光钎通信各章知识点.docx

第一章 概述1、 **什么是光纤通信？主要优点？ 答：所谓光纤通信，是指利用光导纤维（简称光纤）传输光波信号的一种通信方式主要优 点有：（1）传输频带宽、通信容量大2）传输损耗小3）抗电磁干扰能力强4）线径 细、重量轻5）资源丰富2、 **光纤通信与电通信的比较？ 答：光纤通信与电通信的主要差异有两点：一是用光作为传输信号；二是用光缆作为传输线 路3、 **光纤通信的调制、检测方式？答：目前采用比较多的一种基本方式，即是强度调制一一直接检波（IM/DD）方式4、 **光纤通信的组成？ 答：光纤数字通信系统主要由光发射端机、光纤、光中继器、光接收端机、监控及电源系统 组成第二章 光纤与光缆2．1 光纤的结构与分类一、 结构 光纤由纤芯、包层、一次涂覆层和二次涂覆层组成二、 分类1、 按折射率分布（ 1 ） 突变型（均匀型、阶跃型）（ 2） 渐变型（非均匀型、梯度型）2、 **按传输模式（1） 单模光纤（给定工作波长上，允许传输单一导模的光纤）（2） 多模光纤（给定工作波长上，允许传输多个导模的光纤） 2．2 阶跃型光纤一、预备知识（1）1、介质折射率 nn =- 真空中的光速介质中的光速2、反射定律：eir3、折射定律：sinesine■i即 n - sin 0 = n - sin 01 i 2 t4、全反射：条件：①ni > n2 （光密-光疏）② 900 >0 >0n0为全反射的临界角，0二Sin-1 2现象为只有反射光，没有折射光。

c c n1预备知识（2）A:相对折射率差* n 2 - n 2 . n - n△ = — — **弱导光纤 n q n Aq 2-2n 2 1 2 n11、阶跃光纤光射线的理论分析几何光学对应射线理论；波动光学对应麦克斯韦方程n - n1、相对折射率差：Aq — 亠n12、 射线的种类： **子午面：通过光纤轴线的平面子午线：始终在同一子午面上通过的光射线 斜射线：不在一个平面里，不经过光轴线的射线3、子午线的分析9：端面入射角⑴在n」分界面，满足全反射条件一一传输（导模，传导光）在「分界面，不满足全反射条件一一辐射光（辐射模）2)最大激励角（最大接收角）**0 = sin-i n - n = sin-1 n <2Amax '12 10'0max为导模；0 > 0max为辐射模3）数值孔径 NA! **定义：NA = sin0 = n 2 — n 2 = n <2A max * 1 2 1**物理意义：表示光纤捕捉光射线的能力 NA 大能力强何谓弱导（波）光纤？它对光纤的 NA 和模式色散有什么影响？n弱导波光纤即光纤纤芯的折射率n略大于包层的折射率n，即—Q 1 ；因1 2 n1此 A 小，则 NA 小，模式色散也小。

三、 阶跃光纤的标量近似分析法1、场方程中参量符号归一化频率V——光纤的综合结构参数T 丫 2na $ 2兀a** V = n 2 - n 2 = n < 2A 九、1 2 九10n ：纤芯折射率 n ：包层折射率a :纤芯半径（m） A :相对折射指数差九°:光在真空中的光波长（m） V :归一化频率（无量纲）2、光纤中导模数量的估算V2**阶跃光纤中，M =^2 V ——归一化频率3、**举例已知：n = 1.5, A = 0.01, a = 25 卩m,九=1 Rm10求：0 , NA , V 和 M ？m ax解:0 = sin -1 (n TA) = sin -1 (1 .5 .J2 x 0.01 )m ax 1NAn .J a =1=n 2 A2 兀 x 25x1=1 .5 J2 x 0.011 .5x 0.01一根数值孔径为V 2~T已知：0.20的阶跃折射率多模阶跃光纤在850nm波长上可以支持1000个左右的传播模式 试问：（1）其纤芯直径为多少？（2） 在1310nm波长上可以支持多少个模？（3） 在 1550nm 波长上可以支持多少个模?解：（1）由V = a、：n2 — n2 = a - NA，得到纤芯直径为1 1 九 V 九 <2M 0.85 *2000a = -^ - + = l - 1 = ~ 30.272兀 NA 2兀 NA 2兀 0.20(2)当九=1.31Rm，有2九 九2k NA2k NA得到模的个数为(0.85)2(1.31)2x1000 = 421（3）当九=1.55rm，得到模的个数为2(0.85)2M =帀x1000=354例，某光纤在1300nm处的损耗为0.6dB / km，在1550nm波长处的损耗为0.3dB / km。

