※二知识点小结
1、光纤由那几层构成, 各层的主要作用是什么？
光纤是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝.. 纤芯的折射率比包层稍高, 损耗比包层更低, 光能量主要在纤芯内传输. 包层为光的传输提供反射面和光隔离, 并起一定的机械保护作用.
2、光纤是怎样分类的？
按折射率—突变型多模光纤、渐变性多模光纤、单模光纤；按材料—石英系光纤、石英芯塑料包层光纤、多成分玻璃纤维、塑料光纤
3、什么叫光纤损耗？造成光纤损耗的原因是什么？硅光纤的光谱衰减曲线表明存在三个低损耗窗口，这三个窗口分别是多少。
传输过程中光信号幅度的减小。原因：吸收、散射、弯曲损耗，吸收损耗是由于SiO2材料引起的固有吸收和杂质引起的吸收产生的，散射损耗主要是由材料微观度不均匀引起的锐利散射和光线结构缺陷引起散射产生的。0.85um 、1.31um 、1.55um 附近时光纤传输损耗较小或最小的波长“窗口”相应损耗为2—3dB/km,0.5dB/km,0,2dB/km。
4、什么是色散？色散对光信号有什么影响？单模光纤中有哪几种色散？多模光纤中有哪几种色散？单模光纤的零色散波长在什么位置？色散位移光纤是采用什么原理制成的？
色散：（模式、材料、波导色散）在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应。影响：模拟调制中限制带宽，若是数字脉冲信号将使脉冲展宽，限制系统传输速率。单模:色度色散、偏振模色散。多模：模内、模间色散。1.31um 。
5、目前光纤通信为什么采用以下三个作波长：λ0=0.85μm, λ2=1.31μm, λ3=1.55μm？
这是光纤的三个低损耗窗口
6、光纤通信为什么向长波长、单模光纤方向发展？
长波长、单模光纤比短波、多模光纤具有更好的传输特性。一：单模光纤没有色散模式，不同成分光经过单模光纤的传播时间不同的程度显著限于经过多模光纤的传输时间；二：由光纤损耗和波长的关系曲线可知，随着波长增大，损耗呈下降趋势，且在1.55um 处有最低值，而且1.31um 和1.55um 处的色散很小，故目前长距离光纤通信一般都工作在1.55um 处。
7、光能量在光纤中传输的必要条件.
纤芯折射率大于包层折射率。
8、突变多模光纤数值孔径的概念及计算.
突变型多模光纤相对折射率差（纤芯和包层折射率分别为n1和n2）定义：n=(n1-n2)/n1
数值孔径NA =sin θC 时间延迟τ=n 1l n 1L n L θ2
=sec θ1≈1(1+1) c c c 2, 最大入射角(θ=θc) 和最小入射角
(θ=0)的光线之间时间延迟差近似为∆τ=n L L 2L θc =(NA ) 2≈1∆2n 1c 2n 1c c
9、弱导波光纤的概念.
纤芯折射率为n1保持不变，到包层突然变为n2。这种光纤一般纤芯直径2a=50~80 μm ，光线以折线形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变大。带宽只有10~20 MHz·km ，一般用于小容量（8 Mb/s以下）短距离（几km 以内）系统。
12、渐变型多模光纤自聚焦效应的产生机理.
自聚焦效应：不同入射角相应的光线, 虽然经历的路程不同, 但是最终都会聚在P 点上, 这种现象称为自聚焦效应.
14、突变光纤和平方律渐变光纤传输模数量的计算. 传输模数M =(g g V 2
) a 2k 2n 12∆=() g +2g +22
对于突变型光纤,g →∞,M=V2/2；对于平方律渐变型光纤,g=2,M=V2/4
15
、单模传输条件为V 2.405
截止波长
λc
x 归一化频率
V 16、归一化双折射B:β=∆β=(β
-βy ) ,
=2π/∆β. 拍长：两正交偏振模的相位差达到2π的光纤长度L b
17、三种色散的定义.
色散是在光纤中传输的光信号由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应. 色散的种类：1模式色散：是由于不同模式的时间延迟不同而产生的, 它取决于光纤的折射率分布, 并和光纤材料折射率的波长特性有关.2材料色散：是由于光纤的折射率随波长而改变, 以及模式内部不同波长成分的光(实际光源不是纯单色光), 其时间延迟不同而产生的. 这种色散取决于光纤材料折射率的波长特性和光源的谱线宽度.3波导色散：是由于波导结构参数与波长有关而产生的, 它取决于波导尺寸和纤芯与包层的相对折射率差
18、光纤色散的表示, 时域和频域的表达式的关系.
频域：色散限制了传输信号的带宽；色散通常用3dB 光带宽
时域：色散引起脉冲展宽. 脉冲展宽Δτ表示 二者的关系通过推导可得：=441/Δτ（MHZ ） =>f3db
式中：Δτ为信号通过光纤产生的脉冲展宽, 单位为ns ；用脉冲展宽表示时, 光纤色散可以写成Δτ=(Δτ2n+Δτ2m+Δτ2w)1/2.Δτn 模式色散；Δτm 材料色散；Δτw 波导色散, 所引起的脉冲展宽的均方根值.
19、光纤损耗产生的机理.
1) 吸收损耗(a)本征吸收（固有吸收）：
电子跃迁吸收（紫外吸收）分子共振吸收（红外吸收）(b)杂质吸收
(2)散射损耗：由于光纤中介质的不均匀性而使光向各个方向散射开而引起的损耗. （a ）线性散射：瑞利散射, 波导散射(b)非线性散射：受激拉曼散射和受激布里渊散射
(3)弯曲损耗：由光纤结构缺陷(如气泡) 引起的散射
20、非零色散光纤.
光纤在1.55μm 有微量色散
21、光缆缆芯的结构类型.
缆芯通常包括被覆光纤(或称芯线) 和加强件两部分. 被覆光纤是光缆的核心, 决定着光缆的传输特性. 加强件起着承受光缆拉力的作用, 通常处在缆芯中心, 有时配置在护套中. 四种基本类型：层绞式、骨架式、中心束管式、带状式
22、光纤特性参数的测量方法.
损耗测量：一种是测量通过光纤的传输光功率, 称剪断法和插入法；另一种是测量光纤的后向散射光功率, 称后向散射法.
带宽测量：时域法又称脉冲法；频域法又称扫频法.
光纤色散测量有相移法、脉冲时延法和干涉法等. 相移法是测量单模光纤色散的基准方法.
※第三章知识点小结
1、光与物质作用时有受激吸收, 自发辐射, 受激辐射 三个物理过程.
2、受激辐射光的频率、相位、偏振态和传播方向与入射光相同，这种光称为相干光。自发辐射光是由大量不同激发态的电子自发跃迁产生的，其频率和方向分布在一定范围内，相位和偏振态是混乱的，这种光称为非相干光。
2、半导体激光器的主要由哪三个部分组成？
有源层；限制层；基片
3、电子吸收或辐射光子所要满足的波尔条件.E2-E1=hf 12 式中，h=6.628×10-34J·s ，为普朗克常数，f 12为吸收或辐射的光子频率。
4、什么是粒子数反转分布？
设在单位物质中，处于低能级E1和处于高能级E2(E2>E1)的原子数分别为N1和N2。受激吸收和受激辐射的速率分别比例于N1和N2，且比例系数(吸收和辐射的概率) 相等。N2>N1的分布，和正常状态(N1>N2)的分布相反，所以称为粒子(电子) 数反转分布。
5、理解半导体激光产生激光的机理和过程.
半导体激光器工作原理:半导体激光器是向半导体PN 结注入电流， 实现粒子数反转分布，产生受激辐射，再利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光振荡的。
激光振荡的产生：粒子数反转分布（必要条件) 激活物质置于光学谐振腔中，对光的频率和方向进行选择=连续的光放大和激光振荡输出
过程：由于限制层的带隙比有源层宽，施加正向偏压后，P 层的空穴和N 层的电子注入有源层。P 层带隙宽，导带的能态比有源层高，对注入电子形成了势垒， 注入到有源层的电子不可能扩散到P 层。同理，注入到有源层的空穴也不可能扩散到N 层。另一方面，有源层的折射率比限制层高，产生的激光被限制在有源区内
6、静态单纵模激光器.
