光纤通信复习重点
光纤通信考试重点
1.光纤结构：自内向外为：纤芯（芯层）→包层→涂覆层（被覆层）核心部分为纤芯和包层，二者共同构成介质光波导，实现光的传输，涂覆层提供机械保护2.光纤通信系统构成：光发送机，通信信道，光接收机3.光纤通信系统优点：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4.光纤分类：(1)按照折射率分布来分：①阶跃型光纤: 纤芯折和包层射率（指数）沿半径方向保持一定，在边界处呈阶梯型变化的光纤；②渐变型光纤：纤芯折射率沿着半径加大而逐渐减小，而包层折射率是均匀的。
(2)按照传输模式的多少来分:①单模光纤: 只传输单一模式, 纤芯直径较小，约为4 ~10 mm，纤芯中折射率的分布认为是均匀分布的。
由于单模光纤只传输基模，从而完全避免了模式色散，使传输带宽大大加宽。
适用于大容量、长距离的光纤通信。
主要是材料色散和波导色散。
②多模光纤: 在一定的工作波长下，可以传输多模光纤的介质波导，纤芯可以采用阶跃折射率分布，也可以采用渐变折射率分布，多模光纤的纤芯直径约为50 mm，由于模色散的存在使多模光纤的带宽变窄，但其制造、耦合、连接都比单模光纤容易。
主要是模式色散。
(3)按光纤的材料来分:①石英系光纤: 损耗低，强度和可靠性较高；②石英芯、塑料包层光纤；③多成分玻璃纤维；④塑料光纤。
5.损耗：色散导致光脉冲展宽，损耗是光信号能量损失，两者限制着光通信的传输速率和传输距离。
(1)吸收损耗:光波通过光纤材料时，有一部分光能变成热能，从而造成光功率的损失。
造成原因有很多，但都与光材料有关，有本征吸收和杂质吸收(2)散射损耗：由于光纤的材料、形状、折射指数分布等的缺陷或不均匀，使光纤中传导的光散射而产生的损耗称为散射损耗。
散射损耗包括线性散射损耗和非线形散射损耗。
线性损耗主要包括：瑞利散射和材料不均匀引起的散射;非线性散射主要包括：受激喇曼散射和受激布理渊散射等6.色散：信号在光纤中是由不同的频率成分和不同模式成分携带的，这些不同的频率成分和模式成分有不同的传播速度，从而引起色散。
光纤通信复习（各章复习要点）
光纤通信复习（各章复习要点）光纤通信复习（各章复习要点）第⼀章光纤的基本理论1、光纤的结构以及各部分所⽤材料成分2、光纤的种类3、光纤的数值孔径与相对折射率差4、光纤的⾊散5、渐变光纤6、单模光纤的带宽计算7、光纤的损耗谱8、多模光纤归⼀化频率，模的数量第⼆章光源和光发射机1、光纤通信中的光源2、LD的P-I曲线，测量Ith做法3、半导体激光器的有源区4、激光器的输出功率与温度关系5、激光器的发射中⼼波长与温度的关系6、发光⼆极管⼀般采⽤的结构7、光源的调制8、从阶跃响应的瞬态分析⼊⼿，对LD数字调制过程出现的电光延迟和张弛振荡的瞬态性质分析（p76）9、曼彻斯特码10、DFB激光器第三章光接收机1、光接收机的主要性能指标2、光接收机主要包括光电变换、放⼤、均衡和再⽣等部分3、光电检测器的两种类型4、光电⼆极管利⽤PN结的什么效应第四章光纤通信系统1、光纤通信系统及其⽹管OAM2、SDH系统3、再⽣段距离的设计分两种情况4、EDFA第五章⽆源光器件和WDM1、⼏个常⽤性能参数2、波分复⽤器的复⽤信道的参考频率和最⼩间隔3、啁啾光纤光栅4、光环形器的各组成部分的功能及⼯作原理其他1、光孤⼦2、中英⽂全称：DWDM 、EDFA 、OADM 、SDH 、SOA第⼀章习题⼀、单选题1、阶跃光纤中的传输模式是靠光射线在纤芯和包层的界⾯上（B）⽽是能量集中在芯⼦之中传输。
A、半反射B、全反射C、全折射D、半折射2、多模渐变折射率光纤纤芯中的折射率是（A）的。
A、连续变化B、恒定不变C、间断变换D、基本不变3、⽬前，光纤在（B）nm处的损耗可以做到0.2dB/nm左右，接近光纤损耗的理论极限值。
A、1050B、1550C、2050D、25504、普通⽯英光纤在波长（A）nm附近波导⾊散与材料⾊散可以相互抵消，使⼆者总的⾊散为零。
A、1310B、2310C、3310D、43105、⾮零⾊散位移单模光纤也称为（D）光纤，是为适应波分复⽤传输系统设计和制造的新型光纤。