假 设下面两种光信号同时进入光纤：1300nm波长的150yW的光信号和1550nm波长的lOOyW 的光信号试问这两种光信号在8km和20km处的功率各是多少？以rW为单位解：对于 1300nm 波长的光信号，在 8km 和 20km 处的功率各是P = P 10-aL/10 = 150 X 10-0.48 RW , 150 X 10-1.2 RWoi对于 1550nm 波长的光信号，在 8km 和 20km 处的功率各是P = P 10-aL/10 = 100 X 10-0.24 RW , 100 X 10-0.6 RW oi例、一段12km长的光纤线路，其损耗为1.5dB / km试回答：（1） 如果在接收端保持0.3rW的接收光功率，则发送端的功率至少为多少?（2） 如果光纤的损耗变为2.5dB / km，则所需的输入光功率为多少？ 解：（1）根据定义10 P=亍lg Po得到发送端的功率至少为P = P10-OL/10 = 0.3 X 10-1.8 RW oi（2）如果光纤的损耗变为2 . 5 dB / km ，则所需的输入光功率为P = P 10-aL/10 = 0.3 X10-3 rW oi2．3 单模光纤**定义：在给定的工作波长上，只传输单一基模的光纤。

一、 单模光纤传输条件1、 归一化截止频率模式归一化截止频率：VcLP11V > VcLP , LP 传导；V < VcLP , LP 截止11 11 11 11**阶跃型光纤 VcLP 二 0 , VcLP = 2.40483 ； ……01 112、 单模传输条件：** 0 < V < 2.404833、 截止波长九C九（工作波长）八 单模传输；九<九 则不能保证单模传输CC**例：已知阶跃型光纤n二1.5,九二1.3110求（1）当A = 0.25，为保证单模传输，a应取多大?（2）当a = 5rm，为保证单模传输，A应取多大?2^a解：单模传输条件0 < V < V LP二2.40483，V二 n迈A c 11 九 10(1) a

2） **散射损耗：瑞利散射损耗、材料不均匀引起的损耗和非线性散射损耗3） **弯曲损耗2、 衰减和衰减系数** A 二 10lg p (dB)p2** a-二 10 lg 旦(dB Km ) Lp2p 输出光功率输入光功率 p12、a -九曲线**三个低损耗窗口：0.85卩 m（850nm） 短波长1.31pm(1310nm)、1.55pm(1550nm) 长波长二、 色散特性1 、 ** 色散的概念 信号在光纤中传输时，其光能量由不同的频率成分或不同的模式成分携带的，这些不 同的频率成分和模式成分具有不同的传播速度，从而引起传输光脉冲的展宽，即光纤的色散影响：产生码间干扰，造成误码，降低中继距离、通信容量分类：（1） **模式色散：是指光纤不同模式在同一频率下的相位常数不同，因此群速不同而引起的色散2） **材料色散：是由于材料本身的折射率随频率而变化，使得信号各频率成分的群速不同引起的色散3） **波导色散：是对于光纤某一个模式而言，在不同的频率下，相位常数不同， 使得群速不同而引起的色散单模光纤只有材料色散和波导色散；多模光纤有模式、材料和波导色散 2、 色散的表示多模光纤理论表示方法：（1）最大时延差时延（T ）：光脉冲在单位长度光纤上传播时所需的时间。

最大时延差：多模光纤中最高模式和最低模式间的时延差AtmaxLn1 ac(s)式中：L :光纤长度m n]:纤芯折射率A ：相对折射率差c：真空中光速（3 x 10 8 m； s）At n * , , x单位长度最大时延差：—-max = 1A (s m)L c2)色散系数：AtA九入=^1**经过单位长度光纤传播后，单位光波长间隔对应的群时延差：t = (s m - nm) ； **实际应用单位：ps nm - kmps = 10 -12 s)g*例：已知：一阶跃折射率光纤，纤芯半径a = 25卩m，折射率许=1.5，相对折射率差 A =1%，长度 L =1km 求：(1) 光纤的数值孔径；(2) 子午光纤的最大时延差5 分)(1) N - A =托 -n 2 = n v'2A = 1.\./2 x 0.01 = 0.212(2) t = Ln1 A = 1X103 X 1.5 x 0.01 = 5 x 10-8 = 50(ns)s c 3x108已知 n = 1.5, A = 0.01, L = 10 km = 1 x 10 3 m1求： At ？maxLn 10 x10 3 x1.5解：At = 1A = x 0.01 = 0.5 x 10 -6 (s) = 0.5 psmax c 3 x10 82. A 6几种常用的单模光纤1、 **常规单模光纤——G652其零色散位于1. 3um窗口低损耗区，工作波长为1310nm特点：（1）零色散波长九二1310nm0（2）工作波长九二1310nm ；色散系数|D| < 3.5ps nm- km；s衰减系数a = 0.35 dB/km。

工作波长九=1550nm ； D = 17 ~ 20 ps nm - km ； a = 0.2 dB. kms2、 色散位移光纤——G653一种把零色散波长从1.3pm移到1.55pm的色散位移光纤特点：（1）九=1550nm0（2）九=1550nm ； D| < 3.5ps nm- km； a = 0。