驱动电流变大，纵模模数变小 ，谱线宽度变窄，当驱动电流足够大时，多纵模变为单纵模，这种激光器称为静态单纵模激光器
8、半导体激光器的温度特性.
激光器输出光功率随温度而变化有两方面（1）激光器的阈值电流Ith 随温度升高而增大（2）外微分量子效率ηd 随温度升高而减小。
9、DFB 激光器（分布反馈激光器）的优点.
1、单纵模激光器2、光谱宽度窄，波长稳定性好3. 动态谱特性好，高速调制时也能保持单模特性4、线性好
10、LD 与LED 的主要区别。
半导体激光二极管 (LD)发光二极管(LED)
LD 发射的是受激辐射光，LED 发射的是自发辐射光，LED 的结构和LD 相似，大多是采用双异质结(DH)芯片，把有源层夹在P 型和N 型限制层中间，不同的是LED 不需要光学谐振腔，没有阈值。LED 通常和多模光纤耦合，用于1.3 μm(或0.85 μm) 波长的小容量短距离系统。LD 通常和G .652或G .653规范的单模光纤耦合，用于1.3 μm 或1.55 μm 大容量长距离系统。
11、常用光电检测器的种类.
PIN 光电二极管和雪崩光电二极管（APD ）
12、光电二极管的工作原理.
光电二极管(PD)把光信号转换为电信号的功能， 是由半导体PN 结的光电效应实现的。
13、PIN 和APD 的主要特点.
由于PN 结耗尽层只有几微米，大部分入射光被中性区吸收，因而光电转换效率低，响应速度慢。为改善器件的特性，在PN 结中间设置一层掺杂浓度很低的本征半导体(称为I) ，这种结构便是常用的PIN 光电二极管。随着反向偏压的增加，开始光电流基本保持不变。当反向偏压增加到一定数值时，光电流急剧增加，最后器件被击穿，这个电压称为击穿电压UB 。APD 就是根据这种特性设计的器件
14、为什么APD 管具有光生电流的内部放大作用？
15、耦合器的功能.
把一个输入的光信号分配给多个输出，或把多个输入的光信号组合成一个输出。
16、光耦合器的结构种类.
类型：耦合器类型、T 形耦合器、星形耦合器、定向耦合器、波分复用器/解复用器 基本结构的分类：光纤型、微器件型、波导型
17、什么是附加损耗？ 附加损耗Le 由散射、吸收和器件缺陷产生的损耗，是全部输入端的光功率总和Pit 和全部输出端的光功率总和Pot 的比值，用分贝表示⎧N ⎫∑P ⎪⎪P it ⎪n =1in ⎪L e =10lg =10lg ⎨N ⎬p ot ⎪∑P on ⎪⎪n =1⎭⎪⎩
18、光隔离器的结构和工作原理.
隔离器就是一种非互易器件，其主要作用是只允许光波往一个方向上传输，阻止光波往其他方向特别是反方向传输。
偏振器--法拉弟旋转器--偏振器
19、什么是耦合比？
耦合比CR 是一个指定输出端的光功率Poc 和全部输出端的光功率总和Pot 的比值
P P CR =oc =N oc P ot ∑P on
n =1
光检测过程中都有哪些噪声？
答：光检测器的噪声主要包括有光生信号电流和暗电流产生的散粒噪声以及负载电阻产生的热噪声。热噪声来源于电阻内部载流子的不规则运动。散粒噪声源于光子的吸收或者光生载流子的产生，具有随机起伏的特性。光生信号电流产生的散粒噪声，称为量子噪声，这种噪声的功率与信号电流成正比，因此不可能通过增加信号光功率提高信噪比。在没有外界入射光的作用下，光检测器中仍然存在少量载流子的随机运动，从而形成很弱的散粒噪声，成为暗电流噪声。所以在有信号光作用的时间内，主要考虑量子噪声和热噪声；而没有信号光的期间，主要考虑暗电流噪声和热噪声。
※第四章知识点小结
1、数字光发射机的方框图
.
2、光电延迟和张驰振荡.
输出光脉冲和注入电流脉冲之间存在一个初始延迟时间， 称为电光延迟时间 td ， 其数量级一 般为 ns 。 当电流脉冲注入激光器后，输出光脉冲会出现幅度逐渐衰减的振荡，称为张弛振荡，其振荡 频率 fr(=ωr/2π)一般为 0.5~2 GHz。
3、激光器为什么要采用自动温度控制？
半导体光源的输出特性受温度影响很大，特别是长波长半导体激光器对温度更加敏感。为保证输出特性的稳定，对激光器进行温度控制是十分必要的。
4、数字光接收机的方框图.
5、光接收机对光检测器的要求.
对光检测器的基本要求如下:(1) 高的光电转换效率, 即对某一波长入射光信号, 能够得到尽可能大的光电流;(2) 附加噪声尽可能小;(3) 响应速度要快, 线性好及频带宽;(4) 可靠性好, 寿命长. 在光纤通信中, 满足上述要求的光检测器有两种半导体光电二极管:PIN光电二极管和雪崩光电二极管(ADP).
6、什么是灵敏度？
灵敏度是衡量光接收机性能的综合指标。灵敏度Pr 的定义是，在保证通信质量(限定误码率或信噪比) 的条件下，光接收机所需的最小平均接收光功率〈P 〉min ，并以dBm 为单位。Pr =10lg[
min(w ) ](dBm ) 10-3灵敏度表示光接收机调整到最佳状态时，能够接收微弱光信号的能力。
7、什么是误码和误码率？
由于噪声的存在，放大器输出的是一个随机过程，其取样值是随机变量，因此在判决时可能发生误判，把发射的“0”码误判为“1”码，或把“1”码误判为“0”码。光接收机对码元误判的概率称为误码率
8、什么是动态范围？
动态范围(DR)的定义是：在限定的误码率条件下，光接收机所能承受的最大平均接收光功率〈P 〉max 和所需最小平均接收光功率〈P 〉min 的比值，用dB 表示。
DR =10lg
max (dB )
min
态范围是光接收机性能的另一个重要指标，它表示光接收机接收强光的能力
9、数字光纤通信对线路码型的要求.
数字光纤通信系统对线路码型的主要要求是保证传输的透明性，具体要求有： (1) 能限制信号带宽，减小功率谱中的高低频分量。这样就可以减小基线漂移、提高输出功率的稳定性和减小码间干扰， 有利于提高光接收机的灵敏度。2) 能给光接收机提供足够的定时信息。
因而应尽可能减少连“１”码和连“0”码的数目，使“1”码和“0”码的分布均匀保证定时信息丰富。 (3) 能提供一定的冗余码，用于平衡码流、误码监测和公务通信。但对高速光纤通信系统，应适当减少冗余码，以免占用过大的带宽。
10、数字光纤通信系统中常用的码型种类.
mBnB 码：mBnB 码是把输入的二进制原始码流进行分组，每组有m 个二进制码，记为mB ，称为一个码字，然后把一个码字变换为n 个二进制码，记为nB ，并在同一个时隙内输出我国3次群和4次群光纤通信系统最常用的线路码型是5B6B 码
※第五章知识点小结
1、SDH 的优点.
(1) SDH 采用世界上统一的标准传输速率等级。 最低的等级也就是最基本的模块称为STM-1，传输速率为155.520 Mb/s； 4个STM-1 同步复接组成STM-4，传输速率为622.080 Mb/s； 16个STM-1 组成STM-16, 传输速率为2488.320 Mb/s，以此类推。 (2) SDH 各网络单元的光接口有严格的标准规范。因此，光接口成为开放型接口，这有利于建立世界统一的通信网络。 标准的光接口综合进各种不同的网络单元， 简化了硬件，降低了网络成本。
3) 在SDH 帧结构中，丰富的开销比特用于网络的运行、 维护和管理，便于实现性能监测、故障检测和定位、故障报告等管理功能。(4) 采用数字同步复用技术，其最小的复用单位为字节， 不必进行码速调整，简化了复接分接的实现设备，由低速信号复接成高速信号，或从高速信号分出低速信号，不必逐级进行。 (5) 采用数字交叉连接设备DXC 可以对各种端口速率进行可控的连接配置，对网络资源进行自动化的调度和管理，既提高了资源利用率，又增强了网络的抗毁性和可靠性。SDH 采用了DXC 后，大大提高了网络的灵活性及对各种业务量变化的适应能力，使现代通信网络提高到一个崭新的水平。
2、SDH 传输网的主要组成设备.
