光纤系统作业参考答案.docx

第一余作业I、光纤通信与电通信有什么不同？在光纤通信中起主导作用的部件是什么？光纤通信，就是用光作为信息的我体、以光纤作为传输介质的一种通信方式。起主号作用的是激光潺和光纤,2.常规的光纤的-：.个的低损耗窗口是在哪个波段？其损耗值各为多少？85Onm3db'km；13IOnm0.4dh，km；I55nn0.2dh,km3、光纤通信有哪些优点？（I）痂带宽，通信容量大2）损耗低，中继距离长（3）抗电展干扰（4）无解音干扰,保密性好（5）光纤纹径细，双业轻，松软（6）光纤晚材料丰富，用光纤可节约金树材料（7）耐腐蚀，抗射，能源消耗小4、PDH和SDH各表示什么？其速率等级标准是什么？PDH表示准同步数字序列，即在低战就群采纳同步，高次群女用采纳异步，SDH衣示【可步数字序列PDH速率标准系列级别标准话路数码速（Mh/）备注32«W302.048>M×321.d8路二次群1208.448=(208x4÷256)kb/s系三次群4W34.368=(8448x4+576)U列四次即!920139.264三(34368x4÷1792)U>基W241.544=(64×24÷8)U>24二次群966.312-(1544x4*136)Ub路三次口480（日）32.064=(63I2x4*5O4)kb系672（北美）44.736三(63i2x7÷552)U*列WP1440(B)97.728三(32O6<3*3O98)Us1334（北美）90=(44736x2+528)U*SDH速率等级标准：STM-1：155.520MbivSSTM-4：622.080MbivSSTM-16：2.5Gbit/sSTM-64：IOGbitZs5,图示光纤通信系统，说明系统幅本结构,光纤通信系统由光发送机、光纤光缆与光接收机等她本维元组成。系统中包含些互连与无信号处理部件，如光纤连接器、隔阳器、调制器、谑波器、光开关及路由器等,在长距离系统中还设巴有中维器（混合或全光）.笫2章1节布置的作业1，光纤的主要材料是什么？光纤由赛几部分构成?各起什么作用？Si6：芯区、包层、图层：芯区：提高折射率，光传输通道：包层：降低折射率，将光信号封闭在纤芯内，并爱护纤芯：图层：提海机械强度和松软性2,光纤中的纤芯折射率与包层折射率的关系？刑模光纤和多模光纤中两者的纤芯设径一般分别为多少？纤芯折射率较高，包层折射率较小单模光纤纤芯直径：2a=8um12um,包层直径：2b=125um：多模光纤纤芯直径：2a=50Um.包层直径：2b=125Mm.3、依据芯、包折射率分布及模式传播状况，指出有哪些典型形式光纤？折射率在纤芯与包层介面突变的光纤称为阶跃光纤;折射率在纤芯内按某种规律渐渐降低的光纤称为渐变光纤：依据校武传播状况不同分为多模光纤和形模光纤4、什么是全反射？它的条件是什么？指光从光密介质入射到光疏介质是，全部被反时公原介质的现象条件：光从光密介质入射至光疏介质：入射角大干或等于临界角(8=arcsin在光纤米面：要求入射角6<H。全：在芯包界面：要求入射角Q1.>9C芯包界面全反射5,数值孔径NA的勒理意义？表达式是什么？反映光纤对光信号的集光实力,定义入射临界角Omax的正弦为数值孔径Na.NA越大，对光信号的接受实力越强N=sinmax=nf-n6,什么是光纤的自聚焦？产生在何种类型光纤里？假如折射率分部合适,就用可能使以不同角度入射的全部光线以同样的轴向速度在光纤中传播，同时到达光纤轴上的某点，即全部光线部在相同的空间周期1.,这种现象称为自聚焦,出现在渐变光纤型,当折射率分布按平方率分布(即双曲止剂改变)，可形成自聚俵特性.7、阶跃光纤的纤芯和包层折射率分别为n1.=1.46和n2=1.45,试计算：（八）相对芯包折射率差:(b)若该光纤的端面外为空气,计算允许的G人入射角00及数值孔径NA：(C)若该光纤浸于水中,n()=1.33,计算OO及NA的大小.解：<a)A=6.8x10-3(b)I1.1.n0SinO0=n1sin1=vznni0=9.8,N,=sino=O.!7(C)同上8、有SI型多模光纤的芯径(纤芯直径)为50m,芯包折射率分别为n1.