光纖通信-重要知識點總結(jié)

學習文檔僅供參考學習文檔僅供參考光纖通信重要知識點總結(jié)第一章統(tǒng)的傳輸容量取決于對載波調(diào)制的頻帶寬度，載波頻率越高，頻帶寬度越寬。SiO2內(nèi)獲得很小的損耗。光纖通信系統(tǒng)的基本組成光發(fā)送機一般由驅(qū)動，如果是直接強度調(diào)制，可以省去調(diào)制器。光接收機的作用是將光纖送來的光信號復原成原始的電信號。它一般由光電檢測器和解調(diào)器組成。光纖的作用是為光信號的傳送提供傳送媒介，將光信號由一處送到另一處。中繼器分為電中繼器和光中繼器〔光放大脈沖頻率調(diào)制或脈沖寬度調(diào)制信號，最后把這種已調(diào)信號輸入光發(fā)射機。還可以采用頻分復用技術(shù)，用來自不同信息源的視頻模擬基帶信號〔或數(shù)字基帶信號〕分別調(diào)制指定的不同頻率的射頻電波，然后把多個這種帶有信息的RF信號組合成多路寬帶信號，最后輸入光發(fā)射機，由光載波進行傳輸。在這個過程中，受調(diào)制的RF電波稱為副載波，這種采用頻分復用的多路電視傳輸技術(shù)，稱為副載波復用技術(shù)。目前大都采用強度調(diào)制與直接檢波方式。又因為目前的光源器件與光接收器件的非線性比較嚴重，所以對光器件的線性度要求比較低的數(shù)字光纖通信在光纖通信中占據(jù)主要位置。數(shù)字光纖通信系統(tǒng)基本上由光發(fā)送機、光纖與光接收機組成。發(fā)送端的電端機把信息進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，用轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號去調(diào)制發(fā)送機中的光源器件LD，則LD就會發(fā)出攜帶信息的光波，即當數(shù)字信號為“1”時，光源“0”時，光源器件發(fā)送一個“空號”。光波經(jīng)低衰耗光纖傳輸光纖通信的優(yōu)點:110002,5量輕、便于施工維護6器件壽命長。直接調(diào)制是用電信號直接調(diào)制半導體激光器或發(fā)光二極系統(tǒng)中使用。光纖線路:光纖線路的功能是把來自光發(fā)射機的光信號，以盡可能小的畸變〔失真〕和衰減傳輸?shù)叫詤?shù)都盡可能地小，而且有足夠好的機械特性和環(huán)境特性。石英光纖在近紅外波段，其損耗隨波長的增大而減小，在、和有3個損耗很小的波長窗口。在這2dB/km、和。光接收機:功能是把從光纖線路輸出、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PN結(jié)中加入本征層的PIN光敏二極管和雪崩光敏二極管。定、相位和偏振方向可控制，以及譜線寬度很窄的單模激光源，優(yōu)點是有很高的接收靈敏度。速率、光發(fā)射機的參數(shù)和光纖線路的色散的影響，還與系統(tǒng)要求的誤碼率或信噪比有密切關系。234經(jīng)費和維護經(jīng)費低。:1800nm1000nm1550nm2.捕獲、瞄準、跟蹤技術(shù)3高，特別是對波長的穩(wěn)定性和譜線寬度要求較高光接收端機探測器上接收到的最小功率Prmin第二章電轉(zhuǎn)換，:123壽命長4溫度穩(wěn)定性好5光譜寬度窄,由于光纖有色散特性，使較高速率信號的傳輸距離受到一定限制。