光纖通信第二版(劉增基)復(fù)習(xí)課

1、1l 1，光纖通信系統(tǒng)的分類：數(shù)字光纖通信系統(tǒng)和模擬光纖光纖通信系統(tǒng)的分類：數(shù)字光纖通信系統(tǒng)和模擬光纖通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)。l 2，基本光纖通信系統(tǒng)的組成：光發(fā)射機(jī)、光纖線路、光基本光纖通信系統(tǒng)的組成：光發(fā)射機(jī)、光纖線路、光接收機(jī)。接收機(jī)。光發(fā)射機(jī)：把輸入的電信號轉(zhuǎn)換成為光信號，并用耦合技光發(fā)射機(jī)：把輸入的電信號轉(zhuǎn)換成為光信號，并用耦合技術(shù)把光信號最大限度地注入光纖線路。它的核心器件是光術(shù)把光信號最大限度地注入光纖線路。它的核心器件是光源（源（LD或或LED）。）。光纖線路：用于傳輸光信號。由光纖、光纖接頭、光纖連光纖線路：用于傳輸光信號。由光纖、光纖接頭、光纖連接器組成。接器組成。光接收機(jī)：把

2、從光纖線路輸出產(chǎn)生畸變和衰減的微弱光信光接收機(jī)：把從光纖線路輸出產(chǎn)生畸變和衰減的微弱光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并經(jīng)放大和處理后恢復(fù)成發(fā)射前的電信號轉(zhuǎn)換為電信號，并經(jīng)放大和處理后恢復(fù)成發(fā)射前的電信號。它的核心器件是光檢測器（號。它的核心器件是光檢測器（PIN或或APD）。）。2l 3，光纖通信使用的頻段范圍：近紅外光光纖通信使用的頻段范圍：近紅外光(波長為波長為0.8-1.8um),頻帶寬度為頻帶寬度為200THz.主要使用主要使用850nm 1310nm 1550nm三個窗口三個窗口。 3l 1，光纖結(jié)構(gòu)，臨界傳輸角光纖結(jié)構(gòu)，臨界傳輸角纖芯、包層、涂敷層纖芯、包層、涂敷層.纖芯的折射率略高于包層的折

3、射率纖芯的折射率略高于包層的折射率. 涂涂敷層的折射率高于包層敷層的折射率高于包層.臨界傳輸角：臨界傳輸角：l 2，單模光纖、多模光纖、階躍折射率和梯度折射率光纖單模光纖、多模光纖、階躍折射率和梯度折射率光纖的比較的比較1)芯徑芯徑: 單模光纖在單模光纖在10um以下以下,多模光纖在幾十多模光纖在幾十um2)損耗損耗: 單模光纖單模光纖0.3dB左右左右 多模光纖多模光纖4dB左右左右3)色散色散: 多模光纖色散大多模光纖色散大,主要是模間色散起作用主要是模間色散起作用. 階躍折射率階躍折射率光纖的色散梯度折射率光纖比大單模光纖色散沒有模間色散光纖的色散梯度折射率光纖比大單模光纖色散沒有模間色

4、散,主要是模內(nèi)色散和偏振模色散主要是模內(nèi)色散和偏振模色散.色散較小色散較小. 44)帶寬帶寬: 單模光纖的帶寬比多模光纖的帶寬大單模光纖的帶寬比多模光纖的帶寬大.多模梯度折射率多模梯度折射率光纖的帶寬比多模階躍折射率光纖大光纖的帶寬比多模階躍折射率光纖大.l 3，階躍光纖的相對折射指數(shù)差：，階躍光纖的相對折射指數(shù)差：l 4，階躍光纖的數(shù)值孔徑的物理意義及公式，階躍光纖的數(shù)值孔徑的物理意義及公式光纖的數(shù)值孔徑與纖芯與包層直徑無關(guān)，只與兩者的相對折光纖的數(shù)值孔徑與纖芯與包層直徑無關(guān)，只與兩者的相對折射率差有關(guān)。若纖芯和包層的折射率差越大，射率差有關(guān)。若纖芯和包層的折射率差越大，NA值就越大，值就越

5、大，即光纖的集光能力就越強(qiáng)。即光纖的集光能力就越強(qiáng)。l 5，對稱平板波導(dǎo)波模的傳輸條件（相位傳播常數(shù)），對稱平板波導(dǎo)波模的傳輸條件（相位傳播常數(shù)）5l 6，光纖歸一化頻率：，光纖歸一化頻率：階躍光纖中傳光的電磁波模式總數(shù)：階躍光纖中傳光的電磁波模式總數(shù)：M=V/2漸變型光纖中傳光的電磁波模式總數(shù)：漸變型光纖中傳光的電磁波模式總數(shù)：M=V/4l 7，單模光纖傳輸模式，滿足什么條件才是單模傳輸，單模光纖傳輸模式，滿足什么條件才是單模傳輸l 8，光纖波導(dǎo)中有哪些損耗？產(chǎn)生的原因？，光纖波導(dǎo)中有哪些損耗？產(chǎn)生的原因？有以下三大類損耗有以下三大類損耗:1)吸收損耗吸收損耗本征吸收損耗本征吸收損耗雜質(zhì)吸收

