光纤通信复习资料
光纤通信复习
1、光纤通信系统基本组成部分有光发射机，光中继器、光纤和光接收机。
光纤的三个工作波长分别为0.85um，1.31um，1.55um 。
G.652光纤的波长为 1310nm ，G.655光纤的波长为1550nm 。
2、光纤通信系统是以光波为信息载体，光纤为传输介质的通信系统, 其主要组成部分为光发射机，光中继器，光纤和光接收机。
3、光纤的主要损耗是吸收损耗和散射损耗，其色散主要有模式色散，色度色散和偏振模色散。
4、光纤的主要原材料是SIO2，渐变多模光纤纤芯中心折射率最大，光线在这种光纤内以正弦形状沿纤中心轴线方向传播，它的纤芯直径为50um。
5、G.652光纤在1550nm波长区损耗最低，在1310nm波长区色散很小。
6、目前常用的光源有LD和LED，其中LD是物质发生受激辐射过程而发光，而LED是因物质发生自发辐射过程而发光，在数字光纤通信系统中对光源采用强度调制，而收端采用直接检波方法进行检测。
7、影响光接收机灵敏度的主要因素是的噪声，它包括光电检测器的噪声和放大器的噪声。
8、光纤的传输特性是指损耗特性，色散特性和光纤的非线性特性。
光接收机的性能参数主要是光接收机的灵敏度和动态范围。
9、光无源器件主要有光纤连接器，光耦合器，光隔离器，光开关，光波分复用器和光波长转换器。
10、光电检测器的作用是完成光信号到电信号的转换功能，PIN管本质上是外加负偏压的P-N结，其主要噪声是量子噪声和暗电流噪声，APD管还有倍增噪声。
11、SDH是一套可进行信息传输，复用，分插和交叉连接标准化数字信号结构等级。
其基本网元有终端复用器，分插复用器，同步数字交叉连接设备和再生中继器。
12、 LD的发光基础物理过程是受激辐射其组成包含工作物质，泵浦源和光学谐振腔。
13、LD的P-I特性具有阈值特性，其阈值电流随温度升高而加大，当其增大至原来的 1.5 倍时，LD寿命告终。
1 光纤通信系统中常用的光源主要有:( D ) P53A ．光检测器、光放大器、激光器B ．半导体激光器、光检测器、发光二极管C ．PIN 光电二极管、激光、荧光 D. 半导体激光器LD 、半导体发光二极管2 阶跃型光纤中数值孔径的计算式为( C ) A. 21n n B. 2a C. 21n D.21n n a 3 光纤的连接分为( C ) (P70)A ．固定连接和永久性连接B ．固定连接和熔连接C. 固定连接和活动连接 D ．粘连接和熔连接4 下面说法正确的是（ C ） P19A 为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须等于纤芯的折射率；B 为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须大于纤芯的折射率；C 为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须小于纤芯的折射率；D 为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须大于涂覆层的折射率。
光纤通信复习
第一章光纤通信的概念光纤通信是利用光导纤维传输光波信号的通信方式两个基本问题光信号：满足光通信需求，频率稳定、功率高、方向性好传输介质：适合光信号传输，损耗小、物理与化学性质稳定、来源广光纤发明人高琨光纤通信系统框图收端系统容量定义和计算B为比特率，L为无电中继的通信距离BL积越大，通信容量越大。
