光纤通信技术知识点简要汇编

1、光纤通信.1. 光纤结构光纤是由中心的纤 芯和外围的包层同轴组成的圆 柱形细丝。纤芯的折射率比包层 稍高，损耗比包层更低，光能量 主要在纤芯内传输。包层为光的 传输提供反射面和光隔离，并起 一定的机械保护作用。设纤芯和 包层的折射率分别为 n1和n2， 光能量在光纤中传输的必要条 件是n1>n2。2. 光纤主要有三种基本类型：突 变型多模光纤，渐变型多模光 纤,单模光纤.相对于单模光纤 而言，突变型光纤和渐变型光纤 的纤芯直径都很大，可以容纳数 百个模式，所以称为多模光纤3. 光纤主要用途：突变型多模光纤只能用于小容量短距离系统。 渐变型多模光纤适用于中等容 量中等距离系统。单模光纤用在

2、 大容量长距离的系统。1.55 gm色散移位光纤实现了 10 Gb/s容 量的100 km的超大容量超长距 离系统。色散平坦光纤适用于波 分复用系统，这种系统可以把传 输容量提高几倍到几十倍。三角 芯光纤有效面积较大，有利于提 高输入光纤的光功率，增加传输 距离。偏振保持光纤用在外差接 收方式的相干光系统，这种系统 最大优点是提高接收灵敏度，增 加传输距离。4. 分析光纤传输原理的常用方法：几何光学法.麦克斯韦波动方 程法5. 几何光学法分析问题的两个 岀发点：=数值孔径=时间延 迟.通过分析光束在光纤中传播的空间分布和时间分布.几何光 学法分析问题的两个角 度：=突变型多模光纤=渐 变型多模

3、光纤.6. 产生信号畸变的主要原因是 光纤中存在色散，损耗和色散是 光纤最重要的传输特性：损耗限 制系统的传输距离，色散则限制 系统的传输容量.7. 色散是在光纤中传输的光信 号，由于不同成分的光的时间延 迟不同而产生的一种物理效 应.色散的种类：模式色散、材 料色散、波导色散.8. 波导色散纤芯与包层的折射 率差很小，因此在交界面产生全 反射时可能有一部分光进入包层之内，在包层内传输一定距离 后又可能回到纤芯中继续传输。 进入包层内的这部分光强的大 小与光波长有关，即相当于光传 输路径长度随光波波长的不同 而异。有一定谱宽的光脉冲入射 光纤后，由于不同波长的光传输 路径不完全相同，所以到达终

4、点 的时间也不相同，从而出现脉冲 展宽。具体来说，入射光的波长 越长，进入包层中的光强比例就 越大，这部分光走过的距离就越 长。这种色散是由光纤中的光波 导引起的，由此产生的脉冲展宽 现象叫做波导色散。9. 偏振模色散：实际光纤不可避 免地存在一定缺陷，如纤芯椭圆 度和内部残余应力，使两个偏振 模的传输常数不同，这样产生的 时间延迟差称为偏振模色散或 双折射色散。10. 损耗的机理包括吸收损耗和散射损耗两部分。吸收损耗是由SiO2材料引起的固有吸收和 由杂质引起的吸收产生的。 散射 损耗 主要由材料微观密度不 均匀引起的瑞利散射和由光纤 结构缺陷（如气泡）引起的散射产 生的。瑞利散射损耗是光纤

5、的固 有损耗，它决定着光纤损耗的最 低理论极限。11. 光线的损耗：（1）吸收损耗： a.本征吸收损耗：紫外吸收损 耗，红外吸收损耗b.杂质吸收损 耗c.原子缺陷吸收损耗（2）散 射损耗a线性散射损耗：瑞利散 射，光纤结构不完善引起的散射 损耗（3）弯曲损耗a.宏弯：曲 率半径比光纤的直径大得多的 弯曲b.微弯：微米级的高频弯 曲，微弯的原因：光纤的生产过 程中的带来的不均；使用过程中 由于光纤各个部分热胀冷缩的 不同；导致的后果：造成能量辐 射损耗.与宏弯的情况相同，模 场直径大的模式容易发生微弯 损耗12. 柔性光纤的优点：1.对光的 约束增强2.在任意波段均可实 现单模传输：调节空气孔径