SDH 传输网由SDH 终端设备、分插复用设备ADM 、数字交叉连接设备DXC 等网络单元以及连接它们的（光纤）物理链路构成
SDH 的帧结构（STM-1）。
SDH 帧结构是实现数字同步时分复用、保证网络可靠有效运行的关键。图给出SDH 帧一个STMN 帧有9行，每行由270×N 个字节组成。这样每帧共有9×270×N 个字节，每字节为8 bit。帧周期为125μs ，即每秒传输8000帧。对于STM1 而言，传输速率为9×270×8×8000=155.520 Mb/s。字节发送顺序为：由上往下逐行发
送，每行先左后右
4、SDH 的主要复用步骤是 和.
6、我国STM －1复用结构允许哪些支路接口？如果所有的支路信息都来源于2Mbit/s,问STM －1信息流中可传输多少2Mbit/s信号？相当于可传输多少个话路？
7、已知SDH 系统STM －1模块的帧结构为9行270列字节, 每字节8bit, 帧周期125μs, 计算STM －1模块的比特传输速率.
9*270*8*8000=155.520mb/s
8、VC －4是STM －1帧结构中的信息负荷区域, 计算比特传输速率.
第三章
3.4比较半导体激光器（LD ）和发光二极管（LED ）的异同？
答：不同之处：工作原理不同，LD 发光是受激辐射光，LED 发射的是自发辐射光。LED 不需要光学谐振腔，而LD 需要。和LD 相比，LED 输出光功率小，光谱较宽，调制频率较低。但发光二极管性能稳定，寿命长，输出功率线性范围宽，而且制造工艺简单，价格低廉，所以LED 的主要应用场合是小容量短距离通信系统，而LD 主要用于长距离大容量通信系统。相同之处：使用的半导体材料相同，结构相似，LED 和LD 大多使用双异质结结构，把有源层夹在P 型和N 型限制层中间。
3.19光与物之间的互作用过程有哪些？
答：光与物质之间的三种相互作用包括受激吸收、自发辐射和受激辐射。
受激吸收：在正常状态下，电子处于低能级E1，在入射光作用下，它会吸收光子的能量跃迁到高能级E2, 上，这种状态称为受激吸收。
自发辐射：在高能级E2的电子是不稳定的，即使没有外界的作用，也会自动的跃迁到低级能级E1上与空穴复合，释放的能量装换为光子辐射出去，这种跃迁称为自发辐射。
受激辐射：在高能级E2的电子，收到入射光的作用，被迫跃迁到底能级E1上与空穴复合，释放的能量产生光辐射，这种跃迁称为受激辐射。
3.20什么是粒子数反转？什么情况下能实现光放大？
答：假设能级E1和E2上的粒子数分别为N1和N2，在正常的热平衡状态下，低能级E1上的粒子数N1是大于高能级E2上的粒子数N2的，入射的光信号总是被吸收。为了获得光信号的放大，必须将热平衡下的能级E1和E2上的粒子数N1和N2的分布关系倒过来，即高能级上的粒子数反而多于低能级上的粒子数，这就是粒子数反转分布。
3.21什么是激光器的阈值条件？
答：对于给定的器件，产生激光输出的条件就是阈值条件。在阈值以上，器件已经不是放大器，而是一个振荡器或激光器。
3.24什么是雪崩倍增效应？
答：雪崩光电二极管工作是外加高反向偏压，在PN 结内部形成一高电场区，入射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。新的电子空穴对受到同样加速运动，又与原子碰撞电离，产生电子空穴对，称为二次电子空穴对。如此重复，使载流子和反向光生电流迅速增大，这个物理过程称为雪崩倍增效应。
3.26光检测过程中都有哪些噪声？
答：光检测器的噪声主要包括由光生信号电流和暗电流产生的散粒噪声以及负载电阻产生的热噪声。热噪声来源于电阻内部载流子的不规则运动。散粒噪声源于光子的吸收或者光生载流子的产生，具有随机欺负的特性。光生信号电流产生的散粒噪声称为量子噪声，这种噪声的功率与信号电流成正比，因此不可能通过增加信号光功率提高信噪比。在没有外界入射光的作用下，光检测器中仍然存在少量载流子的随机运动，从而形成很弱的散粒噪声，成为暗电流噪声。所以在有信号光作用的时间内，主要考虑量子噪声和热噪声，而在没有信号光的期间，主要考虑暗电流噪声和热噪声。
第四章
4.1激光器产生驰张震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震荡，称为驰张震荡，它出现的后果是限制调制速率，当最高调制频率接近驰张震荡频率时，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驰张振荡频率。某些激光器在脉冲调制甚至直流驱动下，当注入电流达到某个范围时，输出光脉冲出现持续等幅的高频震荡，这种现象称为自脉动现象，自脉动频率可达2GHz ，严重影响LD 的告诉调制特性。
4.2LD 为什么能产生码型效应？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，输出光脉冲和输入电流脉冲之间存在一个初始延迟时间，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为相同数量级时，会使“0”码过后的第一个“1”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，其脉冲明显变小而且连“0”码数目较多，调制速率越高，这种效应越明显，码型效应的消除方法是用适当的“过调制”补偿方法。
4.8在数字光接收机中为什么要设置AGC 电路？
答：自动增益控制使光接收机具有较宽的动态范围，以保证在入射光强度变化时输出电流基本恒定，由于使用条件不同，输入光接收机的光信号大小会发生变化，为实现宽动态范围，采用AGC 是十分必要的。AGC 一般采用接收信号强度检测及直流运算放大器构成的反馈控制电路来实现，对于APD 光接收机，AGC 控制光检测器的偏压和放大器的增益，对于PIN 光接收机，AGC 只控制放大器的增益。
4.9数字光接收机量子极限的含义是什么？
答：光接收机可能达到的最高灵敏度，这个极限值是由量子噪声决定的，所以称为量子极限
4.10已测得某数字光接收机的灵敏度为10μW ，求对应的dBm 值 解：P =10lg ⎡r ⎣P min (mW )⎤⎦=-20dBm
4.11在数字光纤通信系统中，选择码型时应考虑那几个因素？
答：能限制信号带宽，减小功率谱中的高低频分量；能给光接收机提供足够的定时信息；能提供一定的冗余度，用于平衡码流，误码检测和公务通信，但对高速光纤通信系统，应适当减小冗余度，以免占用过大的带宽。
4.12光接收机有哪些噪声？
答：主要有两种：一是光检测噪声，包括量子噪声，暗电流噪声及由APD 的雪崩效应产生的附加噪声，这是一种散弹噪声，由光子产生光生电流过程的随机性所引起，即使输入信号光功率恒定时也存在。二是热噪声及前置放大器的噪声，热噪声是在特定的温度下由电子的热运动产生，任何工作于绝对零度以上的器件都是存在的，在共接收机中主要包括光检测器负载电阻，前置放大器输入电阻的热噪声前置放大器的噪声，严格来说也是一种散粒噪声，但因这是由电域的载流子的随机运动引起的，可以通过噪声系数或噪声等效温度与热噪声一并进行计算，所以经前置放大器的噪声和电阻热噪声合称为前置放大器噪声
4.14光纤通信中常用的线路码型有扰码，mBnB 码和插入码。
4.15光发射机中外调制方式有哪些类型？内调制和外调制各有什么优缺点？
答：外调制有电折射调制器，电吸收MQW 调制器和M-Z 干涉型调制器。内调制的优点是
简单，经济，易实现，适用于半导体激光器LD 和发光二极管LED ；缺点是带来输出光脉冲的相位抖动，是光纤的色散增加，限制了容量的提高。外调制的优点是可以减少啁啾，不但可以实现OOK 方案，也可以实现ASK ，FSK ，PSK 等调制方案，缺点是成本高，不易实现。
第五章
5.1为什么要引入SDH?
