光纤通信简明教程课后思考题答案原荣汇总Word下载.docx
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光纤放大器的关键部件是掺铒光纤和高功率泵浦源,作为信号和泵浦光复用的波分复用器,以及为了防止光反馈和减小系统噪声在输入和输出端使用的光隔离器。
EDFA的工作原理
若掺铒离子的能级图用三能级表示,如图所示,其中能级E1代表基态,能量最低,能级E2代表中间能级,能级E3代表激发态,能量最高。
若泵浦光的光子能量等于能级E3与E1之差,掺杂离子吸收泵浦光后,从基态E1升至激活态E3。
但是激活态是不稳定的,激发到激活态能级E3的铒离子很快返回到能级E2。
若信号光的光子能量等于能级E2和E1之差,则当处于能级E2的铒离子返回基态E1时就产生信号光子,这就是受激发射,使信号光放大获得增益。
图表示EDFA的吸收和增益光谱。
为了提高放大器的增益,应尽可能使基态铒离子激发到能级E3。
从以上分析可知,能级E2和E1之差必须是相当于需要放大信号光的光子能量,而泵浦光的光子能量也必须保证使铒离子从基态E1跃迁到激活态E3。
EDFA的主要特性指标是EDFA的主要特性指标有泵浦特性、增益频谱、小信号增益、增益饱和特性和放大器噪声。
3-13光纤拉曼放大器工作原理和特性
基于非线性光学效应,利用强泵浦光通过光纤传输时产生受激拉曼散射,使组成光纤的石英晶格振动和泵浦光之间发生相互作用,产生比泵浦光波长还长的散射光。
3-14什么是SOA,如何使LD变为SOA
1)半导体光放大器的机理与激光器的相同,即通过受激发射放大入射光信号。
光放大器只是一个没有反馈的激光器,其核心是当放大器被光或电泵浦时,使粒子数反转获得光增益。
42)减小LD界理端面反射反馈,使R1R210,就可以制出行波半导体光放大
器。
使条状有源区与正常的解理面倾斜或在有源层端面和解理面之间插入透明窗口区就可以使反射率小至10,从而使LD变为SOA。
43-15简述波导光栅解复用器的工作原理
阵列波导光栅N个输入波导、N个输出波导、两个具有相同结构的NN平板波导星形耦合器以及一个平板阵列波导光栅组成,如图所示。
这种光栅相邻波导间具有恒定的路径长度差L,式可知,其相邻波导间的相位差为
式中,是信号波长。
2πneffL
是路径长度差,通常为几十微米,neff为信道波导的有效折射率。
它与包层的折射率差相对较大,使波导有大的数值孔径,以便提高与光纤的耦合效率。
输入光从第一个星形耦合器输入,在输入平板波导区模式场发散,把光功率几乎平均地分配到波导阵列输入端中的每一个波导,阵列波导光栅的输入孔阑捕捉。
于阵列波导中的波导长度不等,式可知,不同波长的输入信号产生的相位延迟也不等。
AWG光栅工作原理是基于马赫-曾德尔干涉仪的原理,即两个相干单色光经过不同的光程传输后的干涉理论,所以输出端口与波长有一一对应的关系,也就是说,不同波长组成的入射光束经阵列波导光栅传输后,依波长的不同就出现在不同的波导出口上。
此处设计采用对称结构,根据互易性,同样也能实现合波的功能。
4-1光发射机的关键器件是光源:
LED、LD4-2直接调制
注入调制电流实现光波强度调制
外腔调制
通过外腔调制器对光的强度、相位或频率进行调制
4-3发光机理
在构成半导体晶体的原子内部,存在着不同的能带。
如果占据高能带电子跃迁到低能带
Ec的
Ev上,就将其间的能量差EgEcEvE所决定。
以光的形式放出,如图所示。
这时发出的光,其波长基本上能带差能带差
E和发出光的振荡频率vo之间有Ehv的关系,h是普朗克常数。
cv得出
34
等于10Js。
EE式中,c为光速。
E取决于半导体材料的本征值,单位是电子伏特。
4-4LD激光发射的条件
首要条件---粒子数反转,使有源区产生足够多的粒子数反转,这是使半导体激光器发
射激光的首要条件。
另一个条件是半导体激光器中必须存在光学谐振腔,并在谐振腔里建立起稳定的振荡。
