光纖通訊技術

1、光 纖 通 訊 技 術-第一章-1、 畫出光纖系統(tǒng)的組成 2、光纖的結構與類型（材料） 通信用光纖的主要成分是高純度石英（SiO2)，摻雜劑(Ge）用于改變折射率。 3、光纖折射率分布（公式） a-纖芯半徑，aa=1當a10時，趨近階躍型當a=1時，三角型（色散位移）當a=2時，平方律分布4、相對折射率差 在石英光纖中 5、光纖的分類 按照光纖傳輸模式的多少分： 單模光纖、多模光纖 按照光纖截面折射率分布分： 階躍型光纖、漸變型光纖 按制作材料分：石英光纖、塑料光纖、玻璃光纖其他常用光纖 色散位移單模光纖、非零色散光纖、色散平坦光纖、色散補償光纖6、單模光纖和多模光纖的尺寸 單模光纖纖芯直徑較

2、小，約為410um，多模光纖纖芯直徑約為50um，包層直徑125um7、光纖傳輸理論 光纖傳輸理論包括兩種理論，第一種是基于全反射定律的光纖理論，又稱幾何理論，運用標量方法，適用于多模光纖。第二種是基于麥克斯韋電磁理論的波動理論，又稱電磁波理論，運用矢量方法，適用于單?；蚨嗄９饫w。8、階躍多模光纖的光線理論 階躍多模光纖的光線理論在光纖的幾何尺寸遠大于光波長時成立，適用于多模光纖，基本原理是芯包界面的全反射，光纖類型分為子午光纖（發(fā)生在數(shù)值孔徑和模間色散）和斜射光線（發(fā)生在焦散面和芯包界面）。9、階躍光纖的情況 qc：臨界角10、漸變光纖的情況11、數(shù)值孔徑 數(shù)尺孔徑的概念：表示光纖捕捉光射線

3、能力的物理量被定義為光纖的數(shù)值孔徑，用NA表示。 NA=sinmax=n12-n22=n12 其中sinmax是光纖纖芯所能捕捉的射線的最大入射角。自己要入射角小于max的所有射線均可被光纖捕捉。 數(shù)值孔徑主要反映光纖捕捉射線的能力強弱，數(shù)值孔徑越大，光纖捕捉射線的能力越強。由于弱導波光纖的相對折射指數(shù)差很小，因此其數(shù)值孔徑也不大。12、子午光線和子午面的概念 子午光線：子午面上的光射線在一個周期內和該中心軸相交兩次，成為鋸齒形波前進。這種射線稱為子午射線，簡稱為子午線。 子午面：由子午光線組成的面成為子午面13、焦散面 焦散面：斜射線是限制在一定范圍內傳輸?shù)?，這個范圍稱為焦散面。14、階躍光

4、纖和漸變光纖中導模數(shù)量的估算 V=2an12-n22=2an12，a為纖芯半徑 對于階躍型：導模數(shù)量M=V22； 對于漸變型：導模數(shù)量M=V24.15、單模傳輸?shù)臈l件（范圍）0V2.4048316、模場直徑d模場直徑是描述光纖橫截面上，基模場強分布的物理量。實際上包層中仍存在一定的場強分布。把沿纖芯直徑方向上，相對該場強最大點功率下降了1/e的兩點之間的距離，稱為單模光纖的模場直徑。 17、單模光纖的雙折射（需理解） 理論上單模光纖中只傳輸一個基模，但實際上，在單模光纖中有兩個模式，即橫向電場沿y方向極化和沿x方向極化的兩個模式。它們的極化方向互相垂直，這兩種模式分別表示為LP01y和LP01

5、 x。 在理想的軸對稱的光纖中，這兩個模式有相同的傳輸相位常數(shù)，它們是相互簡并的。但在實際光纖中，由于光纖的形狀、折射率及應力等分布得不均勻，將使兩種模式的值不同，形成相位差，簡并受到破壞。這種現(xiàn)象叫做雙折射現(xiàn)象。 雙折射的存在將引起偏振狀態(tài)沿光纖長度變化。18、單模光纖的雙折射 在單模光纖中，電場沿x方向或y方向偏振的偏振模LPx及LPy，當它們的相位常數(shù)不相等時（即x=y），這種現(xiàn)象稱為模式的雙折射。它是單模光纖中的特有問題。19、雙折射的分類 線雙折射在單模光纖中，如果兩正交方向上的線偏振光的相位常數(shù)不相等，引起的雙折射稱為線雙折射。 圓雙折射在傳輸媒質中，當左旋圓偏振波和右旋圓偏振波有