=1.465和n2=1.46e计算与光纤轴线夹角最大的那条子午射线，在Im的传输距禺上共要反射多少次？解：8=arcsinn7n1=853o反射一次的轴向距离1.=2*a2tan=2*5(V2*tan85.3°=604m反射次数=(1.*IOh)«04=1656第2章2节布置的作业I、导模的传播常数应满意什么条件？kB<k或kn*BWkOn1.2、归一化频率V与什么卷St有关？其值与导模数的关系?V=k0anJ-n=s(2>a*n*2Z归一化常量与波长、芯径、芯包折射率等有关多模阶状光纤导模数M=V-2多模渐变光纤导模数M-V-/43、什么是单模光纤？实现单模传输的条件是什么？在给定的工作波长上只传输单一基模的光纤阶医光纤的归一化常柒(频率)V<2.4054,有一阶跃型单模光纤,其成止波长为1.4m,芯包折射率分别为n1.=1.46S.n2=1.46.计算它的纤芯半径及在波长分别为085及1.3m的模式数.解：A=需=3.4x10-3由V=(211)an死得a=z=4-43m当人=0.85Um时V=(2n)a«nV五=3.96m=V22=8当a=1.3mm时V=(2n入)a*n*5Z=23m=V22=3(四舍五入)5、有一阶跋光纤，NA=O.2,当=850nm时可支持100o个左右的模式,计如（八）纤芯直径：(b)在=1.3IOnm波长时的传输模式数；(C)在=1550nm波长时的传输模式数.解：<a)M=V2/2=V=(ka)2(n,-n)=2"/Na2代入数据可得a=3O.25Um.则纤芯直径2a=60.5Um(b)当=131.nm时,M=Na-=42I(c>当2.=155Onm时,M=竿NJ=301第2章4节布置的作业1.什么是光纤色故？光纤色敢包括哪些？这些色敝分别由什么引起？零色散点所处的波长在哪儿，出哪些因泰确定？光纤的色散是在光纤中传输的光信号.防传输距离增加小于不同成分的光传输时延不同引起的脓冲展宽的物理效应.材料色散(模内)、波导色改(模内)、模式(模间)色做、偏振色散，材料色敢一这是由于光纤材料的折射率防光频率呈非线性改变引起的色欣，而光源有肯定谱宽.于是不同的波长引起不同的群速度.波导色做这是某个导模在不同波长(光源彳f肯定的谐变)下的林速度不同引起的色散,它与光纤结构的波导效应有关，因此又扬:结构色散,模间色散一多模光纤中由于各个导模之间群速度不同造成模间色放。在发送端多个导模同时激励时.各个导模具有不同的群速.到达接收端的时刻不同.偏振犊色散一般单模光纤事实上传怆两个相互正交的模式，若光纤中结构先全轴对称，则这两个正交儡振模有完全相同的柝时延,不产生色故,实际单模光纤存在少业的不对称性，造成两个偏振模的群时延不同,导致俅振模色敢。在1310nmt确定因素是材料色散和波导色散.全色侬为两种色散的近似相加，即D=Dmat+Dwps(nm.km)全色放为零的波长约在1.31.mo2、光纤有那些类型？G.652、G.653、G.654、G.655光纤各我示什么?G.652光纤(SSF：常规单模光纤，色故在零的波长约在I31.nm.I55nm具有更低的损耗;G.653光纤(DSF)：色敌位移光纤，将零色敢波长从Uum移到1.55mm,这种低损耗、低色放的光纤,有益于长左禹大容肽光纤通信：G.654光纤<CSF):极止波长位移光纤，进一步降低155)nm处的衰弱,零色散波长仍为131.Onm；G.655光纤(NZ-DSFb非零色波位移光纤，将零色散波长移至155Omn旁边，目的是应用DWDM,克服非线性产物四波分版(KVM)3、已知一弱导波阶跋型光纤，纤芯和包层的折射率分别为n1.=1.,5,n2=1.45,纤芯半径a=4m,=I31m.1.=Ikm”计豫：（八）光纤的数值孔径：(b)光纤的归一化频率：(c>光纤中传输的模数Ah(d)光纤的股大时延差。