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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。光纤通信原理复习资料-第一章*激光的突出优点：为高度相干光；单色性好，波谱宽度窄；方向性极好；输出功率大。*模拟信号与数字信号模拟信号信号幅度电平随时间连续变化。技术指标：传输带宽、传输信噪比（SNR）或传输载噪比（CNR）、非线性等。频域特征：带宽、中心频率、幅度及幅度范围等。数字信号信号电平随时间周期呈离散分布。时域特征：信号的编码形式、幅度、脉宽以及上升与下降时间等。比特时间TB：每个码持续的时间。比特率B：每秒钟的比特数。B=1/TB问题1：将模拟信号转换成数字信号传输，对信道带宽的要求将增加许
2、多倍。-解决方法：光纤具有巨大带宽资源问题2：宽带模拟信号的数模转换困难。-解决方法：光纤通信采用数字和模拟两种传输方案*直接调制：用电信号直接调制光源的驱动电流，使输出光随电信号变化而实现调制。优点：技术简单，成本较低，容易实现。缺点：调制速率较低，受激光器的频率特性限制。*间接调制：把激光的产生和调制分开，用独立的调制器调制激光器的输出光。优点：调制速率高。缺点：技术复杂，成本较高。使用场合：大容量的波分复用和相干通信系统。第二章*光纤的结构纤芯的作用光波主要传输通道。包层的作用为光的传输提供反射面和光隔离；提供一定的机械保护，使光纤的传输性能稳定。涂敷层的作用保护光纤不受水汽的侵蚀和机械
3、擦伤，同时增加光纤的柔韧性。*渐变性折射率光纤虽然沿光纤轴线传输路径最短，但轴线上折射率最大，光传播最慢。斜光线大部分路径在低折射率的介质中传播，虽然路径长，但传输快。通过合理设计折射率分布，不同入射角度入射的光线以相同的轴向速度在光纤中传输，同时到达输出端，即所有光线具有相同的空间周期，从而降低模间色散。*光纤中波动方程的解与模式光纤中的模式为波动方程的一个特定解。满足一定的边界条件，空间分布不随传播方向而发生变化。光纤中的模式分为：导模；泄漏模；辐射模。导模：也称为约束模式。经历全反射，被局限在光纤纤芯中的模式。泄漏模：部分约束于纤芯内，沿光纤传播时振幅会发生变化。功率由于连续辐射而发生衰
4、减。辐射模：也称为折射模式。不发生全内反射，这种模式的光会传播到纤芯之外。光在波导表面发生折射，由于包层半径有限，从纤芯辐射出去的部分光被包层俘获，形成所谓的包层模。当纤芯模以及包层模同时沿光纤传播时，出现两种模式的耦合，引起纤芯模的功率损耗。光纤中的信号能量只能由导模携带。*光纤中波动方程的解与模式关系总结为：（1）每一个LP0n由HE1n导出。（2）每一个LP1n由TE0n、TM0n、HE2n导出。LP模式是传输模式在弱导条件下的近似解。若将HE、EH模式线性叠加，可以得到直角坐标系下的线偏振模LP模。（3）每一个LPmn由HEm+1,n和EHm-1,n导出。由于每一个HEmn和EHmn都
5、有两个不同的偏振方向，则LP0n的简并度为2，LPmn的模式简并度为4。简并：不同的模式有不同的场结构，但如果它们具有相同（相近）的传输常数，就认为这些模式是简并的。归一化频率V越大，能够传播的模式数就越多：V值较高的光纤可以支持较多的模式，称为多模光纤。模式数目随V的减小快速减少。V=5，7个模式。当V小于某个值，除HE11模式外，所有模式被截止。只支持一个模式（基模）的光纤被称作单模光纤。*光纤中可传播的模式数M与V的关系：*双折射现象带来的影响：如果纤芯是理想圆柱形，这两个正交的模式将以相同的速度传播，并同时到达输出端。如果圆柱对称性出现了改变，这两个模式就会以不同的速度传播，导致脉冲展