6、不同的相位常數(shù)時，將引起該兩圓偏振光不同的相位變化，稱為圓雙折射。 橢圓雙折射當線雙折射和圓雙折射同時存在于單模光纖中時，形成的雙折射稱為橢圓雙折射。20、色散位移單模光纖 （需看懂）常規(guī)的石英單模光纖在1.55m處損耗最小；在1.31m時色散系數(shù)趨于零，稱為單模光纖材料零色散波長。色散位移光纖（DSF）就是將零色散點移到1.55m處的光纖。對于單模光纖，只存在材料色散和波導色散。目前采用的主要方法是通過改變光纖的結構參數(shù)，加大波導色散值，實現(xiàn)1.55m處的低損耗與零色散。非零色散光纖（NZDF）。 色散位移光纖的色散圖（需看懂） 21、非零色散光纖（需看懂） 非零色散光纖是指光纖的工作波長不

7、是在1.55m的零色散點，而是移到1.541.565m范圍內，在此區(qū)域內的色散值較小，約為1.04.0PS/kmnm。22、光纖的損耗特性（背分類） 通訊常用1550nm，此處損耗最小23、損耗的定義損耗 L-光纖長度，POUT-出纖光功率， Pin-入纖光功率 24、引起光纖損耗的主要機理：光能量的吸收損耗、散射損耗、輻射損耗25、輻射損耗包括：微彎損耗、宏彎損耗26、色散特性（光纖色散和色散種類）光纖色散：信號能量中的各種分量由于在光纖中傳輸速度不同，而引起的信號畸變。色散種類：模間色散（僅多模光纖有）波導色散（又稱“結構色散”）材料色散 （波長色散）偏振模色散（僅單模模光纖有）圖1-25

8、 常規(guī)單模光纖、色散位移光纖和色散平坦光纖中色散和波長的關系曲線 27、傳輸容量限制 B-信號比特率；單位B/s28、偏振模色散（PMD）在理想的單模光纖中，基模是由兩個相互垂直的簡并偏振模組成。如果由于某種因素使這兩個偏振模有不同的群速度，出纖后兩偏振模的迭加使得信號脈沖展寬，從而形成偏振模色散。 29、偏振模色散產(chǎn)生的原因？ 外界的擠壓、 光纖的彎曲、扭轉、外界環(huán)境溫度的變化等 30、偏振模色散對信號傳輸?shù)挠绊?按照國際標準技術規(guī)范小組的觀點：為保證PMD導致的系統(tǒng)功率代價在1dB以下，偏振模色散的平均值必須小于一比特周期的十分之一(10ps for a 10Gb/s system) 。

9、當大于這一規(guī)定值時，需對系統(tǒng)偏振模色散進行補償！ 31、光纖的非線性效應 光纖中的非線性效應可分為兩類: 受激散射：光場經(jīng)過非彈性散射將能量傳遞給介質。 包括：受激布里淵散射(SBS)、受激喇曼散射(SRS) 克爾效應（折射率擾動）：光纖折射率隨信號的強度變化而變化。 包括：相位調制(SPM)、互相位調制(XPM)、四波混頻(FWM)32、受激光散射 概述： 一個高能量光子被散射成一個低能量的光子（斯托克斯光），同時產(chǎn)生能量為兩光子能量差的另一個能量子 SBS參與的能量子為聲子，只有后向散射； SRS參與的能量子為分子振動，以前向散射為主，但也有后向散射。閾值功率：在光纖輸出端有一半功率被損失

