光纤通信的优点

光纤通信基本原理及特点光纤通信是现代通信技术中的一种重要方式，其基本原理是将信息通过光信号传输，利用光学纤维的特性实现信息的传输。

与传统的通信方式相比，光纤通信具有传输速度快、传输距离远、抗干扰性强等优点。

光纤通信的基本原理是利用光纤中的光信号传输信息。

光纤是由一个透明的玻璃或塑料纤维组成的，内壁上涂覆了一层折射率较高的材料，使得光可以在内壁上发生多次反射，从而实现信息的传输。

当光线从光导纤维的一端射入时，它会经过内壁上的折射，然后再经过反射，形成一个环路。

当信息被编码成为光信号后，它会被发送到光纤的另一端，经过同样的过程，实现信息的传输。

光纤通信的特点主要表现在以下几个方面：1.传输速度快光纤通信的传输速度非常快，是传统通信方式无法比拟的。

这主要是由于光纤的传输过程中没有衰减，可以实现高速传输。

根据不同的实验结果，光纤通信的传输速度可以达到数百兆比特每秒，远高于其他通信方式。

2.传输距离远光纤通信的另一个特点是传输距离非常远。

光纤的传输距离取决于其直径和传输方式，但是无论如何，光纤通信的传输距离都远大于其他通信方式。

以目前最常用的单模光纤为例，其传输距离可以达到几十公里，甚至上百年。

3.抗干扰性强光纤通信的抗干扰性也非常强。

由于光纤通信是纯光信号传输，不会受到电磁干扰、信号干扰等影响。

此外，光纤通信的信号传输不会因为距离的增加而衰减，因此可以保证传输质量。

4.能耗低光纤通信的能耗相对较低。

这是因为光纤通信的信号传输不需要进行调制，因此信号的传输损耗非常小。

这也意味着，与其他通信方式相比，光纤通信的能耗更低，更环保。

总的来说，光纤通信具有传输速度快、传输距离远、抗干扰性强、能耗低等优点。

随着科技的不断发展，光纤通信的应用越来越广泛，为人们的生活和工作带来了极大的便利。

光纤通信的优缺点：优点：1.通信容量大，2.中继距离长3.抗电磁干扰4.传输误码率极低缺点:1.有些光器件比较昂贵2.光线的机械强度差3.不能传输电力4.光线断裂后维修比较困难。

基本光纤传输系统组成：1：光发射机（光源[直接调制，间接调制]、驱动器、调制器）：把电信号转换为光信号的过程是通过电信号对光的调制实现的。

2，光纤线路（光纤，光线接头，光纤连接器）：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。

3.光接收机（光检测器，放大器，相关电路）：把从光纤线路传输，产生畸变和衰减的微弱光信号转变为电信号，并经其后的电接收机放大和处理后恢复成基带信号。

单模光纤：只能传输一个模式（两个偏振态兼并），所以称为单模光纤，信号畸变很小。

色散：（模式色散，材料色散，波导色散）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。

光纤损耗类型：吸收损耗：主要是由二氧化硅材料引起的固有吸收和由杂质引起的吸收产生的，散射损耗:主要有材料微观密度不均匀引起的瑞丽散射和光纤结构缺陷引起的散射产生的。

光线的损耗是系统的传输距离受到限制，大损耗不利于长距离光纤通信。

光与物质作用三种形式：受激吸收，自发辐射，受激辐射。

LD（半导体激光器）产生激光的条件：hf>=Eg光电效应：在PN结界面上由于电子和空穴的扩散运动，形成内部电场。

内部电场是电子和空穴产生与扩散运动相反的漂移运动，最终是能带发生倾斜，在PN结界面附近形成耗尽层，当入射光作用在PN结时，如果光子的能量大于带隙，便发生受激吸收，在耗尽层由于内部电场的作用电子向N区运动空穴向P区运动形成光生漂移电流，在耗尽层两侧是没有电场的中性区，由于热运动，部分光生电子和空穴通过扩散运动可能进入耗尽层然后在电场的作用下，形成光生扩散电流，当与P层和N层连接的电路开路时，便在两端产生电动势，这就是光电效应.光无源器件：连接器和接头，光耦合器，光隔离器和光环形器，光调制器，光开关。

第一章1．光纤通信的优缺点各是什么？答：优点有：带宽资源丰富，通信容量大；损耗低，中继距离长；无串音干扰，保密性好；适应能力强；体积小、重量轻、便于施工维护；原材料来源丰富，潜在价格低廉等。

