光纖通信復(fù)習(xí)整理

1、第一章1 什么是光纖通信？ 光纖通信是以光波作載波，以光纖為傳輸媒介的通信方式。2 什么是光纖通信系統(tǒng)？ 光纖通信系統(tǒng)是以光波作載波，以光纖為傳輸媒介的通信系統(tǒng)。3 光纖通信系統(tǒng)的組成 強度調(diào)制/直接檢波（IM/DD)的光纖數(shù)字通信系統(tǒng)，主要由發(fā)送機，信道，接收機以及長途干線上必須設(shè)置的光中繼器組成。(1) 信源：將非電信號轉(zhuǎn)換成電信號(2) 調(diào)制器（模擬/數(shù)字）：將電信號轉(zhuǎn)換成適合傳輸?shù)男螒B(tài)，將這種信號加載到由載波源產(chǎn)生的載波上。(3) 載波源：產(chǎn)生攜帶信息并與之一起傳播（用LED/LD產(chǎn)生光載波）(4) 信道耦合器：將功率送進信道（低損耗，較大的光接收角）(5) 光放大器：放大弱信號的功率

2、(6) 中繼器（數(shù)字系統(tǒng)中）：將微弱的并已失真的信號轉(zhuǎn)換成電信號，然后還原成原來的數(shù)字脈沖串。(7) 信道：發(fā)送機和接收機之間的傳輸路徑(8) 檢測器：將光波轉(zhuǎn)換成電流(9) 信號處理器：對信號的放大和濾波(10) 信宿：接收來自信號處理器的信號，必要時將其轉(zhuǎn)換成聲波或者可視圖像信源調(diào)制器載波源信道耦合器光放大器中繼器光放大器檢測器光放大器信號處理器信宿4 dB/dBm的換算 級聯(lián)系統(tǒng)： 令P1=1mw，并且P2也以mw為單位時，可得dBm值。5 什么是3dB損耗？ 功率變化-3dB時，稱為3dB損耗。6 光的屬性 波動性：將光看成振蕩頻率很高，波長極短的電磁波（紅外光，可見光，紫外光） 粒子

3、性：將光看成是由許多的光子組成7 光纖的優(yōu)點（1） 傳輸頻帶寬，通信容量大（2） 傳輸損耗小，中繼距離長（3） 具有抗射頻干擾和抗電磁干擾能力（4） 無串音干擾，一定程度可以保證通信的安全性和私密性（5） 光纖線徑細(xì)，重量輕，機械強度大，柔韌性好（6） 原材料資源豐富，可節(jié)約金屬材料（7） 耐腐蝕，壽命長（8） 絕緣性（9） 成本低8 光纖工作波長 目前光纖通信的實用工作波長在近紅外區(qū)，即0.85um，1.261.75um的波長區(qū)（傳輸窗口）。對于SiO2光纖，有三個低損耗窗口，是目前光纖通信的實用波長，即850nm(用于多模),1310nm(單模),1550nm(單模)。9 根據(jù)P3頁圖，各

4、部分處于什么位置，起什么作用？ 信源：將非電信號轉(zhuǎn)換成電信號 調(diào)制器：（1）將電信號轉(zhuǎn)換成適合傳輸?shù)男螒B(tài) (2)將這種信號加載到由載波源產(chǎn)生的載波 上。 載波源：產(chǎn)生攜帶信息并與之一起傳播的波（載波）。在光纖通信系統(tǒng)中，使用半導(dǎo)體激光器（LD（閾值發(fā)光）或發(fā)光二極管（LED（正向電流發(fā)光）產(chǎn)生光載波。（兩者又稱光振蕩器，具有尺寸小，功率要求低的優(yōu)點，但相干性不如氦氖激光器）信道耦合器：將功率送進信道信道（包括光放大器和中繼器）：發(fā)送機和接收機之間的傳輸路徑（光發(fā)大器：放大弱信號的功率 中繼器：將微弱的并已失真的光信號轉(zhuǎn)換成電信號）檢測器：將光波轉(zhuǎn)換成電流（半導(dǎo)體光電二極管）信號處理器：對信號進

5、行放大，濾波和判決（放大器，濾波器，判決電路）信宿：對信息進行輸出10 光纖的應(yīng)用 陀螺儀 水聽器第二章1 射線理論（幾何光學(xué)） 認(rèn)為光波能量集中在一條極細(xì)的通道（射線或光線）中傳播。 遵循規(guī)則： （1）真空中，射線的傳播速率為，其他媒質(zhì)中， （2）射線在均勻媒質(zhì)中沿直線路徑傳播 （3）在兩種媒質(zhì)的分界面上，射線被反射，反射角等于入射角 （4） 2 透鏡 3 什么是數(shù)值孔徑？ 最大接收角： 數(shù)值孔徑：，用于衡量光學(xué)系統(tǒng)收集一定角度范圍的入射光線的能力4 NA的物理意義 （1）NA越大 光纖接收光的能力越強，從光源到光纖的耦合效率就越高； 對于無損耗光纖，在臨界角在內(nèi)的入射光都能在光纖中傳輸；

