《光纤通信技术》习题

第一篇：《光纤通信技术》习题

《光纤通信导论》习题

1、填空题

* 光纤通信是以 为载频，以 为传输介质的通信方式。* 1966年7月，英籍华人 博士从理论上分析证明了用光纤作为传输介质以实现光通信的可能性；1960年7月，美国科学家 发明了红宝石激光器。

* 光纤通信系统的短波长窗口为，长波长窗口为。* 光纤通信系统的通信窗口波长范围为。

* 在光通信发展史上，和 两个难题的解决，开创了光纤通信的时代。

* 光纤的导光原理与结构特性可用 理论与 理论两种方法进行分析。

* 单模光纤中不存在 色散，仅存在 色散，具体来讲，可分为 和。

* 光纤色散参数的单位为，表示两个波长间隔为 的光波传输 后到达时间的延迟

* 对纯石英光纤，在λ= 处，色散参数D=DM+DW=0，这个波长称为。

* 在单模光纤中，由于光纤的双折射特性使两个正交偏振分量以不同的群速度传输，也将导致光脉冲展宽，这种现象称为 色散。* 单模传输条件是归一化参量V。* 允许单模传输的最小波长称为。

* 数值孔径（NA）越大，光纤接收光线的能力就越，光纤与光源之间的耦合效率就越

* 光缆大体上都是由、和 三部分组成的。* 常用的光缆敷设方式有、和 等几种。* 按缆芯结构的不同，工程中常用的光缆分为 式、式、式三种类型。

* 光缆线路的“三防”是指：、与。* 光缆的型号是由_________和________两部分组成的。* 在半导体中，费米能级差必须超过 才能发生粒子数反转。* 半导体光源的核心是。

* LD是一种 器件，它通过 发射发光，具有输出功率、输出光发散角、与单模光纤耦合效率、辐射光谱线 等优点。

* 衡量光接收机性能优劣的主要技术指标是、、及。

* 光无源器件是指不需要 就可工作的器件。

* 工程中常用的活动连接器的类型有、和 三种。* 光纤与光纤的连接方法有两大类，一类是，另一类是。* 光衰减器有 和 两种。

* 掺铒光纤放大器采用 作为增益介质，在泵浦光激发下产生，在信号光诱导下实现。

* 掺铒光纤放大器的三种泵浦方式分别是：、和。

* 掺铒光纤放大器的三种应用方式分别是：、和。

* 拉曼光纤放大器利用了光纤传输的。* STM-1的速率是，STM-N的速率是 * SDH传送一帧需 μs，每秒传送 帧。

* 光波分复用的类型包括、和 三类。* 光纤通信系统的设计方法包括 和 二种。

* 光纤通信系统中继距离的计算过程中，分为 预算和 预算两种。

2、简答题

必须掌握的概念

* 光纤通信为什么能够成为一种主要的通信方式？

* 光纤通信系统由哪几部分组成？并说明各部分在系统中所完成的功能。* 现有光纤通信使用的光波长有哪几种？对应的频率是多少？它们在整个电磁波谱中处在什么位置？

* 光纤通信系统采用怎样的光源？这类光源具有什么优点？ * 什么是直接调制？什么是间接调制？各有何特点

* 常用的光无源器件有哪些？ * 对光纤连接有哪些技术要求？ * 简述光衰减器的工作原理及作用 * 简述光隔离器的工作原理及作用 * 简述光开关的工作原理及用途 * 光纤活动连接器的结构 * 光环形器的工作原理及特点

* 光环形器在单纤双向光纤通信中的应用

* 光环形器在色散补偿方面的应用 * 光环形器在上下话路系统中应用 * 为何光纤通信中要进行色散补偿

* 应用于商用系统的波分复用器有哪几种？有何特点？

* 光放大器分为哪几类？ * 简述掺铒光纤放大器的优点 * 简述掺铒光纤放大器（EDFA）的基本结构及其放大原理

* EDFA在光纤通信中的主要应用 * EDFA中掺铒光纤结构及其光场分布 * EDFA的泵浦波长 * EDFA中的3dB饱和增益 * DWDM的优特点 * 设计一个DWDM系统

* 为何DWDM系统中需EDFA * 光纤光栅的结构特点和制造原理及方法应用 * 光纤光栅有那两大结构特点，各对应什么法 * 如向用光纤光栅和环形器构成的多波长分插复用器

* 干涉滤波片型波分复用器 * 光纤光栅和环形器构成的波分复用器 * 光发射机基本组成及方框图 * 数字光发射机的功能 * 光接收机中对光检测器的要求 * mBnB码

* “码字数字和”(WDS)* 准同步数字系列(PDH)* 同步数字系列(SDH)* 与PDH相比SDH具有的特点 * SDH网络的主要特点是？ * SDH网络的网元设备有哪些？ * SDH帧结构

3、计算题

 阶跃折射率分布的光纤的芯径d=2a为100μm，折射率n1=1.458，包层的折射率n2=1.450，在该光纤中传输的光波的波长λ=850nm。

（1）计算该光纤的V参数？

（2）估算在该光纤内传输的模式数量是多少？（3）计算该光纤的数值孔径？

（4）计算该光纤单模工作的波长？（考试试卷A卷计算题）

 已知均匀光纤纤芯的折射率为n1=1.5，相对折射率差△=0.01，芯半径a=25μm，试求：

（1）LP01、LP02、LP11和LP12模的截止波长各为多少？

（2）若λ0=1μm，光纤的归一化频率V以及其中传输的模式数量M各等于多少

 均匀光纤，若n1=1.5，λ0=1.3μm，试计算：

（1）若△=0.25，为了保证单模传输，其纤芯半径应取多大？（2）若取a=5μm，为了保证单模传输，△应取多大？

第二篇：光纤通信技术

浅谈光纤通信

摘要：光纤通信不仅可以应用在通信的主干线路中，也可以在电力通信控制系统中发挥作用，进行工业监测、控制，现在在军事上也被广泛应用，基于各领域对信息量的需求不断增长，光纤通信技术的应用发展趋势也备受关注。一条完整的光纤链路除受光纤本身质量影响外，还取决于光纤链路现场的施工工艺和环境。本文探讨了光纤通信技术的主要特征及发展趋势，和它以光纤链路为基础的现场测试。

