光纖通信復(fù)習(xí)資料必看2

本文格式為Word版，下載可任意編輯——光纖通信復(fù)習(xí)資料必看21

1.什么是光纖通信？22.光纖通信和電通信的區(qū)別。23.光纖通信與電通信相比具有的優(yōu)勢24.光纖的結(jié)構(gòu)和類型25.基本光纖通信系統(tǒng)的組成和各部分作用。36.光纖導(dǎo)光原理及傳光能力31、光能量在光纖中傳輸?shù)谋匾獥l件。32、突變多模光纖數(shù)值孔徑的概念及計(jì)算。33、弱導(dǎo)波光纖的概念。44、相對(duì)折射率指數(shù)差的定義及計(jì)算。45、突變多模光纖的時(shí)間延遲。46、歸一化頻率的表達(dá)式。47、單模條件和截止波長。48、光纖的傳輸特性49、三種色散的定義。510、光纖損耗產(chǎn)生的機(jī)理。51、光纖通信中常用的半導(dǎo)體激光器的種類。52、半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)和主要特性53、DBF與FP腔激光器具優(yōu)勢64、把握自動(dòng)功率控制和溫度控制必要性65、理解半導(dǎo)體激光產(chǎn)生激光的機(jī)理和過程。66、PIN與APD的結(jié)構(gòu)和特性差異77、靜態(tài)單縱模激光器。78、LD與LED的主要區(qū)別（課件只是兩點(diǎn)，可看課后小結(jié)）79、常用光電檢測器的種類。710、光電二極管的工作原理。711、雪崩二極管是利用什么原理使檢測靈敏度大大提高？712\\在增益區(qū)的光子要實(shí)現(xiàn)光放大，其能量必需具備什么條件?711、耦合器的功能。712、波分復(fù)用器/解復(fù)用器713、光接收機(jī)的組成及每部分的作用814、描述接收機(jī)的性能指標(biāo)（噪聲）8誤碼率（ＢＥＲ）9靈敏度9動(dòng)態(tài)范圍91、數(shù)字光纖通信系統(tǒng)中常用的碼型種類。91.PDH和SDH的區(qū)別92.SDH的幀結(jié)構(gòu)93.SDH傳輸網(wǎng)的主要組成設(shè)備。104.EDFA摻鉺光纖放大器優(yōu)點(diǎn)：101、光放大器的種類102、摻鉺光纖放大器的工作原理103、摻鉺光纖放大器的構(gòu)成方框圖104、什么是WDM波分復(fù)用？11

1

2

第一章

1.什么是光纖通信？

光纖通信，是指利用光纖來傳輸光波信號(hào)的一種通信方式

2.光纖通信和電通信的區(qū)別。

（1）電通信的載波是電波，光纖通信的載波是光波。

（2）電通信用電纜傳輸信號(hào)，光通信用光纖傳輸信號(hào)。光纜具有比電纜更小的高頻率傳輸損耗

3.光纖通信與電通信相比具有的優(yōu)勢（1）容許頻帶很寬，傳輸容量很大

（2）損耗很小，中繼距離長且誤碼率很小（3）重量輕、體積小（4）抗電磁干擾性能好（5）泄露小，保密性好

（6）儉約金屬材料，有利于資源合理使用4.光纖的結(jié)構(gòu)和類型

結(jié)構(gòu)：光纖是由中心的纖芯和外圍的包層同軸組成的圓柱形細(xì)絲。纖芯的折射率比包層略高，損耗更低，光能主要在纖芯內(nèi)傳輸。包層為光的傳輸提供反射面和光隔離，并起機(jī)械保護(hù)作用。光能在光纖中的傳輸條件為n1>n2，纖芯和包層的相對(duì)折射率差典型值??(n1?n2)/n1，一般單模光纖為0.3%-0.6%，多模光纖為1%-2%。?越大，把能量束縛在纖芯的能力越強(qiáng)，但信息傳輸量卻越小。