光纤通信考试复习重点
简答题一、光纤通信的特点？优点：1、速率高，传输容量大；2、损耗低，传输距离远；3、抗干扰能力强，XX性好；4、质量轻，敷设方便；5、耐腐蚀，寿命长；缺点：线路施工过程中连接较复杂，造价高。
二、光纤通信系统的基本组成，各个单元的作用？主要组成部分包括光纤、光发送器、光接收机、光中继器和适当的接口设备。
光发送机：把输入电信号转换为光信号，最大限度地耦合到光纤线路。
光纤线路：把来自光发射机的光信号以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机。
光接收机：把光纤线路输出的微弱光信号转换为电信号，并经放大处理后恢复成原始信号。
三、半导体激光器的结构原理？四、新型半导体激光器1、分布反馈DFB激光器优点：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。
2、分布布拉格反射DBR激光器优点：增益区和它的波长选择是分开的，因此可以对它们分别进行控制。
3、量子阱QW激光器优点：①阈值电流低，输出功率大。
② 单纵模，谱线窄，利于调制。
③ 温度要求低。
无需温度控制，无需制冷器。
④ 外微分量子效率大。
⑤ 频率啁啾小，动态单纵模特性好。
4、垂直腔面发射激光器VCSEL 优点：① 实现极低阈值工作；② 平行光互连和光信息处理；③ 圆形光斑，发散角小，方向性好；④ 动态单纵模工作；⑤ 高密度集成；⑥ 适合光电集成电路OEIC 结构。
五、数字光发送机基本组成，各单元模块功能？采用直接调制（IM ）的光发送机主要包括：输入电路（输入盘）和电／光转换电路（发送盘）。
（1）均衡器的作用是对由PCM 电端机送来的HDB3码或CMI 码流进行均衡，用以补偿由电缆传输所产生的衰减和畸变，保证电、光端机间信号的幅度、阻抗适配，以便正确译码。
（2）码型变换的作用是将适合在电缆中传输的双极性码，通过码型变换转换为适合于光纤线路传输的单极性码。
（3）扰码电路的作用就是当线路码流出现长连“0”或长连“1”的情况 ，有规律地破坏长连“0”和长连“1”的码流，从而使“0”、光信号输出NRZ 码HDB3(CMI)电信号输入均衡放大码型变换信号扰码线路编码驱动电路光源时钟提取APC ATC 光监测告警输出输入盘发送盘“1”等概率出现，便于接收端提取时钟信号。
光纤通信复习整理
第一章1 什么是光纤通信？光纤通信是以光波作载波，以光纤为传输媒介的通信方式。
2 什么是光纤通信系统？光纤通信系统是以光波作载波，以光纤为传输媒介的通信系统。
3 光纤通信系统的组成强度调制/直接检波（IM/DD)的光纤数字通信系统，主要由发送机，信道，接收机以及长途干线上必须设置的光中继器组成。
(1)信源：将非电信号转换成电信号(2)调制器（模拟/数字）：将电信号转换成适合传输的形态，将这种信号加载到由载波源产生的载波上。
(3)载波源：产生携带信息并与之一起传播（用LED/LD 产生光载波）(4)信道耦合器：将功率送进信道（低损耗，较大的光接收角）(5)光放大器：放大弱信号的功率(6)中继器（数字系统中）：将微弱的并已失真的信号转换成电信号，然后还原成原来的数字脉冲串。
(7)信道：发送机和接收机之间的传输路径(8)检测器：将光波转换成电流(9)信号处理器：对信号的放大和滤波(10)信宿：接收来自信号处理器的信号，必要时将其转换成声波或者可视图像信源——调制器——载波源——信道耦合器——光放大器——中继器——光放大器——检测器——光放大器——信号处理器——信宿4 dB/dBm 的换算12lg 10P P dB = 级联系统：12lg 1023lg 1034lg 10P P P P P P dB ++= 2lg 10P dBm = 令P1=1mw ，并且P2也以mw 为单位时，可得dBm 值。
5 什么是3dB 损耗？功率变化-3dB 时，称为3dB 损耗。
