光纖通信復(fù)習(xí)大綱(DOC)

1、第一章1光纖通信系統(tǒng)的分類：按傳輸信號的類型分：數(shù)字光纖通信系統(tǒng)和模擬光纖通信系統(tǒng)。按信號調(diào)制方式分：光強度直接調(diào)制直接檢波光纖通信系統(tǒng)和間接調(diào)制（外差光纖通信系統(tǒng)）按光纖的傳輸特性分：多模光纖系統(tǒng)和單模光纖通信系統(tǒng)按使用波長分：短波長、長波長、超長波長2光纖通信系統(tǒng)的基本組成：光發(fā)射機、光纖線路、光接收機 光發(fā)射機：把輸入的電信號轉(zhuǎn)換成為光信號，并用耦合技術(shù)把光信號最大限度地注入光纖線路。它的核心器件是光源（LD或LED ）。光纖線路：用于傳輸光信號。由光纖、光纖接頭、光纖連接器組成。光接收機：把從光纖線路輸出產(chǎn)生畸變和衰減的微弱光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并經(jīng)放大和處理后恢復(fù)成發(fā)射前的電信號。它的

2、核心器件是光檢測器（PIN或APD ）。3光纖通信使用的頻段范圍：近紅外光（波長為0.8-1.8um）,頻帶寬度為 200THZ.主要使用850nm 1310nm 1550nm 三個窗口 .第二章光纖和光纜1光纖結(jié)構(gòu)纖芯、包層、涂敷層.纖芯的折射率略高于包層的折射率.涂敷層的折射率高于 包層.2光纖的種類：單模光纖、多模光纖（階躍和漸變）單模光纖、階躍折射率和梯度折射率光纖的比較1）芯徑：單模光纖在10um以下，多模光纖在幾十um2）損耗：單模光纖0.3dB左右 多模光纖4dB左右，主要是模內(nèi)色散和偏振模色散.多模梯度折射率光纖的帶寬比3）色散：多模光纖色散大，主要是模間色散起作用.階躍折射率

3、光纖的色散梯 度折射率光纖比大單模光纖色散沒有模間色散 色散較小.4）帶寬：單模光纖的帶寬比多模光纖的帶寬大多模階躍折射率光纖大.3階躍光纖的相對折射指數(shù)差ni4階躍光纖的數(shù)值孔徑的物理意義及公式光纖的數(shù)值孔徑與纖芯與包層直徑無關(guān)，只與兩者的相對折射率差有關(guān)。若纖芯和包層的折射率差越大，NA值就越大，即光纖的集光能力就越強。2-n2NA(r) = Jn(r)2 -nJ = n(55光纖歸一化頻率V =2 Jm2 -壓2 =koari2i上0階躍光纖中傳光的電磁波模式總數(shù):M=V/2漸變型光纖中傳光的電磁波模式總數(shù):M=Z/46模式傳輸?shù)臈l件：V>Vc或者是4?c模式截止的條件：V<

4、Vc或者是k柚臨界條件：V=Vc7單模光纖傳輸?shù)臈l件：（標量模LP01矢量模HE11）OW <2.405V 二2 Jn,2 n2 k0an2 >0&光纖波導(dǎo)中有哪些損耗？有以下三大類損耗：1）吸收損耗由于光纖材料本身吸收光能量產(chǎn)生的。主要存在紅外波段的分子振動吸收 和紫外波段的電子躍遷吸收。紅外吸收對長波長有影響，紫外吸收對短波 長有影響。雜質(zhì)吸收損耗：主要是由于光纖中含有的各種過渡金屬離子和氫氧根1.38um)。（OH-）離子在光的激勵下產(chǎn)生振動，吸收光能量造成。（0H-）離子的吸收對光通信的長波長影響比較大（主要在2)散射損耗瑞利散射損耗：是由于光纖材料折射率分布小尺寸

5、的隨即不均勻性所引起 的本征損耗。瑞利散射損耗與波長的四次方成反比，即波長越短，損耗越 大。因此對短波長窗口影響較大。非線性散射損耗：是當(dāng)光強度大到一定程度時，產(chǎn)生非線性喇曼散射和布里 淵散射，使輸入光信號的能量部分轉(zhuǎn)移到新的頻率成分上而形成損耗。因 此非線性散射損耗是隨廣播頻率變化的。 在常規(guī)光纖中由于半導(dǎo)體激光器 發(fā)送光功率較小，該損耗可忽略。但在DWDM系統(tǒng)中，由于總功率很大， 就必須考慮其影響。波導(dǎo)效應(yīng)散射損耗：是由于光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)缺陷引起的損耗， 與波長無關(guān)。光 纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)缺陷主要由熔煉和拉絲工藝不完善造成。3)9、1)其他損耗連接損耗是由于進行光纖接續(xù)是端面不平整或光纖位置未對準等原

