光纖通信復(fù)習(xí)(第一章至第五章)

光纖通信復(fù)習(xí)（第一章至第五章）第一章光纖由纖芯、包層和涂覆層構(gòu)成。按照截面上折射率分布的不同分:階躍折射率分布光纖(簡稱階躍光纖)和漸變折射率分布光纖(簡稱漸變光纖)。在漸變折射率光纖中，由于纖芯的折射率不均勻，光射線的軌跡不再是直線而是曲線。根據(jù)傳導(dǎo)模式數(shù)量的不同，光纖可以分為單模光纖和多模光纖兩類。按光纖構(gòu)成的原材料分類:石英系光纖、多組分玻璃光纖、塑料包層光纖、全塑光纖目前光纖通信中主要使用石英系光纖纖芯和包層主要成分：SiO2纖芯的摻雜劑：GeO2，P2O5包層主要摻雜劑：B2O3，F(xiàn)涂覆層材料：丙烯酸酯、硅橡膠、尼龍或它們的復(fù)合；作用增加光纖的機(jī)械強(qiáng)度與可彎曲性按光纖的套塑層分類：緊套光纖、松套光纖光纖通信中所用的光纖的一般小于1%，所以相對折射率差可近似表示為可以定義光纖的數(shù)值孔徑為n2數(shù)值孔徑表征了光纖的集光能力。由此看出1，n1，n2差別越大，即越大，光纖收集射線的能力越強(qiáng)。但NA越大，經(jīng)光纖傳輸后產(chǎn)生的信號畸變越大，因而限制了信息傳輸容量。通信用光纖的數(shù)值孔徑是較小的。光纖的損耗譜：三類損耗相加就可以得到總的損耗，它是一條隨波長而變化的曲線，稱做光纖的損耗特性曲線——損耗譜（或衰減譜）sinmaxn2n212NA（n1n）2光纖通信復(fù)習(xí)（第一章至第五章）第一章光纖由纖芯、包層和涂覆層構(gòu)成。按照截面上折射率分布的不同分:階躍折射率分布光纖(簡稱階躍光纖)和漸變折射率分布光纖(簡稱漸變光纖)。在漸變折射率光纖中，由于纖芯的折射率不均勻，光射線的軌跡不再是直線而是曲線。根據(jù)傳導(dǎo)模式數(shù)量的不同，光纖可以分為單模光纖和多模光纖兩類。按光纖構(gòu)成的原材料分類:石英系光纖、多組分玻璃光纖、塑料包層光纖、全塑光纖目前光纖通信中主要使用石英系光纖纖芯和包層主要成分：SiO2纖芯的摻雜劑：GeO2，P2O5包層主要摻雜劑：B2O3，F(xiàn)涂覆層材料：丙烯酸酯、硅橡膠、尼龍或它們的復(fù)合；作用增加光纖的機(jī)械強(qiáng)度與可彎曲性按光纖的套塑層分類：緊套光纖、松套光纖光纖通信中所用的光纖的一般小于1%，所以相對折射率差可近似表示為可以定義光纖的數(shù)值孔徑為n2數(shù)值孔徑表征了光纖的集光能力。由此看出1，n1，n2差別越大，即越大，光纖收集射線的能力越強(qiáng)。但NA越大，經(jīng)光纖傳輸后產(chǎn)生的信號畸變越大，因而限制了信息傳輸容量。通信用光纖的數(shù)值孔徑是較小的。光纖的損耗譜：三類損耗相加就可以得到總的損耗，它是一條隨波長而變化的曲線，稱做光纖的損耗特性曲線——損耗譜（或衰減譜）sinmaxn2n212NA（n1n）2n1（n1n）2n22n21n22n21A()()241cc1、光纖損耗譜形象地描繪了衰減系數(shù)與波長的關(guān)系。2、從光纖損耗譜可以看出，衰減系數(shù)隨波長增大呈降低趨勢，損耗的峰值主要與OH–離子有關(guān)。3、波長大于1600nm時，損耗增大，原因是由于石英玻璃的吸收損耗和微（或宏）觀彎曲損耗引起。4、圖中可以看到光纖通信所使用的三個低損耗―窗口‖，分別是850um波段、1310nm波段、1550nm波段。色散類型：模式色散、材料色散、波導(dǎo)色散光纖的帶寬B為光脈沖為高斯形時，單位長度光纖的基帶3dB帶寬；是光脈沖傳輸1km的時延差，單位是ns/km歸一化頻率與模式數(shù)目：（歸一化頻率V、模數(shù)量M=V2/2、V2）光纜的基本結(jié)構(gòu)：1—加強(qiáng)件；2—纜芯；3—外護(hù)層單模光纖的分類：非色散位移單模光纖(G.652光纖)色散位移單模光纖(G.653光纖)截止波長位移單模光纖(G.654光纖)1、光纖損耗譜形象地描繪了衰減系數(shù)與波長的關(guān)系。