系统性能的提高就是增大BL积速率越高，相应的中继距离越小，由信号的物理特性决定光纤通信的优势3抗电磁干扰，无串话(4)体积小、重量轻：军用飞机、航天领域(5)原材料丰富，节约有色金属第二章1角度：反射、折射、全反射2全反射的条件3光的色散4激光：光与原子作用的几个过程5组成激光器的三个要素第三章1光纤的工作原理2光纤的单模工作条件、单模截止波长3光纤的损耗特性4光纤的色散特性第四章1LED与LD的工作原理LED:双异质结芯片，把有源层夹在P型和N型限制层中间。
LED 的基本工作原理是光的自发辐射半导体激光器（LD）2LD产生激光的三个条件粒子数反转分布（导带电子＞价带电子外加正向偏压，不断注入电子，在PN结上就会形成粒子数反转分布为了限制载流子和光波的范围一般采用双异质结的结构。
光的正反馈（光的正反馈是通过光学谐振腔实现的它通过光在光学谐振腔的来回往复过程，实现受激辐射的光放大形成光的正反馈。
谐振腔还要满足如下谐振条件q 入=2nL即干涉相长的条件式中，入为激光波长，n为激活物质的折射率，L为光学谐振腔的腔长，q为正整数）满足激光振荡的阈值条件光学谐振腔。
（光学谐振腔实际上存在着两个相反的过程：光增益和光损耗。
光增益：光子在增益介质中，受激辐射的光放大。
增益系数G 光损耗：腔内各种因素引起光子数不断消耗：光学谐振腔的反射镜透射损耗、其他原因引起的损耗。
损耗系数a激光器的阈值条件：G>a，才能建立稳定的激光振荡输出激光。
) 3LD的温度特性温度特性(1)阈值电流It随温度的升高而加大(2)激光二级管的中心波长入随温度升高而变大4光电检测器的工作原理工作原理：半导体的光电效应光电效应: 光照射到半导体的PN结上光子能量足够大，价带电子吸收光子能量，从价带越过禁带到达导带在导带中出现电子，在价带中出现空穴，即电子-空穴对这些电子和空穴由光子产生，即光生载流子光生载流子在外加负偏压和内建电场的作用下，在外电路中出现光电流，在电阻R上检测电压。
光纤通信复习.
复习课第1章概述1.1 光纤通信的基本概念1.1.1 引言利用光导纤维传输光波信号的通信方式称为光纤通信。
目前光纤通信的实用工作波长在近红外区，即0.8-1.8μm的波长区，对应的频率为167-375THz。
区内三个低损耗窗口，分别是：0.85μm，1.31μm 及1.55μm。
1.1.2 光纤通信系统的基本组成强度调制/直接检波（IM/DD）的光纤数字通信系统。
图1-3 光纤数字通信系统示意图电发射机输出的脉码调制信号送入光发射机。
光发射机的主要作用是将电信号转换成光信号，并耦合进光纤。
在通信系统的线路上，目前主要采用单模光纤制成的不同结构形式的光缆。
光接收机的主要作用是将光纤送过来的光信号转换成电信号，然后经过对电信号的处理后，使其恢复为原来的脉码调制信号，送入电接收机。
为了保证通信质量，在收发端机之间适当距离上必须设置光中继器。
光中继器的形式主要有两种，一种是光—电—光转换形式的中继器，另一种是在光信号上直接放大的光放大器。
半导体激光器（LD）光发射机半导体发光二极管（LED）光纤通信系统光中继器：掺铒光纤放大器光电二极管（PIN）光接收机雪崩光电二极管（APD）1.1.3 光纤通信的优越性传输频带宽，通信容量大传输损耗小，中继距离长抗电磁干扰的能力强线径细、重量轻，制作成本低廉，制作原料资源丰富1.2 光纤通信的现状及发展趋势第2章光导纤维2.1 光纤的结构和分类2.1.1 光纤的结构S i O2、双层同心圆柱体、外层的折射率比内层低。
图2-1 光纤的结构2.1.2 光纤的分类1. 按照光纤横截面折射率分布不同来划分阶跃型光纤：折射率在纤芯和包层的界面上发生突变。
渐变型光纤：纤芯折射率非均匀，是连续变化的。
2. 按照纤芯中传输模式的多少来划分传输模式：沿光纤传输时可能存在多种不同的电磁场分布形式。
