第一章 光纤的基本理论
1.光纤的结构
纤芯、包层、涂覆层
2.纤芯和包层的作用
纤芯：位于光纤中心，直径2a 为5～75μm, 作用是传输光波。
包层：位于纤芯外层，直径2b 为100～150μm,作用是将光波限制在纤芯中。
3.阶跃光纤纤芯折射率和包层折射率的定性关系
为了使光波在纤芯中传送，应对材料进行不同掺杂，使包层材料折射率n2比纤芯材料折射率n1小，即光纤导光的条件是n1＞n2。
4.按照支持的模式数量对光纤进行分类
单模光纤：单模光纤在给定的工作波长上只传输单一基模。
多模光纤：多模光纤纤芯内传输多个模式的光波。
5.对光纤中传输的光采用射线光学分析法的前提：光纤尺寸与光波长的定性关系
射线光学理论：当光波导尺寸远大于光波长时，可忽略光波长用光射线代表光能量传输路线的方法。
波动光学理论：求解满足边界条件的麦克斯韦方程组的光场。
6.阶跃光纤的子午光线传输路径（以最大入射角为临界角分析各种情况）
7.数值孔径的定义，计算，及其与光纤聚光能力、模式色散的定性关系
数值孔径：表征光纤的聚光能力
?≈-==2sin 12221max n n n NA θ 由此可以看出，1n 、2n 差别越大，即?越大，光纤收集射线的能力越强。
最大群时延差与相对折射率差Δ成正比，使用弱导波光纤有助于减少模式色散。时延差限制了多模阶跃折射率光纤的传输带宽。 Δ越大，模式色散越大，限制光纤传输带宽
8.渐变折射率光纤对阶跃光纤的哪个缺点进行了改善（采用渐变折射率光纤的目的是减小多模光纤的模式色散）
①、同样的入射角，传输路径变短（入射角为零除外），从而减小最大群时延差。
②、离轴心越远，传播速度越快（v=c/n ）,进一步减小最大群时延差。
适当选择折射率分布，可以使不同入射角的光线有大致相等的光程。
9.阶跃光纤的归一化频率计算（只有特定入射角的光波才会在光纤中传递能量）
a k n ka n n W U V 012221222?=-=+=002k λπ
=
U —导波的归一化径向相位常数，W —导波的归一化径向衰减常数，a —光纤的半径，?—光纤的相对折射率差，1n —纤芯折射率，0λ—工作波长
V →∞值情况下的几点结论：
①、W →∞: W>0，光纤导波。
②、U=μmn 为使得Jm(x)=0的第n 个根。
③、V →∞: 场完全集中在纤芯中，包层中的场为零。
光场在包层中服从第二类修正贝塞尔函数迅速衰减，光场在纤芯内服从贝塞尔函数振荡传播
10.单模传播条件：从光纤的归一化频率角度分析
02>W 导波。 02 02=W →2222c c c c U W U V =+= ?=221a n V c c λπ→c 12n 2V a c ?=πλc V —归一化截止频率 c λ—截止波长 结论：对于某一光纤，每个模式都有一个相应的截止波长，当光波波长小于截止波长λ =<<）（LP V V c →01LP 模式单模传输 （归一化频率V 必须大于归一化截止频率c V 才能传播） 11.光纤中某个传播模式能在光纤中传导的条件，即入射光波频率与该模式对应得截止频率的定性关系 阶跃光纤中导模总数：22V M ≈?=2210a n V λπ 结论：光纤的芯径越大，纤芯的折射率越大，相对折射率差越大，工作频率越高，支持的传输模式数量越多。 12.光纤的损耗特性对光纤通信系统的影响 在光纤通信系统中，光纤损耗是限制无中继通信距离的重要因素之一。它在很大程度上决定着传输系统的中继距离。 13.损耗系数的定义，及计算 损耗系数：单位长度（km ）光纤引起的光功率衰减。 )/(lg 10)(0 km dB P P L i =λα)(λα—波长λ处的衰减系数；i P —输入光纤的光功率；0P —光纤输出的光功率；L —光纤的长度 14.光纤的三个低损耗窗口分别位于哪个波段 850nm 波段—短波长波段、1310nm 波段和1550nm 波段—长波长波段 15.光纤的色散分类，及光纤色散对光纤通信系统的影响 光纤的色散是在光纤中传输的光信号随传输距离增加，由于不同频率成分或不同传播模式的光传输时延不同引起的脉冲展宽的物理效应。（色散主要影响系统的传输容量，也对中继距离有影响。） 模式色散、材料色散、波导色散、偏振模色散（单模光纤中） 光纤的色散引起传输信号的畸变，使通信质量下降，从而限制了通信质量和通信距离。 16.光纤的非线性效应产生的原因 原因：单位体积的光功率密度过大 第2章 光源和光发射机 1.自发辐射、受激辐射、受激吸收的原理 自发辐射：处在高能级2E 上的电子按照一定的概率自发地跃迁到低能级1E 上，并发射一个频率为v 的光子 特点：处于高能级电子的自发行为，与外界激励作用无关；自发辐射可以发生在导带和价带之间，因此光谱范围很宽。（典型应用：发光二极管） 受激辐射：处在高能级2E 上的电子在外来光场的感应下（外来感应光子的能量12hv E E -= ）发射出一个和感应光子一模一样的光子，而跃迁到低能级1E 特点：感应光子的能量等于两个跃迁能级之差；受激辐射产生的光子与外来感应光子全是同光子，不仅频率相同，而且相位、偏振方向、传播方向都相同，因此它们是相干的；受激辐射过程实质上是对外来入射光的放大过程。（典型应用：半导体激光器） 受激吸收：处在高能级2E 上的电子在感应光场作用下（感应光子的能量12hv E E -=），吸收一个光子而跃迁到高能级2E 特点：受激吸收时需要消耗外来光能；受激吸收过程是一种外来入射光子被吸收，生成电子—空穴对的光电转换过程。（典型应用：光电二极管） 2.粒子数反转的概念 设介质中低能级1E 上的电子密度为1N ，高能级2E 上的电子密度为2N ，当2N >1N 时，受激吸收过程占主导地位，光波经过介质时强度按指数规律衰减，光波被吸收。所有处于热平衡状态下的介质对入射光束都有吸收作用。2N >1N 的情况是一种处于非热平衡状态下的反常情况，称之为粒子数反转分布，这种情况必须通过外界的泵浦才能实现。 实现粒子数反转分布的条件：（A ）激励（又称泵浦）—光激励、电激励、化学激励、热激励。（B ）合适的能级结构 3.直接带隙半导体光源材料的禁带宽度与光源发射光波的频率之间的定量关系 V e hv E 0g << 4.激光激射的三个条件 (1).要产生足够的粒子数反转分布，即高能态粒子数足够的大于处于低能态的粒子数； (2).有一个合适的光学谐振腔能够起到反馈作用，使受激辐射光子增生从而产生激光震荡； (3).要满足一定的阀值条件，以使光子增益等于或大于光子的损耗。 5.半导体激光器的P/I 特性（LD 是一种阈值器件） 阈值电流、功率线性度、光输出饱和度、激光器效率、特征温度 6.在直流电流的激励下，LD 的光谱纵模数、谱宽与注入电流的定性关系 在直流电流的激励下，随注入电流的增加纵模数减少，谱宽变窄 7.温度对LD 发射波长的影响 当温度增加时，峰值波长向长波段漂移。 8.纵模决定了激光器的频谱特性，横模决定了光束的空间分布特性，它直接影响到与光纤的耦合效率。 9.半导体发光二极管（LED ）的P/I 特性（不是阈值器件）。 不是阈值器件，对温度不敏感 自发辐射，光谱较宽（几十nm ） 半导体发光二极管的基本性质：①发射谱线和发散角：光谱较宽，光纤色散严重；发散角大，与光纤的耦合效率较低；②响应速度：调制速率低，适用于低速传输网络。③热特性：温度特性较好，无需温控电路。④寿命长，可靠性高。 10.LD 和LED 的特点比较：是否温度敏感，受激辐射还是自发辐射，光谱宽度（单色性），方向性 LED 是因自发辐射而发光的，发射的光子频率、 相位、偏振状态及传播方向是无规律的，输出具 有较宽的频率范围的非相干光。 LD 是因为受激发射而发光，发射的光子同频、同 相、同偏振方向，输出相干光。 11.光调制的概念 在发送端将信息加载到光源输出的光束上的过程。 在光纤通信系统中，通常以电信号的形式呈现信息，故光调制是将电信号加载到光源输出的光束上的过程。 12.光调制的分类 直接调制、间接调制 13.直接调制原理 原理：将要传递的信息转变为驱动电流控制光源的发光过程。 特点：强度调制（IM ）；只适用于半导体光源；简单方便，价格便宜，但动态谱线的展宽严重，不适合高速、长距离传输系统。 14.间接调制原理 原理：利用晶体的电光效应、磁光效应、声光效应和电吸收效应等性质来实现对激光辐射的调制。 特点：啁啾小，适用于10Gb/s 及更高速率传输系统；有些调制器偏振相关。 15.