答：目前光纤大容量数字传输都采用同步时分复用（TDM ）技术，复用又分为若干等级，先后有两种传输体制：准同步数字系列（PDH ）和同步数字系列（SDH ）。PDH 早在1976年就实现了标准化，目前还大量使用。随着光纤通信技术和网络的发展，PDH 遇到了许多困难。在技术迅速发展的推动下，美国提出了同步光纤网（SONET ）.1988年，ITU-T 参照SONET 的概念，提出了被称为同步数字系列（SDH ）的规范建议。SDH 解决了PDH 存在的问题，是一种比较完善的传输体制，现在得到大量应用。这种传输体制不仅适用于光纤信道，也适用于微波和卫星干线传输。
5.8简述PDH 和SDH 的特点。
答：PDH 的特点：我国和欧洲、北美、日本各自有不同的PDH 数字速率等级体系，这些体系互不兼容，使得国际互通很困难；PDH 的高次群是异步复接，每次复接要进行一次码速调整，使得复用结构相当复杂，缺乏灵活性；没有统一的光接口；PDH 预留的插入比特较少，无法适应新一代网络的要求；PDH 没有考虑组网要求，缺少保证可靠性和抗毁性的措施。
SDH 的特点：SDH 有一套标准的世界统一的数字传输速率等级结构;SDH 的帧结构是矩形块状结构，低速率支路的分布规律性极强，使得上下话路变得极为简单；SDH 帧结构中拥有丰富的开销比特，用于不同层次的OAM ，预留的备用字节可以进一步满足网络管理和智能化网络发展的需要；SDH 具有统一的网络点接口，可以实现光路上的互通;SDH 采用同步和灵活的复用方式，便于网络调度；SDH 可以承载现有的TDM 业务，也可以支持ATM 和IP 等异步业务。
第七章
7.1EDFA 的工作原理是什么？有哪些应用方式？
答：掺铒光纤放大器(EDFA)的工作原理：在掺铒光纤(EDF)中，铒离子(Er3+)有三个能级： 能级1代表基态， 能量最低，能级2是亚稳态，处于中间能级，能级3代表激发态， 能量最高，当泵浦(Pump, 抽运) 光的光子能量等于能级3和能级1的能量差时，铒离子吸收泵浦光从基态跃迁到激发态(1→3) 。但是激发态是不稳定的，Er3+很快返回到能级2。 如果输入的信号光的光子能量等于能级2和能级1的能量差，则处于能级2的Er3+将跃迁到基态(2→1) ，产生受激辐射光，因而信号光得到放大。由此可见，这种放大是由于泵浦光的能量转换为信号光的结果。为提高放大器增益， 应提高对泵浦光的吸收，使基态铒离子尽可能跃迁到激发态。
EDFA 的应用方式：•中继放大器：在光纤线路上每隔一定的距离设置一个光纤放大器，以延长干线网的传输距离）•前置放大器：置于光接收机的前面，放大非常微弱的光信号，以改善接收灵敏度。作为前置放大器，对噪声要求非常苛刻。•后置放大器：置于光接收机的后面，以提高发射机功率。对后置放大器噪声要求不高，而饱和输出光功率是主要参数。
7.2对于980nm 泵浦和1480nm 泵浦的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？
答：980nm 泵浦方式的功率转换效率高，980nm 泵浦的噪声系数小，因为更容易达到激发态。
7.4、光交换有哪些方式？
答：光交换主要有三种方式：空分光交换、时分光交换、波分光交换
空分光交换的功能是：使光信号的传输通路在空间上发生改变。空分光交换的核心器件是光开关。光开关有电光型、 声光型和磁光型等多种类型，其中电光型光开关具有开关速度快、串扰小和结构紧凑等优点，有很好的应用前景。
时分光交换是以时分复用为基础，用时隙互换原理实现交换功能的。时分复用是把时间划分成帧，每帧划分成N 个时隙， 并分配给N 路信号，再把N 路信号复接到一条光纤上。首先使时分复用信号经过分接器，然后使这些信号分别经过不同的光延迟器件，最后用复接器把这些信号重新组合起来。
波分光交换(或交叉连接) 是以波分复用原理为基础，采用波长选择或波长变换的方法实现交换功能的。为了实现波分交换，N 条输入光纤承载的波分复用光信号首先分别通过解复用器分为W 个不同波长的光信号，然后所有N*W个波长用空分光交换器进行交叉连接，最后复用器复接到N 条输出光纤上，在没有波长变换器的条件下，需对应每个波长配置一个空分交换器，所以共需W 个。
7.5光孤子通信的原理是什么？
答：光孤子(Soliton)是经光纤长距离传输后，其幅度和宽度都不变的超短光脉冲(ps数量级) 。光孤子的形成是光纤的群速度色散和非线性效应相互平衡的结果。利用光孤子作为载体的通信方式称为光孤子通信。 光孤子通信的传输距离可达上万公里，甚至几万公里，目前还处于试验阶段。光孤子源产生一系列脉冲宽度很窄的光脉冲，即光孤子流，作为信息的载体进入光调制器， 使信息对光孤子流进行调制。被调制的光孤子流经掺铒光纤放大器和光隔离器后，进入光纤进行传输。为克服光纤损耗引起的光孤子减弱，在光纤线路上周期地插入EDFA ， 向光孤子注入能量，以补偿因光纤传输而引起的能量消耗，确保光孤子稳定传输。在接收端，通过光检测器和解调装置，恢复光孤子所承载的信息。
光纤通信考试题
一、简答题（50分）
1什么叫光纤损耗？造成光纤损耗的原因是什么？硅光纤的光谱衰减曲线表明存在三个低损耗窗口，这三个窗口分别是多少。（5分）
2什么是色散？色散对光信号有什么影响？单模光纤中有哪几种色散？多模光纤中有哪几种色散？单模光纤的零色散波长在什么位置？色散位移光纤是采用什么原理制成的？（10分）
3构成激光器的三个基本条件是什么？半导体激光器的PN 结工作在什么偏置状态？何谓激光器的阈值电流？激光器的阈值电流与使用温度、使用时间有什么关系？（10分）
4光检测器使用时加什么样的偏压？什么是半导体的光电效应？什么是雪崩倍增效应？（10分）
5PDH 的基群的复接是采用的字节间插时分复用还是比特间插时分复用方式得到的？高次群呢？ SDH 的主要复用步骤是什么？SDH 网络的常用设备主要包括什么？（5分）
6EDFA 的典型泵浦波长是多少？EDFA 的工作波长是多少？画出EDFA 的工作能级图，简述EDFA 的工作原理。（10分）
二、计算题（50分）
7光纤纤芯直径为8μm ，纤芯折射率n1＝1.468，包层折射率n2=1.464,工作波长为1300nm ，计算下列参数. 468-1. 464=0. 108296（10分）
（1）光纤参数V ，它是单模光纤吗？（2）该光纤变成多模工作的波长？
（3）数值孔径；（4）最大可接受角。 22
8注入单模光纤的半导体激光器功率为1mW ，在光纤输出端光电探测器的最小接受光功率为10nW ，在1.3μm 波段工作，光纤衰减系数是0.5dB /km，问无需中继器的最大光纤长度。（5分）
9已知半导体材料GaAs 的Eg=1.43eV, InGaP 的Eg=0.96eV，分别求出这两种材料组成的半导体激光器的发射波长。1 eV = 1.6 × 10-19 J (焦耳）（5分）
10、有64个10Gb/s信道使用WDM 技术复用到同一根光纤上，系统的中继距离为100km ，求系统的容量是多少？（5分）
11、光电二级管的响应度为0.85A/W，饱和输入光功率为1.5mW ，当入射光功率为1mW 时，产生的光电流是多少？（5分）
12、对于长度为80km ，色散系数为17.46ps/nm.km的单模光纤，需要多长的色散系数为－65ps/nm.km的色散补偿光纤进行补偿？（5分）
13、EDFA 的噪声指数为5，增益是25dB ，输入信号信噪比SNR=30dB, 输入信号功率为10μW ，计算EDFA 的输出信号功率（用dBm ）和信噪比（用dB 表示）。lg2=0.3（10分）
14、已知SDH 系统STM －16模块的帧结构为9行270×16列字节，每字节8bit ，帧周期125μs ，计算STM －16模块的比特传输速率。（5分）
※二知识点小结
1、光纤由那几层构成, 各层的主要作用是什么？
光纤是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝.. 纤芯的折射率比包层稍高, 损耗比包层更低, 光能量主要在纤芯内传输. 包层为光的传输提供反射面和光隔离, 并起一定的机械保护作用.