关键词：光纤通信技术 特点 现状 发展趋势 光纤链路

0引言

光纤即为光导纤维的简称。光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的一种通信方式。从原理上看,构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。光纤除了按制造工艺、材料组成以及光学特性进行分类外，在应用中,光纤常按用途进行分类，可分为通信用光纤和传感用光纤。传输介质光纤又分为通用与专用两种,而功能器件光纤则指用于完成光波的放大、整形、分频、倍频、调制以及光振荡等功能的光纤，并常以某种功能器件的形式出现。

1光纤通信技术

自上世纪光纤通信技术在全球问世以来，整个的信息通讯领域发生了本质的、革命性的变革，光纤通信技术以光波作为信息传输的载体，以光纤硬件作为信息传输媒介，因为信息传输频带比较宽，所以它的主要特点是:通信达到了高速率和大容量，且损耗低、体积小、重量轻，还有抗电磁干扰和不易串音等一系列优点，从而备受通信领域专业人士青睐，发展也异常迅猛。

光纤通信技术作为在实际运用中相当有前途的一种通信技术，已成为现代化通信非常重要的支柱。作为全球新一代信息技术革命的重要标志之一，光纤通信技术已经变为当今信息社会中各种多样且复杂的信息的主要传输媒介，并深刻的、广泛的改变了信息网架构的整体面貌，以现代信息社会最坚实的通信基础的身份，向世人展现了其无限美好的发展前景。

2光纤通信的特点(1)通信容量大、传输距离远；一根光纤的潜在带宽可达20THz。采用这样的带宽，只需一秒钟左右，即可将人类古今中外全部文字资料传送完毕。目前400Gbit/s系统已经投入商业使用。光纤的损耗极低，在光波长为1.55μm附近，石英光纤损耗可低于0.2dB/km，这比目前任何传输媒质的损耗都低。因此，无中继传输距离可达几

十、甚至上百公里。

(2)信号干扰小、保密性能好;

(3)抗电磁干扰、传输质量佳,电通信不能解决各种电磁干扰问题，唯有光纤通信不受各种电磁干扰。

(4)光纤尺寸小、重量轻，便于铺设和运输；

(5)材料来源丰富,环境保护好，有利于节约有色金属铜。

(6)无辐射，难于窃听,因为光纤传输的光波不能跑出光纤以外。

(7)光缆适应性强，寿命长。

(8)质地脆，机械强度差。

(9)光纤的切断和接续需要一定的工具、设备和技术。

(10)分路、耦合不灵活。

(11)光纤光缆的弯曲半径不能过小（>20cm）

(12)有供电困难问题。

利用光波在光导纤维中传输信息的通信方式．由于激光具有高方向性、高相干性、高单色性等显著优点，光纤通信中的光波主要是激光，所以又叫做激光－光纤通信．

3光纤通信技术的现状研究

(1)光纤通信技术中的光纤接入技术。光纤接入网技术是信息传输技术的一个崭新的尝试，它实现了普遍意义上的高速化信息传输，满足了广大民众对信息传输速度的要求，主要由宽带的主干传输网络和用户接入两部分组成。其中后者起着更为关键的作用，即FTTH(意思是光纤到户)，作为光纤宽带接入的最后环节，负责完成全光接入的重要任务，基于光纤宽带的相关特性，为通信接收端的用户提供了所需的不受限制的带宽资源。

(2)光纤通信技术中的波分复用技术。即WDM，充分利用了单模光纤低损耗区的优势，获得了大的带宽资源。波分复用技术基于每一信道光波的频率和波长不同等情况出发，把光纤的低损耗窗口规划为许多个单独的通信管道，并在发送端设置了波分复用器，将波长不同的信号集合到一起送入单根光纤中，再进行信息的传输，而接收端的波分复用器把这些承载着多种不同信号的、波长不同的光载波再进行分离。

4不断发展的光纤通信技术

(1)光接入网通信技术的更进一步发展。现存技术上的接入网依旧是双绞线铜线的连接，仍然是原始的、落后的模拟系统，而网络中的光接入技术的应用使其成为了全数字化的，且高度集成的智能化网络。

光接入网通信技术所要达到的主要目标有：最大程度的使维护费用得到降低，故障率得到明显下降;可以用于新设备的开发和新收入的不断增加；与本地网络相结合，达到减少节点数目和扩大覆盖面范围的目的;通过光网络的建立，为多媒体时代的到来做好准备;另外，可以最大化的利用光纤本身的一些优势特点。

(2)光纤通信技术中光传输与交换技术的融合一光接入网通信技术的后延。基于上述光接入网通讯技术的成熟发展，网络的核心架构己经得到了翻天覆地的改变，并正在日新月异的变化发展着，在交换和传输两方面来讲也都早已进行了好几代的更新。光接入网技术和光输与交换技术的融合技术，前者较后者在技术应用上有了一些技术上改进，从而也就提高了全网的往前的进一步有效发展，但此项技术相对来讲仍不成熟。

