1、1. 光纖通信的優點：（1） 傳輸容量很大（2） 傳輸損耗小，中繼距離長且誤碼率很小（3） 泄露小，保密性好（4） 節省大量有色金屬（5） 重量輕、 體積小（6） 抗電磁干擾性能好2. 光纖通信系統的基本組成(單向傳輸)3 （1）直接調制：用電信號直接調制半導體激光器或發光二極管的驅動電流，使輸出光隨電信號變化而實現的。這種方案技術簡單、成本較低、容易實現，但調制速率受激光器的頻率特性所限制。（2）外調制：把激光的產生和調制分開，用獨立的調制器調制激光器的輸出光而實現的。外調制的優點是調制速率高，缺點是技術復雜，成本較高，因此只有在大容量的波分復用和相干光通信系統中使用。4 光纖結構：光纖(O

2、ptical Fiber）是由中心的纖芯和外圍的包層同軸組成的圓柱形細絲。纖芯的折射率比包層稍高，損耗比包層更低，光能量主要在纖芯內傳輸。包層為光的傳輸提供反射面和光隔離，并起一定的機械保護作用。5 光纖類型：(a) 突變型多模光纖； (b) 漸變型多模光纖； (c) 單模光纖6 數值孔徑：定義臨界角c的正弦為數值孔徑(NA，Numerical Aperture) NA表示光纖接收和傳輸光的能力，NA(或c)越大，光纖接收光的能力越強，從光源到光纖的耦合效率越高；纖芯對光能量的束縛越強，光纖抗彎曲性能越好。7 光纖色散：色散(Dispersion)是在光纖中傳輸的光信號，由于不同成分的光的傳播

3、時間不同而產生的一種物理效應。從頻域上看，色散限制了傳輸信號的帶寬(Bandwith)； 從時域上看， 色散引起信號脈沖的展寬(Pulse Broadening)。色散一般包括模式色散、 材料色散和波導色散。 模式色散是由于不同模式的傳播時間不同而產生的，它取決于光纖的折射率分布，并和光纖材料折射率的波長特性有關。材料色散是由于光纖的折射率隨波長而改變，以及模式內部不同波長成分的光(實際光源不是純單色光)，其傳播時間不同而產生的。這種色散取決于光纖材料折射率的波長特性和光源的譜線寬度。 波導色散是由于波導結構參數與波長有關而產生的，它取決于波導尺寸和纖芯與包層的相對折射率差。 偏振模色散由于輸

4、入光脈沖激勵的兩個正交的偏振模式之間的群速度不同而引起的色散。8 光纖損耗機理包括吸收損耗和散射損耗兩部分：吸收損耗是由SiO2材料引起的固有吸收和由雜質引起的吸收產生的；散射損耗 主要由材料微觀密度不均勻引起的瑞利(Rayleigh)散射和由光纖結構缺陷(如氣泡)引起的散射產生的。9 電子在低能級E1的基態和高能級E2的激發態之間的躍遷有三種基本方式： (a) 受激吸收；(b) 自發輻射；(c) 受激輻射 10 電子在E1和E2兩個能級之間躍遷，吸收的光子能量或輻射的光子能量都要滿足波爾條件，即 E2E1=hf12式中，h=6.6281034 Js，為普朗克常數，f12為吸收或輻射的光子頻率

5、。11 價帶、導帶：半導體是由大量原子周期性有序排列構成的共價晶體。在這種晶體中，由于鄰近原子的作用，電子所處的能態擴展成能級連續分布的能帶。能量低的能帶稱為價帶，能量高的能帶稱為導帶。12 半導體激光器的溫度特性：溫度升高時，閾值電流Ith增大，外微分量子效率d減小，輸出光功率明顯下降，達到一定溫度時，激光器就不激射了。13 發光二極管(LED)的工作原理與激光器(LD)有所不同，LD發射的是受激輻射光，LED發射的是自發輻射光。14 和激光器相比，發光二極管輸出光功率較小，光譜寬度較寬，調制頻率較低。但發光二極管性能穩定，壽命長，輸出光功率線性范圍寬，而且制造工藝簡單，價格低廉。因此，這種