4-5简述分布反馈激光器的结构和工作原理
DFB激光器是单纵模(SLM)LD,即频谱特性只有一个纵模的LD。
它的谐振腔损耗与模式有关,即对不同的纵模具有不同的损耗。
这是通过改进结构设计,使DFBLD内部具有一个对波长有选择性的衍射光栅,从而使只有满足布拉格波长条件的光波才能建立起振荡。
增益曲线首先和模式具有最小损耗的曲线接触的模开始起振,并且变成主模。
4-6阵列SOA集成光栅腔体波长可调激光器的工作原理有源条的外部界面和光栅共同构成了谐振腔的反射边界。
右边的光栅凹面反射界面组成,以便聚焦衍射返回的光到有源条的内部端面上。
这些条是直接位于波导芯上部的多量子阱有源区
4-7简述pin光敏二极管的工作原理
光敏二极管工作时加有反向电压,没有光照时,其反向电阻很大,只有很微弱的反向饱
和电流。
当有光照时,就会产生很大的反向电流,光照越强,该亮电流就越大。
光敏二极管是一种光电转换二极管,所以又叫光电二极管。
4-8简述APD光敏二极管的工作原理
雪崩光电二极管是利用雪崩倍增效应使光电流得到倍增的高灵敏度探测器。
光
P区
晶格上的原子碰撞,使晶格中的原子电离
新产生的二次电子和空穴在高电场区里运动时又被加速,又可能碰撞别的原子,这样多次碰撞电离的结果,使载流子迅速增加,反向电流迅速加大,形成雪崩倍增效应。
4-9简述波导型探测器的工作原理
在WG-PD中,光垂直于电流方向入射到探测器的光波导中,然后在波导中传播,传播过程中光不断被吸收,光强逐渐减弱,同时激发价带电子跃迁到导带,产生光生电子-空穴对,实现了对光信号的探测。
其次,WG-PD的光吸收是沿波导方向进行的,其光吸收长度远大于传统型光电探测器。
WG-PD的吸收长度是探测器波导的长度,一般可大于10m,而传统型探测器的吸收长度是InGaAs本征层的厚度,仅为1m。
所以WG-PD结构的内量子效率高于传统型结构PD。
但是,和面入射探测器相比,WD-PD的光耦合面积非常小,导致光耦合效率较低,同时也增加了和光纤耦合的难度。
为此,可采用分支波导结构增加光耦合面积。
4-10光接收机的作用是什么
光接收机的作用就是检测经过传输后的微弱光信号,并放大、整形、再生成原输入信号。
它的主要器件是利用光电效应把光信号转变为电信号的光电探测器。
数字光接收机主要哪几部分组成
数字光接收机的原理三部分组成,即光电探测和前置放大器部分、主放大部分以及数据恢复部分组成。
4-11接收机灵敏度的定义是什么
接收机灵敏度定义为保证比特误码率为
时,要求的最小平均接收光功率。
4-12监测光纤通信系统性能好坏通常采用什么最直观简单的方法
在实验室观察码间干扰判断系统性能好坏的最直观、最简单的方法是眼图分析法。
均衡滤波器输出的随机脉冲信号输入到示波器的Y轴,用时钟信号作为外触发信号,就可以观察到眼图。
眼图的张开度受噪声和码间干扰的影响,当输出端信噪比很大时,张开度主
要受码间干扰的影响。
因此,观察眼图的张开度就可以估计出码间干扰的大小,这给均衡电路的调整提供了简单而适用的观测手段。
4-13为什么要用相干检测
相干检测可使接收机灵敏度提高,与IM/DD系统相比可以改进20dB,从而在相同发射机功率下,允许传输距离增加100km;
另外使用相干检测也可以有效地利用光纤带宽,因为可以使波分复用各载波的波长间距减小。
补充:
4-14光探测器的作用和原理是什么
光探测器的作用是利用其光电效应把光信号转变为电信号。
光探测器的原理是,假如入射光子的能量超过禁带能量Eg,只有几微米宽的耗尽区每次吸收一个光子,将产生一个电子-空穴对,发生受激吸收,如图所示。
在PN结施加反向电压的情况下,受激吸收过程生成的电子-空穴对在电场的作用下,分别离开耗尽区,电子向N区漂移,空穴向P区漂移,空穴和从负电极进入的电子复合,电子则离开N区进入正电极。
从而在外电路形成光生电流IP。
当入射功率变化时,光生电流也随之线性变化,从而把光信号转变成电流信号。
5-1为什么要进行脉冲编码?
