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光纤通信复习资料必看

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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WDM？ 5、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。 （1）电通信的载波是电波，光纤通信的载波是光波。 （2）电通信用电缆传输信号，光通信用光纤传输信号。光缆具有比电缆更小的高频率传输损耗

3.基本光纤通信系统的组成和各部分作用。 基本光纤传输系统由光发射机、光纤线路和光接收机三个部分组成 1.光发射机 功能：是把输入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。 核心：光源。要求光源输出光功率足够大，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。

2. 光纤线路 功能：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。 光纤线路的性能主要由缆内光纤的传输特性决定。

3. 光接收机 功能：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。 核心：光检测器。对光检测器的要求是响应度高、噪声低和响应速度快。 光接收机把光信号转换为电信号的过程，是通过光检测器的检测实现的。检测方式有直接检测和外差检测两种。

第二章 1、光能量在光纤中传输的必要条件。 设折射率，纤芯为n1；包层为n2,则光能量在光纤中传输的必要条件是n1>n2。

2、突变多模光纤数值孔径的概念及计算。 1. 突变型多模光纤(全反射导光) (1)相对折射率指数差（纤芯和包层折射率分别为n1和n2） 定义： 弱导波光纤中n1和n2相差很少，则 n1+n2 =2 n1

定义临界角θc的正弦为数值孔径(Numerical Aperture, NA)。根据定义和斯奈尔定律 设Δ=0.01，n1=1.5，得到NA=0.21或θc=12.2°。 NA表示光纤接收和传输光的能力。 1）NA越大，纤芯对光能量的束缚越强，光纤抗弯曲性能越好。 2）NA越大 经光纤传输后产生的信号畸变越大

3、弱导波光纤的概念。 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。带宽只有10~20 MHz·km，一般用于小容量（8 Mb/s以下）短距离（几km以内）系统。

4、相对折射率指数差的定义及计算。 参考2

5、突变多模光纤的时间延迟。 现在我们来观察光线在光纤中的传播时间。根据图2.4，入射角为θ的光线在长度为L(ox)的光纤中传输，所经历的路程为l(oy)， 在θ不大的条件下，其传播时间即时间延迟为

式中c为真空中的光速。由式(2.4)得到最大入射角(θ=θc)和最小入射角(θ=0)的光线之间时间延迟差近似为

6、渐变型多模光纤自聚焦效应的产生机理。 渐变型多模光纤的光线轨迹是传输距离z的正弦函数，对于确定的光纤，其幅度的大小取决于入射角θ0， 其周期Λ=2π/A=2πa/ ， 取决于光纤的结构参数(a, Δ)， 而与入射角θ0无关。这说明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，这种现象称为自聚焦(SelfFocusing)效应。

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。 这是因为 (1)光线传播速度v(r)=c/n(r)(c为光速)，入射角大的光线经历的路程较长，但大部分路程远离中心轴线，n(r)较小，传播速度较快，补偿了较长的路程。

21

2121

2))((n

nnnn2

1

22212n

nn

有：

121

/)(nnn

2sin12221nnnNAC

)21(sec211111cLncLnc

ln

cLnNAcnLcnLc12121)(22

2 (2)入射角小的光线情况正相反，其路程较短，但速度较慢。所以这些光线的时间延迟近似相等。

7、突变光纤和平方律渐变光纤传输模数量的计算。

对于突变型光纤，g→∞，M=V2/2； 对于平方律渐变型光纤，g=2，M=V2/4。 8、归一化频率的表达式。 V= 见书22应该没有小于等于2.405的 9、单模条件和截止波长。 单模传输条件为 V= 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。由此得到

10、三种色散的定义。 模式色散是由于不同模式的时间延迟不同而产生的， 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)，其时间延迟不同而产生的。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。

11、3dB带宽的表达式及相关计算。 （1）用脉冲展宽表示时， 光纤色散可以写成 Δτ=(Δτ2n+Δτ2m+Δτ2w)1/2 式中Δτn、Δτm、Δτw分别为模式色散、材料色散和波导色散所引起的脉冲展宽的均方根值。 将归一化频率响应|H(f)/H(0)|下降一半或减小3dB的频率定义为光纤3dB光带宽f3 dB

f3 dB= 课本是441（分子） 12、光纤损耗产生的机理。 光纤的损耗在很大程度上决定了系统的传输距离。 各种机理产生的损耗与波长的关系，这些机理包括吸收损耗和散射损耗两部分。 （1）吸收损耗 1）SiO2引起的固有吸收（本征损耗） 由电子跃迁引起的紫外吸收；由分子振动引起的红外吸收