6 光的属性波动性：将光看成振荡频率很高，波长极短的电磁波（红外光，可见光，紫外光）粒子性：将光看成是由许多的光子组成7 光纤的优点（1）传输频带宽，通信容量大（2）传输损耗小，中继距离长（3）具有抗射频干扰和抗电磁干扰能力（4）无串音干扰，一定程度可以保证通信的安全性和私密性（5）光纤线径细，重量轻，机械强度大，柔韧性好（6）原材料资源丰富，可节约金属材料（7）耐腐蚀，寿命长（8）绝缘性（9）成本低8 光纤工作波长目前光纤通信的实用工作波长在近红外区，即0.85um ，1.26—1.75um 的波长区（传输窗口）。
光纤通信重点考点
典型例题STM-1光帧的结构包含哪几部分？传输速率是如何定义的？激光是通过什么产生的（C）受激辐射多模光纤：纤芯内传输多个模式的光波，纤芯直径较大（50 m左右），适用于中容量、中距离通信。
光纤的单模工作条件为0＜V≤2.4048 多模工作条件为V＞2.4048 2. 单模光纤：纤芯内只传输一个最低模式的光波，纤芯直径很小（几个微米），适用于大容量、长距离通信。
受激吸收：在外来入射光的作用下，处在低能级上的电子可以吸收入射光子的能量而跃迁到高能级上。
数值孔径: 入射到光纤端面的光线并不能全部被光纤所传输，只是在光纤端面临界入射角范围内的入射光可以在光纤内传输，取这个角度的正弦值称为数值孔径。
1.光纤通信是以（ A ）为载体，光纤为传输媒体的通信方式。
A.光波B.电信号C.微波D.卫星2.要使光纤导光必须使（B ）A.纤芯折射率小于包层折射率B.纤芯折射率大于包层折射率C.纤芯折射率是渐变的D.纤芯折射率是均匀的3.（ D ）是把光信号变为电信号的器件A.激光器B.发光二极管C.光源D.光检测器4.SDH传输网最基本的同步传送模块是STM-1，其信号速率为（A ）kbit／s。
A.155520B.622080C.2488320D.9953280ITT于（C）年接受了SONET概念，并重新命名为SDH。
A、1985B、1970C、1988D、19906.掺铒光纤放大器（EDFA）的工作波长为（ B ）nm波段。
A.1310B.1550C.1510D.8507.发光二极管发出的光是非相干光，它的基本原理是（ B ）。
A.受激吸收B.自发辐射C.受激辐射D.自发吸收8.光纤通信指的是（B ）A .以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式B .以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式C .以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式9.弱导光纤中纤芯折射率n1和包层折射率n2的关系是( A )A.n1≈n2B.n1=n2C.n1>>n2D.n1<<n210.决定光纤通信中继距离的主要因素是( B )A.光纤的型号B.光纤的损耗和传输带宽C.光发射机的输出功率D.光接收机的灵敏度11.光纤单模传输条件，归一化频率V应满足（B ）A.V>2.405B. V<2.405C.V>3.832D.V<3.83212.光纤包层需要满足的基本要求是( A )A.为了产生全反射，包层折射率必须比纤芯低B. 包层不能透光，防止光的泄漏C.必须是塑料，使得光纤柔软D.包层折射率必须比空气低13.在激光器中，光的放大是通过（ A ）Ａ．粒子数反转分布的激活物质来实现的Ｂ．光学谐振腔来实现的Ｃ．泵浦光源来实现的Ｄ．外加直流来实现的14.STM-64信号的码速率为( D )A．155.520 Mb/s B．622.080 Mb/s C．2 488.320 Mb/s D．9 953.280 Mb/s 15.数字光接收机的灵敏度Pr=100微瓦，则为（ A ）dBm。
光纤通信复习重点
光纤通信复习重点题型：填空、选择、判断（30'、问答（40'、计算（30'第一章概论1.2.2 光纤通信的优点（少^）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）抗电磁干扰性能好5）泄露小，保密性能好6）节约金属材料，有利于资源合理使用1.3 光纤通信系统的基本组成发射卜---- 基本光纤传输系统 ---------- | 接收电信号光信］光信号_ 电信号输入输出输入丨输出作用：1）信息源：把用户信息转换为原始电信号，这种信号称为基带信号2）电发射机：把信息源传递过来的模拟信号转换成数字信号（PCM3）光发射机：把输入电信号转换为光信号，并用耦合技术吧光信号最大限度地注入光纤线路。