類型：突變型多模光纖SIF：纖芯折射率為n1到包層突變?yōu)閚2，又稱為階躍折射率型光纖，一般纖芯直徑2a=50-80um，光纖以折線形沿纖芯中心軸線方向傳播，忒電視信號(hào)畸變大。

漸變型多模光纖GIF：在纖芯中折射率最大為n1，沿徑向r向外圍逐漸變小，直到包層變?yōu)閚2.一般直徑2a=50um，光線以正弦形式沿纖芯中心軸向方向傳播，特點(diǎn)是信號(hào)畸變小。

單模光纖ＳＭＦ：折射率分布和突變型光纖相像，纖芯直徑8-10um。光線以直線形式沿纖芯中心軸線方向傳播，信號(hào)畸變小。

朝單模發(fā)展的原因：單模光纖的色散小，信號(hào)畸變小，傳輸中繼距離長，性能優(yōu)于多模光纖，

2

3

5.基本光纖通信系統(tǒng)的組成和各部分作用。

基本光纖傳輸系統(tǒng)由光發(fā)射機(jī)、光纖線路和光接收機(jī)三個(gè)部分組成1.光發(fā)射機(jī)功能：是把輸入電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并用耦合技術(shù)把光信號(hào)最大限度地注入光纖線路。核心：光源。要求光源輸出光功率足夠大，調(diào)制頻率足夠高，譜線寬度和光束發(fā)散角盡可能小，輸出功率和波長穩(wěn)定，器件壽命長。

2.光纖線路功能：把來自光發(fā)射機(jī)的光信號(hào)，以盡可能小的畸變(失真)和衰減傳輸?shù)焦饨邮諜C(jī)。光纖線路由光纖、光纖接頭和光纖連接器組成。光纖線路的性能主要由纜內(nèi)光纖的傳輸特性決定。

3.光接收機(jī)功能：把從光纖線路輸出、產(chǎn)生畸變和衰減的微弱光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并經(jīng)放大和處理后恢復(fù)成發(fā)射前的電信號(hào)。核心：光檢測器。對(duì)光檢測器的要求是響應(yīng)度高、噪聲低和響應(yīng)速度快。光接收機(jī)把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的過程，是通過光檢測器的檢測實(shí)現(xiàn)的。檢測方式有直接檢測和外差檢測兩種。6.光纖導(dǎo)光原理及傳光能力

幾何光學(xué)與波動(dòng)理論光在光纖中傳播主要是依據(jù)全反射原理。光的波長必需在一定范圍內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)傳輸。根據(jù)傳輸方式不同光纖分為多模光纖及單模光纖。

NA表示光纖接收和傳輸光的能力，NA越大，光纖接受光的能力越強(qiáng)，從光源到光纖的耦合效率越高。其次章

1、光能量在光纖中傳輸?shù)谋匾獥l件。

設(shè)折射率，纖芯為n1；包層為n2,則光能量在光纖中傳輸?shù)谋匾獥l件是n1>n2。

2、突變多模光纖數(shù)值孔徑的概念及計(jì)算。1.突變型多模光纖(全反射導(dǎo)光)

(1)相對(duì)折射率指數(shù)差（纖芯和包層折射率分別為n1和n2）

n?n??1222n122?(n1?n2)(n1?n2)2n12定義：

弱導(dǎo)波光纖中n1和n2相差很少，則n1+n2=2n1定義臨界角θc的正弦為數(shù)值孔徑。根據(jù)定義和斯奈爾定律

有：

??(n1?n2)/n122

設(shè)Δ=0.01，n1=1.5，得到NA=0.21或θc=12.2°。

3

NA?sin?C?n1?n2?n12?4

NA表示光纖接收和傳輸光的能力。

1）NA越大，纖芯對(duì)光能量的束縛越強(qiáng)，光纖抗彎曲性能越好。2）NA越大經(jīng)光纖傳輸后產(chǎn)生的信號(hào)畸變越大3、弱導(dǎo)波光纖的概念。

