光纤通信原理

光纤通信原理（终极资料）

第一章

1. 单模光纤芯径小（10m m左右），仅允许一个模式传输，色散小，工作在长波长（1310nm和1550nm），与光器件的耦合相对困难 2. 多模光纤芯径大（62.5m m或50m m），允许上百个模式传输，色散大，工作在850nm或1310nm。与光器件的耦合相对容易

3、目前的实用光纤通信系统中采用直接调制方式，即将调制信号直接作用在光源上，使光源的输出功率随调制信号的变化而变化。即（点—点光通信系统）包括：收发信电端机、传输信道、光接收端机等。

4、光纤通信与电通信的主要差异有两点：一是用光频作为载频传输信号，二是用光缆作为传输线路。

主要特点：(1)传输频带宽，通信容量大；(2)损耗低，传输距离远，通信质量高；(3)抗干抗能力强，应用范围广；(4)线径细，重量轻。（5）线路易铺设；（6）、耐化学腐蚀； （7）、材料来源丰富，节约大量有色金属

缺点：(1)光纤弯曲半径不宜过小；(2)光纤的切断和连接操作技术复杂；(3)分路、耦合麻烦。 5、概念：光纤通信是以光波为载体，以光纤为传输媒质的一种通信方式。光纤通信技术是世界新技术革命的重要标志，是未来信息社会中各种信息网的主要传输工具。 PS:单模光纤一般用LD、LED做光源，多模用LD，电--光转换（E/O），光--电转换（O/E）。多模光纤的带宽为50MHz~500MHz/Km，单模光纤的带宽为2000MHz/Km。 6、光纤工作波长：850nm,1300nm,1500nm，波段：0.8~1.8μm

第二章

1、光纤典型结构多层同轴圆柱体，通常由高纯二氧化硅（SiO2），多模光纤的芯径大多为50μm,单模光纤的芯径仅4~10μm。包层外径一般为125μm。 2、几种分类方法：

（1）．阶跃型和梯度型光纤(根据光纤的折射率分布函数)：光纤中光线包括：子午光线和斜线光线。

梯度型：折射率沿光纤径向渐变。纤芯折射率呈均匀分布，纤芯和包层相对折射率差Δ为1%～2%。

阶跃型：折射率沿光纤径向突变。

（2）按材料分类(1) 高纯度石英(SiO2)玻璃纤维、(2) 多组分玻璃光纤、(3) 塑料光纤。 （3）按传输模数分类(1)单模光纤、(2)多模光纤。

3、数值孔径（NA = sinα=n1√2Δ）是光纤的重要光学特性。

4、光纤中入射角满足什么条件会全反射？？入射角大于等于临界角 ，临界角的计算方法C = arcsin（m/n），m是包层的折射率，n是纤芯的折射率

5、平面光波导有三种模式：包层辐射膜，衬底辐射膜，导模 E 6、▽2 H H [E ]+k2n2[ ]=0波动方程，标量波动方程：

H 0

▽2Ey+k（上2下0）n2Ey=0 7、在弱导条件下，△典型值为0.003，V≈k0an1√2Δ，，b≈（β/k0—n2）/(n1—n2) 8、远离截止时的简化方程为Jm(u)=0，单模截止条件Jm-1(uC)=0

5?2单模条件为 0?V?2.4059、多模光纤(Multi Mode Fiber) 可以 用 M 表示， 单模光纤(Single Mode Fiber) 可以 用 S 表

10、色散定义：一切导致因速度差造成光信号包络展宽的因素均被称为色散 有三种：瑞利散射损耗、波导散射损耗、非线性损耗

影响：色散导致传输的光脉冲展宽，光脉冲展宽导致码间串扰，码间串扰导致系统误码率增大

11、光纤辐射产生影响：光纤弯曲造成辐射，有两种类型，一种是光纤弯曲半径比光纤直径大得多，二是光纤成缆时其轴线产生的随机性弯曲。第一种情况，如弯曲比较轻微，附加损耗很小，但随着弯曲曲率 半径的减小，损耗按指数增大；当达到某个临界值时，如进一步减小弯曲半径，损耗就会突然变得非常大，甚至导致传输中断。

12、造成损耗的原因和影响：在光纤内部，引起光纤损耗的主要机理是光能量的吸收损耗，散射损耗及辐射损耗。吸收与光纤材料有关，散射与光纤材料及光波导中的结构缺陷、非线性效应有关，这两项损耗是材料固有的；辐射则与光纤几何状的扰动相联系。 13、光纤色散种类：模间色散，波导色散，材料色散，偏振模色散。 14、单模非线性效应：