6、損耗雜質(zhì)吸收損耗62) 散射損耗散射損耗瑞利散射損耗瑞利散射損耗非線性散射損耗非線性散射損耗波導(dǎo)效應(yīng)散射損耗波導(dǎo)效應(yīng)散射損耗3) 其他損耗其他損耗連接損耗連接損耗彎曲損耗彎曲損耗l 9，光纖波導(dǎo)中有哪些色散，產(chǎn)生的原因，光纖波導(dǎo)中有哪些色散，產(chǎn)生的原因，1) 模間色散：模間色散主要存于多模光纖中。模間色散：模間色散主要存于多模光纖中。2) 模內(nèi)色散：材料色散、波導(dǎo)色散模內(nèi)色散：材料色散、波導(dǎo)色散3) 偏振模色散偏振模色散7l 10，在光纖通信中的低損耗窗口：，在光纖通信中的低損耗窗口： 850nm 、1310nm、1 550nm三個窗口。三個窗口。l 11，光纜的結(jié)構(gòu)：，光纜的結(jié)構(gòu)：光纜一般由

7、纜芯、加強(qiáng)元件和護(hù)層三部分組成。光纜一般由纜芯、加強(qiáng)元件和護(hù)層三部分組成。光纜結(jié)構(gòu)分類：層絞式、骨架式、中心管束光纜結(jié)構(gòu)分類：層絞式、骨架式、中心管束8l 1，光源的種類有：，光源的種類有： LD、 LED 、固體激光器三種、固體激光器三種l 2，激光二極管，激光二極管LD和發(fā)光二極管和發(fā)光二極管(LED)的工作原理及區(qū)別、的工作原理及區(qū)別、特性曲線。特性曲線。 LED發(fā)射的是自發(fā)輻射光（非相干光）。大多采用雙異質(zhì)發(fā)射的是自發(fā)輻射光（非相干光）。大多采用雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，把有源層夾在結(jié)結(jié)構(gòu)，把有源層夾在P型和型和N型限制層間，但沒有光學(xué)諧振腔，型限制層間，但沒有光學(xué)諧振腔，故無閾值。故無閾值。 L

8、ED分為正面發(fā)光型、邊發(fā)光型和超輻射發(fā)光二極管，邊分為正面發(fā)光型、邊發(fā)光型和超輻射發(fā)光二極管，邊發(fā)光型發(fā)光型LED的驅(qū)動電流較大，輸出光功率小，但光束發(fā)射角小，的驅(qū)動電流較大，輸出光功率小，但光束發(fā)射角小，與光纖的耦合效率高，故入纖光功率比面發(fā)光型與光纖的耦合效率高，故入纖光功率比面發(fā)光型LED高。高。 LD發(fā)射的是受激輻射光（相干光）。采用雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，發(fā)射的是受激輻射光（相干光）。采用雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，把有源層夾在把有源層夾在P型和型和N型限制層間，有光學(xué)諧振腔，是一個閾值型限制層間，有光學(xué)諧振腔，是一個閾值器件。器件。9 LD分為多縱模激光器和單縱模激光器。輸出光功率比分為多縱模激光器和單縱

9、模激光器。輸出光功率比LED大，并且發(fā)出的譜線窄，與光纖的耦合效率高，故適用于長距大，并且發(fā)出的譜線窄，與光纖的耦合效率高，故適用于長距離、大容量的光纖通信。離、大容量的光纖通信。0100200300400500051015正面發(fā)光側(cè)面發(fā)光電流 I / mA發(fā)射功率P / mW LED和和LD的特性曲線的特性曲線10l 3，受激幅射、受激吸收、受激發(fā)射。，受激幅射、受激吸收、受激發(fā)射。自發(fā)輻射自發(fā)輻射 受激輻射受激輻射 受激吸收受激吸收l 4，發(fā)射激光的必要條件：，發(fā)射激光的必要條件： 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布 光反饋光反饋(光學(xué)諧振腔光學(xué)諧振腔) 激光振蕩的閾值條件激光振蕩的閾值條件l