6、因造 成接頭處出現(xiàn)損耗。其大小與連接使用的工具和操作者技能有密切關(guān)系。 彎曲損耗是由于光纖中部分傳導(dǎo)模在彎曲部位成為輻射模而形成的損耗。 它與彎曲半徑成指數(shù)關(guān)系，彎曲半徑越大，彎曲損耗越小。微彎損耗是由于成纜時產(chǎn)生不均勻的側(cè)壓力， 導(dǎo)致纖芯與包層的界面出現(xiàn) 局部凹凸引起。光纖波導(dǎo)中有哪些色散，產(chǎn)生的原因，模間色散即使在同一頻率的光，不同的模式群速率不一樣，也產(chǎn)生色散。它主要取 決于光纖的折射率分布。模間色散主要存于多模光纖中。模內(nèi)色散材料色散：纖芯的材料的折射率隨波長的變化導(dǎo)致色散。 折射率隨波長的 變化,使不同波長的群速度不同，造成時延差，發(fā)生脈沖展寬。在1.27um處 最小波導(dǎo)色散：原因是

7、由于光纖中只有80%的光功率在纖芯中傳播，20%在包層中傳播，如果包層中傳播速率大于纖芯，就出現(xiàn)色散。波導(dǎo)色散的大小 取決于光纖的設(shè)計3）偏振模色散：光場的兩個分量在變形的纖芯中以不同的速度傳輸產(chǎn)生色散 只存在于單模光纖中.10、色散的表示方式：時延差11、光纜的結(jié)構(gòu)光纜一般由纜芯、加強元件和護層三部分組成。光纜結(jié)構(gòu)分類：層絞式、骨架式、中心管束、帶狀12、G.652 G.653 G.655光纖的性能指標及應(yīng)用（見書 P53）LD、 LED第三章1、半導(dǎo)體光源的種類有：2、激光二極管LD特性曲線。3.5W mW?出輸(b)0 20 4060 80工作電痂mA出輸面單09 87 6543210L

8、D的特性曲線3、受激幅射、受激吸收、受激發(fā)射。自發(fā)輻射一一無外界激勵而高能級電子自發(fā)躍遷到低能級， 同時釋放出光 子。受激輻射一一高能級電子受到外來光作用，被迫躍遷到低能級，同時釋放 出光子，且產(chǎn)生的新光子與外來激勵光子同頻同方向，為相干光。受激吸收一一低能級電子在外來光作用下吸收光能量而躍遷到高能級。4、發(fā)射激光的必要條件：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布（激活物質(zhì)） 光反饋（光學(xué)諧振腔） 激勵源（激光振蕩的閾值條件閾值電流隨著溫度的升高和使用的老化而升高）5、光源材料與發(fā)射波長的關(guān)系光源材料帶隙的大小決定著光源發(fā)射光波的波長L I. heEg =h¥ =、1.240托（m）=Eg （eV）6、LD

9、數(shù)字信號調(diào)制原理圖（見書 P73 3-28圖）7、調(diào)制特性電光延遲、張馳振蕩、碼型效應(yīng)、結(jié)發(fā)熱效應(yīng)、自脈動現(xiàn)象電光延遲：由于有源區(qū)電子密度 n的增加與時間呈指數(shù)關(guān)系，而當(dāng) n小于閾值 密度nth時，激光器不激射，這樣使激光輸出與注入電脈沖之間存在一個時間延 遲，稱為電光延遲。&光纖線路編碼的要求：（1）盡量減少連“ 0”和連“1”的數(shù)目，便于時鐘提 ??；（2）盡量減少碼流中低頻分量與直流基線隨機起伏；（3）便于進行不中斷業(yè) 務(wù)的誤碼監(jiān)測；（4）便于實現(xiàn)輔助信息的通信；（5）碼率提高不要太大；（6）誤 碼增值小9、光纖通信系統(tǒng)采用的線路編碼：擾碼、字變換碼（mBnB）、插入碼（mB1Cm