2、光纤是怎样分类的？
按折射率—突变型多模光纤、渐变性多模光纤、单模光纤；按材料—石英系光纤、石英芯塑料包层光纤、多成分玻璃纤维、塑料光纤
3、什么叫光纤损耗？造成光纤损耗的原因是什么？硅光纤的光谱衰减曲线表明存在三个低损耗窗口，这三个窗口分别是多少。
传输过程中光信号幅度的减小。原因：吸收、散射、弯曲损耗，吸收损耗是由于SiO2材料引起的固有吸收和杂质引起的吸收产生的，散射损耗主要是由材料微观度不均匀引起的锐利散射和光线结构缺陷引起散射产生的。0.85um 、1.31um 、1.55um 附近时光纤传输损耗较小或最小的波长“窗口”相应损耗为2—3dB/km,0.5dB/km,0,2dB/km。
4、什么是色散？色散对光信号有什么影响？单模光纤中有哪几种色散？多模光纤中有哪几种色散？单模光纤的零色散波长在什么位置？色散位移光纤是采用什么原理制成的？
色散：（模式、材料、波导色散）在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应。影响：模拟调制中限制带宽，若是数字脉冲信号将使脉冲展宽，限制系统传输速率。单模:色度色散、偏振模色散。多模：模内、模间色散。1.31um 。
5、目前光纤通信为什么采用以下三个作波长：λ0=0.85μm, λ2=1.31μm, λ3=1.55μm？
这是光纤的三个低损耗窗口
6、光纤通信为什么向长波长、单模光纤方向发展？
长波长、单模光纤比短波、多模光纤具有更好的传输特性。一：单模光纤没有色散模式，不同成分光经过单模光纤的传播时间不同的程度显著限于经过多模光纤的传输时间；二：由光纤损耗和波长的关系曲线可知，随着波长增大，损耗呈下降趋势，且在1.55um 处有最低值，而且1.31um 和1.55um 处的色散很小，故目前长距离光纤通信一般都工作在1.55um 处。
7、光能量在光纤中传输的必要条件.
纤芯折射率大于包层折射率。
8、突变多模光纤数值孔径的概念及计算.
突变型多模光纤相对折射率差（纤芯和包层折射率分别为n1和n2）定义：n=(n1-n2)/n1
数值孔径NA =sin θC 时间延迟τ=n 1l n 1L n L θ2
=sec θ1≈1(1+1) c c c 2, 最大入射角(θ=θc) 和最小入射角
(θ=0)的光线之间时间延迟差近似为∆τ=n L L 2L θc =(NA ) 2≈1∆2n 1c 2n 1c c
9、弱导波光纤的概念.
纤芯折射率为n1保持不变，到包层突然变为n2。这种光纤一般纤芯直径2a=50~80 μm ，光线以折线形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变大。带宽只有10~20 MHz·km ，一般用于小容量（8 Mb/s以下）短距离（几km 以内）系统。
12、渐变型多模光纤自聚焦效应的产生机理.
自聚焦效应：不同入射角相应的光线, 虽然经历的路程不同, 但是最终都会聚在P 点上, 这种现象称为自聚焦效应.
14、突变光纤和平方律渐变光纤传输模数量的计算. 传输模数M =(g g V 2
) a 2k 2n 12∆=() g +2g +22
对于突变型光纤,g →∞,M=V2/2；对于平方律渐变型光纤,g=2,M=V2/4
15
、单模传输条件为V 2.405
截止波长
λc
x 归一化频率
V 16、归一化双折射B:β=∆β=(β
-βy ) ,
=2π/∆β. 拍长：两正交偏振模的相位差达到2π的光纤长度L b
17、三种色散的定义.
色散是在光纤中传输的光信号由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应. 色散的种类：1模式色散：是由于不同模式的时间延迟不同而产生的, 它取决于光纤的折射率分布, 并和光纤材料折射率的波长特性有关.2材料色散：是由于光纤的折射率随波长而改变, 以及模式内部不同波长成分的光(实际光源不是纯单色光), 其时间延迟不同而产生的. 这种色散取决于光纤材料折射率的波长特性和光源的谱线宽度.3波导色散：是由于波导结构参数与波长有关而产生的, 它取决于波导尺寸和纤芯与包层的相对折射率差
18、光纤色散的表示, 时域和频域的表达式的关系.
频域：色散限制了传输信号的带宽；色散通常用3dB 光带宽
时域：色散引起脉冲展宽. 脉冲展宽Δτ表示 二者的关系通过推导可得：=441/Δτ（MHZ ） =>f3db
式中：Δτ为信号通过光纤产生的脉冲展宽, 单位为ns ；用脉冲展宽表示时, 光纤色散可以写成Δτ=(Δτ2n+Δτ2m+Δτ2w)1/2.Δτn 模式色散；Δτm 材料色散；Δτw 波导色散, 所引起的脉冲展宽的均方根值.
19、光纤损耗产生的机理.
1) 吸收损耗(a)本征吸收（固有吸收）：
电子跃迁吸收（紫外吸收）分子共振吸收（红外吸收）(b)杂质吸收
(2)散射损耗：由于光纤中介质的不均匀性而使光向各个方向散射开而引起的损耗. （a ）线性散射：瑞利散射, 波导散射(b)非线性散射：受激拉曼散射和受激布里渊散射
(3)弯曲损耗：由光纤结构缺陷(如气泡) 引起的散射
20、非零色散光纤.
光纤在1.55μm 有微量色散
21、光缆缆芯的结构类型.
缆芯通常包括被覆光纤(或称芯线) 和加强件两部分. 被覆光纤是光缆的核心, 决定着光缆的传输特性. 加强件起着承受光缆拉力的作用, 通常处在缆芯中心, 有时配置在护套中. 四种基本类型：层绞式、骨架式、中心束管式、带状式
22、光纤特性参数的测量方法.
损耗测量：一种是测量通过光纤的传输光功率, 称剪断法和插入法；另一种是测量光纤的后向散射光功率, 称后向散射法.
带宽测量：时域法又称脉冲法；频域法又称扫频法.
光纤色散测量有相移法、脉冲时延法和干涉法等. 相移法是测量单模光纤色散的基准方法.
※第三章知识点小结
1、光与物质作用时有受激吸收, 自发辐射, 受激辐射 三个物理过程.
2、受激辐射光的频率、相位、偏振态和传播方向与入射光相同，这种光称为相干光。自发辐射光是由大量不同激发态的电子自发跃迁产生的，其频率和方向分布在一定范围内，相位和偏振态是混乱的，这种光称为非相干光。
2、半导体激光器的主要由哪三个部分组成？
有源层；限制层；基片
3、电子吸收或辐射光子所要满足的波尔条件.E2-E1=hf 12 式中，h=6.628×10-34J·s ，为普朗克常数，f 12为吸收或辐射的光子频率。
4、什么是粒子数反转分布？
设在单位物质中，处于低能级E1和处于高能级E2(E2>E1)的原子数分别为N1和N2。受激吸收和受激辐射的速率分别比例于N1和N2，且比例系数(吸收和辐射的概率) 相等。N2>N1的分布，和正常状态(N1>N2)的分布相反，所以称为粒子(电子) 数反转分布。
5、理解半导体激光产生激光的机理和过程.
半导体激光器工作原理:半导体激光器是向半导体PN 结注入电流， 实现粒子数反转分布，产生受激辐射，再利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光振荡的。
激光振荡的产生：粒子数反转分布（必要条件) 激活物质置于光学谐振腔中，对光的频率和方向进行选择=连续的光放大和激光振荡输出
过程：由于限制层的带隙比有源层宽，施加正向偏压后，P 层的空穴和N 层的电子注入有源层。P 层带隙宽，导带的能态比有源层高，对注入电子形成了势垒， 注入到有源层的电子不可能扩散到P 层。同理，注入到有源层的空穴也不可能扩散到N 层。另一方面，有源层的折射率比限制层高，产生的激光被限制在有源区内
6、静态单纵模激光器.
