光纤通信期末复习提纲

光纤通信期末总复习一、总述题型：判断（15% ）（1.5×10）+选择（30%）（2.5×12）+简答计算（55%）（5~6题）考试范围（第一章～第十章），重点第五章、第六章、第七章，第四章自学（不考）要求：考试可以用中文答题，但是要熟悉英文专业术语（已经将常用专业术语做了整理，可在网络教学平台下载），平时每次作业一定要会做，期末总成绩=考试成绩×60%+实验成绩×20%+平时成绩（讨论+作业）×20% 二、第一章 光纤通信系统1、光通信所用波长（红外、可见、紫外），2、dB ，dBm 计算，光通信系统功率预算3、分清波长，频率，介质中波长，介质中的频率v fλ=4、基本光通信系统构成（框图），各个模块的功能 4、光子能量（以J 为单位，eV 为单位），会计算光线中的光子数5、光纤（光纤通信）优点与缺点 三、光学概要1、Snell 定律：计算纤芯包层上临界角，空气和纤芯入射面入射光锥大小2、数值孔径（NA ）定义，意义3、什么是光斑尺寸 四、 波动学基础 1、α与γ的换算Proof::dB km 10lgexp(2)1dB 110lgexp(2)km-220=108.685ln10 2.3026dB L L L km dB kmγααγγααααγα用表示的衰减值；：衰减系数：传输距离当时值就是；单位为=-==--=≈-2、带宽和谱宽的换算（频率范围和波长范围换算）12212112122ccf f f c f c thenf f f c f f λλλλλλλλλλλλλλλλ⎛⎫-∆=-=-= ⎪⎝⎭⎛⎫∆∆== ⎪⎝⎭∆∆∆∆⎛⎫∆=⇒∆=⇒=⎪⎝⎭3、色散，材料色散，波导色散定义，展宽计算，单位长度展宽计算Dispersion （色散）: Wavelength dependent propagation velocity. 传输速度随波长变化的特性称为色散Material Dispersion （材料色散）: Dispersion caused by the material.Waveguide Dispersion （波导色散）: Dispersion caused by the structure of thewaveguide.L L ττ∆∆⎡⎤⎛⎫= ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦''n M L c τλλλ⎛⎫∆=-∆=-∆ ⎪⎝⎭4、光纤通信系统电带宽与光带宽关系5、谐振腔（F-P 腔），纵模概念1(1)222c m mc f f f m c mc c f Ln Ln Ln∆∆+=-+=-=2cc oo co c c of ff f ccλλλλλλ∆∆∆∆∆===7、平面边界上的反射，全反射临界角计算1212n n n n ρ-=+221212power reflected R power incidentR n n R n n ρ≡=⎛⎫-= ⎪+⎝⎭分界面上损耗计算什么是消逝场？发生全反射时低折射率材料中仍然有光能量 五、 光纤波导1、相对折射率与数值孔径：fractional refractive ；NUMERICAL APERTURE121n n n -∆=00sin NA n α== 单模光纤的NA 和多模光纤NA 通常哪个更大？光纤包层和纤芯折射率关系是怎样的？2、光纤损耗Losses may be classified as: AbsorptionScattering ： Rayleigh Scattering Geometric effects目前光纤损耗水平大致是多少？在什么波长？ 光纤三个透光窗口是什么，中心波长分别是多少3、归一化频率计算；V is called the normalized frequency or V parameter2a V NA πλ==归一化频率和光斑尺寸关系是什么？4、多模光纤模式数目计算对于阶跃折射率光纤，若V>1022V N =对于抛物线分布折射率光纤，若V>1024V N =5、单模传播条件2.405V =<a λ<2.4052aNAλπ<6、多模光纤中的畸变阶跃折射率：11211122()()n n n nn n L cn cn c τ-∆⎛⎫∆==∆≈ ⎪⎝⎭对于 GRIN 模式展宽近似表达式为:212n L c τ∆⎛⎫∆= ⎪⎝⎭可知多模阶跃折射率光纤中模式畸变一般情形下远大于GRIN 光纤这里大家需要记住的是模式失真不依赖于光源波长或者光源线宽. 因此总的脉冲展宽:τ∆=modal modal pulse spread τ∆=dispersion material and waveguide dispersive pulse spread τ∆=那么总的色散可计算如下()g M M L τλ⎛⎫∆=-+∆ ⎪⎝⎭由于色散导致的展宽和那几个因素有关？L 、D 、λ∆7、单模截止波长2.4052aNAλπ<=那么截止波长 (小于截止波长光纤将以多模形式传输) 为:c (2)2.612.405a NA a NA πλ==8、普通光纤中传输的光信号一般是非偏振的.六、光源和光放大器1、LED P-I 特性的斜率计算. 禁带宽度(能带间隙 bandgap)与辐射波长关系g i P W e η⎛⎫= ⎪⎝⎭P g W i η=2、量子效率定义，计算。