6、之间 的距离3.可以实现光纤色散的 灵活设计4.减少光纤中的非线 性效应5.抗侧压性能增强13. 光纤的制作要求（1 ）透明（2） 能将其拉制成沿长度方向均匀分布的具有纤芯-包层结构的细 小纤维；（3 ）能经受住所需要 的工作环境。光纤是将透明材料 拉伸为细丝制成的。14. 光纤预制棒简称光棒，是一 种在横截面上有一定折射率分 布和芯/包比的的透明的石英玻 璃棒。根据折射率的不同光棒可 从结构上分为芯层和包层两个 部分，其芯层的折射率较高，是 由高纯SiO2材料掺杂折射率较 高的高纯GeO2材料构成的，包 层由高纯SiO2材料构成。制作 方法：外部气相沉积法；气相轴 相沉积法；改进的化学气相沉

7、积 法；等离子化学气相沉积法。15. 光缆基本要求：保护光纤固 有机械强度的方法，通常是采用 塑料被覆和应力筛选。光纤从高 温拉制岀来后，要立即用软塑料 进行一次被覆和应力筛选，除去 断裂光纤，并对成品光纤用硬塑 料进行二次被覆。二次被覆光纤 有紧套、松套、大套管和带状线 光纤四种，应力筛选条件直接影 响光纤的使用寿命。16. 光缆一般由缆芯和护套两部 分组成，有时在护套外面加有铠 装。1.缆芯缆芯通常包括被覆 光纤（或称芯线）和加强件两部 分。被覆光纤是光缆的核心，决 定着光缆的传输特性。加强件起 着承受光缆拉力的作用，通常处 在缆芯中心，有时配置在护套 中。光缆的基本型式：层绞 式骨架式中

8、心束管式带状式2.护套护套起着对缆芯的 机械保护和环境保护作用，要求 具有良好的抗侧压力性能及密 封防潮和耐腐蚀的能力。根据使用条件光缆可以分为：室内光 缆、架空光缆、埋地光缆和管道 光缆等。护套通常由聚乙烯或聚氯乙烯 （PE或PVC）和铝带或钢带构 成。18.根据使用条件光缆可以分 为：室内光缆、架空光缆、埋地 光缆和管道光缆等19.光缆特性1.拉力特性2.压力特性3. 弯曲特性4.温度特性20.成 缆对光纤特性的影响1.成缆的附加损耗2.成缆可以改善光纤 的温度特性3.机械强度增加21. 光纤的特性参数很多，基本 上可分为几何特性、光学特性和 传输特性三类。几何特性包括纤 芯与包层的直径、

9、偏心度和不圆 度；光学特性主要有折射率分布、数值孔径、模场直径和截止 波长；传输特性主要有损耗、带 宽和色散。22. （1）损耗测量光纤损耗测量 有两种基本方法：一种是测量通 过光纤的传输光功率，称剪断法 和插入法；另一种是测量光纤的 后向散射光功率，称后向散射 法。（2）带宽测量光纤带宽测量 有时域和频域两种基本方法。时 域法是测量通过光纤的光脉冲 产生的脉冲展宽，又称脉冲法； 频域法是测量通过光纤的频率 响应，又称扫频法。（3）色散测 量光纤色散测量有相移法、脉冲 时延法和干涉法等。23光纤的熔接工艺步骤 （1）将 待熔接的光纤端头切割成平整 且垂直于轴线的端 面； （2）利用微调装置将两