10、B1P）EXT邏10、光發(fā)射機的性能指標：平均發(fā)射功率 Pt、消光比EXT=2R消光比對光接收機靈敏度的影響：消光比越大，靈敏度降低 第四章1、光檢測器的種類作用、適合通信用的光檢測器?光檢測器的作用是：檢測出入射在其上面的光功率，且將光功率 轉(zhuǎn)化相應(yīng)的電 流?適合通信用的光 檢測器：光電二極管（主要有 Pin光電二極管和雪崩光 電二極 管）2、反向偏壓的優(yōu)點可以加寬耗盡層、加快載流子的漂移速度，提高響應(yīng)速度。3、光檢測器噪聲源有哪些，PIN的主要噪聲和APD的噪聲光電二極管噪聲包括信號 電流和暗電流產(chǎn)生的散彈噪聲和有負載電阻和后繼放 大器輸入阻抗產(chǎn)生的熱噪聲散彈噪聲包括量子噪聲，暗電流噪聲和

11、表面漏電流噪聲。（如果是APD管，還包 含倍增附加噪聲）4、光檢測器的波長響應(yīng)范圍只有當(dāng)光子能量h V大于半導(dǎo)體材料禁帶寬度 Eg才能產(chǎn)生光電效應(yīng)。上限載止波長為. hcEg 十=一/u、1.240人（4m）=Eg （eV）體管引入噪聲5光接收機的組成光檢測器 將光信號轉(zhuǎn)變成電信號,由PIN和APD完成.要求有高轉(zhuǎn)換效率.前置放大器 應(yīng)是低噪聲放大器，它的噪聲對光接收機的靈敏度影響很大。前放的噪聲取決于放大器的類型，通常采用場效應(yīng)管和雙極晶體管.場效應(yīng)管前置放大器：輸入阻抗高，靈敏度高，噪聲小,但高頻特性差雙極晶體管放大器：輸入阻抗低，噪聲大,高頻特性好跨阻型前置放大器：最大的優(yōu)點是改善了帶寬

12、特性和動態(tài)范圍，并具有良好的噪聲特 性。主放大器：它的作用是提供足夠的增益，并通過它實現(xiàn)自動增益控制 （AGC），以使輸入光信號在一定范圍內(nèi)變化時，輸出電信號保持恒定。均衡濾波器：是對經(jīng)光纖傳輸、光/電轉(zhuǎn)換和放大后已產(chǎn)生畸變 （失真）的電信號進行補償， 使輸出信號的波形適合于判決（一般用具有升余弦譜的碼元脈沖波形），以消除碼間干擾，減 小誤碼率JT : 7INT II I鄰碼削決時制1¥| 6-1-S單牛關(guān)神均両祁后誡聒的憶較再生電路：包括判決電路和時鐘提取電路，它的功能是從放大器輸出的信號與噪聲混合的 波形中提取碼元時鐘，并逐個地對碼元波形進行取樣判決，以得到原發(fā)送的碼流。AGC控

13、制主放大器的增益或 APD管的雪崩增益,使輸出信號在一定范圍內(nèi)不受輸入信號 的影響.譯碼器：在發(fā)射機端進行了線路編碼 ，因此需解碼，恢復(fù)出原數(shù)字序列&數(shù)字接收機性能指標：接收靈敏度、動態(tài)范圍 靈敏度:動態(tài)范圍在給定誤碼率的條件下，光接收機能夠接收的最小光功率PSr =10lg 半(dBm)10 二:在給定誤碼率的條件下，光接收機接收信號靈敏度和過載功率之間的差值。DP= 10lg- Dr= Pmax-Pmin( dB)Pmin第五章光隔離器的工作原理和主要參數(shù) 作用：只允許光波往一個方向傳輸， 激光器和光放大器的后面，以避免反射光返回導(dǎo)致器件性能變壞。 工作原理swp阻止光波反方向或其

14、它方向傳輸。主要用在SOP00光纖輸入J1 e0法拉弟旋轉(zhuǎn)器(a)半波片 SWP光纖輸出法拉弟旋轉(zhuǎn)器SWP(b)半波片 SWPSWP的作用是將入射光分解為兩個正交偏振分量，讓垂直分量直線通過， 分量偏折通過。兩個分量都要通過法拉弟旋轉(zhuǎn)器，其偏振態(tài)都要旋轉(zhuǎn)拉弟旋轉(zhuǎn)器后面跟隨的是一塊半波片 偏振態(tài)順時針旋轉(zhuǎn)45°,將從右向左傳播的光的偏振態(tài)逆時針旋轉(zhuǎn)水平 45°。法 ，半波片的作用是將從左向右傳播的光的 45°。因而 反之亦然。最 如果存在反 當(dāng)兩個分量法拉弟旋轉(zhuǎn)器與半波片的組合可以使垂直偏振光變?yōu)樗狡窆猓?后兩個分量的光在輸出端由另一個 SWP合在一起輸出，另一