解（八）NA=Jnjn孑=0.384(b) V=<2x>aNA=737(c) M=V22=27(d) A=0.03282nimax=(××1.)C=(1.5×0.0328×1.km)3X105kms=1.6.4ns4,有一个波长为131Onm1.ED,其谱宽45nm,则光纤材料色散造成的单位长度脓冲展宽是多少?若是谱宽为2nm的1.D,则冰冲展宽又是多少？Dm=122(1>=1.22<I三)=3.4x10?WnmkmAT1.ED=Di*1.*AA=3.4(pnmkm>x1.(km)x45(nn>=1.55ps-n=D1.4=3.4(ps.''nmkm>x1.(km)x2(nm)=0.068PS第2章5节作业I、写出损耗的表达式.光纤损耗有哪几种？造成光纤损耗的缘出是什么？当光在光纤中传给时,随着传输距离的增加,光功率渐渐减小,这种现望即称为光纤的损耗.损耗一般用损耗系数。灰示.«(db*m)=(MH.)Ig(P0Ph)5汲取损耗、散时损耗、辐射损耗：光纤材料本身汲取、散射作用和光纤受外力而产生的曲率半径弯曲2,为什么光纤通信向长波长、单模传输方向发展？因为从损耗和色散与波长的关系中反映出在长波长区损耗(瑞利波射的大小与光波长4次方成反比)和色散特性均比短波长区小,而单模光纤中没有模式色散.总色放小于多模光纤.口单模光纤在仁波氏区可以实现.零色fi所以光纤通信向长波长、单模方向发展可以狭野更大传输容域和传输距离，3、有一个13()0/155()nm的WDM系统,在130Onm和1550nm波长上的入纤信号光功率分别为150w和100w,若这两个波长上的光纤损耗分别为0.5dBkm和O.25dB/km.试计算当光纤长度为50km时它们的输出光功率。解：P(100uw)=IO1.g2=-IOdbmP(I5w)=10啃器=8.24dbm则在Sokm长光纤的出端功率为：P1.1.ix(130Onm)=-8.24dbm(O.SdK1Im)x50<km)=33.24dbm=0.47UwP,.1.><I55nm)=IOdbm-<O.25dMcm)x50(km)=2X5dbm=5.6卜W4,设一长度1.=Ikm的光纤，其损耗常数=2.3X10S/cm,光纤输入端的功率为Imw,计算光纤输出端的功率.解：P11<=Pexp(D=I(mw)exp(2.3x1.0r5cmx1.skm=OJmw=-IOdbm第2章7节作业I、依据成缠结构方式不同可分为就几种光统？层跤式、柠架式、带状式、束管式2.光纤光缆制造的主要流程是什么？制棒一拉统一深敷成馍笫3章1节作业1、原子的基本跃迁有那些过程？受激汲取、受激放射、自发放射2,为什么双异侦结材料构成的发光器件能很好抱将光场限制在有海区里？图示说明,和阳由图可见，中间11一62八$为有海层,它与右边的n-GaA1.As构成一个异石结，其势垒阻挡空穴进入n-GaIsE.行源层左边与pGaAIAs也构成一个异质结，其势垒阻挡电子进入P区,这样就把我流子的发合很好地限定在了有源层内，同时.有源层两边的折射率比有源层低.它的光波导作用对光场具有很好的约束,大大提高了发光强度.3、设激光跳的高能级和低旎级的能St并为E1.和E2.版率为I'.相隔能级上的粒子密度各为N1.和N2。试计算：(a) 当频率''=300MHzT=300K时，N2/N1为多少？(b)当波长=1.m,T=YK)K时，N2/NI为多少？(C当波长J1.=In,若N2NI=0.1.,环境温度T为多少？(按玻尔兹亚分布规律计算)解：<a)N：/N=exp(-hvkT)=exp(-6.63x1011.x300x10h1.38x10':,x300)=1<b)=cTV=cNjN=exp(-hvkT)-cxp(-6.63x10j4x3x10s.38xI(产x30OXIX10")=1.4(M71.O21<c)代入干雕算T=6255.7K第3章2节作业I、用于光纤通伯的发光二极管有哪几类？特点是什么？面发光1.ED：称为布鱼斯(BUrros)型1.ED,这种1.ED放射面枳限制在个小区域，小区域的横向尺寸与光纤纤芯身径接近。