【精选】光纤通信 复习资料

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1、1第一章 概论1.光纤通信的优点：1）容许频带很宽，传输容量很大。 2）损耗很小，中继距 离很长且误码率很小。3）重量轻，体积小。4）抗电磁干扰性好。5）泄露小，保密性好。6）节约金属材料，有利于资源合理利用。2.光纤通信的应用：1）通信网。2）计算机局域网和广域网。3）有线电视网的干线和分配网。4）综合业务光纤接入网。3.光纤通信系统的基本组成： 信 息 源电 发 射 机光 发 射 机 光 接 收 机电 接 收 机信 息 宿光纤线路4.数字通信系统的优点：1）抗干扰能力强，传输质量好。2）可以用再生中继，延长传输距离。3）适用各种业务的传输，灵活性大。4）容易实现高强度的保密通信。5）大量采

2、用数字电路，易于集成，从而实现了小型化、微型化，增强了设备可靠性，有利于降低成本。第二章 光纤和光缆1.光纤由中心的纤芯和外层的包层同轴组成的圆柱形细丝。2.光纤的类型：1）突变型多模光纤。2）渐变性多模光纤。3）单模光纤。4）双包层光纤。5）三角芯光纤。6)椭圆芯光纤。3.NA= n 1 ，式中 =（n 1-n2)/n1为纤芯与包层相对折射率差。NA21n-表示光纤接收和传输光的能力。NA 越大，光纤接收光的能力越强。 4.由于渐变性多模光纤折射率分布是径向坐标 r 的函数，纤芯各点数值孔径不同，因此要定义局部数值孔径 NA（r）和最大数值孔径 NAmax 为NA（r）= NAmax= 22

3、n-(r) 21n5.渐变性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。6.光信号经光纤传输后会产生损耗和畸变，因而输出信号和输入信号不同，对于2脉冲信号，幅度减小，波形展宽。产生信号畸变的主要原因是光纤中存在色散。7.色散是在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的传播时间不同而产生的一种物理效应。一般包括模式色散、材料色散和波导色散。1）模式色散是由于不同模式的传播时间不同而产生的。它取决于光纤的折射率分布，并和光纤材料折射率的波长特性有关。2）材料色散是由于光纤的折射率随波长而改变，以及模式内部不同波长成分的光，其传播时间不同而产生的。

4、它取决于光纤材料折射率的波长特性和光源的谱线宽度。3）波导色散是由于波导结构参数与波长有关而产生的，它取决于波导尺寸和纤芯与包层的相对折射率差。8.单模光纤的损耗谱，包括吸收损耗和散射损耗。见图 P.329.光纤特性的标准。见表 P.3410.光缆一般由缆芯和护套组成。缆芯通常包括被覆光纤（芯线）和加强件两部分。11.根据缆芯的结构特点，光缆可分为四种基本形式：层绞式、骨架式、中心束管式、带状式。12.光缆特性：1）拉力特性。光缆承受的最大拉力取决于加强件的材料和横截面，多数光缆在 100400kg 范围。2）压力特性。光缆承受的最大压力取决于护套的材料和结构，多数光缆承受的最大侧压力在 10

5、0400kg/10cm。3）弯曲特性。实用光纤最小弯曲半径一般为 2050mm，光缆最小弯曲半径一般为 200500mm。4）温度特性。对光缆使用温度要求一般在低温地区为-40+40，高温地区为-5+60。13.光纤损耗测量两种基本方法：剪断法、向后散射法。= lg （dB/km）, 为光纤损耗系数，L 为被测光纤长度（km） ，P 1 和L102P3P2 分别为输入光功率和输出光功率（剪断法） 。14.光纤带宽检测的基本方法：1）时域法。测量通过光纤的光脉冲产生的脉冲展宽，又称脉冲法。2）扫频法。测量通过光纤的频率响应。15.光纤色散测量有相移法、脉冲时延法和干涉法。第三章 通信用光器件1.