驱动电流变大，纵模模数变小 ，谱线宽度变窄，当驱动电流足够大时，多纵模变为单纵模，这种激光器称为静态单纵模激光器
8、半导体激光器的温度特性.
激光器输出光功率随温度而变化有两方面（1）激光器的阈值电流Ith 随温度升高而增大（2）外微分量子效率ηd 随温度升高而减小。
9、DFB 激光器（分布反馈激光器）的优点.
1、单纵模激光器2、光谱宽度窄，波长稳定性好3. 动态谱特性好，高速调制时也能保持单模特性4、线性好
10、LD 与LED 的主要区别。
半导体激光二极管 (LD)发光二极管(LED)
LD 发射的是受激辐射光，LED 发射的是自发辐射光，LED 的结构和LD 相似，大多是采用双异质结(DH)芯片，把有源层夹在P 型和N 型限制层中间，不同的是LED 不需要光学谐振腔，没有阈值。LED 通常和多模光纤耦合，用于1.3 μm(或0.85 μm) 波长的小容量短距离系统。LD 通常和G .652或G .653规范的单模光纤耦合，用于1.3 μm 或1.55 μm 大容量长距离系统。
11、常用光电检测器的种类.
PIN 光电二极管和雪崩光电二极管（APD ）
12、光电二极管的工作原理.
光电二极管(PD)把光信号转换为电信号的功能， 是由半导体PN 结的光电效应实现的。
13、PIN 和APD 的主要特点.
由于PN 结耗尽层只有几微米，大部分入射光被中性区吸收，因而光电转换效率低，响应速度慢。为改善器件的特性，在PN 结中间设置一层掺杂浓度很低的本征半导体(称为I) ，这种结构便是常用的PIN 光电二极管。随着反向偏压的增加，开始光电流基本保持不变。当反向偏压增加到一定数值时，光电流急剧增加，最后器件被击穿，这个电压称为击穿电压UB 。APD 就是根据这种特性设计的器件
14、为什么APD 管具有光生电流的内部放大作用？
15、耦合器的功能.
把一个输入的光信号分配给多个输出，或把多个输入的光信号组合成一个输出。
16、光耦合器的结构种类.
类型：耦合器类型、T 形耦合器、星形耦合器、定向耦合器、波分复用器/解复用器 基本结构的分类：光纤型、微器件型、波导型
17、什么是附加损耗？ 附加损耗Le 由散射、吸收和器件缺陷产生的损耗，是全部输入端的光功率总和Pit 和全部输出端的光功率总和Pot 的比值，用分贝表示⎧N ⎫∑P ⎪⎪P it ⎪n =1in ⎪L e =10lg =10lg ⎨N ⎬p ot ⎪∑P on ⎪⎪n =1⎭⎪⎩
18、光隔离器的结构和工作原理.
隔离器就是一种非互易器件，其主要作用是只允许光波往一个方向上传输，阻止光波往其他方向特别是反方向传输。
偏振器--法拉弟旋转器--偏振器
19、什么是耦合比？
耦合比CR 是一个指定输出端的光功率Poc 和全部输出端的光功率总和Pot 的比值
P P CR =oc =N oc P ot ∑P on
n =1
光检测过程中都有哪些噪声？
答：光检测器的噪声主要包括有光生信号电流和暗电流产生的散粒噪声以及负载电阻产生的热噪声。热噪声来源于电阻内部载流子的不规则运动。散粒噪声源于光子的吸收或者光生载流子的产生，具有随机起伏的特性。光生信号电流产生的散粒噪声，称为量子噪声，这种噪声的功率与信号电流成正比，因此不可能通过增加信号光功率提高信噪比。在没有外界入射光的作用下，光检测器中仍然存在少量载流子的随机运动，从而形成很弱的散粒噪声，成为暗电流噪声。所以在有信号光作用的时间内，主要考虑量子噪声和热噪声；而没有信号光的期间，主要考虑暗电流噪声和热噪声。
※第四章知识点小结
1、数字光发射机的方框图
.
2、光电延迟和张驰振荡.
输出光脉冲和注入电流脉冲之间存在一个初始延迟时间， 称为电光延迟时间 td ， 其数量级一 般为 ns 。 当电流脉冲注入激光器后，输出光脉冲会出现幅度逐渐衰减的振荡，称为张弛振荡，其振荡 频率 fr(=ωr/2π)一般为 0.5~2 GHz。
3、激光器为什么要采用自动温度控制？
半导体光源的输出特性受温度影响很大，特别是长波长半导体激光器对温度更加敏感。为保证输出特性的稳定，对激光器进行温度控制是十分必要的。
4、数字光接收机的方框图.
5、光接收机对光检测器的要求.
对光检测器的基本要求如下:(1) 高的光电转换效率, 即对某一波长入射光信号, 能够得到尽可能大的光电流;(2) 附加噪声尽可能小;(3) 响应速度要快, 线性好及频带宽;(4) 可靠性好, 寿命长. 在光纤通信中, 满足上述要求的光检测器有两种半导体光电二极管:PIN光电二极管和雪崩光电二极管(ADP).
6、什么是灵敏度？
灵敏度是衡量光接收机性能的综合指标。灵敏度Pr 的定义是，在保证通信质量(限定误码率或信噪比) 的条件下，光接收机所需的最小平均接收光功率〈P 〉min ，并以dBm 为单位。Pr =10lg[
min(w ) ](dBm ) 10-3灵敏度表示光接收机调整到最佳状态时，能够接收微弱光信号的能力。
7、什么是误码和误码率？
由于噪声的存在，放大器输出的是一个随机过程，其取样值是随机变量，因此在判决时可能发生误判，把发射的“0”码误判为“1”码，或把“1”码误判为“0”码。光接收机对码元误判的概率称为误码率
8、什么是动态范围？
动态范围(DR)的定义是：在限定的误码率条件下，光接收机所能承受的最大平均接收光功率〈P 〉max 和所需最小平均接收光功率〈P 〉min 的比值，用dB 表示。
DR =10lg
max (dB )
min
态范围是光接收机性能的另一个重要指标，它表示光接收机接收强光的能力
9、数字光纤通信对线路码型的要求.
数字光纤通信系统对线路码型的主要要求是保证传输的透明性，具体要求有： (1) 能限制信号带宽，减小功率谱中的高低频分量。这样就可以减小基线漂移、提高输出功率的稳定性和减小码间干扰， 有利于提高光接收机的灵敏度。2) 能给光接收机提供足够的定时信息。
因而应尽可能减少连“１”码和连“0”码的数目，使“1”码和“0”码的分布均匀保证定时信息丰富。 (3) 能提供一定的冗余码，用于平衡码流、误码监测和公务通信。但对高速光纤通信系统，应适当减少冗余码，以免占用过大的带宽。
10、数字光纤通信系统中常用的码型种类.
mBnB 码：mBnB 码是把输入的二进制原始码流进行分组，每组有m 个二进制码，记为mB ，称为一个码字，然后把一个码字变换为n 个二进制码，记为nB ，并在同一个时隙内输出我国3次群和4次群光纤通信系统最常用的线路码型是5B6B 码
※第五章知识点小结
1、SDH 的优点.
(1) SDH 采用世界上统一的标准传输速率等级。 最低的等级也就是最基本的模块称为STM-1，传输速率为155.520 Mb/s； 4个STM-1 同步复接组成STM-4，传输速率为622.080 Mb/s； 16个STM-1 组成STM-16, 传输速率为2488.320 Mb/s，以此类推。 (2) SDH 各网络单元的光接口有严格的标准规范。因此，光接口成为开放型接口，这有利于建立世界统一的通信网络。 标准的光接口综合进各种不同的网络单元， 简化了硬件，降低了网络成本。
3) 在SDH 帧结构中，丰富的开销比特用于网络的运行、 维护和管理，便于实现性能监测、故障检测和定位、故障报告等管理功能。(4) 采用数字同步复用技术，其最小的复用单位为字节， 不必进行码速调整，简化了复接分接的实现设备，由低速信号复接成高速信号，或从高速信号分出低速信号，不必逐级进行。 (5) 采用数字交叉连接设备DXC 可以对各种端口速率进行可控的连接配置，对网络资源进行自动化的调度和管理，既提高了资源利用率，又增强了网络的抗毁性和可靠性。SDH 采用了DXC 后，大大提高了网络的灵活性及对各种业务量变化的适应能力，使现代通信网络提高到一个崭新的水平。
2、SDH 传输网的主要组成设备.
