光纤通信技术知识点简要(考试必备)
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光纤通信.
1.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。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。包层为光的传输提供反射面和光隔离,并起一定的机械保护作用。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.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. 相对于单模光纤而言,突变型光纤和渐变型光纤的纤芯直径都很大,可以容纳数百个模式,所以称为多模光纤
3.光纤主要用途:突变型多模光纤只能用于小容量短距离系统。渐变型多模光纤适用于中等容量中等距离系统。单模光纤用在大容量长距离的系统。1.55μm 色散移位光纤实现了10 Gb/s容量的100 km的超大容量超长距离系统。色散平坦光纤适用于波分复用系统,这种系统可以把传输容量提高几倍到几十倍。三角芯光纤有效面积较大,有利于提高输入光纤的光功率,增加传输距离。偏振保持光纤用在外差接收方式的相干光系统,这种系统最大优点是提高接收灵敏度,增加传输距离。
4.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
5.几何光学法分析问题的两个出发点: 〓数值孔径〓时间延迟. 通过分析光束在光纤中传播的空间分布和时间分布. 几何光学法分析问题的两个角度: 〓突变型多模光纤〓渐变型多模光纤.
6.产生信号畸变的主要原因是光纤中存在色散,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.
7.色散是在光纤中传输的光信
号,由于不同成分的光的时间延
迟不同而产生的一种物理效
应. 色散的种类:模式色散、材
料色散、波导色散.
8. 波导色散纤芯与包层的折射
率差很小,因此在交界面产生全
反射时可能有一部分光进入包
层之内,在包层内传输一定距离
后又可能回到纤芯中继续传输。
进入包层内的这部分光强的大
小与光波长有关,即相当于光传
输路径长度随光波波长的不同
而异。有一定谱宽的光脉冲入射
光纤后,由于不同波长的光传输
路径不完全相同,所以到达终点
的时间也不相同,从而出现脉冲
展宽。具体来说,入射光的波长
越长,进入包层中的光强比例就
越大,这部分光走过的距离就越
长。这种色散是由光纤中的光波
导引起的,由此产生的脉冲展宽
现象叫做波导色散。
9. 偏振模色散:实际光纤不可避
免地存在一定缺陷,如纤芯椭圆
度和内部残余应力,使两个偏振
模的传输常数不同,这样产生的
时间延迟差称为偏振模色散或
双折射色散。
10. 损耗的机理包括吸收损耗和
散射损耗两部分。吸收损耗是
由SiO2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(如气泡)引起的散射产
生的。瑞利散射损耗是光纤的固
有损耗,它决定着光纤损耗的最
低理论极限。
11.光线的损耗:(1)吸收损耗:
a.本征吸收损耗:紫外吸收损
耗,红外吸收损耗b.杂质吸收损
耗c.原子缺陷吸收损耗(2)散
射损耗 a线性散射损耗:瑞利散
射,光纤结构不完善引起的散射
损耗(3)弯曲损耗 a.宏弯:曲
率半径比光纤的直径大得多的
弯曲 b.微弯:微米级的高频弯
曲,微弯的原因:光纤的生产过
程中的带来的不均;使用过程中
由于光纤各个部分热胀冷缩的
不同;导致的后果:造成能量辐
射损耗. 与宏弯的情况相同,模
场直径大的模式容易发生微弯
损耗
12. 柔性光纤的优点:1. 对光的
约束增强 2. 在任意波段均可实
现单模传输:调节空气孔径之间
的距离 3. 可以实现光纤色散的
灵活设计 4. 减少光纤中的非线
性效应5. 抗侧压性能增强
13. 光纤的制作要求(1)透明(2)
能将其拉制成沿长度方向均匀
分布的具有纤芯-包层结构的细
小纤维;(3)能经受住所需要
的工作环境。光纤是将透明材料
拉伸为细丝制成的。
14. 光纤预制棒简称光棒,是一
种在横截面上有一定折射率分
布和芯/包比的的透明的石英玻
璃棒。根据折射率的不同光棒可
从结构上分为芯层和包层两个
部分,其芯层的折射率较高,是
由高纯SiO2材料掺杂折射率较
高的高纯GeO2材料构成的,包
层由高纯SiO2材料构成。制作
方法: 外部气相沉积法;气相轴
相沉积法;改进的化学气相沉积
法;等离子化学气相沉积法。
