光纖通信復(fù)習(xí)重點(diǎn)

PAGEPAGE5光纖通信復(fù)習(xí)重點(diǎn)題型：填空、選擇、判斷（30、問答（40、計(jì)算（01.2.2光纖通信的優(yōu)點(diǎn)（☆☆）容許頻帶很寬，傳輸容量很大損耗很小，中繼距離很長，且誤碼率很小重量輕，體積小抗電磁干擾性能好泄露小，保密性能好節(jié)約金屬材料，有利于資源合理使用1.3光纖通信系統(tǒng)的基本組成信息源電光光電信信息源電光光電信息宿發(fā)發(fā)光纖線路接接射射收收機(jī)電信號(hào)機(jī)光信號(hào) 光信號(hào)機(jī)機(jī)電信號(hào)輸入輸出 輸入輸出作用：信息源：把用戶信息轉(zhuǎn)換為原始電信號(hào)，這種信號(hào)稱為基帶信號(hào)電發(fā)射機(jī)：把信息源傳遞過來的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)（PCM）光發(fā)射機(jī)：注入光纖線路。光纖線路收機(jī)。光接收機(jī)光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)光檢測(cè)器是光接收機(jī)的核心；電接收機(jī)：把接收的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為基帶信號(hào)，最后由信息宿恢復(fù)用戶信息；；3光纖結(jié)構(gòu)光纖是由中心的纖芯包層同軸組成的圓柱形細(xì)絲（典型值△=（n1-n2）/n1，△越大，把光能量束縛在纖芯的能力越強(qiáng)，但信息傳輸容量確越?。┕饫w類型（三種基本類型）2.2突變型多模光纖：纖芯折射率為n1保持不變，到包層突然變?yōu)閚2。這種光纖一般纖芯直徑2a=50~80μm，光線以折線形狀沿纖芯中心軸線方向傳播，特點(diǎn)是信號(hào)畸變大。漸變型多模光纖：n1，rn22a50μm，軸線方向傳播，特點(diǎn)是信號(hào)畸變小。單模光纖：折射率分布和突變型光纖相似，纖芯直徑只有8~10μm（簡(jiǎn)并，所以稱為單模光纖，其信號(hào)畸變很小。光纖傳輸原理（展寬衰減的原因）幾何光學(xué)方法（幾個(gè)基本物理量的計(jì)算、效應(yīng)、單模是重點(diǎn)1）突變型多模光纖n1n22 22數(shù)值孔徑：定義臨界角θc的正弦為數(shù)值孔徑n1n22 221NA或θc)從光源到光纖的耦合效率越高。對(duì)于無損耗光纖，在NA經(jīng)光纖傳輸后產(chǎn)生的信號(hào)畸變?cè)酱螅蚨拗屏诵畔鬏斎萘?。L L nL時(shí)間延遲:

(NA)2 1 2nc c 2nc c1在時(shí)域產(chǎn)1脈沖展寬產(chǎn)生的。2）漸變型多模光纖 漸變型多模光纖具有能減小脈沖展寬、增加帶寬的優(yōu)點(diǎn)自聚焦效應(yīng)不同入射角相應(yīng)的光線雖然經(jīng)歷的路程不同但是最終都會(huì)聚在同一點(diǎn)上漸變型多模光纖具有自聚焦效應(yīng)不僅不同入射角相應(yīng)的光線會(huì)聚在同一點(diǎn)上，而且這些光線的時(shí)間延遲也近似相等。單模光纖的模式特性1）單模條件和截止波長VV2an22an2n212輸條件為

2.405可以看到，對(duì)于給定的光纖(n1、n2aλc，λ<λcλ>λcλc止波長。2）光強(qiáng)分布和模場(chǎng)半徑HE11Ψ(r)=Aexp[r)2]w1/e0場(chǎng)半徑。3）雙折射把兩個(gè)偏振模傳輸常數(shù)的差(βx-βy)定義為雙折射Δβ，通常用歸一化雙折射β來表示

(

)xyxy式中=(βx+βy)/2為兩個(gè)傳輸常數(shù)的平均值。把兩個(gè)正交偏振模的相位2πLb=2光纖傳輸特性損耗傳輸距離色散統(tǒng)的傳輸容量。光纖色散（☆☆☆☆☆）三種色散模式色散分布光纖材料折射率的波長特性有關(guān)。材料色散取決于光纖材料折射率的波長特性和光源的譜線寬度。波導(dǎo)色散芯與包層的相對(duì)折射率差。上看，色散限制了傳輸信號(hào)的帶寬；從時(shí)域上看，色散引起信號(hào)脈沖的展寬。理想的單模光纖沒有模式色散，只有材料色散和波導(dǎo)色散。材料色散和波導(dǎo)色散總稱為色度色散，常簡(jiǎn)稱為色散，它是傳播時(shí)間隨波長變化的產(chǎn)生的。光纖損耗光纖的損耗在很大程度上決定了系統(tǒng)的傳輸距離。dp在最一般的條件下，在光纖內(nèi)傳輸?shù)墓夤β蔖zap表示。α是損耗系數(shù)。dz吸收損耗：