6、宽。偏振的不确定性对相干通信系统对信号的检测、接收将产生不良影响。*波导色散：产生原因：与光纤波导效应有关，取决于波导尺寸以及纤芯与包层的相对折射率差。单模光纤中，携带信息的光脉冲在纤芯和包层间分布：主要部分在纤芯中传输，剩余部分在包层中传播。纤芯和包层拥有不同折射率，两个部分以不同的速度传播。光被限制在一个拥有不同折射率的结构纤芯和包层的组合中传播，脉冲会扩展。注意：即使光纤材料没有色散特性，波导色散也会发生。纯波导色散仅因为将光限制在一个特定的结构中而产生。波导色散与波长的关系：波长越长，模场半径越大，同时包层中所传播的总脉冲功率的分量就越大。脉冲的包层部分比纤芯部分传播更快，因为包层的折
7、射率比纤芯的折射率要小。因此，波长越长，包层中的脉冲分量引起展宽就越大。*光纤的制备工艺气相氧化法：气相轴向沉积法（VAD）原理：石英玻璃微粒从喷灯口出来后沉积在一根石英玻璃棒横切端面上，玻璃棒同时作为输送杆。在输送杆沿轴向向上移动过程中，一根疏松预制棒即沿轴向生成。输送棒在向上移动的同时也匀速旋转，以保证沉积的预制棒具有轴对称性。疏松预制棒在向上移动的过程中经过一环形加热熔融区后即生成光纤预制棒。优点：1.预制棒不再具有空洞2.预制棒可以任意长3.沉积室和熔融室紧密相连，可以保证制作环境清洁4.单模光纤所含的OH-较低，因此损耗较低在0.20.4dB/km。*光纤损耗的测量剪断法：优点：准确
8、度高，测量设备简单。缺点：测量方法具有破坏性，不适用于在线测试和测量已建成的光纤线路。插入法：优点：可以根据工作环境，灵活运用。缺点：测量中需要光纤多次连接替换，测量精度较低，需要修正连接损耗。后向散射法：原理：光源发出一个窄脉冲光信号，通过光纤耦合器注入到光纤中。瑞利散射光中有一部分传输方向与入射光相反，这部分后向散射光通过耦合器进入光电探测器，经过处理得到后向散射测量曲线。光时域反射仪（OTDR）：是利用后向散射法的原理设计的测量仪器。用途：测量光纤损耗系数、光纤长度、连接器/接头损耗。观察光纤沿线的均匀性，确定故障点的位置。优点：采用单端输入和输出，不破坏光纤，使用方便。第三章*半导体光
9、电器件的工作原理：半导体光源：在注入电流作用下，电子从低能态跃迁到高能态，形成粒子数反转，电子再从高能态跃迁到低能态产生光子而发光。半导体光检测器：注入光作用下，电子从低能态跃迁到高能态，并在外加电场作用下形成光生电流。半导体光源和光检测器优点：体积小；效率高；可靠性高；工作波长与光纤低损耗窗口相对应；便于光纤耦合；调制速率高。*同质结和双异质结：同质结：有源区对载流子和光子的限制作用很弱；载流子复合范围宽，载流子浓度低，发光效率不高。异质结：带隙差形成的势垒将电子和空穴限制在激活区复合发光；折射率使光场（光子）有效地限制在激活区。同质结：几乎所有直接带隙半导体材料都可以制成同质结，通过自发辐
10、射发光；异质结：要求：为了减小晶格缺陷，两种材料的晶格常数应匹配。方法：通过将二元半导体材料的某些原子用其他原子代替，制成三元或四元半导体材料。晶格常数近似相等，带隙能量不同结果：不同半导体材料构成的光源和光检测器具有不同发光波长和检波波长。*LEDLED主要用于短途、低速率的本地网。*LD宽面半导体激光器:结构最简单的LD：一个薄的带隙能量较低的有源层夹在带隙能量较高的P型和N型限制层中间。特点：正向电流沿整个结平面注入;光子和载流子在垂直方向受到限制，但是在平行方向没有受到限制，输出椭圆形光斑；缺点：电流在大面积注入，阈值电流高。且随沿激光器整个宽度上都存在光辐射，因此损耗大，且随电流发生
