光纤通信 复习资料

第一章 概论1.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）抗电磁干扰性好。

5）泄露小，保密性好。

6）节约金属材料，有利于资源合理利用。

2.光纤通信的应用：1）通信网。

2）计算机局域网和广域网。

3）有线电视网的干线和分配网。

4）综合业务光纤接入网。

3.光纤通信系统的基本组成：4.数字通信系统的优点：1）抗干扰能力强，传输质量好。

2）可以用再生中继，延长传输距离。

3）适用各种业务的传输，灵活性大。

4）容易实现高强度的保密通信。

5）大量采用数字电路，易于集成，从而实现了小型化、微型化，增强了设备可靠性，有利于降低成本。

第二章 光纤和光缆 1.光纤由中心的纤芯和外层的包层同轴组成的圆柱形细丝。

2.光纤的类型：1）突变型多模光纤。

2）渐变性多模光纤。

3）单模光纤。

4）双包层光纤。

5）三角芯光纤。

6)椭圆芯光纤。

3.NA=2221n -n ≈n 1∆2，式中∆=（n 1-n 2)/n 1为纤芯与包层相对折射率差。

NA 表示光纤接收和传输光的能力。

NA 越大，光纤接收光的能力越强。

4.由于渐变性多模光纤折射率分布是径向坐标r 的函数，纤芯各点数值孔径不同，因此要定义局部数值孔径NA （r ）和最大数值孔径NA max 为NA （r ）=222n -(r)n NA max= 2212n n -5.渐变性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。

6.光信号经光纤传输后会产生损耗和畸变，因而输出信号和输入信号不同，对于脉冲信号，幅度减小，波形展宽。

产生信号畸变的主要原因是光纤中存在色散。

7.色散是在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的传播时间不同而产生的一种物理效应。

一般包括模式色散、材料色散和波导色散。

1）模式色散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，并和光纤材料折射率的波长特性有关。

2）材料色散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，其传播时间不同而产生的。

它取决于光纤材料折射率的波长特性和光源的谱线宽度。

3）波导色散是由于波导结构参数与波长有关而产生的，它取决于波导尺寸和纤芯与包层的相对折射率差。

8.单模光纤的损耗谱，包括吸收损耗和散射损耗。

见图P.329.光纤特性的标准。

见表P.3410.光缆一般由缆芯和护套组成。

缆芯通常包括被覆光纤（芯线）和加强件两部分。

11.根据缆芯的结构特点，光缆可分为四种基本形式：层绞式、骨架式、中心束管式、带状式。

12.光缆特性：1）拉力特性。

光缆承受的最大拉力取决于加强件的材料和横截面，多数光缆在100～400kg 范围。

2）压力特性。

光缆承受的最大压力取决于护套的材料和结构，多数光缆承受的最大侧压力在100～400kg/10cm 。

3）弯曲特性。

实用光纤最小弯曲半径一般为20～50mm ，光缆最小弯曲半径一般为200～500mm 。

4）温度特性。

对光缆使用温度要求一般在低温地区为-40～+40℃，高温地区为-5～+60℃。

13.光纤损耗测量两种基本方法：剪断法、向后散射法。

α=L10lg 21P P （dB/km ）,α为光纤损耗系数，L 为被测光纤长度（km ），P 1和P 2分别为输入光功率和输出光功率（剪断法）。

14.光纤带宽检测的基本方法：1）时域法。

测量通过光纤的光脉冲产生的脉冲展宽，又称脉冲法。

2）扫频法。

测量通过光纤的频率响应。

15.光纤色散测量有相移法、脉冲时延法和干涉法。

第三章 通信用光器件1.目前光纤通信广泛使用光源有激光器（LD ）和发光二极管（LED ）。

2.半导体激光器的工作原理：半导体激光器是向半导体PN 结注入电流，实现粒子束反转分布，产生受激辐射，再利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光震荡的。

3.粒子数反转分布是产生受激辐射的必要条件。

4.法布里-珀罗谐振腔由两个反射率分别为R 1和R 2的平行反射镜构成。

P.515.激光震荡的相位条件： L=q n 2λ或qnL 2=λ，λ为激光在真空中传播的波长，n 为激活物质的折射率， λ/n 为激光在介质中传播的波长，q=1,2,3...为纵模模数。

6.典型激光器的光功率特性曲线。

当I<Ith 时激光器发出的是自发辐射光；当I>Ith 时，发出的是受激辐射光，光功率随驱动电流的增加而增加。

P.557.DFB 激光器与F-P 激光器相比，具有以下优点：1）单纵模激光器。

2）光谱宽度窄，波长稳定性好。

3）动态谱特性好。

4）线性好。

8.LED 发射的是自发辐射光，不需要光学谐振腔，没有阀值。

9.发光二极管与激光器相比，发光二极管输出光功率娇小，光谱宽度较宽，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。

10.LED 通常和多模光纤耦合，用于1.3μm （或0.85μm ）波长的小容量短距离系统；LD 通常和G.652或G.653范围的单模光纤耦合，用于1.3μm 或1.55μm 大容量长距离系统；分布反馈激光器（DFB-LD ）主要和G.653或G.654范围的单模光纤或特殊设计的淡漠光纤耦合，用于超大容量的新型光纤系统。

11.LD 组件构成实例： 见图P.6012.光检测器是光接收机的关键部件，它的功能是把光信号转换为电信号。

目前常用的光检测器有PIN 光电二极管和雪崩光电二极管（APD ）。

13.量子效率η的定义：相同时间内一次光生电子-空穴对和入射光子数的比值。

η=每秒入射光子数空穴每秒光生电子-=hf P //e I 0P =0P I P e hf 14.电压增加到使电场达到200kV/cm 以上，初始电子（一次电子）在高电场区获得足够能量而加速运动。

