光纖通信習(xí)題課與復(fù)習(xí).ppt

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復(fù)習(xí)要點(diǎn) 1 實(shí)驗(yàn)操作 光纖熔接 OTDR 器件測(cè)量 2 No 2 光纖結(jié)構(gòu) G 652 655 光纜類型 模式概念 截止波長(zhǎng) 數(shù)值孔徑NA 光纖損耗和色散的機(jī)理 計(jì)算公式 光纖帶寬的計(jì)算 主要的非線性常識(shí) 3 No 3 激光器形成的必要條件 異質(zhì)結(jié)LD 單縱模激光器的設(shè)計(jì)原理 LD與LED區(qū)別 LD主要特性 線路編碼類型 mBnB APC或ATC原理 4 No 4 PIN APD工作原理 主要特性 接收機(jī)的主要指標(biāo)與計(jì)算 5 No 5連接器 衰減器 耦合器的功能 關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo) 光纖耦合器的原理 作業(yè)布置 1 實(shí)驗(yàn)操作2 P554 7 8 10 13 3 P851 4 9 12 13 4 P1165 7 5 P1292 4 5 考試題型 填空30 選擇10 簡(jiǎn)答30 計(jì)算分析30 實(shí)驗(yàn)操作 1 簡(jiǎn)單說明光時(shí)域反射儀OTDR的工作原理 光傳輸過程中 瑞利散射光功率與傳輸光功率成正比例 通過檢測(cè)與傳輸光相反方向的瑞利散射光功率和時(shí)延來確定光纖相關(guān)參數(shù)的方法 稱為后向散射法 基于后向散射法的原理設(shè)計(jì)的測(cè)量?jī)x器即OTDR 其工作曲線如右圖 a 為輸入端反射區(qū) 或盲區(qū) b 為恒定斜率區(qū) 可用以確定損耗系數(shù) c 接頭或局部缺陷引起的損耗 可用于確定缺陷位置和接頭損耗 d 連接器或介質(zhì)缺陷引起的反射 e 輸出端反射區(qū) 用以確定光纖的長(zhǎng)度 實(shí)驗(yàn)操作 2 簡(jiǎn)述900um光纖手動(dòng)熔接操作的步驟與注意事項(xiàng) 操作步驟 光纖剝皮 裸光纖25mm 清潔 成端 17 5mm 裝熱縮套管 V形槽定位夾持 熔接機(jī)參數(shù)選擇 間隙調(diào)整 對(duì)芯 水平 垂直 熔接 熔纖取出 復(fù)位 熱縮封裝 注意事項(xiàng) 1 控制切割長(zhǎng)度和端面質(zhì)量 2 成端光纖保持清潔 3 熔接損耗小于0 02dB 4 熱縮套管與光纖包層重疊 10mm 5 其它 第二章作業(yè) 4 光纖中色散有幾種 單模傳輸光纖中主要是什么色散 多模傳輸光纖中主要存在什么色散 答 從產(chǎn)生機(jī)理而言 光纖中的色散主要包括材料色散 波導(dǎo)色散和模式間色散 偏振模色散等 單模光纖中主要是材料色散 多模光纖中主要是模式間色散 7 何謂模式截止 光纖單模傳輸?shù)臈l件是什么 單模光纖中傳輸?shù)氖鞘裁茨Ｊ?其截止波長(zhǎng)為多大 階躍折射率光纖中線性極化模LP11模對(duì)應(yīng)的是什么矢量模 答 如果一個(gè)傳播模 在包層中不衰減 表明該模的能量可以透過包層輻射出去 該傳播模被截止了 如果一個(gè)傳播模在包層中的衰減常數(shù)W 0時(shí) 表示導(dǎo)模截止 LP11模對(duì)應(yīng)的矢量模是TE01 TM01 HE21 光纖單模傳輸?shù)臈l件是什么 單模光纖中傳輸?shù)氖鞘裁茨Ｊ?