面发光管输出功率较大，一般注入电流100mA时可达几之瓦，但光发数角大,其水平发湫角0120°,垂直发散角。=120°,光束呈朗伯分布.与光纤稿合效率很低.边发光1.ED：采纳条形半导体激光器的设计方案，其发散光束不同于面发光1.ED,它在垂直于结平面方向的发取用仅为3(T,所以边发光1.ED的输出横分效率比面发光1.ED高，冏制带宽亦较大,可达约2(X)MHz.2、彳f一个双异质结InGaASP-1.ED,中心发Jt波长为131Onm,其材料的辐射熨合率为50ns,非辎时发合率为70ns。试计算：（八）发光时的内量子效率int:(b)设驱动电波为100mA,计算该1.ED的内部发光功率：(C)若该1.ED芯片与多根光纤的卜腌制合效率为4dB,计算入纤的光功率大小,解；<a)%m=肃二=看而=S&3%少数我流子寿命为T=SE=桨=29.16nsWrfr5<*70(b) P,fn申3=58.3%×SX6.63XIO"，X=0.055w=55.3mw(c) P=0.01.xPirt=O.553mwP.III14db=IO1.g-pf?).Pm1=I01.4P=<).(Mx0.553mw=0.022mw第3章3节作业1、半导体激光器产生激光输出的基本条件是做些？形成粒子数反转；供应光反Wh满意激光旋荡的例假条件2、比较发光二极管与半导体激光器,指出各自特点？1.ED输出非相干光，谱宽宽，入纤功率小，调制速率低，适合短正恩低速系统1.E输出相干光，i普宽条，入纤功率大,周制逑率高，适合长跖离高速系统1.ED模拟词制1.D模拟调制4,分析DFB1.D特点。光反馈是出周期结构一一布拉格相位光树构成，光栅沿酋将个有源层。代为FP1.D中的价理反射面.特点是工作温&改变(例如201(X>C),DIB1.D有很高的刑模稳定性,除出波长的温源较小，由此可见,DFB-1.D.尤其是掩埋界痂结DFB-1.D显示了优异的动态他纵模特性，M1.值电流低(IO20mA),调制速率高(GHZ以上)等特点，5,有一个GaAs1.D.工作波长870nm.其纵模之间的间隔为278GHz.GaAs的折射率.n1.=3.6.计算其光腔的长度及纵模数.解:由AV1.=C2n闱光腔长度1.=C2iiAV1.=(3x1.0*m>/(2x3.6x278x1.O7HZ)=150Umti1.v=cmc2n1.得模式数m=2n1.=(2x3.6x150m)870nm=1.241.第3年4节作业1.抑制张弛振荡、减小电光延迟时间的简洁方法是什么？把1.D预偏说在Ith旁边时.是然小S,缩短我流子寿命r,有利于提高时制速率的简洁方法。所以，无论是从网弱张灿振荡，还是从缩短电光延迟时间来提高调制性ffe,U)都须要预的置在做值旁边.2、画出半导体激光者的1.-I特性曲线.岩倜制信号为脉冲型,试画出倜制图.3、个GaAsA1.-1.D在15"C时的阈值电流密度为300OA/cm2.1.D的阈值电流密度Jth与温度的关系为Jth(T)=J()cxp(T-TO).计W在条形接触为20即X10(Im、网位温度系数为T0=180K及工作温度为600C时的阑值电流，解：有Jm<T)=Jexp(T7o>得34KX)Acm2=JocxpK15k+273kV1.KokJ则J1.F6O5.7Acm2所以M333k)=J1.exp(T.'T()=6O5.7cnfxexp1.(6Ok+273kyi8Ok=3852.IAcnf则Iu>=3852.1Ac11rx20m×100n=7.7A第3章5节作业1.光驱动电路的鹤本结构是什么？由询制电路和限制电路如成，供应恒定的偏置电流和周制信号，米纳伺服回保持平均光功率保扑不变.分为1.D和1.ED两类.数字电路通常由差分对管组成差分电流开关电路.特点是速度快，电路易于调整，若用1.D管还需供应偏置电路.模拟电路由单管和多管构成.由于对战性要求较高，须要困碓的补偿电路，2、ApC与ATC电路起何作用？简述限制方法.为了克服温度及老化造成的输出功率的下降.在驱动电路中要实行稳定补偿措施，这就是自动功率限制(PC)和自动温度限制ATCATC限制利用1.D现件内的半导体狭冷器及热放电阻进行反馈限制即可忸定1.D芯片的血度:APC可通过两种途径.