材料引起的固有吸收和由雜質(zhì)引起的吸收產(chǎn)生的。2散射損耗：主要由材料微觀密度不均勻引起的瑞利散射和由光纖結(jié)構(gòu)缺陷引起。光纖總損耗α與波長λ的關(guān)系可以表示為：Aα=4+B+CW(λ)+IR(λ)+UV(λ)AIR(λUV(λ)別為雜質(zhì)吸收、紅外吸收和紫外吸收產(chǎn)生的損耗。第三章通信用光器件光源器是PN，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布振腔的正反饋，實(shí)現(xiàn)光放大而產(chǎn)恒激光震蕩的。半導(dǎo)體激光器工作原理和基本結(jié)構(gòu)（布？如何實(shí)現(xiàn)）工作原理：半導(dǎo)體激光器是向半導(dǎo)體PN結(jié)注入電流實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)翻轉(zhuǎn)分布，產(chǎn)生受激輻射，實(shí)現(xiàn)光放大，在利用諧振腔的正反饋而產(chǎn)生激光振蕩的?；窘Y(jié)構(gòu)：中間0.1~0.3μmP有源層兩側(cè)PN限制層基片(襯底)上，前后兩個(gè)晶體解理面作為反射鏡構(gòu)成法布里-珀羅(FP)諧振腔。三種躍遷：受激吸收：E1E2自發(fā)輻射：E2E1E2E1空穴復(fù)合，釋放的能量產(chǎn)生光輻射；能級(jí)躍遷：E1E2波爾條件，即E2-E1=hf收或輻射的光子頻率；

12，

其中h=6.628×10-34J·s，為普朗克常數(shù)，f為吸12偏振態(tài)和傳播方向與入射光相同相干光頻率和方向分布在一定范圍相位和偏振態(tài)是混亂非相干光。粒子數(shù)分布：E1E2(E2>E1)N1N2平衡狀態(tài)時(shí)，存在下面的分布N2 E2exp( (k=1.381*10-23為玻爾茲曼常數(shù)，TN1 kT（正常狀態(tài)）（粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布）如何實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布：半導(dǎo)體激光器是向半導(dǎo)體PN結(jié)注入電流，實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布；半導(dǎo)體激光器的主要特性（小題 光譜特性發(fā)射波長溫度特性）發(fā)射波長半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波長取決于倒帶的電子躍遷到價(jià)帶時(shí)所釋放的hc不同半導(dǎo)體材料有不同的禁帶寬Eg Eg度Eg，所以有不同的發(fā)射波長）光譜特性：驅(qū)動(dòng)電流的增加模數(shù)減少譜線寬度變窄隨著調(diào)制電流增大，縱模模數(shù)增多，光譜密度變寬。弛張頻率：弛張頻率f是調(diào)制頻率的上限，在接近f處，數(shù)字調(diào)制要產(chǎn)生弛張r r震蕩，模擬調(diào)制要產(chǎn)生非線性失真。溫度特性：激光器輸出光功率隨溫度而變化有兩個(gè)原因：一是激光器的閾值電流I隨溫度升高而增大，二是外微分量子效率η隨溫度升高而減小。th d溫度升高時(shí)，I增大，η減小，輸出光功率明顯下降，達(dá)到一定溫度時(shí)，激th d當(dāng)對(duì)激光器進(jìn)行脈沖調(diào)制時(shí)，閾值電流隨溫度呈指數(shù)變化，在一定溫度范圍內(nèi)，可以表示為Ith