缺点有：接口昂贵，强度差，不能传送电力，需要专门的工具、设备以及培训，未经受长时间的检验等。

2．光纤通信系统由哪几部分组成？各部分的功能是什么？答：光纤通信系统由三部分组成：光发射机、光接收机和光纤链路。

光发射机由模拟或数字电接口、电压—电流驱动电路和光源组件组成。

光源组件包括光源、光源—光纤耦合器和一段光纤（尾纤或光纤跳线）组成。

模拟或数字电接的作用是实现口阻抗匹配和信号电平匹配（限制输入信号的振幅）作用。

光源是LED或LD，这两种二极管的光功率与驱动电流成正比。

电压—电流驱动电路是输入电路与光源间的电接口，用来将输入信号的电压转换成电流以驱动光源。

光源—光纤耦合器的作用是把光源发出的光耦合到光纤或光缆中。

光接收机由光检测器组件、放大电路和模拟或数字电接口组成。

光检测器组件包括一段光纤（尾纤或光纤跳线）、光纤—光检波器耦合器、光检测器和电流—电压转换器。

光检测器将光信号转化为电流信号。

常用的器件有PIN和APD。

然后再通过电流—电压转换器，变成电压信号输出。

模拟或数字电接口对输出电路其阻抗匹配和信号电平匹配作用。

光纤链路由光纤光缆、光纤连接器、光缆终端盒、光缆线路盒和中继器等组成。

光纤光缆由石英或塑料光纤、金属包层和外套管组成。

光缆线路盒：光缆生产厂家生产的光缆一般为2km一盘，因而，如果光发送与光接收之间的距离超多2km时，每隔2km将需要用光缆线路盒把光缆连接起来。

光缆终端盒：主要用于将光缆从户外（或户内）引入到户内（或户外），将光缆中的光纤从光缆中分出来，一般放置在光设备机房内。

光纤连接器：主要用于将光发送机（或光接收机）与光缆终端盒分出来的光纤连接起来，即连接光纤跳线与光缆中的光纤。

3．假设数字通信系统能够在高达1%的载波频率的比特率下工作，试问在5GHz的微波载波和1.55μm的光载波上能传输多少路64kb/s的音频信道？解：根据题意，求得在5GHz的微波载波下，数字通信系统的比特率为50Mb/s，则能传输781路64kb/s的音频信道。

说明光纤通信的优势
：
光纤通信技术是当今互联网技术中被广泛应用的一种通信技术。

光纤通信是使用了可以携带大容量信号、保持高质量和安全性传输的光纤来传输信息。

它具有传输距离长、数据速率高、成本低、抗电磁干扰能力强等优点，可以支持数据传输的更高速率和容量。

首先，光纤有着非常高的信号传输速率，可以有效地将数据高速传输，从而提高了光纤通信系统的传输速率。

其次，光纤通信系统的传输速度比其他电缆通信系统要快数倍。

由于光缆运输信号所采取的模块化方法，该传输系统可以更好地把各种类型数据包进行传输，具有良好的高速数据传输能力。

而电缆传输系统则受限于其有限的频宽，无法实现高质量的数据传输。

再次，光纤相对比较节约能源。

光缆通信有着良好的能耗效率，因为光缆没有电磁消耗，也不需要额外的增加设备，因此满足能源减少和温室气体排放政策的要求。

而电缆成本则比光纤要高而且电磁干扰会影响信号的传输质量。

最后，光缆在信息安全性方面有着优势。

由于使用的频段不同，光缆传输速度较高，理论上不易受到任何外界的干扰。

因此，在传输数字信号时，光缆可以确保信号的真实性和安全性，且不易发生信号失真和时延问题。

综上所述，光纤通信技术在传输数据时优势是显而易见的：由于具有高速传输速率和良好的能耗效率，可节约能源；其优越的信息安全性可以保证传输系统的质量；并且光纤具有抗电磁干扰的能力，可以大大提高系统的稳定性。

正是由于光纤通信技术这些特性，它在互联网中被广泛应用。

光通信复习题1．光纤通信的优点有哪些？答： 1）传输容量大。

2）传输损耗小，中继距离长。

3）泄漏小，保密性好。

4）节省大量有色金属。

5）抗电磁干扰性能好。

6）重量轻，可挠性好，敷设方便。

2．为什么使用石英光纤的光纤通信系统中，工作波长只能选择850nm、1310nm、1550nm三种？答：由于目前使用的光纤均为石英光纤，而石英光纤的损耗-波长特性中有三个低损耗的波长区，即波长为850nm、1310nm、1550nm。

3．光纤中产生色散的原因是什么？色散对通信有什么影响？答：原因：光纤中所传输的光信号的不同的频率成分和不同模式成分的群速不同而引起的传输信号的畸变。

影响：色散会导致传输脉冲展宽，产生码间干扰，增加误码率。

色散会限制光纤传输系统的通信容量，也限制了无中继传输距离。

4．光纤产生衰减的原因是什么？衰减对通信有什么影响？答:光纤产生衰减的原因是吸收、散射和辐射。

衰减会导致信号功率损失，造成接收困难。

5．比较半导体激光器和发光二极管的异同。

答：LD和LED都可用作通信光源。

LD发射的是受激辐射光;LED发射的是自发辐射光。

LD需要光学谐振腔，有阈值，谱线宽度较窄，适宜于高速率系统;LED不需要光学谐振腔，没有阈值，谱线宽度较宽，输出光功率较小，调制频率较低，适用于要求较低的场合。

6．为什么LD要工作在正向偏置状态？答：LD加正向偏置电压用以克服PN结中自建场的影响，从而降低势垒，以形成粒子数反转分布。

7．某数字光纤通信系统，在实际使用中发现LD的输出光功率慢慢下降，简述其原因并提出解决办法。

答：从阈值电流与使用时间及温度的关系可知，输出光功率下降的可能原因包括使用时间长和温度升高引起的阈值电流增加。

采取的措施如温度引起的使用ATC致冷，如因寿命引起的使用APC增加偏置电流。

8．何谓LD输出光脉冲的消光比？消光比不合要求时，将会对整个系统产生什么影响？答：通断比（也称消光比），指光源器件发出光的“1”脉冲和“0”脉冲的比值，定义为EXT=全“0”码时平均输出光功率/全“1”码时平均输出光功率。