(3)新一代的光纤在光纤通信技术中的应用。传统意义上的G.652单模光纤已经在长距离且超高速的传送网络发展中表现出了力不从心的缺点，新一代光纤的研发己成为当今务实之需，它也构成了新一代网络基础设施建设工作的一个重要组成部分。在目前普遍需求的干线网和城域网的背景下，基于不同的发展需要，己经发展出了两种新一代光纤一非零色散光纤和全波光纤。

4光纤通信链路的现场测试

4.1光纤链路现场测试的目的光纤链路现场测试是安装和维护光纤网络的必要部分，是确保电缆支持网络协议的一种重要方式。它的主要目的是遵循特定的标准检测光纤系统连接的质量，减少故障因素以及存在故障时找出光纤的故障点，从而进一步查找故障原因。

4.2光纤链路现场测试标准

目前光纤链路现场测试标准分为两大类：光纤系统标准和应用系统标准。（1）光纤系统标准：光纤系统标准是独立于应用的光纤链路现场测试标准。对于不同光纤系统，它的测试极限值是不固定的，它是基于电缆长度、适配器和接合点的可变标准。目前大多数光纤链路现场测试使用这种标准。世界范围内公认的标准主要有：北美地区的EIA/TIA—568—B标准和国际标准化组织的ISO/IEC11801标准等。（2）光纤应用系统标准：光纤应用系统标准是基于安装光纤的特定应用的光纤链路现场测试标准。每种不同的光纤系统的测试标准是固定的。常用的光纤应用系统有：100BASE—FX、1000BASE—SX等。

4.3光纤链路现场测试过程

对于光纤系统需要保证的是在接收端收到的信号应足够大，由于光纤传输数据时使用的是光信号，因此它不产生磁场，也就不会受到电磁干扰和射频干扰，不需要对NEXT等参数进行测试，所以光纤系统的测试不同于铜导线系统的测试。

在光纤的应用中，光纤本身的种类很多，但光纤及其系统的基本测试参数大致都是相同的。在光纤链路现场测试中，主要是对光纤的光学特性和传输特性进行测试。光纤的光学特性和传输特性对光纤通信系统的工作波长、传输速率、传

输容量、传输距离、信号质量等有着重大影响。但由于光纤的色散、截止波长、模场直径、基带响应、数值孔径、有效面积、微弯敏感性等特性不受安装方法的有害影响,它们应由光纤制造厂家进行测试,不需进行现场测试。

在EIA/TIA—568—B中规定光纤通信链路现场测试所需的单一性能参数为链路损失（衰减）。

（1）光功率的测试：对光纤工程最基本的测试是在EIA的FOTP-95标准中定义的光功率测试，它确定了通过光纤传输的信号的强度，还是损失测试的基础。测试时把光功率计放在光纤的一端，把光源放在光纤的另一端。

（2）光学连通性的测试：光纤系统的光学连通性表示光纤系统传输光功率的能力。光纤系统的光学连通性是对光纤系统的基本要求，因此对光纤系统的光学连通性进行测试是基本的测试之一。通过在光纤系统的一端连接光源，在另一端连接光功率计，通过检测到的输出光功率可以确定光纤系统的光学连通性。当输出端测到的光功率与输入端实际输入的光功率的比值小于一定的数值时，则认为这条链路光学不连通。进行光学连通性的测试时，通常是把红色激光或者其他可见光注入光纤，并在光纤的末端监视光的输出。如果在光纤中有断裂或其他的不连续点，在光纤输出端的光功率就会下降或者根本没有光输出。

（3）光功率损失测试：光功率损失这一通用于光纤领域的术语代表了光纤链路的衰减。衰减是光纤链路的一个重要的传输参数,它的单位是分贝(dB)。它表明了光纤链路对光能的传输损耗（传导特性），其对光纤质量的评定和确定光纤系统的中继距离起到决定性的作用。光信号在光纤中传播时，平均光功率延光纤长度方向成指数规律减少。在一根光纤网线中,从发送端到接收端之间存在的衰减越大，两者间可能传输的最大距离就越短。衰减对所有种类的网线系统在传输速度和传输距离上都产生负面的影响，但因为光纤传输中不存在串扰、EMI、RFI等问题，所以光纤传输对衰减的反应特别敏感。

（4）光纤链路预算（OLB）：光纤链路预算是网络和应用中允许的最大信号损失量，这个值是根据网络实际情况和国际标准规定的损失量计算出来的。一条完整的光纤链路包括光纤、连接器和熔接点，所以在计算光纤链路最大损失极限时，要把这些因素全部考虑在内。光纤通信链路中光能损耗的起因是由光纤本身的损耗、连接器产生的损耗和熔接点产生的损耗三部分组成的。但由于光纤的长度、接头和熔接点数目的不定，造成光纤链路的测试标准不像双绞线那样是固定的，因此对每一条光纤链路测试的标准都必须通过计算才能得出。

虽然目前光通信的容量已经非常大，但仍有大量应用能力闲置，伴随着社会经济和科学技术的进一步发展，对信息的需求也会随之增加，并会超过现在的网络承载能力，因此我们必须进一步努力研究更加先进的光传输手段。因此，在经济社会发展的推动下，光通信一定会有更加长久的发展。

[参考文献]

[1]王磊，裴丽.光纤通信的发展现状和未来[J].中国科技信息.2006.(4).[2]何淑贞，王晓梅.光通信技术的新飞跃[J].网络电信.2004.(2).[3]辛化梅，李忠.论光纤通信技术的现状及发展.山东师范大学学报.2003.4.[4]李超.浅谈光纤通信技术发展的现状与趋势.沿海企业与科技.2007.7.