6、纖芯對光能量的束縛能力越強，光纖抗彎曲能力越強。（2） 但NA越大，經(jīng)光纖傳輸后產(chǎn)生的信號畸變越大，因而限制了信息的傳輸容量。第三章1 電磁波的電場可以寫為：峰值幅度 :角頻率 k:傳播因子 Kz: 波傳播z距離后產(chǎn)生的相移 是波的相位2 什么是色散？ 波的速度隨波長變化的特性。3 色散的分類，定義 材料色散：材料特性引起的脈沖展寬 波導(dǎo)色散：波導(dǎo)結(jié)構(gòu)引起的脈沖展寬 （模式色散：多個模式在光纖或波導(dǎo)中傳輸時，各個模式到達輸出端的時間不同，從而使得波形被展寬。）4 色散的影響及解決方案影響： 色散會導(dǎo)致脈沖畸變，傳輸?shù)迷竭h(yuǎn)，展寬越嚴(yán)重； 使模擬信號產(chǎn)生失真，如減小了信號的幅度變化，而信息包含在幅

7、度變化之中。降低色散的方法：工作在零色散波長上； 光源譜寬更窄； 使用濾波器； 材料和結(jié)構(gòu)； 采用光孤子傳輸技術(shù)。5 什么是帶寬，譜寬，頻譜？ 帶寬：信號功率為最高功率一半時的頻率寬度 譜寬：實際光源在一個特定的波長范圍內(nèi)發(fā)光，這個范圍稱為光源的線寬，或譜寬。 頻譜：一個信號的波長或頻率構(gòu)成，稱為其頻譜。 脈沖寬度：功率升到峰值的一半到降低到峰值一半的時間間隔。6 什么是3-dB電帶寬？什么是3-dB光帶寬？3-dB電帶寬：光電檢測器的輸出電功率表變?yōu)樵瓉淼囊话雽?yīng)的頻率寬度。3-dB光帶寬：LED輸出光功率變?yōu)樵瓉淼囊话雽?yīng)的頻率寬度。7 光帶寬和電帶寬的關(guān)系（光）（電）8 歸零碼和不歸零碼

8、的系統(tǒng)帶寬9 公式材料色散導(dǎo)致的脈沖展寬：相鄰縱模的頻率間隔： 光垂直入射時的反射比：反射系數(shù)：全反射臨界角：10 什么是倏逝波？ 倏逝波通常是指由于全反射而在兩種不同介質(zhì)的分界面上產(chǎn)生的一種電磁波，又叫消逝波，其幅值隨與分界面相垂直的深度的增大而呈指數(shù)形式衰減。（當(dāng)光大于但接近臨界角入射時，所產(chǎn)生的消逝波慢慢衰減，在第二種介質(zhì)中穿透地較深，但當(dāng)光以遠(yuǎn)大于臨界角入射時，消逝場在第二種介質(zhì)中傳播很短距離后就消失了。）11 什么是消逝場？ 入射波和反射波之間的干涉在入射區(qū)域形成駐波分布，盡管所有的功率都被反射回來，但在第二種介質(zhì)中仍然存在光場，其場強隨著到邊界距離的增加而迅速消逝，這樣一個消逝的，

9、不攜帶能量的場，稱為消逝場。第四章1 導(dǎo)波的條件（角度位于臨界角到之間）； 一個完整來回傳輸所產(chǎn)生的相移等于2的整數(shù)倍，即 。（相移包括傳輸路徑產(chǎn)生的相移，反射界面上產(chǎn)生的相移）2 縱向傳播因子3 什么是單模傳輸？單模傳輸?shù)臈l件是什么？單模傳輸時傳輸?shù)氖悄囊粋€模式？單模傳輸：單模傳輸?shù)臈l件：傳輸?shù)氖荋E11模。4 什么是數(shù)值孔徑？公式是什么？為波導(dǎo)的接收角5 什么是相對折射率差？公式是什么？ 當(dāng)和很接近時，6 模式的分類(1)導(dǎo)模：(2 )輻射模：在波導(dǎo)中，沒有被束縛在中心薄膜中的光沿z字形上下傳播，每次反射中都有輻射損失，其幅度不斷減少 (i)包層模:有的光線在上層波導(dǎo)材料和下層波導(dǎo)材料的外

10、邊界以臨界角全反射而被束縛在 波導(dǎo)內(nèi) (ii)泄露模：由斜光纖產(chǎn)生的，斜光纖不通過光纖軸，但是環(huán)繞光纖軸以螺旋式傳輸7 波導(dǎo)有哪幾種耦合方式？（1） 邊耦合：如一個半導(dǎo)體激光器或發(fā)光二極管在中心薄膜的邊緣與波導(dǎo)直接相連 注意問題：(i)光源的發(fā)光面積不大于中心薄膜端面的面積 (ii)光源輻射的橫模式與波導(dǎo)允許傳播模式之間的差異 額外的損耗：(i)中心薄膜端面不平滑或不干凈 (ii)入射到波導(dǎo)中光的場模式與傳播模的場模式不匹配 （2）棱鏡耦合（適合于單模激勵，最大耦合效率81%）：一準(zhǔn)直的激光束入射，進入棱鏡 后在底邊以臨界角反射，入射波與反射波之間發(fā)生干涉，從而在棱鏡中產(chǎn)生駐波分布，另外在棱鏡