一是自动追踪1山的改变.招1.D偏置在最佳状态.二是限制周整脉冲电流幅度m,自动追踪外发子效率的改变，由于对一般外鼠干效率1.½i度的改变不是特别大，通过检测直流光功率限制3、画出光放射机的方框图.并简述图中的各部分的作用.输入电路(在数字通信中)将输入的PCMM:冲信号进行整形，变换成NRZ/RZ码后通过界动电路调制光源(干脆调制)，或送到光调制器，询制光源输出的连续光波(外调制)，驱动电路为光源供应恒定的偏置电流和调制信号.自动偏黄电路为了稔定筠出的平均光功率和工作温度,通常设置一个自动偏置限制及温控电路。告警电路是对光源寿命及工作状态进行监测与报誉，第4章第I节作业1.光纤通信系统用的光检测器是怎样偕设外加工作电压的？为什么这样信置？反向偏置；足峡的反向偏置电压是使本征区中的我流子完全耗尽,形成高电场耗尽区，使入射到检测零上的光子旎量高速度、高效率转换成光生电子.APD管加上更高反向电出.可以形成竺用倍增增益.2、比较PIN光电检测器与APD光电检测器，各自有那些特点？PIN光电二极管没有倍增,运用简洁，工作偏压低(5-10V),不须要任何限制.在较大光功率注入下，PIN接收机映声性能要比APD接收机噪声性能(佶噪比降低GX信)优越：APD具彳f很高的内部倍增因子(通过合理设计，可以使APD工作在域佳倍增状态)，这样接收灵敏度比PIN光检测器i但由于APD须要较高的工作偏压(200V)以及其倍地特性受拆度的影响较严竣因此运用起来也比较困难.须要AGC电路对APD的工作偏东进行精细限制.在要求较高的数字光接收机中，还必需对APD实行温度补偿措施.在较小光功率注入下，APD接收机噪声性能(信噪比提尚G2倍)要比P1.N接收机噪声性优优超，3、光电检测器转换实力的物理盘有哪些？写出其表达式.t干效率和响应度Ra=g三=4与R"=pP1.)=hc=(m)/1.24(Aw)nPOCA4,设P1.N光电二极管的盘子效率为80%.计算在1.3和1.55Um波长时的响应度,说明为什么在1.55m光电二极管比较灵敏？解:R1>=(m)1.24=(I1.m)/1.24=0.839A/wRo'=(m)/1.24=<um>/1.24=1A/w0.839<1.24则在1.55Um出校为灵敏5、现有IOI1.个光子/秒，龙子能做为1.28X1OI9J,入射到一个志向的光电：极管上，计%(=1)（八）入射光波长：(b)输出光电流大小：©若这是一个APD,其G=18,计算光电流。解：<a)由E=hf=hcft)=hcE=1.5Sx1.O6m(b)Po=IO"x1.28x1.O-1',三1.22x101IWIp=RoPo=(ehf)Po三1.6x1.O4A(C)IP=GRIR=2.88x107A6、6一个PIN光电二极管,=0.9r1.300nm.入射光功率Pin=37dBm.计算:光电流大小；(h=6.63x1."JS)(b)当负载电阻R1.等于SodK)OOa及IOM时的输出电压.解：首先计算该光电二极管的响应度Ro=1.pp0=ehc=0.94(AAV)光电就为If-N卅e%A,WXT7曲0=().942×IO,0吗A负收电©JM出电压为-MWt>d,R1.-<881.)-AX50Qi-W.=!COO0t,闫国=KU88»10'AX1.ooa1.=1SVR1=50M时.V=I,=(OJSSO4A1.0x1.yQ=1.J8V第4章第2节作业1、光接收机前端电路有哪几种？各自的特点是什么？低跳抗、高阻抗、互阻抗前置放大电路.(I)低阻抗前端,低瓦抗前附电路简洁，不须要或只须要很少的均衡前置级的动态范围也较大。但缺点是灵敏度较低，噪声比较高。(2)高阻抗前端比低阻抗前端热噪声小,但高阻抗将使前置放大潺动态范因缩小，而且当比特率较高时,给入端信号的高频重量损失过大,对均衡电路要求较高,很雄实现.所以高阻抗的端一般只适用于低速系统.(3)聘(互)阻抗前端。这种前战将负我电阻连接为反相放大器的反馈电阻，因而又徐互阻抗而端。