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1、光纤通信课程复习提纲 1.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 2.光纤通信系统的基本组成 光纤通信系统的基本组成(单向传输)3.光纤通信对光源的要求 对光源的要求：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。4.直接调制和间接调制 直接调制是用电信号直接调制半导体激光器或发光二极管的驱动电流，使输出光随电信号变化而实现的。这种方案技术简单，成本较低，容易实现，但调制速率受激光器
2、的频率特性所限制。外调制是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而实现的。外调制的优点是调制速率高，缺点是技术复杂，成本较高，因此只有在大容量的波分复用和相干光通信系统中使用。5.光接收机由光检测器、放大器和相关电路组成 光接收机由光检测器、放大器和相关电路组成；光检测器是光接收机的核心。光接收机最重要的特性参数是灵敏度。灵敏度是衡量光接收机质量的综合指标，它反映接收机调整到最佳状态时，接收微弱光信号的能力。6.检测方式有直接检测和外差检测的区别。检测方式有直接检测和外差检测两种。直接检测是用检测器直接把光信号转换为电信号。这种检测方式设备简单、经济实用，是当前光纤通信系统普
3、遍采用的方式。外差检测要设置一个本地振荡器和一个光混频器，使本地振荡光和光纤输出的信号光在混频器中产生差拍而输出中频光信号，再由光检测器把中频光信号转换为电信号。外差检测方式的难点是需要频率非常稳定，相位和偏振方向可控制，谱线宽度很窄的单模激光源；优点是有很高的接收灵敏度。7.灵敏度是衡量光接收机质量的综合指标，它反映接收机调整到最佳状态时，接收微弱光信号的能力。灵敏度主要取决于组成光接收机的光电二极管和放大器的噪声，并受传输速率、光发射机的参数和光纤线路的色散的影响，还与系统要求的误码率或信噪比有密切关系。所信息源电发射机光发射机光接收机电接收机信息宿基本光纤传输系统光纤线路接 收发 射电信
4、号输入光信号输出光信号输入电信号输出以灵敏度也是反映光纤通信系统质量的重要指标。7.数字通信系统的优点 抗干扰能力强，传输质量好。可以用再生中继，传输距离长。适用各种业务的传输，灵活性大。容易实现高强度的保密通信。数字通信系统大量采用数字电路，易于集成，从而实现小型化、微型化，增强设备可靠性，有利于降低成本。8.实用光纤的基本类型 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。9.NA NA 表示光纤接收和传输光的能力，NA(或i)越大，光纤接收光的能力越强，从光源到光纤的耦合效率越高 NA 越大，纤芯对光能量的束缚越强，光纤抗弯曲性能越好。NA=n0sinimax 从
5、公式上看，越大，NA 越大，光纤的收光效果越好。10.色散的分类及原因特点 色散一般包括模式色散(模间色散)、材料色散和波导色散。其中材料色散和波导色散又统称为模内色散（色度色散）模式色散：是由于不同模式的时间延迟不同产生的。取决于光纤折射率分布，并和光纤材料折射率的波长特性有关。材料色散：由于光纤的折射率随波长而改变，模式内部不同波长成分的光时间延迟不同产生的。取决于光纤材料折射率的波长特性和光源的谱宽。波导色散：由于波导结构参数与波长有关产生的。取决于波导尺寸，以及纤芯与包层的相对折射率差。11.光纤中的电磁场是以离散的模式在光纤中传播（会计算模式数）(见 PDF 格式第 2 章 2.3.