张弛振荡危害的频段 张弛振荡频率一般在几百MHz 至2GHz 的数量级 第三章 光接收机 1.光接收机的分类 直接检测接收机、相干检测接收机 光信号在光纤中经过长距离传输，会受到损耗、色散和非线性的影响，不仅幅度被衰减，而且脉冲的波形被展宽和变形。因此，光接收机的首要任务是：1.要能探测到微弱光信号，按照某种规律将光信号转换成电信号（光电转换）。2.要能对光电转换生产的电信号进行整形、放大以及再生。 2.光电检测器的功能 光电检测器负责对光进行解调，实现将光信号转换成电信号的光电转换功能。 光纤通信系统对光电检测器的要求： (1) 波长响应要和光纤低损耗窗口（0.85μm 、1.31μm 和1.55μm ）相一致； (2) 响应度要高，在一定的接收光功率下能产生最大的光电流； (3) 响应速度快，满足高工作码速要求； (4) 噪声要尽可能低，能接收极微弱的光信号； (5) 性能稳定，可靠性高，寿命长，功耗和体积小。 3.光生电流由那两部分组成，它们产生的机制是什么？ 光生电流由漂移电流和扩散电流 漂移电流：电子—空穴对在自建电场和外加电场的作用下，电子向N 区漂移，空穴向P 区漂移，形成漂移电流。 扩散电流：热运动引起PN 结外的中性区的空穴和电子扩散至PN 结中，在高场力的驱使下运动产生了与漂移电流方向相同的扩散电流。 4.产生漂移电流的条件 (1) 产生电子—空穴对：当入射光子能量大于禁带宽度hv>Eg 能量； (2) 产生电流：施加反向电压。 5.耗尽层宽度对光电检测其的光电转换效率和光电二极管响应时间的影响 光电转换效率：尽量减小光子在表面层的反射率，增加入射到光电二极管中的光子数；尽量减小中性区的厚度，增加耗尽层的宽度，使光子尽可能多地在耗尽层被吸收。 光电二极管的响应时间：载流子穿越耗尽层需要时间，尽量减小中性区的厚度，增加耗尽层的宽度，不仅可以提高PIN 的光电转换效率，而且可以加快PIN 的响应速度；渡越时间与耗尽层宽度和反向电压有关（增加反向电压，减小耗尽层宽度）。 6.反向电压大小对光电二极管响应时间的影响 增加反向电压，减小耗尽层宽度，响应时间越快 7.PIN 的结构特点：耗尽层的宽度，电场分布 1.增加光电转换效率： （1）I 层很宽，P+、N+区很薄。 （2）P+区表面镀有抗反射膜。 8.光电二极管上截止波长与入射光波波长满足什么条件时才会产生光生电流 上截止波长：受激吸收的条件g E hv >或g E hc <λ，所以上截止波长定义为： )() (24.1c m eV E E hc g g μλ== 入射光的波长必须小于某个临界值，才会发生光电效应。 只有波长小于上截止波长的光子才有足够的能量驱使电子跃迁到导带上，形成载流子。 光电二极管利用半导体材料的光电效应将入射光子转换成电子—空穴对，形成光生电流。 9.PIN 光电二极管的响应度的定义和计算 响应度: 定义为光生电流与入射光功率之比。 )/(P 00p W A hv e I R μμη==P I —光生电流 0P —入射光功率 10.雪崩光电二极管（APD ）的工作原理：光电效应+碰撞电离 11.APD 的平均雪崩增益的定义和计算 光电二极管的平均雪崩增益G 的定义为：P M I I G =，式中：M I 是雪崩增益后输出电流的平均值。 P I 是未倍增时的初始光生电流。由此 可见，APD 的响应度比PIN 增加了G 倍，一般APD 的倍增因子在40～100之间。要想获得足够的雪崩增益，反向偏压必须在接近击穿电压 2.提高响应速度： I 层是一个接近于本征半导体的低掺杂N 区，反向电压 完全施加在I 区， P+、N+ 为零场区 12.直接检测光接收机的原理框图及其各个模块的功能 13.光接收机灵敏度定义，计算 定义：在一定误码率条件（BER=10－9）下，接收机能检测 到的最小平均信号光功率Pmin 。在工程上常用相对功率值 （dBm ）来表示，即 ： )10(1013min r -=P g S m dB 影响接收机灵敏度的主要因素： ①光电检测其的散粒噪声与放大器热噪声的影响（重要因素） ②比特速率对接收机灵敏度的影响：随着比特速率的增加，放大器和均衡滤波器的带宽增加，噪声等效带宽也随之增大，造成光电检测器和放大器引入的噪声影响加剧，导致光接收机灵敏度下降。 ③输入波形对接收机灵敏度的影响：1.在比特速率一定的情况下，输入脉冲波形越窄，所需的接收机灵敏度越高。 2.在比特速率一定的情况下，发送归零码型时接收机所需的灵敏度比非归零码型要高。 ④消光比对接收机灵敏度的影响：随着消光比的增加，接收机灵敏度下降。 14.光接收机的动态范围定义，计算 光接收机的动态范围D ：在保证系统的误码率指标要求下，接收机的最低输出光功率（用dBm 来描述）和最大允许输入光功率（用dBm 来描述）之差。)(101min max P P g D =dB 低于这个动态范围的下限（即灵敏度）,将产生过大的误码；高于这个动态范围的上限（即接收机的过载功率），在判决时亦将造成过大的误码。数字光接收机的动态范围一般应大于15 dB 。 第四章 光纤通信系统 1.损耗受限系统的再生段长度主要由什么决定 由S 和R 点之间的光通道损耗决定 损耗受限系统的最大再生段距离或者称作最大中继距离可以用下式来估算：)/()2(1C f S f P C R T M L A A P A P P L +++---= 其中，∑==n i fi f n a A 1/∑-=-=1 1s )1/(n i si n a A 2.色散受限系统的再生段长度主要由什么决定 由S 和R 点之间的光通道总色散所决定 色散受限系统最大无再生传输距离的最坏值可以用下式估算：m /D D L SR d = 其中，SR D 为选定的标准光接口的S 和R 点之间允许的最大色散值；m D 为允许工作波长范围内的最大光纤色散值，单位为ps/（nm ·km ）。 3.掺饵光纤放大器（EDFA ）的泵浦光波长 EDFA 的工作波长窗口为1550nm 窗口 常用泵浦光的波长：980nm 和1480nm 4.掺饵光纤放大器放大光波波段 5.掺饵光纤放大器的三种泵浦形式 EDFA 三种泵浦形式：同向泵浦 反向泵浦 双向泵浦 6.掺饵光纤放大器的三种基本应用形式 ① 线路放大 ：也称“在线”放大，是指将EDFA 直接插入到光纤传输线路中对信号进行中继放大的应用形式 ② 功率放大 ：指将EDFA 放在发射光源之后对信号进行放大的应用形式 ③ 前置放大 ：指将EDFA 放在光接收机的前面以提高光接收机的接收灵敏度 功能： 光检测器：把接收到的光信号转化成电信号。 前置放大：对光电检测器产生的微弱电流信号进行放大。 主放大器：提供高的增益，将前置放大器的输出信号放大到适合于判决电路所 需的电平。（主放大器的输出信号一般为1V ～3V(峰／峰值)。） 均衡滤波：对主放大器输出的失真的数字脉冲信号进行整形，使之成为最有利 于判决、码间干扰最小的升余弦波形。 AGC 电路：控制主放大器的增益，在接收机平均入射功率很大时把放大器的增益 自动控制在固定的输出电平上。（变换成与输入信号的峰值成比例的直流信号） 判决器：判决均衡器输出的码是“0”还是“1”。 时钟恢复：为了精确地确定“判决时刻”，需要从信号码流中提取准确的时钟 信息作为标定，以保证与发送端一致。 译码器：若判决结果为“1”，则由再生电路重新产生一个矩形地“1”脉冲； 如果判决结果为“0”，则由再生电路产生一个“0”。如果在发射端进行了线 路编码（或扰乱），在接收端需要有相应的译码（或解扰）电路。 7.喇曼光纤放大器（RFA ）的工作原理：生成低频斯托克斯光子和声子的能级跃迁 8.喇曼光纤放大器的放大光波波段 这种放大器可以提供整个光纤波长波段的放大，通过适当改变泵浦激光光波波长可达到在任意波段进行光放大的宽带放大器，甚至可以在1270nm ～1670nm 整个光纤波段内提供光放大。 9.掺饵光纤放大器和喇曼光纤放大器的比较：放大光谱谱宽，增益 第五章 波分复用技术 1.光波复用的基本原理（光波分复用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。） 在发送端将不同波长的光信号组合起来(复用)，并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光信号分开(解复用)，并作进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端，因此将此项技术称为光波长分割复用， 简称光波分复用技术。 