4）光纤线路：把来自光发射机的光信号，以尽可能小的失真和衰减传输到光接收机。
5）光接收机：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，并经其后的电接收机放大和处理后恢复成基带电信号。
光接收机由光检测器、放大器和相关电路组成，光检测器是光接收机的核心。
光接收机最重要的特性参数数灵敏度；6）电接收机：把接收的电信号转换为基带信号，最后由信息宿恢复用户信息；说明：光发射机之前和光接收机之后的电信号段，光纤通信所用的技术和设备和电缆通信相同，不同的只是由光发射机、光纤线路和光接收机所组成的基本光纤传输系统代替了电缆传输；注：计算题3个，全来自第二第三章的课后习题第二章光纤和光缆2.1.1 光纤结构光纤是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。
（相对折射率差光纤通信复习重点典型值△ = （n 1-n2）/n1，△越大，把光能量束缚在纤芯的能力越强，但信息传输容量确越小）2.1.2 光纤类型（三种基本类型）图2.2突变型多模光纤：纤芯折射率为n1保持不变，到包层突然变为n2。
这种光纤一般纤芯直径2a=50~80卩m光线以折线形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变大。
光纤通信复习
新型的G.
光纤损耗的计算: Loss= P i / P o 谱线宽 20-50nm
调制是用数字或模拟信号改变载波的幅度、频率或相位的过程。
P i — 为输入功率 即：L(km)= （Pout-Prec-Ac-Pm）/Af
发散角大，与光纤的耦合效率低 （5-10%）
P o —为输出功率
常以分贝dB来表示 Ltot 所有损耗
DWDM技术 DWDM当前水平：
目前1.6Tbit/s WDM系统已经大量商用。
100km 10.9Tbit/s（273x40Gbit/s） 50GHz S、C和L波段
100km 10.2Tbit/s（256x40Gbit/s）交替75和 50GHz ，C和L波段
CWDM技术 技术参数：
波长组合：三种，即4、8和16个 波长通路间隔：20nm 允许波长漂移±6.5nm
LD特点 ： 受激辐射、相干光、谱线窄、功率高 发光面小、发散较小，与光纤耦合效率高 寿命和可靠性比LED稍低
Table - Comparison of LEDs and Lasers
Characteristic
LEDs
Lasers
Output Power
Pr=10 μW=10log(10μ W/1mW)
<0.1
光检测器和光接收机
PIN光电二极管是在掺杂浓度很高的P型、N型半导 体之间，加一层轻掺杂的N型材料，称为I（本征 层）。由于是轻掺杂，电子浓度很低，经扩散后形 成一个很宽的耗尽层。这样可以提高其响应速度和 转换效率。
PIN光电二极管的优点
提高了响应速度
提高了长波的量子效率
噪声小
APD光电二极管 雪崩光电二极管，又称APD（Avalanche
光纤通信考试重点
第一章一．光纤通信的优点1. 光纤的容量大2. 损耗低、中继距离长3. 抗电磁干扰能力强4. 保密性能好5. 体积小，重量轻6. 节省有色金属和原材料二．光纤通信的缺点1.光纤通信的缺点。
1. 抗拉强度低2. 光纤连接困难3. 光纤怕水四．光发射机的作用不论是数字信号，还是模拟信号，将输入的电信号转换成光信号；将转换后的光信号用尽可能高的效率耦合进入光纤。
光发射机由输入接口、光源、驱动电路、监控电路、控制电路等构成，其核心是光源。