单模光纤：光纤中只传输一种模式。
适用于大容量、长距离传输。
多模光纤：在一定工作波长下，能传输多种模式的介质波导。
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）。
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第一章1光纤通信是以光波为载波，以光纤作为传输媒质的通信方式。
主要包括收发信电缆机、光发送接收机端机、传输光纤等几个部分。
2光纤通信工作在近红外区，工作频段167-375THz，工作波长0.8-1.8um。
3光纤通信有3个低损耗窗口，850nm的短波长窗口和1310nm、1550nm的长波长窗口。
850nm 是多模窗口，1310nm是单模零色散窗口，1550nm是单模最低损耗窗口。
4光纤通信的特点：1传输频带宽，通信容量大2中继距离远，误码率小3抗电磁干扰能力强，无串话4质量轻，体积小，经济效益好5资源丰富，节约有色金属和能源6保密性好7抗腐蚀，不怕潮湿缺点：质地脆、机械强度低、连接比较困难、分路耦合不方便5光纤通信技术的基本内容：1光纤传输理论与技术、光纤器件2信号传输原理、调制解调方式、信号编码及信道复用等3光源与光发送机4光检测机与光接收机5光纤通信系统的设计、结构及应用6光纤通信技术如光放大器技术、WDM技术、全光网络技术6目前光纤通信采用的系统：采用光放大器的WDM第四代系统7光纤多址通信系统即为波分复用系统WDM：几个-几百个波长在单根光纤中一起传输，用光放大器作中继放大，使传输容量提高成千上百倍。
第二章1光纤的典型结构式多层同轴圆柱体，自内向外为纤芯、包涂覆层。
光纤的纤芯通常是折射率为n1的高纯SiO2，并有少量掺杂剂，以提高折射率。
包层的折射率为n2(<n1)，通常也由SiO2制造，掺杂B2O3及F等以降低折射率。
2光纤根据传输的模式可分为单模和多模，单模光纤纤芯的芯径是4-10um，多模光纤纤芯的芯径为50um，两者的包层一般为125um，涂覆层为5-40um，根据横截面上的折射率可分为阶跃光纤SI和梯度光纤GI。
按材料分为石英光纤、塑料光纤和纳米光纤。
3数值孔径NA定义：入射临界角&0的正弦即NA=SIN&0=N1根号下芯包折射率差值的两倍。
物理意义：表示入射到光纤端面上的光线，只有与纤芯轴夹角为&0，圆锥角内的入射光线才能在纤芯内传输。
光纤通信系统必考考点复习资料
光纤通信系统考点一、填空1、光纤通信用光波作为传输信号，用光纤作为传输线路。
2、通信窗口：第一代：波长0.85μm ，损耗3dB/km ；第二代：1.31μm ，0.4dB/km ；第三代：1.55μm ，0.2dB/km ；第四代：WDM ，OA ，EDFA 。
3、通信系统的信号：模拟信号，数字信号。
4、数模转换的方法：取样，量化，编码。
5、比特率：B=1/T 。
6、PDH(准同步数字序列)的两种模式：（1）北美和日本：24路，速率为1.544Mb/s 。
（2）欧洲和中国：30路，速率为2.048Mb/s 。
7、SDH （同步数字序列）：STM-1：155Mb/s ，STM-4：622Mb/s ，STM-16：2488Mb/s ，STM-64：9953Mb/s 。
8、光纤的基本结构：纤芯，包层，涂覆层。
9、导波条件：1020n k n k ≤≤β10、脉冲展宽公式：λτ∆=∆DL （D 为色散系数会给，L 为长度，λ∆为谱宽）11、光纤衰减机理：材料吸收，材料散射，材料辐射。
12、光缆结构：层绞式、骨架式、带状式、束管式。