光纤通信不同于有线电通信，后者是利用金属媒体传输信号，光纤通信则是利用透明的光纤传输光波。

虽然光和电都是电磁波，但频率范围相差很大。

一般通信电缆最高使用频率约9-24兆赫(10(6)Hz)，光纤工作频率在10(14)-10(15))Hz之间。

光纤通信最主要的优点是：(1) 容量大。

光纤工作频率比目前电缆使用的工作频率高出8-9个数量级，故所开发的容量很大。

(2) 衰减小。

光纤每公里衰减比目前容量最大的通信同轴电缆的每公里衰减要低一个数量级以上。

(3) 体积小，重量轻。

同时有利于施工和运输。

(4) 防干扰性能好。

光纤不受强电干扰、电气化铁道干扰和雷电干扰，抗电磁脉冲能力也很强，保密性好。

(5) 节约有色金属。

一般通信电缆要耗用大量的铜、铝或铅等有色金属。

光纤本身是非金属，光纤通信的发展将为国家节约大量有色金属。

(6) 成本低。

目前市场上各种电缆金属材料价格不断上涨，而光纤价格却有所下降。

这为光纤通信得到迅速发展创造了重要的前提条件。

光纤通信首先应用于市内电话局之间的光纤中继线路，继而广泛地用于长途干线网上，成为宽带通信的基础。

光纤通信尤其适用于国家之间大容量、远距离的通信，包括国内沿海通信和国际间长距离海底光纤通信系统。

目前，各国还在进一步研究、开发用于广大用户接入网上的光纤通信系统。

随着光纤放大器、光波分复用技术、光弧子通信技术、光电集成和光集成等许多新技术不断取得进展，光纤通信将会得到更快的发展。

宽带，顾名思义是传输带宽很宽的意思。

通常是相对于传统的窄带的电信网而言的，其本身其实并没有很严格的定义，主要是指在同一传输介质上，使用特殊的技术或者设备，利用不同的频道进行多重（并行）传输，并且速率在256Kbps以上。

至于到底多少速率以上算作宽带，目前没有国际标准，有人说大于56K就是宽带，有人说1Mbps以上才能算宽带，并没有定论。

国际电联在早些时候召开过关于宽带通信的会议，美国提出把200Kbps以上的传输带宽定义为宽带，即每秒传输20万个"比特"，相当于2.5万个英文字符或1.25万个中文字符。

光纤通信知识点总结引言光纤通信是一种通过光纤传输光信号的通信技术，它使用光纤作为传输媒质，通过光的反射、折射和传播来实现信息的传输。

光纤通信具有带宽大、传输速度快、抗干扰性强、安全可靠等优点，因此在现代通信中得到了广泛的应用。

本文将对光纤通信的相关知识点进行总结，包括光纤通信的基本原理、组成结构、传输特点、光纤通信系统的组成和工作原理、光纤通信的发展趋势等内容。

一、光纤通信的基本原理1. 光的特性光波是一种电磁波，具有波粒二象性，既可以表现为波动又可以表现为微粒。

光波的主要特性包括波长、频率、相速度、群速度等。

2. 光纤的基本原理光纤是一种通过光的全反射来传输光信号的一种传输媒质。

它的基本结构是由一根纤维芯和包覆在外的包层组成，通过这样的结构使得光信号可以沿着光纤的传输方向不断进行反射和传播。

二、光纤通信的组成结构1. 光纤的结构光纤由芯和包层构成，芯是由单质或复合材料制成，包层是由低折射率的材料构成，使得光可以在芯和包层的界面上发生全反射。

2. 光纤的连接器连接器是光纤通信中的重要部分，它用于将光纤连接在一起，保证光信号的传输质量。

3. 光纤的光源和接收器光源是产生光波的设备，用于向光纤中输入光信号；接收器是用于接收光纤传输过来的光信号，并将其转换为电信号。

三、光纤通信的传输特点1. 带宽大光纤通信的带宽远远大于传统的铜线通信，可以传输更多的信息。

2. 传输距离远光纤通信的传输距离远远大于铜线通信，可以满足更长距离的通信需求。

3. 传输速度快光纤通信的传输速度远远快于铜线通信，可以实现更快的数据传输。

4. 抗干扰性强光纤通信的信号传输过程中不受电磁干扰，抗干扰性能强。

5. 安全可靠光纤信号传输过程中不会泄露电磁波，安全可靠。

四、光纤通信系统的组成和工作原理1. 光纤通信系统的组成光纤通信系统由光源、光纤、接收器、调制解调器、复用器、解复用器等组成。

2. 光纤通信系统的工作原理光源产生光信号，光信号经过调制解调器进行调制，然后通过光纤进行传输，接收器接收光信号并将其转换为电信号，经过复用器和解复用器将多个信号合并或分解，最终传输到目标设备。