10、 根光纤调准直；（3）利用电弧放 电将两根光纤熔接在一起。24光纤熔接引起损耗的原 因（1）光纤轴线的横向相对误差（错位）；（2）两根光纤的纤芯 直径不同；（3）两根光纤的性能 参数不同；（4）光纤端头之间的 相对距离；（5）角向相对偏离。 25光纤连接器是光纤技术应用 中使用量最大的光无源器件，和 光纤接头一样，光纤连接器也是 对两光纤端面进行对接，所不同 的是光纤接头是永久性的熔接， 而光纤连接器是临时性连接，具 有使用的灵活性。损耗是它们重 要的光学参数。以下为光无源器件26光纤连接器损耗的分类 （1）插入损耗；（2）回波损耗 27光纤连接器的插损机理光纤公差引起的固有损耗： 主要由 光

11、纤制造公差，即纤芯尺寸、数 值孔径及纤芯/包层同心度等。连 接器加工装配引起的固有损耗： 主要由光纤制造公差， 即端面间 隙、轴线倾角及横向偏移等。28光纤连接器的回损机理 光纤 端面菲涅耳反射引起的光能量 损耗。这种损耗发生在纤芯空气 交界面，有效的解决方法是设计 两个连接器的物理接触面。29光纤连接器的损耗表达 式：NA引起的损耗端面间隙 引起的插损 回波损耗主观因 素损耗：端面划伤、尘粒、定位 不准。30光纤连接器的组成由跳线、尾纤或尾缆、适配器组成。31. 光插头的组成（1）光纤或单 芯光缆（2）插针体（3）外部零件32. 光纤连接器的技术指标：插 入损耗：光通过连接器后，光功 率损耗

12、的大小；回波损耗：光通 过连接器后，后向反射光与入射 光的比值；重复性：重复插拔后 插损的变化值，1000次插拔后， 小于±）.1dB ；互换性：插头和适 配器按一定的规则互换后，插入 损耗的变化值，互换性小于±）.2 dB。33. 光纤连接器的分类（1）按光 纤的模式分单模、多模光纤连接 器;（2）按插针体的端面分端面 一般都是加工成球面、精抛球面 和斜球面等。PC、SPC、APC。 APC:将端面抛磨成与插针体中 心线成80角。（3）按连接器的类 型分FC、SC、ST:目前应用最 广泛的三种，体积比较大。FC:螺 纹锁紧式SC:插拔式/咬合式S T:卡口旋转锁34光纤耦

13、合器是用来连接 3个 或3个以上的光接点。光信号经 过光纤耦合器后，在多个输出端 口之间分配，降低了每个信号输 出端的信号强度。3 5.光纤耦合器的性能参数 （1）插入损耗 耦合比 附加 损耗（4）隔离度A（ 5）分光比T36. 光隔离器是只沿一个方向传 输的光器件，阻止了后向反射和 散射的光到达敏感器件，比如激 光器和光放大器，是一种光学单 行道器件。光隔离器主要应用在 激光器或者是光放大器的输岀 端，以防止光纤线路中的后向反 射光造成激光器或光放大器的 工作不稳定性。37. 光隔离器的性能参数要求（1）隔离度大，单芯隔离器的典 型值是40dB; （2）插入损耗小， 单芯隔离器的典型值是 0

14、.2dB。37. 就光纤材料而言，光敏性是 指光纤材料的折射率在外部光 的作用下发生永久性的改变。38. 光纤光栅就是利用光纤的光 敏性，用特定波长的激光以特定 方式照射光纤，导致光纤内部的 折射率沿轴向形成周期性或非 周期性的空间分布，从而把光纤 做成具有精确控制谐振波长的 光栅。39. 光纤光栅的最基本原理是相位匹配条件：Bl、B2是正、反向传输常数，A是光纤光栅的周 期，在写入光栅的过程中确定下 来。40. 波分复用技术要求光器件在 光发射机端合并多个信号进入 单根光纤同时向前传输， 并在光 接收机端分离这些信号，以便分 立的光接收机进行处理，实现这 种功能的光器件就是波分复用器。波分复