10、到斯托克斯光時的入射功率33、關于模式1、進入光纖的光在芯包交界面上的入射角大于臨界角時，就在光纖內產(chǎn)生 全反射；而入射角小于臨界角的光就有一部分進入包層，被很快衰減掉。前者的傳輸損耗小，能作遠距離傳輸，稱為傳導模。2、能滿足全反射條件的光線也只是具有特定角度的部分才能在光纖中傳輸，因此，不同模式的光的傳輸方向不是連續(xù)改變的。當通過一段光纖時，以不同角度在光纖中傳輸?shù)墓馑叩穆窂揭膊煌?。沿光纖軸前進的光走的路徑最短，而與軸線交角大的光所走的路徑則較長。 3、并不是任何形式的光波都能在光纖中傳輸。每種光纖都只允許某些特定的光波通過，而其他形式的光波在光纖中無法存在。每一種允許在光纖中傳輸?shù)奶囟ㄐ?/p>

11、式的光波稱為光纖的一個模式。4、在同一光纖中傳輸?shù)牟煌Ｊ降墓?，其傳播方向、傳輸速度和傳輸路徑不同，其受到光纖的衰減也不同，觀察與光纖垂直的橫截面，就會看到，不同模式的光波在橫截面上的光的強度分布圖形也不同，有的是一個亮斑，有的分裂為幾個亮點。34、光纖的損耗、色散、非線性分別會影響什么？ 損耗直接影響中繼距離；色散將引起光脈沖展寬和碼間串擾，最終影響通信距離和容量；非線性效應同樣引起能量損失和信號串擾；因此，高速長距離信息傳輸，要求光纖具有低損耗、低色散和低非線性效應。-第二章-35、數(shù)字光纖結構系統(tǒng)圖36、光纖系統(tǒng)中的器件與模塊37、光連接器 技術指標：連接損耗、回波損耗38、光衰減器 實

12、現(xiàn)方法：光纖接頭錯位、準直光束的偏離、光闌、鍍膜或玻璃體的吸收等。技術指標：衰減量、精度、反射、插損類型：固定式、分級可變式、連續(xù)可調式39、光耦合器 類型：Y型、X型22耦合器、1N型、M*N型寬帶、窄帶全光纖型、微光元件型、集成光波導型功能：光信號的分配、合成、提取、監(jiān)控等。原理：多模光纖：傳輸模包層模傳輸模；單模光纖：消失場耦合40、光濾波器與光解復用器（光波長選擇器件）41、光濾波器種類： 基于干涉原理的濾波器：熔錐光纖濾波器、Fabry-Perot濾波器、多層介質膜濾波器、馬赫-曾德干涉濾波器基于光柵原理的濾波器：體光柵濾波器、陣列波導光柵濾波器（AWG）光纖光柵濾波器、聲光可調諧濾

13、波器42、多層介質模濾波器： 多層介質模：通過某一波長，阻止其它波長43、光隔離器用途：放置于激光器及光放大器前面，防止系統(tǒng)中的反射光對器件性能的影響甚至損傷主要指標：典型的插入損耗（1dB）隔離度為4050dB（對反射光的衰減能力）原理：法拉第旋轉效應44、光環(huán)行器：工作原理等同于隔離器，光傳送順序： 123445、光調制器與光開關（了解第二章的36-53頁、174-176頁）光調制器：實現(xiàn)從電信號到光信號的轉換光開關：實現(xiàn)光通道的通斷和轉換光調制的分類：按被調制光波參數(shù)分為強度調制、相位調制、偏振調制等46、半導體激光器的結構、工作原理及工作特性（了解第二章的90-117頁） 結構：條形結

14、構-（本要點答案來源于網(wǎng)絡） 工作原理：半導體激光器的工作原理是激勵方式，利用半導體物質（即利用電子）在能級間躍遷發(fā)光，用半導體晶體的面形成兩個平行反射鏡面，組成諧振腔，使光振蕩、反饋、產(chǎn)生光的輻射放大，輸出激光。 工作特性：1：閥值特性：對于半導體激光器，當外加正向電流達到某一值時，輸出光功率將急劇增加，這時將產(chǎn)生激光振蕩，這個電流值稱為閾值電流，用It表示。 2：光譜特性：半導體激光器的光譜隨著激勵電流的變化而變化。激光器產(chǎn)生的激光有多模和單模。 3：溫度特性：激光器的閾值電流和光輸出功率隨溫度變化的特性為溫度特性。4：轉換效率：半導體激光器是把電功率直接轉換成光功率的器件，衡量轉換效率的