光纤通信的例子光纤通信是一种利用光的传输媒介进行信息传输的技术，具有高速、高带宽、低延迟等优点，被广泛应用于现代通信领域。

下面将从不同角度列举光纤通信的十个例子。

1. 光纤通信在互联网中的应用光纤通信是互联网的基础设施之一，通过光纤传输数据可以实现高速、稳定的互联网连接。

用户可以通过光纤接入网络，在家里或办公室里享受高速的互联网服务。

2. 光纤通信在电信网络中的应用光纤通信在电信网络中被广泛应用，可以实现电话、宽带、电视等多种业务的传输。

用户可以通过光纤接入电信网络，实现高质量的通信服务。

3. 光纤通信在数据中心中的应用大型数据中心使用光纤通信来连接服务器、存储设备等设备，实现高速、可靠的数据传输。

光纤通信可以满足数据中心对带宽和速度的要求，保证数据中心的正常运行。

4. 光纤通信在医疗领域中的应用光纤通信在医疗领域中被广泛应用，可以实现医学图像的传输、远程医疗的实现等。

光纤通信可以保证医疗数据的高速、高质量传输，提高医疗服务的效率和质量。

5. 光纤通信在安防监控中的应用安防监控系统中使用光纤通信可以实现视频数据的传输和监控设备的联网。

光纤通信可以保证视频数据的高清晰、高稳定传输，提高安防监控的效果和效率。

6. 光纤通信在交通运输中的应用光纤通信在交通运输领域中被广泛应用，可以实现交通信号的传输、智能交通系统的建设等。

光纤通信可以提供高速、可靠的传输服务，提高交通运输的效率和安全性。

7. 光纤通信在金融领域中的应用金融领域对数据传输的速度和安全性要求很高，光纤通信可以满足这些要求。

金融机构可以使用光纤通信建立高速、安全的网络连接，实现交易数据的快速传输和保护。

8. 光纤通信在教育领域中的应用光纤通信在教育领域中被广泛应用，可以实现远程教育、网络教室等教育模式。

光纤通信可以提供高速、稳定的网络连接，为学生和教师提供更好的教育资源。

9. 光纤通信在广播电视中的应用光纤通信在广播电视领域中可以实现高清晰、高质量的音视频传输。

1．光纤通信的优缺点各是什么？答：优点有：带宽资源丰富，通信容量大；损耗低，中继距离长；无串音干扰，保密性好；适应能力强；体积小、重量轻、便于施工维护；原材料来源丰富，潜在价格低廉等。

缺点有：接口昂贵，强度差，不能传送电力，需要专门的工具、设备以及培训，未经受长时间的检验等。

2．光纤通信系统由哪几部分组成？各部分的功能是什么？答：光纤通信系统由三部分组成：光发射机、光接收机和光纤链路。

光发射机由模拟或数字电接口、电压—电流驱动电路和光源组件组成。

光源组件包括光源、光源—光纤耦合器和一段光纤（尾纤或光纤跳线）组成。

模拟或数字电接的作用是实现口阻抗匹配和信号电平匹配（限制输入信号的振幅）作用。

光源是LED或LD，这两种二极管的光功率与驱动电流成正比。

电压—电流驱动电路是输入电路与光源间的电接口，用来将输入信号的电压转换成电流以驱动光源。

光源—光纤耦合器的作用是把光源发出的光耦合到光纤或光缆中。

光接收机由光检测器组件、放大电路和模拟或数字电接口组成。

光检测器组件包括一段光纤（尾纤或光纤跳线）、光纤—光检波器耦合器、光检测器和电流—电压转换器。

光检测器将光信号转化为电流信号。

常用的器件有PIN和APD。

然后再通过电流—电压转换器，变成电压信号输出。

模拟或数字电接口对输出电路其阻抗匹配和信号电平匹配作用。

光纤链路由光纤光缆、光纤连接器、光缆终端盒、光缆线路盒和中继器等组成。

光纤光缆由石英或塑料光纤、金属包层和外套管组成。

光缆线路盒：光缆生产厂家生产的光缆一般为2km一盘，因而，如果光发送与光接收之间的距离超多2km时，每隔2km将需要用光缆线路盒把光缆连接起来。

光缆终端盒：主要用于将光缆从户外（或户内）引入到户内（或户外），将光缆中的光纤从光缆中分出来，一般放置在光设备机房内。

光纤连接器：主要用于将光发送机（或光接收机）与光缆终端盒分出来的光纤连接起来，即连接光纤跳线与光缆中的光纤。

3．假设数字通信系统能够在高达1%的载波频率的比特率下工作，试问在5GHz的微波载波和 1.55μm的光载波上能传输多少路64kb/s的音频信道？解：根据题意，求得在5GHz的微波载波下，数字通信系统的比特率为50Mb/s，则能传输781路64kb/s的音频信道。

1-1 用光导纤维进行通信最早在哪一年由谁提出答：1966年7月英籍华人高锟提出用光导纤维可进行通信。

1-2 光纤通信有哪些优点光纤通信具有许多独特的优点，他们是：1. 频带宽、传输容量大；2. 损耗小、中继距离长；3. 重量轻、体积小；4. 抗电磁干扰性能好；5. 泄漏小、保密性好；6．节约金属材料，有利于资源合理使用。

第2章 复习思考题参考答案2-1 用光线光学方法简述多模光纤导光原理答：现以渐变多模光纤为例，说明多模光纤传光的原理。

我们可把这种光纤看做由折射率恒定不变的许多同轴圆柱薄层n a 、n b 和n c 等组成，如图2.1.2（a ）所示，而且 >>>c b a n n n 。

使光线1的入射角θA 正好等于折射率为n a 的a 层和折射率为n b 的b 层的交界面A 点发生全反射时临界角()a b c arcsin )ab (n n =θ，然后到达光纤轴线上的O'点。

而光线2的入射角θB 却小于在a 层和b 层交界面B 点处的临界角θc (ab)，因此不能发生全反射，而光线2以折射角θB ' 折射进入b 层。

如果n b 适当且小于n a ，光线2就可以到达b 和c 界面的B'点，它正好在A 点的上方（OO'线的中点）。

假如选择n c 适当且比n b 小，使光线2在B '发生全反射，即θB ' >θC (bc) = arcsin(n c /n b )。

于是通过适当地选择n a 、n b 和n c ，就可以确保光线1和2通过O'。

那么，它们是否同时到达O'呢？由于n a >n b ，所以光线2在b 层要比光线1在a 层传输得快，尽管它传输得路经比较长，也能够赶上光线1，所以几乎同时到达O'点。

