺点各是什么？
    • 1-4 简述未来光网络的发展趋势及关键技术
  • 第三章
    • 3-3 半导体激光（LD）有哪些特性？
    • 3-7 试说明 APD 和 PIN 在性能上的主要区别。
    • 3-24 什么是雪崩倍增效应？
    • 3-26 光检测过程中都有哪些噪声？
  • 第四章
    • 4-1 激光器（LD）产生弛张振荡和自脉动现象的机理是什么？它的危害是什么？应如何消除这两种现象的产生？
    • 4-2 LD为什么能够产生码型效应？其危害及消除办法是什么？
    • 4-3 在LD的驱动电路里，为什么要设置功率自动控制电路APC？功率自动控制实际是控制LD的哪几个参数？。
    • 4-13 RZ码和NRZ码有什么特点？
  • 第六章
    • 6-1 试说明模拟光信号接收量子极限的含义。
    • 6-4 在模拟光纤传输系统中，为什么宁可采用扩展信号带宽的调制方式来增大传输距离，而不采用增设中继站的办法？
  • 第七章
    • 7-1 EDFAEDFAEDFA工作原理是什么？有哪些应用方式？
    • 7-2 对于 980980980 nm 泵浦和 148014801480 nm 泵浦的EDFAEDFAEDFA，哪一种泵浦方式的功率转换效率高？哪一种泵浦的噪声系数小？为什么？

补充题

（一）三个重要波段

①850nm$nm$

②1310nm$nm$

1310nm$nm$的色散为0$0$，但是损耗比较大

③1550nm$nm$

1550nm$nm$的损耗就比较小了

（二）准同步数字系列（Plesiochronous Digital Hierarchy）两种基础速率

北美和日本：1.544Mb/s$1.544Mb/s$

西欧和中国：2.048Mb/s$2.048Mb/s$

（三）同步数字系列（Synchronous Digital Hierarchy）帧结构

STM−N$STM-N$

STM−N$STM-N$就表示有N$N$个这样的帧结构为一坨

帧的周期

T=125μs$$T=125\mu s$$

传输速率

v=数据T=9×270×8×N125μs$$v=\frac{数据}{T}=\frac{9\times 270\times 8\times N}{125\mu s}$$

计算题

不知道的公式（3-12）

α=10llgP1P2$$\alpha =\frac{10}{l}lg\frac{P1}{P2}$$

第一章

第二章

①相对折射率差：

△=n1−n2n1$$\mathrm{△}=\frac{n_1-n_2}{n_1}$$

②数值孔径

NA=n0sinθ0=n21−n22−−−−−−√=n12△−−−√$$NA=n_{0}sin{\theta }_0=\sqrt{n_1^2-n_2^2}=n_1\sqrt{2\mathrm{△}}$$

③时间延迟差（P17）

△τ=n1Lc△$$\mathrm{△}\tau =\frac{n_{1}L}{c}\mathrm{△}$$

④单模传输条件（P25）

V=2πaλn21−n22−−−−−−√≤2.405$$V=\frac{2\pi a}{\lambda }\sqrt{n_1^2-n_2^2}\le 2.405$$

第三章

①玻尔兹曼条件

E2−E1=hf$$E_2-E_1=hf$$

②玻尔兹曼分布

N2N1=e−E2−E1kT$$\frac{N_2}{N_1}=e^{-\frac{E_2-E_1}{kT}}$$

③谐振腔模式数（3-10）

2nλmax=(md)2+(sw)2+(ql)2$$\frac{2n}{{\lambda }_{max}}=(\frac{m}{d}{)}^2+(\frac{s}{w}{)}^2+(\frac{q}{l}{)}^2$$

腔长$腔长$ l
宽 w$w$
厚 d$d$
m,s,q$m,s,q$ 是各个方向上的模数

④激光振荡相位条件

λ=2nLq$$\lambda =\frac{2nL}{q}$$

纵模模数 q$q$

④量子效率（P62）

η=每秒光生电子数−空穴数每秒入射光子数=Ip/eP0/hf=IpP0hfe$$\eta =\frac{每秒光生电子数-空穴数}{每秒入射光子数}=\frac{I_p/e}{P_0/hf}=\frac{I_p}{P_0}\frac{hf}{e}$$

⑤响应度（P62）

ρ=IpP0=ηehf$$\rho =\frac{I_p}{P_0}=\frac{\eta e}{hf}$$

一次光生电流 Ip$I_p$
入射光功率 P0$P_0$

第五章

①中继距离（P116，5-4）

L≤Pt−Pr−2αc−Meαf+αs+αm$$L\le \frac{P_t-P_r-2{\alpha }_c-M_e}{{\alpha }_f+{\alpha }_s+{\alpha }_m}$$

平均发射光功率 Pt（dBm）$P_t（dBm）$
接受灵敏度 Pr（dBm）$P_r（dBm）$(receive)
系统余量 Me（dB）$M_e（dB）$
连接器损耗 αc（dB/对）${\alpha }_c（dB/对）$
每千米光纤线路损耗余量 αm（dB/km）${\alpha }_m（dB/km）$(margin)
中继距离 L（km）$L（km）$
接头总损耗 αs（dB）${\alpha }_s（dB）$(splice)
光纤损耗 αf（dB/km）${\alpha }_f（dB/km）$(fibre)
升级版（5-6）：

L≤Pt−Pr−2αc−Me−αs−αdαf+αm$$L\le \frac{P_t-P_r-2{\alpha }_c-M_e-{\alpha }_s-{\alpha }_d}{{\alpha }_f+{\alpha }_m}$$