负反馈使有效输入阻抗降低了G倍，G是前置放大器熠益，从而使其带宽比高阻抗前端增加/G倍,动态范用也提高心所以具疔颇带宽、噪声低、灵敏度高、动态范用大等综合优点，被广泛采纳.2,光接收机的线性通遒包括哪几个部分？光接收机的带宽出哪个部件确定？高增及放大器(主放大器)、低通波波器：低通谑波渊：因为低通浊波器电压脓冲整形.降低竦出，限制可能出现的码间本扰(ISI).接收机噪声正比于接收机带宽.为降低啄向，果纳带宽Af小于比特率B的低通浊波器。在接收机设计中其他部件的带宽均大于谑波器带宽,因此接收机带宽主要由城性通道的低通滤波器确定.3、数据iR建由哪几种电跖构成？其任务是什么？判决电路和时钟发原电跖；把雄性通遒输出的升余无波形现晚成数字信号4、高阻抗前置放大器的输入电阻为4Md它与光检测器的偏捏电阻Rh相匹配,CT=6pF,计能末均衡时带宽；若采纳互阻抗，Rf=100k,反馈环路的增益G=400,计算其带宽。解，由式(4.2.1)得,B=1=Ia4kH,211CR1.211(2×10i)(6×10-,F)右同理，当t=100k,反馈环路的增益G=400时.B=2nCrR1.=211(6×10-(10s)=106MHz可见，互阳抗其收机的带窗比高阻抗增加了近1o倍.I第6章3节作业1,光接收机中存在哪些噪泮？图示这些啖声分布，汝粒啾浑和热噪泮，散粒噪由包括光检测器的册子噪声、晒电流噪声、词电流噪声和APD倍增噪声.热噪声主要指负载电阴R1.产生的热噪声.放大揖对噪声亦有影响.光子流偏置电阻一光桧涮器放大器vOr1.量子噪声暗电流球声热次小放大器噪声漏电流埃声APD倍增噪由或子噪泮(或散弹噪声)；来自单位时间内到达光检测器上信号Jt子数的随机性，因此它与信号电平有关。在采纳APD作光检泅器时，倍增过程的统计特征产生冏加的敌弹啾声，它随倍增增益而增加.暗电流映向：当没有光信号照嫖光检测器时，外界的一些杂散光或热运动亦会产生一些电子一空穴对，光检测器还会产生一些电流，这种残留电流称为暗电波Id,喑电流也要产生散粒噪声.漏电波噪声：光检测器表面物理状态不完善和加有偏近电也会引起很小的温电流噪声.但这种吸!向并非本征性噪声,可通过光检测器的合埋设计,良好的结构和严格的工艺降低一热噪声：热噪声是在有限温度下，导电媒质内自由电子相振动离子间热相互作用引起的一种随机脓动。一个电阻中的这种随机脉动，即使没有外加电压也表现为一种电流波动.在光接收机中,前端负载电阻中产生的这种电流波动将会加到光检测器产生的光电流中.放大涔喉向：前端的前徨放大器要增加嫌出，而且其影响远远超过后微元涔件产生的噪声.2、分解式，写出PIN光接收机与APD光接收机的信噪比表达式，分析在何种条件下何种光接收机信噪比占优势.解.IS1.*R_耳_瞄。2:'P，N_2e<1.p*1.<j)Be*KTFnBe/R1.-2cR,3PBc4kTFnBcRt故粒噪声限制FSRpN=2e1.pBe=RgP22eR0PBe=R0P2eBeSNRH1.入射功率税性增加，只与用子效率、光子能瓜和帚宽有关热噪声限制下1.P?R2-''心Zktfi1BJR1.-4KTFnBtfSNR附入射功率平方倍改变，增加负我电阻可以提高信啖比SR'2Xw:W:KTMJR1.散校噪声限制下SRAPD=G22eR0PG2+xBe=G2RP22eR0PG2+xBe=R0P2eGxBeSNR下降了G,倍噪声限制下SR-PA-GZ不二小跳畤口,SKTFnBJRi-4KTFnB,SNR降低了G?倍故粒噪声限制下：APD的SNR降低了GX倍，PIN占优.热噪声限制下：APD的SNR提高/G2倍,APD占优.3、有一个光纤通信系统，光源为1.ED,输出功率；IOmW,工作波长850nm,1.ED与光纤的耦合损耗为14dB.系统光纤的总损耗20dB,其他损耗IodBp1.N光电二极管的RO=0.5A/W.1D=211A.负载电阻R1.=SOd接收僭宽BC=IOMHZ.T=300K,计算接收光功率、检测侑号电流、鼓抑噪声和热味出功率，最终计”其信噪比.