3、LED 模拟调制、数字调制时偏置电流选择，LED 正常工作时偏置电压选择4、LED 带宽（电带宽）限制因素5、LED 辐射图形：面发射：朗伯光，半功率角120度 边发射：120×306、激光器工作原理LED 满足什么条件即可产生激光？ （粒子数反转、阈值条件，相位条件） 区分受激辐射与自发辐射基本概念Spontaneous emission stimulated emission ，在激光器中，受激辐射，受激吸收、自发辐射都会发生，遵循一定的统计规律7、P-I 特性斜率 与量子效率8 F-P 激光器纵模概念，激光器输出纵模数计算，输出光谱图2c c f Ln∆= 2222o o c cc LnLnλλλ∆==linewidth resonance spacing m cN λλ∆∆≅=9、LD 模拟调制、数字调制偏置电流的选择，LD 偏置电流的选择10、温度对LD 工作特性（阈值电流、波长、功率）的影响11、LD 带宽f 3-dB = 0.35/t r 12、LD 与LED 区别两者谁的工作速率更高？线宽、带宽、发散角、调制特性、温度特性，P-I 特性工作原理13、光栅谐振波长：02m n λ⎛⎫Λ= ⎪⎝⎭14、铒光纤能级图，三能级系统描述EDFA 放大原理 15、EDFA 优点和EDFA 工作波段 16、拉曼放大器工作波段，优点 17、 噪声指数定义，计算()()//inoutS N F S N =1010log dB F F =,,(/)(/)out dB in dB dB S N S N F =-18 、 Amplifier placement in a fiber link.λ λλLaunch AmplifierInline AmplifierPreamplifier19、光纤放大器和光纤激光器区别七、光检测器1、响应度Responsivity ，量子效率计算number of emitted electronsnumber of incident photonsη=i e eP hf hcηηλρ===光接收机检测电流和光功率之间的关系2、什么是光检测器截止波长,概念及产生的物理原因cghcWλ=Silicon Photodiode Response0.5 0.7 0.90.5λ (μm)(/)A Wρ1.24c gW λ=3、PIN 、 APD 偏置电压选择以及 PN 和PIN 工作的速率区别4、暗电流：在没有光功率存在情形下，反响偏置二极管内也有一个微小反向电流 (通常称为反向漏电流). 暗电流是由二极管内自由电荷载流子热运动产生. 小的入射光信号将被暗电流掩盖. 为了减小误码率，必须使得信号电流远大于暗电流.5、检测器带宽限制因素 渡越时间：Transit time （渡越时间）: Time for free charges to move across the depletion region (the intrinsic layer in a pin photodiode). The speed of response is ultimately limited by the transit time.7、APD 的响应度（倍增因子），APD 具有内部增益8、灵敏度概念sensitivity ：利用APD 可以提高接收机灵敏度八、耦合器和连接器1、活动连接器的插入损耗大致数量级，光纤熔接损耗数量级？2、空气-玻璃接口损耗大致为多少九、分布式网络和光器件1、波分复用（WDM ）概念及其优点2、光纤光栅复用器主要结构工作原理3、定向耦合器参数定义 及计算Throughput Loss （直通损耗） L THP = - 10 log (P 2 /P 1 ) Tap Loss （抽头损耗）L TAP = - 10 log (P 3 /P 1 )Directionality （方向性系数）L D = - 10 log (P 4 /P 1 ) Excess Loss （额外损耗）L E = - 10 log [(P 2 + P 3) /P 1 ] Splitting Ratio （分光比） SR= (P 2 /P 3 )44、光隔离器原理，作用偏振光的马吕斯定律和法拉第（Farady ）磁光效应5、光纤布拉格光栅及其调谐机理 2λΛ=6、衰减器作用十、调制1、直接调制与间接调制，内调制与外调制，使用外调制器的优点是什么，缺点又是什么2、电吸收调制器工作原理3、什么是副载波复用。

4、LED 模拟调制和数字调制，LD 模拟和数字调制偏置电流设置附：一定掌握英文术语（能读懂）。