光纤通信复习资料必看1.pdf

1 复习提纲第一章知识点小结：1.什么是光纤通信？利用光纤传输光波信号的通信方式2.基本光纤通信系统的组成和各部分作用基本光纤传输系统由光发射机、光纤线路和光接收机三个部分组成1. 功能：是把输入电信号转换为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路核心： 光源要求光源输出光功率足够大，调制频率足够高，谱线宽度和光束发散角尽可能小，输出功率和波长稳定，器件寿命长目前广泛使用的光源有半导体发光二极管(LED) 和半导体激光二极管(或称激光器 )(LD) 2. 功能：把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变(失真 )和衰减传输到光接收机光纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成光纤线路的性能主要由缆内光纤的传输特性决定对光纤的基本要求是损耗和色散这两个传输特性参数都尽可能地小，而且有足够好的机械特性和环境特性，3. 功能： 把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号，并经放大和处理后恢复成发射前的电信号核心：光检测器对光检测器的要求是响应度高、噪声低和响应速度快3、光纤通信和电通信的区别 光纤通信和电通信的主要差别：（1）电通信的载波是电波，光纤通信的载波是光波2）电通信用电缆传输信号，光通信用光纤传输信号，光缆具有比电缆更小的高频率传输损耗。

第二章知识点小结1、光能量在光纤中传输的必要条件（对光纤结构的要求）光纤结构纤芯：光能量传输的通道包层：为光的传输提供反射面和光隔离以及机械保护作用设折射率，纤芯为n1；包层为n2,则光能量在光纤中传输的必要条件是n1>n22、突变多模光纤数值孔径的概念及计算设纤芯和包层折射率分别为n1 和 n2，空气的折射率n0=1， 纤芯中心轴线与z 轴一致，如图 2.4 定义临界角 θc 的正弦为数值孔径(Numerical Aperture, NA) 根据定义和斯奈尔定律设Δ =0.01，n1=1.5，得到 NA=0.21 或θc=12.2°NA 表示光纤接收和传输光的能力1）NA 越大，纤芯对光能量的束缚越强，光纤抗弯曲性能越好2）NA 越大经光纤传输后产生的信号畸变越大信 息 源电 发 射 机光 发 射 机光 接 收 机电 接 收 机信 息 宿基本光纤传输系统光纤线路接 收发 射电信号输入光信号输出光信号输入电信号输出包层 n2纤芯 n12sin12 22 1nnnNAC2 3、弱导波光纤的概念4、相对折射率指数差的定义及计算相对折射率指数差（纤芯和包层折射率分别为n1 和 n2）定义：弱导波光纤中n1 和 n2 相差很少，则n1+n2 2 n1 所以有：5、突变多模光纤的时间延迟。

由式 (2.4)得到最大入射角(θ=θc)和最小入射角(θ=0)的光线之间时间延迟差近似为6、渐变型多模光纤自聚焦效应的产生机理渐变型多模光纤的光线轨迹是传输距离z 的正弦函数θ *=θ0cos(Az) 对于确定的光纤，其幅度的大小取决于入射角θ0，其周期 Λ=2π/A=2 πa/ ， 取决于光纤的结构参数(a, Δ)， 而与入射角 θ0 无关 这说明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P 点上，这种现象称为自聚焦 (SelfFocusing)效应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这是因为(1) 光线传播速度v(r)=c/n(r)(c为光速 ) ，入射角大的光线经历的路程较长，但大部分路程远离中心轴线，n(r) 较小，传播速度较快，补偿了较长的路程2) 入射角小的光线情况正相反，其路程较短，但速度较慢所以这些光线的时间延迟近似相等7、归一化频率的表达式V= 由式可以看到，对于给定的光纤(n1、n2 和 a 确定 )，存在一个临界波长λc，当 λλc 时，是单模传输，这个临界波长λc 称为截止波长由此得到8、突变光纤和平方律渐变光纤传输模数量的计算。

