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(☆☆)

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 ∆≈==∆c

L 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 -β

βββββ)

(y x -=∆=ββ

∆2