2.光波复用的分类及其标准 光频分复用(OFDM)：光频(信)道间距小于0.1nm 的频分复用（致密的WDM ）。 密集波分复用(DWDM):光频(信)道间距小于10nm 的波分复用，D:Dense (密集)。 粗波分复用(CWDM)：光频(信)道间距大于10nm 的波分复用, C: Coarse (粗)，也称稀疏波分复用。 3.由中心波长和波段宽度计算光纤带宽 4.当前主要的波分复用波长范围 光纤具有两个低损耗窗口， 即1310 nm 和1550 nm 。 在这两个低损耗窗口中均可进行波分复用， 但是由于目前的光放大器EDFA 的工作波长范围为1530～1565 nm ， 因此目前波分复用的波长范围为1530～1565 nm 。 第七章 扩展容量和增加功能的新光通信技术 1.大容量WDM 系统超长传输技术 新型光纤技术 新型光调制技术 分布式光放大技术 前向纠错编码技术 光孤子技术 2.非色散位移光纤（常规单模光纤）的零色散波长 零色散波长在1310nm 附近 3.色散位移光纤优点：低损耗和底色散 零色散区域和最低损耗区域都在1550nm 附近； 单波长超长距离传输的最佳媒质 在多波长情况下于1550nm 区域有很强的FWM 、SPM 、XPM 等非线性效应，不适用于WDM 系统。 4.光时分复用的工作原理 光时分复用（OTDM ）：采用超短光脉冲在时间上间插复用的方法来提高单个波长的传输速率，其速率可达每秒几百吉比特，大大超过了预计的电子速率的极限。 OTDM 技术把各个支路光信号变换成高速率、窄超短脉冲信号，然后间插到复用信道中已分配好的时隙上。 5.光波分复用和光时分复用的区别：WDM 扩大了单根光纤中的传输容量，OTDM 提高单个波长上的传输容量。 6.量子通信的定义 光既有粒子性又有波动性，即波粒二象性。利用光的量子性进行通信，即量子通信。 量子通信是量子理论和信息科学相结合的产物；利用光在微观上的粒子特性，通过光子或纠缠的光子对作为信息载体；特点是，在理论上可实现超大容量的信息传递，并能生成理论上无法破译的密钥。 7.量子通信的两种实现方法 ①直接传递量子态的通信方式：将信息转换到粒子的量子态上，通过量子信道直接将粒子传递到对端。 ②通过量子纠缠态的间接通信方式：在通信的双方共享一对处于量子纠缠状态的粒子，通过需发送的信息改变发送端的粒子状态，进而影响和改变在接收端的另一个粒子的状态，于是实现信息的传递。 例题： 某光纤在1300nm 处的损耗为0.6dB/km ，在1550nm 处的损耗为0.2dB/km 。假设下面两种光信号同时进入光纤：1300nm 波长的150 W 光信号和1550nm 波长的100 W 光信号，试问这两种信号在（a ）8km 和 （b ）20km 处得功率各是多少？并分别用dBm 和 W 为单位表示。 解：对于1300nm 波长的光信号，在8km 和20km 处的功率各是 W P P L i μα48.010/-01015010 -?== , W μ2.110150-? 对于1550nm 波长的光信号，在8km 和20km 处的功率各是 W P P L i μα24.010/-01010010-?== , W μ6.010100-? 例题：一段10km 长的光纤线路，如果在接收端保持0.3 W 的接受光功率: (a) 若光纤损耗为1.5dB/km ，，则发送端的功率至少为多少？ (b) 若光纤损耗为2.5dB/km ，，则发送端的功率至少又为多少？ 解：（a ）根据损耗系数定义 大容量超长距WDM 系统对光纤特性的要求： 很小的衰减 宽而平坦的光谱 适当的色散 较大的有效面积 很低的PMD 理想的弯曲特性 存在可做色散补偿的色散互逆单元等。 0i lg 10P P L =α 得到发送端的功率至少为W P P L i μα5.110/-0103.010 -?== （b ）如果光纤的损耗变为2.5/dBkm ，则所需的输入光功率为W P P L i μα5.210/-0 103.010-?== 2-1、光与物质间的作用有哪三种基本过程？它们各自的特点是什么？ 答：（1）自发辐射：可自发光，是非相干光，不受外界影响。 （2）受激辐射：吸收外来光子能量，发相干光，产生全同光子，产生光放大。 （3）受激吸收：吸收外来光子能量，不发光。 2-2、什么是粒子数反转分布？ 答：处于高能态的粒子数多于处于低能态的粒子数。 2-6、激光器激射的条件？这些条件导致了激光器的那些性质？ （1）有源区里产生足够的粒子数反转分布；（2）存在光学谐振机制，并在有源区里建立起稳定的激光振荡 3-1、分析光电二极管和APD 的工作原理。 答：光电二极管：受激吸收，电子—空穴对运动；APD ：电子—空穴对多次碰撞产生雪崩光倍增。 3-2 试说明APD 和PIN 在性能上的主要区别。 答：PIN 即光电二极管，APD 即雪崩光电二极管。APD 和PIN 在性能上的主要区别有： （1） APD 具有雪崩增益，灵敏度高，有利于延长系统传输距离。 （2） APD 的响应时间短。 （3） APD 的雪崩效应会产生过剩噪声，因此要适当控制雪崩增益。（4） APD 要求较高的工作电压和复杂的温度补偿电路，成本较高。 分析光电二极管和APD 性能参数上的异同点。 答：APD 是有增益的光电二极管，在光接收机灵敏度要求较高的场合，用APD 有利于延长系统的传输距离，在灵敏度要求不高的场合，一般用没有增益的PIN 光电检测器。 4-4、光纤放大器有哪些类型？ 答：半导体光放大器、掺铒光放大器、拉曼放大器。 7-1、列举延长WDM 系统传输距离和增大其容量的技术主要包括哪些？ 7-7、请解释OTDM 和WDM 的区别。OTDM 的复用方式主要有哪些？各有什么特点？ WDM 技术通过增加单根光纤中的信道数来提高传输容量，OTDM 技术提高的是单信道上的传输速率。 光纤通信分析论文 一、光波分复用（WDM）技术 光波分复用（WavelengthDivisionMultiplexing，WDM）技术是在一根光纤中同时同时多个波长的光载波信号，而每个光载波可以通过FDM或TDM方式，各自承载多路模拟或多路数字信号。其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来（复用），并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将这些组合在一起的不同波长的信号分开（解复用），并作进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端。因此将此项技术称为光波长分割复用，简称光波分复用技术。 WDM技术对网络的扩容升级，发展宽带业务，挖掘光纤带宽能力，实现超高速通信等均具有十分重要的意义，尤其是加上掺铒光纤放大器（EDFA）的WDM对现代信息网络更具有强大的吸引力。 二、WDM系统的基本构成 WDM系统的基本构成主要分双纤单向传输和单纤双向传输两种方式。单向WDM 是指所有光通路同时在一根光纤上沿同一方向传送，在发送端将载有各种信息的具有不同波长的已调光信号通过光延长用器组合在一起，并在一根光纤中单向传输，由于各信号是通过不同波长的光携带的，所以彼此间不会混淆，在接收端通过光的复用器将不同波长的光信号分开，完成多路光信号的传输，而反方向则通过另一根光纤传送。双向WDM是指光通路在一要光纤上同时向两个不同的方向传输，所用的波长相互分开，以实现彼此双方全双工的通信联络。目前单向的WDM 系统在开发和应用方面都比较广泛，而双向WDM由于在设计和应用时受各通道干扰、光反射影响、双向通路间的隔离和串话等因素的影响，目前实际应用较少。 三、双纤单向WDM系统的组成 以双纤单向WDM系统为例，一般而言，WDM系统主要由以下5部分组成：光发射机、光中继放大器、光接收机、光监控信道和网络管理系统。 1.