光纤通信复习重点

PAGEPAGE5光纤通信复习重点题型：填空、选择、判断（30、问答（40、计算（01.2.2光纤通信的优点（☆☆）容许频带很宽，传输容量很大损耗很小，中继距离很长，且误码率很小重量轻，体积小抗电磁干扰性能好泄露小，保密性能好节约金属材料，有利于资源合理使用1.3光纤通信系统的基本组成信息源电光光电信信息源电光光电信息宿发发光纤线路接接射射收收机电信号机光信号 光信号机机电信号输入输出 输入输出作用：信息源：把用户信息转换为原始电信号，这种信号称为基带信号电发射机：把信息源传递过来的模拟信号转换成数字信号（PCM）光发射机：注入光纤线路。光纤线路收机。光接收机光信号转换为电信号光检测器是光接收机的核心；电接收机：把接收的电信号转换为基带信号，最后由信息宿恢复用户信息；；3光纤结构光纤是由中心的纤芯包层同轴组成的圆柱形细丝（典型值△=（n1-n2）/n1，△越大，把光能量束缚在纤芯的能力越强，但信息传输容量确越小）光纤类型（三种基本类型）2.2突变型多模光纤：纤芯折射率为n1保持不变，到包层突然变为n2。这种光纤一般纤芯直径2a=50~80μm，光线以折线形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变大。渐变型多模光纤：n1，rn22a50μm，轴线方向传播，特点是信号畸变小。单模光纤：折射率分布和突变型光纤相似，纤芯直径只有8~10μm（简并，所以称为单模光纤，其信号畸变很小。光纤传输原理（展宽衰减的原因）几何光学方法（几个基本物理量的计算、效应、单模是重点1）突变型多模光纤n1n22 22数值孔径：定义临界角θc的正弦为数值孔径n1n22 221NA或θc)从光源到光纤的耦合效率越高。对于无损耗光纤，在NA经光纤传输后产生的信号畸变越大，因而限制了信息传输容量。L L nL时间延迟:

(NA)2 1 2nc c 2nc c1在时域产1脉冲展宽产生的。2）渐变型多模光纤 渐变型多模光纤具有能减小脉冲展宽、增加带宽的优点自聚焦效应不同入射角相应的光线虽然经历的路程不同但是最终都会聚在同一点上渐变型多模光纤具有自聚焦效应不仅不同入射角相应的光线会聚在同一点上，而且这些光线的时间延迟也近似相等。单模光纤的模式特性1）单模条件和截止波长VV2an22an2n212输条件为

2.405可以看到，对于给定的光纤(n1、n2aλc，λ<λcλ>λcλc止波长。2）光强分布和模场半径HE11Ψ(r)=Aexp[r)2]w1/e0场半径。3）双折射把两个偏振模传输常数的差(βx-βy)定义为双折射Δβ，通常用归一化双折射β来表示

(

)xyxy式中=(βx+βy)/2为两个传输常数的平均值。把两个正交偏振模的相位2πLb=2光纤传输特性损耗传输距离色散统的传输容量。光纤色散（☆☆☆☆☆）三种色散模式色散分布光纤材料折射率的波长特性有关。材料色散取决于光纤材料折射率的波长特性和光源的谱线宽度。波导色散芯与包层的相对折射率差。上看，色散限制了传输信号的带宽；从时域上看，色散引起信号脉冲的展宽。理想的单模光纤没有模式色散，只有材料色散和波导色散。材料色散和波导色散总称为色度色散，常简称为色散，它是传播时间随波长变化的产生的。光纤损耗光纤的损耗在很大程度上决定了系统的传输距离。dp在最一般的条件下，在光纤内传输的光功率Pzap表示。α是损耗系数。dz吸收损耗：

材料引起的固有吸收和由杂质引起的吸收产生的。2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引起。光纤总损耗α与波长λ的关系可以表示为：Aα=4+B+CW(λ)+IR(λ)+UV(λ)AIR(λUV(λ)别为杂质吸收、红外吸收和紫外吸收产生的损耗。第三章通信用光器件光源器是PN，实现粒子数反转分布振腔的正反馈，实现光放大而产恒激光震荡的。半导体激光器工作原理和基本结构（布？如何实现）工作原理：半导体激光器是向半导体PN结注入电流实现粒子数翻转分布，产生受激辐射，实现光放大，在利用谐振腔的正反馈而产生激光振荡的。基本结构：中间0.1~0.3μmP有源层两侧PN限制层基片(衬底)上，前后两个晶体解理面作为反射镜构成法布里-珀罗(FP)谐振腔。三种跃迁：受激吸收：E1E2自发辐射：E2E1E2E1空穴复合，释放的能量产生光辐射；能级跃迁：E1E2波尔条件，即E2-E1=hf收或辐射的光子频率；