10、5，光源材料與發(fā)射波長的關(guān)系，光源材料與發(fā)射波長的關(guān)系：光源材料帶隙的大小決定著光源發(fā)射光波的波長。光源材料帶隙的大小決定著光源發(fā)射光波的波長。11l 6，光檢測器的作用、適合通信用的光檢測器，光通信對光，光檢測器的作用、適合通信用的光檢測器，光通信對光檢測器的要求檢測器的要求光檢測器的作用是：光檢測器的作用是：檢測出入射在其上面的光功率，且將光功率轉(zhuǎn)化相應(yīng)的電流檢測出入射在其上面的光功率，且將光功率轉(zhuǎn)化相應(yīng)的電流適合通信用的光檢測器：適合通信用的光檢測器：光電二極管光電二極管(主要有主要有 Pin光電二極管和雪崩光電二極管光電二極管和雪崩光電二極管)光通信對光檢測器的要求：光通信對光檢測器的

11、要求：對所用光源的波長范圍內(nèi)有較高的響應(yīng)度或靈敏度；較小的噪對所用光源的波長范圍內(nèi)有較高的響應(yīng)度或靈敏度；較小的噪聲；響應(yīng)速度快；對溫度變化不敏感；與光纖尺寸匹配；工作聲；響應(yīng)速度快；對溫度變化不敏感；與光纖尺寸匹配；工作壽命長。壽命長。12l 7、光檢測器的產(chǎn)生光電流的原理：半導(dǎo)體光電效應(yīng)、光檢測器的產(chǎn)生光電流的原理：半導(dǎo)體光電效應(yīng)光電效應(yīng)光電效應(yīng)l 8，影響光電響應(yīng)速度的原因、提高響應(yīng)速度采用的辦法，影響光電響應(yīng)速度的原因、提高響應(yīng)速度采用的辦法影響光電響應(yīng)速度的原因：影響光電響應(yīng)速度的原因：在耗盡層外的光生載流子在耗盡層外的光生載流子 擴(kuò)散進(jìn)入耗盡層的速度較慢，進(jìn)入耗擴(kuò)散進(jìn)入耗盡層的速度

12、較慢，進(jìn)入耗盡層后在內(nèi)建電場的作用下作快速漂移運(yùn)動，從而產(chǎn)生光生伏盡層后在內(nèi)建電場的作用下作快速漂移運(yùn)動，從而產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)。由于擴(kuò)散速度較慢，影響了光生伏特效應(yīng)的速度特效應(yīng)。由于擴(kuò)散速度較慢，影響了光生伏特效應(yīng)的速度 ，導(dǎo)，導(dǎo)致致PN結(jié)對光信號響應(yīng)速度減慢。如果輸入的光電號為光脈沖，結(jié)對光信號響應(yīng)速度減慢。如果輸入的光電號為光脈沖，則輸出的電流脈沖會產(chǎn)生較長的拖尾。則輸出的電流脈沖會產(chǎn)生較長的拖尾。同時由于擴(kuò)散速度慢，使得光生載流子在耗盡層外被吸收，同時由于擴(kuò)散速度慢，使得光生載流子在耗盡層外被吸收， 影影響了光電轉(zhuǎn)換效率。響了光電轉(zhuǎn)換效率。13提高響應(yīng)速度采用的辦法：提高響應(yīng)速度采用的辦

13、法：1)設(shè)法加寬耗盡層，使得照射光子盡可能被吸收，負(fù)偏壓有設(shè)法加寬耗盡層，使得照射光子盡可能被吸收，負(fù)偏壓有助于加寬耗盡層。由于負(fù)偏壓產(chǎn)生的電場與內(nèi)建電場方向一助于加寬耗盡層。由于負(fù)偏壓產(chǎn)生的電場與內(nèi)建電場方向一致，使得耗盡層電場增強(qiáng)，加強(qiáng)了漂移運(yùn)動，致，使得耗盡層電場增強(qiáng)，加強(qiáng)了漂移運(yùn)動，N區(qū)電子向正區(qū)電子向正極運(yùn)動并被中和，極運(yùn)動并被中和，P區(qū)的空穴向負(fù)電極運(yùn)動并被中和，這樣區(qū)的空穴向負(fù)電極運(yùn)動并被中和，這樣耗盡層被加寬。耗盡層被加寬。2)減少減少P區(qū)和區(qū)和N區(qū)的厚度來減少載流子的擴(kuò)散時間，減少區(qū)的厚度來減少載流子的擴(kuò)散時間，減少P區(qū)區(qū)和和N區(qū)被收的光能區(qū)被收的光能3)降低半導(dǎo)體的摻雜濃度