11、不能控制的变化。LD的温度特性：阈值电流随温度按指数增长（阈值电流和输出功率对温度很敏感，实际应用中采用热电制冷器对LD冷却和温度控制）；发射波长随着温度发生变化；（原因：温度的变化改变材料的带隙和折射率。结果：随着温度的增加，激光器的输出波长向长波长方向漂移。）LD调制特性：激光模式与光场分布：LD的横模：是一种稳定的电磁场分布，为激光器输出能量在横向上的稳定的分布。LD基模的近场和远场分布均可拟合为高斯分布。近场分布-通常为横椭圆形状。远场分布-是激光器发散角的一种度量，对激光与光纤的耦合有重要影响。纵模特性：m不同，不同的频率对应不同的纵向模式，*PN光电二极管：工作原理：反向偏压下的P
12、N结，势垒区内几乎没有自由载流子，内建电场阻止电子从N区到P区，空穴从P区到N区；当有光入射，通过吸收光产生电子空穴对，并在内建电场作用下，电子和空穴分别漂移到N侧和P侧，产生与照射光功率成比例的电流流动；功率在势垒区外也被吸收，只有势垒区内被吸收的光才能产生光生电流。重要技术指标：响应时间-带宽特征；转换效率-光电转换的量子效率；*PIN半导体光电二极管结构：在PN结中间引入一层本征（或轻掺杂）半导体材料I区。工作原理：由于I层很厚，并且具有较高电阻，电压基本上落在该区，势垒区宽度增加，入射光容易进入材料内部被充分吸收而产生电子空穴对，大幅度提高了光电转换效率。两侧P和N层很薄，吸收入射光比
13、例小。结果：光生电流中漂移分量占支配地位，减小扩散运动影响，提高了响应度。PIN光电二极管势垒区宽度可通过控制I区厚度根据实际需要改变。势垒区宽度的影响：较高的势垒区宽度W可以获得较高响应度。（原因：W越大，越多光被吸收）随着W增大，渡越时间也会增大，使PIN响应速度（带宽）下降。W需要在响应度和响应带宽之间进行最佳化。*APD雪崩光电二极管：工作原理：APD对光电流的放大基于电离碰撞效应。当光入射到PN结时，光子被吸收产生的一次电子空穴对在高电场区获得足够能量而加速运动；被加速的电子和空穴与晶格碰撞，使晶格原子电离，产生的二次电子空穴对再和原子碰撞；如此多次碰撞，产生连锁反应，致使载流子雪崩
14、式倍增。-雪崩倍增效应结果：由光吸收产生的一对电子-空穴对可以形成大量的电子-空穴对，得到较大的二次光电流，这样APD就获得了内部增益，提高了响应度。增益的大小由材料的碰撞电离系数和施加的加速电场决定。碰撞电离系数又与半导体材料及电场有关。APD的响应度比PIN提高了M倍。关于APD噪声的结论：倍增效应将噪声电流也放大了，放大倍数为2。雪崩效应的随机性引起附加噪声增加的倍数为x。噪声功率与x+2成正比，信号功率与2成正比。APD的x值一般在0.31之间。x=0，x1，是理想情况。*APD和PIN使用场合：PIN：广泛应用于光纤通信系统。在灵敏度要求不高的场合，一般都采用PIN。APD：在光接收