其截止波長(zhǎng)為多大 答 單模光纖傳輸條件 歸一化頻率V 2 405單模光纖中傳輸?shù)氖荓P01模 對(duì)應(yīng)的矢量模是HE11模 截止波長(zhǎng) 例 在某階躍折射率多模光纖的纖芯折射率n1 1 50 相對(duì)折射率差 0 005 長(zhǎng)度L 1km 要實(shí)現(xiàn)1310nm的單模傳輸 纖芯半徑a的尺寸應(yīng)該如何設(shè)計(jì) 答 要實(shí)現(xiàn)1310nm的單模傳輸 必須滿足模式截止條件 10 某階躍折射率光纖的參數(shù)為n1 1 5 n2 1 485 現(xiàn)有光纖從端面軸線處15 入射進(jìn)光纖 試問該入射光線在光纖中是成為傳導(dǎo)模還是輻射模 為什么 答 根據(jù)臨界全反射條件 入射角15 大于最大臨界角12 2 所以入射光纖不滿足全反射條件 是輻射模 8 由光源發(fā)出 1 31 m的光 在a 9um 0 01 n1 1 45 光纖折射率為階躍分布時(shí) 光纖中導(dǎo)模的數(shù)量為多少 對(duì) 2的漸變光纖 其導(dǎo)模數(shù)量為多少 答 歸一化頻率V 對(duì)于階躍型 導(dǎo)模數(shù)量為V2 2 39對(duì)于漸變型 導(dǎo)模數(shù)量為V2 4 19 11 光脈沖經(jīng)過長(zhǎng)為20km 纖芯折射率1 5 包層折射率1 485的階躍光纖的多模傳輸后 其脈沖最大展寬為多大 答 考慮臨界入射和直線傳播兩種極限情況 13 光譜線寬度為1 5nm的光脈沖經(jīng)過長(zhǎng)為20km 色散系數(shù)為3ps km nm的單模光纖傳輸后 光脈沖被展寬了多少 答 例1 已知階躍型光纖的n1 1 5 1 工作波 1 3 m 光纖長(zhǎng)度L 1km 光纖中的導(dǎo)模數(shù)量M 2 求 光纖的數(shù)值孔徑NA 光纖的纖芯半徑a 計(jì)算光纖帶寬 只考慮模式色散 不計(jì)dn1 d 解 NA n1 2 1 2 1 5 2 0 01 1 2 0 21 階躍多模光纖 g M V2 2 V 2V 2 3 14 a NA a 2 1 3 2 3 14 0 21 1 97 m g 0 4247 0 4247 Ln1 C 0 42 1000 1 5 0 01 3x108 2 1nsf3dB 187 187 2 1 89MHZ 數(shù)字信號(hào)允許速119Mb s 第三章作業(yè) 1 比較半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管的異同 半導(dǎo)體激光器 LD 有哪些特性 半導(dǎo)體發(fā)光二極管 LED 有那些特性 答 LD和LED都可以用作通信光源 LD原理是受激輻射 而LED是自發(fā)輻射 LD是閾值器件 需要較完善的驅(qū)動(dòng)和外圍電路 其發(fā)出的光譜線窄 適宜于高速率系統(tǒng) LED沒有閾值 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 但其譜線較寬 適用于要求較低的場(chǎng)合 4 已知半導(dǎo)體材料GaAs的Eg 1 43eV InGaAsP的Eg 0 96eV 分別求由這兩種材料組成半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波長(zhǎng) 答 9 在數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中 選擇線路碼型時(shí)要考慮哪幾個(gè)因素 mBnB字變換碼和mB1H插入碼各有什么特點(diǎn) 他們對(duì)系統(tǒng)的碼速率提高多少 某數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中 信息碼速為139 264Mbit s 若采用5B6B碼線路碼速為多少 若采用4B1H線路碼速又為多少 答 碼型選擇應(yīng)該考慮的因素 1 傳輸碼型有足夠的定時(shí)含量 減少連 0 和連 1 數(shù) 便于時(shí)鐘提取 2 傳輸碼型應(yīng)有不中斷業(yè)務(wù)進(jìn)行誤碼檢測(cè)的能力 3 傳輸碼型應(yīng)力求降低線路傳輸?shù)拇a率 或線路傳輸碼率的提高應(yīng)盡可能的少 4 抗干擾性好 實(shí)施簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì) 無誤碼增殖等 mBnB特點(diǎn)詳細(xì)見P76 