光纤通信课后习题答案

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1、1. 光纤通信的优缺点各是什么?答：优点有：带宽资源丰富，通信容量大；损耗低，中继距离长；无 串音干扰，保密性好；适应能力强；体积小、重量轻、便于施工维护；原 材料来源丰富，潜在价格低廉等。缺点有：接口昂贵，强度差，不能传送电力，需要专门的工具、设备以及培训，未经受长时间的检验等。2. 光纤通信系统由哪几部分组成？各部分的功能是什么？答：光纤通信系统由三部分组成：光发射机、光接收机和光纤链路。光发射机由模拟或数字电接口、 电压一电流驱动电路和光源组件组成。 光源组件包括光源、光源一光纤耦合器和一段光纤（尾纤或光纤跳线）组 成。模拟或数字电接的作用是实现口阻抗匹配和信号电平匹配（限制输入 信号的

2、振幅）作用。光源是 LED或LD，这两种二极管的光功率与驱动电 流成正比。电压一电流驱动电路是输入电路与光源间的电接口，用来将输 入信号的电压转换成电流以驱动光源。光源一光纤耦合器的作用是把光源 发出的光耦合到光纤或光缆中。光接收机由光检测器组件、放大电路和模拟或数字电接口组成。光检 测器组件包括一段光纤（尾纤或光纤跳线）、光纤一光检波器耦合器、光检 测器和电流一电压转换器。光检测器将光信号转化为电流信号。常用的器件有PIN和APD。然后再通过电流一电压转换器，变成电压信号输出。模拟或数字电接口对输出 电路其阻抗匹配和信号电平匹配作用。光纤链路由光纤光缆、光纤连接器、光缆终端盒、光缆线路盒和中

3、继 i器等组成。光纤光缆由石英或塑料光纤、金属包层和外套管组成。光缆线路盒：光缆生产厂家生产的光缆一般为 2km 一盘，因而，如果光发送与光接收之 间的距离超多2km时，每隔2km将需要用光缆线路盒把光缆连接起来。光缆终端盒：主要用于将光缆从户外（或户内）引入到户内（或户外），将光缆中的光纤从光缆中分出来，一般放置在光设备机房内。光纤连接器：主 要用于将光发送机（或光接收机）与光缆终端盒分出来的光纤连接起来， 即连接光纤跳线与光缆中的光纤。3. 假设数字通信系统能够在高达1%的载波频率的比特率下工作，试问在 5GHz的微波载波和1.55卩m的光载波上能传输多少路 64kb/s的音频信 道？解：

4、根据题意，求得在 5GHz的微波载波下，数字通信系统的比特率为50Mb/s，则能传输781路64kb/s的音频信道。根据题意，求得在 1.55卩m的光载波下，数字通信系统的比特率为1.935Gb/s，则能传输 30241935路64kb/s的音频信道。4. SDH体制有什么优点？答：（1） SDH传输系统在国际上有统一的帧结构，数字传输标准速率 和标准的光路接口，使网管系统互通，因此有很好的横向兼容性，它能与 现有的准同步数字体制（PDH ）完全兼容，并容纳各种新的业务信号，形 成了全球统一的数字传输体制标准，提高了网络的可靠性；（2）SDH接入系统的不同等级的码流在帧结构净负荷区内的排列非

5、常有规律，而净负荷与网络是同步的，它利用软件能将高速信号一次直接 分插出低速支路信号，实现了一次复用的特性，克服了 PDH准同步复用方 式对全部高速信号进行逐级分解然后再生复用的过程，由于大大简化了数 字交叉连接(DXC)，减少了背靠背的接口复用设备，改善了网络的业务传 送透明性；(3) 由于采用了较先进的分插复用器 (ADM )、数字交叉连接(DXC )、网络的自愈功能和重组功能就显得非常强大，具有较强的生存率。因SDH帧结构中安排了信号的 5%开销比特，它的网管功能显得特别强大，并能统一形成网络管理系统，为网络的自动化、智能化、信道的利用率以及降 低网络的维管费和生存能力起到了积极作用；(

