光纖通信和系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié)

光纖通信與系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)1.第一章

概述光纖通信系統(tǒng)的光波波譜光纖通信的波譜在1.67×1014Hz～3.75×1014Hz之間，即波長在0.8μm～1.8μm之間，屬于紅外波段，光纖通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)容量大、損耗低、抗電磁干擾、保密性能好、體積小，重量輕、原材料豐富光纖通信系統(tǒng)組成以光纖為傳輸媒介、光波為載波的通信系統(tǒng)。主要由光發(fā)送機(jī)、光纖光纜、中繼器和光接收機(jī)組成2.第二章

光纖的結(jié)構(gòu)與導(dǎo)波特性根本光學(xué)定義和定律：傳播速度，反射現(xiàn)象〔反射定律〕，折射現(xiàn)象〔折射(Shell)定律〕，全反射條件光纖的結(jié)構(gòu)和類型結(jié)構(gòu)：折射率較高的纖芯、折射率較低的包層和外面的涂覆層類型：按模式分：多模、單模ITU-T.G.652/G.653/G.655…3.光纖中光的傳播理論－光線理論階躍多模光纖：數(shù)值孔徑:模間色散:傳輸容量限制：梯度多模光纖：…4.光纖中光的傳播理論－波導(dǎo)理論光波導(dǎo)理論邏輯過程Maxwell方程波動(dòng)方程場的解邊界條件特征方程場的解傳輸常數(shù)模場分布波導(dǎo)方程式導(dǎo)模條件貝塞爾函數(shù)V參數(shù)5.單模光纖單模條件和截止波長最低階高次模〔LP11,TE01,TM01,HE21〕的截止條件光纖只傳輸基模(HE11

或LP01)單模工作波長范圍截止波長

c單模條件6.高斯型場分布的1/e全寬度場分布向芯區(qū)集中模場直徑(MFD)模場半徑與光纖芯徑w/aV模場直徑有效面積：誤差<0.02!!!7.第三章

光纖中的信號(hào)劣化光纖的損耗吸收損耗、散射損耗、彎曲損耗損耗系數(shù)：8.色散類型：模式色散、波長色散〔材料色散、波導(dǎo)色散〕、偏振模色散〔極化色散〕色散描述：相速與群速相速〔等相面〕：群速度〔包絡(luò)〕：群延遲：光脈沖展寬：群速度色散〔ps2/km)色散〔ps/nm.km):單位長度群延遲差9.色散設(shè)計(jì)：

波導(dǎo)色散特性取決于光纖的特性，如：芯徑a，相對折射率差以及折射率分布等，可以通過改變光纖特性來改變其色散特性10.色散影響比較

PolarizationMode

Differential(disp.slope)

Waveguide

Material

Gradedindex,intermodalStepIndex,intermodalDispersiveFiberOutputPulseDT11.色散限制脈沖在光纖中傳輸距離z之后：12.高斯輸入脈沖啁啾的高斯光脈沖啁啾(chirp):上啁啾或負(fù)啁啾

ω高斯脈沖功率:t脈沖寬度:脈沖功率1/e強(qiáng)度點(diǎn)半寬:T0脈沖功率半極大值全寬度或半高全寬(FWHM):慢變包絡(luò)：啁啾〔chirp〕參量C：C>0，從脈沖前沿到后沿瞬時(shí)頻率線性增加上(負(fù)〕啁啾〕，C<0，下〔正〕啁啾脈沖的不同部位對其中心頻率產(chǎn)生了不同的偏離量13.上式說明：高斯脈沖經(jīng)光纖傳輸后，仍保持為高斯脈沖，輸出脈寬〔1/e強(qiáng)度半寬度〕為T1：式中：

