光纤通讯技术

1、光 纤 通 讯 技 术-第一章-1、 画出光纤系统的组成 2、光纤的结构与类型（材料） 通信用光纤的主要成分是高纯度石英（SiO2)，掺杂剂(Ge）用于改变折射率。 3、光纤折射率分布（公式） a-纤芯半径，aa=1当a10时，趋近阶跃型当a=1时，三角型（色散位移）当a=2时，平方律分布4、相对折射率差 在石英光纤中 5、光纤的分类 按照光纤传输模式的多少分： 单模光纤、多模光纤 按照光纤截面折射率分布分： 阶跃型光纤、渐变型光纤 按制作材料分：石英光纤、塑料光纤、玻璃光纤其他常用光纤 色散位移单模光纤、非零色散光纤、色散平坦光纤、色散补偿光纤6、单模光纤和多模光纤的尺寸 单模光纤纤芯直径较

2、小，约为410um，多模光纤纤芯直径约为50um，包层直径125um7、光纤传输理论 光纤传输理论包括两种理论，第一种是基于全反射定律的光纤理论，又称几何理论，运用标量方法，适用于多模光纤。第二种是基于麦克斯韦电磁理论的波动理论，又称电磁波理论，运用矢量方法，适用于单模或多模光纤。8、阶跃多模光纤的光线理论 阶跃多模光纤的光线理论在光纤的几何尺寸远大于光波长时成立，适用于多模光纤，基本原理是芯包界面的全反射，光纤类型分为子午光纤（发生在数值孔径和模间色散）和斜射光线（发生在焦散面和芯包界面）。9、阶跃光纤的情况 qc：临界角10、渐变光纤的情况11、数值孔径 数尺孔径的概念：表示光纤捕捉光射线

3、能力的物理量被定义为光纤的数值孔径，用NA表示。 NA=sinmax=n12-n22=n12 其中sinmax是光纤纤芯所能捕捉的射线的最大入射角。自己要入射角小于max的所有射线均可被光纤捕捉。 数值孔径主要反映光纤捕捉射线的能力强弱，数值孔径越大，光纤捕捉射线的能力越强。由于弱导波光纤的相对折射指数差很小，因此其数值孔径也不大。12、子午光线和子午面的概念 子午光线：子午面上的光射线在一个周期内和该中心轴相交两次，成为锯齿形波前进。这种射线称为子午射线，简称为子午线。 子午面：由子午光线组成的面成为子午面13、焦散面 焦散面：斜射线是限制在一定范围内传输的，这个范围称为焦散面。14、阶跃光

4、纤和渐变光纤中导模数量的估算 V=2an12-n22=2an12，a为纤芯半径 对于阶跃型：导模数量M=V22； 对于渐变型：导模数量M=V24.15、单模传输的条件（范围）0V2.4048316、模场直径d模场直径是描述光纤横截面上，基模场强分布的物理量。实际上包层中仍存在一定的场强分布。把沿纤芯直径方向上，相对该场强最大点功率下降了1/e的两点之间的距离，称为单模光纤的模场直径。 17、单模光纤的双折射（需理解） 理论上单模光纤中只传输一个基模，但实际上，在单模光纤中有两个模式，即横向电场沿y方向极化和沿x方向极化的两个模式。它们的极化方向互相垂直，这两种模式分别表示为LP01y和LP01

5、 x。 在理想的轴对称的光纤中，这两个模式有相同的传输相位常数，它们是相互简并的。但在实际光纤中，由于光纤的形状、折射率及应力等分布得不均匀，将使两种模式的值不同，形成相位差，简并受到破坏。这种现象叫做双折射现象。 双折射的存在将引起偏振状态沿光纤长度变化。18、单模光纤的双折射 在单模光纤中，电场沿x方向或y方向偏振的偏振模LPx及LPy，当它们的相位常数不相等时（即x=y），这种现象称为模式的双折射。它是单模光纤中的特有问题。19、双折射的分类 线双折射在单模光纤中，如果两正交方向上的线偏振光的相位常数不相等，引起的双折射称为线双折射。 圆双折射在传输媒质中，当左旋圆偏振波和右旋圆偏振波有

6、不同的相位常数时，将引起该两圆偏振光不同的相位变化，称为圆双折射。 椭圆双折射当线双折射和圆双折射同时存在于单模光纤中时，形成的双折射称为椭圆双折射。20、色散位移单模光纤 （需看懂）常规的石英单模光纤在1.55m处损耗最小；在1.31m时色散系数趋于零，称为单模光纤材料零色散波长。色散位移光纤（DSF）就是将零色散点移到1.55m处的光纤。对于单模光纤，只存在材料色散和波导色散。目前采用的主要方法是通过改变光纤的结构参数，加大波导色散值，实现1.55m处的低损耗与零色散。非零色散光纤（NZDF）。 色散位移光纤的色散图（需看懂） 21、非零色散光纤（需看懂） 非零色散光纤是指光纤的工作波长不