6、4) 由于SDH有多种网络拓扑结构，它所组成的网络非常灵活，它 能增强网监，运行管理和自动配置功能，优化了网络性能，同时也使网络 运行灵活、安全、可靠，使网络的功能非常齐全和多样化；(5) SDH有传输和交换的性能，它的系列设备的构成能通过功能块的自由组合，实现了不同层次和各种拓扑结构的网络，十分灵活；(6) SDH并不专属于某种传输介质，它可用于双绞线、同轴电缆，但SDH用于传输高数据率则需用光纤。这一特点表明，SDH既适合用作干线通道，也可作支线通道。例如，我国的国家与省级有线电视干线网就 是采用SDH，而且它也便于与光纤电缆混合网(HFC)相兼容；(7) 从OSI模型的观点来看，SDH属

7、于其最底层的物理层，并未对 其高层有严格的限制，便于在 SDH上采用各种网络技术，支持 ATM或IP 传输；(8) SDH是严格同步的，从而保证了整个网络稳定可靠，误码少， 且便于复用和调整；降低了(9) 标准的开放型光接口可以在基本光缆段上实现横向兼容， 联网成本。5. 简述未来光网络的发展趋势及关键技术。答：全光网络将成为继纯电缆网络、光电耦合网络后的第三代网络。全光网络是指信号只是在进出网络时才进行电 /光和光/电的变换，而在网络 中传输和交换的过程中始终以光的形式存在，因此在整个传输过程中没有 电的处理。全光网络的关键技术主要有光放大中继技术、光复用技术、光交换技术、光分插复用技术等。

8、6. 简述WD啲概念。答：波分复用的基本思想是将工作波长略微不同、各自携带了不同信 息的多个光源发出的光信号，一起注入到同一根光纤中进行传输。7. 解释光纤通信为何越来越多地采用WDM+ED方式。答：采用 WDM技术的原因是和它的优点分不开的，它有如下优点：(1) 充分利用了光纤的巨大带宽资源；(2) 同时传输多种不同类型的信号；(3) 实现单根光纤双向传输；(4) 多种应用形式；(5) 节约线路投资；(6) 降低器件的超高速要求。采用EDFA技术的原因是和它的优点分不开的，它有如下优点：(1) 中继器的价格下降了；(2) 对传送的数据速率和调制格式透明， 这样系统只需改变链路的终端设备就很容

9、易升级到高的速率;（3） 可以同时放大多个波长信号，使波分复用（WDM ）的实现成为 可能；（4） 提供了系统扩容的新途径， 无需增加光纤和工作的速率，只需 通过增加波长就可提高系统的容量；（5）最关键的是系统的成本下降了。8. 全光网络的优点是什么？答：能充分利用光纤的带宽资源，故容量大，传输质量好，开放性， 易于实现网络的动态结构，可扩展性，结构简单，透明性，可靠性高，可 维护性好。1光波从空气中以角度=33。投射到平板玻璃表面上，这里的 日是入射光与玻璃表面之间的夹角。根据投射到玻璃表面的角度，光束一部分被反 射，另一部分发生折射，如果折射光束和反射光束之间的夹角正好为90,请问玻璃的折

10、射率等于多少？这种玻璃的临界角又是多少？解：入射光与玻璃表面之间的夹角 =33,则入射角n =57 ,反射角 4=57 。由于折射光束和反射光束之间的夹角正好为90,所以折射角可=33 。由折射定律 n sin 丁 =nySin 可, 得到ny 二sin/sin 二sin67/sin33 （自己用 matlab 算出来）其中利用了空气折射率m =1。这种玻璃的临界角为乙=arcsin丄（自己用 matlab算出来）n、，2 .计算口=1.48及“2=1.46的阶跃折射率光纤的数值孔径。如果光纤端面外介质折射率n .1.00，则允许的最大入射角弟ax为多少?解：阶跃光纤的数值孔径为NA =sin

11、 max = nj _ n2 : 0.24允许的最大入射角hmax 二arcsin 0.24 自己用 matlab 算出来3 .弱导阶跃光纤纤芯和包层折射率分别为n 1=1.5 , n2 =1.45，试计算(1 )纤芯和包层的相对折射率:；(2)光纤的数值孔径NA。解：阶跃光纤纤芯和包层的相对折射率差为2 2： 0.03 2n；光纤的数值孔径为2 2NA = n -n2 : 0.384 .已知阶跃光纤纤芯的折射率为 n1.5，相对折射(指数)差厶=0.01，纤芯 半径a=25m,若。=1心，计算光纤的归一化频率 V及其中传播的模数量M 。解：光纤的归一化频率V = 2 a n； -n； = 2