14、來加寬耗盡層。降低半導(dǎo)體的摻雜濃度來加寬耗盡層。（這種結(jié)構(gòu)就是常用的（這種結(jié)構(gòu)就是常用的PIN光電二極管）光電二極管）14l 9，反向偏壓的優(yōu)點(diǎn)，反向偏壓的優(yōu)點(diǎn) 可以加寬耗盡層、加快載流子的漂移速度，提高響應(yīng)速度?？梢约訉捄谋M層、加快載流子的漂移速度，提高響應(yīng)速度。l 10，PIN光電二極管的結(jié)構(gòu)光電二極管的結(jié)構(gòu)適當(dāng)加大耗盡區(qū)的寬度。在適當(dāng)加大耗盡區(qū)的寬度。在P型材料和型材料和N型材料之間加一層輕摻型材料之間加一層輕摻雜的雜的N型材料，稱本征層型材料，稱本征層I層。將兩端的材料做成重?fù)诫s的的層。將兩端的材料做成重?fù)诫s的的P+層和層和N+層。故稱層。故稱PIN光電二極管。光電二極管。 l 11，

15、量子效率，量子效率和響應(yīng)度和響應(yīng)度0pIqPh00pA P DIqggP h 15l 12，雪崩光電二極管（，雪崩光電二極管（APD）的工作原理）的工作原理 APD是通過在其結(jié)構(gòu)中構(gòu)造一個強(qiáng)電場區(qū)，當(dāng)光入射到是通過在其結(jié)構(gòu)中構(gòu)造一個強(qiáng)電場區(qū)，當(dāng)光入射到PN結(jié)后，光子被吸收產(chǎn)生電子結(jié)后，光子被吸收產(chǎn)生電子-空穴對，這些電子空穴對，這些電子-空穴對運(yùn)動空穴對運(yùn)動進(jìn)入強(qiáng)電場區(qū)后獲得能量做高速運(yùn)動，與原子晶格產(chǎn)生碰撞電進(jìn)入強(qiáng)電場區(qū)后獲得能量做高速運(yùn)動，與原子晶格產(chǎn)生碰撞電離出新的電子離出新的電子-空穴對，該過程反復(fù)多次后使載流子雪崩式倍增?？昭▽?，該過程反復(fù)多次后使載流子雪崩式倍增。 l 13， 光檢

16、測器噪聲源有哪些，光檢測器噪聲源有哪些，PIN的主要噪聲和的主要噪聲和APD的噪聲的噪聲光電二極管噪聲包括信號電流和暗電流產(chǎn)生的散粒噪聲和有負(fù)光電二極管噪聲包括信號電流和暗電流產(chǎn)生的散粒噪聲和有負(fù)載電阻和后繼放大器輸入阻抗產(chǎn)生的熱噪聲。載電阻和后繼放大器輸入阻抗產(chǎn)生的熱噪聲。散粒噪聲包括量子噪聲，暗電流噪聲和表面漏電流噪聲。散粒噪聲包括量子噪聲，暗電流噪聲和表面漏電流噪聲。均方散粒噪聲電流：均方散粒噪聲電流： i2sh=2e(IP+Id)B (對于對于PIN)均方熱噪聲電流均方熱噪聲電流:i2T= 4KTB/R16l 14，光檢測器的波長響應(yīng)范圍，光檢測器的波長響應(yīng)范圍 只有當(dāng)光子能量只有當(dāng)光

17、子能量h大于半導(dǎo)體材料禁帶寬度大于半導(dǎo)體材料禁帶寬度Eg才能產(chǎn)生光才能產(chǎn)生光電效應(yīng)。電效應(yīng)。上限載止波長為上限載止波長為l 15，光無源器件，光無源器件 連接器和接頭、光耦合器、光隔離器和光環(huán)行器、光調(diào)制連接器和接頭、光耦合器、光隔離器和光環(huán)行器、光調(diào)制器、光衰減器器、光衰減器17l 1，光發(fā)射機(jī)的基本組成，光發(fā)射機(jī)的基本組成1）光源）光源 將電信號轉(zhuǎn)變成光信號將電信號轉(zhuǎn)變成光信號2）調(diào)制電路）調(diào)制電路 光源驅(qū)動光源驅(qū)動3）控制電路）控制電路 溫度控制溫度控制 輸出功率控制輸出功率控制4）線路編碼電路）線路編碼電路 將雙極性碼編碼成適合于光纖傳輸?shù)木€路將雙極性碼編碼成適合于光纖傳輸?shù)木€路碼型碼