mB1H特點(diǎn) 在線檢測(cè)和傳送管理信息5B6B碼型 線路速率為139 264 6 5 167 1168Mbit s4B1H碼型 線路速率為139 264 4 1 4 174 08Mbit s 13 在光發(fā)送電路中為什么要設(shè)置自動(dòng)溫度控制 ATC 電路 用ATC電路控制LD的哪些因素 試述ATC電路的工作原理答 原因 1 溫度升高 閾值電流上升 光功率下降 2 溫度過高導(dǎo)致激光器工作不穩(wěn)定 容易燒毀激光器控制半導(dǎo)體制冷器的制冷效果 工作電流 原理如圖 敘述清楚工作過程即可 第四章作業(yè) 5 試述APD的工作原理 何謂 雪崩效應(yīng) 拉通型雪崩光電二極管有什么特點(diǎn) APD的電流增益系數(shù)G與什么有關(guān) 答 在二極管的P N結(jié)上加高反向電壓 在結(jié)區(qū)形成一個(gè)強(qiáng)電場(chǎng) 在高場(chǎng)區(qū)內(nèi)光生載流子被強(qiáng)電場(chǎng)加速 獲得高的動(dòng)能 與晶格的原子發(fā)生碰撞電離 形成二次電子空穴對(duì) 產(chǎn)生的二次電子 空穴在強(qiáng)電場(chǎng)中又被加速 再次碰撞 再次電離 如此循環(huán)下去 形成連鎖反應(yīng) 致使耗盡層內(nèi)的載流子數(shù)雪崩似的急劇增加 通過二極管的電流也就猛增 這就是雪崩倍增效應(yīng) 雪崩光電二極管 APD 就是利用雪崩倍增效應(yīng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部電流增益的半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換器件 RAPD特點(diǎn) 光電轉(zhuǎn)換效率高 響應(yīng)速度快 附加噪聲低等APD的電流增益系數(shù)G與外加偏壓 入射波長(zhǎng) 溫度等有關(guān) 7 何謂動(dòng)態(tài)范圍 何謂接收機(jī)靈敏度 靈敏度如何表示 在保證誤碼率的條件下 Pmax 0 2uW Pmin 13 6nW 求該接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍值和靈敏度值 靈敏度 接收機(jī)調(diào)整到最佳狀態(tài)時(shí)接收微弱光信號(hào)的能力動(dòng)態(tài)范圍 靈敏度與過載功率之間的差值答 例題一 PIN光接收機(jī)的靈敏度Pr為 35dBm 動(dòng)態(tài)范圍為15dB 若接收到的光功率為20 W 問系統(tǒng)能否正常工作 例題二 一個(gè)GaAsPIN光電二極管平均每三個(gè)入射光子產(chǎn)生一個(gè)電子空穴對(duì) 假設(shè)所有的電子都被收集 1 計(jì)算該器件的量子效率 2 在0 8um波段接收功率是10 7W 計(jì)算平均輸出光電流 解 第五章作業(yè) 4 光纖耦合器有哪幾種 敘述熔錐型光纖耦合器的原理 答 從使用角度來看 光纖耦合器可以分為3端口和4端口光纖耦合器 星形耦合器和波分復(fù)用 解復(fù)用器 合波器 分波器 熔錐型光纖耦合器的原理 光纖a 直通臂 傳輸?shù)妮敵龉夤β蕿镻a 光纖b 耦合臂 的輸出光功率為Pb 根據(jù)耦合理論得到 Pa cos2 C L Pb sin2 C L 式中 L為耦合器有效作用長(zhǎng)度 C 為取決于光纖參數(shù)和光波長(zhǎng)的耦合系數(shù) 通過選擇合適的工作長(zhǎng)度來實(shí)現(xiàn)輸出功率與波長(zhǎng)的相關(guān) 5 怎么定義光纖耦合器的插入損耗 附加損耗 耦合比和串音 答 插入損耗等于指定端口輸出光功率之和與輸入光功率之比的分貝值 用附加損耗 全部輸入端口的輸入光功率與全部輸出光功率的比值的分貝值 耦合比 某一個(gè)輸入端口的輸出光功率與全部輸出光功率的比值 串音 一個(gè)輸入端口的光功率與耦合器泄露到其它輸出 入 端口的光功率的比值