6、目前光纤通信广泛使用光源有激光器（LD）和发光二极管（LED） 。2.半导体激光器的工作原理：半导体激光器是向半导体 PN 结注入电流，实现粒子束反转分布，产生受激辐射，再利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光震荡的。3.粒子数反转分布是产生受激辐射的必要条件。4.法布里-珀罗谐振腔由两个反射率分别为 R1 和 R2 的平行反射镜构成。P.515.激光震荡的相位条件：L=q 或 ， 为激光在真空中传播的波长，n 为激活物质的折射率， n2qL/n 为激光在介质中传播的波长，q=1,2,3.为纵模模数。6.典型激光器的光功率特性曲线。当 IIth 时，发出的是受激辐射光，光功率随驱动电流的增加

7、而增加。 P.557.DFB 激光器与 F-P 激光器相比，具有以下优点：1）单纵模激光器。2）光谱宽度窄，波长稳定性好。3）动态谱特性好。4）线性好。8.LED 发射的是自发辐射光，不需要光学谐振腔，没有阀值。9.发光二极管与激光器相比，发光二极管输出光功率娇小，光谱宽度较宽，调制频率较低。但发光二极管性能稳定，寿命长，输出光功率线性范围宽，而且制造工艺简单，价格低廉。10.LED 通常和多模光纤耦合，用于 1.3 m（或 0.85 m）波长的小容量短距离系统；LD 通常和 G.652 或 G.653 范围的单模光纤耦合，用于 1.3 m 或 1.55 m大容量长距离系统；分布反馈激光器（D

8、FB-LD）主要和 G.653 或 G.654 范围的单模光纤或特殊设计的淡漠光纤耦合，用于超大容量的新型光纤系统。411.LD 组件构成实例： 见图 P.6012.光检测器是光接收机的关键部件，它的功能是把光信号转换为电信号。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） 。13.量子效率 的定义：相同时间内一次光生电子-空穴对和入射光子数的比值。= = = 每 秒 入 射 光 子 数空 穴每 秒 光 生 电 子 hfP/eI00Pf14.电压增加到使电场达到 200kV/cm 以上，初始电子（一次电子）在高电场区获得足够能量而加速运动。15.拉通型雪崩光电二极管（RAP

9、D）具有光电转换效率高、响应速度快和附加噪声低等优点。16.APD 是有增益的光电二极管，采用 APD 的光接收机具有较高的灵敏度，有利于延长系统的传输距离。但采用 APD 要求有较高的偏置电压和复杂的温度补偿电路，结果增加了成本，因此在灵敏度要求不高的场合，一般都采用 PIN。17.连接器是实现光纤与光纤之间可拆卸（活动）连接的器件。接头是实现光纤与光纤之间的永久性（固定）连接。18.耦合器的功能是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。 19.耦合器的类型：T 型耦合器、星型耦合器、定向耦合器、波分复用器/解复用器。20.耦合器比较实用的结构有光纤型、微器件型

10、和波导型。21.光隔离器主要用在激光器和光放大器后面，以避免反射光返回到该器件致使器件性能变坏。三端口光环行器：输入端口 输出端口1 22 33 1522.为提高光纤通信系统的质量，避免直接调制激光器时产生附加线性调频的问题，要采用外调制方式。23.光开关的功能是转换光路，实现光交换，它是光网络的重要器件。可分为两大类：机械光开关、固体光开关。机械光开关的优点：插入损耗小，串扰小，适合各种光纤，技术成熟；缺点是开关速度慢。固体光开关正好相反，优点是开关速度快；缺点是插入损耗大，串扰大，只适合单模光纤。24.有源光器件：光源、光检测器、光放大器。无源光器件：连接器、耦合器、波分复用器、外调制器、

11、光开关和隔离器。第四章 光端机1.数字光发射机方框图：线路编码输入接口调制电路光源控制电路电信号输入 光信号输出2.自脉动现象：某些激光器在脉冲调制甚至直流驱动下，当注入电流达到某个范围时，输出光脉冲出现持续等幅的高频振荡。自脉动频率可达 2GHz，严重影响LD 的高速度调制特性。3.温度通过阀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，阀值电流增加，外微分子效率减小，输出光脉冲幅度下降。4.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。对光检测的要求如下：1）波长相应要和光纤低损耗窗口兼容；2）响应度要高，在一定的接收光功率下，能产

