光纤复习课(已修改)

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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