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1、光纤通信1、Numerical Aperture; 2、Fiber Loss; 3、Dispersion; 4、Mode Dispersion; 5、Polarization Mode Dispersion; 6、Normalized Frequency; 7、Extinction Ratio; 8、Spontaneous Emission; 9、Receiver Sensitivity; 10、Bit Error Rate; 11、Signal-to-Noise Ratio; 12、Noise Figure一、名词解释数值孔径( Numerical Aperture)入射到光纤端面的光并不能
2、全部被光纤所传输,只是在某个角度 范围内的入射光才可以。这个角度a的正弦值就称为光纤的数值孔径( NAsina),多模光纤 NA的范围一般在0.180.23之间,所以一般有 sina=a,即光纤数值孔径NAa。在光学中,数值孔径是表示光学透镜性能的参数之一。用放大镜 把太阳光汇聚起来,能点燃纸张就是一个典型例子。若平行光纤照射 在透镜上,并经过透镜聚焦于焦点处时,假设从焦点到透镜边缘的仰 角为,则取其正弦值,称之为该透镜的数值孔径。光纤损耗( Fiber Loss)光纤损耗(也可以称为信号衰减或信号损耗)是指光纤每单位长度 上的衰减,单位为dBkm。 它是光纤最重要的特性之一,因为它在很 大程
3、度上决定了在无需信号放大和再生的条件下,光发送机和光接收机 之间所允许的最大距离。光纤中光功率的吸收损耗,散射损耗以及辐射 损耗是导致光信号衰减的几个主要的因素。吸收损耗与制造光纤的材料 有关;散射损耗除了与材料有关以外,还与光纤的结构缺陷相关;辐射 效应导致的损耗则是源于光纤几何形状的微扰(包括微观和宏观的)。Dispersion色散色散是光纤的传输特性之一。由于不同波长光脉冲在光纤中具有不同的 传播速度,因此,色散反应了光脉冲沿光纤传播时的展宽。光纤的色散 现象对光纤通信极为不利。光纤数字通信传输的是一系列脉冲码,光纤 在传输中的脉冲展宽,导致了脉冲与脉冲相重叠现象,即产生了码间干 扰,从
4、而形成传输码的失误,造成差错。为避 免误码出现,就要拉长脉 冲间距,导致传输速率降低,从而减少了通信容量。另一方面,光纤脉 冲的展宽程度随着传输距离的增长而越来越严重。因此,为了避免误 码 ,光纤的传输距离也要缩短。 模内色散: 1、材料色散,纤芯中材料的折射率随波长变化导致了这种色散(有时 也称为色度色散,因为它与三棱镜分解光谱是同一种效应)。 2、波导色散(结构色散),这种色散的原因是单模光纤只有约80%的 光功率在纤芯中传播,20%在包层中传播的光功率其速度要更大一些 ,这样就出现了色散。模间色散(Mode Dispersion ): 光纤的模式色散只存在于多模光纤中。它产生是因为即使在
5、同一频率 点上,不同模式的群速率(群实验)也不相同。每一种模式到达光纤 终端的时间先后不同,造成了脉冲的展宽,从而出现色散现象。偏振模色散(PMD)又称光的双折射: 单模光纤只能传输一种基模的光。基模实际上是由两个偏振方向相互 正交的模场HE11x和HE11y所组成。若单模光纤存在着不圆度、微弯力 、应力 等,HE11x和HE11y存在相位差,则合成光场是一个方向和瞬时 幅度随时间变化的非线性偏振,就会产生双折射现象,即x和y方向的 折射率不同。因传播 速度不等,模场的偏振方向将沿光纤的传播方向 随机变化,从而会在光纤的输出端产生偏振色散。PCVD工艺生产出的 单模光纤具有极低的偏振模色散 (