纖芯折射率為n1保持不變，到包層突然變?yōu)閚2。這種光纖一般纖芯直徑2a=50~80μm，光線以折線形狀沿纖芯中心軸線方向傳播，特點(diǎn)是信號(hào)畸變大。帶寬只有10~20MHz·km，一般用于小容量（8Mb/s以下）短距離（幾km以內(nèi)）系統(tǒng)。4、相對(duì)折射率指數(shù)差的定義及計(jì)算。參考2

5、突變多模光纖的時(shí)間延遲。

入射角為θ的光線在長度為L(ox)的光纖中傳輸，所經(jīng)歷的路程為l(oy)，在θ不大的條件下，其傳播時(shí)間即時(shí)間延遲為

n1ln1Ln1L?12???sec?1?(1?)ccc2

式中c為真空中的光速。由式(2.4)得到最大入射角(θ=θc)和最小入射角(θ=0)的光線之間時(shí)間延遲差近似為

L2Ln1L2????c?(NA)??2n1c2n1cc

6、歸一化頻率的表達(dá)式。

2a?V=??7、單模條件和截止波長。

2a?22n12?n2?2.4052a?n12?n2?2.405?單模傳輸條件為V=C?

可以看到，對(duì)于給定的光纖(n1、n2和a確定)，存在一個(gè)臨界波長λc，當(dāng)λλc時(shí)，是單模傳輸，這個(gè)臨界波長λc稱為截止波長。由此得到

n?n2122?2.4052a?2n12?n2?2.405?CV?V?2.405或?c??2.405

8、光纖的傳輸特性

色散和損耗；損耗限制傳輸距離，色散限制傳輸容量損耗包括吸收損耗（本征吸收，雜志吸收，原子缺陷吸收）散射損耗：主要由材料微觀密度不均與引起的瑞利散射和有光纖結(jié)構(gòu)缺陷引起的散射

4

5

9、三種色散的定義。

色散是在光纖傳輸?shù)墓庑盘?hào)，由于不同成分的光的傳播時(shí)間不同而產(chǎn)生的一種物理效應(yīng)，一般包括模式色散、材料色散、波導(dǎo)色散。模式色散是由于不同模式的時(shí)間延遲不同而產(chǎn)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(guān)。材料色散是由于光纖的折射率隨波長而改變，以及模式內(nèi)部不同波長成分的光(實(shí)際光源不是純單色光)，其時(shí)間延遲不同而產(chǎn)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(dǎo)色散是由于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)與波長有關(guān)而產(chǎn)生的，它取決于波導(dǎo)尺寸和纖芯與包層的相對(duì)折射率差。從頻域上看色散限制了傳輸信號(hào)的帶寬，從時(shí)域上看色散引起信號(hào)的脈沖展寬。

10、光纖損耗產(chǎn)生的機(jī)理。

光纖的損耗在很大程度上決定了系統(tǒng)的傳輸距離。各種機(jī)理產(chǎn)生的損耗與波長的關(guān)系，這些機(jī)理包括吸收損耗和散射損耗兩部分。（1）吸收損耗

1）SiO2引起的固有吸收（本征損耗）由電子躍遷引起的紫外吸收；由分子振動(dòng)引起的紅外吸收2）雜質(zhì)引起的吸收。過渡金屬(例如Fe2+、Co2+、Cu2+)、氫氧根(OH-)離子

（2）散射損耗

1）瑞利散射（本征損耗）主要由材料微觀密度不均勻引起，與波長λ四次方成反比。

2）由光纖結(jié)構(gòu)缺陷(如氣泡)引起的散射第三章

1、光纖通信中常用的半導(dǎo)體激光器的種類。

半導(dǎo)體激光二極管（LD）發(fā)光二極管（LED）DFB2、半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)和主要特性

半導(dǎo)體激光器是向半導(dǎo)體pn結(jié)注入電流，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，產(chǎn)生受激輻射，再利用諧振腔的正反饋，實(shí)現(xiàn)光放大而產(chǎn)生激光振蕩的。半導(dǎo)體激光器的基本結(jié)構(gòu)，雙異質(zhì)結(jié)（DH）平面條形結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)由三種不同類型半導(dǎo)體材料構(gòu)成，中間為有源層，兩側(cè)為限