12，

其中h=6.628×10-34J·s，为普朗克常数，f为吸12偏振态和传播方向与入射光相同相干光频率和方向分布在一定范围相位和偏振态是混乱非相干光。粒子数分布：E1E2(E2>E1)N1N2平衡状态时，存在下面的分布N2 E2exp( (k=1.381*10-23为玻尔兹曼常数，TN1 kT（正常状态）（粒子数反转分布）如何实现粒子数反转分布：半导体激光器是向半导体PN结注入电流，实现粒子数反转分布；半导体激光器的主要特性（小题 光谱特性发射波长温度特性）发射波长半导体激光器的发射波长取决于倒带的电子跃迁到价带时所释放的hc不同半导体材料有不同的禁带宽Eg Eg度Eg，所以有不同的发射波长）光谱特性：驱动电流的增加模数减少谱线宽度变窄随着调制电流增大，纵模模数增多，光谱密度变宽。弛张频率：弛张频率f是调制频率的上限，在接近f处，数字调制要产生弛张r r震荡，模拟调制要产生非线性失真。温度特性：激光器输出光功率随温度而变化有两个原因：一是激光器的阈值电流I随温度升高而增大，二是外微分量子效率η随温度升高而减小。th d温度升高时，I增大，η减小，输出光功率明显下降，达到一定温度时，激th d当对激光器进行脉冲调制时，阈值电流随温度呈指数变化，在一定温度范围内，可以表示为Ith

Iexp(T)0 T0(I，TT0

为激光器材料的特征温度)3.1.4发光二极管（对应的看看就可以）发光二极管(LED)的工作原理与激光器(LD)LD光，LED发光二极管的优点：和激光器相比，发光二极管输出光功率较小，谱线宽度而且制造工艺简单，价格低廉。光检测器光电二极管工作原理（光电效应）光电效应：PNPNPN说明:光生漂移电流分量和光生扩散电流分量的总和即为光生电流；光无源器件（连接器：实现光纤与光纤之间可拆卸连接接头：实现光纤与光纤之间的永久性连接/解复用器光隔离器只允许光波向一个方向上传输别是反方向传播。环形器：有多个接口的光隔离器；外调制器：光开关：转换电路，实现光交换。（4.1.14.2.1）光发射机（相应的模块对光源有什么要求、电路的作用（简单题1号嫌疑犯）0.85μm1.316PAGEPAGE10μm1.55μm光谱单色性要好宽的限制。电/光转换效率要高，即要求在足够低的驱动电流下，有足够大而稳定的输出发射光束的方向性要好高光源与光纤之间的耦合效率。允许的调制速率要高或响应速度要快,以满足系统的大传输容量的要求。发射机的电路部分：作用：电路的设计应该以光源为依据，使输出光信号准确反映输入电信号；对调制电路和控制电路的要求：10，以保证足够的光接收信噪比。冲的波形.振荡，保证发射机正常工作。应采用自动功率控制(APC)和自动温度控制稳定性。线路编码电路必要的原因码，而光源不能发射负脉冲。调制特性（效应 小知识）tdT/2相同数量级会使“0”码过后的第一个“1脉冲宽度变窄，幅度减小，严重时可能使单码型效应的特点弛张震荡：当电流脉冲注入激光器后，输出光脉冲会出现幅度逐渐衰减的震荡。时，输出光脉冲出现持续等幅的高频振荡，这种现象叫做自脉动现象；温度对激光器输出光功率的影响主要通过阈值电流Ith

和外微分量子效率η产生d温度升高，阈值电流增加，外微分量子效率减小，输出光脉冲幅度下降；光接收机4.2.1光接收机基本组成（☆☆☆☆☆☆）图4.1.14 光信号

光检测器

前置放大器 主放大器再生码流均衡器 判决器偏压控制 AGC 时钟电路 提取对光检测器的要求：1）波长相应要和光纤低损耗窗口（0.85μm，1.31μm1.55μm）响应度要高，在一定的接收光功率下，能产生尽可能大的光电流；均衡的目的是：对经光纤传输、光/电转换和放大后已产生畸变的电信号进行补偿，使输出信号的波形适合于判决，以消除码间干扰减小误码率。4.2.4灵敏度（最基本的定义、计算式子、基本概念）灵敏度的定义：在保证通信质量的条件下，光接收机所需的最小平均接收光功率P,并以dBm为单位。min计算公式：定义公式：Pr=10lg理想光接收机灵敏度：Pr=10lgPmin(w)](dBm)基本概念：

nhcf2

103b因为量子噪声是伴随光信号的随机噪声，只要有光信号输入，就有量子噪声存在；光接收机的噪声包括光检测器的噪声APD电阻热噪声和前置放大器的噪声。线路编码（有什么要求）数字光纤通信系统对线路骂醒的主要要求是保证传输的透明性，具体要求是：能限制信号带宽，减小功率谱中的高低频分量。能给光接收机提供足够的定时信息。通信系统，应尽量减小冗余度，以免占用过大的带宽。常用的线路码型为：扰码、mBnB5.1.2同步数字系列SDH（帧结构作用因素）图5.7（简答题2号嫌疑犯）POH)POH)12345SOHAUP STM(含N载荷发送顺序每行先左后右…9SOH270×270×N9×N261×N9×N261×NSDH环形网的一个突出优点是“自愈”能力。系统的性能指标（小知识点掌握）参考模型（参数、可靠性指标）

1）段开销（SOH（又可考连接（HRX；假设参考数字链路HRDL）数字光纤通信系统的主要性能指标有：传输速率，误码率，抖动和可靠性系统的设计（往年有计算，今年没有，但有小知识点）数字光纤通信系统设计的主要任务是法来确定中继距离。在光纤传输中，中继距离不但受到光纤损耗限制，而且还受到光纤色散的限制。第七、八章（讲过的一些小知识点，你大爷，哪些讲过，臣妾不知道哇）1）参饵光纤放大器工作波长正好与光纤的最佳波长一