15. 光缆基本要求:保护光纤固
有机械强度的方法,通常是采用
塑料被覆和应力筛选。光纤从高
温拉制出来后,要立即用软塑料
进行一次被覆和应力筛选,除去
断裂光纤,并对成品光纤用硬塑料进行二次被覆。二次被覆光纤有紧套、松套、大套管和带状线光纤四种,应力筛选条件直接影响光纤的使用寿命。
16. 光缆一般由缆芯和护套两部分组成,有时在护套外面加有铠装。1. 缆芯缆芯通常包括被覆光纤(或称芯线)和加强件两部分。被覆光纤是光缆的核心,决定着光缆的传输特性。加强件起着承受光缆拉力的作用,通常处在缆芯中心,有时配置在护套中。光缆的基本型式:层绞式骨架式中心束管式带状式 2. 护套护套起着对缆芯的机械保护和环境保护作用,要求具有良好的抗侧压力性能及密封防潮和耐腐蚀的能力。根据使用条件光缆可以分为:室内光缆、架空光缆、埋地光缆和管道光缆等。
护套通常由聚乙烯或聚氯乙烯(PE或PVC)和铝带或钢带构成。
18. 根据使用条件光缆可以分为:室内光缆、架空光缆、埋地光缆和管道光缆等19. 光缆特性 1.拉力特性 2. 压力特性3. 弯曲特性4. 温度特性20. 成缆对光纤特性的影响 1. 成缆的附加损耗 2. 成缆可以改善光纤的温度特性3. 机械强度增加21. 光纤的特性参数很多,基本上可分为几何特性、光学特性和传输特性三类。几何特性包括纤芯与包层的直径、偏心度和不圆度;光学特性主要有折射率分布、数值孔径、模场直径和截止波长;传输特性主要有损耗、带宽和色散。
22.(1) 损耗测量光纤损耗测量有两种基本方法:一种是测量通过光纤的传输光功率,称剪断法和插入法;另一种是测量光纤的
后向散射光功率,称后向散射
法。(2) 带宽测量光纤带宽测量
有时域和频域两种基本方法。时
域法是测量通过光纤的光脉冲
产生的脉冲展宽,又称脉冲法;
频域法是测量通过光纤的频率
响应,又称扫频法。 (3) 色散测
量光纤色散测量有相移法、脉冲
时延法和干涉法等。
23 光纤的熔接工艺步骤 (1) 将
待熔接的光纤端头切割成平整
且垂直于轴线的端
面; (2) 利用微调装置将两
根光纤调准直; (3) 利用电弧放
电将两根光纤熔接在一起。
24光纤熔接引起损耗的原
因 (1) 光纤轴线的横向相对误差
(错位);(2) 两根光纤的纤芯
直径不同;(3) 两根光纤的性能
参数不同;(4) 光纤端头之间的
相对距离; (5) 角向相对偏离。
25 光纤连接器是光纤技术应用
中使用量最大的光无源器件,和
光纤接头一样,光纤连接器也是
对两光纤端面进行对接,所不同
的是光纤接头是永久性的熔接,
而光纤连接器是临时性连接,具
有使用的灵活性。损耗是它们重
要的光学参数。
以下为光无源器件
26光纤连接器损耗的分类
(1) 插入损耗;(2) 回波损耗
27 光纤连接器的插损机理光
纤公差引起的固有损耗:主要由
光纤制造公差,即纤芯尺寸、数
值孔径及纤芯/包层同心度等。连
接器加工装配引起的固有损耗:
主要由光纤制造公差,即端面间
隙、轴线倾角及横向偏移等。
28 光纤连接器的回损机理光纤
端面菲涅耳反射引起的光能量
损耗。这种损耗发生在纤芯空气
交界面,有效的解决方法是设计
两个连接器的物理接触面。
29光纤连接器的损耗表达
式: NA引起的损耗端面间隙
引起的插损回波损耗主观因
素损耗:端面划伤、尘粒、定位
不准。
30 光纤连接器的组成由跳线、
尾纤或尾缆、适配器组成。
31. 光插头的组成 (1) 光纤或单
芯光缆(2) 插针体(3) 外部零件
32. 光纤连接器的技术指标:插
入损耗:光通过连接器后,光功
率损耗的大小;回波损耗:光通
过连接器后,后向反射光与入射
光的比值;重复性:重复插拔后
插损的变化值,1000次插拔后,
小于±0.1dB;互换性:插头和适
配器按一定的规则互换后,插入
损耗的变化值,互换性小于±0.2
dB。
33. 光纤连接器的分类(1) 按光
纤的模式分单模、多模光纤连接
器; (2) 按插针体的端面分端面
一般都是加工成球面、精抛球面
和斜球面等。PC、SPC、APC。
APC: 将端面抛磨成与插针体中
心线成80角。(3) 按连接器的类
型分 FC、SC、ST: 目前应用最
广泛的三种,体积比较大。FC: 螺
纹锁紧式SC: 插拔式/咬合式S
T: 卡口旋转锁
34 光纤耦合器是用来连接3个
或3个以上的光接点。光信号经
过光纤耦合器后,在多个输出端
口之间分配,降低了每个信号输
出端的信号强度。
35.光纤耦合器的性能参数
(1) 插入损耗(2) 耦合比(3) 附加
损耗(4)隔离度A(5)分光比
T
36. 光隔离器是只沿一个方向传
输的光器件,阻止了后向反射和
散射的光到达敏感器件,比如激
光器和光放大器,是一种光学单