2、從光纖損耗譜可以看出，衰減系數(shù)隨波長增大呈降低趨勢，損耗的峰值主要與OH–離子有關(guān)。3、波長大于1600nm時，損耗增大，原因是由于石英玻璃的吸收損耗和微（或宏）觀彎曲損耗引起。4、圖中可以看到光纖通信所使用的三個低損耗―窗口‖，分別是850um波段、1310nm波段、1550nm波段。色散類型：模式色散、材料色散、波導(dǎo)色散光纖的帶寬B為光脈沖為高斯形時，單位長度光纖的基帶3dB帶寬；是光脈沖傳輸1km的時延差，單位是ns/km歸一化頻率與模式數(shù)目：（歸一化頻率V、模數(shù)量M=V2/2、V2）光纜的基本結(jié)構(gòu)：1—加強(qiáng)件；2—纜芯；3—外護(hù)層單模光纖的分類：非色散位移單模光纖(G.652光纖)色散位移單模光纖(G.653光纖)截止波長位移單模光纖(G.654光纖)非零色散位移單模光纖(G.655光纖)441(MHzkm)Bn22n212aVn2n2ka22120第二章：當(dāng)前主要通信光源：半導(dǎo)體激光器（LD）、發(fā)光二極管（LED）。發(fā)光二極管是非相干光源，它基本工作原理是（自發(fā)）輻射。半導(dǎo)體激光器是一種（PN結(jié)）構(gòu)成的二極管結(jié)構(gòu),工作原理是（受激）輻射對于光子能量滿足的光子有光放大作用，這個區(qū)域被稱為有源區(qū)，半導(dǎo)體激光器的光激射就發(fā)生在這個區(qū)域有源區(qū)是實(shí)現(xiàn)（粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布）、（光增益）的區(qū)域半導(dǎo)體激光器的復(fù)合發(fā)光區(qū)域是有源區(qū)。有源區(qū)通常由一個或多個垂直方向的PN結(jié)構(gòu)成。激射的一般條件：1.有源區(qū)里產(chǎn)生足夠的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布2.存在光學(xué)諧振機(jī)制，并在有源區(qū)里建立起穩(wěn)定的激光振蕩典型的激光器P-I曲線利用第二章：當(dāng)前主要通信光源：半導(dǎo)體激光器（LD）、發(fā)光二極管（LED）。發(fā)光二極管是非相干光源，它基本工作原理是（自發(fā)）輻射。半導(dǎo)體激光器是一種（PN結(jié)）構(gòu)成的二極管結(jié)構(gòu),工作原理是（受激）輻射對于光子能量滿足的光子有光放大作用，這個區(qū)域被稱為有源區(qū)，半導(dǎo)體激光器的光激射就發(fā)生在這個區(qū)域有源區(qū)是實(shí)現(xiàn)（粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布）、（光增益）的區(qū)域半導(dǎo)體激光器的復(fù)合發(fā)光區(qū)域是有源區(qū)。有源區(qū)通常由一個或多個垂直方向的PN結(jié)構(gòu)成。激射的一般條件：1.有源區(qū)里產(chǎn)生足夠的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布2.