五．光纤的作用尽可能少的失真，尽可能小的衰减，将光信号传递到接收端----光接收机六．光接收机的作用•将光发射机送出来的光信号转换（还原）成为电信号由V2=u2+w2得到单模传输条件为第二章一．光纤传输特性产生信号畸变的主要原因是光纤中存在色散，损耗和色散是光纤最重要的传输特性：色散限制系统的传输容量，损耗限制系统的传输距离1.色散(Dispersion)是在光纤中传输的光信号，由于不同成分（模式，频率等）的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应。
2.色散的种类：模式色散，材料色散，波导色散3.光纤色散产生的原因及对光纤传输系统的影响：由光纤中传输的光信号的不同成分的传播时间不同而产生的。
在时域和频域的表示方法不同：从频域上看，色散限制带宽(Bandwith)，用3 dB光带宽f3dB表示；从时域上看，色散产生脉冲展宽(Pulse broadening)，脉冲展宽Δτ表示。
3.光纤损耗损耗的存在———光信号幅度减小————限制系统的传输距离 。
在最一般的条件下，在光纤内传输的光功率P 随距离z 的变化，可以用下式表示α是损耗系数4.损耗的机理包括吸收损耗和散射损耗两部分 吸收损耗 是由SiO2材料引起的固有吸收和由杂质引起的吸收产生的。
散射损耗 主要由材料微观密度不均匀引起的瑞利(Rayleigh )散射和由光纤结构缺陷(如气泡)引起的散射产生的。
瑞利散射损耗是光纤的固有损耗，它决定着光纤损耗的最低理论极限。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
光纤通信复习重点题型:填空、选择、判断(30’)、问答(40’)、计算(30’)第一章 概论1、2、2 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）抗电磁干扰性能好5）泄露小,保密性能好6）节约金属材料,有利于资源合理使用1、3 光纤通信系统的基本组成基本光纤传输接 收发 射作用:1）信息源:把用户信息转换为原始电信号,这种信号称为基带信号2）电发射机:把信息源传递过来的模拟信号转换成数字信号(PCM)3）光发射机:把输入电信号转换为光信号,并用耦合技术吧光信号最大限度地注入光纤线路。
4）光纤线路:把来自光发射机的光信号,以尽可能小的失真与衰减传输到光接收机。
5）光接收机:把从光纤线路输出、产生畸变与衰减的微弱光信号转换为电信号,并经其后的电接收机放大与处理后恢复成基带电信号。
光接收机由光检测器、放大器与相关电路组成,光检测器就是光接收机的核心。
光接收机最重要的特性参数数灵敏度;6）电接收机:把接收的电信号转换为基带信号,最后由信息宿恢复用户信息; 说明:光发射机之前与光接收机之后的电信号段,光纤通信所用的技术与设备与电缆通信相同,不同的只就是由光发射机、光纤线路与光接收机所组成的基本光纤传输系统代替了电缆传输;注:计算题3个,全来自第二第三章的课后习题第二章 光纤与光缆2、1、1 光纤结构光纤就是由中心的纤芯与外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。
(相对折射率差典型值△=(n1-n2)/n1,△越大,把光能量束缚在纤芯的能力越强,但信息传输容量确越小)2、1、2 光纤类型(三种基本类型) 图2、2突变型多模光纤:纤芯折射率为n1保持不变,到包层突然变为n2。
这种光纤一般纤芯直径2a=50~80 μm,光线以折线形状沿纤芯中心轴线方向传播,特点就是信号畸变大。
渐变型多模光纤:纤芯中心折射率最大为n1,沿径向r 向外围逐渐变小,直到包层变为n2。
这种光纤一般纤芯直径2a 为50μm,光线以正弦形状沿纤芯中心轴线方向传播,特点就是信号畸变小。
单模光纤:折射率分布与突变型光纤相似,纤芯直径只有8~10 μm,光线以直线形状沿纤芯中心轴线方向传播。
因为这种光纤只能传输一个模式(两个偏振态简并),所以称为单模光纤,其信号畸变很小。