这种渐变多模光纤的传光原理，相当于在这种波导中有许多按一定的规律排列着的自聚焦透镜，把光线局限在波导中传输，如图2.1.1（b ）所示。

★★第一章★★★光纤通信：是利用光导纤维传输光波信号的通信方式。

★光纤通信工作在什么区，其波长和频率：目前使用的通信光纤大多数采用基础材料为SiO2的光纤。

它是工作在近红外区，波长为0.8～1.8μm，对应的频率为167～375THz。

★光纤通信的主要优点：1 通信容量大；2 中继距离远；3 抗电磁干扰能力强，无串话；4 光纤细，光缆轻；5 资源丰富，节约有色金属和能源。

光纤还具有均衡容易、抗腐蚀、不怕潮湿的优点。

因而经济效益非常显著。

★光纤通信系统：光发送设备、光接收设备、光传输设备。

1 光发送设备：主要有驱动器和光源，其作用试吧店端机输入的信号对光源进行调制，使光源产生出与电信号相对应的光信号进入光纤。

2 光接收设备：主要有光检测器和光放大器，3 光传输设备：短距离的是电缆，长距离时要加中继器。

4 中继器：由光检测器、电信号放大器、判决再生电路、驱动器和光源等组成。

作用是将光信号变成电信号。

★★第二章★★★光与物质的作用实质上就是光与原子的相互作用，这种相互作用有三种主要过程：自发辐射、受激辐射、受激吸收。

自发辐射：该过程与外界作用无关，各个原子的辐射是自发地、独立地进行，彼此毫无关联。

（LED）受激辐射：在受激辐射中，通过一个光子的作用，可以得到两个特征完全相同的光子，如果这两个光子再引起其他原子产生受激辐射，就可以得到四个特征完全相同的光子，…，如此进行下去，将形成“雪崩”反应。

（LD）受激吸收：该过程对外来光有严格的频率选择性。

★形成粒子反转的条件：首先要有能实现粒子数反转分布的物质，也就是激光器的工作物质，它具有对光信号放大的能力；其次，要实现粒子数反转，还必须从外界输入能量，使工作物质中有尽可能多的粒子吸收能量后从低能级跃迁到高能级上去。

这一过程也称为激励。

当激励强度足够大时，便可在一堆激光能级之间实现粒子数反转。

★★第三章★★★通信光纤的纤芯通常是折射率为n1的高纯度SiO2，并有少量掺杂剂，以提高折射率。

光纤通信第二版课后答案1.光纤通信的优缺点各是什么?答:优点有:带宽资源丰富,通信容量大；损耗低,中继距离长；无串音干扰,保密性好；适应能力强；体积小、重量轻、便于施工维护；原材料来源丰富,潜在价格低廉等。