光发射机 光发射机是WDM系统的核心，除了对WDM系统中发射激光器的中心波长有特殊的要求外，还应根据WDM系统的不同应用（主要是传输光纤的类型和传输距离） 湖南工业大学 课程设计 资料袋 计算机与通信学院（系、部）2013 ~ 2014 学年第 2 学期课程名称数字光纤通信指导教师刘丰年职称副教授学生姓名专业班级学号 题目图像、声音的光纤传输系统 成绩起止日期2014 年05月16 日～2014年05月22 日 目录清单 湖南工业大学 课程设计任务书 2013—2014学年第2学期 计算机与通信学院通信工程专业班级课程名称：数字光纤通信 设计题目：图像、声音的光纤传输系统 完成期限：自 2014 年 5 月 16日至 2014 年5月22 日共 1 周 指导教师（签字）：年月日 系（教研室）主任（签字）：年月日 数字光纤通信 设计说明书 声音、图像光纤传输系统 起止日期： 2014年 05 月 16 日至 2014年 05 月 22 日 学生姓名 班级 学号 成绩 指导教师(签字) 计算机与通信学院 2014年 05 月 22 日 指导教师（签字）：年月日系（教研室）主任（签字）：年月日 图像、声音光纤传输系统 一、设计原理 1、GT-RC-II 型光纤通信实验系统简介： （1）、电源模块：提供实验箱各模块电源。 （2）、1310nm光发送模块：实现模拟信号、数字信号在1310nm光发送机中的光传输及自动光功率控制功能（采用电路来实现）。 (3) 1550nm光发送模块：实现模拟信号、数字信号在1550nm光发送机中的光传输及自动光功率控制功能（采用专用芯片来实现）。 (4) 1310nm光接收模块：实现1310nm光纤传输信号的接收，实现接收信号光电转换，滤波及放大，将其恢复为标准的电脉冲数据信号。 （5）1550nm光接收模块：实现1550nm光纤传输信号的接收，实现接收信号光电转换，滤波及放大，将其恢复为标准的电脉冲数据信号。 实验系统主要由光发模块、光收模块、光无源器件和辅助通信模块等组成。光发端机完成将电信号直接调制至光载波上去，采用强度调制（IM）；光接收机完成光信号的解调，采用直接检测（DD），属于非相干解调。光载波由半导体光源产生，由半导体光检测器将光信号转换成电信号从而达到传输信号的目的。 2、模拟光纤通信系统的结构 模拟基带直接光强调制(DIM)光纤传输系统由光发射机(光源通常为发光二极管)、光纤线路和光接收机(光检测器)组成，这种系统的方框图如图1所示。 图1 模拟光纤通信系统由以下五个部分组成: （1）光发送机：光发送机是实现电/光转换的光端机。它由光源、驱动器和调 红色：重点、绿色：了解 第1章 1、光纤通信的基本概念：以光波为载频，用光纤作为传输介质的通信方式。光纤通信工作波长在于近红外区：0.85～2.00μm的波长区，对应频率: 167～375THz。 对于SiO2光纤，在上述波长区内的三个低损耗窗口，是目前光纤通信的实用工作波长，即0.85μm、 1.31μm 1.55μm及 1.625μm 2、光纤通信系统的基本组成：P5 图1-3 目前采用比较多的系统形式是强度调制/直接检波（IM/DD）的光纤数字通信系统。该系统主要由光发送设备（光发射机）、光纤传输线路、光接收设备（光接收机）、光中继器以及各种耦合器件组成。 各部件功能： 电发射机：对来自信源的信号进行模/数转换和多路复用处理； 光发送设备：实现电/光转换； 光接收机：实现光/电转换； 光中继器：将经过光纤长距离衰减和畸变后的微弱光信号放大、整形、再生成具有一定强度的光信号，继续送向前方，以保证良好的通信质量。 3、光纤通信的特点：（可参照P1、2） 优点：（1），传输容量大。（2）传输损耗小，中继距离长。 （3）保密性能好：光波仅在光纤芯区传输，基本无泄露。 （4）抗电磁干扰能力强：光纤由电绝缘的石英材料制成，不受电磁场干扰。（5）体积小、重量轻。（6）原材料来源丰富、价格低廉。 缺点：1）弯曲半径不宜过小；2）不能远距离传输；3）传输过程易发生色散。 4、适用光纤：P11 G.652 和G.654：常规单模光纤，色散最小值在1310nm处，衰减最小值在1550nm 处。常见的结构有阶跃型和下凹型单模光纤。 G.653：色散位移光纤，色散最小值在1550nm处，衰减最小值在1550nm处。难 以克服FWM混频等非线性效应带来的影响。 G.655：非零色散光纤，色散在1310nm处较小，不为0；衰减最小值在1550nm 处。可以尽量克服FWM混频等非线性效应带来的影响。 补充：1、1966年7月，英籍华人（高锟）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。 2、数字光纤通信系统有准同步数字体系（PDH）和同步数字体系（SDH）两种传输体制。 、选择题 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. 在系统光发射机的调制器前附加一个扰码器的作用是（ A ） A. 保证传输的透明度 B. 控制长串“ 1”和 “ 0” 题型： 、选择题，共 15小题，总计 30 分 二、填空题，共 20 空，总计 20 分 三、简答题，共 4 小题，总计 20 分 四、计算题，共 3 小题，总计 30 分 1. 光纤通信是以（ 式。 A. 光波 B. 电信号 2. 要使光纤导光必须使（ B ） A. 纤芯折射率小于包层折射率 层 折射率 C.纤芯折射率是渐变的 的 A ）为载体，光纤为传输媒体的通信方 C. 微波 D. 卫星 B. 纤芯折射率大于包 D. 纤芯折射率是均匀 的出现 C. 进行在线无码监测 D. 解决基线漂移 5 传输网最基本的同步传送模块是1 ，其信号速率为（A ）／s。 A. 155520 B.622080 C.2488320 D.9953280 6. 掺铒光纤放大器（）的工作波长为（B ）波段。 A. 1310 B.1550 C.1510 D.850 7. 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. 下列关于交叉连接设备与交换机的说法正确的是（A ） A.两者都能提供动态的通道连接 B. 两者输入输出都是单个用户话路 C. 两者通道连接变动时间相同 D. 两者改变连接都由网管系统配置 9. 下列不是的主要优点是（ D ） A. 充分利用光纤的巨大资源 B. 同时传输多种不同 类型的信号 C. 高度的组网灵活性，可靠性 D.采用数字同步技术 光纤通信技术论文 论光纤通信技术的特点和发展趋势 摘要：光纤通信不仅可以应用在通信的主干线路中，还可以应用在电力通信控制系统中，进行工业监测、控制，而且在军事领域的用途也越来越为广泛。光纤通信技术作为信息技术的重要支撑平台，在未来信息社会中将起到十分重要的作用。本文探讨了光纤通信技术的主要特征及发展趋势。 关键词：光纤通信技术特点发展趋势接入技术 引言 近年来随着传输技术和交换技术的不断进步，核心网已经基本实现了光纤化、数字化和宽带化。同时，随着业务的迅速增长和多媒体业务的日益丰富，使得用户住宅网的业务需求也不只局限于原来的语音业务，数据和多媒体业务的需求已经成为不可阻挡的趋势，现有的语音业务接入网越来越成为制约信息高速公路建设的瓶颈，成为发展宽带综合业务数字网的障碍。 1.光纤通信技术定义 光纤通信是利用光作为信息载体、以光纤作为传输的通信力式。在光纤通信系统中，作为载波的光波频率比电波的频率高得多，而作为传输介质的光纤又比同轴电缆或导波管的损耗低得多，所以说光纤 通信的容量要比微波通信大几十倍。光纤是用玻璃材料构造的，它是电气绝缘体，因而不需要担心接地回路，光纤之间的中绕非常小，光波在光纤中传输，不会因为光信号泄漏而担心传输的信息被人窃听，光纤的芯很细，由多芯组成光缆的直径也很小，所以用光缆作为传输信道，使传输系统所占空间小，解决了地下管道拥挤的问题。 2.光纤通信技术的特点 2.1 频带极宽，通信容量大。 光纤的传输带宽比铜线或电缆大得多。对于单波长光纤通信系统，由于终端设备的限制往往发挥不出带宽大的优势。因此需要技术来增加传输的容量，密集波分复用技术就能解决这个问题。 2.2 损耗低，中继距离长。 目前，实用的光纤通信系统使用的光纤多为石英光纤；此类光纤损耗可低于0.20dB/km，这样的传输损耗比其它任何传输介质的损耗都低，因此，由其组成的光纤通信系统的中继距离也较其他介质构成的系统长得多。如果将来使用非石英极低损耗传输介质，理论上传输的损耗还可以降到更低的水平。这就表明通过光纤通信系统可以减少系统的施工成本，带来更好的经济效益。 2.3 抗电磁干扰能力强。 武汉大学电工电子信息学院实验报告 电子信息学院通信工程专业2015年 9 月17日 实验名称光纤通信的光传输指导教师易本顺 姓名徐佑宇年级2012级学号2012301200003成绩 一、预习部分 1.实验目的 2.实验基本原理 3.