7、是在1.55m的零色散点，而是移到1.541.565m范围内，在此区域内的色散值较小，约为1.04.0PS/kmnm。22、光纤的损耗特性（背分类） 通讯常用1550nm，此处损耗最小23、损耗的定义损耗 L-光纤长度，POUT-出纤光功率， Pin-入纤光功率 24、引起光纤损耗的主要机理：光能量的吸收损耗、散射损耗、辐射损耗25、辐射损耗包括：微弯损耗、宏弯损耗26、色散特性（光纤色散和色散种类）光纤色散：信号能量中的各种分量由于在光纤中传输速度不同，而引起的信号畸变。色散种类：模间色散（仅多模光纤有）波导色散（又称“结构色散”）材料色散 （波长色散）偏振模色散（仅单模模光纤有）图1-25

8、 常规单模光纤、色散位移光纤和色散平坦光纤中色散和波长的关系曲线 27、传输容量限制 B-信号比特率；单位B/s28、偏振模色散（PMD）在理想的单模光纤中，基模是由两个相互垂直的简并偏振模组成。如果由于某种因素使这两个偏振模有不同的群速度，出纤后两偏振模的迭加使得信号脉冲展宽，从而形成偏振模色散。 29、偏振模色散产生的原因？ 外界的挤压、 光纤的弯曲、扭转、外界环境温度的变化等 30、偏振模色散对信号传输的影响 按照国际标准技术规范小组的观点：为保证PMD导致的系统功率代价在1dB以下，偏振模色散的平均值必须小于一比特周期的十分之一(10ps for a 10Gb/s system) 。

9、当大于这一规定值时，需对系统偏振模色散进行补偿！ 31、光纤的非线性效应 光纤中的非线性效应可分为两类: 受激散射：光场经过非弹性散射将能量传递给介质。 包括：受激布里渊散射(SBS)、受激喇曼散射(SRS) 克尔效应（折射率扰动）：光纤折射率随信号的强度变化而变化。 包括：相位调制(SPM)、互相位调制(XPM)、四波混频(FWM)32、受激光散射 概述： 一个高能量光子被散射成一个低能量的光子（斯托克斯光），同时产生能量为两光子能量差的另一个能量子 SBS参与的能量子为声子，只有后向散射； SRS参与的能量子为分子振动，以前向散射为主，但也有后向散射。阈值功率：在光纤输出端有一半功率被损失

10、到斯托克斯光时的入射功率33、关于模式1、进入光纤的光在芯包交界面上的入射角大于临界角时，就在光纤内产生 全反射；而入射角小于临界角的光就有一部分进入包层，被很快衰减掉。前者的传输损耗小，能作远距离传输，称为传导模。2、能满足全反射条件的光线也只是具有特定角度的部分才能在光纤中传输，因此，不同模式的光的传输方向不是连续改变的。当通过一段光纤时，以不同角度在光纤中传输的光所走的路径也不同。沿光纤轴前进的光走的路径最短，而与轴线交角大的光所走的路径则较长。 3、并不是任何形式的光波都能在光纤中传输。每种光纤都只允许某些特定的光波通过，而其他形式的光波在光纤中无法存在。每一种允许在光纤中传输的特定形

11、式的光波称为光纤的一个模式。4、在同一光纤中传输的不同模式的光，其传播方向、传输速度和传输路径不同，其受到光纤的衰减也不同，观察与光纤垂直的横截面，就会看到，不同模式的光波在横截面上的光的强度分布图形也不同，有的是一个亮斑，有的分裂为几个亮点。34、光纤的损耗、色散、非线性分别会影响什么？ 损耗直接影响中继距离；色散将引起光脉冲展宽和码间串扰，最终影响通信距离和容量；非线性效应同样引起能量损失和信号串扰；因此，高速长距离信息传输，要求光纤具有低损耗、低色散和低非线性效应。-第二章-35、数字光纤结构系统图36、光纤系统中的器件与模块37、光连接器 技术指标：连接损耗、回波损耗38、光衰减器 实

