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1、光纤复习提纲1. 光纤通信系统原理框图（单向传输）2. 光纤的组成光纤的基本结构主要由以下几部分组成：折射率（n1 ）较高的纤芯部分、折射率（n2 ）较低的包层部分以及表面涂覆层。为保护光纤，在涂覆层外有二次涂覆层（又称塑料 套管）。3. 光缆分类层绞式、骨架式、中心束管式、带状式4. 单模传输阶跃折射率光纤的传播模式是归一化频率V的函数。当V 二 2nvn2-n2 2.405八12时，光纤中传播的唯一的模式为LP01模（即HE11模）光纤为单模传输。5. 截止波长在前面的分析中已知，只有归一化频率V小于LP11模的截止频率（Vcv2.4048 ）时，才能保证光纤中只传输基模（LP01模或HE
2、11模），所以单模光纤理论截止波长为九c2n ajn2 -n2八c（判断光信号能传的条件）6. 射线方程射线光学理论基于反射定律和折射定律从射线方程导出的射线光学最重要的理论之一是斯涅尔（Snell ）定律,它应用于恒定折射率n1和n2区域时可写成：反射定律：。入=反八iww 口7. 数值孔径数值孔径为厂一-r-NA - nQ sin Oa -彳勺-n2 乂 n*28. 损耗特性*造成光纤中能量损失的原因是吸收损耗、散射损耗和辐射损耗。9. 色散特性光纤的色散是由于光纤中所传输的光信号的不同的频率成分和不同模式成分的群速不同 而引起的传输信号的畸变的一种物理现象。它将传输脉冲展宽，产生码间干扰
3、，增加误码率。 传输距离越长，脉冲展宽越严重，所以色散限制了光纤的通信容量，也限制了无中继传输距 离。光纤中的色散可分为材料色散、波导色散和偏振模色散等。10. 单模光纤性能指标ITU-T规定的单模光纤包括：G.652光纤（常规单模光纤/标准单模光纤）、G .653 （色散位移光纤）、G.654 （低损耗光纤）、G.655 （非零色散位移光纤）、色散平坦光纤、 DCF （色散补偿光纤）等。（名称和缩写要记）G.652光纤又称为常规单模光纤或标准单模光纤（STDSMF ），被广泛应用于数据通信 和图像传输。在1310nm窗口处有零色散。在1550nm窗口处有较大的色散，达+18ps/nmkm，不
4、利于高速率大容量系统。性 能模场 直径 (pm)零色散 波长 (nm)專一损耗系数 (dB/km)色散系数 (ps/nmkm)1310nm1310nm1550nm1310nm 1550nm更求值9126013101310/15500.360.220G.653光纤又称为色散位移光纤(DSF )，将在入=1310nm附近的零色散点，移至1550nm波 长处，使其在入= 1550nm波长处的损耗系数和色散系数均很小。主要用于单信道长距离海底或陆 地通信干线，其缺点是不适合波分复用系统。性 能模场 直径 蚀)截止 波长零色散 波长 (nm)工作 波长 的)损耗系数(dB/km)色散系数(ps/nmkm
5、)UlOnml3l0nm l550nmBlOnim 1550nm要求值8.31270155015500.4&0.25-ia 匚)G.654光纤又称为1550nm损耗最小光纤，它在入= 1550nm处损耗系数很小，a =0.2dB/km，光纤的弯曲性能好。主要用于无需插入有源器件的长距离无再生海底光缆系统。其缺 点是制造困难，价格贵。性 能模场 直径 (啊)sat 波长 (nm)零色散 波长 (nm)工作 波长 (nm)损耗系数 (dB/km)色散系数 ps/nmkm)1310nm1310nm1550nnn1310nnn 1550nnn要求值10.51530131015500.40.20 2)0
6、 +18G.655光纤称为非零色散位移光纤(NZ DSF )。G.655光纤在1550nm波长处有一低的色散(但 不是最小)，能有效抑制“四波混频”等非线性现象。适用于速率高于10Gb/s的使用光纤放大器的 波分复用系统。性 能模场 直径 (pm)截止 波长 (nm)零色散 波长 (nm)工作 波长 (nm)损耗系数 (dB/km)色散系数 (ps/nm-km)1310nm1310hiti l550nm1310nm 1550nm要 求 值8 1114801540-15651540-15650.5m。于是引进了 一定的富余度，以满足线路码的基本要求。插入码是把输入二进制原始码流分成每m比特(mB