11、底部的空氣區(qū)域還存在一個消逝場，同時，波導(dǎo)中傳播莫的場會延伸到中心薄膜上方的空氣中，兩者互相耦合。 （最優(yōu)耦合：輸入光束實際上超過棱鏡末端少許時 同步條件：棱鏡中波的縱向傳播因子必須與中心薄膜中波的縱向傳播因子相等）（3） 光柵耦合(i)周期電介質(zhì)條陣列 (ii)折射率呈周期性變化的電介質(zhì)層光柵會將入射光衍射成一個或多個傳輸波，如果這些波中的任何一個具有與傳播模式相同的縱向傳播因子會發(fā)生耦合。 8 平板波導(dǎo)中的色散的分類，定義，引起的原因（1） 波導(dǎo)色散：色散由波導(dǎo)自身的結(jié)構(gòu)引起的，有效折射率隨波長變化。（2） 多模色散：不同模式相對于波導(dǎo)軸的傳輸速度不一致，從而使得波形被展寬。（3） 材料色

12、散：脈沖展寬由材料的某些性質(zhì)引起，在介質(zhì)中折射率隨波長而變化。 9 平板波導(dǎo)中損耗（？脈沖展寬）的計算 模式脈沖展寬： 色散脈沖展寬： = 當(dāng)兩種介質(zhì)折射率接近時，可以使用數(shù)值孔徑將上式改寫成總的脈沖展寬：10 有源器件和無源器件的定義是什么？各舉一些例子。有源器件：主動光電器件 (i) 控制光：光偏轉(zhuǎn)器，光調(diào)制器 (ii) 轉(zhuǎn)換光: 光檢測器無源器件：被動器件，無外接能量輸入 集成光定向耦合器，集成光功分器 ：耦合長度，能量從上面的波導(dǎo)完全轉(zhuǎn)移到下面的波導(dǎo)所需的長度11 m階TE模的截止模式 12 波導(dǎo)中可傳播的最高階模的模式序數(shù) 13 總傳播模數(shù)量 補充：11 什么是駐波模式？ 向上傳播的

13、波和向下傳播的波之間相互干涉12 等效折射率的公式 13 什么是橫電波，什么是橫磁波？ 橫電波（TE偏振)：s偏振態(tài)（垂直偏振態(tài)），電場指向x軸方向，電場所在平面與波傳播方向垂直。橫磁波（TM偏振）：p偏振態(tài)（水平偏振態(tài)），磁場指向x軸方向，磁場所在平面與波傳播方向垂直。14 高階模： 相鄰模式歸一化厚度差值：第五章1 光纖的分類（按折射率，傳播模式，材料）按折射率：（1）SI 階躍型 （2）GRIN 漸變型 激勵點越靠近光纖中心軸時的耦合效率越高 （101頁 ） （在纖芯直徑和相對折射率差相同的條件下，階躍折射率光纖的耦合效率要更高）按傳播模式（1）單模（2）多模按光纖的材料（1）纖芯和包層

14、都使用玻璃材料 50/125 100/140 200/230 (2) 纖芯使用石英玻璃，包層使用塑料 PCS 200 (3)塑料纖芯而包層使用另一種塑料 POF各種光纖的使用范圍和性能：99頁2 幾種損耗的機理（1） 材料吸收損耗(i)本征吸收：光纖材料的固有吸收，它與電子及分子的諧振有關(guān) 對于石英材料，固有吸收區(qū)在紫外波段和紅外波段 (ii)雜質(zhì)吸收：由OH離子 等雜質(zhì)造成的附加吸收損耗稱為雜質(zhì)吸收。雜質(zhì)是主要的損耗源，最主要的雜質(zhì)是過渡金屬離子和OH離子。 (iii)原子缺陷吸收：由于加熱過程或者由于強烈的輻射造成，玻璃材料因受激而產(chǎn)生原子的缺陷，引起吸收光能，造成損耗。（2) 散射損耗(

15、i)瑞利散射損耗：散射體的尺寸比光波長小 (ii)米氏散射損耗：不均勻性，大尺度的散射體引起，損耗與波長無關(guān)(3)彎曲損耗（輻射損耗）（i）宏彎：彎曲半徑遠(yuǎn)大于光纖直徑(ii)微彎：光纖成纜時軸向產(chǎn)生的隨機性微彎3 V參數(shù)（歸一化頻率） 模的數(shù)量4 單模傳播的條件（HE11模）V<2.4055 模的半徑與等效高斯光束的光斑尺寸的關(guān)系 6 光纖中的脈沖畸變和信息速率功率受限系統(tǒng)：當(dāng)損耗是系統(tǒng)的主要限制因素時，這樣的系統(tǒng)稱為功率受限系統(tǒng)帶寬受限系統(tǒng)：在一些線路中，雖然信號功率足夠大，但信號波形的嚴(yán)重畸變影響了傳輸信號的準(zhǔn)確還原，這樣的系統(tǒng)稱為帶寬受限系統(tǒng)。階躍折射率光纖中的畸變：多模脈沖展寬