12、现方法：光纤接头错位、准直光束的偏离、光阑、镀膜或玻璃体的吸收等。技术指标：衰减量、精度、反射、插损类型：固定式、分级可变式、连续可调式39、光耦合器 类型：Y型、X型22耦合器、1N型、M*N型宽带、窄带全光纤型、微光元件型、集成光波导型功能：光信号的分配、合成、提取、监控等。原理：多模光纤：传输模包层模传输模；单模光纤：消失场耦合40、光滤波器与光解复用器（光波长选择器件）41、光滤波器种类： 基于干涉原理的滤波器：熔锥光纤滤波器、Fabry-Perot滤波器、多层介质膜滤波器、马赫-曾德干涉滤波器基于光栅原理的滤波器：体光栅滤波器、阵列波导光栅滤波器（AWG）光纤光栅滤波器、声光可调谐滤

13、波器42、多层介质模滤波器： 多层介质模：通过某一波长，阻止其它波长43、光隔离器用途：放置于激光器及光放大器前面，防止系统中的反射光对器件性能的影响甚至损伤主要指标：典型的插入损耗（1dB）隔离度为4050dB（对反射光的衰减能力）原理：法拉第旋转效应44、光环行器：工作原理等同于隔离器，光传送顺序： 123445、光调制器与光开关（了解第二章的36-53页、174-176页）光调制器：实现从电信号到光信号的转换光开关：实现光通道的通断和转换光调制的分类：按被调制光波参数分为强度调制、相位调制、偏振调制等46、半导体激光器的结构、工作原理及工作特性（了解第二章的90-117页） 结构：条形结

14、构-（本要点答案来源于网络） 工作原理：半导体激光器的工作原理是激励方式，利用半导体物质（即利用电子）在能级间跃迁发光，用半导体晶体的面形成两个平行反射镜面，组成谐振腔，使光振荡、反馈、产生光的辐射放大，输出激光。 工作特性：1：阀值特性：对于半导体激光器，当外加正向电流达到某一值时，输出光功率将急剧增加，这时将产生激光振荡，这个电流值称为阈值电流，用It表示。 2：光谱特性：半导体激光器的光谱随着激励电流的变化而变化。激光器产生的激光有多模和单模。 3：温度特性：激光器的阈值电流和光输出功率随温度变化的特性为温度特性。4：转换效率：半导体激光器是把电功率直接转换成光功率的器件，衡量转换效率的

15、高低常用功率转换效率来表示。激光器输出特性曲线 激光器阈值电流随温度变化的曲线 47、掺铒光纤放大器（EDFA）的基本结构示意图48、掺铒光纤放大器（EDFA）的工作原理 铒离子能带图 铒离子的吸收谱 EDFA的泵浦方式49、光发射机与光接收机的的结构光发射机的结构光接收机的结构50、光发射机与光接收机的工作原理（本要点答案来自于网络）光发射机：光发射机的作用是将从复用设备送来的HDB3信码变幻成NRZ码，接着将NRZ码编为适合在光缆线路上传输的码型，最后再进行电/光转换，将电信号转换为光信号并耦合进光纤。光接收机：光接收机作用是将光纤传输后的幅度被衰减、波形产生畸变的、微弱的光信号变换为电信

16、号，并对电信号进行放大、整形、再生后，再生成与发射端相同的电信号，输入到电接收端机，并且用自动增益控制电路（AGC）保证稳定的输出。51、半导体光源的直接调制原理-第三章-52、波分复用技术和波分复用器光波分复用技术：在一根光纤中能同时传输多波长光信号的技术，称为光波分复用技术（WDM）。 光波分复用器：如果在系统发送端采用此技术，将不同波长的光信号组合起来送入光纤传输的设备称为光波分复用器。光波分复用器是对光波波长进行合成与分离的光器件。53、光波分复用系统的分类及图示 由光波分复用器构成的光波分复用系统，从结构上来分，可分为单纤单向WDM系统和单纤双向WDM系统。单纤单向结构WDM传输系统

17、单纤双向结构WDM传输系统 54、光波分复用器的原理图WDM光传输原理图 55、光波分复用器的光学特性（复用器与解复用器） 复用器：复用器的光学特性可以用给定的输入端口的插入损耗波长关系曲线表示。 解复用器：解复用的光学特性，可以用输入端到N个输出端的各信道的波长插入损耗关系曲线来表达。 复用器插入损耗波长关系曲线 解复用器波长插入损耗关系曲线56、复用种类的应用（复用：在一个信道上传输多路信号）频分复用（FDM）：时分复用（TDM）：统计时分复用（STDM）：码分复用（CDMA）：波分复用（WDM-DWDM&CWDM）：57、波分复用的概念：一根光纤同时传输几个不同波长的光载波，每个光载波携