SDH 传输网由SDH 终端设备、分插复用设备ADM 、数字交叉连接设备DXC 等网络单元以及连接它们的（光纤）物理链路构成
SDH 的帧结构（STM-1）。
SDH 帧结构是实现数字同步时分复用、保证网络可靠有效运行的关键。图给出SDH 帧一个STMN 帧有9行，每行由270×N 个字节组成。这样每帧共有9×270×N 个字节，每字节为8 bit。帧周期为125μs ，即每秒传输8000帧。对于STM1 而言，传输速率为9×270×8×8000=155.520 Mb/s。字节发送顺序为：由上往下逐行发
送，每行先左后右
4、SDH 的主要复用步骤是 和.
6、我国STM －1复用结构允许哪些支路接口？如果所有的支路信息都来源于2Mbit/s,问STM －1信息流中可传输多少2Mbit/s信号？相当于可传输多少个话路？
7、已知SDH 系统STM －1模块的帧结构为9行270列字节, 每字节8bit, 帧周期125μs, 计算STM －1模块的比特传输速率.
9*270*8*8000=155.520mb/s
8、VC －4是STM －1帧结构中的信息负荷区域, 计算比特传输速率.
第三章
3.4比较半导体激光器（LD ）和发光二极管（LED ）的异同？
答：不同之处：工作原理不同，LD 发光是受激辐射光，LED 发射的是自发辐射光。LED 不需要光学谐振腔，而LD 需要。和LD 相比，LED 输出光功率小，光谱较宽，调制频率较低。但发光二极管性能稳定，寿命长，输出功率线性范围宽，而且制造工艺简单，价格低廉，所以LED 的主要应用场合是小容量短距离通信系统，而LD 主要用于长距离大容量通信系统。相同之处：使用的半导体材料相同，结构相似，LED 和LD 大多使用双异质结结构，把有源层夹在P 型和N 型限制层中间。
3.19光与物之间的互作用过程有哪些？
答：光与物质之间的三种相互作用包括受激吸收、自发辐射和受激辐射。
受激吸收：在正常状态下，电子处于低能级E1，在入射光作用下，它会吸收光子的能量跃迁到高能级E2, 上，这种状态称为受激吸收。
自发辐射：在高能级E2的电子是不稳定的，即使没有外界的作用，也会自动的跃迁到低级能级E1上与空穴复合，释放的能量装换为光子辐射出去，这种跃迁称为自发辐射。
受激辐射：在高能级E2的电子，收到入射光的作用，被迫跃迁到底能级E1上与空穴复合，释放的能量产生光辐射，这种跃迁称为受激辐射。
3.20什么是粒子数反转？什么情况下能实现光放大？
答：假设能级E1和E2上的粒子数分别为N1和N2，在正常的热平衡状态下，低能级E1上的粒子数N1是大于高能级E2上的粒子数N2的，入射的光信号总是被吸收。为了获得光信号的放大，必须将热平衡下的能级E1和E2上的粒子数N1和N2的分布关系倒过来，即高能级上的粒子数反而多于低能级上的粒子数，这就是粒子数反转分布。
3.21什么是激光器的阈值条件？
答：对于给定的器件，产生激光输出的条件就是阈值条件。在阈值以上，器件已经不是放大器，而是一个振荡器或激光器。
3.24什么是雪崩倍增效应？
答：雪崩光电二极管工作是外加高反向偏压，在PN 结内部形成一高电场区，入射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。新的电子空穴对受到同样加速运动，又与原子碰撞电离，产生电子空穴对，称为二次电子空穴对。如此重复，使载流子和反向光生电流迅速增大，这个物理过程称为雪崩倍增效应。
3.26光检测过程中都有哪些噪声？
答：光检测器的噪声主要包括由光生信号电流和暗电流产生的散粒噪声以及负载电阻产生的热噪声。热噪声来源于电阻内部载流子的不规则运动。散粒噪声源于光子的吸收或者光生载流子的产生，具有随机欺负的特性。光生信号电流产生的散粒噪声称为量子噪声，这种噪声的功率与信号电流成正比，因此不可能通过增加信号光功率提高信噪比。在没有外界入射光的作用下，光检测器中仍然存在少量载流子的随机运动，从而形成很弱的散粒噪声，成为暗电流噪声。所以在有信号光作用的时间内，主要考虑量子噪声和热噪声，而在没有信号光的期间，主要考虑暗电流噪声和热噪声。
第四章
4.1激光器产生驰张震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震荡，称为驰张震荡，它出现的后果是限制调制速率，当最高调制频率接近驰张震荡频率时，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驰张振荡频率。某些激光器在脉冲调制甚至直流驱动下，当注入电流达到某个范围时，输出光脉冲出现持续等幅的高频震荡，这种现象称为自脉动现象，自脉动频率可达2GHz ，严重影响LD 的告诉调制特性。
4.2LD 为什么能产生码型效应？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，输出光脉冲和输入电流脉冲之间存在一个初始延迟时间，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为相同数量级时，会使“0”码过后的第一个“1”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，其脉冲明显变小而且连“0”码数目较多，调制速率越高，这种效应越明显，码型效应的消除方法是用适当的“过调制”补偿方法。
4.8在数字光接收机中为什么要设置AGC 电路？
答：自动增益控制使光接收机具有较宽的动态范围，以保证在入射光强度变化时输出电流基本恒定，由于使用条件不同，输入光接收机的光信号大小会发生变化，为实现宽动态范围，采用AGC 是十分必要的。AGC 一般采用接收信号强度检测及直流运算放大器构成的反馈控制电路来实现，对于APD 光接收机，AGC 控制光检测器的偏压和放大器的增益，对于PIN 光接收机，AGC 只控制放大器的增益。
4.9数字光接收机量子极限的含义是什么？
答：光接收机可能达到的最高灵敏度，这个极限值是由量子噪声决定的，所以称为量子极限
4.10已测得某数字光接收机的灵敏度为10μW ，求对应的dBm 值 解：P =10lg ⎡r ⎣P min (mW )⎤⎦=-20dBm
4.11在数字光纤通信系统中，选择码型时应考虑那几个因素？
答：能限制信号带宽，减小功率谱中的高低频分量；能给光接收机提供足够的定时信息；能提供一定的冗余度，用于平衡码流，误码检测和公务通信，但对高速光纤通信系统，应适当减小冗余度，以免占用过大的带宽。
4.12光接收机有哪些噪声？
答：主要有两种：一是光检测噪声，包括量子噪声，暗电流噪声及由APD 的雪崩效应产生的附加噪声，这是一种散弹噪声，由光子产生光生电流过程的随机性所引起，即使输入信号光功率恒定时也存在。二是热噪声及前置放大器的噪声，热噪声是在特定的温度下由电子的热运动产生，任何工作于绝对零度以上的器件都是存在的，在共接收机中主要包括光检测器负载电阻，前置放大器输入电阻的热噪声前置放大器的噪声，严格来说也是一种散粒噪声，但因这是由电域的载流子的随机运动引起的，可以通过噪声系数或噪声等效温度与热噪声一并进行计算，所以经前置放大器的噪声和电阻热噪声合称为前置放大器噪声
4.14光纤通信中常用的线路码型有扰码，mBnB 码和插入码。
4.15光发射机中外调制方式有哪些类型？内调制和外调制各有什么优缺点？
答：外调制有电折射调制器，电吸收MQW 调制器和M-Z 干涉型调制器。内调制的优点是
简单，经济，易实现，适用于半导体激光器LD 和发光二极管LED ；缺点是带来输出光脉冲的相位抖动，是光纤的色散增加，限制了容量的提高。外调制的优点是可以减少啁啾，不但可以实现OOK 方案，也可以实现ASK ，FSK ，PSK 等调制方案，缺点是成本高，不易实现。
第五章
5.1为什么要引入SDH?