16、為：，但實際小于該值，原因是由于模式混合（模式之間的功率交換）和選擇型衰耗等原因引起的。模式畸變不取決于光源的波長或譜寬。在多模階躍折射率光纖中，占主導(dǎo)地位。約為67ns/Km材料色散和波導(dǎo)色散導(dǎo)致的信號畸變與光源的波長和譜寬密切相關(guān)，正比于光源的線寬，使用窄線寬的半導(dǎo)體激光器可降低畸變。單模光纖中：1.3處出現(xiàn)零脈沖展寬，原因是該點處材料色散使得光源光譜中較短波長的傳輸速度較快，而波導(dǎo)色散則使較短波長的傳輸速度減慢。漸變折射率光纖中：多模失真比階躍小。，約為0.45ns/Km短波長區(qū)域，材料色散占主導(dǎo)7 什么是HE和EH模式？ HE模式和EH模式是混合模式，每一種模都包含沿光纖軸方向的電場和

17、磁場分量 8 常用光纖的尺寸范圍（單模，多模）單模多模9 石英光纖和塑料光纖的性能及使用范圍的對比10 單模和多模光纖分別涉及到哪些色散單模：波導(dǎo)色散 材料色散多模：波導(dǎo)色散 材料色散 模式色散 11 光纜結(jié)構(gòu)：光纖 ；緩沖管 ：保護光纖免受環(huán)境損害的第一層結(jié)構(gòu)；加強芯：安裝光纖時，釋放光纖承受的機械壓力；外套：保護整個機構(gòu)，以適應(yīng)惡劣的環(huán)境；(防潮層，油膏，開鎖等）光纜特性：拉力特性；壓力特性；彎曲特性；溫度特性光纜對光纖采取的強化和保護措施 （1) 抗張力強度 （2）抗擠壓能力 （3）過度彎曲保護 （4）損傷保護 （5）振動隔離 （6）防潮和防化學(xué)侵蝕 光纜的類型：按纜芯結(jié)構(gòu)特點分類：層絞

18、式，骨架式，中心束管式，帶狀式 按使用條件分類：室內(nèi)光纜，架空光纜，埋地光纜，管道光纜 特種光纜：架空地線復(fù)合光纜；海底光纜；阻燃光纜；軍用光纜12什么是雙折射色散（偏振模色散）？兩個偏振方向相互垂直的HE11?？梢酝瑫r在單模光纖中傳播，由于存在雙折射，這兩個模式的傳播速度可能不同，這種效應(yīng)能夠?qū)е旅}沖展寬，即通常所說的偏振模色散。13 光纖的制造方法雙坩堝法；管中棒法；摻雜沉積石英法；外部沉積法；內(nèi)部沉積法14 什么是色散位移光纖，什么是非零色散位移光纖色散位移光纖：具有三角形折射率分布的單模光纖。非零色散位移光纖：擁有類似色散平坦光纖的特性，但色散不為零的光纖時非零色散位移光纖。15 漸變

19、折射率光纖與零色散位移光纖的區(qū)別漸變折射率光纖的折射率分布是近拋物線型的，其零色散點在1.3，零色散位移光纖的折射率分布是三角形的，其零色散點在1.5516 光纖的連接 固定連接：永久性，用于光纖線的連接，損耗小，小于0.1dB。常用電弧熔接。 活動連接：可拆卸，用于收發(fā)端機與光纖的連接及實驗室中，損耗較大，0.2dB。第六章1 什么是pn結(jié)？它的工作原理是什么？Pn結(jié)：采用不同的摻雜工藝，通過擴散作用，將p型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體制作在同一塊半導(dǎo)體基片上，在它們的交界面就形成空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)。工作原理：n型半導(dǎo)體中有大量的自由電子，而p型半導(dǎo)體中有大量的自由空穴。在零偏置時，沒有電荷的定向移

20、動。正向偏置電壓v使得兩種材料的費米能級分離。正向偏置電壓增加了n區(qū)勢能，降低了p區(qū)勢能，從而使勢壘降低。如果外電源提供的能量（ev)與禁帶寬度Wg相同，則自由電子和自由空穴將有足夠的能量進入結(jié)區(qū)。當(dāng)自由電子與自由空穴在結(jié)區(qū)相遇時，自由電子將落到價帶與空穴復(fù)合。在躍遷過程中，電子損失的能量將以發(fā)射一個光子的形式轉(zhuǎn)變成光能。簡單說：LED的輻射是在正向偏置條件下注入結(jié)區(qū)的電子和空穴復(fù)合而產(chǎn)生的。2 同質(zhì)結(jié)，異質(zhì)結(jié)和它們的區(qū)別同質(zhì)結(jié)：其pn結(jié)由同一種半導(dǎo)體材料構(gòu)成異質(zhì)結(jié)：其pn結(jié)采用不同半導(dǎo)體材料構(gòu)成雙異質(zhì)結(jié)：在寬帶隙的p型和N型半導(dǎo)體材料之間插入一薄層窄帶隙的材料區(qū)別：同質(zhì)結(jié)LED有源區(qū)對載流子