15、机灵敏度要求较高的场合，采用APD。如：小信号测量。第四章*光调制模拟信号调制：直接用连续的模拟信号对光源进行调制。数字信号调制：主要指PCM编码调制。先将连续变化的模拟信号通过取样、量化和编码，转换成一组二进制脉冲代码。用矩形脉冲的有（“1”码）、无（“0”码）来表示信号。将电信号转变为光信号的方式通常有两种：直接调制：将模拟或数字信号放大直接调制LD或LED的驱动电流，实现对输出光功率的调制。调制后光波振幅的平方比例于调制信号（强度调制）。优点：简单、经济、容易实现。缺点：受到LD输出功率、带宽和频率啁啾的限制。应用场合：小功率（小于20mW）、较低速率（小于2.5Gbps）和较低带宽（小
16、于2.5GHz）间接调制：通过驱动电路驱动外调制器（波导调制器或电吸收调制器）对稳定的激光光源进行调制。优点：啁啾小，调制速率高。缺点：技术复杂，成本较高。应用场合：大于10Gbps速率或40GHz以上的模拟带宽目前技术上成熟并在实际通信系统得到广泛运用的是直接光强调制。*功率与带宽的设计：设计步骤：确定系统设计要求达到的技术指标和应满足的性能指标。技术指标：比特率、中继距离性能指标：误码率（BER10-9）或信噪比根据设计指标要求，决定工作波长和光纤类型。850nmBL积小、成本低；B100Mb/s,L200Mb/s（长距离系统）设计收发光端机的发射光功率和灵敏度以及收发系统的带宽。第五章*
17、模拟光纤通信系统：通过光纤信道传输模拟信号的通信系统。应用领域：当系统是受带宽限制而不是损耗限制，以及终端设备的价格为主要的考虑因素。例如：微波多路复用信号传输、用户环路应用、视频分配、天线遥感和雷达信号处理等主要缺点：对光源功率特性的线性要求、对系统信噪比的要求都比较高；由于噪声的累积，模拟光纤通信系统的传输距离较短。光发射机：光源：LED、LD调制：直接强度调制、脉冲频率调制、方波频率调制、副载波AM、FM及PM调制等调制方式。光纤：单模光纤：在通带内应有平坦的幅度响应和群时延响应以消除非线性失真，同时均衡模分配失真造成的带宽限制。光接收机：光放大器：注意ASE模拟光纤传输系统主要调制方式
18、：基带光强调制（BB/IM）；脉冲调制光强调制；频分复用光强调制；副载波调幅-光强调制（AM/IM）副载波调频-光强调制（FM/IM）。模拟基带直接光强调制（D-IM）：基带信号：模拟信号没有经过任何电的调制。比如音频信号、视频信号和雷达信号。基带直接光强调制：用承载信息的模拟基带信号直接对光源（LED或LD）进行光强调制，使光源的输出光功率随时间变化的波形与输入模拟基带信号的波形成比例。特点：采用一根光纤传输一路电视信号的方式。优点：设备简单、价格低廉。短距离传输缺点：为了获得高的传输质量，需要较高信噪比，即接收灵敏度低。对光源线性度要求高，一般需要补偿。对于广播电视节目：视频信号带宽(最高
19、频率)是6MHz，加上调频的伴音信号，这种模拟基带光纤传输系统每路电视信号的带宽为8MHz。用这种模拟基带信号对发射机光源（线性良好的LED）进行直接光强调制时：若光载波波长为0.85m，传输距离不到4km；若为1.3m，传输距离也只有10km左右。脉冲调制-光强调制：原理：首先用原始模拟基带信号对脉冲载波进行预调制，然后用脉冲载波再对光源进行调制。特点：通过扩展信号带宽，提高传输质量的一种预调制强度调制方式。由于光纤的带宽极宽，因而这种预调制所增加的带宽对光纤通信来说不存在任何问题。包括：脉冲调幅（PAM）、脉位调制（PPM）、脉宽调制（PWM）、脉冲间隔调制（PIM）、脉冲频率调制（PFM