18、型l 2，調(diào)制特性，調(diào)制特性電光延遲、張馳振蕩、碼型效應(yīng)、結(jié)發(fā)熱效應(yīng)、自脈動現(xiàn)象電光延遲、張馳振蕩、碼型效應(yīng)、結(jié)發(fā)熱效應(yīng)、自脈動現(xiàn)象l 3，控制電路，控制電路數(shù)字調(diào)制電路數(shù)字調(diào)制電路 采用電流開關(guān)電路采用電流開關(guān)電路APC控制電路控制電路 利用反饋利用反饋電流使輸出光功率電流使輸出光功率18穩(wěn)定的穩(wěn)定的LD驅(qū)動電路驅(qū)動電路ATC電路電路 一般由致冷器、熱敏電阻和控一般由致冷器、熱敏電阻和控制電路組成。制電路組成。l 4，光發(fā)射機(jī)的性能指標(biāo)：平均發(fā)射功率，光發(fā)射機(jī)的性能指標(biāo)：平均發(fā)射功率PT、消光比、消光比l 5，光接收機(jī)的作用，光接收機(jī)的噪聲，光接收機(jī)的作用，光接收機(jī)的噪聲 光接收機(jī)的作用是把

19、經(jīng)光纖傳輸后幅度被衰減，波形被光接收機(jī)的作用是把經(jīng)光纖傳輸后幅度被衰減，波形被展寬的微弱光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并處理放大，恢復(fù)為原發(fā)射展寬的微弱光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并處理放大，恢復(fù)為原發(fā)射的數(shù)字序列。的數(shù)字序列。光接收機(jī)的噪聲源光接收機(jī)的噪聲源 光檢測器引入的噪聲光檢測器引入的噪聲 + 光接收機(jī)電路噪聲光接收機(jī)電路噪聲19光接收機(jī)的噪聲源光接收機(jī)的噪聲源 光檢測器引入的噪聲光檢測器引入的噪聲1 量子噪聲量子噪聲: i2q=2eIPB (PIN) i2q=2eIPBg2+x (APD)2 暗電流噪聲暗電流噪聲: i2d=2eIdB (PIN) i2d=2eIdBg2+x (APD)3 負(fù)載電阻產(chǎn)生

20、的熱噪聲負(fù)載電阻產(chǎn)生的熱噪聲:i2T= 4KTB/R 光接收機(jī)電路噪聲光接收機(jī)電路噪聲1 放大器輸入電阻產(chǎn)生的熱噪聲放大器輸入電阻產(chǎn)生的熱噪聲:i2T= 4KTB/R2 放大器中晶體管引入噪聲放大器中晶體管引入噪聲20l 6，光接收機(jī)的組成，光接收機(jī)的組成1）光檢測器：將光信號轉(zhuǎn)變成電信號）光檢測器：將光信號轉(zhuǎn)變成電信號,由由PIN和和APD完成完成.要求有高轉(zhuǎn)換效率要求有高轉(zhuǎn)換效率.2）前置放大器：應(yīng)是低噪聲放大器，場效應(yīng)管、雙極晶體）前置放大器：應(yīng)是低噪聲放大器，場效應(yīng)管、雙極晶體管，跨阻型前置放大器管，跨阻型前置放大器3）主放大器：提供足夠的增益，）主放大器：提供足夠的增益， 并通過它實(shí)

21、現(xiàn)自動增益并通過它實(shí)現(xiàn)自動增益控制控制(AGC)4）均衡濾波器：對經(jīng)光纖傳輸、光）均衡濾波器：對經(jīng)光纖傳輸、光/電轉(zhuǎn)換和放大后已產(chǎn)電轉(zhuǎn)換和放大后已產(chǎn)生畸變生畸變(失真失真)的電信號進(jìn)行補(bǔ)償?shù)碾娦盘栠M(jìn)行補(bǔ)償5）再生電路：包括判決電路和時鐘提取電路）再生電路：包括判決電路和時鐘提取電路6）AGC 控制主放大器的增益或控制主放大器的增益或APD 管的雪崩增益：使輸管的雪崩增益：使輸出信號在一定范圍內(nèi)不受輸入信號的影響出信號在一定范圍內(nèi)不受輸入信號的影響.21l 6，光接收機(jī)的組成，光接收機(jī)的組成7）譯碼器：在發(fā)射機(jī)端進(jìn)行了線路編碼）譯碼器：在發(fā)射機(jī)端進(jìn)行了線路編碼,因此需解碼因此需解碼,恢復(fù)恢復(fù)出原