12、生尽可能大的光电流；3）噪声要尽可能低，能接受微弱的光信号；4）性能稳定，可靠性高，寿命长，功耗和体积小。65.误码率的定义：光接收机对码元误判的概率。第五章 数字光纤通信系统1.SDH 采用世界上统一标准传输速率等级。最低的等级（最基本模块）称为 STM-1，传输速率为 155.520Mb/s；4 个 STM-1 同步复接组成 STM-4，传输速率为4 155.52Mb/s=622.080Mb/s。以此类推，一般为 STM-N，N=1,4,16，64。 P.1052.三种误码率：劣化分（DM） 、严重误码秒（SES） 、误码秒（ES） ；其参数和指标说明详见 P.1113.系统设计是使系统的

13、实施达到最佳的性能价格比；在技术上，系统设计的主要问题是确定中继距离，尤其对长途光纤通信系统，中继距离设计是否合理，对系统的性能和经济效益影响很大。第六章 模拟光纤通信系统1.模拟光纤传输系统目前使用的主要调制方式：模拟基带直接光强调制、模拟间接光强调制和频分复用光强调制。2.预调制的三种方式：频率调制（FM） 、脉冲频率调制（PFM）和方波频率调制（SWFM） 。3.光端机包括光发射机和光接收机。4.光发射机（模拟基带直接光强调制光纤电视传输系统光发射机，模拟电信号光信号）的基本要求：1）发射光功率要大，以利于增加传输距离；2）非线性失真要小，以利于减少微分相位（DP）和微分增益（DG） ，

14、或增大调制指数 m ；3）调制指数 m 要适当大。m 大，有利于改善 SNR；4）光功率稳定性要好。LED 稳定性优于 LD。5.光接收机的基本要求：1）输出信噪比（SNR）要高；2）幅频特性要好；73）带宽要足够。6.由于光源老化使光功率下降.所以需要 AGC 来保证光接收机输出恒定。第七章 光纤通信新技术1.20 世纪 80 年代末，波长为 1.55 m 的掺铒（Er）光纤放大器（EDFA）研制成功并投入使用，把光纤通信技术推向一个新高度，成为光纤通信史上一个重要的里程碑。2.EDFA 的主要优点：1）工作波长正好落在光纤通信的最佳波段（1500mm1600mm） ；2）增益高，约为 30

15、dB40dB；饱和输出功率大，约为 1015dBm；增益特性与光偏振状态无关；3)噪声系数小，一般为 47nm；4）频带宽，在 1550nm 窗口，频带宽度为 2040nm，可进行多波长信道传输，有利于增加信道容量。3.EDFA 的应用，归纳起来可分为三种形式：1）中继放大器（LA） ，以延长干线网的传输距离；2）前置放大器（PA） ，以改善接收灵敏度；3）后置放大器（BA） ，以提高发射光功率。4.波分复用（WDM）技术是在一根光纤中同时传输多个波长光信号的一项技术。5.WDM 技术的主要特点：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

16、高速要求；5）高度的组网灵活性、经济性和可靠性。6.声光可调谐滤波器（AOTF）是一种多用途器件，是目前已知的唯一能够同时选择多个波长的可调谐滤波器。7.光交换主要有三种方式：空分光交换、时分光交换和波分光交换。8.相干检测有零差检测和外差检测两种。9.相干检测的解调方式有两种：同步解调、异步解调；81）用零差检测时，光信号直接被解调为基带信号，要求本振光的频率和信号光的频率完全相同，本振光的相位要锁定在信号光的相位上，因而要采用同步解调。技术上复杂；2）用外差检测时，不要求本振光的频率和信号光的频率完全相同，也不要求相位锁定，可以采用同步解调，也可以采用异步解调。对于 PSK 信号，必须采用同步解调。技术上容易实现。第八章 光纤通信网络1.自愈网的定义：所谓自愈网，就是无需人为干预，网络就能在极短的时间内从失效故障中恢复，使用户感觉不到网络曾出现故障。2.自愈网结构可分为