20、）、以及方波频率调制（SWFM）。在这些调制方式中，除PAM外均不受光源非线性的影响，可进行高质量的传输，有些方式（如SWFM、PFM、PIM）非常适合光纤模拟视频信号的传输。频分复用光强调制：原理：将基带模拟信号调制在副载波上，然后将多路副载波混合成射频信号，通过天线、电缆或光纤传输，在接收端对副载波信号进行解调还原得到基带模拟信号。副载波复用SCM（Subcarriermultiplexing）副载波：传统意义上的载波是光载波，为区别起见，把受模拟基带信号预调制的RF电载波称为副载波。包括：副载波调幅-光强调制（AM/IM）；副载波调频-光强调制（FM/IM）。副载波调幅-光强调制：原理：
21、原始电信号先对某一电载波进行调幅，然后再对光源进行调制。残留边带调幅（AM-VSB）副载波复用SCM好处：回避了对基带信号的直接传输，采用更高频率的副载波通过调幅、调频或调相传输基带模拟信号。通过牺牲一定的带宽，换取了较小的相对带宽和较大的动态范围。副载波复用SCM典型系统：有线电视传输系统；电视卫星转发器；电视广播系统；微波通信系统。第六章*什么是网络自愈功能：网络自愈是指当业务信道损坏导致业务中断时，网络会自动切换到备用业务信道，使业务能在较短时间内（ITU-T规定为50ms以内）得以恢复正常传输。注意：这里仅是指业务得以恢复，而发生故障的设备和发生故障的信道还是需要人去修复。为达到网络自
22、愈功能，需要：设备具有DXC功能（完成将业务从主用信道切换到备用信道）、冗余的信道（备用信道）、冗余设备（备用设备）。*何谓通道和段？例如，STM-1信号可复用进632Mb/s的信号，那么可将STM看成一条传输大道，在这条大路上又分成了63条小路。每条小路通过相应速率的低速信号，就相当于一个低速信号通道。通道开销的作用就可以看成监控这些小路的传送状况。这63个2M通道复合成STM-1信号这条大路此处可称为“段”。*RSOH和MSOH的区别？监管的范围不同。RSOH是对相应的段进行监控，对应一个大的范围是对相应的段进行监控，对应一个大的范围STM-N。MSOH是对相应的层进行监控，对应这个大的范
23、围中的一个小是对相应的层进行监控，对应这个大的范围中的一个小的范围STM-1。*管理单元指针（AU-PTR）：用来指示信息净负荷的第一个字节在STM-N帧内准确位置的指示符，以便接收端根据这个指针值所指示的位置找到信息净负荷。管理单元指针位于STM-N帧中第4行的9N列，共9N个字节。对于STM-1：AU-PTR有9个字节（第4行），容量：988000=0.576Mb/s。指针有高低阶之分。高阶指针是AU-PTR，低阶指针是TU-PTR（支路单元指针）。TU-PTR的作用类似于AU-PTR，只不过所指示的单元更小一些而已。采用指针方式是SDH的重要创新，消除了PDH的延时和性能损伤。*SDH的
24、帧结构小节：STM-N帧结构：9270N字节/帧；段开销：39N字节/帧RSOH；59N字节/帧MSOH；信息载荷：9261N字节/帧；指针管理单元：9N字节/帧；字节发送顺序：由上往下逐行发送，每行先左后右。*SDH的复用情况将低阶的SDH信号复用成高阶的SDH信号通过字节间插复用方式来完成，在复用过程中保持帧频不变，高一级的STM-N信号是低一级的STM-N信号速率的4倍。在进行字节间插复用过程中，各帧的信息净负荷和指针字节按原值进行间插复用，而段开销则会有些取舍。将低速的支路信号（如PDH的2Mbps、34Mbps和140Mbps数据流为主）和高速的信号（大于140Mbps的数据流），复