21、和光子的限制作用很弱； 異質(zhì)結(jié)LED:(1)帶隙差形成的勢壘將電子和空穴限制在有源區(qū)復(fù)合發(fā)光 （2）折射率光場有效地限制在有源區(qū)3 蝕刻阱光能量通過有源層的表面或邊緣面耦合進光纖的一種有效的耦合方式。4 LED LD的特性曲線(p144,p154,p156)，及它們的應(yīng)用范圍，光譜寬度等參數(shù)的對比LED的P-I特性：在低注入電流范圍內(nèi)其線性程度比LD好，且不存在閾值，所以LED適合用在光纖模擬通信系統(tǒng)中LED的光譜特性：自發(fā)輻射光，沒有諧振腔對光譜的選擇，為相干光，譜線較寬LED的方向特性：LED的發(fā)散角比LD大，LED與光纖的耦合效率通常小于10%LED的調(diào)制特性：LED的可調(diào)制頻率比LD低

22、。其中，面發(fā)光型的LED的可調(diào)制頻率僅為幾十MHZ，邊發(fā)光型的LED的可調(diào)制頻率可達200MHZ。壽命：LED的壽命比LD長，可達百萬個小時以上。LED是非閾值器件，發(fā)射的光功率與正向驅(qū)動電流呈線性關(guān)系，逐漸飽和，溫度上升，功率下降，相對而言，溫度的影響比LD小。LED方向特性：（1）面發(fā)光LED （2）邊發(fā)光LED LED適用范圍：低速率，短距離光波系統(tǒng)LED通過自發(fā)發(fā)射過程發(fā)射非相干光LED優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，壽命長，可靠性高，隨溫度變化小 缺點：輸出功率低，輸出光束發(fā)散角大，耦合效率低，光源譜線較寬，相應(yīng)速度較慢。LD:LD的P-I特性：當(dāng)激光器的注入電流I小于閾值電流時，激光器發(fā)出

23、熒光，當(dāng)I大于時，發(fā)射光譜突然變窄，譜線中心強度急劇增加，激光器發(fā)出激光。I一般大于20-40mA，典型輸出功率1-10mW。LD的調(diào)制特性：數(shù)字調(diào)制：直流偏置電流在閾值附近， 模擬調(diào)制：直流偏置電流在閾值附近，LD的溫度特性：輸出光功率隨溫度增大而減小，產(chǎn)生原因有兩個，一是激光器的閾值電流隨溫度升高而增大，二是外微分量子效率隨溫度升高而減小，穩(wěn)定功率的兩種方法：（1）使用熱電冷卻器保持環(huán)境溫度（2）增大偏置電流補償閾值變化LD的光譜特性：（1）單模激光：光譜只有一根譜線，譜線峰值波長稱為中心波長，譜線寬度小于0.1nm,光譜很窄 （2）多模激光：光譜有多根譜線，對應(yīng)于多個中心波長，其中最大峰

24、值稱為主中心波長，該模式也稱為主模，其它的模式稱為邊摸，譜線寬度為幾個納米在閾值電流以下，隨驅(qū)動電流的增加，輸出光功率也非常緩慢地增加（在復(fù)合層中電子自發(fā)輻射引起的非相干輻射所致），在閾值狀態(tài)下，正向電流隨激光器電壓的增加而迅速增加，超過閾值后，電壓只要略微增加一點就可以使電流達到預(yù)定的工作點。5 對LED的數(shù)字調(diào)制和模擬調(diào)制（1） 數(shù)字調(diào)制：發(fā)光二極管通過一個電流源進行調(diào)制 （2） 模擬調(diào)制：加一定的直流偏置電流 注入電流： 輸出光功率： 低頻調(diào)制下， 高頻調(diào)制下，（pn結(jié)的結(jié)電容和寄生電容會短路信號中的 高頻成分，從而導(dǎo)致交流功率降低） LED的3-dB調(diào)制帶寬（電帶寬）： 3-dB電帶寬

25、與光源上升時間關(guān)系為：6 LED與LD的區(qū)別（1） 半導(dǎo)體激光器比LED的相應(yīng)速度快得多，原因是LED上升時間主要取決于材料的固有自發(fā)輻射的壽命，而半導(dǎo)體激光器的上升時間則取決于受激輻射壽命（2） LD的典型線寬是1nm5nm，比LED的輸出譜寬要小很多（3） LD產(chǎn)生非對稱輻射，LD的輻射角度范圍遠(yuǎn)小于LED，使得光更容易和光纖耦合，而且耦合效率更高（4） LED發(fā)射非相干光，LD發(fā)射相干光 激光二極管 發(fā)光二極管 1 輸出光功率較大，幾mW一幾十mw。 輸出光功率較小，一般僅1mw一2mW。 2帶寬大，調(diào)制速率高，幾百MHz一幾十GHz。 帶寬小，調(diào)制速率低，幾十一 200MHz。 3光束