--色散長度:是距離z的歸一化量度，在分析色散效應(yīng)隨距離變化時(shí)極為方便經(jīng)光纖傳輸距離Z后的輸出脈沖寬度T114.結(jié)論：對于無啁啾脈沖C=0，無論2符號(hào)如何，色散將導(dǎo)致脈沖展寬對于啁啾脈沖，脈沖的展寬依賴于2和C的相對符號(hào)2C>0，高斯脈沖單調(diào)展寬；2C<0，脈沖初始窄化，而后迅速展寬。在距離Zmin時(shí)到達(dá)最小寬度T1min15.色散對系統(tǒng)的限制判據(jù)：系統(tǒng)對脈沖寬度的限制B--傳輸碼率研究說明，對于典型系統(tǒng)，當(dāng)=0.491時(shí)，系統(tǒng)性能惡化量〔功率代價(jià)〕為2dB1、窄光源譜寬〔忽略〕，高斯脈沖輸入無啁啾脈沖〔C=0〕，忽略高階色散,利用前式，有脈沖展寬與初始脈寬有關(guān)，存在優(yōu)化的初始脈寬使輸出脈寬最小，由有：根據(jù)上述判據(jù)，有：16.色散對系統(tǒng)的限制2、寬光源譜寬系統(tǒng)〔不可忽略〕….3、超高斯輸入脈沖….17.光纖的非線性特性根本概念受激光散射受激布里淵散射(SBS)受激喇曼散射(SRS)非線性折射率自相位調(diào)制(SPM)互相位調(diào)制(XPM)四波混頻(FWM)18.根本概念有效長度：L--實(shí)際傳輸距離－衰減系數(shù)〔neper〕有效面積:高斯近似下,Aeff=W219.受激布里淵散射〔SBS〕功率閾值:特點(diǎn)、影響、抑制措施：20.受激喇曼散射〔SRS〕功率閾值特點(diǎn)、影響、抑制措施：21.非線性折射率克爾〔kerr)效應(yīng)〔三階極化效應(yīng)〕非線性系數(shù)：22.自相位調(diào)制〔SPM〕SPM導(dǎo)致的頻率啁啾：色散將SPM誘導(dǎo)的相位調(diào)制轉(zhuǎn)化為強(qiáng)度畸變23.脈沖的不同部位頻率偏移量不同，且頻率偏移量隨著傳輸距離的增加而加大，即不斷產(chǎn)生新的頻率成分，在高斯脈沖的中心區(qū)域產(chǎn)生線性上〔負(fù)〕啁啾。脈沖中所含頻率成分在脈沖不同部位的重新分配，并不產(chǎn)生新的頻率成分。SPM與色散的啁啾效應(yīng)SPM色散T0

前沿后沿T0

前沿后沿

2>0

2<024.互相位調(diào)制〔XPM〕XPM導(dǎo)致的頻率調(diào)制：信道走離與XPM：25.四波混頻(FWM)新生的頻率分量造成信道之間的串?dāng)_(同頻串?dāng)_)：

1

2

3在n信道的WDM系統(tǒng)中，可能的組合有種FWM與相位匹配〔或色散〕小的色散光纖，相位匹配易于滿足，F(xiàn)WM越加嚴(yán)重，應(yīng)在色散與FWM之間取折衷26.第四章

光源激光形成的根本條件：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)、光學(xué)諧振腔半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)：異質(zhì)結(jié)〔作用：形成勢阱限制載流子，形成折射率差限制光子〕相位條件

光譜選擇振幅條件

閾值器件相位條件振幅條件27.激光模式：縱模選擇：FP腔DFB(DBR)-LD諧振頻率〔正入射〕:相鄰縱模的頻率間隔:28.工作特性工作特性:P-I特性，光譜特性，調(diào)制特性，溫度特性LED與LD比較29.第五章

光發(fā)送機(jī)光發(fā)送機(jī)的根本組成光調(diào)制方式直接調(diào)制，特點(diǎn)：簡單、經(jīng)濟(jì)、容易實(shí)現(xiàn)響應(yīng)帶寬有限引入調(diào)制啁啾〔正啁啾〕間接調(diào)制〔外調(diào)制〕特點(diǎn)：根本原理：普科爾〔Pocket〕效應(yīng)馬赫－曾德鈮酸鋰〔LN〕強(qiáng)度調(diào)制器原理光發(fā)送機(jī)的指標(biāo)平均發(fā)送光功率消光比…30.第六章

光檢測器PIN和APD的結(jié)構(gòu)、原理PIN的工作特性〔量子效率、響應(yīng)度的計(jì)算〕APD的工作特性〔量子效率、響應(yīng)度和倍增因子〕檢測器的響應(yīng)時(shí)間；31.第七章

光接收機(jī)光接收機(jī)作用光接收機(jī)根本組成〔光檢測器、前置放大器、主放大器、均衡器、時(shí)鐘提取電路、取樣判決器以及自動(dòng)增益控制(AGC)電路〕光接收機(jī)的噪聲來源與高斯近似分析；數(shù)字接收機(jī)誤碼率與噪聲光接收機(jī)的靈敏度32.第8A章常用光器件光纖連接器的結(jié)構(gòu)、種類、特性〔插損〕光纖耦合器的結(jié)構(gòu)、種類、原理、特性〔插損、附加損耗〕光衰減器光隔離器光環(huán)行器33.第八章數(shù)字傳輸系統(tǒng)光纖鏈路的設(shè)計(jì)要求和方法系統(tǒng)的功率預(yù)算；34.第9A章波分復(fù)用通信技術(shù)根本概念關(guān)鍵器件解復(fù)用器〔光濾波器〕35.第