通信08级光纤通信A参考答案评分标准1-2.doc

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　　　　　　　试题参考答案及评分标准

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考试科目：　　　　光纤通信 　考试方式：　闭卷 　　　　试卷类型：　 A 　
学院：　物理与电子信息学院　专业：　通信工程　　班级：　08　 学期：　2010　—　2011　学年第　2　学期
一、单项选择题（每小题1分，1×10分＝20分）
1—5.BBDDA 6—10 ACBBB
二、简答题(每小题5分，共40分)
1、答：模间色散，波长色散，极化色散。模间色散是由于以小于光纤接受角进入光纤中的子午光线都可以在光纤中传输，而这些光线所走的路径不同，这些光线之间将出现的色散。在单模光纤中，由于没有模间色散，与波长有关的色散，叫做波长色散，它包括与纤芯和包层的折射率随波长的变化及在其中传播的能量有关的材料色散系数；与光纤中导波的传播常数随波长的变化特性有关的波导色散系数以及既与光纤中导波的传播常数随波长的变化特性有关，又与折射率差值随波长的变化有关的折射率分布色散系数，极化色散是由于在非理想光纤中，光纤横截面的形状及折射率分布不均匀对称导致的色散。极化色散是模间色散的一种。
2、答：当窄线宽脉冲激光束在光纤介质中传输时可以出现受激布里渊散射、受激拉曼散射、自相位调制；当输入激光的线宽很宽时，还会出现四波混频、互相位调制等非线性现象。受激布里渊散射主要将引起光信号功率的衰减，其后向散射对光发射机构成危害。受激布里渊散射频移较小，信号光的光谱线宽度远远大于散射光的谱线宽度，信道串扰问题不予考虑；受激拉曼散射在单信道通信中会导致信号光功率的附加衰减，同时由于泵浦脉冲与其产生的斯托克斯脉冲的相互错位，如果在接收端不加光滤波器对斯托克斯脉冲抑制的话，将会造成码间串扰。在多信道系统中将造成各信道之间的能量转换，产生信道串扰。另外，SRS在通信中SRS具有增益特性，而且可以在光纤中积累，因此这种效应可被利用制作成光纤放大器SRS光纤放大器具有很宽的增益谱宽，可用于宽光谱的波分复用光纤通信系统中。
3、 答：光纤光栅的制作纵向写入法，这种方法制作的光纤光栅的中心反射波长与写入波长相同，由于可用光源极少，限制了它的应用，目前一般不再采用。横向写入法是目前普遍采用的光纤光栅的制作方法，即光从光纤侧面照射来改变折射率分布，这种方法增加了光栅写入的自由度，可以制作不同周期、不同长度、不同位置及不同形状的光栅。横向写入法主要有双光束干涉法、相位掩模法和逐点写入法。
双光束干涉法光纤放置于两相干光束的干涉场中，干涉条纹与光纤垂直，光纤中就会产生光栅周期与干涉条纹周期相同的均匀光纤光栅，缺陷是对光源的相干性要求较高，对制造环境要求极严，重复性差。
相位掩模法对光源的相干性要求不高，并且稳定、易于准直，重复性好，可以简化光纤光栅的制作系统。如把光纤与掩模成一定角度放置，还可以用于制作线性啁啾光栅。这种方法是掩模制作复杂，每种掩模通常只能制造一种光栅。
逐点写入法是一种非相干写入技术。它利用聚焦光束在光纤上逐点曝光而形成光栅，每写一个条纹，光栅移动一定距离，需用精密机构控制光纤运动位移。通过控制光纤的移动，可以方便地控制光栅的周期。这种方法一般用于制造长周期光栅。
4、光纤光栅的应用：1.色散补偿 2.EDFA的增益平坦 3、构造全光纤的多波长插分复用器 4、光纤激光器 5、分布反馈式(DBF)激光器 6.光纤光栅传感器。
与其他技术相比的特点有：
色散补偿：根据啁啾系数的符号可产生正色散和页色散，而且简单地将光栅滤波器反过来使用就可以改变色散的符号，因此可以对经过光纤系统传输的被展宽脉冲惊醒色散补偿，已回复其原有的形状。
EDFA的增益平阻；由于闪耀的光栅中存在反向反射，实际上更倾向于利用长周期光栅进行增益平坦，通过选择适当的光栅周期使得长周期光栅将一定波长的光栅将一定波长的光耦合主包层而迅速损耗掉，而且不存在光反射。
分插复用器；在其它波长信道信号不变的前提下，在波光复用网络节点上可以直接提取或添加一个或几个波道信号，避免所有的光波信号全部分解来进而复就在一起。
光纤激光器；由于光纤激光器的兼容性，输出稳定性和光谱纯度优于半导体激光器，有可能取代半导体激光器，光纤激光器具有较高的输出功率，极窄的残害和较窄的调谐范围。
分布反馈式激光器；利用光纤光栅作为半导体激光器的内腔反射镜，可以制造性能优异的分布反馈式激光器，其输出器光的线宽窄，易于光纤系统耦合，而且光栅加人向拉伸力，进而控制激光的频率和模式，提供了一种可调谐的激光器。