12、 a n 2： =33.3 o-0光纤中传播的模数量M 工=55425.一根数值孔径为0.20的阶跃折射率多模光纤在 850nm波长上可以支持 1000个左右的传播模式。试问:(1) 其纤芯直径为多少？(2) 在1310 nm波长上可以支持多少个模?(3)在1550nm波长上可以支持多少个模 ？解：(1)由M =2jraJn： n； =2兀a，NA，得到纤芯直径为1 V .1 斫 0.85 2000(2)当、2 =1.315 ,二30.2 7 NA2 二 0.20有1 2M1 二.2 . 2M2石 NA _ 2- NA得到模的个数为2 2二110.85M2 Mi2 1000 =42121.31

13、(3)当 2 =1.55m ,得到模的个数为22记(0.85 )M32M12 1000 =35421.556 用纤芯折射率为口=1.5，长度未知的弱导光纤传输脉冲重复频率f的光脉冲，经过该光纤后，信号延迟半个脉冲周期，试估算光纤的长度 解：信号的周期为= 8MHzL。T =1/ f。信号在纤芯中传输的速度为v =c / n1由于信号延迟半个脉冲周期，则光纤的长度L为.丄n1 2f83 1011.52 8 106= 12.5m7 .有阶跃型光纤，若口 =1.5 ,0=1.315，那么(1) 若尺-0.25，为保证单模传输，光纤纤芯半径a应取多大?(2) 若取芯径a =5心，保证单模传输时，厶应怎

14、么选择？解：(1)由归一化频率V = a , n2 -n! = a n 2厶得到0Va =2兀厲为了保证光纤中只能存在一个模式，则要求2.405，则要求光纤纤芯半径 ： 0.47 52- n 22- 1.52 0.25(2)若取芯径a =5 5，保证单模传输时，则K 2.4051.312.405a :-仏V、2人一1Ze 2.4052兀ma22兀“a:-0.00228. 渐变光纤的折射指数分布为1/2n(r )=n(0 ) 1 2A求光纤的本地数值孔径。解：渐变光纤纤芯中某一点的数值孔径为NA(r)_(a)= 2占n2丄9.某光纤在1300nm处的损耗为0.6dB/km，在1550nm波长处的

15、损耗为0.3dB/km。假设下面两种光信号同时进入光纤:1300nm波长的150W的光信号和1550nm波长的100w的光信号。试问这两种光信号在8km和20km处的功率 各是多少？以、w为单位。解：对于1300nm波长的光信号，在8km和20km处的功率各是P。=R10：L/1 =150 10 J4lW ,150 10W对于1550nm波长的光信号，在 8km和20km处的功率各是P。二 R10：L/10 =100 10 J2W , 100 10JW10. 一段12km长的光纤线路，其损耗为1.5dB/km。试回答：(1 )如果在接收端保持0.3W的接收光功率，则发送端的功率至少为多少?(2

16、) 如果光纤的损耗变为2.5dB/km，则所需的输入光功率为多少?解：(1)根据损耗系数定义二1% 旦L F0得到发送端的功率至少为4/101.8p。=R10电=0.3心0一 州(2)如果光纤的损耗变为2.5dB / km，贝V所需的输入光功率为Po =R10W10 =0.3 10 孔 W11 .有一段由阶跃折射率光纤构成的5km长的光纤链路，纤芯折射率n1 =1.49 ,相对折射率差抡=0.01。(1 )求接收端最快和最慢的模式之间的时延差;(2)求由模式色散导致的均方根脉冲展宽;(3)假设最大比特率就等于带宽，则此光纤的带宽距离积是多少?解：(1)纤芯和包层的相对折射率差 为= 0.01则

17、得到n2 =1.475接收端最快和最慢的模式之间的时延差23呈Ln1 A5汇10,180.01 =0.113 七cn23汇10 =1.475(2)模式色散导致的均方根脉冲展宽实际上就等于最快和最慢的模式之间的时延差：0.113scn224(3) 光纤的带宽距离积BL 二4cnA24 3 1081.49 0.012=8.05km Gb / s12 .有10km长NA =0.30的多模阶跃折射光纤，如果其纤芯折射率为1.45，计算光纤带宽解：纤芯和包层的相对折射率:为z1 NA )A =2ni0.30 一 2 1.45:0.021由阶跃光纤的比特距离积BL金，得到光纤带宽B :c2nv L:49M

