光纤通信复习.doc

第一章 概述1、 利用光导纤维传输光波信号的通信方式称为光纤通信2、 光波属于电磁波的范畴，紫外线、可见光、红外线目前光纤通信的实用工作波长在近红外区，即0.8~1.8µm的波长区，对应的频率为167~375THz3、 目前光纤通信的使用工作波长的三个低损耗窗口为0.85µm,1.31µm,1.55µm4、 电发射机：输出脉冲调制信号； 光发射机：将电信号转换成光信号耦合进光纤； 光中继器：接受并放大光信号； 光接收机：将光纤送过来的光信号转换成电信号，使其恢复为原来的脉码调制信号送入电接收机5、 广信通信的优越性：① 传输频带宽，通信容量大 ② 传输损耗小，中继距离长 ③ 抗电磁干扰的能力强④光纤线径细、重量轻，并且制作光纤的资源丰富第二章 光导纤维1、光线的结构：由外到内分别是：涂敷层、包层、纤芯纤芯的折射率（n1）大于包层(n2)、直径(2a)小于包层(2b)2光纤按照横截面折射率分布的不同划分为：阶跃型光纤和渐变型光纤阶跃型光纤的纤芯和包层折射率沿半径保持一定，且闲心和包层的折射率在边界出呈阶梯性变化；渐变型光纤纤芯折射率随半径增大而逐渐减小包层中折射率均匀。

3、根据光纤中传输模式数量分为：单模光纤和多模光纤光线中只传输一种模式时叫做单模光纤；在一定的工作波长下，多模光纤是能传输多种模式的介质波导4、斯奈尔定理：反射定律：θ1=θ1’ 折射定律：n1sinθ1=n2sinθ2 n=c／v5、平面波的全反射：sinθc=n2／n1（θc为临界角）全反射条件：θ1>θ2 θc<θ1<90°.6、相对折射指数差Δ=n1²-n2²／2n1² Δ=n1-n2／n17、子午线，斜射线（11页）8、数值孔径的概念：光纤捕捉光射线能力的物理量叫数值孔径NA=n1 Δ 数值孔径越大表示光纤捕捉光的能力越强9、渐变型光纤中的子午线轨迹为;抛物线10、光纤的自然聚焦：在渐变型光纤中，光纤轴线处（r=0）的折射指数最大，n随着r的增大而逐渐减小，由于v=c/n可以看出，靠近轴线处，这射线的速度慢；而远离轴线处，射线的速度快当光纤中得射线传输相同的轴线距离时，则靠近轴线处的射线需要的时间长，但路程短；而远离轴线处的射线需要的时间短但路程长如果折射指数n的分布合适的话，则可使不同射线沿着不同的轨迹在相同的时间内走完规定的轴线长度11、单模光纤按照折射率分布情况可分为：阶跃型单模光纤和下凹型单模光纤。

阶跃型单模光纤纤芯和包层交界处折射率呈阶梯型变化，从纤芯折射率n1变到包层折射率n2，而且n1>n2.12、单模传输的条件：0

本征吸收是光纤基本材料（例如纯SiO2）固有的吸收，并不是有杂质或者缺陷所引起的因此，本征吸收基本上确定了任何特定材料的吸收下限杂质吸收是由材料的不纯净和工艺的不完善而造成的附加吸收损耗2）散射损耗是由光纤的材料、形状及折射指数分布等的缺陷或不均匀，光纤中传导额的光散射而产生的它包括线性散射损耗和非线性散射损耗①线性散射损耗主要包括瑞利散射和材料不均匀引起的散射瑞利散射也是光纤的本征散射损耗，是由光纤材料的折射率随机性变化而引起的它与1／λ的五次方成正比，它随波长的增加而急剧减小16、光纤的色散特性是指光脉冲在光纤中传输，随着传输距离的加大，脉冲波形在时间上发生了展宽色散的大小用时延差表示17、光纤中得色散分为下面三种：（1）、模式色散：光纤中的不同模式，在同一波长下传输，各自的相位常数βmm不同而引起的它在单模光纤中不存在2）、材料色散：由光纤本身的折射指数n和波长λ呈非线性关系从而使光的传播速度随波长而变化3）、波导色散：光纤中同一模式在不同的频率下传输时，其相位常数不同而引起的色散18、多模光纤的色散：条件：归一化频率V>2.40483，最大时延差Δτmax=Ln1·Δ／c19、光纤的非线性效应是指在强光场的作用下，光波信号和光纤介质相互作用的一种物理效应它包括由散射作用而产生的非线性效应和由光纤折射指数随光强度变化而引起的非线性效应。

20、受激拉曼散射是指当光信号输入光纤后，引发介质中分子振动，这些分子振动对入射光调制后会产生新的光频，从而对入射光产生散射作用第三章 光纤通信器件1、有源光器件包括半导体光源、收端的半导体光电检测器和光放大器2、目前用于光纤通信的光源包括半导体激光器（LD）和半导体发光二级管（LED）.3、光是由能量为hf的光量子组成的，其中h为普朗克常数；f是光波频率4、原子能级的概念：电子在原子钟围绕原子核按一定轨道运动，而且只能有某些允许的轨道由于在每一个轨道内运动，就相应具有一定的电子能量，因此，电子运动的能量只能有某些允许的数值这些所允许的能量值因轨道的不同，都是一个个地分开得，即是不连续的我们把这些分立的能量值称为原子的不同能级5、光和物质的相互作用分为：（1）、自发辐射它的特点：①这个过程是在没有外界作用的条件下自发产生的，是自发跃迁②辐射光子的频率不同，频率范围很宽③电子的发射方向和相位也是各不相同的，是非相干光2）、受激吸收，特点：①这个过程必须在外来光子的激发下才会产生，是受激跃迁②原来光子的能量等于电子跃迁的能级之差③受激跃迁的过程不是放出能量，而是消耗外来光能3）、受激辐射，特点：①外来光子的能量等于跃迁的能级之差。