第三篇：光纤通信技术及其发展趋势

光纤通信技术及其发展趋势

摘要：光纤通信技术是目前通信行业应用的主要技术，光纤通信跟传统通信方式比较具有很强的优势，在通信网络中已得到广泛应用。光纤通信技术作为信息技术的重要支撑平台，在未来信息社会中将起到十分重要的作用。

关键词：光纤通信技术 优势 光纤到户 全光网络

中图分类号：TP39 文献标识码： A 文章编号：1007-9416(2011)07-0025-01

近年来随着传输技术和交换技术的不断进步，核心网已经基本实现了光纤化、数字化和宽带化。随着业务的迅速增长和多媒体业务的日益丰富，使得用户住宅网的业务需求也不只局限于原来的语音业务，数据和多媒体业务的需求已经成为不可阻挡的趋势，现有的语音业务接入网越来越成为制约信息高速公路建设的瓶颈，成为发展宽带综合业务数字网的障碍。

1、光纤通信技术

光纤通信是利用光作为信息载体、以光纤作为传输的通信方式。在光纤通信系统中，作为载波的光波频率比电波的频率高得多，而作为传输介质的光纤又比同轴电缆或导波管的损耗低得多，所以说光纤通信的容量要比微波通信大几十倍，图1为光纤结构图。

2、光纤通信技术优势

2.1 频带极宽，通信容量大

光纤比铜线或电缆有大得多的传输带宽，单模光纤具有几十GHz?km的宽带。目前，单波长光纤通信系统的传输速率一般在2.5Gbps到10Gbps，采用密集波分复用术实现的多波长传输系统的传输速率已经达到单波长传输系统的数百倍。巨大的带宽潜力使单模光纤成为宽带综合业务网的首选介质。

2.2 损耗低，中继距离长

目前，实用的光纤通信系统使用的光纤多为石英光纤，此类光纤损耗可低于0.20dB/km，这样的传输损耗比其它任何传输介质的损耗都低，因此，由其组成的光纤通信系统的中继距离也较其他介质构成的系统长得多。

2.3 抗电磁干扰能力强

我们知道光纤原材料是由石英制成的绝缘体材料，不易被腐蚀，而且绝缘性好。与之相联系的一个重要特性是光波导对电磁干扰的免疫力，它是一种非导电的介质，交变电磁波在其中不会产生感生电动势，即不会产生与信号无关的噪声。这样，就是把它平行铺设到高压电线和电气铁路附近，也不会受到电磁干扰。这一点对于强电领域(如电力传输线路和电气化铁道)的通信系统特别有利。

2.4 光纤径细、重量轻、柔软、易于铺设

光纤的芯径很细，约为0.1mm，由多芯光纤组成光缆的直径也很小，8芯光缆的横截面直径约为10mm，而标准同轴电缆为47mm。这样采用光缆作为传输信道，使传输系统所占空间小，解决了地下管道拥挤的问题，节约了地下管道建设投资。此外，光纤的重量轻，柔韧性好，还有，光纤柔软可绕，容易成束，能得到直径小的高密度光缆。

2.5 保密性能好

对通信系统的重要要求之一是保密性好。电通信方式很容易被人窃听，光纤通信与电通信不同，由于光纤的特殊设计，光纤中传送的光波被限制在光纤的纤芯和包层附近传送，很少会跑到光纤之外。并且成缆以后光纤在外面包有金属做的防潮层和橡胶材料的护套，这些均是不透光的，因此，泄漏到光缆外的光几乎没有。更何况长途光缆和中继光缆一般均埋于地下。所以光纤的保密性能好。此外，由于光纤中的光信号一般不会泄漏，因此电通信中常见的线路之间的串话现象也可忽略。

3、光纤通信技术在接入网的应用

目前莱芜市所用的接入网技术为ADSL，其全称是Asymmetric Digital Subscriber,中文意思是“非对称数字用户线路”。它以普通电话线路做为传输介质，既在普通双绞铜线上实现下行高达8Mbit/b传输速度;上行高达640Kbit/s的传输速度，但这种技术不能满足人们对上网速度越来越高需求。

3.1光纤接入网的优势

接入网采用无线网络是未来通信行业的发展趋势，但无线接入网仍需要光纤网络的支撑，其优势体现为:

首先，通信网在一开始采用的是金属线缆，铜缆网的故障率很高，维护运行成本很高，而采用光接入后，每年的维护运行和供给成本可以比传统铜缆网每线大约节约400元，对于一亿用户相当于每年节约400亿元，而且其故障率也大大降低。

其次，对于新业务的发展，特别是多媒体和宽带新业务，能够加强企业的竞争力，增加新业务的收入，同时可以补偿建设光用户接入网所需的投资，最后，光接入网可以满足用户希望较快提供业务，改进业务质量和可用性的要求，也可以节约地下管道空间，延长传输覆盖距离，总之，采用光接入网能够解决通信行业发展的瓶颈问题。

3.2 光纤通信技术发展的制约因素

铜缆网传输的是电子信号，交换采用的是电子交换机，现在，通信网络大部分都是光纤，传输的为光信号，光交换的形式，由于目前光交换器件还不成熟只能采用光-电-光的形式。这种方式效率不高也不经济，目前ASON-自动交换光网络的开发缓解了这一问题，但对大容量光开关的开发也迫在眉睫。

目前为止我国的光缆技术有了很大的发展，从光进铜退开始，公司采用了多个厂家的光缆，国内生产光缆的厂家大约有200家，但其产品单一，很少具有自主知识产权，技术含量较低，竞争力不强，有关资料显示，自1997年截止到2010年我国光缆专利的申请只占国外同期专利申请的20%，而光核心技术只占国外的10%。这些数据显示我国与国外在光纤技术发展上差距较大，我国作为世界第二光缆大国，应该把发展自主知识产权的技术作为重中之重。

4、结语

从光纤通信问世到现在，光传输的速率以指数增长，光传输的速率在过去的十几年中大约提高了100倍。层出不穷的光通信新技术将成为市场复苏的源泉，随着光纤网络从骨干网的扩建到接入网、城域网的扩散以及向用户驻地网的不断延伸，光纤网络市场必将增长。

参考文献

[1]马金洋.《光纤通信的现状和前景》[J].电信科学.[2]辛化梅,李忠.《论光纤通信技术的发展和现状》[J].山东师范大学学报.[3]蒋力三.《光纤通信技术的发展》.中兴通讯资料.

