光纖通信和系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié)

光纖通信和系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié)第一頁(yè)，共37頁(yè)。第一章

概述光纖通信系統(tǒng)的光波波譜光纖通信的波譜在1.67×1014Hz～3.75×1014Hz之間，即波長(zhǎng)在0.8μm～1.8μm之間，屬于紅外波段，光纖通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)容量大、損耗低、抗電磁干擾、保密性能好、體積小，重量輕、原材料豐富光纖通信系統(tǒng)組成以光纖為傳輸媒介、光波為載波的通信系統(tǒng)。主要由光發(fā)送機(jī)、光纖光纜、中繼器和光接收機(jī)組成第二頁(yè)，共37頁(yè)。第二章

光纖的結(jié)構(gòu)與導(dǎo)波特性基本光學(xué)定義和定律：傳播速度，反射現(xiàn)象（反射定律），折射現(xiàn)象（折射(Shell)定律），全反射條件光纖的結(jié)構(gòu)和類型結(jié)構(gòu)：折射率較高的纖芯、折射率較低的包層和外面的涂覆層類型：按模式分：多模、單模ITU-T.G.652/G.653/G.655…第三頁(yè)，共37頁(yè)。光纖中光的傳播理論－光線理論階躍多模光纖：數(shù)值孔徑:模間色散:傳輸容量限制：梯度多模光纖：…第四頁(yè)，共37頁(yè)。光纖中光的傳播理論－波導(dǎo)理論光波導(dǎo)理論邏輯過(guò)程Maxwell方程波動(dòng)方程場(chǎng)的解邊界條件特征方程場(chǎng)的解傳輸常數(shù)模場(chǎng)分布波導(dǎo)方程式導(dǎo)模條件貝塞爾函數(shù)V參數(shù)第五頁(yè)，共37頁(yè)。單模光纖單模條件和截止波長(zhǎng)最低階高次模（LP11,TE01,TM01,HE21）的截止條件光纖只傳輸基模(HE11

或LP01)單模工作波長(zhǎng)范圍截止波長(zhǎng)c單模條件第六頁(yè)，共37頁(yè)。高斯型場(chǎng)分布的1/e全寬度場(chǎng)分布向芯區(qū)集中模場(chǎng)直徑(MFD)模場(chǎng)半徑與光纖芯徑w/aV模場(chǎng)直徑有效面積：誤差<0.02!!!第七頁(yè)，共37頁(yè)。第三章

光纖中的信號(hào)劣化光纖的損耗吸收損耗、散射損耗、彎曲損耗損耗系數(shù)：第八頁(yè)，共37頁(yè)。色散類型：模式色散、波長(zhǎng)色散（材料色散、波導(dǎo)色散）、偏振模色散（極化色散）色散描述：相速與群速相速（等相面）：群速度（包絡(luò)）：群延遲：光脈沖展寬：群速度色散（ps2/km)色散（ps/nm.km):單位長(zhǎng)度群延遲差第九頁(yè)，共37頁(yè)。色散設(shè)計(jì)：

波導(dǎo)色散特性取決于光纖的特性，如：芯徑a，相對(duì)折射率差以及折射率分布等，可以通過(guò)改變光纖特性來(lái)改變其色散特性第十頁(yè)，共37頁(yè)。色散影響比較

PolarizationMode

Differential(disp.slope)

Waveguide

Material

Gradedindex,intermodalStepIndex,intermodalDispersiveFiberOutputPulseDT第十一頁(yè)，共37頁(yè)。色散限制脈沖在光纖中傳輸距離z之后：第十二頁(yè)，共37頁(yè)。高斯輸入脈沖啁啾的高斯光脈沖啁啾(chirp):上啁啾或負(fù)啁啾ω高斯脈沖功率:t脈沖寬度:脈沖功率1/e強(qiáng)度點(diǎn)半寬:T0脈沖功率半極大值全寬度或半高全寬(FWHM):慢變包絡(luò)：啁啾（chirp）參量C：C>0，從脈沖前沿到后沿瞬時(shí)頻率線性增加上(負(fù)）啁啾），C<0，下（正）啁啾脈沖的不同部位對(duì)其中心頻率產(chǎn)生了不同的偏離量第十三頁(yè)，共37頁(yè)。上式表明：高斯脈沖經(jīng)光纖傳輸后，仍保持為高斯脈沖，輸出脈寬（1/e強(qiáng)度半寬度）為T1：式中：