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　　　　　 试题参考答案及评分标准（附页）

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5、答：影响耦合效率的主要因素是光源的发散角和光纤的数值孔径。发散角大，耦合效率低；数值孔径大，耦合效率高。此外，光源发光面和光纤端面的尺寸、形状及两者之间的距离都会影响到耦合效率。光源与光纤的耦合一般采用两种方法，即直接耦合与透镜耦合。是将光纤端面直接对准光源发光面进行耦合的方法。当光源发光面积大于纤芯面积时，采用直接耦合的方法；当光源发光面积小于纤芯面积时，可在光源与光纤之间放置透镜，使更多的发散光线会聚进入光纤来提高耦合效率；对于发散光束非对称的边发光二极管和半导体激光器可以利用圆柱透镜的方法，或者利用大数值孔径的自聚焦透镜。单模光纤和半导体激光器的耦合采用自聚焦透镜或者在光纤端面用电弧放电形成半球透镜的方法。
6、答：在高速调制情况下，半导体激光器会出现电光延迟、张弛振荡和自脉动等现象。半导体激光器的张弛振荡和电光延迟的存在限制了信号的调制速率应低于张弛振荡频率，这样才能保证信息传输的可靠。电光延迟还会产生码型效应。 “码型效应”的特点是，在脉冲序列中较长的连“0”码后出现的“1”码，其脉冲明显变小，而且连“0”码数目越多，调制速率越高，这种效应越明显。自脉动现象在某些注入电流情况下发生，它的出现及振荡频率仅与注入的总电流有关。其主要由于激光器内部存在非线性增益而造成的，往往和激光器的P―I非线性有关。
7、答：数字光接收机中的噪声可分为散弹噪声和热噪声两大类。
散弹噪声包括光检测器的量子噪声、暗电流噪声、漏电流噪声和APD的倍增噪声；热噪声包括负载电阻上的热噪声和放大电路中产生的噪声。
8、答：线路码型应满足条件有：(1)能对中继器进行不中断业务的误码检测;(2)减少码流中长连“0”或长连“1”的码字 (3)能传输监控、公务和区间信号;(4)能实现比特序列独立性。
常用的码型有分组码 mBnB码 5B6B码使用较为普遍。插入比特码有mB1P码 mB1C码 mB1H码 在光纤通信中，有时利用电缆传送数字信号，利用伪双极性码CMI和DMI码
评分标准：每个题只要答出主要意思均给全分 ，对于答错或丢掉主要点的酌情扣12 分
三、画图题分析题（第1小题，第2小题各10 分 共20分）
1、

数字光接收机的放大均衡输出经峰值检波，送入运算放大器，其输出分别控制APD的偏置电压和主放大器的增益可调部位，从而形成一个负反馈控制环路，自动改变数字光接收机放大器的增益，以达到始终保持其输出信号幅度不变的程度。其中对APD的控制是调整它的倍增因子，它是与主放大器的增益同步变化的，在主放大器为最大增益状态工作时，APD则以最佳倍增因子工作，相反则以小于其最佳倍增因子工作。自动增益控制范围主要受前置放大器的限制，因为前置放大器的增益是不可变的。由于主放大器的增益变化范围是比较大的，因此它的增益可以变小到成为一个衰减器。 对于采用PIN光检测器的数字光接收机放大器，其自动增益控制只对主放大器起作用。
2、

由箝位电路来的调制信号Us进入场效应管V2中变为电流is向电容器C充电，当充电电压超过UR时比较器状态翻转，然后通过单稳态电路形成等宽脉冲去控制开关管V3导通，电容器C通过V3放电。等宽脉冲消失后，V3截止，is又对C充电，进入下一轮循环。这种电容放电式PFM调制器的优点是可以获得较高的频率调制系数，从而有利于提高信噪比，这种调制器的调制灵敏度高，调制线性良好

评分标准：画正确一个图，给5分；正确答出特点给5分。