18、b / s1. 计算一个波长为 =1皿的光子能量，分别对1MHz和100MHz的无线电做同样的计算。解：波长为 =rlm的光子能量为8._343汇10 m/ s_20E 二hfc 二he/，=6.63 10 J s 上 1.99 10 J10 m对1MHz和100MHz的无线电的光子能量分别为J346J28E =hfe =6.63 10 J s 1 10 Hz =6.63 10 JJ346J26E =hfe =6.63 10 J s 100 10 Hz =6.63 10 J2. 太阳向地球辐射光波，设其平均波长 =0.7m，射到地球外面大气层的光强大约为I =0.14W/cm2。如果恰好在大气

19、层外放一个太阳能电池，试计算 每秒钟到达太阳能电池上每平方米板上的光子数。解：光子数为n -104hfe1040.14 6.63 10* 3 1080.7心0上104=3.98 1063. 如果激光器在 一 05肝上工作，输出1W的连续功率，试计算每秒从激 活物质的高能级跃迁到低能级的粒子数解：粒子数为Ihfc= 3.98 10-1Ihc 1 6.63 10 少 3 1086Z0.5乂10一4. 光与物质间的相互作用过程有哪些？答：受激吸收，受激辐射和自发辐射。5. 什么是粒子数反转？什么情况下能实现光放大？答：粒子数反转分布是指高能级粒子布居数大于低能级的粒子布居数 处于粒子数反转分布的介质

20、（叫激活介质）可实现光放大。6. 什么是激光器的阈值条件？答：阈值增益为丄ln2Lr1r2其中：是介质的损耗系数，GD分别是谐振腔反射镜的反射系数。当激光器 的增益GGh时，才能有激光放出。（详细推导请看补充题1、2）7. 由表达式E二he/ 说明为什么LED的FWHI功率谱宽度在长波长中会变得 更宽些？证明：由E =hc/ 得到E，于是得到E，可见当E扎hc定时，与2成正比。8. 试画出APD雪崩二极管结构示意图， 并指出高场区及耗尽 层的范围。解：先把一种高阻的 P型材料作为外延层，沉积在 戸材P+料上（，是P型重掺杂），然后在高阻区进行P型扩散或电离掺杂（叫n层）, 最后一层是一个N+

21、（N+是N型重掺杂）层。咼场区是P区，耗尽区是Pn区。9. 一个 GaAsPIN光电二极管平均每三个入射光子产生一个电子空穴对。假设所以的电子都被收集，那么（1）计算该器件的量子效率；（2）在0.8m波段接收功率是10 JW，计算平均是输出光电流；（3） 计算波长，当这个光电二极管超过此波长时将停止工作，即长波长截止点-C。解：（1）量子效率为 =1/3=0.33(2)由量子效率 =2pZehv得到pn / hv pn eIpePn =2.2 10”A = 22 nA(3)Pn /hvhcGaAsPIN的禁带宽度为Eg=1.424eV，则截止波长为(力)=0 二！?40.875Eg1.4241

22、0. 什么是雪崩增益效应?答：一次光生载流子穿过一个具有非常高的电场高场区。在这个高场 区，光生电子一空穴可以获得很高的能量。他们高速碰撞在价带上的电子，使之电离，从而激发出新的电子一空穴对。新产生的的载流子同样由电场 加速，并获得足够的能量，从而导致更多的碰撞电离产生，这种现象叫雪 崩效应。11.设PIN光电二极管的量子效率为 80%计算在1.3m和1.55m波长时的 响应度，说明为什么在1.555处光电二极管比较灵敏。解：1.3 5 时的响应度为 R=，(皿)=0.8 1.3=0.84a/w ;1.241.24，1.55 m时的响应度为 R =，(m)=丄兰二仏/w。1.241.24因为响

23、应度正比于波长，故在1.55m处光电二极管比13B处灵敏。12.光检测过程中都有哪些噪声？答：量子噪声，暗电流噪声，漏电流噪声和热噪声。补充题1.一束光在介质中传播时，其光强 I随传播距离z的变化通常表示 为I =Ioe()z，其中Io为初始光强，G为光强增益系数，:为光强损耗系数。 试推到这个式子，并说明此式成立条件。解：设光束通过厚度为dz的一层介质时，其光强由I变为I VI，在光 放大时dI 0，可写成dl二Gldz，即dl/G二，若G为常数，则积分得到I = |oeGz;在衰减时，dI 1，因而1 1G心八In2L 订2记Gth丄In丄，是谐振腔的总损耗，只有增益G_Gth时，才能产生