26、方向性強，發(fā)散度小。 方向性差，發(fā)散度大。 4 與光纖的耦合效率高，可高達80以上。 與光纖的耦合效率低，僅百分之幾。 5光譜較窄。 光譜較寬。 6制造工藝難度大，成本高。 制造工藝難度小，成本低。 7 在要求光功率較穩(wěn)定時，需要APC和ATC。 可在較寬的溫度范圍內(nèi)正常工作。 8輸出特性曲線的線性度較好。 在大電流下易飽和。 9 有模式噪聲。 無模式噪聲。 10 可靠性一般。 可靠性較好。 11工作壽命短。 工作壽命長。 7 DFB （分布反饋型半導(dǎo)體激光器）DBR （布拉格反射型激光器） （1）DFB:激光振蕩由折射率周期性變化的波紋光柵提供 工作波長：適合長距離，高帶寬傳輸: （i)具有

27、更好的溫度特性 (ii)具有窄帶寬特性，線性相應(yīng) p160(2) DBR: 工作波長： 可調(diào)諧范圍： 三個區(qū)域：增益區(qū)，相位區(qū)和布拉格區(qū) 增益電流IG決定有源區(qū)的放大量，進而決定激光器的輸出功率 相位電流IP控制布拉格區(qū)的反饋 電流IB控制布拉格區(qū)域的溫度，從而控制布拉格波長8 激光器的原理 產(chǎn)生激光的三個先決條件： （1）激勵源是能量的提供者，實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn) （2）激活物質(zhì)是產(chǎn)生激光的物質(zhì)基礎(chǔ)，提供光放大（3）光學(xué)諧振腔提供光反饋要產(chǎn)生激光還應(yīng)滿足：（1）光的增益和損耗間應(yīng)滿足平衡條件閾值條件 （2）在諧振腔中，光波反復(fù)反射能得到加強，從而能夠存在，應(yīng)滿足相位條件9光放大器的分類，原理，泵浦

28、波長，它們的參數(shù)：增益和噪聲分類：半導(dǎo)體光放大器 摻鉺光纖放大器 摻鉺波導(dǎo)放大器 拉曼放大器 摻鉺光纖放大器（EDFA):原理：EDFA采用摻鉺離子單模光纖為增益介質(zhì)，在泵浦光作用下產(chǎn)生粒子數(shù)翻轉(zhuǎn)，在信號光誘導(dǎo)下實現(xiàn)受激輻射放大。具體闡述：由980nm的激光器提供的泵浦光和信號光通過波分復(fù)用器（具有波長選擇性的方向耦合器）耦合進摻鉺光纖，泵浦光被鉺離子吸收，使之上升到激發(fā)態(tài)，并實現(xiàn)粒子數(shù)翻轉(zhuǎn)。受激態(tài)的鉺原子如果被1550nm的光子激勵，可以放大信號。信號光泵浦光一起從左側(cè)進入光纖，信號光能量在泵浦光能量減少的同時持續(xù)增加，第二個波分復(fù)用器和泵浦激光器在末端沿反方向注入泵浦光子并激發(fā)鉺原子，使器

29、件能夠充分放大信號。特性：高增益（>30dB) 寬帶（約100nm) 低噪聲（46dB) 偏振不敏感 高輸出功率（>16dBm） 工作波長1.55um（C波段1530-1565nm ；L波段1565-1625nm）；泵浦波長980nm或1480nm；增益介質(zhì)。典型長度幾十米。增益：指信號被放大的倍數(shù) 增益飽和：增益飽和是放大器放大能力的一種限制因素，接近飽和時，增益成非線性，達到飽和后，信號便無法再放大噪聲指數(shù)（NF)：用來量化經(jīng)放大器后的信噪比比劣化指標(biāo) 主要噪聲源：放大的自發(fā)輻射噪聲應(yīng)用：（1）發(fā)射放大（2）在線放大（3）前置放大10 拉曼放大器的原理物理機制：A光纖拉曼散射效

30、應(yīng)(SRS)： 一個入射光子的湮滅，產(chǎn)生一個下移stoke頻率的光子和另一個具有相當(dāng)能量和動量的光學(xué)光子B 與pump光子相差stokes頻率的信號光子，經(jīng)受激過程被放大具體介紹：頻率為wp和ws的泵浦光和信號光通過耦合器輸入光纖，當(dāng)這兩束光在光纖中一起傳輸時，泵浦光的能量通過SRS效應(yīng)轉(zhuǎn)移給信號光，使信號光得到放大。11 幾種光放大器性能的對比第七章1 響應(yīng)度和響應(yīng)速度 響應(yīng)度: 檢測器的輸出電流與入射光功率的比值 量子效率： 譜響應(yīng)：指檢測器響應(yīng)度和波長之間的函數(shù)關(guān)系 上升時間：指在入射光功率呈階躍變化的前提下，檢測器的輸出電流從最大值的10%上升到90%所用的時間2 PIN型（最常用的，