2)2()2(2122vggnkaggM405.222221nna

405.222221nna

C

2.405V405.2cCV或

)(440ZMH

405.222221nna 2）杂质引起的吸收。 过渡金属(例如Fe2+、Co2+、Cu2+)、氢氧根(OH-)离子 （2）散射损耗 1）瑞利(Rayleigh)散射（本征损耗） 主要由材料微观密度不均匀引起，与波长λ四次方成反比。 2）由光纤结构缺陷(如气泡)引起的散射

13、非零色散光纤。 是一种改进的色散移位光纤。在密集波分复用(WDM)系统中，当使用波长1.55 μm色散为零的色散移位光纤时，由于复用信道多，信道间隔小，出现了一种称为四波混频的非线性效应。这种效应是由两个或三个波长的传输光混合而产生的有害的频率分量，它使信道间相互干扰。如果色散为零，四波混频的干扰十分严重，如果有微量色散，四波混频反而减小。这种光纤在密集波分复用和孤子传输系统中使用，实现了超大容量超长距离的通信

14、光缆缆芯的结构类型。 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。光缆一般由缆芯和护套两部分组成，光缆的传输特性取决于被覆光纤。 1.缆芯通常包括： 被覆光纤(或称芯线) 加强件 通常用杨氏模量大的钢丝或非金属材料例如芳纶纤维(Kevlar)做成。 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 缆芯结构的特点，光缆可分为四种基本形式。 （1）层绞式 把松套光纤绕在中心加强件周围绞合而构成，采用松套光纤的缆芯可以增强抗拉强度，改善温度特性 （2）骨架式 把紧套光纤或一次被覆光纤放入中心加强件周围的螺旋形塑料骨架凹槽内而构成。这种结构的缆芯抗侧压力性能好，有利于对光纤的保护。 （3）中心束管式 把一次被覆光纤或光纤束放入大套管中，加强件配置在套管周围而构成。这种结构的加强件同时起着护套的部分作用，有利于减轻光缆的重量。 （4）带状式 把带状光纤单元放入大套管内， 形成中心束管式结构，也可以把带状光纤单元放入骨架凹槽内或松套管内， 形成骨架式或层绞式结构。带状式缆芯有利于制造容纳几百根光纤的高密度光缆，这种光缆已广泛应用于接入网。

15、光纤特性参数的测量方法。（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。）每个特性参数有多种不同的测量方法 基准法：严格按照定义进行测量的方法。 替代法：在某种意义上与定义相一致的测量方法。 当两者有争议时，应以基准法为准。 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。 （看书）

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光纤通信期末复习提纲——光纤资料文档

光纤通信期末复习提纲——光纤资料文档

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.

光纤通信复习.

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。

光纤通信重要知识点总结

光纤通信重要知识点总结

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”。

光纤通信基础知识

光纤通信基础知识

光纤类型
G.652
在1310nm波长窗口色散性能最佳，应用广泛
G.653
在1550nm波长衰耗和色散皆最小，但受四波混频效应限制
G.654
1550nm损耗最小，用于长再生中继距离的海底光缆
G.655
适用于WDM系统，克服了G.652和G.653的缺陷
光纤通信系统
基本组成
光发送机（信号调制器、光源）、光接收机（光电探测器、解调器）、光纤回路
光纤通信基础知识
类别
知识点
详情
光纤通信概念
定义
以光作为信息载体，利用光纤传输携带信息的光波，达到通信目的
信息载体
光波（红外线波段）
光波传输原理
折射与反射
光从一种物质射向另一种物质时，在两种物质的交界面会发生折射和反射
全反射条件
由光密介质传输到光疏介质，且入射角大于或等于全反射临界角
光纤结构
组成部分
纤芯（高纯度二氧化硅，光密介质）、包层（二氧化硅，光疏介质）、涂覆层（树脂涂层，保护光纤）
典型尺寸
纤芯：9~10微米（单模）、50或62.5微米（多模）；包层直径：125微米
光信号传输
工作波长
850nm（多模传输）、1310nm和1550nm（单模传输）
传输损耗
1310nm窗口每公里衰减：0.4dB/km；1550nm窗口每公里衰减：0.25dB/km
色散影响
会使在光纤中传输的数字脉冲展宽，引起码间干扰，降低信号质量
其他设备
光中继器（复原波形、加大光强）、信号复用器与解复用器
光纤通信优点
通信容量
大，一根光纤可传输的信息量远高于传统通信方式
中继距离
长，可达数百公里以上，特别适用于长途通信