假設678輕LDLED遠場發(fā)散角30°左右的立體角內(nèi)，因而有相當一部分光功率不能耦合進光纖，這一部分喪失的光功率就是“入纖損耗”的主LDLEDLD的輸出功率大，入纖耦合效率高，但穩(wěn)定性較差；而LED的輸出功率小，耦合損耗也較大，但穩(wěn)定性好，壽命幾乎不成問題，價格也較LD廉價。一般長途干線使用LDLED。半導體光源:半導件激光器是向半導體PNk為玻耳茲曼常數(shù).電子在原子核外的躍遷有三種基本0 0方式：自發(fā)輻射、受激輻射和受激吸收.受激輻射是受激吸收的逆過程。電子在E和E兩個能級之間躍遷，1 2吸收的光子能量或輻射的光子能量都要滿足玻爾條件，即E-E=hf2 1 12h為普朗克常數(shù)，×10-34J·s；f為吸收或輻射的光子頻率。12粒子反轉(zhuǎn)分布:產(chǎn)生受激輻射和產(chǎn)生受激吸收的物質(zhì)是不同的。設在單位物質(zhì)中，處于低能級和處于高能級的粒子數(shù)分別為N和N。當系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)時，存在分布 k為玻爾茲曼常數(shù)，1 2 0k×10-23J/K；T為熱力學溫度。由于〔E-E〕>0，T>0，總有N>N。這是因為電子總是首先占據(jù)低能量的軌0 2 1 1 2道。受激吸收和受激輻射的速率分別比例于N和N且比例系數(shù)相等。如果N>N，即受激吸收大于受激輻射。1 2 1 2當光通過這種物質(zhì)時，光強按指數(shù)衰減，這種物質(zhì)稱為吸收物質(zhì)。通常情況下，粒子具有正常能級分布，總是低能級上的粒子數(shù)比高能級上的粒子數(shù)多。所以光的受激吸收比受激輻射強，因此光總是受到衰減。要想獲得光的放大，必須使受激輻射強于受激吸收。也就是說，使N>N，2 1當光通過這種物質(zhì)時，會產(chǎn)生放大作用，這種物質(zhì)稱為激活物質(zhì)。N>N的分布和正常狀態(tài)〔N>N〕的分布2 1 2 1相反，所以稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的物質(zhì)稱為激活物質(zhì)或增益物質(zhì)。要想得到粒子數(shù)反去，這個過程叫泵浦。13ηη=P/Ps.PFF為耦合入光纖的光功率；Ps為光源發(fā)射的光功率。η的大小取決于光源和光纖的類型，LED和單模光纖的耦合效率較低，LD和單模光纖的耦合效率更低。影響光源與光纖耦合效率的主要因素是光源的發(fā)散角和光纖的數(shù)值孔徑NA。發(fā)散角越大，耦合效率響耦合效率。14。直接耦合就是將光纖端面直接2%～4%。半導體激光器的光束發(fā)散角比面發(fā)光二極管小得多，與光纖的耦10％。條件.閾值條件;設增益介質(zhì)單位長度的小信號增益系數(shù)為G0，損耗系數(shù)為αi，兩個反射鏡M1、M2反射系數(shù)分別為r1和r2。由于增益介質(zhì)的放大作用，腔內(nèi)光功率隨距離的變化可表示為z=0處的光功率。光束在腔內(nèi)經(jīng)歷一個來回后，兩次通過增益介質(zhì)，此時的光功率為要想產(chǎn)生振蕩，必須滿足P〔2L〕≥P〔0〕