主要仪器设备(含必要的元器件、工具) 一、实验目的 1、通过光传输系统课程设计使学生熟悉常见的几种传输网络的特点及应用场 合； 2、了解ZXMP S325的具体硬件结构，加深对于光传输的理解； 3、掌握 ZXMP S325 的组网过程以及网管工具的使用，培养学生在传输组网工 程方面的实际应用技能。 二、实验设备 1、SDH设备：ZXMP S325； 2、实验用维护终端 三、实验原理 SDH技术是目前通信网络的主流技术，它以其突出的技术优势为网络提供优质、高效、可靠的通信业务，能够满足带宽数据及图像视频等多业务的传输需求，自愈功能强。 1、光传输原理及优势 SDH 全称同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy）， SDH 规范了数字信号的帧结构、复用方式、传输速率等级、接口码型特性，提供了一个国际支持框架，在此基础上发展并建成了一种灵活、可靠、便于管理的世界电信传输网。这种传输网易于扩展，适于新电信业务的开展，并且使不同厂家生产的设备互通成为可能，这正是网络建设者长期以来追求的目标。 其优势主要体现在以下几个方面： （1）接口方面 ·电接口：STM-1是SDH的第一个等级，又叫基本传输模块，比特率为155.520Mb/s，STM-N是SDH第N个等级的同步传送模块，比特率是STM-1的N倍（N=4n=1,4,16...）·光接口：仅对电信号扰码，光口信号码型是加扰的NRZ码，采用世界统一的7级扰码。 （2）复用方式 低速SDH信号以字节间插方式复用进高速SDH帧结构中，位置均匀、有规律，是可预见的 光纤通信重要知识点总结 第一章 1.任何通信系统追求的最终技术目标都是要可靠地实现最大可能的信息传输容量和传输距离。通信系统的传输容量取决于对载波调制的频带宽度，载波频率越高,频带宽度越宽。 2.光纤：由绝缘的石英（SiO２）材料制成的,通过提高材料纯度和改进制造工艺,可以在宽波长范围内获得很小的损耗。 ３.光纤通信系统的基本组成：以光纤为传输媒介、光波为载波的通信系统,主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。光纤通信系统既可传输数字信号也可传输模拟信号。输入到光发射机的带有信息的电信号,通过调制转换为光信号。光载波经过光纤线路传输到接收端，再由光接收机把光信号转换为电信号。系统中光发送机的作用是将电信号转换为光信号,并将生成的光信号注入光纤。光发送机一般由驱动电路、光源和调制器构成，如果是直接强度调制，可以省去调制器。 光接收机的作用是将光纤送来的光信号还原成原始的电信号。它一般由光电检测器和解调器组成。光纤的作用是为光信号的传送提供传送媒介，将光信号由一处送到另一处。中继器分为电中继器和光中继器（光放大器）两种，其主要作用就是延长光信号的传输距离。为提高传输质量,通常把模拟基带信号转换为频率调制、脉冲频率调制或脉冲宽度调制信号,最后把这种已调信号输入光发射机。还可以采用频分复用技术，用来自不同信息源的视频模拟基带信号（或数字基带信号）分别调制指定的不同频率的射频电波，然后把多个这种带有信息的RＦ信号组合成多路宽带信号，最后输入光发射机,由光载波进行传输。在这个过程中，受调制的RF 电波称为副载波，这种采用频分复用的多路电视传输技术，称为副载波复用技术。目前大都采用强度调制与直接检波方式。又因为目前的光源器件与光接收器件的非线性比较严重,所以对光器件的线性度要求比较低的数字光纤通信在光纤通信中占据主要位置。 数字光纤通信系统基本上由光发送机、光纤与光接收机组成。发送端的电端机把信息进行模数转换，用转换后的数字信号去调制发送机中的光源器件LD，则LD就会发出携带信息的光波，即当数字信号为“１”时，光源器件发送一个“传号”光脉冲；当数字信号为“0”时，光源器件发送一个“空号”。光波经低衰耗光纤传输后到达接收端。在接收端，光接收机把数字信号从光波中检测出来送给电端机，而电端机再进行数模转换，恢复成原来的信息。这样就完成了一次通信的全过程。 4.光纤通信的优点:1通信容量大,一根仅头发丝粗细的光纤可同时传输1000亿个话路2中继距离长，光纤具有极低的衰耗系数，配以适当的光发送与光接收设备,可使其中继距离达数百千米以上,因此光纤通信特别适用于长途一、二级干线通信。３.保密性能好4．适应能力强５.体积小、重量轻、便于施工维护６.原材料资源丰富，节约有色金属和能源,潜在价格低廉，制造石英光纤的原材料是二氧化硅（砂子），而砂子在自然界中几乎是取之不尽、用之不竭的 5.光发射机：功能是把输入的电信号转换为光信号,并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。光发射机由光源、驱动器和调制器组成。光源是光发射机的核心。光发射机的性能基本上取决于光源的特性,对光源的要求是输出光功率足够大，调制频率足够高，谱线宽度和光束发散角尽可能小，输出功率和波长稳定，器件寿命长。 6.实现光源调制的方法:直接调制和外调制。直接调制是用电信号直接调制半导体激光器或发光二极管的驱动电流,使输出光随电信号变化而实现的。这种方案技术简单，成本较低，容易实现,但调制速率受激光器的频率特性所限制。外调制是把激光的产生和调制分开,用独立的调制器调制激光器的输出光而实现的。外调制的优点是调制速率高，缺点是技术复杂，成本较高，因此只有在大容量的波分复用和相干光通信系统中使用。 6.光纤线路:光纤线路的功能是把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变(失真）和衰减传输到光接收机。光纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。光纤是光纤线路的主体，接头和连接器是不可缺少 一、填空题（每空1分，共30分） （1）写出光在真空的速度c、在介质中的速度v、和折射率n之间的关系：。 （2）光由折射率为n1的光密媒质向折射率为n2的光疏媒质传播时(n1> n2)，全反射临界角的正弦为sinθIC= 。 （3）光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是0.85μm、和。（4）光纤的色散分为色散、色散和色散。 （5）光纤的主要材料是，光纤的结构从里到外依次是____ 和_ __（6）光纤中的传输信号由于受到光纤的和_______影响，使得信号的幅度受到衰减，波形出现失真。 （7）半导体激光器工作时温度会升高，这时会导致阈值电流，输出光功率会。 （8）光衰减器按其衰减量的变化方式不同分________ 衰减器和______ _衰减器两种。 （9）光纤通信的光中继器主要是补偿衰减的光信号和对畸变失真信号进行整形等，它的类型主要有和。 （10）光纤通信是利用________波，在光导纤维中传播，实现信息传输的，它具有传输信息量大、不受外界电磁场干扰和____________等优点。 （11）光与物质作用时有受激吸收、和__________ 三个物理过程，产生激光的主要过程是__________。 （12）光纤的数值孔径NA=__________，其表征了光纤的_________能力，当相对折射率和色散值越大时，NA__________。 （13）光源的作用是将转换成；光检测器的作用是将转换成。 第 1 页共5 页 二、选择题（每小题2分，共20分） 1、光纤包层需要满足的基本要求是() 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 2、在激光器中，光的放大是通过（） 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 3、为了使雪崩光电二极管能正常工作，需在其两端加上( ) A.高正向电压 B.高反向电压 C.低反向电压 D.低正向电压 4、光纤的数值孔径与( )有关。 A. 纤芯的直径 B. 包层的直径 C. 相对折射指数差 D. 光的工作波长 5、PIN光电二极管，因无雪崩倍增作用，因此其雪崩倍增因子为( )。 A. G＞1 B. G＜1 C. G＝1 D. G＝0 6、光接收机中将升余弦频谱脉冲信号恢复为“0”和“1”码信号的模块为( )。 A. 均衡器 B. 判决器和时钟恢复电路 C. 放大器 D. 光电检测器 7、EDFA中将光信号和泵浦光混合起来送入掺铒光纤中的器件是( ) A.光滤波器 B.