22、數(shù)字序列出原數(shù)字序列l(wèi) 7 數(shù)字接收機(jī)性能指標(biāo)：接收靈敏度、動態(tài)范圍數(shù)字接收機(jī)性能指標(biāo)：接收靈敏度、動態(tài)范圍靈敏度靈敏度動態(tài)范圍動態(tài)范圍 ：Dr=PMAX-PMIN （dB）l 8，影響光接收機(jī)靈敏度的因素，影響光接收機(jī)靈敏度的因素1）靈敏度與放大器噪聲的關(guān)系）靈敏度與放大器噪聲的關(guān)系靈敏度與放大器噪聲成正比，放大器噪聲越，靈敏度越差。靈敏度與放大器噪聲成正比，放大器噪聲越，靈敏度越差。2）接收機(jī)靈敏度與碼速的關(guān)系）接收機(jī)靈敏度與碼速的關(guān)系碼速越高碼速越高,最小接收光功率越大最小接收光功率越大,靈敏度下降靈敏度下降22l 8，影響光接收機(jī)靈敏度的因素，影響光接收機(jī)靈敏度的因素3）靈敏度與輸入波

23、形的關(guān)系）靈敏度與輸入波形的關(guān)系輸入波形為單位脈沖波形時輸入波形為單位脈沖波形時,靈敏度最高靈敏度最高4）消光比和暗電流對靈敏度的影響）消光比和暗電流對靈敏度的影響消光比使靈敏度下降消光比使靈敏度下降,消光比越大消光比越大,靈敏度越差靈敏度越差.暗電流使靈暗電流使靈敏度下降敏度下降l 9， 光纖傳輸采用了哪些線路碼型光纖傳輸采用了哪些線路碼型擾碼擾碼 mBnB碼碼 插入碼插入碼23l 1，構(gòu)成通信網(wǎng)的基本要素是終端設(shè)備、傳輸鏈路、轉(zhuǎn)，構(gòu)成通信網(wǎng)的基本要素是終端設(shè)備、傳輸鏈路、轉(zhuǎn)接交換設(shè)備及接入部分。接交換設(shè)備及接入部分。l 2，SDH傳輸網(wǎng)由傳輸網(wǎng)由SDH終接設(shè)備終接設(shè)備(或稱或稱SDH終端復(fù)

24、用器終端復(fù)用器TM)、分插復(fù)用設(shè)備、分插復(fù)用設(shè)備ADM、數(shù)字交叉連接設(shè)備、數(shù)字交叉連接設(shè)備DXC等網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)單元以及連接它們的絡(luò)單元以及連接它們的(光纖光纖)物理鏈路構(gòu)成。物理鏈路構(gòu)成。SDH標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)速率等級：速率等級：STM-1155 520Mbit/sSTM-4622 080Mbit/sSTM-162 488 320Mbit/sSTM-649 953 280Mbit/s它們之間彼此都呈它們之間彼此都呈4的關(guān)系的關(guān)系24l 3，數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)：，數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)：誤碼率（平均誤碼率、嚴(yán)重誤碼秒、劣化分）、抖動（輸誤碼率（平均誤碼率、嚴(yán)重誤碼秒、劣化分）、抖動（輸入抖動容限

25、、輸出抖動容限、抖動轉(zhuǎn)移）入抖動容限、輸出抖動容限、抖動轉(zhuǎn)移） 可靠性。可靠性。l 4，光纖通信系統(tǒng)的中繼距離受損耗限制時：，光纖通信系統(tǒng)的中繼距離受損耗限制時：600.226 10bLf C2trcefsmPPML中繼距離受中繼距離受限制時限制時 對于對于多模光纖多模光纖:L=（1.211.78）1/fb1/對于對于單模光纖單模光纖:6010bLFC25 模擬光纖通信系統(tǒng)是光纖通信的一種重要形式，可以用模擬光纖通信系統(tǒng)是光纖通信的一種重要形式，可以用來傳輸射頻（來傳輸射頻（RF）信號，主要用于模擬電視信號的傳輸。）信號，主要用于模擬電視信號的傳輸。 本章主要介紹了最基本的模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)

26、和副載本章主要介紹了最基本的模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)和副載波復(fù)用（波復(fù)用（SCM）模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)。近年來，為了適應(yīng)）模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)。近年來，為了適應(yīng)無線通信發(fā)展的需要，正在研究通過光纖傳輸射頻（無線通信發(fā)展的需要，正在研究通過光纖傳輸射頻（ROF）的）的技術(shù)。技術(shù)。 模擬光纖傳輸系統(tǒng)目前使用的主要調(diào)制方式有：模擬基模擬光纖傳輸系統(tǒng)目前使用的主要調(diào)制方式有：模擬基帶直接光強(qiáng)調(diào)制、模擬間接光強(qiáng)調(diào)制和頻分復(fù)用光強(qiáng)調(diào)制。帶直接光強(qiáng)調(diào)制、模擬間接光強(qiáng)調(diào)制和頻分復(fù)用光強(qiáng)調(diào)制。 模擬間接光強(qiáng)調(diào)制又稱為預(yù)調(diào)制直接光強(qiáng)調(diào)制。預(yù)調(diào)制模擬間接光強(qiáng)調(diào)制又稱為預(yù)調(diào)制直接光強(qiáng)調(diào)制。預(yù)調(diào)制主要有頻率調(diào)制（主要有頻率