25、用成SDH的STM-N信号。既能满足异步复用，又能满足同步复用，而且能方便地由高速STM-N信号分/插出低速信号，同时不造成较大的信号时延和滑动损伤。步骤：映射（相当于信号打包）、定位（相当于指针调整）、复用（相当于字节间插复用）*SDH的基本复用单元信息容器C：将常用的PDH信号适配进入标准容器。各种不同速率的业务信号（PDH信号）首先通过码速调整等适配技术被装进一个适当的标准容器。装载了信息的标准容器作为其后接入基本单元虚容器的信息净负荷。虚容器VC：用来支持SDH通道层连接的信息结构。由信息净负荷（信息容器C-n输出）和通道开销（VC-nPOH）组成，即VC-n=C-n+VC-nPOH。
26、虚容器分成低阶虚容器（VC-11，VC-12，VC-2和AU-4中的VC-3）和高阶虚容器（VC-4,AU-3中的VC-3）。虚容器是SDH中可以用来传输、交换、处理的最小信息单元，是SDH通道的信息终端。除在网络边界处外，虚容器在SDH网中传输时保持完整不变。可以作为一个独立实体在通道中任一点插入或取出，十分方便和灵活地进行同步复接和交叉连接处理。VC的输出将作为其后接入基本单元TU或AU的信息净荷。VC帧起点的定位由相应指针值提供。支路单元（TU）和支路单元组（TUG）支路单元TU：提供低阶通道层和高阶通道层之间适配的信息结构。STM-N中有TU-11，TU-12、TU-2、TU-3四种支
27、路。TU-n分别由一个相应的低阶虚容器（VC-n）和支路单元指针（TU-nPTR），用于指示VC-n净荷起点相对于高阶VC帧起点间的偏移）组成，即TU-nVC-nTU-nPTR。支路单元组TUG：在高阶VC净荷中固定占有规定位置的一个或多个支路单元的集合。有TUG-2（1个TU-2或3个TU-12或4个TU-11字节交错间插复用）和TUG-3（1个TU-3或7个TUG-2）两种。将不同规则的TU复用进一个TUG可增加传送网络的灵活性。管理单元（AU）和管理单元组（AUG）管理单元AU：提供高阶通道层和复用段层之间适配的信息结构。AU-n有AU-3、AU-4两种。AU-n由一个相应的高阶虚容器（
28、VC-n）和管理单元指针（AU-nPTR，用于指示VC-n净荷起点相对于复用段帧起点间的偏移）组成，即AU-nVC-nAU-nPTR。管理单元组AUG：在STM-N净荷中固定占有规定位置的一个或多个管理单元的集合。一个AUG由一个AU-4或3个AU-3按字节交错间插复用而成。AUG加上SOH组成STM-1信号。*SDH映射工作模式：浮动VC模式：VC净荷在TU内的位置不固定，由TU-PTR指示其起点位置。优点：不需要滑动缓存器就可以实现同步；引入的信号延时最小；安排通道开销，进行通道性能的端到端监测。锁定TU模式：信息净荷与网同步并处于TU帧内的固定位置。优点：省去了TU-PTR；缺点：需要滑
29、动缓存器容纳频差和相位差；引入较大的信号延时；不能进行通道性能的端到端监测。*开销：例如对2.5G系统的监控，再生段开销对整个STM-16信号监控，复用段开销细化到其中16个STM-1的任一个进行监控，高阶通道开销再将其细化成对每个STM-1中VC4的监控，低阶通道开销又将对VC4的监控细化为对其中63个VC12的任一个进行监控。由此实现了从对2.5Gbit/s级别到2Mbit/s级别的多级监控手段。*指针作用：就是定位。通过定位使收端能正确地从STM-N中拆离出相应的VC，进而通过拆VC的包封分离出PDH低速信号，也就是实现从STM-N信号中直接下低速支路信号的功能。TU或AU指针可以为VC