13、P-I 曲线：工作电流小于阈值电流时，自发辐射，光能量低；工作电流大于阈值电流，产生激光。
14、光谱特性：15、温度特性：T增大，P-I曲线右移，阈值电流增大，斜率减小。
16、数字光接收机的组成：前端：光电检测器与前置放大器；线性通道：主放大器与均衡器；再生电路：判决器与时钟恢复。
17、灵敏度：接收机工作于9-10的BER所要求的最小平均接收光功率P。
r18、光放大器的类型：半导体激光放大器和光纤型光放大器（FRA，FBA，EDFA，FPA）。
19、EDFA增益饱和特性：放大器增益随泵浦功率按指数增长，当泵浦功率超过某一值时，增长变慢。
20、光放大器的应用：在线，功率放大，前置放大。
21、当比特率小于100Mb/s时，损耗限制为主，大于时，色散限制为主。
二、简答题1、PDH和SDH各表示什么？答：PDH表示准同步数字序列，即在低端基群采用同步，高次群复用采用异步；SDH表示同步数字序列。
光纤通信复习 资 料
复习资料1、光纤通信是以为载频，以为传输介质的通信方式。
2、光缆大体上都是由缆芯，和三部分组成。
3、光波分复用传输系统有双纤单向传输和两种结构形式4、LED光源主要用于低速，短距离光波系统的情况，而，中采用LD光源。
5、1966年，英籍华人博士从理论上分析证明了用光纤作为传输介质以实现光通信的可能性。
6、光纤的和是限制光纤通信线路中继距离的主要因素7、数值孔径（NA）越大，光纤接受光纤的能力就越，光纤与光源之间的耦合效率就越。
8、LED的基本结构可分为两类，即面发光LED 和。
9、光发送机的作用是将转为，并将生成的信号注入。
10、LD是一种阈值器件，它通过受激辐射发光，具有输出功率大，输出光发散角 ,与单模光纤耦合效率，辐射光谱线窄的特点。
11、光波分复用传输系统有双纤单向传输和两种结构形式12、普通单模光纤G.652的零色散波长是，色散位移光纤G.653的零色散波长是。
13、准同步数字体系有两种制式，一种是以 Mb/s为基群的T系列（日美采用）；另一种是 Mb/s为基群的E系列（中国、欧洲采用）14、光纤通信的最低通信窗口波长是，零色散波长是。
15、允许单模传输的最小波长称为。
16、在一根光纤中同时传输多个不同波长的光载波信号称为复用。
17、温度升高时，LED光源线宽，峰值波长向方向移动。
18、对光检测器的基本要求是高的，低的和快的。
19、光纤的基本特性参数是和色散，其单位分别是dB/Km和。
20、在光通信发展史上，小型光源和两个难题的解决，开创了光通信的时代。
21、确定接收机性能的一个重要参数是接收机灵敏度，它通常定义为在接收机的条件下，所要求的最小平均接收光功率。
22、光纤通信系统一般采用0.85µm、1.31µm、三种波长窗口。
23、光纤通信用光检测器有和。
24、光波复用器件根据分光原理的不同分为、干涉滤波型和。
25、激光器工作必须离开热平衡状态，因此必须使用外部能源泵浦，以实现，这是激光器工作的先决条件。
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1、均匀光纤，若n1=1.50，
m μλ30.10
=，试计算：
（1）若∆=0.0025，为了保证单模传输，其芯半径应取多大？
（2）若取a=5m μ，为了保证单模传输，∆应取多大？
解：（1）由单模传输条件：
22122 2.405a V n n πλ=-≤，推导出：22122a
n n π
≤
-将m μλ30.10=，
211 1.496n n n =-∆=代入，a=1.815m μ
（2）当a=5m μ
，得2212 2.4052n n a
λπ⨯-≤得
∆1
21n n n -≤=0.0016.