光耦合器 C.光环形器 D.光隔离器 8、光时域反射仪（OTDR）是利用光在光纤中传输时的瑞利散射所产生的背向散射而制成 的精密仪表，它不可以用作（）的测量。 A.光纤的长度 B.光纤的传输衰减 C.故障定位 D.光纤的色散系数 9、光隔离器的作用是( ) A.调节光信号的功率大小 B.保证光信号只能正向传输 C.分离同向传输的各路光信号 D.将光纤中传输的监控信号隔离开 10、光纤数字通信系统中不能传输HDB3码的原因是( ) A.光源不能产生负信号光 B.将出现长连“1”或长连“0” C.编码器太复杂 D.码率冗余度太大 第 2 页共5 页 浅谈光纤光缆技术的未来前景 学院电子信息学院 年级大三 专业电信 日期2017.6 姓名张辂 学号1428403044 摘要 (1) 一、有源光纤 (2) （一）色散补偿光纤(Dispersion Compesation Fiber，DCF) (2) （二）光纤光栅(Fiber Grating) (2) （三）多芯单模光纤(Multi-Coremono-Mode Fiber，MCF) (3) 二、光有源器件的进展 (3) （一）集成器件 (3) （二）垂直腔面发射激光器(VCSEL) (3) （三）窄带响应可调谐集成光子探测器 (3) （四）基于硅基的异质材料的多量子阱器件与集成(SiGe/Si MQW) (3) 三、光无源器件 (4) 四、光复用技术 (4) 五、光放大技术 (4) 参考文献 (6) 当今世界，是信息的世界。“得信息者得天下”，已经成为世界各国的共识。作为个人，在这个“互联网+”的大数据时代中，为了生计也不得不获取各种各样的信息。在这样的背景下，信息高速公路建设已成为世界性热潮。而光纤通信技术作为信息高速公路的核心和支柱，自然而然的被推到了时代的前线，成为各国大力发展的重要目标。 光纤通信是一个巨大的系统工程。它的各个组成部分互为依存、互相推动，共同向前发展。就光纤通信技术本身来说，应该包括以下几个主要部分：光纤光缆技术、传输技术、光有源器件、光无源器件以及光网络技术等。 本文将着重就光纤光缆技术极其相关的光有源器件和光无源器件做一定的介绍，共同探讨光纤光缆技术的未来前景。 关键词：光纤、通信、前景。 Abstract Today’s world is an informational world.“The one who wins the information wins the whole world”has becomes a common view worldwide. As for the individual,living in the Age of“Internet+”and Big Data, we have to gain various sorts of information in order to make a living.In this context,the information highway construction has become a worldwide craze.As the core of the information highway and the pillar of the optical fiber communication technology has become a top priority. Optical fiber communication industry is a huge systematic project. Its components are interdependent and mutually promote,together forward. On optical fiber communications technology themselves,it should include the following major components:fiber optical cable technology,transmission technology,optical active devices,optical passive devices and optical network technology. This paper will focus on the optical fiber cable technology and the related optical active devices and optical passive devices,and discuss the future of the optical fiber cable technology together. Keywords:optical fiber,communication,prospect. 课程设计报告 课程名称光纤通信 课题名称通信系统综合实验 一、设计内容与设计要求 1、设计内容 1）多路数据＋多路电话光纤综合传输系统的实现 2）多路数据＋多计算机＋单路图像/语音全双工光纤综合传输系统的实现3）*多路计算机＋双路图像/语音全双工光纤综合传输系统的实现 2、设计目的 掌握变速率时分复用的原理、实现方法； 学习并掌握计算机RS232通信技术； 掌握时分复用技术和波分复用技术的灵活搭配使用； 实现数字和语音同时通信。 3、实验仪器与设备 1.光纤通信实验系统2台。 2.示波器1台。 3.波分复用器2个。 4.电话2部。 I 5.FC/FC光纤跳线2根。 6.计算机若干台串口通信电缆若干根。 7.1310nm/1550nm波长波分复用器2个。 8.摄像头1个。 9.监视器1个（或用电话代替）。 4、设计原理 《多路数据＋多路电话光纤综合传输系统》综合了固定速率时分复用、解固定速率时分复用、PCM编译码、波分复用等几个子系统，具体的实验原理可以参看《光纤通信原理教学系统实验指导书》中的实验二十一、实验二十四、实验二十五、实验二十的方法； 《多路数据＋多计算机＋单路图像图像/语音全双工光纤综合传输系统》拟实现模拟图像、数据在同一光纤中传输。即在光纤中同时传输数字数据和模拟信号。一种解决方案综合了《光纤通信原理教学系统实验指导书》中的实验二十六、实验二十七、实验十六的知识； 《多路计算机＋双路图像/语音全双工光纤综合传输系统》综合了固定速率时分复用、解固定速率时分复用、变速率时分复用、解变速率时分复用、位时钟提取（数字锁相环DPLL）原理及实现五个实验，具体的实验原理可以参看《光纤通信原理教学系统实验指导书》中的实验二十一、实验二十三、实验二十四、实验二十五、实验二十六、实验二十七。 5、设计要求 掌握结构化系统设计的主体思想，以自下而上逐步完善的方法实现指定的通信系统功能，并按要求测试相关参数、波形等实验数据，以积累一些典型的通信子系统的功能、性能、参数等知识以及系统集成的知识。 (1)在规定的时间内以小组为单位完成相关的系统功能实现、数据测试和记录并进行适当的分析。 (2)按本任务书的要求，编写《课程设计报告》（Word文档格式）。并用A4纸打印并装订； II 3R具体指放大、整型、再生reamplifing、/retiming/reshaping 所有的只能目前都停留在电层，如何让光也变得智能？ 中继器有3R功能，而光放大器只有1R功能 光纤连接器、隔离器、调制器、滤波器、光开关及路由器、分插复用器ADM 数字光纤通信以采用NRZ码为主，为什么？ RMS 均方根 Root Mean Square 实际光纤通信系统中所用的光纤都存在损耗和色散，当信号强度较高时还存在非线性 阶跃型光纤会因为模间色散导致脉冲展宽和码间串扰，而渐变型光纤克服了阶跃型光纤的缺点。渐变型光纤降低了模间色散。 国际电信联盟ITU后面的-T是什么意思？ 全波光纤和全光网 光纤色散：信号能量中的各种分量由于在光纤中传输速度不同，而引起的信号畸变。将引起光脉冲展宽和码间串扰，最终影响通信距离和容量。 FWM是一种非线性效应，其效率与光纤的色散有关，零色散时混频效率最高，随着色散增加，混频效率迅速下降。 隔离器只允许光的单向传输，一般用在光源和放大器前面，目的是避免反射光损伤器件 激光器被视为20世纪的三大发明（还有半导体和原子能）之一 FC/PC是什么意思？ ?比起半导体激光器，因为LED不需要热稳定和光稳定电路，所以LED的驱动 电路相对简单，另外其制作成本低、产量高。 ?