存在光學(xué)諧振機(jī)制，并在有源區(qū)里建立起穩(wěn)定的激光振蕩典型的激光器P-I曲線利用P-I曲線求解Ith的三種做法（雙斜率法）、（反向延長法）、（二階求導(dǎo)法）LD的溫度特性，外微分量子效率隨溫度的升高而下降其次，閾值電流隨溫度的升高而加大閾值電流與溫度的關(guān)系可以表示為IthIexp(TT0/)0式中，Ith代表結(jié)溫為T時的閾值電流；T是結(jié)區(qū)的絕對溫度；I0是常數(shù)；T0是激光器的特征溫度，它在一定溫度區(qū)間為常數(shù)對于線性度良好的激光器，輸出光功率可以表示為發(fā)光二極管常采用雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)，按輸光位置不同可分為邊發(fā)射型和面發(fā)射型光源的調(diào)制原理光調(diào)制光纖信道光解調(diào)光源的兩種調(diào)制方式:直接調(diào)制和間接調(diào)制。光電瞬態(tài)響應(yīng)波形電光延遲?原因：激光輸出與注入電脈沖之間存在一個時間延遲，一般為納秒量級。?降低方法：預(yù)偏置在Ith附近。如圖，從階躍響應(yīng)的瞬態(tài)分析入手，對式中，Ith代表結(jié)溫為T時的閾值電流；T是結(jié)區(qū)的絕對溫度；I0是常數(shù)；T0是激光器的特征溫度，它在一定溫度區(qū)間為常數(shù)對于線性度良好的激光器，輸出光功率可以表示為發(fā)光二極管常采用雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)，按輸光位置不同可分為邊發(fā)射型和面發(fā)射型光源的調(diào)制原理光調(diào)制光纖信道光解調(diào)光源的兩種調(diào)制方式:直接調(diào)制和間接調(diào)制。光電瞬態(tài)響應(yīng)波形電光延遲?原因：激光輸出與注入電脈沖之間存在一個時間延遲，一般為納秒量級。?降低方法：預(yù)偏置在Ith附近。如圖，從階躍響應(yīng)的瞬態(tài)分析入手，對LD數(shù)字調(diào)制過程出現(xiàn)的電光延遲和張弛振蕩的瞬態(tài)性質(zhì)分析。DPexI)the0h(I第三章數(shù)字光接收機(jī)分為光電檢測器、前置放大器、主放大器、AGC電路、均衡器、判決再生和時鐘提取七個部分。光接收機(jī)也可以分為三部分：①光檢測器和前置放大器合起來稱為接收機(jī)前端，是光接收機(jī)的核心；②主放大器、均衡濾波器和自動增益控制組成光接收機(jī)的線性通道；③判決器、譯碼器和時鐘恢復(fù)組成光接收機(jī)的判決、再生部分。光接收機(jī)主要的性能指標(biāo)是誤碼率（BER）、靈敏度以及動態(tài)范圍。對數(shù)字光接收機(jī)而言，靈敏度是指（在保證一定誤碼率/滿足給定信噪比指標(biāo)的條件下）的條件下，光接收機(jī)所需接收的（最小功率）。光接收機(jī)的主要質(zhì)量指標(biāo)是靈敏度，影響靈敏度的主要因素是：光接收機(jī)的噪聲動態(tài)范圍是光接收機(jī)的一個重要性能指標(biāo)，其表達(dá)式為（DdB)），其數(shù)值越（大）越好。1、在保證系統(tǒng)的誤碼率指標(biāo)要求下，測得接收機(jī)的最低輸入光功率為1W，則該接收機(jī)的靈敏度為（a）。a)－30dBmb)－40dBmc)－20dBmd)－43dBm第三章數(shù)字光接收機(jī)分為光電檢測器、前置放大器、主放大器、AGC電路、均衡器、判決再生和時鐘提取七個部分。光接收機(jī)也可以分為三部分：①光檢測器和前置放大器合起來稱為接收機(jī)前端，是光接收機(jī)的核心；②主放大器、均衡濾波器和自動增益控制組成光接收機(jī)的線性通道；③判決器、譯碼器和時鐘恢復(fù)組成光接收機(jī)的判決、再生部分。光接收機(jī)主要的性能指標(biāo)是誤碼率（BER）、靈敏度以及動態(tài)范圍。