6、2节)例：对于典型的渐变型光纤：NA 0.275，纤芯直径 50 m，求当工作在 1310 nm窗口时，光纤中可容纳的模式数。解：利用：2VaNA（V是归一化频率）3250 20.27532.971310 10V 又：214MV(渐变光纤)一根光纤可容纳的模式数M=272 12.HE11 模称为光纤的基模 13.双折射现象带来的影响，解决双折射问题的方法 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。21221
7、2nnnNA积小抗电磁干扰性能好泄漏小保密性能好节约金属材料有利于资源合理使用光纤通信系统的基本组成发射基本光纤传输系统接收信息源光发射机电发射机电信号输入光纤线路光信号输出光信号输入信息宿光接收机电接收机电信号输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直接调制和间接调制直接调制是用电信号直接调制半导体激光器或发光二极管的驱动电流使输出光随电信号变化而实现的这种方案技术简单成本较低容易实现但调制速率受的优点是调制速率高缺点是技术复杂成本较高因此只有在大容量的波分复用和相干光通信系统中使用光接收机由光检测器放大器和相关电路组成光接收机由光检测器放大器和相关电路组成光检测器是光接收机的
8、核心光接收机最重要解决双折射问题的方法：（1）减小单模光纤的不完善性。(2)采用保偏光纤（线偏振光沿一个主轴偏振）人为引入较高的固定双折射，压低小的双折射随机波动的影响。典型保偏光纤，B104。14.后向散射法测量光纤损耗的原理与方法（OTDR 的原理）原理：由于瑞利散射光功率与传输光功率成比例，利用与传输光相反方向的瑞利散射光功率来确定光纤损耗系数的方法，称为后向散射法。具体方法：设在光纤中正向传输光功率为P，依次经过L1和L2点时分别为P1 和P2，后向散射光功率分别为Pd(L1)、Pd(L2)，则：15.光有源和无源器件分别包括哪些？光有源器件：光源：半导体激光器（LD）分布反馈（DFB
9、）激光器发光二极管（LED）光检测器：光电二极管（PD）PIN光电二极管雪崩光电二极管（APD）光放大器：掺铒光纤放大器（EDFA）光无源器件：光纤连接器和接头、光耦合器、光隔离器与光环行器、光调制器、光波分复用器/解复用器、光开关 16.半导体光源和光检测器优点 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 17.何为粒子数反转。在单位物质中，处于低能级E1和高能级E2的原子数分别为N1和N2,当N2 N1：受激辐射大于受激吸收，当光通过这种物质时，产生放大作用。这种分布和正常状态的分布相反，称为粒子数反转。18.LD和LED
10、的优缺点 LD 可以发出单色、定向性好、高强度、相干性的光。优点：辐射功率高、发散角窄、与单模光纤耦合效率高、辐射光谱窄、能进行高速直接调制。LD 适合于作高速长距离光纤通信系统的光源 LED 适用范围：低速率、短距离光波系统 LED 优点：结构简单。成本低。寿命长。可靠性高。随温度变化较小。发光二极管通过自发发射过程发射非相干光。缺点：（1）输出功率低。（2）输出光束发散角较大，耦合效率低。（3）光源谱线较宽。（4）响应速度较慢。19.产生激光的条件 产生激光的三个先决条件：激励源是能量的提供者，实现粒子数反转。激活物质是产生激光的物质基础，提供光放大。光学谐振腔提供光反馈。要产生激光还应满
11、足如下两方面的条件：光的增益和损耗间应满足平衡条件阈值条件。)/()()(lg)(2102112KmdBLPdLpdLLa积小抗电磁干扰性能好泄漏小保密性能好节约金属材料有利于资源合理使用光纤通信系统的基本组成发射基本光纤传输系统接收信息源光发射机电发射机电信号输入光纤线路光信号输出光信号输入信息宿光接收机电接收机电信号输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直接调制和间接调制直接调制是用电信号直接调制半导体激光器或发光二极管的驱动电流使输出光随电信号变化而实现的这种方案技术简单成本较低容易实现但调制速率受的优点是调制速率高缺点是技术复杂成本较高因此只有在大容量的波分复用和相干光
12、通信系统中使用光接收机由光检测器放大器和相关电路组成光接收机由光检测器放大器和相关电路组成光检测器是光接收机的核心光接收机最重要在谐振腔中，光波反复反射能得到加强，从而能够存在，应满足的条件相位条件 20.LD高速调制下出现的现象：电光延迟：输出光脉冲和注入电流脉冲之间存在一个初始延迟时间。张弛振荡：当电流脉冲注入激光器后，输出光脉冲会出现幅度逐渐衰减的振荡。自脉动现象：当注入电流达到某个范围时，输出光脉冲出现持续等幅的高频振荡。21.SLM 激光器设计的基本思想 SLM（单纵模半导体激光器）激光器设计的基本思想:是不同纵模具有不同的腔损耗。具有最低光腔损耗的纵模最先达到阈值并成为支配模式。其