15、用器从功能上分为两 部分：发射机端的为复用器，其 作用是合并光信道；接收机端的 为解复用器，其作用正好相反， 分离复用在一起的光信道，而且 必须完全分离光信道， 且串扰要 低。41. 光开关的性能参数：a插入 损耗b回波损耗c隔离度d开 关时间e.串扰f.消光比42. 光衰减器主要用于光纤通信 系统的特性测试和其他测试中， 是对光功率有一定衰减量的器 件。根据衰减量是否变化，可以 分为固定衰减器和可变衰减器。43. 波长转换器：使信号从一个 波长转换到另一个波长的器件。 波长转换器根据波长转换机理 可分为光电型波长转换器和全 光型波长转换器。以下为有源器件44. 光源器件：光纤通信设备的 核心

16、，其作用是将电信号转换成 光信号送入光纤。光纤通信中常 用的光源器件有半导体激光器 和半导体发光二极管两种。四小 类：同质半导体激光器、异质半 导体激光器、PIN光电二极管、 雪崩光电二极管45. 半导体激光器（LD）工作原 理：用半导体材料做成的激光器，当激光器的P-N结上外加的 正向偏压足够大时，将使得P-N结的结区出现了高能级粒子 多、低能级粒子少的分布状态， 这即是粒子数反转分布状态，这 种状态将岀现受激辐射大于受 激吸收的情况，可产生光的放大 作用。被放大的光在由P-N结构 成的F-P光学谐振腔（谐振腔的 两个反射镜是由半导体材料的 天然解理面形成的）中来回反 射，不断增强，当满足阈

17、值条件 后，即可发岀激光。特性参数：（1 ）发射波长（2）阈值特性（3） 光谱特性（4）转换效率（5 ）温 度特性（6）光束发散（7）.频率 特性（8）.瞬态特性46. 码型效应当电光延迟时间 t d与数字调制的码元持续时间 T/ 2为相同数量级时，会使“码过 后的第一个“1码的脉冲宽度变 窄，幅度变小，严重时可能使单个“1丢失47. 发光二级管（LED ）的结 构 LED也多采用双异质结芯 片，不同的是LED没有解理面， 即没有光学谐振腔。由于不是激 光振荡，所以没有阈值。 LED 的工作特性（1 ）光谱特性（2） 输岀光功率特性（3）温度特性（4）耦合效率（5）调制特性（6）频率特性48.

18、 光电检测器是利用半导体材 料的光电效应实现光电转换的。49. 雪崩光电二极管 （APD ） APD的雪崩倍增效应，是在二极管 的P-N结上加高反向电压，在结 区形成一个强电场； 在高场区内 光生载流子被强电场加速，获得高的动能，与晶格的原子发生碰 撞，使价带的电子得到了能量； 越过禁带到导带，产生了新的电 子一空穴对；新产生的电子一空 穴对在强电场中又被加速，再次 碰撞，又激发岀新的电子 一空穴 对如此循环下去，形成雪崩 效应，使光电流在管子内部获得 了倍增。APD就是利用雪崩效 应使光电流得到倍增的高灵敏 度的检测器。50. PIN管特性包括响应度、量子效率、响应时间和暗电流。APD管除有

19、上述特性外，还有雪 崩倍增特性、温度特性等。PIN光电二极管的特性：（1）响应 度和量子效率响应度和量子效 率表征了光电二极管的光电转换效率。量子效率表示入射光子 转换为光电子的效率。它定义为 单位时间内产生的光电子数与 入射光子数之比（3）响应时 间表征检测器对光信号响应速 度快慢的参量。51. 对APD特性新引入的参数 是倍增因子和附加噪声指数52. 按光纤中光波调制原理来 分：强度调制，频率调制，波长 调制，相位调制和偏振调制光纤 传感器。光纤传感器系统包括光 源，光纤，传感头，光探测器和 信号处理电路等。光纤传感器的 光源的要求：(1)光源的体积小， 便于与光纤耦合；(2)足够的亮 度