6、PMD)。 归一化频率(Normalized Frequency):归一化频率是光纤的最重要的结构参数,它能表征光纤中传播模式 的数量。就是把的采样频率设为1,其它的频率按它的百分比表示 。有时频率的范围会非常的大, 使用时会很不方便,将之归一化后 就转换到0,1之间了。这样做实现了一个统一的标准,有利于比较 各个频率的分布情况。归一化的另一个目的是防止数据的 溢出。 消光比(Extinction Ratio)对于数字脉冲光发射机,消光比这个指标很重要,它定义为 “0”脉 冲时所发送的光功率p0和 “1”脉冲时所发送光功率p1之比,可用 EXT表示,定义式如EXT=10lg(p1/p0)(dB
7、) , 消光比的不足容易引 起对码元的误判等一系列问题。 自发辐射( Spontaneous Emission ):处于激发态的原子中,电子在激发态能级上只能停留一段很短的时 间,就自发地跃迁到较低能级中去,同时辐射出一个光子,这种辐射叫 做自发辐射。自发辐射是不受外界辐射场影响的自发过程,各个原子在 自发跃迁过程中是彼此无关的,不同原子产生的自发辐射光在频率、相 位、偏振方向及传播方向都有一定的任意性。 因此自发辐射光是非相关的荧光,自发辐射光场的能量分布在一个 很宽的频率范围内。普通光源的发光过程就是处于高能级的大量原子的 自发辐射过程。 接收机灵敏度(Receiver Sensitivi
8、ty)接收机灵敏度定义了接收机可以接收到的并仍能正常工作的最低信 号强度。灵敏度是一个功率电平,通常用dBm表示(一般是一个较大的 负dBm数)。如果链路方程的输出等于或大于接收机灵敏度的接收功率 ,则链路在起作用,也就是说接收机能正确地提取发射信号中所包含的 信息。 如果接收功率小于灵敏度电平,那么所提取的信息质量就达不到 要求。 误码率(BER:bit error ratio)误码率是衡量数据在规定时间内数据传输精确性的指标。误码率=传输中 的误码/所传输的总码数*100%。如果有误码就有误码率。 另外,也有将 误码率定义为用来衡量误码出现的频率。光纤电信系统的典型误码率范 围是10(-9
9、)到10(-12),这个误码率取决于接收机的信噪比(信号 功率和噪声功率的比)。给定系统误码率事,由于接收机的噪声电平, 使得在光检测器上的光信号功率有一个最低限。信噪比(Signal to Noise Ratio):又称为讯噪比。狭义来讲是指放大器的输出信号的电压与同时输出的噪声 电压的比,常常用分贝数表示,设备的信噪比越高表明它产生的杂音越少 。一般来说,信噪比越大,说明混在信号里的噪声越小,声音回放的音质 量越高,否则相反。 噪声系数(Noise Figure) 由于放大器本身就有噪声,输出端的信噪比和输入端信噪比是不一 样的,为此,使用噪声系数来衡量放大器本身的噪声水平 公式表示为:噪
10、声系数NF=输入端信噪比/输出端信噪比,单位常用 “dB”。 该系数并不是越大越好,它的值越大,说明在传输过程中掺入的噪 声也就越大,反应了器件或者信道特性的不理想。 在放大器的噪声系数比较低(例如NF1)的情况下,通常放大器的 噪声系数用噪声温度(T)来表示。 噪声系数与噪声温度的关系为:T=(NF-1)T0 或 NF=T/T0+1 其中 :T0-绝对温度(290K)1、单模光纤中只能传输一个模式,即_,称为光纤的_。2、衡量接收机性能的主要指标是_、_、_和_。3、多模光纤的色散包括_ _,_ _和 _ _ 。4、光纤耦合器的主要指标是_、_、_和_。5、有两种方法实现光调制,它们是_和_
11、。6、普通单模光纤G.652的零色散波长是_,色散位移光纤G.653的零色散波长是_ 。 二、填空题(一)1、单模光纤中只能传输一个模式,即_HE11_,称为光纤的_基模_。2、衡量接收机性能的主要指标是 接收灵敏度 、_误码率或信噪比_ 、 带宽 和_动态范围_。3、多模光纤的色散包括 材料色散 ,_波导色散_和_模间色散_ 。4、光纤耦合器的主要指标是_插入损耗_、_附加损耗_、_分光比_和_串扰_。5、有两种方法实现光调制,它们是_直接调制_和_间接调制_。6、普通单模光纤G.652的零色散波长是1.31m ,色散位移光纤G.653的零色散波长是 1.55m 。 二、填空题(一答案)7、