31、p180p185頁）（需要補充）定義：PIN二極管在位于P區(qū)和n區(qū)之間的區(qū)域是一層較厚的本征半導(dǎo)體材料PIN的量子效率正比于耗盡層寬度工作原理：入射光從P側(cè)進入，在耗盡區(qū)光吸收產(chǎn)生的電子空穴對在內(nèi)建電場作用下分別向左右兩側(cè)運動，產(chǎn)生光電流截止波長：材料：硅：短波長（800nm900nm)，暗電流最小 鍺：暗電流最大 INGaAs響應(yīng)速度：受到渡越時間即自由電荷穿越耗盡層的時間，也受到電路上升時間的影響，后者的影響更大。（與帶寬有關(guān)）可用響應(yīng)時間或截止頻率來表示。響應(yīng)時間取決于（）光檢測電路的上升時間（）載流子在耗盡層中的渡越時間（）耗盡層外載流子的擴散時間電流電壓特性：優(yōu)點：噪聲小，工作電壓低

32、（僅十幾伏），工作壽命長，使用方便和價格便宜缺點：沒有倍增效應(yīng)。做成的光接收機靈敏度不高。只能用于較短距離的光纖通信。3 APD 雪崩二極管（p186p187)定義：利用雪崩倍增效應(yīng)使光電流得到倍增的高靈敏度的檢測器，響應(yīng)性能超過pn型或PIN型原理：條件：反向偏壓產(chǎn)生的電場能大于Eg 耗盡層：從NP結(jié)區(qū)一直拉通到P接觸層 電場分布：p區(qū)電場較弱，NP區(qū)有強電場雪崩區(qū)較窄，不能充分吸收光子。 p區(qū)很寬，充分吸收光子，提高光電轉(zhuǎn)換效率。 p區(qū)吸收了光子產(chǎn)生初始電子-空穴對， 初始電子在電場作用下從p區(qū)向雪崩區(qū)漂移， 進入雪崩區(qū)產(chǎn)生雪崩倍增 所有的初始空穴被P層吸收。 單種載流子（電子）參與倍增，

33、降低倍增噪聲 響應(yīng)度：材料：與PIN型相同響應(yīng)速度：受限于載流子的渡越時間和RC電路的時間常數(shù)4 PIN與APD的區(qū)別APD具有載流子倍增效應(yīng)，其探測靈敏度特別高，但需要較高的偏置電壓和溫度補償電路。PIN:結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，電壓低，使用方便，量子效率高，噪聲小，帶寬較高APD:靈敏度高，高增益，高電壓，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，噪聲大5 外部光電效應(yīng)和內(nèi)部光電效應(yīng) 外部光電效應(yīng)：金屬表面通過吸收入射光子流的能量從而釋放電子，形成光生電流（真空光電二極管，光電倍增管）內(nèi)部光電效應(yīng)：通過吸收入射光子產(chǎn)生自由電荷載流子，例如PN結(jié)光電二極管，PIN光電二極管，雪崩光電二極管第八章1 什么是連接器？ 連接器的原理

34、是什么？連接器：連接光纖與光纖，使光信號能在光纖中順利傳輸?shù)钠骷?，能夠反?fù)連接和拆除。原理：光纖熔接或粘接或無膠粘快速接頭或塊狀連接2 連接器損耗橫向錯位；角向錯位；端面之間有間隔；端面不平滑；不同光纖之間的連接（不同NA值，不同纖芯尺寸）；連接點的反射3 連接方式 （1）將兩根光纖熔接在一起（2）在對準(zhǔn)設(shè)備上將兩根光纖連接在一起a 粘接b無膠粘快速接頭 c帶狀連接3 連接器的分類錐形連接器；連接器；型連接器，型連接器；型連接器；型連接器 耦合損耗，原因 定義： 其中，Pf是光纖的入纖功率，Ps是光源的發(fā)射功率 分類：反射損耗；面積失配損耗；封裝比損耗；數(shù)值孔徑損耗（僅適用于多模），由此產(chǎn)生的

35、耦合效率：SI: GRIN:第九章1 分布式網(wǎng)絡(luò)的損耗：直通損耗 抽頭損耗 方向性系數(shù) 附加損耗 2 波分復(fù)用（WDM)：最簡單的工作形式是單向的定義：在單根光纖中同時傳輸多個波長信道的技術(shù) DWDM:容納眾多波長信道的復(fù)用器（超過100），其波長間隔為1nm甚至更小CWDM:當(dāng)復(fù)用的波長信道只有幾個，且波長間隔更大什么是耦合器？耦合器的工作原理是什么？耦合器：對同一波長的光功率進行分路或合路工作原理：熔融拉錐型光纖耦合器對于多模光纖：錐形區(qū)域高階模式在包層模和纖芯模之間轉(zhuǎn)換，耦合器的分光比取決于錐形區(qū)的長度和包層的厚度對于單模光纖：兩根光纖消逝場交疊的能量交換什么是隔離度信號泄露到其他端口的

