光纤 通讯 复习资料

第一章．概论1. 1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载波传送话音的“光电话”。

在光电话问世后光通信进展缓慢，主要原因：没有理想的光源和传输介质。

2. 1966年，高锟和霍克哈姆发表了关于传输介质新概念的论文，指出了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——光纤通信的基础。

1970年，光纤研制取得了重大突破，低损耗光纤研制成功和激光器研制成功。

3.光纤最低损耗的理论极限值是0.148dB/km,实际使用是0.154 dB/km.4.光纤的工作波长，也是三个损耗很小的波长窗口是0.85um ，1.31 um,1.55 um.同样光纤对不同的光损耗不同，应该选择低损耗的。

5．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 6. .光纤通信系统的基本组成光发射机的功能是把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。

光源激光器的发射波长和光检测器光电二极管的波长响应，都要和光纤这三个波长窗口相一致。

光接收机的功能是把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号，并经放大和处理后恢复成发射前的电信号。

第二章光纤和光缆1.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。

设纤芯和包层的折射率分别为n1和n2，光能量在光纤中传输的必要条件是n1>n2。

2.实用光纤主要有三种基本类型：突变型多模光纤，渐变型多模光纤，单模光纤。

突变型多模光纤纤芯内任意两点折射率相同，渐变型多模光纤以纤芯中心为圆，小于a 的值为半径作圆，圆上所有点折射率相同。

单模光纤输出脉冲最接近于输入脉冲。

系统容量（传输速率）：单模光纤>多模光纤。

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 =<aλ<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。

光纤通信复习资料必看(总16页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--复习提纲第一章知识点小结：1.什么是光纤通信 3、光纤通信和电通信的区别。

2.基本光纤通信系统的组成和各部分作用。

第二章知识点小结1、光能量在光纤中传输的必要条件（对光纤结构的要求）。

2、突变多模光纤数值孔径的概念及计算。

3、弱导波光纤的概念。

4、相对折射率指数差的定义及计算。

5、突变多模光纤的时间延迟。

6、渐变型多模光纤自聚焦效应的产生机理。

7、归一化频率的表达式。

8、突变光纤和平方律渐变光纤传输模数量的计算。

第三章知识点小结1、纤通信中常用的半导体激光器的种类。

2、半导体激光器的主要由哪三个部分组成3、电子吸收或辐射光子所要满足的波尔条件。

4、什么是粒子数反转分布5、理解半导体激光产生激光的机理和过程。

6、静态单纵模激光器。

7、半导体激光器的温度特性。

8、DFB激光器的优点。

9、LD与LED的主要区别 10、常用光电检测器的种类。

11、光电二极管的工作原理。

12、PIN和APD的主要特点。

13、耦合器的功能。

14、光耦合器的结构种类。

15、什么是耦合比 16、什么是附加损耗17、光隔离器的结构和工作原理。

第四章知识点小结1、数字光发射机的方框图。

2、光电延迟和张驰振荡。

3、激光器为什么要采用自动温度控4、数字光接收机的方框图。

5、光接收机对光检测器的要求。

6、什么是灵敏度7、什么是误码和误码率 8、什么是动态范围9、数字光纤通信读线路码型的要求。

10、数字光纤通信系统中常用的码型种类。

第五章知识点小结1、SDH的优点。

2、SDH传输网的主要组成设备。

3、SDH的帧结构（STM-1）。

4、SDH的复用原理。

5、三种误码率参数的概念。

6、可靠性及其表示方法。

7、损耗对中继距离限制的计算。

8、色散对中继距离限制的计算。

第七章点知识小结1、光放大器的种类2、掺铒光纤放大器的工作原理3、掺铒光纤放大器的构成方框图4、什么WDM5、光交换技术的方式6、什么是光孤子7、光孤子的产生机理 8、相干光通信信号调制的方式9、相干光通信技术的优点光纤通信复习第一章1.什么是光纤通信光纤通信，是指利用光纤来传输光波信号的一种通信方式2.光纤通信和电通信的区别。

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。

考试题型：1.填空题：6题，共18分2.简答题：7题，共52分3.案例分析：2题，共30分1、2、光缆的组成。

填空3、光缆的基本结构填空4、光缆按光纤的种类可分为多模光缆和单模光缆（简述单模光纤和多模光纤的区别）简答5、光缆的型号5.漂移及影响因素6．双向波分复用系统及单向波分复用系统7、光纤通信工程设计的设计文件8.初步设计文件应按综合(总体)、线路安装、设备安装、电源安装、机房土建等单项工程分册出版。

总体：本项目各单项工程编册及设计范围分工；建设地点；现有通信设备状况及社会需求状况；本项目需要配合和解决的问题；表列各单项工程规模和新增通信能力、工程量、增加人数；工程投资金额；单位工程造价；传输质量指标及总体设计方案，包括光功率等。

9.可行性研究的主要内容10.什么是概预算？其流程是什么？11、光通信设备的有源器件和无源器件12、光纤放大器的类型：半导体光放大器和光纤放大器。

13.14.光缆工程方案查勘及主要任务15．描述标杆法中的直线段测量方法。

16.河宽的测量17，在通信工程事故按基本原因人身伤害事故可分为：高坠、触电、物体打进。

18.什么是光缆配盘及其注意事项19.触电伤害后的急救：20.气体中毒后的特征及急救措施五、光缆型号Ⅰ：分类代号及其意义为（应用环境)GY——通信用室（野）外光缆； GR——通信用软光缆；GJ——通信用室（局）内光缆； GS——通信用设备内光缆；GH——通信用海底光缆； GT——通信用特殊光缆。