P〔0〕為因此: .α稱為光學諧振腔的平均損耗系數(shù)，它包括增益介質(zhì)的本身損耗和通過數(shù)G也減小，直至G=α，激光器維持一個穩(wěn)定的振蕩，并輸出穩(wěn)定的光功率。相位條件要產(chǎn)生激光振蕩，0 0學習文檔僅供參考假設要在腔中形成諧振，疊加的波必須是相互加強的，即要求它們之間的相位差必須是2π的整數(shù)倍，也就是往返一次的路徑長度是波長的整數(shù)倍，以形成正反饋。這可寫成2L=qλ式中，表示縱模的模數(shù)；λ諧振腔內(nèi)的光波波長。光學諧振腔的折射率為n，則輸出的激光波長是諧振腔內(nèi)波長的n倍。輸出激光波長為λ=2nL/q,λ。〕必須有激光工作物質(zhì)，可在需要的光波范圍內(nèi)輻射光〕必須有光學諧振腔進行頻率選擇及產(chǎn)生光反饋。半導體發(fā)光器件所采用的半導體材料，根據(jù)不同的組合，其發(fā)光波長從可見光到紅外光區(qū)域。E＝hfλ=C/fλ=hc/Eg，其g中c為光速(c＝×108m/s)。光子能量E和波長λ之間的變換關系為E(eV)＝1.2398/λ(μm)性:1.P-I特性:當激光器注入電流增加時，受激發(fā)射量增加，一旦超過P-N結(jié)中光的吸收損耗，激光器就開始振蕩，于是光輸出功率急劇增大。使激光器發(fā)生振蕩時的電流稱為閾值電流Ithηd激光器輸出光子數(shù)的增量與注入電子數(shù)的增量之比，定義為微分量子效率,DFB激光器采用雙異質(zhì)掩埋條形結(jié)構(gòu)。不同之處是它用布拉格光柵取代傳統(tǒng)的F-P(MQW發(fā)光二極管:LEDLD發(fā)射的是受激輻射光，LEDLED的結(jié)構(gòu)和LDDHP型和NLED另一類是側(cè)面發(fā)光型LED，和正面發(fā)光型LED相比，側(cè)面發(fā)光型LED驅(qū)動電流較大，輸出光功率較小，但由于光束輻射角較小，與光纖的耦合效率較高，因而入纖光功率比正面發(fā)光型LED和激光器相比，重要作用。:1P-I特性當注入電流較小時，發(fā)光二極管的輸出.23.4.調(diào)制特性.LED第三章：使大部分的光被束縛在纖芯中傳輸。光纖是一種纖芯折射率比包層折射率高的同軸圓柱形電介質(zhì)波導，它由2a2b〕與涂敷層三大部分組成中因其機械強度較好，所以較前兩種更具優(yōu)越性?！畴A躍光纖的折射率分布特點是纖芯的折射率均勻為nn1 2折射率有一個不連續(xù)的階躍性突變。漸變光纖的纖芯折射率是半徑r的函數(shù)，記為nn；而在纖芯的橫截面內(nèi)沿徑1向折射率逐漸減小，形成一個連續(xù)漸變的梯度或坡度，像一個拋物線，最后到達包層的折射率n。在纖芯到2學習文檔僅供參考分界面之間，折射率是漸變的，而不像階躍光纖在分界面處突變。n為光纖軸心處的折射率；n為包層區(qū)1 2域折射率；a1為纖芯半徑；Δ=〔n-n1 2

〕/n1

稱為相對折射率差。至于漸變光纖的剖面折射率為何做如此分布，其主要原因是為了降低多模光纖的模式色散，增加光纖的傳輸容量。光纖，而只能傳輸一種模式〔基?！车墓饫w叫單模光纖。多模光纖的纖芯較粗，可以很容易將光功率注入到光纖，并且較容易將相同的光纖連接在一起，同時可以使用制造工藝簡單、價格低廉、不需要外圍電路和長壽命的LED作為光源。其缺點是存在較嚴重的模式色散，使其傳輸速率低、距離短，整體的傳輸性能差。但成本低，一般用于建筑物內(nèi)或地理位置相鄰的環(huán)境中；單模光纖的纖芯相應較細，傳輸頻帶寬、容量大、傳輸距離長，但需LDN=V2/4，其中V為歸一化頻率。如當V=38300因此多模光纖僅適用于較小容量的光纖通信。大容量的光纖通信?！饫w按套塑類型分類，可分為緊套光纖與松套光纖。NA：從空氣中入射到光纖纖芯端面上的光線被光纖捕獲成為束縛光線的最大入射角θmax