解：1.ED输出功率=IOmW=Iodbm接受光功率：Pr=IOdbrn-14db-20db-10db=-34<1.bm=0.4HW光电波:Ip=RoPr=(0.5Aw)<0.4x106w)=IxIO7A=OJA由于暗电流(2nA)«Ip,所以忽视不计酸粒噪泮；<r；>=2e1.rBe=2×1.61.0w(C)×0.2x0'*（八）×10(z)=0.064×1011(A2)电路噪声1一,1、AkTFnBeV1.>sa_'K14×I.38×IOn×3OO×1.x1.O×IO,50=33I.2×1O,<Aj)信唤比S/=1I/*2,出警0.20t/().064x10',+331.2×IO'17QNX1.0”331.2(4x10”n1.2C=108h第4章4节作业I、光接收机的灵敏度是怎样定义的？是描述其精确检测光信号实力的种性能指标，定义为接收工作于某一误码率(BER)条件卜所须要的G小平均接受光功率。时于模拟接收机，定义为接收机工作于给定信噪比所要求的的最小平均接受光功率.2、误码率如何定义？通常标准要求是多少？定义为接收机判决电跖错误确定一个比特的概率,Ix1.OS的BER代表每百万比特中平均有一个错码.标准为BER小于等于10,这是通常实际光波系统的系统规范.3、光接收机的极限灵敏度如何表达？其中各多政表示什么？p；=NphB2=N；hvBNP为年比特的平均光子数，B为比特流的速率，3、引起光接收机智敏度恶化因素是哪些？消光比引起的灵眼度恶化：强度噪声引起的灵敢度恶化；取棒时间抖动引起的灵敏度恶化，4、假定接收机工作于1550nm带宽为3GHz.前置放大滞噪声系数为4dB接收机负载为4=100o.湿度=300K.响应度R=1.2MW,M=5,碰撞电离系数kA=0.7,设计BER=IO1试计算接收机的灵敏度e笫6章5节作业h图示数字光纤通信系统中的光电混合的中维器的原理图,并简述其功能,为了演意长距离通信的须要，在光纤传输设路上每隔肯定距离加入一个中继器，以补偿光信号的衰减和对畸变信号进行整形，然后接莉向终端传送.遹常有两种中继方法1.-种是传统方法,采纳光电一光转换方式,亦称光电光混合中继器：另一种是近几年才发展起来的新技术，它采纳光放大器对光信号进行干脆放大的中继器.2,何为3R中维器?何为2R中继器？何为IR中维器？3R中继器：具有均衡放大,识别再生和再定时3种功能的中继潺2R中继器：具有均衡放大和识别再生2种功能的中继器IR中继器：采纳光放大器对无信号迸行干腌放大的中继器5.1 作业I、光放大器有哪儿种类？光纤型光放大器又分为哪几类？半导体光放大器(SOA)、光纤放大器(掺稀土元素、非线性光纤放大器(光纤喇费放大器FRA),用常用的是搀饵光纤放大器光纤喇变放大微、光纤布里渊放大器、光纤参量放大器、掺杂光纤放大涔2,光放大器在光波系统中有哪些可能的应用？图示说明。线路放大器、光发送机功率放大器、光接收机前置放大器、局域网的功率放大器3、掺饵光纤放大器(EDFA)有哪些优点？答：其优点为：裔增益、高功率、宽带宽、低噪声、低申音、低插报等优良特性。4、EDFA光放大潺主要应用方式？答：主要做为发送机功率提升放大器、光接收机前就放大器和替代3R光电一电光中继密的光中继放大器，5,掺粗光纤放大器(EDFA)的关键技术是什么？答：是掺钝光纤和泵铺源技术5.2 作业I、樽锂光纤放大器的基本结构有哪几种？图示说明。给入光IRft器(Zm双浦（八）EDF(u)前向或正向泵结构EDFA：(b)后向或反向泵结构EDFA：(C)双向泵结构EDFA2、EDFA中的映向右哪几种？哪一种煤比对EDFA的性能影响最大？EDFA的噪声主要有四种；信号光的放粒噪声、被放大的自发辐射ASE,AmP1.ifiedSponteneousEmission)»ASE光谱与信号光之间的差柏噪声(Sig-Sp)、ASE光谱间的?拍噪声(spsp).以上四种映声中，后两种噪声影响鼠大,特殊是第二.种联出，它是确定EDFA性能的曳要因素。第8章第1节作业I、简述有哪些方式构成光纤通信系统？