24、激光，2L r1r2故把Gth叫激光器的阈值条件。第4章无源光器件1. 光纤的连接损耗有哪些？如何降低连接损耗？ 解：连接损耗可分为外部损耗和内部损耗。外部损耗主要有轴向位移、连接间隔、倾斜位移、截面不平整。内部损耗主要是由于光纤的波导特性和几何特性差异导致的损耗，包括纤芯的直径、纤芯区域的椭圆 度、光纤的数值孔径、折射率剖面等。采用较好的连接方法，改善连接器的性能。2. 试用2 X 2耦合器构成一个8 X 8空分开关阵列，画出连接图和输入输出端口信号间流向，计算所需开 关数。解：3. 讨论图5.22所示平面阵列波导光栅的设计思想和方法。解：设计思想：将同一输入信号分成若干路分别经历不同的相移

25、后又将它们合在一起输出；设计方法：将 N个输入波导和 N个输出波导，二个聚焦平面波导（星型耦合器）和通道阵列波导,集成在单一衬底上。使得输入/输出波导的位置和阵列波导的位置满足罗兰圆规则。4. 简述光耦合器和 WDM分波器有什么不同。解：在宽带光纤耦合器中，通常通过改变熔融拉锥工艺，使耦合器输出端口的分光比不受波长的影响。相反，在 WDM器件中则改变熔融拉锥工艺，使分光比随波长急剧变化。5. 光滤波器有哪些种类，滤波器应用在什么场合？解：光滤波器主要有 F-P腔滤波器、M-Z干涉滤波器、阵列波导光栅滤波器、声光可调滤波器，光纤光栅 滤波器。光滤波器用于滤出特定波长的光信号。6. 光开关有哪些性

26、能参数，在光纤通信中有什么作用？解：光开关的性能参数主要有开关时间、通断消光比、插入损耗、串扰、偏振依赖损耗；光开关在光纤通信技术中作光路切换之用，如系统的主备切换等。它是光交换的关键器件，在光网络 中有许多应用场合。7. 简述F-P腔可调谐滤波器的工作原理。解：F-P腔型滤波器的主体是 F-P谐振腔，是由一对高度平行的高反射率镜面构成的腔体，当入射光波的 波长为腔长的整数倍时光波可形成稳定振荡，输出光波之间会产生多光束干涉，最后输出等间隔的梳状波 形。通过改变腔长 L或腔内的折射率n来改变滤波器的中心波长。8. 讨论光纤光栅在光通信中的应用。解：光纤光栅的应用范围有光纤激光器、WDM合/分波

27、器、超高速系统中的色散补偿器、固定或可调滤波器、光纤放大器、光纤光栅全光分插复用器等。9. NLOK是否可作光开关？解：可以。改变环的长度或光波的波长，使来自传输光纤的光波与绕环后的光波之间产生相移，两者之间 产生相长和相消，达到开和关的作用。1. 光放大器包括哪些种类？简述它们的原理和特点。EDFA有哪些优点?答：光放大器包括半导体光放大器、光纤放大器（由可分为非线性光 纤放大器和掺杂光纤放大器）。1 ）半导体光放大器它是根据半导体激光器的工作原理制成的光放大器。将半导体激光器 两端的反射腔去除，就成为没有反馈的半导体行波放大器。它能适合不同 波长的光放大，缺点是耦合损耗大，增益受偏振影响大

28、，噪声及串扰大。2）光纤放大器（1）非线性光纤放大器强光信号在光纤中传输，会与光纤介质作用产生非线性效应，非线性 光纤放大器就是利用这些非线性效应制作而成。包括受激拉曼放大器（SRA 和受激布里渊放大器（SBA两种。（2）掺杂光纤放大器（常见的有掺铒和掺错光纤放大器）在泵浦光作用下，掺杂光纤中出现粒子数反转分布，产生受激辐射， 从而使光信号得到放大。EDFA优点：高增益、宽带宽、低噪声及放大波长正好是在光纤的最低 损耗窗口等。2. EDFA的泵浦方式有哪些？各有什么优缺点？答：EDFA勺三种泵浦形式：同向泵浦、反向泵浦和双向泵浦。同向泵 浦：信号光和泵浦光经 WDR复用器合在一起同向输入到掺铒