第四篇：光纤通信技术试题

1．什么是弱导波光纤？为什么标量近似解法只适用于弱导波光纤？

2.请简述阶跃型折射率分布光纤和梯度型折射率分布光纤的不同导光原理 3．试证明：阶跃型光纤的数值孔径为什么等于最大射入角的正弦？ 4.数值孔径的定义是什么？请用公式推导出其计算式：NAn12

5.光纤色散有哪几种？它们分别与哪些因素有关？

6.为什么说采用渐变型光纤可以减少光纤中的模式色散？ 7.如何解释光纤中的模式色散、材料色散及波导色散？

8.光与物质间的作用有哪三种基本过程？说明各具有什么特点？ 9．什么是激光器的阈值条件？ 10.简述半导体的光电效应？ 11.光纤通信系统都有哪些噪声？

12．请写出费米分布函数的表达式，并说明式中各符号的含义。13．什么是量子噪声？形成这一噪声的物理原因是什么？ 14.什么是模分配噪声？它是如何产生的？ 15．请写出误码率的三种性能分类及定义。

16.什么是接收灵敏度和动态范围，它们之间的表示式是什么？ 17．什么是码间干扰？其产生的原因是什么？

18．什么是可靠性？什么是可靠度？它们之间的区别是什么？ 19．请用公式推导出串联系统总的故障率等于各部件故障率之和。20.抖动容限的指标有几种？并说明其含义？ 21．光波分复用通信技术的特点有哪些？ 光纤WDM与同轴电缆FDM技术不同点有哪些？ 23 什么是光通信中的斯托克斯频率? 24 什么是光通信中的受激拉曼散射? 25 在理论上，光通信中的克尔效应能够引起哪些不同的非线性效应? 26 简述光纤通信中激光器直接调制的定义、用途和特点。

27什么是光纤色散？光纤色散主要有几种类型？其对光纤通信系统有何影响？ 28分别说明G.652G.653光纤的性能及应用。

1.当光纤中纤芯折射率n1略高于包层折射率n2，它们的差别极小时，这种光纤为弱导波光纤。在弱导波光纤中，由于

n21，在光纤中形成导波时，光射线的入射角θ1应满足的n11全反射条件为90°>θ1>θC=Sin

n2,由此可得θ1→90°，亦即在弱导波光纤中，光射线几n1乎与光纤轴平行。从波动理论讲，导波是均匀平面波，即E和H与传播方向（光射线指向）垂直，故弱导波光纤中的E和H分布是近似TEM波。其横向场的极化方向不变。由于E（或H）近似在横截面上，且空间指向基本不变，这样就可把一个大小和方向都沿传输方向变化的E（或H）变为沿传输方向其方向不变的标量E（或H），它将满足标量的亥姆霍兹方程，进而求出弱导波光纤的近似解，这种方法称为标量近似解法。2.阶跃光纤中入射光线在纤芯和包层分界面上发生全反射，从而在纤芯中沿之字形的曲折路径前进，实现光的传输。

非均匀光纤中入射光线按折射定律在纤芯中传输到某一点时发生全反射，折向光纤轴线，从而以曲线形式在光纤中传输。

3．当光射线从空气射向光纤端面时，发生折射，满足折射定律n0sin=n1sinz，此光线在纤芯中沿z角方向前进，此光线若能在纤芯中传输，则需满足全反射条件，即

1≥CSin1n2nsin1≥2，又因为θz= 90°-θn1n1

1所以可得sin=n1sinz=

222n1sin1n11sin21≤n12n2，由此可见，有sinmax=n1n2，只要光射线的射入角≤max，此光线就可在纤芯中形成导波，也即这些光线被光纤捕捉到了。而反映这种捕捉光线能力的物理量就定义为数值孔径，所以数值孔径等于最大射入角的正弦。4.数值孔径是用来表示光纤收集光线的能力的。NAn0sinφmax

见教材P30，图2-6 n0sinφn1sinθt

θt90θi

若发生全反射，θi至少应等于θC，所以θt90θC，此时对应入射角φmax，NAn0sinφmaxn1cosθ2n12n2 因为  22n1Cn11sin2θCn11(n222)n12n2 n1 所以 NAn12

5.光纤的色散有材料色散、波导色散和模式色散。

材料色散由光纤材料的折射率随频率的变化而变化引起的。

波导色散由模式本身的群速度随频率的变化而变化引起的。

模式色散由光纤中的各模式之间的群速度不同而引起的。6.渐变型光纤纤芯折射率随 r的增加按一定规律减小，即n1(r),则就有可能使芯子中的不同射线以同样的轴向速度前进，产生自聚焦现象，从而减小光纤中的模式色散。

7.材料色散是由于材料本身的折射率随频率而变化，使得信号各频率成份的群速不同引起的色散。

波导色散是对于光纤某一模式而言，在不同的频率下，相位常数β不同，使得群速不同而引起的色散。模式色散是指光纤不同模式在同一频率下的相位常数β不同，因此群速不同而引起的色散。