為臨界光錐的半角稱為光纖的數(shù)值孔徑，記為NA。它與纖芯和包層的折射率分布有關，而與光纖的直徑無關。對于階躍光纖，NA為 ，Δ=n-n〕/n是光纖纖芯和包層的相對折射率差。1 2 1NA表示光纖接收和傳輸光的能力，NA〔或θ〕越大，光纖接收光的能力越強，從光源到光纖的耦合效率越高。c對于無損耗光纖，在θ內(nèi)的入射光都能在光纖中傳輸。NA越大，纖芯對光能量的束縛越強，光纖抗彎曲性能c越好。但NA越大，經(jīng)光纖傳輸后產(chǎn)生的信號畸變越大，限制了信息傳輸容量，所以要根據(jù)實際使用場合，選擇適當?shù)腘A。歸一化變量：為了描述光纖中傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)目，在此引入一個非常重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)，即光纖的歸一化頻率，一般用V表示，其表達式如下 a為纖芯半徑，傳輸模式數(shù)目隨V值的增加而增多。V值減小時，不斷發(fā)生模式截止，模式數(shù)目逐漸減少。特別值得注意的是，當時，只有HE〔LP〕一個模式11 01存在，其余模式全部截止。HE稱為基模，由兩個偏振態(tài)簡并而成。由此得到單模傳輸條件為11nnaλ

時，是多模傳輸，1 2 c c當λ>λc

時，是單模傳輸，這個臨界波長λ稱為截止波長。c光纖傳輸?shù)幕咎匦裕汗庑盘柦?jīng)光纖傳輸后會產(chǎn)生損耗和畸變〔失真輸容量。2.3.彎曲損耗：分彎曲或宏彎和微彎的分貝數(shù)，一般用α表示損耗系數(shù)，單位是dB/km。dP/dz=-αP光纖色散：色散是在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?，由于不同成分的光的時間延遲不同而產(chǎn)生的一種物理學習文檔僅供參考學習文檔僅供參考學習文檔僅供參考散、材料色散和波導色散。并和光纖材料折射率的波長特性有關。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〕等有關。光的非線性：非線性現(xiàn)象本質(zhì)上是在非線性介質(zhì)中傳輸?shù)墓鈭鲞M行能量和動量交換的過程。SPMXPMFWM非線性受激散射可分為布里淵散射和拉曼散射兩種形式。四波混頻效應：當有三個不同波長的光波同時注入光纖時，由于三者的相互作用，產(chǎn)生了一個新的波長或頻率，即第四個波，新波長的頻率是由入射波長組合產(chǎn)生的新頻率。四波混頻效應能夠?qū)⒃瓉砀鱾€波長信號的光功率轉(zhuǎn)移到新產(chǎn)生的波長上，從而對傳輸系統(tǒng)性能造成破壞。在波分復用系統(tǒng)中，混合產(chǎn)生的新波長會與其他信號信道的波長完全一樣，嚴重破壞信號的眼圖并產(chǎn)生誤碼。四波混頻效應的效率與波長失配、波長間隔、注入光波長的強度、光纖的色散、光纖折射率、光纖的長度等有關。色散在四波混頻效應中15.光導纖維是一種傳輸光束的細微而柔韌的媒質(zhì)。光導纖維電纜由一捆光纖組成，簡稱為光纜。光纜是數(shù)據(jù)傳輸中最有效的一種傳輸介質(zhì)，它的和光纖的優(yōu)點類似，主要有1頻帶較寬。234:1按敷設方式分類：有架空23物內(nèi)用光纜。光纖的特性參數(shù)可分為幾何特性、光學特性和傳輸特性三類。