13、他邻模由于高损耗而被截止。邻模携带的功率在总的辐射功率中只占很小一部分（0。如果 w40dB)、输出功率大(30dBm)、噪声低(45dB)；全光纤结构，与光纤系统兼容；增益与信号偏振态无关，故稳定性好；所需的泵浦功率低(数十毫瓦)。EDFA 解决了系统容量提高的最大的限制光损耗。补偿了光纤本身的损耗，使长距离传输成为可能。大大增加了功率预算的冗余，系统中引入各种新型光器件成为可能。支持了最有效的增加光通信容量的方式WDM。推动了全光网络的研究开发热潮。积小抗电磁干扰性能好泄漏小保密性能好节约金属材料有利于资源合理使用光纤通信系统的基本组成发射基本光纤传输系统接收信息源光发射机电发射机电信号输
14、入光纤线路光信号输出光信号输入信息宿光接收机电接收机电信号输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直接调制和间接调制直接调制是用电信号直接调制半导体激光器或发光二极管的驱动电流使输出光随电信号变化而实现的这种方案技术简单成本较低容易实现但调制速率受的优点是调制速率高缺点是技术复杂成本较高因此只有在大容量的波分复用和相干光通信系统中使用光接收机由光检测器放大器和相关电路组成光接收机由光检测器放大器和相关电路组成光检测器是光接收机的核心光接收机最重要47.光放大器的主要参数 增益、输出功率、噪声指数是表征光放大器性能的三项主要参数。48.啁啾 啁啾（chirp）是指产生光脉冲（包括调
15、制）时引入的附加线性调频，也即光脉冲的载频随时间变化。对脉冲进行编码时，其载频在脉冲持续时间内线性地增加，当将脉冲变到音频时，会发出一种声音，听起来像鸟叫的啁啾声，故名“啁啾”49.色散补偿技术(11章)目前在技术上较为成熟的色散补偿技术主要包括色散补偿光纤、色散均衡器和预啁啾技术 50.色散补偿光纤和偏振模色散补偿 色散补偿光纤DCF:基于LP01模的单模DCF 在设计时采用较小的光纤内径，得到较高的相对折射率差，从而实现在1550nm 处较大的负色散。双模DCF 的色散补偿技术它是利用双模光纤的第1高阶模（LP11）在截止波长附近具有很大负波导色散的特点来实现色散补偿的。目前，用于偏振模色
16、散（PMD）补偿的技术有很多，概括起来主要有电补偿方法、光电结合法和光补偿方法。51.相干光通信原理 相干光纤通信在发送端可对光载波进行幅度、频率或相位调制；在接收端则利用零差或外差检测，这种检测技术称为相干检测。52.光交换原理 直接在光域进行光交换可省去光电、电光的交换过程，充分利用光通信的宽带特性 53.光孤子原理 当使用用大功率产生ps级窄脉冲的光源射出的光耦合进光纤，光纤中的非线性现象明显严重。光纤的纤芯折射率随着光强增加而增加，这种折射率的非线性效应会造成光脉冲前沿速度变慢，后沿速度变快，脉冲自行缩窄。在一定的条件下，当光纤的线性现象和非线性现象同时存在，使光纤的展宽和缩窄正好平衡
17、，产生一种新的光脉冲，就会得到信号脉冲无畸变的传输。这时的光脉冲仿佛是孤立的，不受外界条件影响，这种光脉冲称为光孤子。利用光孤子作为载体的通信方式称为光孤子通信。光孤子（Soliton）是经光纤长距离传输后，其幅度和宽度都保持不变的超短脉冲（ps级脉冲）。利用光孤子作为载体的通信方式称为光孤子通信。54.自由空间光通信原理 自由空间光通信（FSO，Free Space Optics）又称无线光通信或大气光通信，是指以光波为载体，在真空或大气中传递信息的通信技术。FSO 按照应用环境的不同又可分为大气光通信（水平方向）、卫星间光通信和星地光通信（垂直方向）。55.目前广泛使用的DXC 设备有哪几
18、种类型？DXC1/0 的含义是什么？目前广泛使用的DXC 设备是DXC1/0、DXC4/1、DXC4/4 三种。DXC 1/0表示输入端口的最高速率为一次群信号的速率（E1=2.048Mb/s）；而交叉连接的基本速率为64Kb/s。或直接说DXC 1/0表示输入端口的最高速率为2.048Mb/s，而交叉连接的基本速率为64Kb/s 补充：数字交叉连接设备常用 DXC m/n表示，m，n 为自然数，表示数据速率等级。m表示端口速率的最高等级；n 表示交叉连接矩阵中进行交叉连接和数据流数据的最低等级；数字 0 表示 64Kbps；数字 1，2，3，4 分别表示 PDH中 1-4 次群的速率；数字
19、4 还表示 SDH中 STM-1等级，数字 5 表示 STM-4，数字 6 表示 STM-16 DXC4/1表示输入端口的最高速率 155.52Mb/s(对于 SDH)或 140Mb/s(对于 PDH)，而交叉连接的基本速率为 2.048Kb/积小抗电磁干扰性能好泄漏小保密性能好节约金属材料有利于资源合理使用光纤通信系统的基本组成发射基本光纤传输系统接收信息源光发射机电发射机电信号输入光纤线路光信号输出光信号输入信息宿光接收机电接收机电信号输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直接调制和间接调制直接调制是用电信号直接调制半导体激光器或发光二极管的驱动电流使输出光随电信号变化而实现的这种方案技术简单成本较低容易实现但调制速率受的优点是调制速率高缺点是技术复杂成本较高因此只有在大容量的波分复用和相干光通信系统中使用光接收机由光检测器放大器和相关电路组成光接收机由光检测器放大器和相关电路组成光检测器是光接收机的核心光接收机最重要