12、一台优良的光接收机,应该无失真地_和_弱信号的能力,这要求其前端应有低_、高_和足够的_。8、半导体激光器按波导机制可分为_和_两种。9、掺铒光纤放大器噪声系数F的极限值约为 _。10、光纤按传输模式的数量分类,可分为_ 光纤和 _ 光纤。决定光纤传输特性的两个主要因素是_ 和_ _。11、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 。12、对半导体激光器,当外加正向电流小于阈值电流时,激光器发出的是_ 。 二、填空题(二)7、一台优良的光接收机,应该无失真地_检测_和_恢复_弱信号的能力,这要求其前端应有低_噪声_、高_灵敏度_和足够的_带宽_。8、半导体激光器按波导机制可分
13、为_增益导引_和_折射率导引_两种。9、掺铒光纤放大器噪声系数F的极限值约为 _3dB_。10、光纤按传输模式的数量分类,可分为_单模 光纤和 多模 光纤。决定光纤传输特性的两个主要因素是_损耗 和_色散_。11、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 光隔离器 。12、对半导体激光器,当外加正向电流小于阈值电流时,激光器发出的是_非相干光 。 二、填空题(二答案)三、选择题(一)1、光源产生的光脉冲的载频随时间变化的现象称为( ) A、啁啾 B、损耗 C 、色散 2、当PN结正向偏置时,电子和空穴在有源区的复合分为( ) A、陷阱复合 B、缺陷复合 C、表面复合 D、俄歇
14、复合 3、光缆能有效保护光纤防止( ) A、啮齿动物的啃啮 B、敷设过程中的应力 C、粗心的挖掘 D、挤 压 4、实际系统中,即使没有光纤传输也存在的造成接收机灵敏度恶化的因素 有( ) A、消光比 B、强度噪声 C、散粒噪声 D、热噪声 5、下面( )是EDFA的优点。 A、高增益 B、对信号速率不敏感 C、工作在1300nm附近 D、增益带宽宽 三、选择题(一答案)1、光源产生的光脉冲的载频随时间变化的现象称为(A) A、啁啾 B、损耗 C 、色散 2、当PN结正向偏置时,电子和空穴在有源区的复合分为(ABCD) A、陷阱复合 B、缺陷复合 C、表面复合 D、俄歇复合 3、光缆能有效保护光
15、纤防止(ABD) A、啮齿动物的啃啮 B、敷设过程中的应力 C、粗心的挖掘 D、挤 压 4、实际系统中,即使没有光纤传输也存在的造成接收机灵敏度恶化的因素 有(AB) A、消光比 B、强度噪声 C、散粒噪声 D、热噪声 5、下面(ABD)是EDFA的优点。 A、高增益 B、对信号速率不敏感 C、工作在1300nm附近 D、增益带宽宽 三、选择题(二)6、光接收机中的散粒噪声包括( )A、量子噪声 B、暗电流噪声 C、漏电流噪声 D、APD倍增噪声7、单模光纤只能传输一种模式,即( )。A、HE00 B、HE11 C、HE01 D、HE108、多模光纤的色散包括 ( )A、材料色散 B、波导色散
16、 C 、模间色散 D、波长色散。9、光纤的导光原理与结构特性可用( )和( )两种方法进行分析。A、模式理论 B、散射理论 C、射线理论 D、光电理论10、光放大器按应用场合分,一般有哪几种( )A、在线放大器 B、功率放大器 C、 前置放大器 D、上述答案都不正确。 三、选择题(二答案)6、光接收机中的散粒噪声包括(ABCD)A、量子噪声 B、暗电流噪声 C、漏电流噪声 D、APD倍增噪声7、单模光纤只能传输一种模式,即(B)。A、HE00 B、HE11 C、HE01 D、HE108、多模光纤的色散包括 (ABCD )A、材料色散 B、波导色散 C 、模间色散 D、波长色散。9、光纤的导光原理与结构特性可用(A)和(C)两种方法进行分析。A、模式理