15.拉通型雪崩光电二极管（RAPD ）具有光电转换效率高、响应速度快和附加噪声低等优点。

16.APD 是有增益的光电二极管，采用APD 的光接收机具有较高的灵敏度，有利于延长系统的传输距离。

但采用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，一般都采用PIN 。

17.连接器是实现光纤与光纤之间可拆卸（活动）连接的器件。

接头是实现光纤与光纤之间的永久性（固定）连接。

18.耦合器的功能是把一个输入的光信号分配给多个输出，或把多个输入的光信号组合成一个输出。

19.耦合器的类型：T 型耦合器、星型耦合器、定向耦合器、波分复用器/解复用器。

20.耦合器比较实用的结构有光纤型、微器件型和波导型。

21.光隔离器主要用在激光器和光放大器后面，以避免反射光返回到该器件致使器件性能变坏。

三端口光环行器：22.为提高光纤通信系统的质量，避免直接调制激光器时产生附加线性调频的问题，要采用外调制方式。

23.光开关的功能是转换光路，实现光交换，它是光网络的重要器件。

可分为两大类：机械光开关、固体光开关。

机械光开关的优点：插入损耗小，串扰小，适合各种光纤，技术成熟；缺点是开关速度慢。

固体光开关正好相反，优点是开关速度快；缺点是插入损耗大，串扰大，只适合单模光纤。

24.有源光器件：光源、光检测器、光放大器。

无源光器件：连接器、耦合器、波分复用器、外调制器、光开关和隔离器。

第四章 光端机1.数字光发射机方框图：2.自脉动现象：某些激光器在脉冲调制甚至直流驱动下，当注入电流达到某个范围时，输出光脉冲出现持续等幅的高频振荡。

自脉动频率可达2GHz ，严重影响LD 的高速度调制特性。

3.温度通过阀值电流和外微分量子效率引起的输出光脉冲的变化：温度升高，阀值电流增加，外微分子效率减小，输出光脉冲幅度下降。

4.光检测器是光接收机实现光/电转换的关键器件，其性能特别是响应度和噪声直接影响光接收机的灵敏度。

对光检测的要求如下：1）波长相应要和光纤低损耗窗口兼容；2）响应度要高，在一定的接收光功率下，能产生尽可能大的光电流；3）噪声要尽可能低，能接受微弱的光信号；4）性能稳定，可靠性高，寿命长，功耗和体积小。

5.误码率的定义：光接收机对码元误判的概率。

第五章 数字光纤通信系统1.SDH 采用世界上统一标准传输速率等级。

最低的等级（最基本模块）称为STM-1，传输速率为155.520Mb/s ；4个STM-1同步复接组成STM-4，传输速率为4 155.52Mb/s=622.080Mb/s 。

以此类推，一般为STM-N ，N=1,4,16，64。

P.1052.三种误码率：劣化分（DM ）、严重误码秒（SES ）、误码秒（ES ）；其参数和指标说明详见P.1113.系统设计是使系统的实施达到最佳的性能价格比；在技术上，系统设计的主要问题是确定中继距离，尤其对长途光纤通信系统，中继距离设计是否合理，对系统的性能和经济效益影响很大。

第六章模拟光纤通信系统1.模拟光纤传输系统目前使用的主要调制方式：模拟基带直接光强调制、模拟间接光强调制和频分复用光强调制。

2.预调制的三种方式：频率调制（FM）、脉冲频率调制（PFM）和方波频率调制（SWFM）。

3.光端机包括光发射机和光接收机。

4.光发射机（模拟基带直接光强调制光纤电视传输系统光发射机，模拟电信号→光信号）的基本要求：1）发射光功率要大，以利于增加传输距离；2）非线性失真要小，以利于减少微分相位（DP）和微分增益（DG），或增大调制指数m ；3）调制指数m要适当大。

m大，有利于改善SNR；4）光功率稳定性要好。

LED稳定性优于LD。

5.光接收机的基本要求：1）输出信噪比（SNR）要高；2）幅频特性要好；3）带宽要足够。

6.由于光源老化使光功率下降.....所以需要AGC来保证光接收机输出恒定。

第七章光纤通信新技术1.20世纪80年代末，波长为1.55 m的掺铒（Er）光纤放大器（EDFA）研制成功并投入使用，把光纤通信技术推向一个新高度，成为光纤通信史上一个重要的里程碑。

2.EDFA的主要优点：1）工作波长正好落在光纤通信的最佳波段（1500mm～1600mm）；2）增益高，约为30dB～40dB；饱和输出功率大，约为1015dBm；增益特性与光偏振状态无关；3)噪声系数小，一般为4～7nm；4）频带宽，在1550nm窗口，频带宽度为20～40nm，可进行多波长信道传输，有利于增加信道容量。

3.EDFA的应用，归纳起来可分为三种形式：1）中继放大器（LA），以延长干线网的传输距离；2）前置放大器（PA），以改善接收灵敏度；3）后置放大器（BA），以提高发射光功率。

4.波分复用（WDM）技术是在一根光纤中同时传输多个波长光信号的一项技术。

5.WDM技术的主要特点：1）充分利用光纤的巨大带宽资源；2）同时传输多种不同类型的信号；3）节省线路投资；4）降低器件的超高速要求；5）高度的组网灵活性、经济性和可靠性。