②受激过程中发射出来的额光子与外界光子不仅频率相同，而且相位、偏振方向和传播方向都相同，因此称它们是全同光子③这个过程可以使光得到放大6、 粒子数反转分布是指物质受激辐射作用大于受激吸收作用，也就是必须使N1>N2即处于高能级的光子数多于处于低能级的光子数7、 激光器的基本组成必须包括下面三部分：能偶产生激光的工作物质，能够使工作物质处于粒子数处于反转分布状态的激励源，能够完成频率选择及反馈作用的光学谐振腔8、 光学谐振腔内有损耗，镜内也有损耗 9、 增益系数G是指光通过单位长度的激活物质之后，光强增加的百分比10、 光纤通信对半导体发光器件的基本要求是：① 光源的发光波长应符合目前三个低损耗窗口，即短波长波段的0.85µm、长波长波段的1.31µm与1.55µm② 能长时间连续工作，并能提供足够的光输出功率③ 与光纤的耦合效率高④ 光宇的频谱宽度窄⑤ 寿命长，工作稳定11、半导体激光器的阈值特性是指当外加正向电流达到某一值时，输出光功率将急剧增加，这是将产生激光振荡，这个电流称为阈值电流12激光视如何产生的？13、目前光纤通信系统中，常用的半导体光电检测器有两种：PIN光电二极管，APD雪崩光电二极管。

14、半导体的光电效应是指光照射到半导体的P-N结上，若光子能量足够大，则半导体材料中价带的电子吸收光子的能量，从价带越过禁带到达导带，在导带中出现光电子，在价带中出现光空穴，即光电子——空穴对，又称光生再流子光生载流子在外加负偏压和内建电场的作用下，在外电路中出现光电流，从而在电阻R上有信号电压产生这样，就实现了输出电压跟随输入光信号变化的光电转化作用15、PIN光电二极管中得I指在P型材料和N型材料之间加一层轻掺杂的N型材料16、暗电流是指在没有光照射时，光电检测器应无光电流输出但是实际上由于热激励、宇宙射线或放射性物质的激励，在无光情况下，光电检测器仍有电流输出17、光放大器主要包括半导体光放大器和光纤放大器光纤放大器又包括（1）非线性光纤放大器和（2）掺饵光纤放大器（EDFA）：它的工作波长在1.53~1.56µm它的工作原理：铒离子有三个工作能级E1亚态、E2亚稳态和E3激发态铒的正三价离子在未受任何激励的情况下，处于E1能级上，当用泵浦光源的激光不断地激发掺饵光纤时，处于稳态的粒子获得能量会向高能级跃迁由于在高能级上得粒子是不稳定的，它会迅速以无辐射过程落到亚稳态上，该能级上得粒子相对来讲有较长的寿命。

由于泵浦光源不断的激发E2上得粒子数不断增加，则E1上得粒子数数减少，这样掺饵光纤中就实现了粒子数反转分布状态当输入光信号的光子能量E=hf正好等于E2和E1的能极差时，则在E2上得粒子将以受激辐射的形式跃迁到E1上，辐射出全同光子，从而增加光子数量使得输入光在掺饵光纤在键盘美国变成一个强的输出光信号，实现了光的直接放大EDFA的泵浦方式分为同向泵浦方式、反响泵浦方式和双向泵浦方式17、噪声系数F=放大器的输入信噪比/放大器的输出信噪比18、光纤拉曼放大器分为分立式RFA和分布式RFA两种分布式RFA的带宽更大19、插入损耗L等于输出光功率之和与输入光功率之比的分贝值，分光比T等于两个输出端口的光功率之比，插入损耗和分光比都属于耦合器的特性20、波分复用技术是指在同一根光线中能同时传输多波长光信号的技术 第四章 光纤通信系统1、光纤通信系统中得内调制：强度调制——直接检波（IM-DD）2、光发射机是将电信号转化为光信号3、对光发射机的要求：①光源的发光波长要合适②合适的输出光功率③较好的消光比EXT=全“0”码时的平均输出功率／全“1”码的输出功率④调制特性好4、随着激光器的老化输出光功率降低，随激光发光器的温度升高输出光功率下降，随环境温度的升高输出光功率降低。

5、光电检测器——前置放大器——主放大器6、一般通信系统的中继距离可以表示为：La=（PT－PR－ACT－PCR－PP－ME－ART）÷(Af＋As／Lf＋Mc) 即（距离=允许损耗总和÷每公里的损耗）7、接收机的灵敏度是指在满足给定误码率（BER）的条件下，光接收机能够接收到的最小平均光功率第五章 SDH ＆ WDH1、同步数字体系（SDH）是一种新的传输体制2、SDH网的概念中包含以下几个要点： ① SDH网有全世界统一的网络结点接口（ＮＮＩ）简化了信号的互通和信号的传输、复用、交叉连接等过程　②SDH网有一套标准化的信息结构等级，称为同步传输模块STM—N（N=1,4,16,64）STM—1 155.520Mbit/s STM—4 622.0800Mbit/s ③ SDH网的基本网络单元有终端复用器（TM）、分插复用器（ADM）、再生中继器（REG）和同步数字交叉连接设备（SDXC）等3、要规范一个统一的网络结点接口，则必须有一个统一、规范的接口速率和信号帧结构4、段开销（SOH）是指帧结构中，为了保证信息正常传送而供网络运行、管理和维护所使用的附加字节，信。