20、，以提高传感器输岀的光功 率；(3)光源发出的光波长应适合 (4)稳定性好、噪声小(5)便于维 护，使用方便。光纤传感器用光 探测器的要求：(1)线性好(2)灵 敏度高(3)响应频带宽、响应运度 快，动态特性好(4)性能稳定，噪 声小。53. 光强度调制型：用被测对象 引起光纤中光强度的变化实现 对被测对象的检测。分为内调制 型和外调制型两种。外调制型： 光纤仅起传光作用，光纤本身特 性不改变，调制过程发生在光纤 以外的环节。属于传光型传感 器。内调制型：调制过程发生在 光纤内部，是通过光纤本身特性 的改变来实现光强度的调制，属 于功能型光纤传感器。有两种途 径：1)?改变光纤的几何 形状，从

21、而改变光线的传播入射 角。2)?改变光纤纤芯或 包层的折射率。如采用电光材料、磁光材料、光弹性材料，微 弯效应等。54. 强度调制的原理：1由光的传播方向改变引起的强度调 制2由透射率的改变引起的强 度调制3由光纤中光的模式的 改变引起的强度调制4由折射率改变引起的强度调制5由光吸收系数的改变引起的强度调制a.利用光纤的吸收特性引起 的强度调制 b.利用半导体的吸 收特性进行强度调制.举例：移动 球镜光学开关传感器55. 频率调制光纤传感器：频率 调制就是利用外界因素改变光纤中光的频率，通过测量频率的 变化来测量外界被测参数。光的 频率调制是在有限的一些物理 条件下岀现的，最重要的物理现 象要

22、属反射光束的多普勒频移。56. 频率检测：对光的频率的检 测不象对强度的检测那样简单 - -直接将光耦合到探测器上即可。由于光探测器响应速度远低 于光频，不能用来测量光频而只 能用来测量光强，所以，必须把 高频光信号转换为低频信号才 能探测频移从而达到测量运动 速度的目的。有两种方法可以测 量频移，即零差检测和外差检 测。举例：激光多谱勒测速系统57. 波长(颜色)调制光纤传感 器：波长调制是利用外界因素改 变光纤中光能量的波长分布或者说光谱分布，通过检测光谱分 布来检测被测参数，由于波长与 颜色直接相关，波长调制也叫颜 色调制。调制方式有以下几种：1.利用黑体辐射进行波长调制 2. 利用磷光

23、(荧光)光谱的变化进 行波长调制 3.利用滤光器参数 的变化来进行波长调制4.利用热色物体的颜色变化进行波长 调制58. 波长检测：光波波长检测实 际上是确定输岀光谱及其能量的分布，那么首先就要使各个波 长的光分离，棱镜，光栅以及各 种滤光片都能达到分光的目的； 其次就是各个波长能量的测量。 所以波长调制的检测方法之一 就是光谱分析法，即用分光仪和 电荷耦合器件或者波长响应较 宽的光电探测器相结合来检测 光谱的能量分布。但在许多情况 下并不需要检测输岀光的整个 光谱分布，而只需检测其中某两 个波长的能量变化，所以波长调 制的检测方法之二是比色法。举 例：F-P腔光谱调制传感原理59. 相位调制

24、光纤传感器：光纤 传感器中的相位调制，原理就是 利用外界因素改变光纤中的相 位，通过检测相位的变化来测量 外界被测参量。决定光纤中光的 相位的因素：光纤波导的物理长 度，折射率及其分布，波导横向 几何尺寸。60. 干涉技术：目前各类光探测 器都不能敏感光的相位变化，必 须采用某种技术使相位变化转换为强度变化，才能实现对外界 物理量的检测，即干涉技术。光 纤传感器中的干涉技术是在光 纤干涉仪中实现的。61. 偏振态调制光纤传感器：偏 振态调制其原理就是利用外界因素改变光的偏振态，通过检测 光的偏振态的变化来检测各种 物理量。在光纤传感器中，偏振 态调制主要基于人为旋光现象 和人为双折射，如法拉第