--色散長(zhǎng)度:是距離z的歸一化量度，在分析色散效應(yīng)隨距離變化時(shí)極為方便經(jīng)光纖傳輸距離Z后的輸出脈沖寬度T1第十四頁(yè)，共37頁(yè)。結(jié)論：對(duì)于無(wú)啁啾脈沖C=0，無(wú)論2符號(hào)如何，色散將導(dǎo)致脈沖展寬對(duì)于啁啾脈沖，脈沖的展寬依賴于2和C的相對(duì)符號(hào)2C>0，高斯脈沖單調(diào)展寬；2C<0，脈沖初始窄化，而后迅速展寬。在距離Zmin時(shí)達(dá)到最小寬度T1min第十五頁(yè)，共37頁(yè)。色散對(duì)系統(tǒng)的限制判據(jù)：系統(tǒng)對(duì)脈沖寬度的限制B--傳輸碼率研究表明，對(duì)于典型系統(tǒng)，當(dāng)=0.491時(shí)，系統(tǒng)性能惡化量（功率代價(jià)）為2dB1、窄光源譜寬（忽略），高斯脈沖輸入無(wú)啁啾脈沖（C=0），忽略高階色散,利用前式，有脈沖展寬與初始脈寬有關(guān)，存在優(yōu)化的初始脈寬使輸出脈寬最小，由有：根據(jù)上述判據(jù)，有：第十六頁(yè)，共37頁(yè)。色散對(duì)系統(tǒng)的限制2、寬光源譜寬系統(tǒng)（不可忽略）….3、超高斯輸入脈沖….第十七頁(yè)，共37頁(yè)。光纖的非線性特性基本概念受激光散射受激布里淵散射(SBS)受激喇曼散射(SRS)非線性折射率自相位調(diào)制(SPM)互相位調(diào)制(XPM)四波混頻(FWM)第十八頁(yè)，共37頁(yè)?；靖拍钣行чL(zhǎng)度：L--實(shí)際傳輸距離－衰減系數(shù)（neper）有效面積:高斯近似下,Aeff=W2第十九頁(yè)，共37頁(yè)。受激布里淵散射（SBS）功率閾值:特點(diǎn)、影響、抑制措施：第二十頁(yè)，共37頁(yè)。受激喇曼散射（SRS）功率閾值特點(diǎn)、影響、抑制措施：第二十一頁(yè)，共37頁(yè)。非線性折射率克爾（kerr)效應(yīng)（三階極化效應(yīng)）非線性系數(shù)：第二十二頁(yè)，共37頁(yè)。自相位調(diào)制（SPM）SPM導(dǎo)致的頻率啁啾：色散將SPM誘導(dǎo)的相位調(diào)制轉(zhuǎn)化為強(qiáng)度畸變第二十三頁(yè)，共37頁(yè)。脈沖的不同部位頻率偏移量不同，且頻率偏移量隨著傳輸距離的增加而加大，即不斷產(chǎn)生新的頻率成分，在高斯脈沖的中心區(qū)域產(chǎn)生線性上（負(fù)）啁啾。脈沖中所含頻率成分在脈沖不同部位的重新分配，并不產(chǎn)生新的頻率成分。SPM與色散的啁啾效應(yīng)SPM色散T0前沿后沿T0前沿后沿2>02<0第二十四頁(yè)，共37頁(yè)。互相位調(diào)制（XPM）XPM導(dǎo)致的頻率調(diào)制：信道走離與XPM：第二十五頁(yè)，共37頁(yè)。四波混頻(FWM)新生的頻率分量造成信道之間的串?dāng)_(同頻串?dāng)_)：123在n信道的WDM系統(tǒng)中，可能的組合有種FWM與相位匹配（或色散）小的色散光纖，相位匹配易于滿足，F(xiàn)WM越加嚴(yán)重，應(yīng)在色散與FWM之間取折衷第二十六頁(yè)，共37頁(yè)。第四章

光源激光形成的基本條件：粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布狀態(tài)、光學(xué)諧振腔半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)：異質(zhì)結(jié)（作用：形成勢(shì)阱限制載流子，形成折射率差限制光子）相位條件光譜選擇振幅條件閾值器件相位條件振幅條件第二十七頁(yè)，共37頁(yè)。激光模式：縱模選擇：FP腔DFB(DBR)-LD諧振頻率（正入射）:相鄰縱模的頻率間隔:第二十八頁(yè)，共37頁(yè)。工作特性工作特性:

P-I特性，光譜特性，調(diào)制特性，溫度特性LED與LD比較第二十九頁(yè)，共37頁(yè)。第五章

光發(fā)送機(jī)光發(fā)送機(jī)的基本組成光調(diào)制方式直接調(diào)制，特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、容易實(shí)現(xiàn)響應(yīng)帶寬有限引入調(diào)制啁啾（正啁啾）間接調(diào)制（外調(diào)制）特點(diǎn)：基本原理：普科爾（Pocket）效應(yīng)馬赫－曾德鈮酸鋰（LN）強(qiáng)度調(diào)制器原理光發(fā)送機(jī)的指標(biāo)平均發(fā)送光功率消光比…第三十頁(yè)，共37頁(yè)。第六章

光檢測(cè)器

PIN和APD的結(jié)構(gòu)、原理PIN的工作特性（量子效率、響應(yīng)度的計(jì)算）APD的工作特性（量子效率、響應(yīng)度和倍增因子）檢測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間；第三十一頁(yè)，共37頁(yè)。第七章

光接收機(jī)光接收機(jī)作用光接收機(jī)基本組成（光檢測(cè)器、前置放大器、主放大器、均衡器、時(shí)鐘提取電路、取樣判決器以及自動(dòng)增益控制(AGC)電路）光接收機(jī)的噪聲來(lái)源與高斯近似分析；數(shù)字接收機(jī)誤碼率與噪聲光接收機(jī)的靈敏度第三十二頁(yè)，共37頁(yè)。第8A章常用光器件光纖連接器的結(jié)構(gòu)、種類、特性（插損）光纖耦合器的結(jié)構(gòu)、種類、原理、特性（插損、附加損耗）光衰減器光隔離器光環(huán)行器第三十三頁(yè)，共37頁(yè)。第八章數(shù)字傳輸系統(tǒng)光纖鏈路的設(shè)計(jì)要求和方法系統(tǒng)的