29、光纤中，在掺 铒光纤中同向传输；反向泵浦：信号光和泵浦在掺铒光纤中反向传输；双 向泵浦：在掺铒光纤的两端各有泵浦光相向输入到掺铒光纤中。同向泵浦增益最低，而反向泵浦比同向泵浦可以提高增益3dB5dB这是因为在输出端的泵浦光比较强可以更多地转化为信号光。而双向泵浦 又比反向泵浦输出信号提高约 3dB,这是因为双向泵浦的泵功率也提高了 3dB。其次，从噪声特性来看，由于输出功率加大将导致粒子反转数的下降， 因此在未饱和区，同向泵浦式 EDFA的噪声系数最小，但在饱和区，情况 将发生变化。不管掺铒光纤的长度如何，同向泵浦的噪声系数均较小。最 后，考虑三种泵浦方式的饱和输出特性。同向EDFA的饱和输出

30、最小。双向泵浦EDFA的输出功率最大，并且放大器性能与输出信号方向无关，但 耦合损耗较大，并增加了一个泵浦，使成本上升。3. 个EDFA功率放大器，波长为1542nm的输入信号功率为2dBm得到 的输出功率为Pout =27dBm，求放大器的增益。解：G= 10log 10 （Pout/P in） = 10log ioPout -10log ioRn=27-2=25dB4. 简述FBA与FRA间的区别。为什么在 FBA中信号与泵浦光必须反向传输？答：FBA与FRA间的区别：1、FRA是同向泵浦，FBA是反向泵浦；2 、FRA产生的是光学声子，FBR产生的是声学声子，3 、FRA比FBA的阈值功

31、率大；4 、FRA比FBA的增益带宽大。在SBA中，泵浦光在光纤的布里渊散射下，产生低频的斯托克斯光， 方向与泵浦光传播方向相反。如果这个斯托克斯光与信号光同频、同相， 那么信号光得到加强。故要使信号光得到放大，信号光应与泵浦光方向相 反。5 .一个长250卩m的半导体激光器用做 F-P放大器，有源区折射率为 4, 则放大器通带带宽是多少？此题可能有误，半导体光放大器的通带带宽目前还没找到公式计算。6. EDFA在光纤通信系统中的应用形式有哪些？答：（1）作为光中继器，用EDFA可代替半导体光放大器，对线路中的 光信号直接进行放大，使得全光通信技术得以实现。（2）作为前置放大器， 由于EDFA

32、具有低噪声特点，因而如将它置于光接收机的前面，放大非常微 弱的光信号，则可以大大提高接收机灵敏度。（3）作为后置放大器，将EDFA 置于光发射机的输出端，则可用来提高发射光功率，增加入纤功率，延长 传输距离。7. EDFA的主要性能指标有哪些？说明其含义？答：（1）增益，是指输出功率与输入功率之比G = Put/Pin，如果用分贝作单位定义为 G=10lOglO（ Pout/Pin ）；（2）噪声系数，是指输入信号的信噪比与输出信号的信噪比Fn=（ SNRin/ （ SNR out 。8. 分别叙述光放大器在四种应用场合时各自的要求是什么？答：（1）在线放大器：当光纤色散和放大器自发辐射噪声的

33、累积，尚未使系统性能恶化到不能工作时，用在线放大器代替光电光混合中继器是完全可以的。特别是对多信道光波系统，节约大量设备投资。（2）后置放大器：将光放大器接在光发送机后，以提高光发送机的发送功率，增加通 信距离。（3）前置放大器：将光放大器接在光接收机前，以提高接收机功 率和信噪比，增加通信距离。（4）功率补偿放大器：功率补偿放大器的运 用场合：A.用于补偿局域网中的分配损耗，以增大网络节点数；B.将光放大器用于光子交换系统等多种场合。9. 叙述SOA-XGM波长变换的原理。答：探测波s和泵浦波p经耦合注入到SOA中, SOA对入射光功率存在 增益饱和特性：当入射光强增加时，增益变小；当入射光