幾何特性包括纖芯與包層的直徑、偏心度和不圓度；光學特性主要有折射率分布、數(shù)值孔徑、模場直徑和截止波長；傳輸特性主要有損耗、帶好的方法，其缺點是要截斷光纖。背向散射法測量。光纖色散與寬帶的測量：時域方法測量脈沖寬度；頻域法測量光纖寬度第四章：有源器件功能是實現(xiàn)信號的電—光轉(zhuǎn)換；光檢測器位于光接收機內(nèi)，主要功能是實現(xiàn)信號的光—電轉(zhuǎn)換；光放大器主要是對光信號直接進行放大，無需通過光—電—光轉(zhuǎn)換過程，解決長距離傳輸時光功率不足的問題。在很強反向電場作用下，電子以極快的速度通過PN結(jié)。在行進途中碰撞半導體晶格上的原子離化而雪崩”現(xiàn)象。產(chǎn)生的熱噪聲。并把倍增因子定義為APD輸出光電流I0Ipg=Io/IpOFA〕兩種類型。半導體光放大OFA.光放大器的增益放大器的帶寬增益飽和與飽和輸出功率2噪聲來源和噪聲系數(shù)摻鉺光纖的激光特性：主要由摻鉺元素決定；摻鉺光纖發(fā)大器可以對1550nm光進行發(fā)大。摻鉺光纖放大器的泵浦方式：同向泵浦、反向泵浦和雙向泵浦。同向泵浦的優(yōu)點是構(gòu)成簡單、噪聲性能較好。反向(EDFA)放大器的應用：中繼放大器，前置放大器，后置放大器。SOASOA是利用半導體激活介質(zhì)能夠給通過的光提供增益的機理，使光信號SOASOAFPTWSOA優(yōu)點：①1310nm1550nm②SOA③SOASOARFA的放大范圍更寬，噪聲指數(shù)更低，是實現(xiàn)高速率、大容量、長距離光纖傳輸?shù)年P鍵器件之一。原理是基于石英光纖中的非線性效應—SRS。RFA有兩種類型：一集總式拉曼光纖放大器，分布式拉曼光纖放大器。拉曼光纖放大器主要由增益介質(zhì)光纖、泵浦源及一系列輔助功能電路等構(gòu)成第五章〔固定〕連接，主要用于光纖線路的構(gòu)成。光纖連接器件是一種無源器件。2345沒有發(fā)生變化，變化的只是信號的光功率，即同一波長。常用耦合器的類型1T形耦合器2星形耦合器34LtLe是由散射、吸收和器件缺陷產(chǎn)生的損耗，耦合比CR是指某一輸出端口光功率PocPot光隔離器就是一種非互易器件，耦合器是互易器件。光隔離器主要用在激光器或光放大器的后面，以防止反射光返回。原理：光隔離器主要利用磁光晶體的法拉第效應。光隔離器主要由兩個偏振器和一個法拉第旋轉(zhuǎn)器組成。假定存在某種反射，反射光的偏振態(tài)也在45°方向上，當反射光通過法拉第旋轉(zhuǎn)器時再繼續(xù)旋轉(zhuǎn)45°，此時就變成了水平偏振光。水平偏振光不能通過左面偏振器〔第一個偏振器〔就是載波〕上的過程就是調(diào)制。光調(diào)制器就是實現(xiàn)從電信號到光信號的轉(zhuǎn)換的器件。光開關是一種光路控/12微MEM3.噴墨氣泡式光開關。光濾波器在WDM的出現(xiàn)與多媒體業(yè)務的迅猛發(fā)展對帶DWDM〕通過對波長進行復用，實現(xiàn)：用接收器接受光信號，將它變換到電域，然后用處理后的電信號調(diào)制激光器產(chǎn)生相應的輸出波長。SOAXGMXPM頻〔FWM〕等。2%～4%10％第六章1.在光纖通信系統(tǒng)中，從電端機輸出的是適合于電纜傳輸?shù)碾p極性碼。目前常用的雙極性碼有HDB3CMIHDB3CMINRZ3次群和4次群PDH光纖通信系統(tǒng)最常用的線路碼型是5B6B碼制。模擬基帶直