Iexp(T)0 T0(I，TT0

為激光器材料的特征溫度)3.1.4發(fā)光二極管（對(duì)應(yīng)的看看就可以）發(fā)光二極管(LED)的工作原理與激光器(LD)LD光，LED發(fā)光二極管的優(yōu)點(diǎn)：和激光器相比，發(fā)光二極管輸出光功率較小，譜線寬度而且制造工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。光檢測(cè)器光電二極管工作原理（光電效應(yīng)）光電效應(yīng)：PNPNPN說明:光生漂移電流分量和光生擴(kuò)散電流分量的總和即為光生電流；光無源器件（連接器：實(shí)現(xiàn)光纖與光纖之間可拆卸連接接頭：實(shí)現(xiàn)光纖與光纖之間的永久性連接/解復(fù)用器光隔離器只允許光波向一個(gè)方向上傳輸別是反方向傳播。環(huán)形器：有多個(gè)接口的光隔離器；外調(diào)制器：光開關(guān)：轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)光交換。（4.1.14.2.1）光發(fā)射機(jī)（相應(yīng)的模塊對(duì)光源有什么要求、電路的作用（簡(jiǎn)單題1號(hào)嫌疑犯）0.85μm1.316PAGEPAGE10μm1.55μm光譜單色性要好寬的限制。電/光轉(zhuǎn)換效率要高，即要求在足夠低的驅(qū)動(dòng)電流下，有足夠大而穩(wěn)定的輸出發(fā)射光束的方向性要好高光源與光纖之間的耦合效率。允許的調(diào)制速率要高或響應(yīng)速度要快,以滿足系統(tǒng)的大傳輸容量的要求。發(fā)射機(jī)的電路部分：作用：電路的設(shè)計(jì)應(yīng)該以光源為依據(jù)，使輸出光信號(hào)準(zhǔn)確反映輸入電信號(hào)；對(duì)調(diào)制電路和控制電路的要求：10，以保證足夠的光接收信噪比。沖的波形.振蕩，保證發(fā)射機(jī)正常工作。應(yīng)采用自動(dòng)功率控制(APC)和自動(dòng)溫度控制穩(wěn)定性。線路編碼電路必要的原因碼，而光源不能發(fā)射負(fù)脈沖。調(diào)制特性（效應(yīng) 小知識(shí)）tdT/2相同數(shù)量級(jí)會(huì)使“0”碼過后的第一個(gè)“1脈沖寬度變窄，幅度減小，嚴(yán)重時(shí)可能使單碼型效應(yīng)的特點(diǎn)弛張震蕩：當(dāng)電流脈沖注入激光器后，輸出光脈沖會(huì)出現(xiàn)幅度逐漸衰減的震蕩。時(shí)，輸出光脈沖出現(xiàn)持續(xù)等幅的高頻振蕩，這種現(xiàn)象叫做自脈動(dòng)現(xiàn)象；溫度對(duì)激光器輸出光功率的影響主要通過閾值電流Ith

和外微分量子效率η產(chǎn)生d溫度升高，閾值電流增加，外微分量子效率減小，輸出光脈沖幅度下降；光接收機(jī)4.2.1光接收機(jī)基本組成（☆☆☆☆☆☆）圖4.1.14 光信號(hào)

光檢測(cè)器

前置放大器 主放大器再生碼流均衡器 判決器偏壓控制 AGC 時(shí)鐘電路 提取對(duì)光檢測(cè)器的要求：1）波長相應(yīng)要和光纖低損耗窗口（0.85μm，1.31μm1.55μm）響應(yīng)度要高，在一定的接收光功率下，能產(chǎn)生盡可能大的光電流；均衡的目的是：對(duì)經(jīng)光纖傳輸、光/電轉(zhuǎn)換和放大后已產(chǎn)生畸變的電信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，使輸出信號(hào)的波形適合于判決，以消除碼間干擾減小誤碼率。4.2.4靈敏度（最基本的定義、計(jì)算式子、基本概念）靈敏度的定義：在保證通信質(zhì)量的條件下，光接收機(jī)所需的最小平均接收光功率P,并以dBm為單位。min計(jì)算公式：定義公式：Pr=10lg理想光接收機(jī)靈敏度：Pr=10lgPmin(w)](dBm)基本概念：

nhcf2

103b因?yàn)榱孔釉肼暿前殡S光信號(hào)的隨機(jī)噪聲，只要有光信號(hào)輸入，就有量子噪聲存在；光接收機(jī)的噪聲包括光檢測(cè)器的噪聲APD電阻熱噪聲和前置放大器的噪聲。線路編碼（有什么要求）數(shù)字光纖通信系統(tǒng)對(duì)線路罵醒的主要要求是保證傳輸?shù)耐该餍?，具體要求是：能限制信號(hào)帶寬，減小功率譜中的高低頻分量。能給光接收機(jī)提供足夠的定時(shí)信息。通信系統(tǒng)，應(yīng)盡量減小冗余度，以免占用過大的帶寬。常用的線路碼型為：擾碼、mBnB5.1.2同步數(shù)字系列SDH（幀結(jié)構(gòu)作用因素）圖5.7（簡(jiǎn)答題2號(hào)嫌疑犯）POH)POH)12345SOHAUP STM(含N載荷發(fā)送順序每行先左后右…9SOH270×270×N9×N261×N9×N261×NSDH環(huán)形網(wǎng)的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是“自愈”能力。系統(tǒng)的性能指標(biāo)（小知識(shí)點(diǎn)掌握）參考模型（參數(shù)、可靠性指標(biāo)）

1）段開銷（SOH（又可考連接（HRX；假設(shè)參考數(shù)字鏈路HRDL）數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)有：傳輸速率，誤碼率，抖動(dòng)和可靠性系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（往年有計(jì)算，今年沒有，但有小知識(shí)點(diǎn)）數(shù)字光纖通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是法來確定中繼距離。在光纖傳輸中，中繼距離不但受到光纖損耗限制，而且還受到光纖色散的限制。第七、八章（講過的一些小知識(shí)點(diǎn)，你大爺，哪些講過，臣妾不知道哇）1）參餌光纖放大器工作波長正好與光纖的最佳波長一