接头总色散代价 αd（dB）${\alpha }_d（dB）$ (dispersion)

②受色散距离限制的中级距离（P119，5-5）

L=ε×106Fb|C0|σλ$$L=\frac{\epsilon \times {10}^6}{F_b|C_0|{\sigma }_{\lambda }}$$

线路码速率 Fb（Mb/s）$F_b（Mb/s）$
光纤色散系数 C0$C_0$（ps/(nm⋅$\cdot$ km)）
光源谱宽 σλ${\sigma }_{\lambda }$（nm）

简答题

第一章

1-1 光纤通信的优缺点各是什么？

答：与传统的金属电缆通信/微波无线电通信相比，光纤通信具有如下优点：
（1）通信容量大
（2）中继距离长
（3）抗电磁干扰
（4）传输误码率极低
（5）适应能力强，保密性好，使用寿命长等特点
不足之处：
（1）有些器件比较昂贵（如激光器，光纤放大器）
（2）光纤的机械强度差
（3）不能传送电力
（4）光纤断裂后维修比较困难，需要专用工具

1-4 简述未来光网络的发展趋势及关键技术

答：未来光网络发展趋于智能化，全光化。其关键技术包括：长波长激光 、低损耗单模光纤、高效光放大器、WDM复用技术和全光网络技术

第三章

3-3 半导体激光（LD）有哪些特性？

答：（1）发射波长和光谱特性：发射波长λ=1.24Eg$\lambda =\frac{1.24}{E_g}$；激光振荡可能存在多种模式（多纵模），即在多个波长上满足激光振荡的相位条件，表现为光谱包含多条谱线。而且随着调制电流的增大，光谱变宽，谱特性变坏。
（2）激光束空间分布特性：远场光束横截面成椭圆形
（3）转换效率和输出功率特性：

ηd=△P△I⋅ehf$${\eta }_d=\frac{\mathrm{△}P}{\mathrm{△}I}\cdot \frac{e}{hf}$$

P=Pth+ηdhfe(I−Ith)$$P=P_{th}+\frac{{\eta }_{d}hf}{e}(I-I_{th})$$

Pth是啥？？？$P_{th}是啥？？？$
（4）频率特性：在接近弛张频率fr$f_r$处，数字调制要产生弛张振荡，模拟调制要产生非线性失真
（5）温度特性：

Ith=I0⋅eTT0$$I_{th}=I_0\cdot e^{\frac{T}{T_0}}$$

3-7 试说明 APD 和 PIN 在性能上的主要区别。

答：APD$APD$和PIN$PIN$在性能上的主要区别有：
（1）APD$APD$具有雪崩增益，灵敏度高，有利于延长系统传输距离
（2）APD$APD$的响应时间短
（3）APD$APD$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$APD$要求较高的工作电压和复杂的温度补偿电路，成本较高

3-24 什么是雪崩倍增效应？

答：雪崩光电二极管工作时外加高反向偏压（约100$100$~150V$150V$），在PN$PN$结内部形成一高电场区，入射光功率产生的电子空穴对经过高场区时不断被加速而获得很高的能量，这些高能量的电子或空穴在运动过程中与价带中的束缚电子碰撞，使晶格中的原子电离，产生新的电子空穴对

3-26 光检测过程中都有哪些噪声？

第四章

4-1 激光器（LD）产生弛张振荡和自脉动现象的机理是什么？它的危害是什么？应如何消除这两种现象的产生？

答：当电流脉冲注入激光器后，输出光脉冲出现幅度逐渐衰减的振荡，称为弛张振荡。弛张振荡的后果是限制调制速率。当最高调制调制频率接近弛张振荡频率时，波形失真严重，会使光接收机在抽样判决时增加误码率，因此实际中最高调制频率应低于弛张振荡频率。

4-2 LD为什么能够产生码型效应？其危害及消除办法是什么？

答：半导体激光器在高速脉冲调制下，输出光脉冲和输入的电流脉冲之间存在延迟时间，称为光电延迟时间。当光电延迟时间与数字调制的码元持续时间T / 2 同量级时，会使“0”码过后的第一个“l ”码的脉冲宽度变窄，幅度减小．严重时可能使“1”码丢失，这种现象称为码型效应。码型效应的特点是在脉冲序列中，较长的连“0 ’ ’码后出现“1”码丢失，其脉冲明显变小而且连“0”码数目越多，调制速率越高，这种效应越明显．码消除方法是用适当的“过调制”补偿方法。

4-3 在LD的驱动电路里，为什么要设置功率自动控制电路APC？功率自动控制实际是控制LD的哪几个参数？。

答：在LD$LD$的驱动电路里，设置功率自动控制电路（APC$APC$）是为了调节LD的偏流，使输出光功率稳定。
功率自动控制是控制 LD$LD$的偏置电流、输出光功率、激光器背向光平均功率

4-13 RZ码和NRZ码有什么特点？

第六章

6-1 试说明模拟光信号接收量子极限的含义。

6-4 在模拟光纤传输系统中，为什么宁可采用扩展信号带宽的调制方式来增大传输距离，而不采用增设中继站的办法？

第七章

7-1 EDFA$EDFA$工作原理是什么？有哪些应用方式？

7-2 对于 980$980$ nm 泵浦和 1480$1480$ nm 泵浦的EDFA$EDFA$，哪一种泵浦方式的功率转换效率高？哪一种泵浦的噪声系数小？为什么？