第三章知识点小结1、纤通信中常用的半导体激光器的种类半导体激光二极管或称激光器 (LD) 和发光二极管或称发光管(LED) 2、半导体激光器的主要由哪三个部分组成？主要由激励源、激光物质和谐振腔组成2 12121 2))((nnnnn2 12 22 1 2 nnn121/)(nnncLnNAcnLcnLc12121)(22)sin()0(AzAnr405.222 22 1nna405. 222 22 1nnaC2.405V405.2cCV或3 3、电子吸收或辐射光子所要满足的波尔条件受激辐射是受激吸收的逆过程电子在 E1 和 E2 两个能级之间跃迁，吸收的光子能量或辐射的光子能量都要满足波尔条件，即E2-E1=hf12 (3.1)式中， h=6.628×10-34J·s，为普朗克常数，f12 为吸收或辐射的光子频率受激辐射：产生相干光，辐射光的频率、相位、偏振态和传播方向与入射光相同自发辐射：产生非相干光，其频率和方向分布在一定范围内，相位和偏振态是混乱的4、什么是粒子数反转分布？设在单位物质中，处于低能级E1 和处于高能级E2(E2>E1) 的原子数分别为N1 和 N2当系统处于热平衡状态时，存在下面的分布：式中，k=1.381×10-23J/K，为波尔兹曼常数，T 为热力学温度。

由于(E2-E1)>0 ，T>0，所以在这种状态下，总是N1>N2 吸收物质：如果N1>N2，即受激吸收大于受激辐射当光通过这种物质，光强按指数衰减激活物质：如果N2>N1，即受激辐射大于受激吸收，当光通过这种物质，会产生放大作用N2>N1 的分布，和正常状态(N1>N2) 的分布相反，所以称为粒子(电子 )数反转分布5、理解半导体激光产生激光的机理和过程6、静态单纵模激光器7、半导体激光器的温度特性P53 8、DFB 激光器的优点P54 ① 单纵模激光器②谱线窄，波长稳定性好③动态谱线好④线性好9、LD 与 LED 的主要区别P55 （1）LD 发射的是受激辐射光，LED 发射的是自发辐射光2）LED 不需要光学谐振腔，没有阈值10、常用光电检测器的种类P58 目前常用的光检测器有PIN 光电二极管和雪崩光电二极管（APD ）11、光电二极管的工作原理P58 12、 PIN 和 APD 的主要特点P59~P63 PIN :为改善器件的特性，在PN 结中间设置一层掺杂浓度很低的本征半导体(称为 I) 主要特性： (1) 量子效率和光谱特性2) 响应时间和频率特性3) 噪声APD: 电子和原子多次碰撞，产生连锁反应，致使载流子雪崩式倍增的器件 主要特性： 1. 倍增因子。

2. 过剩噪声因子)exp(1212 kTEE NN4 13、耦合器的功能 功能：把一个输入的光信号分配给多个输出，或把多个输入的光信号组合成一个输出14、光耦合器的结构种类比较实用和有发展前途的有光纤型、光子器件型、微器件型和波导型15、什么是耦合比？耦合比 CR 是一个指定输出端的光功率Poc 和全部输出端的光功率总和的比值，用%表示由此可定义功率分路损耗Ls：Ls=10lg16、什么是附加损耗？ 附加损耗Le 由散射、吸收和器件缺陷产生的损耗，是全部输入端的光功率总和Pit 和全部输出端的光功率总和PotLe=10lg 17、光隔离器的结构和工作原理P70 第四章知识点小结1、数字光发射机的方框图P75 数字光发射机的方框图如图4.2 所示，主要有光源和电路两部分光源是实现电/光转换的关键器件，在很大程度上决定着光发射机的性能电路的设计应以光源为依据，使输出光信号准确反映输入电信号2、光电延迟和张驰振荡P77 输出光脉冲和注入电流脉冲之间存在一个初始延迟时间，称为电光延迟时间td，其数量级一般为 ns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振荡，称为张弛振荡， 其振荡频率 fr(= ωr/2π)一般为 0.5~2 GHz。