答：目前光纤大容量数字传输都采用同步时分复用（TDM ）技术，复用又分为若干等级，先后有两种传输体制：准同步数字系列（PDH ）和同步数字系列（SDH ）。PDH 早在1976年就实现了标准化，目前还大量使用。随着光纤通信技术和网络的发展，PDH 遇到了许多困难。在技术迅速发展的推动下，美国提出了同步光纤网（SONET ）.1988年，ITU-T 参照SONET 的概念，提出了被称为同步数字系列（SDH ）的规范建议。SDH 解决了PDH 存在的问题，是一种比较完善的传输体制，现在得到大量应用。这种传输体制不仅适用于光纤信道，也适用于微波和卫星干线传输。
5.8简述PDH 和SDH 的特点。
答：PDH 的特点：我国和欧洲、北美、日本各自有不同的PDH 数字速率等级体系，这些体系互不兼容，使得国际互通很困难；PDH 的高次群是异步复接，每次复接要进行一次码速调整，使得复用结构相当复杂，缺乏灵活性；没有统一的光接口；PDH 预留的插入比特较少，无法适应新一代网络的要求；PDH 没有考虑组网要求，缺少保证可靠性和抗毁性的措施。
SDH 的特点：SDH 有一套标准的世界统一的数字传输速率等级结构;SDH 的帧结构是矩形块状结构，低速率支路的分布规律性极强，使得上下话路变得极为简单；SDH 帧结构中拥有丰富的开销比特，用于不同层次的OAM ，预留的备用字节可以进一步满足网络管理和智能化网络发展的需要；SDH 具有统一的网络点接口，可以实现光路上的互通;SDH 采用同步和灵活的复用方式，便于网络调度；SDH 可以承载现有的TDM 业务，也可以支持ATM 和IP 等异步业务。
第七章
7.1EDFA 的工作原理是什么？有哪些应用方式？
答：掺铒光纤放大器(EDFA)的工作原理：在掺铒光纤(EDF)中，铒离子(Er3+)有三个能级： 能级1代表基态， 能量最低，能级2是亚稳态，处于中间能级，能级3代表激发态， 能量最高，当泵浦(Pump, 抽运) 光的光子能量等于能级3和能级1的能量差时，铒离子吸收泵浦光从基态跃迁到激发态(1→3) 。但是激发态是不稳定的，Er3+很快返回到能级2。 如果输入的信号光的光子能量等于能级2和能级1的能量差，则处于能级2的Er3+将跃迁到基态(2→1) ，产生受激辐射光，因而信号光得到放大。由此可见，这种放大是由于泵浦光的能量转换为信号光的结果。为提高放大器增益， 应提高对泵浦光的吸收，使基态铒离子尽可能跃迁到激发态。
EDFA 的应用方式：•中继放大器：在光纤线路上每隔一定的距离设置一个光纤放大器，以延长干线网的传输距离）•前置放大器：置于光接收机的前面，放大非常微弱的光信号，以改善接收灵敏度。作为前置放大器，对噪声要求非常苛刻。•后置放大器：置于光接收机的后面，以提高发射机功率。对后置放大器噪声要求不高，而饱和输出光功率是主要参数。
7.2对于980nm 泵浦和1480nm 泵浦的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？
答：980nm 泵浦方式的功率转换效率高，980nm 泵浦的噪声系数小，因为更容易达到激发态。
7.4、光交换有哪些方式？
答：光交换主要有三种方式：空分光交换、时分光交换、波分光交换
空分光交换的功能是：使光信号的传输通路在空间上发生改变。空分光交换的核心器件是光开关。光开关有电光型、 声光型和磁光型等多种类型，其中电光型光开关具有开关速度快、串扰小和结构紧凑等优点，有很好的应用前景。
时分光交换是以时分复用为基础，用时隙互换原理实现交换功能的。时分复用是把时间划分成帧，每帧划分成N 个时隙， 并分配给N 路信号，再把N 路信号复接到一条光纤上。首先使时分复用信号经过分接器，然后使这些信号分别经过不同的光延迟器件，最后用复接器把这些信号重新组合起来。
波分光交换(或交叉连接) 是以波分复用原理为基础，采用波长选择或波长变换的方法实现交换功能的。为了实现波分交换，N 条输入光纤承载的波分复用光信号首先分别通过解复用器分为W 个不同波长的光信号，然后所有N*W个波长用空分光交换器进行交叉连接，最后复用器复接到N 条输出光纤上，在没有波长变换器的条件下，需对应每个波长配置一个空分交换器，所以共需W 个。
7.5光孤子通信的原理是什么？
答：光孤子(Soliton)是经光纤长距离传输后，其幅度和宽度都不变的超短光脉冲(ps数量级) 。光孤子的形成是光纤的群速度色散和非线性效应相互平衡的结果。利用光孤子作为载体的通信方式称为光孤子通信。 光孤子通信的传输距离可达上万公里，甚至几万公里，目前还处于试验阶段。光孤子源产生一系列脉冲宽度很窄的光脉冲，即光孤子流，作为信息的载体进入光调制器， 使信息对光孤子流进行调制。被调制的光孤子流经掺铒光纤放大器和光隔离器后，进入光纤进行传输。为克服光纤损耗引起的光孤子减弱，在光纤线路上周期地插入EDFA ， 向光孤子注入能量，以补偿因光纤传输而引起的能量消耗，确保光孤子稳定传输。在接收端，通过光检测器和解调装置，恢复光孤子所承载的信息。
光纤通信考试题
一、简答题（50分）
1什么叫光纤损耗？造成光纤损耗的原因是什么？硅光纤的光谱衰减曲线表明存在三个低损耗窗口，这三个窗口分别是多少。（5分）
2什么是色散？色散对光信号有什么影响？单模光纤中有哪几种色散？多模光纤中有哪几种色散？单模光纤的零色散波长在什么位置？色散位移光纤是采用什么原理制成的？（10分）
3构成激光器的三个基本条件是什么？半导体激光器的PN 结工作在什么偏置状态？何谓激光器的阈值电流？激光器的阈值电流与使用温度、使用时间有什么关系？（10分）
4光检测器使用时加什么样的偏压？什么是半导体的光电效应？什么是雪崩倍增效应？（10分）
5PDH 的基群的复接是采用的字节间插时分复用还是比特间插时分复用方式得到的？高次群呢？ SDH 的主要复用步骤是什么？SDH 网络的常用设备主要包括什么？（5分）
6EDFA 的典型泵浦波长是多少？EDFA 的工作波长是多少？画出EDFA 的工作能级图，简述EDFA 的工作原理。（10分）
二、计算题（50分）
7光纤纤芯直径为8μm ，纤芯折射率n1＝1.468，包层折射率n2=1.464,工作波长为1300nm ，计算下列参数. 468-1. 464=0. 108296（10分）
（1）光纤参数V ，它是单模光纤吗？（2）该光纤变成多模工作的波长？
（3）数值孔径；（4）最大可接受角。 22
8注入单模光纤的半导体激光器功率为1mW ，在光纤输出端光电探测器的最小接受光功率为10nW ，在1.3μm 波段工作，光纤衰减系数是0.5dB /km，问无需中继器的最大光纤长度。（5分）
9已知半导体材料GaAs 的Eg=1.43eV, InGaP 的Eg=0.96eV，分别求出这两种材料组成的半导体激光器的发射波长。1 eV = 1.6 × 10-19 J (焦耳）（5分）
10、有64个10Gb/s信道使用WDM 技术复用到同一根光纤上，系统的中继距离为100km ，求系统的容量是多少？（5分）
11、光电二级管的响应度为0.85A/W，饱和输入光功率为1.5mW ，当入射光功率为1mW 时，产生的光电流是多少？（5分）
12、对于长度为80km ，色散系数为17.46ps/nm.km的单模光纤，需要多长的色散系数为－65ps/nm.km的色散补偿光纤进行补偿？（5分）
13、EDFA 的噪声指数为5，增益是25dB ，输入信号信噪比SNR=30dB, 输入信号功率为10μW ，计算EDFA 的输出信号功率（用dBm ）和信噪比（用dB 表示）。lg2=0.3（10分）
14、已知SDH 系统STM －16模块的帧结构为9行270×16列字节，每字节8bit ，帧周期125μs ，计算STM －16模块的比特传输速率。（5分）