缺点有:接口昂贵,强度差,不能传送电力,需要专门的工具、设备以及培训,未经受长时间的检验等。

2.光纤通信系统由哪几部分组成?各部分的功能是什么?答:光纤通信系统由三部分组成:光发射机、光接收机和光纤链路。

光发射机由模拟或数字电接口、电压—电流驱动电路和光源组件组成。

光源组件包括光源、光源—光纤耦合器和一段光纤(尾纤或光纤跳线)组成。

模拟或数字电接的作用是实现口阻抗匹配和信号电平匹配(限制输入信号的振幅)作用。

光源是LED或LD,这两种二极管的光功率与驱动电流成正比。

电压—电流驱动电路是输入电路与光源间的电接口,用来将输入信号的电压转换成电流以驱动光源。

光源—光纤耦合器的作用是把光源发出的光耦合到光纤或光缆中。

光接收机由光检测器组件、放大电路和模拟或数字电接口组成。

光检测器组件包括一段光纤(尾纤或光纤跳线)、光纤—光检波器耦合器、光检测器和电流—电压转换器。

光检测器将光信号转化为电流信号。

常用的器件有PIN和APD。

然后再通过电流—电压转换器,变成电压信号输出。

模拟或数字电接口对输出电路其阻抗匹配和信号电平匹配作用。

光纤链路由光纤光缆、光纤连接器、光缆终端盒、光缆线路盒和中继器等组成。

光纤光缆由石英或塑料光纤、金属包层和外套管组成。

光缆线路盒:光缆生产厂家生产的光缆一般为2km一盘,因而,如果光发送与光接收之间的距离超多2km时,每隔2km将需要用光缆线路盒把光缆连接起来。

光缆终端盒:主要用于将光缆从户外(或户内)引入到户内(或户外),将光缆中的光纤从光缆中分出来,一般放置在光设备机房内。

光纤连接器:主要用于将光发送机(或光接收机)与光缆终端盒分出来的光纤连接起来,即连接光纤跳线与光缆中的光纤。

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光纤通信系统的基本组成作用：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PCM3）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,以尽可能小的失真和衰减传输到光接收机; 5）光接收机：把从光纤线路输出、产生畸变和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和处理后恢复成基带电信号;光接收机由光检测器、放大器和相关电路组成,光检测器是光接收机的核心;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：光发射机之前和光接收机之后的电信号段,光纤通信所用的技术和设备和电缆通信相同,不同的只是由光发射机、光纤线路和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和光缆光纤结构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;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光纤类型三种基本类型图突变型多模光纤：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,特点是信号畸变小;单模光纤：折射率分布和突变型光纤相似,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;光纤传输原理 展宽 衰减的原因 1）突变型多模光纤2）数值孔径：定义临界角θc 的正弦为数值孔径NANA 表示光纤接收和传输光的能力,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; 3）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; 光纤传输的波动理论 单模光纤的模式特性 1单模条件和截止波长传输模式数目随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;特别值得注意的是当V<时,只有HE11LP01一个模式存在,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看到,对于给定的光纤n1、n2和a 确定,存在一个临界波长λc,当λ<λc 时,是多模传输,当λ>λc 时,是单模传输,这个临界波长λc 称为截止波长; 2）光强分布和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 Ψr=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∆≈-=212212n n n NA ∆≈==∆cL n NA c n L c n L c 12121)(22θτ405.222221≤-n n a λπ])([2w r -ββββββ)(y x -=∆=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= 光纤传输特性损耗和色散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;☆☆☆☆☆三种色散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;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实际光源不是纯单色光,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和光源的谱线宽度;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;说明：色散对光纤传输系统的影响,在时域和频域的表示方法不同;从频域上看,色散限制了传输信号的带宽；从时域上看,色散引起信号脉冲的展宽; 理想的单模光纤没有模式色散,只有材料色散和波导色散;材料色散和波导色散总称为色度色散,常简称为色散,它是传播时间随波长变化的产生的;光纤损耗光纤的损耗在很大程度上决定了系统的传输距离;在最一般的条件下,在光纤内传输的光功率P 随距离z 的变化,可以用 表示;α是损耗系数;吸收损耗：由SiO 2材料引起的固有吸收和由杂质引起的吸收产生的;散射损耗：主要由材料微观密度不均匀引起的瑞利散射和由光纤结构缺陷引起; 光纤总损耗α与波长λ的关系可以表示为： α= +B+CW λ+IR λ+UV λA 为瑞利散射系数,B 为结构缺陷散射产生的损耗,CW λ、IR λ和UV λ分别为杂质吸收、红外吸收和紫外吸收产生的损耗; 第三章 通信用光器件 光源光源是光发射机的关键器件,其功能是把电信号转换为光信号;半导体激光器是向半ββ∆2apdz dp -=4λA导体PN 节注入电流,实现粒子数反转分布,产生受激辐射,在利用谐振腔的正反馈,实现光放大而产恒激光震荡的;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数翻转分布,产生受激辐射,实现光放大,在利用谐振腔的正反馈而产生激光振荡的;基本结构：结构中间有一层厚~ μm 的窄带隙P 型半导体,称为有源层；两侧分别为宽带隙的P 型和N 型半导体, 称为限制层;三层半导体置于基片衬底上,前后两个晶体解理面作为反射镜构成法布里 - 珀罗FP 谐振腔; 三种跃迁：受激吸收：处于低能级E1的电子,在入射光作用下,它会吸收光子的能量跃迁到高能级E2上；自发辐射：在高能级E2的电子是不稳定的,即使没有外界的作用,也会自动地跃迁到低能级E1上与空穴复合,释放的能量转换为光子辐射出去；受激辐射：在高能级E2的电子,受到入射光的作用,被迫跃迁到低能级E1上与空穴复合,释放的能量产生光辐射； 能级跃迁：电子在E1和E2两个能级之间跃迁,吸收的光子能量或辐射的光子能量都要满足波尔条件,即 E2-E1=hf 12,其中 h=×10-34J ·s,为普朗克常数,f 12为吸收或辐射的光子频率； 受激辐射和自发辐射光的区别：它们的特点很不相同;受激辐射光的频率、相位、偏振态和传播方向与入射光相同,这种光称为相干光;自发辐射光是由大量不同激发态的电子自发跃迁产生的,其频率和方向分布在一定范围内,相位和偏振态是混乱的,这种光称为非相干光; 