8.自发辐射、受激辐射、受激吸收

自发辐射：可自发光，是非相干光，不受外界影响。

受激辐射：吸收外来光子能量，发相干光，产生全同光子，产生光放大。

受激吸收：吸收外来光子能量，不发光。

9.为了补偿激光器内光学谐振腔存在的损耗，使激光器维持稳定的激光输出需要满足的振幅平衡条件，就是阈值条件。10.光照射到半导体的P-N结上，使半导体材料中价带电子吸收光子的能量，从价带越过禁带到达导带，在导带中出现光电子，在价带中出现光空穴，总称光生载流子。光生载流子在外加负偏压和内建电场的共同作用下，在外电路中出现光电流，这就实现了输出电信号随输入光信号变化的光电转换作用。11.量子噪声，光电检测器噪声、雪崩管倍增噪声，光接收机中的热噪声，晶体管噪声。12.f(E)=11e(EEf)/KT

式中f(E)——费米分布函数，即能量为E的能级被一个电子占据的几率。E——某一能级的能量值。K——波尔兹曼常数，K=1.38×10

2

3J/K T——绝对温度 Ef——费米能级

13.由于光波的传播是由大量光子传播来进行的。这样大量的光量子其相位和幅度都是随机的。因此，光电检测器在某个时刻实际接收到的光子数是在一个统计平均值附近浮动，因而产生了噪声。这就是量子噪声，这就是量子噪声，这也是量子噪声的形成原因。

14.高速率的激光器，其谱线呈现多纵模谱线特性，而且各谱线的能量呈现随机分配。因而单模光纤具有色散，所以激光器的各谱线（各频率分量）经光纤传输之后，发生不同的延时，在接收端造成脉冲展宽。又因为各谱线的功率呈现随机分布，因此当它们经过上述光纤传输后，在接收端取样点得到取样信号就会有强度起伏，至此引入了附加噪声，这种噪声就称为模分配噪声，这也是模分配噪声产生的原因。

15.劣化分：1分钟的误码率劣于1×10严重误码秒：1分钟内误码率劣于1×10

6。

3误码秒：1秒内出现误码。

16.所谓接收灵敏度是指满足给定误码率（BER）的条件下，光端机光接口R的最小平均光功率电平值。

所谓动态范围是指在满足给定误码率的条件下，光端机输入连接器R点能够接收的最大功率电平值LR与最小功率电平值LR（即接收灵敏度）之差。'DL'RLR

17.由于激光器发出的光波是由许多根线谱构成，而每根谱线的传播速度不同，因而前后错开，使合成的波形的宽度展宽，出现拖尾，造成相邻两光脉冲之间的相互干扰，这种现象称为码间干扰。这也是码间干扰产生的原因。

18．可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。可靠度是指产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率。可靠性对产品做出了定性的 分析，它反映了总的性能，可靠度对产品做出了定量的分析，它反映出一种数量特性。

19.若光纤数字通信系统由几个部分串联而成，系统的可靠度 表示为：

RSR1R2Rn

式中R1，R2，·······Rn分别是串联系统中n个部分的可靠度。

RSeStR1R2Rn =e1te2tent =e(12n)t

S12ni1ni

由上式可见，系统总的故障率等于各串联部件故障率之和。

20.抖动容限的指标分为输入抖动容限和无输入抖动时的最大输出抖动容限。

输入抖动容限是指光纤通信系统（或设备）允许输入脉冲存在抖动的范围。

无输入抖动时的最大输出抖动容限是指输入信号无抖动的情况下，光纤通信系统（或设备）输出信号的抖动范围。

21.①光波分复用器结构简单、体积小、可靠性高

②不同容量的光纤系统以及不同性质的信号均可兼容传输

③提高光纤的频带利用率

④可更灵活地进行光纤通信组网 ⑤存在插入损耗和串光问题

22⑴传输媒质不同，WDM系统是光信号上的频率分割，同轴系统是电信号上的频率分割利用。

⑵在每个通路上，同轴电缆系统传输的是模拟信号4kHz语音信号，而WDM系统目前每个波长通路上是2.5Gbit/sSDH或更高速率的数字信号系统。

23当一定强度的光入射到光纤中时，会引起光纤材料的分子振动，低频边带称斯托克斯线，高频边带称反斯托克斯线，前者强度强于后者，两者之间的频差称为斯托克斯频率

24当两个频率间隔恰好为斯托克斯频率的光波同时入射到光纤时，低频波将获得光增益，高频波将衰减，高频波的能量将转移到低频波上，这就是所谓的受激拉曼散射(SRS)。

25在理论上，克尔效应能够引起下面三种不同的非线性效应，即自相位调制(SPM)、交叉相位调制(XPM)和四波混频(FWM)。

26直接调制：即直接对光源进行调制，通过控制半导体激光器的注入电流的大小，改变激光器输出光波的强弱，又称为内调制。传统的PDH和2.5Gbit／s速率以下的SDH系统使用的LED或LD光源基本上采用的都是这种调制方式。直接调制方式的特点是，输出功率正比于调制电流，简单、损耗小、成本低。一般情况下，在常规G.652光纤上使用时，传输距离≤100km，传输速率≤2.5Gbit/s。

27由于光纤中所传信号的不同频率成分，或信号能量的各种模式成分，在传输过程中，因群速度不同互相散开，引起传输信号波形失真，脉冲展宽的物理现象称为色散。光纤色散的存在使传输的信号脉冲畸变，从而限制了光纤的传输容量和传输带宽。从机理上说，光纤色散分为材料色散，波导色散和模式色散。前两种色散由于信号不是单一频率所引起，后一种色散由于信号不是单一模式所引起。28 G.652称为非色散位移单模光纤，也称为常规单模光纤其性能特点是：(1)在1310nm波长处的色散为零。