15、高低常用功率轉換效率來表示。激光器輸出特性曲線 激光器閾值電流隨溫度變化的曲線 47、摻鉺光纖放大器（EDFA）的基本結構示意圖48、摻鉺光纖放大器（EDFA）的工作原理 鉺離子能帶圖 鉺離子的吸收譜 EDFA的泵浦方式49、光發(fā)射機與光接收機的的結構光發(fā)射機的結構光接收機的結構50、光發(fā)射機與光接收機的工作原理（本要點答案來自于網(wǎng)絡）光發(fā)射機：光發(fā)射機的作用是將從復用設備送來的HDB3信碼變幻成NRZ碼，接著將NRZ碼編為適合在光纜線路上傳輸?shù)拇a型，最后再進行電/光轉換，將電信號轉換為光信號并耦合進光纖。光接收機：光接收機作用是將光纖傳輸后的幅度被衰減、波形產(chǎn)生畸變的、微弱的光信號變換為電信

16、號，并對電信號進行放大、整形、再生后，再生成與發(fā)射端相同的電信號，輸入到電接收端機，并且用自動增益控制電路（AGC）保證穩(wěn)定的輸出。51、半導體光源的直接調制原理-第三章-52、波分復用技術和波分復用器光波分復用技術：在一根光纖中能同時傳輸多波長光信號的技術，稱為光波分復用技術（WDM）。 光波分復用器：如果在系統(tǒng)發(fā)送端采用此技術，將不同波長的光信號組合起來送入光纖傳輸?shù)脑O備稱為光波分復用器。光波分復用器是對光波波長進行合成與分離的光器件。53、光波分復用系統(tǒng)的分類及圖示 由光波分復用器構成的光波分復用系統(tǒng)，從結構上來分，可分為單纖單向WDM系統(tǒng)和單纖雙向WDM系統(tǒng)。單纖單向結構WDM傳輸系統(tǒng)

17、單纖雙向結構WDM傳輸系統(tǒng) 54、光波分復用器的原理圖WDM光傳輸原理圖 55、光波分復用器的光學特性（復用器與解復用器） 復用器：復用器的光學特性可以用給定的輸入端口的插入損耗波長關系曲線表示。 解復用器：解復用的光學特性，可以用輸入端到N個輸出端的各信道的波長插入損耗關系曲線來表達。 復用器插入損耗波長關系曲線 解復用器波長插入損耗關系曲線56、復用種類的應用（復用：在一個信道上傳輸多路信號）頻分復用（FDM）：時分復用（TDM）：統(tǒng)計時分復用（STDM）：碼分復用（CDMA）：波分復用（WDM-DWDM&CWDM）：57、波分復用的概念：一根光纖同時傳輸幾個不同波長的光載波，每個光載波攜

18、帶不同的信息-波分復用（WDM）58、WDM技術的主要優(yōu)勢1、 充分利用光纖的巨大帶寬資源。2、 同時傳輸多種不同類型的信號。3、 節(jié)省線路投資。4、 降低器件的超高速要求。5、 高度的組網(wǎng)靈活性、經(jīng)濟性和可靠性59、WDM的技術特點 1. 可以充分利用光纖的巨大帶寬資源，使一根光纖的傳輸容量比單波長傳輸增加幾倍至幾十倍。2.使 N 個波長復用起來在單模光纖中傳輸，在大容量長途傳輸時可以大量節(jié)約光纖。3.由于同一光纖中傳輸?shù)男盘柌ㄩL彼此獨立，因而可以傳輸特性完全不同的信號，完成各種電信業(yè)務信號的綜合和分離，包括數(shù)字信號和模擬信號的綜合與分離。4.波分復用通道對數(shù)據(jù)格式是透明的，即與信號速率及電