34、强减小时，增益 变大。因此，当受过调制的泵浦波注入 SOA时，泵浦波将调制SOA的增益， 这个增益又影响探测波的强度变化，使得探测波的强度按泵浦波的强度变 化，用带通滤波器取出变换后的 %信号，即可实现从p到s的全光波长变换。 1.光接收机中有哪些噪声？答：热噪声、散粒噪声和自发辐射噪声。2. RZ码和NRZ马有什么特点?答：NRZ （非归零码）：编码1对应有光脉冲，且持续时间为整个比特 周期，0对应无光脉冲。RZ （归零码）：编码1对应有光脉冲，且持续时间 为整个比特周期的一半，0对应无光脉冲。NRZ码的优点是占据频宽窄， 只是RZ码的一半；缺点是当出现长连 “ 1或“0”，光脉冲没有交替变

35、换， 接收时对比特时钟的提取是不利的。RZ码解决了长连“ 1的问题，但长连“0的问题没解决。3. 通信中常用的线路码型有哪些？答：扰码、mBnB码、插入码和多电平码。4. 光源的外调制都有哪些类型？内调制和外调制各有什么优缺点？答：光源的外调制类型有：电折射调制、电吸收 MQW调制、M-Z型 调制。内调制器简单且廉价，这种调制会引起输出光载波的频率啁啾；外 调制器可以有更高的速率工作，并且有较小的信号畸变。丄假定接收机工作于1550nm,带宽为3GHz前置放大器噪声系数为 4dB, 收机负载为 R =100,温度 T =300K ,量子效率 =1 , R =1.55/1.24 =1.25A/W

36、 , G1 , 设计BER =102 ,即7，试计算接收机的灵敏度。解：接收机工作于1550nm,贝y电离系数比为k0.7, Gm “，则散粒噪 声系数为FA（Gm）二kAGm （七）（2 一-） ：O87Gm热噪声电流方差为4kBT 啓e吒-4RB FnBe （带数据自己计算）rl接收机灵敏度为Pr二R eBeFA Gm宁（带数据自己计算）R _Gm6.在考虑热噪声和散粒噪声的情况下，设APD的FA（Gm）=Gm , X. （0,1），推导APD的Gm的最佳值Gopt，此时APD接收机的SNR最大。解：光接收机输出端的信噪比定义为:SNR二光电流信号功率/（光检测器噪声功率+放大器噪声功率）

37、 光检测器的噪声功率表示为2 2二散粒 =4eGmFA（Gm） RFRBe其中FaG）是APD的散粒噪声系数，下标 A表示APD的意思，Gm是APD 的倍增因子（系数），R是相应度，pr是灵敏度，Be是接收机电带宽。假设放大器的输入阻抗远大于负载电阻Rl，所以放大器电路的热噪声远小于Rl的热噪声，那么光检测器负载电阻的均方热噪声电流为Rl其中&是放大器的噪声因子（系数），kB是波尔兹曼常数，T是温度。放大器输入端的信号功率为 號Gm，其中飞.是信号功率，ip是用pin检测到的信号电流。或把输入放大器的信号功率表示为（GmRPR）2，其中Pr是输入到PIN的功率。得到放大器输入端的信噪比为2SN

38、R込Rl4eGmFA（Gm）RP.Be +4kFnBe设APD的Fa （Gm）二Gm，代入上式得到2snr=曲&嘶響FnBe要使APD接收机的SNR最大，可以求出一个最佳的Gm值。通过信噪比对G（GmRR）求导，并使导数为零，解出Gm的最佳值为opt，Z2kBTFn |xeRFP Rl j7.证明：对于00K直接检测接收机，其误码率公式为BER =Q证明：“0”码被误判为“1”码和“ 1”码被误判为“ 0”码的几率一 样，不妨就以“ 1”码被误判为“ 0”码为例来计算误码率。“ 1”码被误判 为“ 0 ”码的概率为BER =P0 1 =Q i1th当“ 0”码被误判为“1”码和“ 1”码被误判为“ 0”码的几率一样时，阈 值电流为i. oh .11。th代入上式得到 I:BER =Q-匹0 F丿10.推导具有光放大器的光接收机的误码率BER_Q。（G-1）RBe 丿证明：当输入为“ 1”码时，有光输入，光检测器输出的光生电流（均值电流）与入射光功率成正比h =RGP在接收机中，信号与噪声的差动噪声电流方差（“1 ”码时光生电流方差）2 2门=4R GPR G -1 Be0”码时的光生电流I。=0 , “0”码时的光生电流方差为 二丸，代入BER =Q得到BER=Q GP2 .(G 1)RBe