(2)在波长为1550nm附近衰减系数最小，约为0.22dB/km，但在1550nm附近其具有最大色散系数，为17ps/(nm²km)。

(3)这种光纤工作波长即可选在1310nm波长区域，又可选在1550nm波长区域，它的最佳工作波长在1310nm区域。G.652光纤是当前使用最为广泛的光纤。G.653 称为色散位移单模光纤。色散位移光纤是通过改变光纤的结构参数、折射率分布形状，力求加大波导色散，从而将零色散点从1310nm位移到1550nm，实现1550nm处最低衰减和零色散波长一致。这种光纤工作波长在1550nm区域。它非常适合于长距离单信道光纤通信系统。

第五篇：光纤通信技术论文

光纤通信技术论文

一光纤通信

光纤通信是利用光作为信息载体、以光纤作为传输的通信方式。在光纤通信系统中，作为载波的光波频率比电波的频率高得多，而作为传输介质的光纤又比同轴电缆或导波管的损耗低得多，所以说光纤通信的容量要比微波通信大几十倍。光纤是用玻璃材料构造的，它是电气绝缘体，因而不需要担心接地回路，光纤之间的串绕非常小；光波在光纤中传输，不会因为光信号泄漏而担心传输的信息被人窃听；光纤的芯很细，由多芯组成光缆的直径也很小，所以用光缆作为传输信道，使传输系统所占空间小，解决了地下管道拥挤的新问题。

二光纤通信技术的特点

(1)频带极宽，通信容量大。光纤比铜线或电缆有大得多的传输带宽，光纤通信系统的于光源的调制特性、调制方式和光纤的色散特性。

(2)损耗低，中继距离长。目前，商品石英光纤损耗可低于0～20dB/km，这样的传输损耗比其它任何传输介质的损耗都低；

(3)抗电磁干扰能力强。光纤原材料是由石英制成的绝缘体材料，不易被腐蚀，而且绝缘性好。

(4)无串音干扰，保密性好。光波在光纤中传输，因为光信号被完善地限制在光波导结构中，而任何泄漏的射线都被环绕光纤的不透明包皮所吸收，无法窃听到光纤中传输的信息。

除以上特点之外，还有光纤径细、重量轻、柔软、易于铺设；光纤的原材料资源丰富，成本低；温度稳定性好、寿命长。由于光纤通信具有以上的独特优点，其不仅可以应用在通信的主干线路中，还可以应用在电力通信控制系统中，进行工业监测、控制，而且在军事领域的用途也越来越为广泛。

三光纤通信技术的发展及现状

光纤通信的诞生与发展是电信史上的一次重要革命。光纤从提出理论到技术实现和今天的高速光纤通信也不过几十年的时间。

20世纪90年代以来，我国光通信产业发展极其迅速，非凡是广播电视网、电力通信网、电信干线传输网等的急速扩展，促使光纤光缆用量剧增。广电综合信息网规模的扩大和系统复杂程度的增加，全网的管理和维护，设备的故障判定和排除就变得越来越困难。可以采用 SDH ＋光纤或ATM＋光纤组成宽带数字传输系统。该传输网可以采用带有保护功能的环网传输系统，链路传输系统或者组成各种形式的复合网络，可以满足各种综合信息传输。

对光纤通信而言，超高速度、超大容量、超长距离一直都是人们追求的目标，光纤到户和全光网络也是人们追求的梦想。现在光通信网络的容量虽然已经很大，但还有许多应用能力在闲置，今后随着社会经济的不断发展，作为经济发展先导的信息需求也必然不断增长，一定会超过现有网络能力，推动通信网络的继续发展。因此，光纤通信技术在应用需求的推动下，一定不断会有新的发展。

(一)光纤到户

现在移动通信发展速度惊人，因其带宽有限，终端体积不可能太大，显示屏幕受限等因素，人们依然追求陸能相对占优的固定终端，希望实现光纤到户。光纤到户的魅力在于它有极大的带宽，它是解决从互联网主干网到用户桌面的“最后一公里”瓶颈现象的最佳方案。随着技术的更新换代，光纤到户的成本大大降低，不久可降到与DSL和HFC网相当，这使FITH的实用化成为可能。在我国，光纤到户也是势在必行，光纤到户的实验网已在武汉、成都等市开展，预计2012年前后，我国从沿海到内地将兴起光纤到户建设高潮。可以说光纤到户是光纤通信的一个亮点，伴随着相应技术的成熟与实用化，成本降低到能承受的水平时，FTTH的大趋势是不可阻挡的。

(二)全光网络

传统的光网络实现了节点间的全光化，但在网络结点处仍用电器件，限制了目前通信网干线总容量的提高，因此真正的全光网络成为非常重要的课题。全光网络以光节点代替电节点，节点之间也是全光化，信息始终以光的形式进行传输与交换，交换机对用户信息的处理不再按比特进行，而是根据其波长来决定路由。

全光网络具有良好的透明性、开放性、兼容性、可靠性、可扩展性，并能提供巨大的带宽、超大容量、极高的处理速度、较低的误码率，网络结构简单，组网非常灵活，可以随时增加新节点而不必安装信号的交换和处理设备。当然全光网络的发展并不可能独立于众多通信技术，它必须要与因特网、ATM网、移动通信网等相融合。目前全光网络的发展仍处于初期阶段，但已显示出良好的发展前景。从发展趋势上看，形成一个真正的、以WDM技术与光交换技术为主的光网络层，建立纯粹的全光网络，消除电光瓶颈已成未来光通信发展的必然趋势，更是未来信息网络的核心，也是通信技术发展的最高级别，更是理想级别。