15、方面， 射光在反方向上傳輸，半波片和法拉弟旋轉(zhuǎn)器的旋轉(zhuǎn)方向正好相反， 的光通過這兩個器件時，其旋轉(zhuǎn)效果相互抵消，偏振態(tài)維持不變，在輸入端不能被SWP再組合在一起，如圖3.35(b)所示，于是就起到隔離作用。 主要參數(shù)：插入損耗和隔離度 第七章1、 波分復(fù)用的概念：在發(fā)送端將不同波長的光信號組合起來(復(fù)用)，并耦合進 光纜線路上同一根光纖中進行傳輸，在接收端將組合波長的光信號進行分離 (解 復(fù)用)，并作進一步處理后恢復(fù)出原信號送入不同終端。2、目前波分復(fù)用系統(tǒng)采用的波長是 1530-1565nm,是由于EDFA的工作范圍在 這個波段。133、WDM系統(tǒng)的基本形式:(1)雙纖單向IA光纖»

16、;大器解S用器光纖放大S A2nM器An+1<用AlAnRxiRXnTXn+lTxin(2)單纖雙向RXn-1-lEucznftAh+lA21k解s用器-*3p釘+1光算放大器An+1Tlbi+iA2nTxin4、波分復(fù)用系統(tǒng)的基本組成光覽送機光中繼放大光接收機-'光合波 一jMnjJ光i緯i山IIPA- 光分波器 -光監(jiān)控信光曲控值道光監(jiān)控信道發(fā)送器接收/發(fā)送器道接枚器Lt網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)第八章1、數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的性能指標： 誤碼率、抖動及可靠性。2、誤碼率、抖動的概念（P199和P204） 3、鏈路的功率預(yù)算Pt-Pr-2Ac-MEL = a + as + micPt:光發(fā)送機

17、平均發(fā)光功率，以dBm為單位Pr：光接收機靈敏度，以dBm為單位Ac :活動連接器的損耗，一般取值 Ac=0.5 dB。ME:設(shè)備富余度，一般取 ME = 3 dB a：光纖的損耗系數(shù)as平均每公里接續(xù)損耗，每個熔接點的衰耗可以保證在0.05dB以下me：光纜富余度，一般取值為 me =0.10.2 dB/km第十章1、光放大器的工作原理、種類光放大的原理：所有光放大器都是通過受激幅射過程來實現(xiàn)對入射的光功 率進行放大的，產(chǎn)生受激幅射所需要的離子數(shù)反轉(zhuǎn)機制與半導(dǎo)體激光器中 使用的完全相同。雖然光放大器在結(jié)構(gòu)上與激光器相似， 但是沒有反饋機 制。因此光放大器，可以放大信號，但不能產(chǎn)生相干的激光輸

18、出。種類：（1）半導(dǎo)體放大器：易與其他半導(dǎo)體器件集成，但性能與光偏振方 向有關(guān)，器 件與光纖的耦合損耗大。（2）光纖喇曼放大器（FAR）它是利用石英光纖的非線性效應(yīng)而制成。在合適波長的強光作用下，石英光纖會出現(xiàn)受激喇曼散射（SRS）效應(yīng)，當(dāng)光信號沿著這受激發(fā)的一段光纖中傳輸時，可以使其實現(xiàn)光放大。（3）摻鉺光纖放大器（EDFA）鉺（Er）是一種稀土元素。將它注入到纖芯中，即形成了一種特殊光纖，它 在泵浦光的作用下可直接對某一波長的光信號進行放大。EDFA的主要優(yōu)點有： 工作波長處在15301565nm范圍，與光纖最小損耗窗口一致； 對摻鉺光纖進行激勵的泵浦功率低，僅需幾十毫瓦； 連接損耗低，耦合效率高。因為它是光纖型放大器，因此易于與光纖耦合 連接，且連接損耗可低至0.1dB。 增益高且特性穩(wěn)定、噪聲低、輸出功率大。增益可達 40dB,且在100C內(nèi) 增益特