30、在TU或AU帧内的定位提供了一种灵活动态的方法。TU或AU指针不仅能够容纳VC和SDH在相位上的差别，而且能够容纳帧速率上的差别。第七章*空分复用(SDM)基本思想：利用空间分割，根据需求构成不同信道进行光复用。例如：两根光纤可以构成两个不同信道，或是构成不同传输方向的系统。目前普遍采用的最简单、最早采用的复用方式。向多路空分复用发展；N对光纤可以增加N倍的传输容量。*目前，“掺铒光纤放大器（EDFA）+密集波分复用（WDM）+非零色散光纤（NZDSF）+光子集成（PIC）”正成为国际上长途高速光纤通信线路的主要技术方向。*波分复用器光纤波分解复用器原理：对于波长1的信号，光纤a的输出最大时，
31、光纤b的输出为0；对于2信号，当光纤a的输出为0时，b的输出最大。第八章*光放大器的性能指标：增益谱宽和放大器带宽、增益饱和与饱和输出光功率、光放大器噪声。*增益饱和：当P增大至可与Ps相比拟时，g()随着P增大而减小，同时放大器增益G()也减小。*光放大器的分类和特征半导体光放大器：原理：半导体激光器芯片两端镀上增透膜形成行波放大器。优点：单程增益高（载流子浓度高），小型化，容易与其他半导体器件集成。缺点：性能与光偏振方向有关与光纤的耦合损耗大。掺杂光纤放大器：原理：掺杂离子在泵浦光作用下形成粒子数反转分布，当有入射光信号通过时，实现对入射光信号的放大作用。优点：掺铒与掺镨光纤放大器具有增益
32、高、噪声低、频带宽、输出功率高等优点，具有广泛的应用前景。掺杂光纤放大器的特性主要由掺杂元素决定：掺铒(Er)光纤放大器(EDFA)：工作波长1550nm；掺镨(Pr)、掺钕(Nd)光纤放大器：1300nm；掺铥(Tm)光纤放大器(TDFA)：1400nm。非线性光纤放大器原理：利用光纤中的非线性效应，如受激拉曼散射（SRS）和受激布里渊散射（SBS）实现对光信号的放大。特点：需要对光纤注入泵浦光，泵浦光能量通过SRS或SBS传送到信号上，同时部分能量转换成分子震动（SRS）或声子（SBS）。分类：喇曼光纤放大器（FRA）泵浦光与信号光可同向或反向传输，增益带宽约为6THz。布里渊光纤放大器（
33、FBA）泵浦光与信号光只能反向传输，增益带宽相当窄，为30100MHz。*SOA的结构：*降低端面反射的结构：减反膜+倾斜有源区激活区端面制作成具有一定的角度，反射得到降低。与增透膜结合，反射率R10-3。窗面结构在激活区与端面之间有一个透明区，来自激活区的光束在经端面反射之前发生发散，反射之后发散更为严重，只有极少部分的光返回到激活区中。与增透膜结合，可使反射率R10-4。*半导体光放大器的性能：噪声系数：影响因素：自发辐射噪声反转数因子；非辐射损耗腔中自由载流子吸收和散射等腔内损耗使增益降低；比理想值大，典型值：5dB7dB。放大器端面剩余反射率引起噪声系数增加。偏振相关：定义：放大器的增
34、益随输入信号光的偏振态而变化的特性。起因：有源层横截面呈扁长方形，对横向和竖向光场的约束不同。解决方法：从放大器设计着手，采用宽度和厚度可比拟的有源层设计；从使用方法上着手，将两个相同的放大器组合或使信号两次通过同一放大器。*掺铒光纤放大器工作原理与技术特点信号光与波长较其短的光波(泵浦光）同沿光纤传输，泵浦光的能量被光纤中的稀土元素离子吸收而使其跃迁至更高能级，并可通过能级间的受激发射转移为信号光的能量。信号光沿光纤长度得到放大，泵浦光沿光纤长度不断衰减。EDFA工作原理：铒离子有三个能级：能级1代表基态。能级2是亚稳态。能级3代表激发态。当泵浦光的光子能量等于能级3和能级1的能量差时，Er