3、激光器为什么要采用自动温度控P79 温度通过阈值电流和外微分量子效率引起的输出光脉冲的变化：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NnonocOtOCppPPCR1)1(CRNnNnotitPinPinpP11lg10法拉弟 旋转器偏振器反射光阻塞入射光偏振器SOP激 光器热 敏电阻控制电路热 导5 温度对输出光脉冲的另一个影响是“ 结发热效应 ” 由于激光器结区温度的变化使得输出光脉冲的形状发生变化，这种效应称为“ 结发热效应 ” 温度控制装置一般由致冷器、热敏电阻和控制电路组成，图示出温度控制装置的方框图致冷器的冷端和激光器的热沉接触，热敏电阻作为传感器，探测激光器结区的温度，并把它传递给控制电路，通过控制电路改变致冷量，使激光器输出特性保持恒定4、数字光接收机的方框图P82 直接强度调制、 直接检测方式的数字光接收机方框图示于图4.14，主要包括光检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、时钟提取电路、取样判决器以及自动增益控制(AGC) 电路5、光接收机对光检测器的要求P82 光检测器是光接收机实现光/电转换的关键器件，其性能特别是响应度和噪声直接影响光接收机的灵敏度。

对光检测器的要求如下：(1) 波长响应要和光纤低损耗窗口(0.85 μm、 1.31 μm 和 1.55 μm)兼容；(2) 响应度要高，在一定的接收光功率下，能产生最大的光电流；(3) 噪声要尽可能低，能接收极微弱的光信号；(4) 性能稳定，可靠性高，寿命长，功耗和体积小目前，适合于光纤通信系统应用的光检测器有PIN 光电二极管和雪崩光电二极管(APD) 6、什么是灵敏度？P86 灵敏度是衡量光接收机性能的综合指标灵敏度 Pr： 在保证通信质量(限定误码率或信噪比)的条件下，光接收机所需的最小平均接收光功率〈 P〉min，并以 dBm 为单位由定义得到Pr=10lg 灵敏度表示光接收机调整到最佳状态时，能够接收微弱光信号的能力提高灵敏度意味着能够接收更微弱的光信号7、什么是误码和误码率？P84 误码：把发射的“ 0” 码误判为 “ 1” 码，或把 “ 1” 码误判为 “ 0” 码误码率： 光接收机对码元误判的概率称为误码率(在二元制的情况下，等于误比特率， BER) ，用较长时间间隔内，在传输的码流中，误判的码元数和接收的总码元数的比值来表示8、什么是动态范围？P89 动态范围 (DR)的定义是：在限定的误码率条件下，光接收机所能承受的最大平均接收光功率〈 P〉max 和所需最小平均接收光功率〈P〉min 的比值，用dB 表示。

根据定义DR=10lg 动态范围是光接收机性能的另一个重要指标，它表示光接收机接收强光的能力，数字光接收机的动态范围一般应大于15 dB光检测器偏压控制前置放大 器AGC 电路均衡器判决器时钟 提取再生码流主放大器光信号)](10)min([3dBmwP)(minmaxdBpp6 9、数字光纤通信读线路码型的要求P89 数字光纤通信系统对线路码型的具体要求有：(1) 能限制信号带宽，减小功率谱中的高低频分量这样就可以减小基线漂移、提高输出功率的稳定性和减小码间干扰，有利于提高光接收机的灵敏度2) 能给光接收机提供足够的定时信息因而应尽可能减少连“ １” 码和连 “ 0” 码的数目，使“ 1” 码和 “ 0” 码的分布均匀，保证定时信息丰富3) 能提供一定的冗余码，用于平衡码流、误码监测和公务通信但对高速光纤通信系统，应适当减少冗余码，以免占用过大的带宽10、数字光纤通信系统中常用的码型种类P90 有扰码、 mBnB 码和插入码第五章知识点小结1、SDH 的优点 P100 与 PDH 相比，SDH(1) SDH采用世界上统一的标准传输速率等级最低的等级也就是最基本的模块称为STM-1 ， 传输速率为155.520Mb/s ； 4 个 STM1 同步复接组成STM-4 ， 传输速率为4× 155.52 Mb/s=622.080 Mb/s。