2、2 光纤传输原理 (展宽 衰减的原因)2、2、1几何光学方法(几个基本物理量的计算、效应、单模就是重点)1）突变型多模光纤数值孔径:定义临界角θc 的正弦为数值孔径(NA) NA 表示光纤接收与传输光的能力,NA(或θc)越大,光纤接收光的能力越强,从光源到光纤的耦合效率越高。
对于无损耗光纤,在θc 内的入射光都能在光纤中传输。
NA 越大,纤芯对光能量的束缚越强,光纤抗弯曲性能越好。
但NA 越大经光纤传输后产生的信号畸变越大,因而限制了信息传输容量。
时间延迟: 这种时间延迟差在时域产生脉冲展宽,或称为信号畸变。
由此可见,突变型多模光纤的信号畸变就是由于不同入射角的光线经光纤传输后,其时间延迟不同而产生的。
2）渐变型多模光纤 渐变型多模光纤具有能减小脉冲展宽、增加带宽的优点。
自聚焦效应:不同入射角相应的光线,虽然经历的路程不同,但就是最终都会聚在同一点上。
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。
2、2、2 光纤传输的波动理论单模光纤的模式特性1)单模条件与截止波长∆≈-=212212n n n NA ∆≈==∆cL n NA c n L c n L c 12121)(22θτ传输模式数目随V 值的增加而增多。
当V 值减小时,不断发生模式截止,模式数目逐渐减少。
特别值得注意的就是当V<2、405时,只有HE11(LP01)一个模式存在,其余模式全部截止。
HE11称为基模,由两个偏振态简并而成。
由此得到单模传输条件为 可以瞧到,对于给定的光纤(n1、n2与a 确定),存在一个临界波长λc,当λ<λc 时,就是多模传输,当λ>λc 时,就是单模传输,这个临界波长λc 称为截止波长。
2）光强分布与模场半径通常认为单模光纤基模 HE11的电磁场分布近似为高斯分布 Ψ(r)=Aexp 式中,A 为场的幅度,r 为径向坐标,w0为高斯分布1/e 点的半宽度,称为模场半径。
3）双折射把两个偏振模传输常数的差(βx-βy)定义为双折射Δβ, 通常用归一化双折射β来表示 式中, =(βx+βy)/2为两个传输常数的平均值。
把两个正交偏振模的相位差达到2π的光纤长度定义为拍长Lb= 2、3 光纤传输特性损耗与色散就是光纤最重要的传输特性。
损耗限制系统的传输距离,色散则限制系统的传输容量。
2、3、1光纤色散(☆☆☆☆☆)三种色散模式色散就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,并与光纤材料折射率的波长特性有关。
材料色散就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(实际光源不就是纯单色光),其传播时间不同而产生的。
这种色散取决于光纤材料折射率的波长特性与光源的谱线宽度。
波导色散就是由于波导结构参数与波长有关而产生的,它取决于波导尺寸与纤芯与包层的相对折射率差。
说明:色散对光纤传输系统的影响,在时域与频域的表示方法不同。
从频域上瞧,色散限制了传输信号的带宽;从时域上瞧,色散引起信号脉冲的展宽。
理想的单模光纤没有模式色散,只有材料色散与波导色散。
材料色散与波导色散总称为色度色散,常简称为色散,它就是传播时间随波长变化的产生的。
405.222221≤-n n a λπ])([20w r -ββββββ)(y x -=∆=ββ∆22、3、2 光纤损耗光纤的损耗在很大程度上决定了系统的传输距离。
在最一般的条件下,在光纤内传输的光功率P 随距离z 的变化,可以用 表示。
α就是损耗系数。
吸收损耗:由SiO 2材料引起的固有吸收与由杂质引起的吸收产生的。
散射损耗:主要由材料微观密度不均匀引起的瑞利散射与由光纤结构缺陷引起。
光纤总损耗α与波长λ的关系可以表示为: α= +B+CW(λ)+IR(λ)+UV(λ) A 为瑞利散射系数,B 为结构缺陷散射产生的损耗,CW(λ)、IR(λ)与UV(λ)分别为杂质吸收、红外吸收与紫外吸收产生的损耗。
第三章 通信用光器件3、1光源光源就是光发射机的关键器件,其功能就是把电信号转换为光信号。
半导体激光器就是向半导体PN 节注入电流,实现粒子数反转分布,产生受激辐射,在利用谐振腔的正反馈,实现光放大而产恒激光震荡的。