7、 )组 然后在每组mB码末尾按一定 的规律插入一个码，组成m +1个码为一组的线路码流。根据插入码的规律，可以分为mB1C 码，mB1H码和mB1P码。对扰码二进制线路速率不变口对字变换码，如mBnB实际线路速率=标称速率x( n/m)口对插入码，如mB1H实际线路速率=标称速率X (m+1)/m17. 光驱动电路和偏置电路的要求输出的光脉冲峰值必须保持恒定。不管温度如何变化或激光器如何老化，都要保持脉冲恒定。 光脉冲的通断比(即消光比)*应n 10，以免接收灵敏度受到损害。电流脉冲加上后，激光发射的时间必须远短于每位码元的时间段如加上的电流脉冲有较高的码速，则输出的光脉冲有可能引起弛张振荡
8、这就必须予以阻尼防止 它对系统性能发生不良影响。*消光比(或通断比)系指光源全“1 ”和全“0 ”调制时对应输出功率的比消光比和通断比互为倒数，通断比n 10则消光比0.118. 响应度公式响应度是表示光检测器能量转换效率的一个参数，是检测器的平均输出电流与平均输入光功 率之比表示为：R.=Ip/Pq(A/W)式中：R0光检测器的响应度IP光检测器的平均输出电流P0入射在检测器光敏面上的平均光功率19. 光电二极管工作原理最基本的半导体光检测器是由反向偏置的PN结构成的。自建场的作用使电子和空穴产生了 与扩散方向相反的漂移运动。在PN结界面附近形成了高电场的耗尽区。在耗尽区两边，电场基本 为0
9、，称为扩散区。耗尽区和扩散区均为光子的吸收区，在入射光照射下可以吸收光能量产生光 生载流子。20. 光电二极管反向偏压问题为了克服由于光生载流子扩散速度慢于漂移速度而引起的响应变慢现象，对光电二极管采用 反向偏压。反向偏压增加了耗尽区的宽度，从而减少了光生电流中的扩散分量，同时增强的电场也 会加快光生载流子的漂移速度，有利于加快光生载流子的响应时间。21. PIN光电二极管的主要特性截止波长和吸收系数、响应度和量子效率、响应速度、线性饱和、暗电流、噪声22. APD的主要特性APD倍增因子g和平均倍增、电流增益-偏压 温度关系、过剩噪声、响应度和量子效率、 线性饱和及暗电流23. PIN和AP
10、D两者异同PIN光电二极管设计在p-n节中间引入一层本证半导体材料，由于i区具有较高电阻，因此外 加电压基本落在该区，使得垒区宽度增加，并可以控制i区的厚度来改变垒区宽度。特点：i区作为 吸收材料，提高了转换效率；由于i区的高电场，提高了漂移速度，降低了渡越带宽，提高了工作 带宽；PIN采用台面结构，降低了电容，进一步保证了带宽。APD与PIN不同在于p区和n区都 进行了中掺杂，并在i去和n区引入另一层p区作为电离碰撞区以产生二次电子空穴对，在反向电 压下，在p区形成较高电场，i区仍作为吸收光信号产生一次电子空穴对的区域，所产生的电子在 p区通过碰撞而形成更多的电子空穴对，从而实现一次光电流的
11、放大作用。APD是有增益的光电二 极管，在光接收机灵敏度要求较高的场合，采用APD有利于延长系统的传输距离。但是采用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， 一般采用PIN光电探测器。24光接收机的主要噪声光接收机中存在各种噪声源，根据噪声产生的不同机理噪声可分为两类：散粒噪声和热噪 声。接收机中的噪声源及其引入部位如图所示。其中散粒噪声包括光检测器的量子噪声、暗电流噪 声、漏电流噪声和APD倍增噪声；热噪声主要指负载阻产生的热噪声，放大器噪声（主要是前置 放大器噪声）中，既有热噪声，又有散粒噪声。信号输入噪声光电变 换负 载 电 阻放大器热噪声放大器噪声量子噪声 暗电流噪声 倍增噪声（1）随信号而来的输入噪声：这种噪声是由光发送机和传输过程中产生的，例如发送光消光比的 影响，码间干扰的作用等。（2）量子噪声：光检测器接受到光信号，由于光子激发出电子的过程是随机过程，这种随机过程 引起的噪声称为量子噪声。（3）暗电流噪声：光检测器在没有入射光照射时，仍会有一定的电流输出，这种电流称为暗电 流，由于暗电流干扰，会产生一种散粒噪声。（4 ）倍增噪声：有雪崩光电二极管（APD ）的倍增过程产生的噪声。