對數(shù)字光接收機(jī)而言，靈敏度是指（在保證一定誤碼率/滿足給定信噪比指標(biāo)的條件下）的條件下，光接收機(jī)所需接收的（最小功率）。光接收機(jī)的主要質(zhì)量指標(biāo)是靈敏度，影響靈敏度的主要因素是：光接收機(jī)的噪聲動態(tài)范圍是光接收機(jī)的一個重要性能指標(biāo)，其表達(dá)式為（DdB)），其數(shù)值越（大）越好。1、在保證系統(tǒng)的誤碼率指標(biāo)要求下，測得接收機(jī)的最低輸入光功率為1W，則該接收機(jī)的靈敏度為（a）。a)－30dBmb)－40dBmc)－20dBmd)－43dBm。光電檢測器的兩種類型為：半導(dǎo)體光電二極管（PIN）和雪崩光電二極管（APD）PIN光電二極管作為光檢測器件時，使用簡單，但靈敏度較低。APD雪崩二極管作為光檢測器件時，使用復(fù)雜，而且靈敏度較高。光電二極管(PD)把光信號轉(zhuǎn)換為電信號的功能，是由半導(dǎo)體PN結(jié)的光電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。漂移電流分量和擴(kuò)散電流分量的總和即為光生電流。當(dāng)與P層和N層連接的電路開路時，便在兩端產(chǎn)生電動勢，這種效應(yīng)稱為光電效應(yīng)。Pmin(Pmax10lg第四章光纖傳輸系統(tǒng)OAM是指系統(tǒng)/網(wǎng)絡(luò)（運(yùn)行）、（管理）、（維護(hù)）。SDH傳送網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞幕窘Y(jié)構(gòu)有(線形)、(星形)、(樹形)、(環(huán)形)和(網(wǎng)格形)。SDH的基本速率為（155.52Mb/s），稱為同步傳輸模式基本模塊STM-1。更高的速率表示為STM-N，其速率是STM-1的（N）倍。在SDH體系傳輸速率中，模塊STM-1、STM-4和STM-16所對應(yīng)的傳輸速率分別為(155.52Mb/s)、(622.08Mb/s)和第四章光纖傳輸系統(tǒng)OAM是指系統(tǒng)/網(wǎng)絡(luò)（運(yùn)行）、（管理）、（維護(hù)）。SDH傳送網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞幕窘Y(jié)構(gòu)有(線形)、(星形)、(樹形)、(環(huán)形)和(網(wǎng)格形)。SDH的基本速率為（155.52Mb/s），稱為同步傳輸模式基本模塊STM-1。更高的速率表示為STM-N，其速率是STM-1的（N）倍。在SDH體系傳輸速率中，模塊STM-1、STM-4和STM-16所對應(yīng)的傳輸速率分別為(155.52Mb/s)、(622.08Mb/s)和(2.488Gb/s)。再生段距離的設(shè)計(jì)可以分為兩種情況：損耗受限系統(tǒng)，即再生段距離由S和R點(diǎn)之間的光通道損耗決定色散受限系統(tǒng)，即再生段距離由S和R點(diǎn)之間的光通道總色散所決定EDFA的增益通常為15～40dB。增益大小與多種因素如（光纖中的摻鉺濃度）、（泵浦光功率）、（光纖長度）、（泵浦光的波長）等因素有關(guān)聯(lián)。EDFA泵浦光源的波長為（1480nm）或（980nm），EDFA的工作波長（1550nm）。在光纖通信系統(tǒng)中，EDFA有三種基本的應(yīng)用方式，分別是分別是(功率放大器)、(放大器)和(在線放大器)。它們對發(fā)放大器性能有不同的要求，（功放）要求輸出功率大，（前放）對噪聲性能要求高，而線放須兩者兼顧。摻鉺光纖放大器EDFA的基本結(jié)構(gòu)主要由（摻鉺光纖）、（泵浦光源）、（光耦合器）和（光隔合器）等組成。