光纤通信复习资料

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（

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。

芯包折射率差值=（n1的平方-n2的平方）/2n1的平方=（n1-n2）/n1,n1为纤芯折射率n2为包层折射率

4为了使分析具有一般性，引进几个无量纲变量。令V的平方=（k0*a）的平方（n 1-n2）的平方，式中 a 为纤芯半径， V 称为归一化频率。 b=（B 的平方 /k0 的平方 -n2 的平方）/（n1 的平方 -n2 的平方）,这是归一化传播常数，它随频率的变化衡量光纤的色散特性0<=b<=1 ， b=0 时模截止， b=1 时极端情况。在多模阶跃光纤导模数 M=V 的平方 /2，在多模梯度光纤导模数 M=V

的平方 /4。对导模传输条件： kOn2<=B<=kOn1, 则 O<=b<=1, 当 b=O 时 B=kOn2,m=O 模截止。

5当阶跃光纤的归一化频率

V<2.405时实现单模传输，单模光纤中传输的是 LP01模,LP01

模无截止现象。 6单模传输的条件：对于阶跃光纤归一化频率 V<2.405即可实现单模传输，因为 Vc=根号下

（k0a ）的平方（n1的平方-n2的平方）=k0a 根号下（n1的平方-n2的平方）=2波长an1根号下2倍 的芯包折射率差值/波长c=2.405,所以波长c=2Pln1a 根号下2倍的芯包折射率差值/Vc=2.6n1a 根号下2倍的芯包折射率差值 当波长 >波长c 时为单模传输。

7 单模光纤中的光束实际上没有严格的横截面边界的，但中心部分最强。单模光纤中的横向

场分布为高斯场分布：E （r ）=E （O ）exp （-r 的平方/wO 的平方）.E （O ）为中心场强，2w0为场强下降到 E （0）/e 点的宽度，称模场直径。模场直径是指基模场强在空间上分布的集中程度。归一化模

场半径 wO/a=O.65+1.619V 的-1.5次方 +2.879V 的-6 次方

8 在单模光纤中实质上传输偏振方向互相垂直的两个模式

LPO1X 和 LPO1Y 。在理想的单模 光纤中，这两个模式传播常数 Bx=By,这两个模式完全兼并，但实际的单模光纤中总可能存

在一定的不完善， 光纤内部残余应力， 光纤弯曲扭转等引起的折射率分布各向异性， 和

LPO1Y 模的兼并被破坏，这就是单模光纤的模式双折射。

9 在光纤内部引起光纤损耗的主要机理是光能量的吸收损耗散射损耗及辐射负耗， 与光

纤材料有关； 散射与光纤材料及光波导中的结构缺陷非线性效应有关； 几何形状的扰

动关系，吸收与散射损耗是光纤材料所固有的。 1O 引起光纤损耗的主要机理是：材料吸收 （紫外吸收，红外吸收，杂质吸收 散射，波导散射，非线性损耗 ）辐射损耗 （由光纤的弯曲造成 ） 11 色散是导模在不

同群速度下引起的，包括：模间色散：多模光纤中由于各个导模之间群 速度不同导致模间色散， 在发送端多个导模同时激励时， 各个导模具有不同的群速到达接收 端时刻不同（单模光纤没有模间色散） ； 波导色散：某个导模在不同波长下的群速率不同引起的色散； 材料色散：这是由于光纤材料的折射率随光频率随着光频率呈非线性变化而光源有一定谱 宽，于是不同的波长引起不同的群速率； 偏振模色散：单模光纤中的不对称性，造成两个偏振模的群时延不同从而导致偏振模色散 单模光纤没有模间色散， 波导色散与材料色散是主要的； 多模光纤模间色散与材料色散是主 要的，波导色散可忽略不计。

12单模光纤的种类：（1）G.652 零色散波长为1.3um,低色散,损耗高；（2）G.653零色散波长为

1.55um 低损耗低色散如色散位移光纤 DSF （3）G.655零色散波长为1.525um 和1.585um ，低损 耗低色散如非零色散位移光纤 NZ-DSF （4）G .654低损耗广信（5）全波光纤:利用OH-吸收，消除 光纤里的损耗 13光纤中的非线性效应将主要归结为三阶非线性效应，主要有受激拉曼散射

SPS 、受激布

里渊散射SBS 、四波混频FWM 及自相位调制 SPM 。单模光纤中的这些非线性效应可分为是 LP01X 吸收损耗 辐射则与光纤的

）散射损耗 （瑞利