粒子数分布：低能级E1和处于高能级E2E2>E1的原子数分别为N1和N2;当系统处于热平衡状态时,存在下面的分布)12(exp 12kTE E N N --=k=10-23为玻尔兹曼常数,T 为热力学温度 N1>N2,即受激吸收大于受激辐射;当光通过这种物质时,光强按指数衰减, 这种物质称为吸收物质；正常状态N2>N1,即受激辐射大于受激吸收,当光通过这种物质时,会产生放大作用,这种物质称为激活物质;粒子数反转分布 如何实现粒子数反转分布：半导体激光器是向半导体PN 结注入电流,实现粒子数反转分布；发射波长：半导体激光器的发射波长取决于倒带的电子跃迁到价带时所释放的能量;这个能量近似等于禁带宽度；EgEg24.1hc ==λ不同半导体材料有不同的禁带宽度Eg,所以有不同的发射波长光谱特性：随着驱动电流的增加,纵模模数逐渐减少,谱线宽度变窄； 随着调制电流增大,纵模模数增多,光谱密度变宽; 弛张频率：弛张频率f r 是调制频率的上限,在接近f r 处,数字调制要产生弛张震荡,模拟调制要产生非线性失真;温度特性：激光器输出光功率随温度而变化有两个原因：一是激光器的阈值电流I th 随温度升高而增大,二是外微分量子效率ηd 随温度升高而减小;温度升高时,I th 增大,ηd 减小,输出光功率明显下降,达到一定温度时,激光器就不激射了;当以直流电流驱动激光器时,阈值电流随温度的变化更加严重;当对激光器进行脉冲调制时,阈值电流随温度呈指数变化,在一定温度范围内,可以表示为)ex p(00th T T I I =I 0为常数,T 为结区的热力学温度,T 0为激光器材料的特征温度 发光二极管 对应的看看就可以发光二极管LED 的工作原理与激光器LD 有所不同, LD 发射的是受激辐射光,LED 发射的是自发辐射光;发光二极管的优点：和激光器相比,发光二极管输出光功率较小,谱线宽度较宽,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; 光检测器光电二极管工作原理光电效应光电效应：在PN 结界面上,由于电子和空穴的扩散运动,形成内部电场;内部电场使电子和空穴产生与扩散运动方向相反的漂移运动,最终使能带发生倾斜, 在PN 结界面附近形成耗尽层;在耗尽层,会形成光生漂移电流;在中性区会形成光生扩散电流;当与P 层和N 层连接的电路断开时,便会在两端产生电动势;说明:光生漂移电流分量和光生扩散电流分量的总和即为光生电流； 光无源器件小知识点 考小题 无计算 连接器：实现光纤与光纤之间可拆卸连接 接头：实现光纤与光纤之间的永久性连接光耦合器：把一个输入的光信号分配给多个输出,或者把多个输入的光信号复合成一个输出;分为：T 型耦合器.星型耦合器.定向耦合器.波分复用器/解复用器光隔离器：非互易器件,只允许光波向一个方向上传输,阻止光波往其他方向特别是反方向传播;环形器：有多个接口的光隔离器；外调制器：为了解决直接调制激光器会产生线性调频的问题；光开关：转换电路,实现光交换;光发射机光发射机基本组成相应的模块对光源有什么要求、电路的作用☆☆对光源的要求：简单题1号嫌疑犯1发射的光波长应和光纤低损耗“窗口”一致,即中心波长应在μm、μm和μm附近;光谱单色性要好,即谱线宽度要窄,以减小光纤色散对带宽的限制;2电/光转换效率要高,即要求在足够低的驱动电流下,有足够大而稳定的输出光功率,且线性良好;发射光束的方向性要好,即远场的辐射角要小,以利于提高光源与光纤之间的耦合效率;3允许的调制速率要高或响应速度要快,以满足系统的大传输容量的要求;4器件应能在常温下以连续波方式工作,要求温度稳定性好,可靠性高,寿命长;5此外,要求器件体积小,重量轻,安装使用方便,价格便宜;发射机的电路部分：作用：电路的设计应该以光源为依据,使输出光信号准确反映输入电信号；对调制电路和控制电路的要求：1)输出光脉冲的通断比应大于10,以保证足够的光接收信噪比;2)输出光脉冲的宽度应远大于电光延迟时间,光脉冲的上升时间、下降时间和开通延迟时间应足够短,以便在高速率调制下,输出的光脉冲能准确再现输入电脉冲的波形.3)对激光器应施加足够的偏置电流,以便抑制在较高速率调制下可能出现的张弛振荡,保证发射机正常工作;4)应采用自动功率控制APC和自动温度控制ATC,以保证输出光功率有足够的稳定性; 线路编码电路必要的原因：因为电端机输出的数字信号是适合电缆传输的双极性码,而光源不能发射负脉冲;调制特性效应小知识码型效应：当电光延迟时间td与数字调制的码元持续时间T/2为相同数量级时,会使“0”码过后的第一个“1码的脉冲宽度变窄,幅度减小,严重时可能使单个“１”码丢失,这种现象称为“码型效应”；码型效应的特点：在脉冲序列中较长的连“0”码后出现的“1”码,其脉冲明显变小,而且连“0”码数目越多,调制速率越高,这种效应越明显;可以采用“过调制”补偿方法,消除码型效应；弛张震荡：当电流脉冲注入激光器后,输出光脉冲会出现幅度逐渐衰减的震荡; 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,这种现象叫做自脉动现象；温度对激光器输出光功率的影响主要通过阈值电流I th 和外微分量子效率ηd 产生温度升高,阈值电流增加,外微分量子效率减小,输出光脉冲幅度下降； 光接收机 ☆☆☆☆☆☆器流对光检测器的要求：1）波长相应要和光纤低损耗窗口μm,μm 和μm 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,能接收微弱光信号,； 4）性能稳定,可靠性高,寿命长,功耗和体积小; 均衡的目的是：对经光纤传输、光/电转换和放大后已产生畸变的电信号进行补偿,使输出信号的波形适合于判决,以消除码间干扰减小误码率;灵敏度的定义：在保证通信质量的条件下,光接收机所需的最小平均接收光功率P min ,并以dBm 为单位;计算公式：定义公式：Pr=10lg 理想光接收机灵敏度：Pr=10lg)](10)min([3dBm w P -><λη2bnhcf基本概念：因为量子噪声是伴随光信号的随机噪声,只要有光信号输入,就有量子噪声存在； 光接收机的噪声包括光检测器的噪声量子噪声、暗电流噪声、APD 附加噪声、电阻热噪声和前置放大器的噪声; 线路编码有什么要求数字光纤通信系统对线路骂醒的主要要求是保证传输的透明性,具体要求是： 1）能限制信号带宽,减小功率谱中的高低频分量; 2）能给光接收机提供足够的定时信息;3）能提供一定的冗余度,用于平衡码流、误码监测和公务通信;但对高速光纤通信系统,应尽量减小冗余度,以免占用过大的带宽;常用的线路码型为：扰码、mBnB 码和插入码; 第四章 数字光纤通信同步数字系列SDH 帧结构 作用因素 图 简答题2号嫌疑犯字节发送顺序：由上往下发 每行先左后右1）段开销SOH 又可分为再生段开销SOH 和复接段开销LOH 2）信息载荷Payload 3）管理指针单元AU-PTRSDH 环形网的一个突出优点是“自愈”能力; 系统的性能指标 小知识点 掌握为进行系统性能研究,ITU-T 建议中提出了一个数字传输参考模型,称为假设参考连接HRX ；假设参考数字链路HRDL数字光纤通信系统的主要性能指标有：传输速率,误码率,抖动和可靠性 系统的设计往年有计算,今年没有,但有小知识点12345…9顺序数字光纤通信系统设计的主要任务是确定中继距离,一般采用最坏情况设计法来确定中继距离;在光纤传输中,中继距离不但受到光纤损耗限制,而且还受到光纤色散的限制;第七、八章讲过的一些小知识点,你大爷,哪些讲过,臣妾不知道哇1参饵光纤放大器工作波长正好与光纤的最佳波长一致,增益高、噪声系数小、频带宽,在光纤通信系统中可以作为中继放大器,前置放大器和后置放大器;2光波分复用增加了光纤的传输容量,降低了成本；3光交换目前主要有两种方式：空分交换和波分交换4目前光通信系统采用光强调制——直接检测的方式；5相干光通信在接收端采用零差检测或外差检测;6SDH技术的最大优势在于组网上,它的传送网通常采用线形、星形、树形、环形和网孔形拓扑结构;7SDH的特色之一是能利用ADM构成环形自愈网,自愈网结构分为两类：通道倒换环和复用段倒换环;8建议将光传送网分为光通道层OCH、光复用段层OMS和光传输层OTS;9WDM光网络的结点主要有两种功能,即光波长信道的分插复用功能和交叉连接功能,实现这两种功能的网络元件是：OADM和OXC;。