27、調(diào)制（FM）、脈沖頻率調(diào)制（）、脈沖頻率調(diào)制（PFM）和方波頻率）和方波頻率調(diào)制（調(diào)制（SWFM）。）。26 頻分復(fù)用光強(qiáng)調(diào)制方式即為副載波復(fù)用（頻分復(fù)用光強(qiáng)調(diào)制方式即為副載波復(fù)用（SCM）光）光強(qiáng)調(diào)制。強(qiáng)調(diào)制。SCM模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)應(yīng)用廣、成本低，模擬電視光纖傳輸系統(tǒng)應(yīng)用廣、成本低，副載波的調(diào)制方式有調(diào)幅（副載波的調(diào)制方式有調(diào)幅（VSB-AM）、調(diào)頻（）、調(diào)頻（FM）兩）兩種。種。 模擬基帶直接光強(qiáng)調(diào)制（模擬基帶直接光強(qiáng)調(diào)制（D-IM）光纖傳輸系統(tǒng)由光）光纖傳輸系統(tǒng)由光發(fā)射機(jī)、光纖線路和光接收機(jī)（光檢測器）組成。發(fā)射機(jī)、光纖線路和光接收機(jī)（光檢測器）組成。 評價此系統(tǒng)傳輸質(zhì)量的最重要特性

28、參數(shù)為信噪比評價此系統(tǒng)傳輸質(zhì)量的最重要特性參數(shù)為信噪比（SNR）和信號失真（信號畸變）。）和信號失真（信號畸變）。 系統(tǒng)性能包括系統(tǒng)參數(shù)、光纖損耗對傳輸距離的限系統(tǒng)性能包括系統(tǒng)參數(shù)、光纖損耗對傳輸距離的限制、系統(tǒng)對光纖帶寬的要求。制、系統(tǒng)對光纖帶寬的要求。27 副載波復(fù)用光纖傳輸系統(tǒng)是將若干個模擬基帶信號分副載波復(fù)用光纖傳輸系統(tǒng)是將若干個模擬基帶信號分別調(diào)制到不同頻率的射頻載波上，然后合并為一個帶寬信別調(diào)制到不同頻率的射頻載波上，然后合并為一個帶寬信號，再將這個帶寬信號對光源進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，實(shí)現(xiàn)電光轉(zhuǎn)號，再將這個帶寬信號對光源進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，實(shí)現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換。光信號經(jīng)過光纖傳輸后，由光接收機(jī)實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)

29、換，換。光信號經(jīng)過光纖傳輸后，由光接收機(jī)實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，經(jīng)分離和解調(diào)后恢復(fù)出各路模擬基帶信號。經(jīng)分離和解調(diào)后恢復(fù)出各路模擬基帶信號。 副載波復(fù)用光纖傳輸系統(tǒng)的主要特性參數(shù)為載噪比副載波復(fù)用光纖傳輸系統(tǒng)的主要特性參數(shù)為載噪比（CNR）和信號失真。）和信號失真。 其中，載噪比是把滿負(fù)載、無調(diào)制的等幅載波置于傳其中，載噪比是把滿負(fù)載、無調(diào)制的等幅載波置于傳輸系統(tǒng)，在規(guī)定的帶寬內(nèi)特定頻道的載波頻率和噪聲功率輸系統(tǒng)，在規(guī)定的帶寬內(nèi)特定頻道的載波頻率和噪聲功率的比值。的比值。28 信號失真的主要原因是作為載波信號源的半導(dǎo)體激光信號失真的主要原因是作為載波信號源的半導(dǎo)體激光器在電器在電/光轉(zhuǎn)換時的非線性效應(yīng)，

30、失真主要用組合二階互調(diào)光轉(zhuǎn)換時的非線性效應(yīng)，失真主要用組合二階互調(diào)（CSO）失真和組合三階差拍（）失真和組合三階差拍（CTB）失真這兩個參數(shù)表）失真這兩個參數(shù)表示。示。 光接收機(jī)和光發(fā)射機(jī)都有嚴(yán)格要求。光接收機(jī)和光發(fā)射機(jī)都有嚴(yán)格要求。29l 1，光放大器的工作原理、種類，光放大器的工作原理、種類光放大的原理：所有光放大器都是通過受激幅射過程來實(shí)光放大的原理：所有光放大器都是通過受激幅射過程來實(shí)現(xiàn)對入射的光功率進(jìn)行放大的，產(chǎn)生受激幅射所需要的離現(xiàn)對入射的光功率進(jìn)行放大的，產(chǎn)生受激幅射所需要的離子數(shù)反轉(zhuǎn)機(jī)制與半導(dǎo)體激光器中使用的完全相同。雖然光子數(shù)反轉(zhuǎn)機(jī)制與半導(dǎo)體激光器中使用的完全相同。雖然光放大