温度升高时性能下降，阈值电流随温度按指数增长,并且输出功率也会下降。 ?光放大器是基于受激辐射或受激散射原理实现入射光信号放大的一种器件 ?泵浦波长可以是520、650、800、980、1480nm ?波长短于980nm的泵浦效率低，因而通常采用980和1480nm泵浦。 ?光隔离器：使光传输具有单向性，放大器不受发射光影响，保证稳定工作 ?固定连接器的连接方法：熔接法、V形槽法、套管法 ?雪崩二极管APD工作在高反向电压下 ?EDFA中将光信号和泵浦光混合起来送入掺铒光纤放大器的器件是光耦合器 ?光环形器的作用是什么？ ?光纤数字系统中不能传输HDB3码的原因是光源不能产生负信号。 ?数值孔径越大，光纤接收光的能力就越强，光纤和光源之间的耦合效率就越高 ?光纤通信系统中最常用的光检测器是PIN光电二极管和APD雪崩光电二极管 ?要使物质能对光进行放大，就必须要求物质的受激辐射强于受激吸收，即高能 级上的粒子数要多于低能级上的粒子数。物质的这种反常态的粒子数分布，称为粒子数的反转分布。 ?OTDM是什么意思？ ?分析光纤传输原理的常用方法： 几何光学法 麦克斯韦波动方程法 几何光学法（射线光学）：是忽略波长的光学（波长趋近于0），用射线代表光能量传输路线的方法。 波动方程法：把光作为经典电磁场来处理，研究电磁波在光纤中的传输规律，得到光纤中的传播模式、长结构等。。。 ?常温下激光器工作和双异质有什么关系？ ?损耗受限和色散受限 ?数字光纤通信以采用NRZ码为主 ?均方根RMS？ ?FWHF四波混频带宽为3db带宽 掺饵光纤放大器简述 【引言】：光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的一种通信方式，以成为现代通信的主要支柱之一。本文主要介绍掺饵光纤放大器的基本结构和工作原理 【关键字】：光纤放大器掺饵光纤放大器原理发展 光纤放大器（Optical Fiber Ampler，简写OFA）是指运用于光纤通信线路中，实现信号放大的一种新型全光放大器。根据它在光纤线路中的位置和作用，一般分为中继放大、前置放大和功率放大三种。同传统的半导体激光放大器（SOA）相比较，OFA不需要经过光电转换、电光转换和信号再生等复杂过程，可直接对信号进行全光放大，具有很好 的“透明性”，特别适用于长途光通信的中继放大。可以说，OFA为实现全光通信奠定了一项技术基础。 当前光纤通信系统工作在两个低损耗窗口：1.55μm波段和1.31μm波段。选择不同的掺杂元素，可使放大器工作在不同窗口。 （1）掺饵光纤放大器（EDFA） EDFA工作在1.55μm窗口，该窗口光纤损耗系数1.31μm 窗低（仅0.2dB／km）。已商用的EDFA噪声低，增益曲线好，放大器带宽大，与波分复用（WDM）系统兼容，泵浦效率高，工作性能稳定，技术成熟，在现代长途高速光通信系 统中备受青睐。目前，“掺铒光纤放大器（EDFA）+密集波分复用（DWDM）+非零色散光纤（NZDF）+光子集成（PIC）”正成为国际上长途高速光纤通信线路的主要技术方向。 （2）掺镨光纤放大器（PDFA） PDFA工作在1.31μm波段，已敷设的光纤90％都工作在这一窗口。PDFA对现有光通信线路的升级和扩容有重要的意义。目前已经研制出低噪声、高增益的PDFA，但是它的泵浦效率不高，工作性能不稳定，增益对温度敏感，离实用还有一段距离。 掺铒光纤放大器(EDFA即在信号通过的纤芯中掺入了铒离子Er3 + 的光信号放大器。)是1985年英国南安普顿大学首先研制成功的光放大器，它是光纤通信中最伟大的发明之一。 掺铒光纤是在石英光纤中掺入了少量的稀土元素铒(Er)离子的光纤，它是掺铒光纤放大器的核心。从20世纪80年代后期开始，掺铒光纤放大器的研究工作不断取得重大的突破。WDM技术、极大地增加了光纤通信的容量。成为当前光纤通信中应用最广的光放大器件。 EDFA的基本结构，它主要由有源媒质(几十米左右长的掺饵石英光纤，芯径3-5微米，掺杂浓度(25-1000)x10-6)、泵浦光源(990或1480nm LD)、光耦合器及光隔离器等组成。信号光与泵浦光在铒光纤内可以在同一方向(同向泵浦)、相反方向(反向泵浦)或两个方向(双向泵浦)传播。当信号光与泵光同时注入到铒光纤中时，铒离子在泵光作用下激发到高能级上，三能级系统)，并很快衰变到亚稳态能级上，在入射信号光作用下回到基态时发射对应于信号光的光子，使信号得到放大。其放大的自发发射(ASE)谱，带宽很大(达20-40nm)，且有两个峰值，分别对应于1530nm和1550nm。 1、光纤通信的基本概念：利用光导纤维传输光波信号的通信方式。 光纤通信工作波长在于近红外区：0.8～1.8μm 的波长区，对应频率: 167～ 375THz 。 对于SiO2光纤，在上述波长区内的三个低损耗窗口，是目前光纤通信的实用工 作波长，即0.85μm 、1.31μm 及1.55μm 。 2、光纤通信系统的基本组成：（P2图1-3） 目前采用比较多的系统形式是强度调制/直接检波（IM/DD ）的光纤数字通信系 统。该系统主要由光发射机、光纤、光接收机以及长途干线上必须设置的光中继 器组成。 接 收发 射 1）在点对点的光纤通信系统中，信号的传输过程：由电发射机输出的脉码调制 信号送入光接收机，光接收机将电信号转换成光信号耦合进光纤，光接收机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以后，使其恢复为原 来的脉码调制信号送入电接收机，最后由信息宿恢复用户信息。 2）光发射机中的重要器件是能够完成电-光转换的半导体光源，目前主要采用半 导体发光二极管(LED)和半导体激光二极管（LD)。 3）光接收机中的重要部件是能够完成光-电转换的光电检测器，目前主要采用光 电二极管（PIN ）和雪崩光电二极管（APD ）。特性参数：灵敏度 4）一般地，大容量、长距离光纤传输 : 单模光纤+半导体激光器LD 小容量、短距离光纤传输 : 多模光纤+半导体发光二极管LED 5）光纤线路系统： 功能：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。 组成：光纤、光纤接头和光纤连接器 要求：较小的损耗和色散参数 3、光纤通信的特点： 优点：（1），传输频带宽，通信容量大。（2）传输损耗小，中继距离长：石英光 纤损耗低达0.19 dB/km ，用光纤比用同轴电缆或波导管的中继距离长得多。 （3）保密性能好：光波仅在纤芯中传输，基本无泄露。 （4）抗电磁干扰能力强：光纤由电绝缘的石英材料制成，不受电磁场干扰。 （5）体积小、重量轻。（6）原材料来源丰富、价格低廉。 缺点：1）不能远距离传输；2）传输过程易发生色散。 4、（1）光纤通信在通信网中的未来发展趋势：GFP 、ASON 、全光网 （? 波分复用技术（WDM ）? 相干光通信? 超长波长光纤通信 ? 光集成技术 ? 光孤子通信） （2）相应技术手段：时分复用 TDM ；波分复用 WDM ；光时分复用 OTDM ； 光放大技术；色散补偿技术。 （3）技术现状：PDH 、SDH 、WDM 、光电收发器、EPON 超高速度、超大容量以及超长距离传输的光纤通信一直是人们追求的目标，光纤 一. 1 光纤通信的基础：利用光纤进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信。 光纤通信的载波是光波。光纤通信用的近红外光（波长为0.7-1.7um）频率约为300THZ 频带宽度约为200THZ,在常用的1.31um和1.55um两个波长窗口频带宽度也在20THZ以上. 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）泄漏小，保密性能好（6）节约金属材料，有利于资源合理使用. 二 1 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. 纤芯的折射率比包层稍高，损耗比包层更低，光能量主要在纤芯内传输. 纤芯和包层的折射率若分别为n1和n2，光能量在光纤中的传输的必要条件：n1>n2 2 按折射率分类：突变型，浙变型按传输模式分：多模光纤，单模光纤 光纤的三种基本类型： （1）突变型多模光纤：纤芯直径2a=50-80um，光线以拆线形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变大. 