脉冲编码要进行哪三个过程?
脉冲编码调制是光纤传输模拟信号的基楚。
解码后的基带信号质量几乎只与编码参数有关,而与接收到的SNR关系不大。
假如接收到的信号质量不低于一定的误码率,此时解码SNR只与编码比特数有关。
取样、量化和编码
为什么要进行信道编码?
SDH干线采用何种码型?
为什么?
(1)为了使接收再生电路把相位或频率锁定到信号定时上;
(2)因为光接收机采用电容耦合,接收机不能对直流和低频分量响应,使长连零信号的幅度逐渐下降,经判决电路后会产生误码,大多数高性能干线系统使用扰码的NRZ码,如SDH干线
这种码型最简单,带宽窄,SNR高,线路速率不增加,没有光功率代价,无需编码,只要一个扰码器即可,使其最适合长距离系统应用
常用哪几种信道复用?
SDH采用何种复用方式?
3g手机采用何种复用技术?
4G手机采用何种?
信道复用有时分复用、频分复用和正交频分复用、微波副载波复用和码分复用;
在光域内,与此相对应,信道复用也有光时分复用、光频分复用即波分复用和光正交频分复用,以及光码分复用,如图所示。
此外,还有空分复用,比如双纤双向传输就是空分复用。
SDH采用时分复用3g也是4g是fdma跟tdma
1-1用光导纤维进行通信最早在哪一年谁提出
1966年7月英籍华人高锟提出用光导纤维可进行通信。
1-2光纤通信有哪些优点
光纤通信具有许多独特的优点,他们是:
1.频带宽、传输容量大;
2.损耗小、中继距离长;
3.重量轻、体积小;
4.抗电磁干扰性能好;
5.泄漏小、保密性好;
6.节约金属材料,有利于资源合理使用。
1-3简述光纤通信系统的分构成及各部分的作用
光纤光中继器光源光信号光探测器光纤电信号调制电信号解调用光纤传输信息的过程大致是这样的,在发送端,把用户要传送的信号变为电信号,然后使光源发出的光强随电信号变化,这个过程称为调制,它把电信号变为光信号,最后用光纤把该光信号传送到远方;
在接收端,用光电探测器接收光信号,并把光信号还原为携带用户信息的电信号,这个过程称为解调,最后再变成用户能理解的信息。
1-4光纤通信系统结构分类
2123…132154Na)b)c)a)点对点 b)一点对多点 c)网络1-5光纤通信网络分类
依据网径的大小可分为宽域网(WAN)、城域网(MAN)和局域网(LAN))光的本质是什么,什么是相位差?
光是一种电磁波,即密切相关的电场和磁场交替变化形成的一种偏振横波,它是电波
和磁波的结合。
它的电场和磁场随时间不断地变化,分别用Ex和Hy
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