35、3+吸收泵浦光从基态跃迁到激发态。激发态不稳定，Er3+很快返回到能级2。如果输入的信号光的光子能量等于能级2和能级1的能量差，处于能级2的Er3+将跃迁到基态，产生受激辐射光，信号光得到放大。*增益特性：小信号增益：在开始阶段放大器小信号增益恒定，当信号功率达到30dBm左右时，增益开始随信号功率的增加而下降，这是EDFA出现增益饱和的缘故。饱和输出功率：依放大器的设计不同而不同，典型值为1020mW。对于大功率EDFA功率放大器其饱和输出功率将达到110W。*SBS和SRS的不同：SBS参与的能量子为声学声子，只有后向散射。SRS参与的能量子为光学声子（分子振动），以前向散射为主，但也有后
36、向散射。*FRA的结构与应用：结构分类：集中式FRA指标：作为高增益、高功率放大，其长度约12km，泵浦功率12W，可提供2030dB的增益。特点：作为独立元件与传输线路分开。要求具有较高的增益，采用高掺杂、低损耗、小有效面积的光纤作为增益介质。应用：与EDFA相比有一定差距，并且需要较长的光纤，因此主要用于放大一些EDFA不能放大的特殊波长，例如1310nm波段、1550nm的L和S波段。分布式FRA特点:以传输光纤本身作为增益介质。应用：作为光纤传输系统中传输光纤损耗的分布式补偿放大，是光纤喇曼放大器主要的应用形式。FRA的结构与应用：宽带放大应用：独立使用，采用多波长泵浦；与EDFA组合
37、使用，加上增益均衡器平坦增益。*FBA的工作原理与增益带宽：通过受激布里渊散射的作用把一部分泵浦光的能量转移给信号光，实现信号光的放大。泵浦光束散射产生的斯托克斯光是由介质中产生的以声速传播的声波引起的。泵浦光通过电致伸缩产生声波，引起折射率周期性调制，形成一种折射率光栅。泵浦光又通过光栅散射产生斯托克斯光波，泵浦光、斯托克斯光和声子之间的参量相互作用，产生光增益。从量子物理观点看，受激布里渊散射过程可看作一个泵浦光子的湮灭，同时产生了一个斯托克斯光子和一个声学声子。重要特征：1.仅当信号光传播方向与泵浦光相反时才能产生放大，即只能采用反向泵浦结构；2.SBS的斯托克斯频移比SRS小三个数量级
38、；3.SBS产生的增益谱相当窄，带宽100MHz。*FBA的性能及其应用：性能：是一种高增益、低功率、窄带宽光放大器。应用：用作接收机前置放大器，提高接收机灵敏度，但其能放大信号的比特率一般比较低，如100Mb/s。作为一种选频放大器，在相干和多信道光波通信系统中有一定用处。相干通信系统：可用FBA有选择性地放大光载波而不放大调制边带，利用放大后的光载波作为本振光，实现零差检测。多信道通信系统：可在接收端注入一泵浦光，与多信道光信号相反传播，通过调节泵浦频率就可选择不同信道的信号进行放大。但是由于其窄带特性，一般每信道的比特率亦限制在100Mb/s以内。实际多信道系统中，SBS过程通常要限制信道间隔和通道数，同时限制信号功率和通信距离，因此FBA的应用受到多方面的限制。第九章相干光通信系统优点：极高的接收灵敏度，接近量子极限超长传输距离，可达上万km宽带传输，能够轻松完成10Gbps以上速率的传输。*光孤子孤子波：描述脉冲包络在非线性色散介质中类似于粒子的特征，在数学上是非线性波动方程的局域行波解。光孤子：经光纤长距离传输后，其幅度和宽度都不变的超短光脉冲(ps数量级)。光孤子的产生：基于自相位调制SPM和群速度色散GVD、-