泵浦光源的作用：產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。EDFA泵浦光源的典型工作波長是980nm。第五章無源器件的幾個常用性能參數(shù)：1．插入損耗(無源器件的輸入和輸出端口之間的光功率之比)IL=2．回波損耗(無源器件的輸入端口返回功率與輸入光功率之比)RL=10log(pp3．反射系數(shù)(對于給定的光譜組成、偏振和幾何分布，在器件的給定端口的反射光功率ppr與入射光功率p0之比)R=10log(p4．工作波長范圍：最小波長（min）到最大波長（max）的范圍5．偏振相關(guān)損耗（PDL）：對于所有的偏振態(tài)，由于偏振態(tài)的變化造成的插入損耗的最大變化值6．隔離度：由被阻斷的光路中輸出的光功率與輸入光功率之比IS光環(huán)行器是在光通信中應(yīng)用廣泛的微光學(xué)器件，它具有多個端口，最常用的是3端口和4端口器件。工作特點(diǎn)：光從任意端口輸入時，只能在環(huán)形器中沿單一方向傳輸，并在下一端口輸出。光環(huán)行器可以有不同的結(jié)構(gòu)，可以使用不同的器件構(gòu)成，但其最基本的原理是利用法拉第電磁旋轉(zhuǎn)效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光的單向傳輸3端口光環(huán)行器的結(jié)構(gòu)以及端口1到端口2第五章無源器件的幾個常用性能參數(shù)：1．插入損耗(無源器件的輸入和輸出端口之間的光功率之比)IL=2．回波損耗(無源器件的輸入端口返回功率與輸入光功率之比)RL=10log(pp3．反射系數(shù)(對于給定的光譜組成、偏振和幾何分布，在器件的給定端口的反射光功率ppr與入射光功率p0之比)R=10log(p4．工作波長范圍：最小波長（min）到最大波長（max）的范圍5．偏振相關(guān)損耗（PDL）：對于所有的偏振態(tài)，由于偏振態(tài)的變化造成的插入損耗的最大變化值6．隔離度：由被阻斷的光路中輸出的光功率與輸入光功率之比IS光環(huán)行器是在光通信中應(yīng)用廣泛的微光學(xué)器件，它具有多個端口，最常用的是3端口和4端口器件。工作特點(diǎn)：光從任意端口輸入時，只能在環(huán)形器中沿單一方向傳輸，并在下一端口輸出。光環(huán)行器可以有不同的結(jié)構(gòu)，可以使用不同的器件構(gòu)成，但其最基本的原理是利用法拉第電磁旋轉(zhuǎn)效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光的單向傳輸3端口光環(huán)行器的結(jié)構(gòu)以及端口1到端口2的光路圖。波分復(fù)用、解復(fù)用器件的性能參數(shù)中心波長是指各信道的中心波長;WDM中心頻率:國際標(biāo)準(zhǔn)(C波段)：基于參考頻率為193.1THz(1552.52nm)、最小間隔為100GHz(0.8nm)的頻率(波長)間隔系列。通帶特性是指波分復(fù)用器的各個信道的濾波特性，可以用?0.5dB帶寬、?3dB帶寬和?20dB帶寬來表示啁啾光纖光柵:又叫色散補(bǔ)償光纖光柵。色散補(bǔ)償器的平均色散、時延波動、反射帶寬和反射率等重要特性與光柵長度、啁啾系數(shù)、耦合系數(shù)等參量的關(guān)系。光孤子:在光纖中經(jīng)過長距離傳輸而保持形狀或波長不變的特殊光脈沖。DWDM：密集型光波復(fù)用EDFA：摻餌光纖放大器OADM：光分插復(fù)用系統(tǒng)SDH：同步數(shù)字體系SOA：面向服務(wù)架構(gòu)p1)p010log(r)0r)0p/