36、功率與輸入功率之比，單位復(fù)用與解復(fù)用的區(qū)別，原理 復(fù)用：將來自多個單獨光源的光耦合進同一根傳輸光纖 解復(fù)用：分離不同的載波，然后進行單信號光的檢測用于波長選擇，光放大器的噪聲濾除，光復(fù)用解復(fù)用對復(fù)用器的要求：插入損耗低，隔離度大，帶內(nèi)平坦，帶外插入損耗變化陡峭，中心波長穩(wěn)定性高。復(fù)用器的參數(shù)波長數(shù)波長間隔插損（波）通帶特性好（評定，隔離度高）什么是串?dāng)_，什么是插損，什么是附加損耗，什么是分光比或耦合比串?dāng)_：一個端口的輸入信號與散射或反射回另一個輸入端口的光功率間的隔離度以×為例，插入損耗：特定的端口到另一端口路徑的損耗。如從輸入端口到輸出端口的路徑中的插入損耗為：附加損耗：輸入功率對

37、總的輸出功率的比值：分光比或耦合比：輸出端口間光功率分配的百分比： 環(huán)形器的構(gòu)造原理基本原理：與光隔離器相似光隔離器的工作原理：起片器使入射光的垂直偏振分量通過，調(diào)整法拉第旋轉(zhuǎn)器的磁場強度，使偏振面旋轉(zhuǎn)度，然后通過檢偏器。反射光返回時，通過法拉第旋轉(zhuǎn)器又一次旋轉(zhuǎn)度，正好與入射光偏振面正交，因此受到隔離。第十章1模擬調(diào)制，數(shù)字調(diào)制的調(diào)制系數(shù)，并與LD,LED的特性對應(yīng)起來光調(diào)制：將光信號加載到光源的發(fā)射光束上光解調(diào)：調(diào)制后的光波經(jīng)過光纖信道送至接收端，由光接收機鑒別出它的變化，再現(xiàn)出原來的信息，稱為光解調(diào)。光源的調(diào)制分為兩類：（1）直接調(diào)制把要傳送的信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘栕⑷隠D或LED,從而獲得相

38、應(yīng)的光信號，采用的是電源調(diào)制方法，也稱內(nèi)調(diào)制方法，僅適用于半導(dǎo)體光源（LD,LED)(2) 間接調(diào)制利用晶體的電光效應(yīng)，磁光效應(yīng)，聲光效應(yīng)等性質(zhì)來實現(xiàn)對激光輻射的調(diào)制，普遍適用。模擬調(diào)制（p261p263)A LED:連續(xù)的模擬信號電流疊加在直流偏置電流上，適當(dāng)選擇直流偏置的大小，可減少失真。（直接強度調(diào)制）調(diào)制因子m：指漂移電流的最大值與平均電流的比值光源驅(qū)動電流：輸出光功率：光調(diào)制因子m：基于光功率 LD:模擬調(diào)制：與LED一樣數(shù)字調(diào)制（p264)（PCM編碼調(diào)制）原理：串聯(lián)和并聯(lián)開關(guān)電路晶體管提供開關(guān)機制，同時提供放大功能R1和R2對信號源和晶體管進行阻抗匹配；輸入電容C提高電路的開關(guān)速

39、度 比較為復(fù)雜調(diào)制難點：存在閾值電流ITH ITH隨使用年限而改變 ITH隨溫度變化 發(fā)射波長隨溫度變化 2 模擬調(diào)制格式（p267p269)A 幅度調(diào)制（強度調(diào)制）光源驅(qū)動電流：輸出光功率：數(shù)字調(diào)制格式 P2702733 數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制相比的優(yōu)點數(shù)字調(diào)制：把基帶數(shù)字信號變換為頻帶數(shù)字信號的過程稱為數(shù)字調(diào)制，反之，稱為數(shù)字解調(diào)。優(yōu)點：和可以快速開關(guān)，提供高帶寬。數(shù)字系統(tǒng)采用門限值檢測，不需要高保真波形數(shù)字系統(tǒng)可使用檢測碼和冗余信息傳輸來降低誤碼率數(shù)字脈沖在中繼器中很容易再生通過壓縮技術(shù)可以降低數(shù)字傳輸中所需要的帶寬數(shù)字信號系統(tǒng)的信號質(zhì)量通常優(yōu)于模擬系統(tǒng)4 外差檢測與直接檢測有何區(qū)別，有何優(yōu)點？ 優(yōu)點：使得對光系統(tǒng)的頻率調(diào)制成為可能 外差接收機的靈敏度比直接檢測接收機的靈敏度要高得多 缺點：設(shè)備復(fù)雜，成本更高5 DWM與OFWM的區(qū)別 DWM:波分復(fù)用，在單根光纖中同時傳輸多個波長 OFWM:光頻分復(fù)用，多路信息（不同載