说明：重点放在了二三四章以及第五章前面部分，别的则比较缩略。

第一章1.光纤通信优点宽带宽，低损耗，保密性好，易铺设2.光纤介质圆柱光波导，充分约束光波的横向传输（横向没有辐射泄漏），纵向实现长距离传输。

基本结构：纤芯、包层、套塑层光波导：约束光波传输的媒介导波光：受到约束的光波光波导三要素："芯 / 包”结构凸形折射率分布，n1>n2低传输损耗3.光纤分类通信用和非通信用4. 单模光纤：只允许一个模式传输的光纤；多模光纤：光纤中允许两个或更多的模式传播。

5. 如何改善光纤的传输特性：减少OH- ，降低损耗；改变芯经和结构参数，色散位移；改变折射率分布，降低非线性6.光纤制备工艺预制棒：MCVD OVD VAD PCVD之后为光纤拉丝，套塑，成缆工艺。

第二章1.理论根基2.2. 光纤是一种介质光波导，具有如下特点：①无传导电流；②无自由电荷；③线性各向同性3. 边界条件：在两种介质交界面上电磁场矢量的E(*,y)和H(*,y)切向分量要连续,D与B 的法向分量连续：4.由程函方程推得射线方程，再推得光线总是向折射率高的区域弯曲。

5. 光纤波导光波传输特征：在纵向（轴向）以"行波”形式存在，横向以"驻波”形式存在。

场分布沿轴向只有相位变化，没有幅度变化。

6.模式求解波导场方程可得本征解及相应的本征值。

通常将本征解定义为"模式”. 每一个模式对应于沿光波导轴向传播的一种电磁波；每一个模式对应于*一本征值并满足全部边界条件; 模式具有确定的相速群速和横场分布.模式是波导结构的固有电磁共振属性的表征。

给定的波导中能够存在的模式及其性质是已确定了的,外界激励源只能激励起光波导中允许存在的模式而不会改变模式的固有性质。

(χ和β及边界条件均由光纤本身决定，与外界激励源无关)横模光波在传输过程中，在光束横截面上将形成具有各种不同形式的稳定分布，这种具有稳定光强分布的电磁波，称为横模。

光纤通信概述
光纤通信是一种利用光纤传输信息的通信技术。

光纤是一种特殊的纤维，由高纯度的玻璃或塑料制成，具有非常高的折射率，可以将光信号进行高效传输。

光纤通信通过将信息转换为光信号，并在光纤中进行传输，最后再将光信号转换回电信号来实现数据的传送。

光纤通信具有许多优点。

首先，它具有非常高的传输带宽，能够支持大量的数据传输。

其次，光纤通信具有很低的传输损耗，可以实现长距离的传输而不会出现明显的信号衰减。

此外，光纤通信还具有抗电磁干扰、安全性高等特点，适用于各种应用场景，如电话通信、互联网接入、数据中心互连等。

光纤通信系统主要包括光源、调制器、光纤传输介质、光纤连接器和接收器等组成部分。

光源产生光信号，调制器将电信号转换为光信号。

光纤作为传输介质传输光信号，光纤连接器用于连接光纤。

接收器将光信号转换为电信号，最终实现信息的接收和解码。

在光纤通信中，常用的调制技术有强度调制、频率调制和相位调制等。

光纤通信系统还需要采用光纤放大器来增强光信号的强度，以确保信号能够在长距离传输时保持稳定。

总而言之，光纤通信作为一种高效、高带宽的通信技术，已经成为现代通信领域的重要基础设施，推动了信息社会的发展和进步。