6、器件在小容量短距離系統中發揮了重要作用。15 雪崩效應含義：高速運動的電子和晶格原子相碰撞，使晶格原子電離，產生新的電子-空穴對。新產生的二次電子再次和原子碰撞。如此多次碰撞，產生連鎖反應，致使載流子雪崩式倍增。有這種效應的光電二極管稱雪崩光電二極管(APD)。16 抖動：抖動是數字信號傳輸過程中產生的一種瞬時不穩定現象。抖動的定義是：數字信號在各有效瞬時對標準時間位置的偏差。 抖動產生抖動的原因很多，主要與定時提取電路的質量、輸入信號的狀態和輸入碼流中的連“0”碼數目有關。17 模擬光纖傳輸系統目前使用的主要調制方式有模擬基帶直接光強調制、模擬間接光強調制和頻分復用光強調制三種。18 模擬基

7、帶直接光強調制(D-IM)：用承載信息的模擬基帶信號，直接對發射機光源(LED或LD)進行光強調制，使光源輸出光功率隨時間變化的波形和輸入模擬基帶信號的波形成比例。 19 模擬間接光強調制方式是先用承載信息的模擬基帶信號進行電的預調制，然后用這個預調制的電信號對光源進行光強調制(IM)。這種系統又稱為預調制直接光強調制光纖傳輸系統。預調制又有多種方式，主要有以下三種：頻率調制(FM)、脈沖頻率調制(PFM)、方波頻率調制(SWFM)20 頻分復用光強調制方式是用每路模擬電視基帶信號，分別對某個指定的射頻(RF)電信號進行調幅(AM)或調頻(FM)， 然后用組合器把多個預調RF信號組合成多路寬帶

8、信號，再用這種多路寬帶信號對發射機光源進行光強調制。21 對光接收機的基本要求是： (1) 輸出信噪比(SNR)要高；(2) 幅頻特性要好；(3) 帶寬要足夠。22 什么是粒子數反轉分布？設在單位物質中，處于低能級E1和處于高能級E2(E2E1)的原子數分別為N1和N2。當系統處于熱平衡狀態時，存在下面的分布：式中，k=1.38110-23J/K，為波爾茲曼常數，T為熱力學溫度。由于(E2-E1)0，T0，所以在這種狀態下，總是N1N2。吸收物質：如果N1N2，即受激吸收大于受激輻射。當光通過這種物質時，光強按指數衰減。激活物質：如果N2N1，即受激輻射大于受激吸收，當光通過這種物質時，會產生

9、放大作用。N2N1的分布，和正常狀態(N1N2)的分布相反，所以稱為粒子(電子)數反轉分布。23 理解半導體激光產生激光的機理和過程。過程：由于限制層的帶隙比有源層寬，施加正向偏壓后，P層的空穴和N層的電子注入有源層。P層帶隙寬，導帶的能態比有源層高，對注入電子形成了勢壘，注入到有源層的電子不可能擴散到P層。同理，注入到有源層的空穴也不可能擴散到N層。另一方面，有源層的折射率比限制層高，產生的激光被限制在有源區內。機理：半導體激光器是向半導體PN結注入電流，實現粒子數反轉，產生受激輻射，再利用諧振腔的正反饋，實現光放大而產生激光振蕩。24 激光的原文LASER是受激輻射的光放大的縮寫，用來產生

10、激光的裝置，叫做激光器。 包括三個基本部分：（1） 工作物質激光器的組成核心，就是發光物質；（2） 光學共振腔形成激光震蕩，輸出激光；（3） 激勵系統將各種形式的外界能量轉換成激光光能，通常是激光器的電源。25 摻鉺光纖放大器的工作原理如圖，在摻鉺光纖(EDF)中，鉺離子(Er3+)有三個能級：其中能級1代表基態，能量最低；能級2是亞穩態，處于中間能級；能級3代表激發態，能量最高。（1）當泵浦(Pump, 抽運)光的光子能量等于能級3和能級1的能量差時，鉺離子吸收泵浦光從基態躍遷到激發態(13)。（2）但是激發態是不穩定的，Er3+很快返回到能級2（無輻射躍遷）。（3）如果輸入的信號光的光子能量等于能級2和能級1的能量差，則處于能級2的Er3+將