31、器在結(jié)構(gòu)上與激光器相似，但是沒有反饋機(jī)制。因此放大器在結(jié)構(gòu)上與激光器相似，但是沒有反饋機(jī)制。因此光放大器，可以放大信號，但不能產(chǎn)生相干的激光輸出。光放大器，可以放大信號，但不能產(chǎn)生相干的激光輸出。種類：種類：(1)半導(dǎo)體放大器（半導(dǎo)體放大器（2）光纖喇曼放大器（）光纖喇曼放大器（3）摻鉺）摻鉺光纖放大器（光纖放大器（EDFA）l 2，摻鉺光纖放大器（，摻鉺光纖放大器（EDFA）鉺（鉺（Er）是一種稀土元素。將它注入到纖芯中，即形成了）是一種稀土元素。將它注入到纖芯中，即形成了一種特殊光纖，它在泵浦光的作用下可直接對某一波長的一種特殊光纖，它在泵浦光的作用下可直接對某一波長的光信號進(jìn)行放大。光信

32、號進(jìn)行放大。30l 2，摻鉺光纖放大器（，摻鉺光纖放大器（EDFA）EDFA的工作原理：在摻鉺光纖（的工作原理：在摻鉺光纖（EDF）中，鉺離子有三）中，鉺離子有三個能級：基態(tài)個能級：基態(tài)E1、亞穩(wěn)態(tài)、亞穩(wěn)態(tài)E2和激發(fā)態(tài)和激發(fā)態(tài)E3。當(dāng)泵浦光的光。當(dāng)泵浦光的光子能級等于子能級等于E3和和E1的能量差時，鉺離子吸收泵浦光的光的能量差時，鉺離子吸收泵浦光的光能從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，但激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，電子很快返回能從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，但激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，電子很快返回到到E2，若輸入的信號光的光子能量等于，若輸入的信號光的光子能量等于E2和和E1之間能量之間能量差，則電子從差，則電子從E2躍遷到躍遷到E1，產(chǎn)生

33、受激輻射光，故光信號，產(chǎn)生受激輻射光，故光信號被放大。被放大。 EDFA的結(jié)構(gòu)：摻鉺光纖放大器主要由摻鉺光纖（的結(jié)構(gòu)：摻鉺光纖放大器主要由摻鉺光纖（EDF）、）、泵浦光源、光耦合器、光隔離器以及光濾波器等組成泵浦光源、光耦合器、光隔離器以及光濾波器等組成31l 2，摻鉺光纖放大器（，摻鉺光纖放大器（EDFA）EDFA的主要優(yōu)點(diǎn)有：的主要優(yōu)點(diǎn)有：工作波長與光纖最小損耗窗口一致；泵浦功率低；工作波長與光纖最小損耗窗口一致；泵浦功率低；連接損耗低，耦合效率高。增益高且特性穩(wěn)定、噪聲低、連接損耗低，耦合效率高。增益高且特性穩(wěn)定、噪聲低、輸出功率大。對各種類型、速率與格式的信號傳輸透明。輸出功率大。對各

34、種類型、速率與格式的信號傳輸透明。EDFA的缺點(diǎn)有：的缺點(diǎn)有：波長固定，只能放大波長固定，只能放大1550nm左右的光波，可調(diào)節(jié)的波左右的光波，可調(diào)節(jié)的波長有限；增益帶寬不平坦，在長有限；增益帶寬不平坦，在WDM系統(tǒng)中需要采用特系統(tǒng)中需要采用特殊的手段來進(jìn)行增益譜補(bǔ)償。殊的手段來進(jìn)行增益譜補(bǔ)償。EDFA的應(yīng)用的應(yīng)用1)作前置放大器；作前置放大器；2)作功率放大器作功率放大器 ；3)作光中繼器作光中繼器32l 3，光纖通信中的復(fù)用技術(shù)：光波分復(fù)用、光頻分復(fù)用、，光纖通信中的復(fù)用技術(shù)：光波分復(fù)用、光頻分復(fù)用、光時分復(fù)用、光碼分復(fù)用光時分復(fù)用、光碼分復(fù)用l 4，WDM系統(tǒng)的基本類型系統(tǒng)的基本類型從傳輸方向分，可以分為雙纖單向波分復(fù)用系統(tǒng)和單纖雙從傳輸方向分，可以分為雙纖單向波分復(fù)用系統(tǒng)和單纖雙向波分復(fù)用系統(tǒng)；向波分復(fù)