适用于小容量，短距离传输. （2）渐变型多模光纤：纤芯直径2a为50um，光线以正弦形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变小，适用中等距离传输，中等容量 （3）单模光纤：纤芯直径只有8-10um，光线以直线型状沿纤芯中心轴线方向传播. 信号畸变小，适合长距离传输方式. 3 光纤传输原理：全反射 数值孔径NA=√（n1*n1-n2*n2)=n1√2△纤芯和包支的相对折射率差△=（n1-n2)/n1 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，从光源到光纤的耦合效率越高。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：θ不大时：τ=n1L/c=(n1L/c )*(1+θ1的平方/2) c为光速 最大入射角θc和最小入射角0： △τ=θc的平方L/2n1c=(NA*NA)L/2n1c=△n1L/c 4 自聚焦效应：不同入射角相应的光线，虽然经历的路程不同，但是最终都会聚在P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集在同一点上，而且这此光线的时间延迟也近似相等。 5 归一化频率：V=√（n1*n1-n2*n2)*2πa/λ 对于光纤传输模式有模式截止，模式远离截止 6 M是模式总数 M=（g/g+2)(akn1)的平方△=（g/g+2)V*V/2 单模传输条件：V=√（n1*n1-n2*n2)*2πa/λ<=2.405 临界波长（截止波长）λc λ<λc 多模传输>单模传输 7 光纤传输特性：（1）损耗（2）色散 色散是在光纤中传输的光信号，包括： 光纤通信技术特点分析论文 论文关键词:光纤通信技术,特点,应用 论文摘要:光纤通信不仅可以应用在通信的主干线路中,还可以应用在电力通信控制系统中,进行工业监测、控制,而且在军事领域的用途也越来越为广泛。本文探讨了光纤通信技术的主要特征及应用。 1.光纤通信技术 光纤通信是利用光作为信息载体、以光纤作为传输的通信方式。在光纤通信系统中,作为载波的光波频率比电波的频率高得多,而作为传输介质的光纤又比同轴电缆或导波管的损耗低得多,所以说光纤通信的容量要比微波通信大几十倍。光纤是用玻璃材料构造的,它是电气绝缘体,因而不需要担心接地回路,光纤之间的串绕非常小;光波在光纤中传输,不会因为光信号泄漏而担心传输的信息被人窃听;光纤的芯很细,由多芯组成光缆的直径也很小,所以用光缆作为传输信道,使传输系统所占空间小,解决了地下管道拥挤的问题。 光纤通信在技术功能构成上主要分为:(1)信号的发射;(2)信号的合波;(3)信号的传输和放大;(4)信号的分离;(5)信号的接收。 2.光纤通信技术的特点 (1)频带极宽,通信容量大。光纤比铜线或电缆有大得多的传输带宽,光纤通信系统的于光源的调制特性、调制方式和光纤的色散特性。对于单波长光纤通信系统,由于终端设备的电子瓶颈效应而不能发挥光纤带宽大的优势。通常采用各种复杂技术来增加传输的容量,特别是现在的密集波分复用技术极大地增加了光纤的传输容量。目前,单波长光纤通信系统的传输速率一般在2.5Gbps到1OGbps。 (2)损耗低,中继距离长。目前,商品石英光纤损耗可低于0~20dB/km,这样的传输损耗比其它任何传输介质的损耗都低;若将来采用非石英系统极低损耗光纤,其理论分析损耗可下降的更低。这意味着通过光纤通信系统可以跨越更大的无中继距离;对于一个长途传输线路,由于中继站数目的减少,系统成本和复杂性可大大降低。 (3)抗电磁干扰能力强。光纤原材料是由石英制成的绝缘体材料,不易被腐蚀,而且绝缘性好。与之相联系的一个重要特性是光波导对电磁干扰的免疫力,它不 南京工程学院 通信工程学院 实验报告 课程名称光纤通信_________ 实验项目名称光纤通信实验_______ 实验学生班级通信（卓越）131_____ 实验学生姓名吴振飞_____ _____ 实验学生学号 208130429_________ 实验时间2016.6.15___ 实验地点信息楼C413_______ 实验成绩评定 ______________________ 指导教师签字 ______________________ 2016年 6月 19日 目录 实验一半导体激光器P-I特性测试实验 (1) 一、实验目的 (1) 二、实验仪器 (1) 三、实验原理 (1) 四、实验内容 (2) 五、实验步骤 (2) 六、注意事项 (2) 七、思考题 (3) 实验二光电探测器特性测试实验 (3) 一、实验目的 (3) 二、实验仪器 (3) 三、实验原理 (3) 四、实验内容 (4) 五、实验步骤 (4) 六、注意事项 (4) 实验三电话光纤传输系统实验 (4) 一、实验目的 (4) 二、实验内容 (5) 三、预备知识 (5) 四、实验仪器 (5) 五、实验原理 (5) 六、注意事项 (6) 七、实验步骤 (6) 九、思考题 (6) 实验一半导体激光器P-I特性测试实验 一、实验目的 学习半导体激光器发光原理和光纤通信中激光光源工作原理；了解半导体激光器平均输出光功率与注入驱动电流的关系；掌握半导体激光器 P(平均发送光功率) -I(注入电流) 曲线的测试方法。 二、实验仪器 1、ZYE4301G 型光纤通信原理实验箱 1 台 2、光功率计1 台 3、FC/PC-FC/PC 单模光跳线 1 根 4、万用表(自带) 1 台 5、连接导线 20 根 三、实验原理 半导体激光二极管(LD) 或简称半导体激光器，它通过受激辐射发光，(处于高能级E2的电子在光场的感应下发射一个和感应光子一模一样的光子，而跃迁到低能级E1，这个过程称为光的受激辐射，所谓一模一样，是指发射光子和感应光子不仅频率相同，而且相位、偏振方向和传播方向都相同，它和感应光子是相干的。) 是一种阈值器件。由于受激辐射与自发辐射的本质不同，导致了半导体激光器不仅能产生高功率(≥10mW) 辐射，而且输出光发散角窄(垂直发散角为 30~50°，水平发散角为 0~30° )，与单模光纤的耦合效率高(约 30%~50%)，辐射光谱线窄(Δλ =0.1~1.0nm)，适用于高比特工作，载流子复合寿命短，能进行高速信号(>20GHz) 直接调制，非常适合于作高速长距离光纤通信系统的光源。 对于线性度良好的半导体激光器，其输出功率可以表示为ηω (1-1) Pe=)(2thDIIq ?η其中intintaaamirmirD+=ηη，这里的量子效率ηint，表征注入电子通过受激辐射转化为光子的比例。在高于阈值区域，大多数半导体激光器的ηint接近于 1。 1-1 式表明，激光输出功率决定于内量子效率和光腔损耗，并随着电流而增大，当注入电流I>Ith时，输出功率与I成线性关系。其增大的速率即P-I曲线的斜率，称为斜率效率 dPη2DeqdIηω= (1-2) P-I特性是选择半导体激光器的重要依据。在选择时，应选阈值电流Ith尽可能小， Ith对应P值小，而且没有扭折点的半导体激光器，这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，而且不易产生光信号失真。并且要求P-I曲线的斜率适当。斜率太小，则要求驱动信号太大，给驱动电路带来麻烦; 斜率太大，则会出现光反射噪声及使自动光功率控制环路调整困难。半导体激光器具有高功率密度和极高量子效率的特点，微小的电流变化会导致光功率输出变化，是光纤通信中最重要的一种光源，半导体激光器可以看作为一种光学振荡器，要形成光的振荡，就必须要有光放大机制，也即激活介质处于粒子数反转分布，而且产生的增益足以抵消所有的损耗。将开始出现净增益的条件称为阈值条件。一般用注入电流值来标定阈值条件，也即阈值电流Ith，当输入电流小于Ith时，其输出光为非相干的荧光，类似于LED发出的光，当电流大于Ith光纤通信分析论文
光纤通信课程设计
光纤通信系统与应用(胡庆)复习总结
光纤通信期末考试复习提纲
光纤通信技术论文
光纤通信实验报告2012301200003
光纤通信-重要知识点总结
光纤通信期末考试题
光纤通信论文
毕业设计100光纤通信+课程设计报告
光纤通信之学习总结
光纤论文
光纤知识点归纳
光纤通信期末复习重点
光纤通信技术特点分析论文
光纤通信实验报告汇总
相关主题
文本预览