模拟和数字光波系统，线性和非f性光孤子光波系统，强度调制/干腌核测与包干检测光波系统，单信道与多信道IX用光波系统，陆地、海底和自由空间光波系统2,依据图8.1(C)说明业务信号羟过那些步骤完成传怆.1)首先把经过PCM编玛的语言信号，经过压缩编码的视频信号和由以太网交换机或路由器转发的数据信号等多媒体数字业务信号更用成更高速率等端的信号。2)为业务在SDH系统/网洛中的传输1.j运营维护和管理(OAM),在数据流中插入运营维护管理开箱，并为便利接收崩进行定时提取进行扰码,以破坏数据流中的长连“0”和长连“I”.3)对半导体光源进行干脆或外调制，完成电数字信号到光数字信号的转换，4)高速光数字信号经光纤传输，传输链路上通常接有IR或3R中第器.5)光信号到达接收端后,首先由光电检测潺完成0/E转换,把光信号转换成电信号,并进一步放大均衡，然后提取时钟信号，在时钟信号作用下“判决再生'出数字信号.6)解扰并取出开销诳行处理，或进行线路解码，同时处理OAM开销，7)解发用出各跖数字业务信号。第8章第2节作业1,荷述光纤通信系统发展状况并分别写出限制B1.的因素，0.85Um光波系统.朱纳低成本的多模光纤作为传输媒质，限制B1.主要的因素是光纤的模间色散.多模阶跃型光纤:B1.=-2n1多模渐变型光纤：B1.=当n1-1.3Um光波系统,早期单模光纤,限制B1.主要的因素是光源的i普宽.1.55Um光波系统,第三代光波系统工作在损耗最小的1.5Sm波长，限制B1.主要的因素是光纤色散.B2I<H-T16|因第8章第3节作业1.系统在什么条件下受损耗限制？此时确定的因素是什么？光纤带宽与信号速率之比足够大，传输距离主要受光纤损耗限制即当系统的工作频宽远小于光纤带宽,当码速较低(BV1.OOMb/s)时.光纤色散对灵敏世的影响较小时.确定因素：发送端媒合入纤光纤的平均功率PT<dbm):光发送机的接收以敏僮PmEdbni)：光纤战路的总损耗QT(db>2,系统在什么条件下受色敢限制？此时确定的因素是什么？系统损耗足够小，传箱码率高时,传输距离主要受光纤色散等限制色敢造成的系统上升时间的限制3、从传输带宽角度看.NRZ和RZ码,哪个占用带宽宽？参数是多少？NR7码所需的传输带宽仅为Rz码的一半.即R7码占用传输带宽宽RZ脉冲Af=BTrB=O.35B(bit/s)=Bc(Hz)NRZ脓冲Af=B/2TrB=OjB(bi1.s>=2Ik(Hz)Bc(Hz)=1/2B(bit/s)4,有一长矩成单模光纤传输系统,工作波长130Onm,其他参数如下：1.D光源平均入纤功率O1.IBm光缆损耗0.4dB/k11熔接头损耗0.1dBkm活动连接器损耗IdB/个APD接收机智敬吱：B=35Mb/s时(BER=O9)-55dBmB=5(X)Mb/sBt(BER=1.()-9)-44dBm系统海余度9dB试计算损耗限制传输距离。解：当B=35Mbs时P1.-P=2a.+(a+ai>1.+MMOdbm-(-55dbm)=2x(Idb)+(0.4dtkm-H).1.d1.Wkm>x1.+9db于是1.=44dt<0.5db,km)=88km(2)当B=SoomWS时，代入计算得1.=66km5,有一条1.3m光波系统，设计工作码速为IGbs,拟采纳单模光纤.中继距圆50km.发送机和接收机上升时间分别为0.25ns和0.35ns,光源谐宽3nm,光纤平均色散在工作波长上为2ps/(nmkm)：计算RZ和NRZ码时的系统上升时间预算，D1.一。W(rankm)(3n11>)(50km)三01.3ns由于是单第允经-一0因此<r>十1Ff32Iue上升时a力-(4+4÷d)v,-C(asW«a3a>+335ubA?11a524n»对于RZ码,允许上升时间为a35T-喑35ns它小于系统的上升时间a524ns,因此,该系统不能工作于NR码.对于NRZ码,允许的上升时间为a70T-噌-鬻770nsDIkT它大于系统上升时间0.524ns,因此,该系统可以工作于NRZfi.