25、磁光效 应，克尔效应及弹光效应。62. 偏振态的检测：检测光的偏 振态最简单的方法就是用检偏 器，在光纤传感器中，是用检偏 器与光探测器结合来检测偏振 态的。63. 四种干涉仪：1.光纤马赫一 曾特尔干涉仪原理：激光束通过 分束器后分为两束光：透射光作 为参考光束，反射光作为测量光 束。测量光束经透镜耦合进入单 模光纤，单模光纤紧紧缠绕在一 个顺变柱体上，顺变柱体上端固 定有质量块。顺变柱体作加速运 动时，质量块的惯性力使圆柱体 变形，从而使绕在其上面的单模 光纤被拉伸，引起光程差的改 变。相位改变的激光束由单模光 纤射出后与参考光束在分束器 处会合，产生干涉效应。在垂直 位置放置的两个光探测

26、器接收 到亮暗相反的干涉信号， 两路电 信号由差动放大器处理。2.光纤 迈克尔逊干涉仪：激光器发岀的 光经过一个3dB耦合器分成两 束光束入射到光纤，一路到达固 定的光纤反射端面，称为参考 臂，另一路到达可动光纤端面， 反射回来的光经 3dB耦合器耦 合到光探测器，外界信号SO（ t） 作用于可移动的信号臂。 探测器 接收到的光强为：厶为两臂之 间的相位差，其中包括外界信号 SO （t）引起的相位差。3.萨格 纳克光纤干涉仪：激光器发岀的 光由分束器或 3dB耦合器分成 1:1的两束光，将它们耦合进 入一个多匝（多环）单模光纤圈 的两端，光纤两端出射光经分束 器送到光探测器4. 光纤法布里一珀

27、罗干涉仪：白 光由多模光纤经聚焦透镜进入 两端设有高反射率的反射镜或 直接镀有高反射膜的腔体， 使光 束在两反射镜（膜）之间产生多 次反射以形成多光束干涉，再经 探测器探测。64. 七种技术：光放大技术，光 波分复用技术，光交换技术，光 孤子通信，相干光通信，光时分 复用技术和波长变换技术65. 光纤放大器的实质是：把工 作物质制作成光纤形状的固体 激光器，所以也称为光纤激光 器。对波分复用器的基本要求 是：插入损耗小，熔拉双锥光纤 耦合器型和干涉滤波型波分复 用器最适用。光隔离器的作用 是：防止光反射，保证系统稳定 工作和减小噪声。对光隔离器的 的基本要求是：插入损耗小，反 射损耗大。在泵浦

28、光功率一定的 条件下，当输入信号光功率较小 时，放大器增益不随输入信号光 功率而变化，基本上保持不变。波分复用+光纤放大器”被认为 是充分利用光纤带宽增加传输容量最有效的方法。66. 光波分复用技术基本原理 是：在发送端将不同波长的光信 号组合起来（复用），并耦合到光 缆线路上的同一根光纤中进行 传输，在接收端又将组合波长的 光信号分开（解复用），并作进一 步处理，恢复出原信号后送入不 同的终端，因此将此项技术称为 光波长分割复用，简称光波分复 用技术。对波分复用器的基本要 求是：插入损耗小、隔离度大、 带内平坦，带外插入损耗变化陡 峭、温度稳定性好、复用通路数 多、尺寸小等。67. 光交换技术：在现有通信网络中，高速光纤通信系统仅仅 充当点对点的传输手段，网络中重要的交换功能还是采用电子 交换技术。光交换主要有三种方 式：空分光交换、时分光交换、 波分光交换。空分光交换的功能 是：使光信号的传输通路在空间 上发生改变。空分光交