四光纤通信技术的趋势及展望

目前在光通信领域有几个发展热点即超高速传输系统、超大容量WDM系统、光传送联网技术、新一代的光纤、IPoverOptical以及光接入网技术。

（一）向超高速系统的发展

目前10Gbps系统已开始大批量装备网络，主要在北美，在欧洲、日本和澳大利亚也已开始大量应用。但是，10Gbps系统对于光缆极化模色散比较敏感，而已经铺设的光缆并不一定都能满足开通和使用10Gbps系统的要求，需要实际测试，验证合格后才能安装开通。它的比较现实的出路是转向光的复用方式。光复用方式有很多种，但目前只有波分复用(WDM)方式进入了大规模商用阶段，而其它方式尚处于试验研究阶段。

（二）向超大容量WDM系统的演进

采用电的时分复用系统的扩容潜力已尽，然而光纤的200nm可用带宽资源仅仅利用率低于1％，还有99％的资源尚待发掘。如果将多个发送波长适当错开的光源信号同时在一级光纤上传送，则可大大增加光纤的信息传输容量，这就是波分复用(WDM)的基本思路。基于WDM应用的巨大好处及近几年来技术上的重大突破和市场的驱动，波分复用系统发展十分迅速。目前全球实际铺设的WDM系统已超过3000个，而实用化系统的最大容量已达

320Gbps(2×16×10Gbps)，美国朗讯公司已宣布将推出80个波长的WDM系统，其总容量可达200Gbps(80×2.5Gbps)或400Gbps(40×10Gbps)。实验室的最高水平则已达到2.6Tbps(13×20Gbps)。预计不久的将来，实用化系统的容量即可

达到1Tbps的水平。[来源:论文天下论文网 lunwentianxia

（三）实现光联网

上述实用化的波分复用系统技术尽管具有巨大的传输容量，但基本上是以点到点通信为基础的系统，其灵活性和可靠性还不够理想。如果在光路上也能实现类似SDH在电路上的分插功能和交叉连接功能的话，无疑将增加新一层的威力。根据这一基本思路，光光联网既可以实现超大容量光网络和网络扩展性、重构性、透明性，又允许网络的节点数和业务量的不断增长、互连任何系统和不同制式的信号。

由于光联网具有潜在的巨大优势，美欧日等发达国家投入了大量的人力、物力和财力进行预研，特别是美国国防部预研局(DARPA)资助了一系列光联网项目。光联网已经成为继SDH电联网以后的又一新的光通信发展高潮。建设一个最大透明的、高度灵活的和超大容量的国家骨干光网络，不仅可以为未来的国家信息基础设施(NJJ)奠定一个坚实的物理基础，而且也对我国下一世纪的信息产业和国民经济的腾飞以及国家的安全有极其重要的战略意义。

（四）开发新代的光纤

传统的G.652单模光纤在适应上述超高速长距离传送网络的发展需要方面已暴露出力不从心的态势，开发新型光纤已成为开发下一代网络基础设施的重要组成部分。目前，为了适应干线网和城域网的不同发展需要，已出现了两种不同的新型光纤，即非零色散光(G.655光纤)和无水吸收峰光纤(全波光纤)。其中，全波光纤将是以后开发的重点，也是现在研究的热点。从长远来看，BPON技术无可争议地将是未来宽带接入技术的发展方向，但从当前技术发展、成本及应用需求的实际状况看，它距离实现广泛应用于电信接入网络这一最终目标还会有一个较长的发展过程。

（五）IPoverSDH与IpoverOptical

以lP业务为主的数据业务是当前世界信息业发展的主要推动力，因而能否有效地支持JP业务已成为新技术能否有长远技术寿命的标志。目前，ATM和SDH均能支持lP，分别称为IPoverATM和IPoverSDH两者各有千秋。但从长远看，当IP业务量逐渐增加，需要高于2．4吉位每秒的链路容量时，则有可能最终会省掉中间的SDH层，IP直接在光路上跑，形成十分简单统一的IP网结

构(IPoverOptical)。三种IP传送技术都将在电信网发展的不同时期和网络的不同部分发挥自己应有的历史作用。但从面向未来的视角看。IPoverOptical将是最具长远生命力的技术。特别是随着IP业务逐渐成为网络的主导业务后，这种对JP业务最理想的传送技术将会成为未来网络特别是骨干网的主导传送技术。

（六）解决全网瓶颈的手段一光接入网

近几年，网络的核心部分发生了翻天覆地的变化，无论是交换，还是传输都己更新了好几代。不久，网络的这一部分将成为全数字化的、软件主宰和控制的、高度集成和智能化的网络，而另一方面，现存的接入网仍然是被双绞线铜线主宰的(90％以上)、原始落后的模拟系统。两者在技术上存在巨大的反差，制约全网的进一步发展。为了能从根本上彻底解决这一问题，必须大力发展光接入网技术。因为光接入网有以下几个优点：（1）减少维护管理费用和故障率；（2）配合本地网络结构的调整，减少节点，扩大覆盖；（3）充分利用光纤化所带来的一系列好处；（4）建设透明光网络，迎接多媒体时代。

四结 语

光通信技术作为信息技术的重要支撑平台，在未来信息社会中将起到重要作用。在国内各研发机构、科研院所、大学的科研人员的共同努力下，我国已研制开发了一些具有自主知识产权的光通信高技术产品，取得了一批重要的研究与应用成果。这些研究工作和突出成果为O-TIME(光时代)计划的实施奠定了坚实的基础，为我国的信息基础设施建设做出贡献。