18、带不同的信息-波分复用（WDM）58、WDM技术的主要优势1、 充分利用光纤的巨大带宽资源。2、 同时传输多种不同类型的信号。3、 节省线路投资。4、 降低器件的超高速要求。5、 高度的组网灵活性、经济性和可靠性59、WDM的技术特点 1. 可以充分利用光纤的巨大带宽资源，使一根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍。2.使 N 个波长复用起来在单模光纤中传输，在大容量长途传输时可以大量节约光纤。3.由于同一光纤中传输的信号波长彼此独立，因而可以传输特性完全不同的信号，完成各种电信业务信号的综合和分离，包括数字信号和模拟信号的综合与分离。4.波分复用通道对数据格式是透明的，即与信号速率及电

19、调制方式无关。一个WDM系统可以承载多种格式的“业务”信号。WDM系统完成的是透明传输，对于“业务”层信号来说，WDM的每个波长就像“虚拟”的光纤一样。5. 在网络扩充和发展中，是理想的扩容手段，也是引入宽带新业务的方便手段，增加一个附加波长即可引入任意想要的新业务或新容量。6. 利用WDM技术选路来实现网络交换和恢复，从而可能实现未来透明的、具有高度生存性的光网络。7. 在国家骨干网的传输时，EDFA的应用可以大大减少长途干线系统中继器的数目，从而减少成本。距离越长，节省成本就越多。60、波分复用系统的基本结构61、光纤系统中的器件与模块62、WDM光纤网络的示意图 63、多层介质薄膜滤波器

20、（DTMF）-16信道以下波分复用系统的首选器件！ 阵列波导光栅（AWG）-16信道以上波分复用系统的首选器件！深刻蚀凹面衍射光栅（EDG）-未来可取代现有波分复用器的方案！-第四章自己总结-、64、PDH和SDH的区别（图表需了解） 与PDH相比，SDH具有下列特点：(1) SDH采用世界上统一的标准传输速率等级。(2) SDH各网络单元的光接口有严格的标准规范。(3) 在SDH帧结构中，丰富的开销比特用于网络的运行、 维护和管理，便于实现性能监测、故障检测和定位、故障报告等管理功能。(4) 采用数字同步复用技术，其最小的复用单位为字节， 不必进行码速调整，简化了复接分接的实现设备，由低速信

21、号复接成高速信号，或从高速信号分出低速信号，不必逐级进行。(5) 采用数字交叉连接设备DXC可以对各种端口速率进行可控的连接配置，对网络资源进行自动化的调度和管理，既提高了资源利用率，又增强了网络的抗毁性和可靠性。65、数字通讯系统的特点 优点：提高了抗干扰能力；易加密；造价低；功耗低； 缺点：占用较宽信道频带。66、数字通信的终端处理技术（自己总结）1、数字通信的终端处理技术分为脉冲编码调制(PCM)技术、时分多路复用与同步技术2、数字通信系统终端：对模拟信号进行模/数（A/D）变换以及对数字信号进行数/模（D/A）变换的设备。3、PCM系统由发送端、接收端和信道传输设备组成发送端：完成对模

22、拟话音信号的抽样、量化、编码三步处理，然后将信号直接送入信道进行传送，即完成模/数变换过程；接收端：收到数字脉冲信号后，通过再生、译码等反变换，最后经低通滤波器平滑成原始的模拟语音信号，即完成数/模变换过程；信道传输设备：当传输距离较长时，在信道中间每隔一定距离需要设置再生中继设备。4、时分多路复用与同步技术时分多路复用：利用各路信号占用时间有限的特点，在信道上的不同时隙分别传输各路信号。同步的必要性：在时分多路复用中，为了保证各路信号被准确地分配到各路中去，要求收发两端的分路器与合路器必须严格同步，否则就会造成接收端不能在相应的时间内收到该收的信号而产生串音干扰。同步技术：分为位同步和帧同步67、数字传输与再生技术（自己总结） 1、有限带宽传输对脉冲波形的影响：1：当具有无限带宽的理想脉冲信号通过有限带宽的信道传输时对信号波形一定会造成影响，产生信号失真。2：周期为2fH的单位冲激脉冲序列通过带限为fH的理想低通后，每个脉冲响应输出波形都有最大值点，该点处的码元幅值仅由本码元决定，其他码元幅值刚好是过零点，对本码元最大值处判决点不产生影响，从而为正确判决数字码元是“1”还是“0” 提供了条件。2、再生中继的含义：为了延长通信距离，在信道沿线适当距离