光纤中的受激散射效应：光通过光纤介质时，有一部分能量偏离预定的传播方向，且光波的频率发生改变，发生受激散射效应。 非线性折射率调制特性： 15、光纤器件：

光纤连接器：实现系统中设备直接，设备与仪表之间，设备与光纤之间，以及光纤与光纤之间的连接，以便于系统的连接、测试和维护 光纤分路器及耦合器：在光纤传输系统中作为光信号的分配或合成，光信号的提取与检测等，完成多种功能。

光隔离器和光环形器：阻止反射光

光开关：完成主备切换、紧急路由恢复、网络重构、负载或业务量的动态调整以减小阻塞、分组开关等，建立光纤传输系统或复杂网络两点间的信号无力连接，或虚拟电路连接。

第三章

1、光源有两种：发光二极管（LED），激光二极管（LD）

2、光源的工作原理：基于光子的吸收、自发发射和受激发射。

3、产生激光输出的基本条件：实现粒子数反转，提供光反馈，满足阈值条件和谐振条件。 4、三种跃迁过程：光的受激吸收，光的自发发射，光的受激发射。

5、发光二极管（LED）的P-I特性：它是非阀值器件，发光功率随电流的增大而增大，并在大电流时饱和。工作温度提高时，同样工作电流下LED的输出功率要下降。

6、激光二极管（LD）P-I特性：LD的P-I特性由A,B两段组成，B线的延长线与横轴的交点对应的电流为闽值电流Ith，当工作电流大于Ith时产生激光输出。LD 的Ith对工作温度是十分敏感的，随着工作温度的提高，P-I特性曲线 向右移动，阂值电流增大，斜率减小 7、发光二极管主要特性：LED：P-I特性、谱特性、调制特性；LD：P-I特性、调制特性、波长调谐特性、噪声特性

8、噪声特性：固有噪声1、相位或频率噪声；2、工作不稳定引起的噪声；3、光纤端面与LD之间互相作用引起的噪声；4、模噪声与模分配噪声； 系统噪声：模噪声，模分配噪声，功率脉动噪声

??9、光发送机框图

输入电路：输入电路将输入的PCM，脉冲信号进行整形变换成NRZ/RZ码后通过去驱动电路调制光源，或送到光调制器；

自动偏置电路：稳定输出的平均光功率和工作温度； 保护报警电路：对光源寿命及工作状态进行检测与报警。 核心：是光源及驱动电路

第四章 1、

光检测器：把接受到的光信号转换成光电流

前置放大器：光检测器产生的光电流非常微弱，对其进行低噪声放大

主放大器：把前端输出的毫伏级信号放大到后面信号处理电路所需的电平。

均衡器：消除放大器及其他部件引起的信号波形失真，使噪声及码间干扰减到最小。 定时提取电容：对抽样所需的时钟进行恢复。

AGC电路：用来控制雪崩光电二极管及放大增益，以提高接收机的动态范围。 2、PIN光电二极管工作特性

雪崩光电二极管工作原理：雪崩光电二极管应用光生载流子在其耗尽区(高场区)内的碰撞电离效应而获得光生电流的雪崩倍增。 3、光检测器的噪声源

1）光信号入射到光检测器上时的随机欺负及光电子产生和收集过程的统计特性。 2）对于APD，由于倍增过程的统计而产生附加的散射噪声。它随倍增增益的增加而增加。 3）无光照时光检测器中流通的暗电流，这也是一种散射噪声，且受倍增的影响。 4）表面漏电流产生的散射噪声，与倍增过程无关。5）背景噪声。 4、信噪比的计算（大题）5、习题1、3、5、7 第五章

1、光放大器的功能及分类：实现比特率及调制格式的透明传输

1）半导体光放大器，2）掺稀土元素光纤放大器，3）非线性光纤放大器 2、光放大器在光纤通信中的应用

1）作为发送机的功率提升放大器以提高发送功率，2）作为接收机的前置放大器，以提高接收机灵敏度，3）代替传统的光-电-光中继器，延长传输距离 3、EDFA工作波段：出于光纤通信的最低损耗（1550nm）窗口 4、EDFA工作原理：信号光与泵浦光在铒光纤内可以在同一方向相反方向或两个方向传播，当信号光与泵浦光同时注入到铒光纤中时，铒离子在泵浦光作用下回到基态时发射对应于信号的光子，使信号得到放大。

第六章、

1、两个预算法计算：

例题6.2.1和6.22，习题6-3和习题6-4

PS：

1、五个计算题都是作业

2、5题计算题+5题简答题=60分 3、第二章习题：1、4、9、10 第三章习题：1、5

第四章习题：1、3、5、7 第六章习题：3、4