3、一阶跃折射率光纤的相对折射率差10.005, 1.5
n ∆==，
当波长分别为0.85,1.31,1.55
m m m μμμ时，要实现单模传输，纤芯半径a 应小于多少？
解：由单模传输条件：
22
122 2.405a
V n n πλ
=-≤22
12
2.4052a n n λ
π⨯≤-22
12120.15n n n -≈∆=。
0.851.311.55m m m m
m m
λμμλμμλμμ=≤=≤=≤当时,a 2.164当时,a 3.345当时,a 3.975
5、假设一阶跃折射率光纤，其参数a ＝6µm ， Δ＝0.002，n1＝1.5，当光波长λ分别为1.55µm 、1.3µm 和0.85µm 时，求光纤中可以传输哪些导模？
221210
22
2 2.307 2.405a a
V n n n ππλλ=-=∆=< 所以，光纤中导模只有HE11模；
22
1210
222 2.75a a V n n n ππλλ=-=
∆=
因为2.405<V=2.75<3.832，所以光纤中的导模只有HE11、TE01，TM01，HE21模；
22
1210
222 4.21a a
V n n n ππλλ=-=∆=
因为3.832<V=4.21<5，所以光纤中的导模只有HE01，TE01，TM01，HE21，EH11，HE31，HE12模。
2. 一阶跃折射率光纤，其纤芯半径a=25µm ，折射率n1=1.5，相对折射率差Δ=1%，长度L=1km 。
求： （1）光纤的NA ； （2）子午光纤的最大时延差； （3）若将光纤的包层和涂敷去掉，求裸光纤的NA 和最大时延差。
解：（1）22
12120.212NA n n n =-≈∆=
（2）max 150n L
ns c τ∆≈∆=
（3）依题，有n1=1.50，n2=1.0，所以
22
120.5
NA n n =-=max 261() 1.25102L NA s
n c
τ-∆≈=⨯ 4、已知某光纤参数： 4.0,0.003,a um =∆=纤芯折射率n1=1.48。
试问此光纤能否传输波长 1.31um λ=的TE01和TM01的模？如要使TE01、TM01模能够传输，光波长应做怎样的调整？
解：012V k n a =∆，可得122 2.2V n a πλ=∆=
而TE01和EM01模的归一化截止频率Vc=2.405，显然V<2.405，故不能传输波长为1.31um 的TE01和TM01模。
对于TE01和TM01模，其截止波长为 122 1.20c c n a um V πλ=∆= 即入射光波长应小于1,20um 时，才能传播。
例2：已知Si-PIN 光电二极管的耗尽区宽度为40um ，InGaAs-PIN 光电二极管的耗尽区宽度为4um ，两者的光生载流子漂移速度为105m/s ，结电容为1pF ，负载电阻为100Ω。
求：这两种光电二极管的带宽各是多少？解： 例 题 3 Si-PIN 光电二极管具有直径为0.4mm 的光敏面，当波长700nm 的红光以强度0.1mW/cm2入射时，产生56.6 nA 的光电流。
求该光电二极管的响应度和量子效率。
解：因入射光强I= 0.1mW/cm2，所以入射光功率为 响应度： 量子效率： 例 题 4 PIN 光电二极管的分布电容是5pF ，由电子-空穴渡越时间限制的上升时间是2ns ，计算3dB 带宽和不会显著增加上升时间的最大负载电阻。
解：由光生电子-空穴对渡越时间限制的3dB 带宽是 为了不使RC 上升时间显著影响系统的上升时间，由负载电阻决定的RC 上升时间应小于渡越时间的四分之一， 所以有 因此，允许的最大负载电阻RL 是46Ω 。
例 题 5 InGaAs APD 没有倍增时（G=1），波长1.55μm 处的量子效率为60%，当反向偏置时的倍增系数是12，假如入射功率为20 nW ，光生电流是多少？当倍增系数是12时，响应度又是多少？ 解：由量子效率决定的响应度为 假设没有倍增时的光电流是Ip0，入射光功率Pin 时，根据响应度的定义可以得到初生光生电流 当有倍增时的光电流： 倍增时的响应度：。