Ⅱ：加强构件代号及其意义为：无符号——金属加强构件； F——非金属加强构件；G——金属重型加强构件； H——非金属重型加强构件。

Ⅲ：派生特征代号及其意义为：D——光纤带状结构； G——骨架槽结构；B——扁平式结构； Z——自承式结构。

T——填充式结构。

Ⅳ：护层代号及其意义为；（护层使用材料）Y——聚乙烯护层； V——聚氯乙烯护层；U——聚氨酯护层； A——铝-聚乙烯粘结护层；L——铝护套； G——钢护套； Q——铅护套S——钢-铝-聚乙烯综合护套。

求解Bessel 方程的过程，实际上就是根据边界条件和场分布选择适当的Bessel 函数的过程。

解的形式所以有12122 2 a V n n an V πλπλ=-=∆-归一化频率，结构参数U 、W 、V 是无量纲参数1. 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？模；所以，光纤中导模只有111022210405.2307.2002.025.155.162222HE n an n aV 〈=⨯⨯⨯⋅=∆=-=πλπλπ模。

光纤中的导模只有，123111210101111022210,,,,,,521.4832.321.4002.025.185.062222HE HE EH HE TM TE HE V n a n n aV ∴〈=〈=⨯⨯⨯⋅=∆=-= πλπλπ2. 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。

0.210.0121.5 2n 12221=⨯⨯=∆≈-=n n NA ()s c LNA cnL8-512110501.010311.5 n 2⨯=⨯⨯⨯=∆≈=∆τ0.5 0.11.5 222221=-=-=n n NA ()s NA cn L6-25211052.1 5.010311.5 2⨯=⨯⨯⨯==∆τ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 3Si-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。

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。

光纤通信复习资料一、填空题1、光纤通信系统一般由____________、___________和__________三部分组成。

2、典型特种单模光纤分为___________________、______________________和_____________三种，而多模光纤分为_____________和____________两种。

3、常见的激光光源有______________、____________和__________________；常见的光检测器包括____________________和_____________________。

4、WDM系统结构的基本形式包括_______________和__________________。

5、光纤通信系统实际工程验收时，常采用_____的时间来监测长期平均误码率。

6、数字光纤通信系统中常见的线路码型有________、________和_______三种。

7、相干检测包括_______________检测和_______________检测两种。

8、在数字光纤通信系统设计时，主要问题是确定_____________________。

9、__________和__________是光纤最重要的传输特性，其中前者决定了系统的传输距离，后者决定了系统的传输容量。

10、在WDM系统中，EDFA采用________技术可以使不同波长的光具有接近相同的放大增益，实现该技术常采用的光纤光栅是_________________。

11、SDH同步数字传输体制中，SDH帧是块状帧结构，其中AU-PTR是_____________。

12、色散是不同成份的单色光在光纤中传输时间延迟不同而产生的物理效应，它主要包括_______________、_______________和_______________三种成份。

13、理想单模光纤的色散称为色度色散，它包括___________和____________。

光纤复习资料光纤通信：利用光导纤维传输光波信号的通信方式。

通信光纤的材料：二氧化硅。

三个低能耗窗口：0.85um1.31um1.55um点对点：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，使其恢复原来的脉码调制信号送入电接收机，最后由信宿恢复用户信息。

光纤通信的优点：1传输频带阔，通信容量大；2传输损耗大，中继距离短；3保密性能够不好。

缺点：1无法远距离传输；2传输过程极易出现色散。

光纤的结构：光纤由涂覆层、纤芯、包层共同组成。

分析光纤原理常用方法：几何光学法【射线理论】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（渐变型）光纤；2按照纤芯中传输模式的数量分割：单模（多模）光纤。

相对折射指数差：δ＝n12-n22/2n12=(n1-n2)/n1（弱导波光纤）2数值孔径na(定义)：则表示光纤抓取入射光线的能力。

na?n12?n2?n12?物理意义：数值孔径越大，就表示光纤捕捉射线的能力越强，效率越大。

单模光纤（定义）：在给定的工作波长上，只能传输单一基模的光纤。

色散位移光纤（dsf）：就是将零色散点移到1.55um处的光纤。

色散平坦光纤（dff）：使光纤在整个光纤通信的长波段（1.3～1.6μm）都保持低损耗和低色散的光纤。

色散补偿光纤（dcf）：利用一段光纤去消解光纤中由于色散的存有使光脉冲信号出现的沉降和畸变的光纤。

用时延来量化光纤的色散。

光纤的损耗原因：1稀释损耗；2反射损耗。

光纤通信的光源:半导体激光器（ld）和半导体发光二极管（led）。

粒子数反转分布状态是物质产生光放大的必要条件。

无机物质的相互作用：1自发辐射；2极化稀释；3极化电磁辐射激光器的基本组成：1能够产生激光的工作物质；2泵浦源；3光学谐振腔。

半导体激光器产生激光的条件：1粒子束探底回升原产；2合乎谐振条件；3合乎阀值条件。