3、1、1半导体激光器工作原理与基本结构(三种跃迁,能级跃迁,粒子数分布？如何实现)工作原理:半导体激光器就是向半导体PN 结注入电流实现粒子数翻转分布,产生受激辐射,实现光放大,在利用谐振腔的正反馈而产生激光振荡的。
基本结构:结构中间有一层厚0、1~0、3 μm 的窄带隙P 型半导体,称为有源层;两侧分别为宽带隙的P 型与N 型半导体, 称为限制层。
三层半导体置于基片(衬底)上,前后两个晶体解理面作为反射镜构成法布里 - 珀罗(FP )谐振腔。
三种跃迁:受激吸收:处于低能级E1的电子,在入射光作用下,它会吸收光子的能量跃迁到高能级E2上;自发辐射:在高能级E2的电子就是不稳定的,即使没有外界的作用,也会自动地跃迁到低能级E1上与空穴复合,释放的能量转换为光子辐射出去;受激辐射:在高能级E2的电子,受到入射光的作用,被迫跃迁到低能级E1上与空穴复合,释放的能量产生光辐射;能级跃迁:电子在E1与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ap dz dp -=4λA波尔条件,即 E2-E1=hf 12,其中 h=6、628×10-34J ·s,为普朗克常数,f 12为吸收或辐射的光子频率;受激辐射与自发辐射光的区别:它们的特点很不相同。
受激辐射光的频率、相位、偏振态与传播方向与入射光相同,这种光称为相干光。
自发辐射光就是由大量不同激发态的电子自发跃迁产生的,其频率与方向分布在一定范围内,相位与偏振态就是混乱的,这种光称为非相干光。
粒子数分布:低能级E1与处于高能级E2(E2>E1)的原子数分别为N1与N2。
当系统处于热平衡状态时,存在下面的分布 )12(exp 12kTE E N N --=(k=1、381*10-23为玻尔兹曼常数,T 为热力学温度) N1>N2,即受激吸收大于受激辐射。
当光通过这种物质时,光强按指数衰减, 这种物质称为吸收物质;(正常状态)N2>N1,即受激辐射大于受激吸收,当光通过这种物质时,会产生放大作用,这种物质称为激活物质。
(粒子数反转分布)如何实现粒子数反转分布:半导体激光器就是向半导体PN 结注入电流,实现粒子数反转分布;3、1、2半导体激光器的主要特性(小题 光谱特性 发射波长 温度特性) 发射波长:半导体激光器的发射波长取决于倒带的电子跃迁到价带时所释放的能量。
这个能量近似等于禁带宽度;EgEg 24.1hc ==λ(不同半导体材料有不同的禁带宽度Eg,所以有不同的发射波长)光谱特性:随着驱动电流的增加,纵模模数逐渐减少,谱线宽度变窄;随着调制电流增大,纵模模数增多,光谱密度变宽。
弛张频率:弛张频率f r 就是调制频率的上限,在接近f r 处,数字调制要产生弛张震荡,模拟调制要产生非线性失真。
温度特性:激光器输出光功率随温度而变化有两个原因:一就是激光器的阈值电流I th 随温度升高而增大,二就是外微分量子效率ηd 随温度升高而减小。
温度升高时,I th 增大,ηd 减小,输出光功率明显下降,达到一定温度时,激光器就不激射了。
当以直流电流驱动激光器时,阈值电流随温度的变化更加严重。
当对激光器进行脉冲调制时,阈值电流随温度呈指数变化,在一定温度范围内,可以表示为)ex p(00th T T I I = (I 0为常数,T 为结区的热力学温度,T 0为激光器材料的特征温度)3、1、4 发光二极管 (对应的瞧瞧就可以)发光二极管(LED)的工作原理与激光器(LD)有所不同, LD发射的就是受激辐射光,LED发射的就是自发辐射光。
发光二极管的优点:与激光器相比,发光二极管输出光功率较小,谱线宽度较宽,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。
3、2 光检测器3、2、1 光电二极管工作原理(光电效应)光电效应:在PN结界面上,由于电子与空穴的扩散运动,形成内部电场。
内部电场使电子与空穴产生与扩散运动方向相反的漂移运动,最终使能带发生倾斜, 在PN结界面附近形成耗尽层。
在耗尽层,会形成光生漂移电流。