19、調制方式無關。一個WDM系統(tǒng)可以承載多種格式的“業(yè)務”信號。WDM系統(tǒng)完成的是透明傳輸，對于“業(yè)務”層信號來說，WDM的每個波長就像“虛擬”的光纖一樣。5. 在網(wǎng)絡擴充和發(fā)展中，是理想的擴容手段，也是引入寬帶新業(yè)務的方便手段，增加一個附加波長即可引入任意想要的新業(yè)務或新容量。6. 利用WDM技術選路來實現(xiàn)網(wǎng)絡交換和恢復，從而可能實現(xiàn)未來透明的、具有高度生存性的光網(wǎng)絡。7. 在國家骨干網(wǎng)的傳輸時，EDFA的應用可以大大減少長途干線系統(tǒng)中繼器的數(shù)目，從而減少成本。距離越長，節(jié)省成本就越多。60、波分復用系統(tǒng)的基本結構61、光纖系統(tǒng)中的器件與模塊62、WDM光纖網(wǎng)絡的示意圖 63、多層介質薄膜濾波器

20、（DTMF）-16信道以下波分復用系統(tǒng)的首選器件！ 陣列波導光柵（AWG）-16信道以上波分復用系統(tǒng)的首選器件！深刻蝕凹面衍射光柵（EDG）-未來可取代現(xiàn)有波分復用器的方案！-第四章自己總結-、64、PDH和SDH的區(qū)別（圖表需了解） 與PDH相比，SDH具有下列特點：(1) SDH采用世界上統(tǒng)一的標準傳輸速率等級。(2) SDH各網(wǎng)絡單元的光接口有嚴格的標準規(guī)范。(3) 在SDH幀結構中，豐富的開銷比特用于網(wǎng)絡的運行、 維護和管理，便于實現(xiàn)性能監(jiān)測、故障檢測和定位、故障報告等管理功能。(4) 采用數(shù)字同步復用技術，其最小的復用單位為字節(jié)， 不必進行碼速調整，簡化了復接分接的實現(xiàn)設備，由低速信

21、號復接成高速信號，或從高速信號分出低速信號，不必逐級進行。(5) 采用數(shù)字交叉連接設備DXC可以對各種端口速率進行可控的連接配置，對網(wǎng)絡資源進行自動化的調度和管理，既提高了資源利用率，又增強了網(wǎng)絡的抗毀性和可靠性。65、數(shù)字通訊系統(tǒng)的特點 優(yōu)點：提高了抗干擾能力；易加密；造價低；功耗低； 缺點：占用較寬信道頻帶。66、數(shù)字通信的終端處理技術（自己總結）1、數(shù)字通信的終端處理技術分為脈沖編碼調制(PCM)技術、時分多路復用與同步技術2、數(shù)字通信系統(tǒng)終端：對模擬信號進行模/數(shù)（A/D）變換以及對數(shù)字信號進行數(shù)/模（D/A）變換的設備。3、PCM系統(tǒng)由發(fā)送端、接收端和信道傳輸設備組成發(fā)送端：完成對模

22、擬話音信號的抽樣、量化、編碼三步處理，然后將信號直接送入信道進行傳送，即完成模/數(shù)變換過程；接收端：收到數(shù)字脈沖信號后，通過再生、譯碼等反變換，最后經(jīng)低通濾波器平滑成原始的模擬語音信號，即完成數(shù)/模變換過程；信道傳輸設備：當傳輸距離較長時，在信道中間每隔一定距離需要設置再生中繼設備。4、時分多路復用與同步技術時分多路復用：利用各路信號占用時間有限的特點，在信道上的不同時隙分別傳輸各路信號。同步的必要性：在時分多路復用中，為了保證各路信號被準確地分配到各路中去，要求收發(fā)兩端的分路器與合路器必須嚴格同步，否則就會造成接收端不能在相應的時間內收到該收的信號而產(chǎn)生串音干擾。同步技術：分為位同步和幀同步67、數(shù)字傳輸與再生技術（自己總結） 1、有限帶寬傳輸對脈沖波形的影響：1：當具有無限帶寬的理想脈沖信號通過有限帶寬的信道傳輸時對信號波形一定會造成影響，產(chǎn)生信號失真。2：周期為2fH的單位沖激脈沖序列通過帶限為fH的理想低通后，每個脈沖響應輸出波形都有最大值點，該點處的碼元幅值僅由本碼元決定，其他碼元幅值剛好是過零點，對本碼元最大值處判決點不產(chǎn)生影響，從而為正確判決數(shù)字碼元是“1”還是“0” 提供了條件。2、再生中繼的含義：為了延長通信距離，在信道沿線適當距離