光纤通信和系统设计总结

光纤通信与系统设计教学内容重点1.第一章

概述光纤通信系统的光波波谱光纤通信的波谱在1.67×1014Hz～3.75×1014Hz之间，即波长在0.8μm～1.8μm之间，属于红外波段，光纤通信系统的优点容量大、损耗低、抗电磁干扰、保密性能好、体积小，重量轻、原材料丰富光纤通信系统组成以光纤为传输媒介、光波为载波的通信系统。主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成2.第二章

光纤的结构与导波特性根本光学定义和定律：传播速度，反射现象〔反射定律〕，折射现象〔折射(Shell)定律〕，全反射条件光纤的结构和类型结构：折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层类型：按模式分：多模、单模ITU-T.G.652/G.653/G.655…3.光纤中光的传播理论－光线理论阶跃多模光纤：数值孔径:模间色散:传输容量限制：梯度多模光纤：…4.光纤中光的传播理论－波导理论光波导理论逻辑过程Maxwell方程波动方程场的解边界条件特征方程场的解传输常数模场分布波导方程式导模条件贝塞尔函数V参数5.单模光纤单模条件和截止波长最低阶高次模〔LP11,TE01,TM01,HE21〕的截止条件光纤只传输基模(HE11

或LP01)单模工作波长范围截止波长

c单模条件6.高斯型场分布的1/e全宽度场分布向芯区集中模场直径(MFD)模场半径与光纤芯径w/aV模场直径有效面积：误差<0.02!!!7.第三章

光纤中的信号劣化光纤的损耗吸收损耗、散射损耗、弯曲损耗损耗系数：8.色散类型：模式色散、波长色散〔材料色散、波导色散〕、偏振模色散〔极化色散〕色散描述：相速与群速相速〔等相面〕：群速度〔包络〕：群延迟：光脉冲展宽：群速度色散〔ps2/km)色散〔ps/nm.km):单位长度群延迟差9.色散设计：

波导色散特性取决于光纤的特性，如：芯径a，相对折射率差以及折射率分布等，可以通过改变光纤特性来改变其色散特性10.色散影响比较

PolarizationMode

Differential(disp.slope)

Waveguide

Material

Gradedindex,intermodalStepIndex,intermodalDispersiveFiberOutputPulseDT11.色散限制脉冲在光纤中传输距离z之后：12.高斯输入脉冲啁啾的高斯光脉冲啁啾(chirp):上啁啾或负啁啾

ω高斯脉冲功率:t脉冲宽度:脉冲功率1/e强度点半宽:T0脉冲功率半极大值全宽度或半高全宽(FWHM):慢变包络：啁啾〔chirp〕参量C：C>0，从脉冲前沿到后沿瞬时频率线性增加上(负〕啁啾〕，C<0，下〔正〕啁啾脉冲的不同部位对其中心频率产生了不同的偏离量13.上式说明：高斯脉冲经光纤传输后，仍保持为高斯脉冲，输出脉宽〔1/e强度半宽度〕为T1：式中：

--色散长度:是距离z的归一化量度，在分析色散效应随距离变化时极为方便经光纤传输距离Z后的输出脉冲宽度T114.结论：对于无啁啾脉冲C=0，无论2符号如何，色散将导致脉冲展宽对于啁啾脉冲，脉冲的展宽依赖于2和C的相对符号2C>0，高斯脉冲单调展宽；2C<0，脉冲初始窄化，而后迅速展宽。在距离Zmin时到达最小宽度T1min15.色散对系统的限制判据：系统对脉冲宽度的限制B--传输码率研究说明，对于典型系统，当=0.491时，系统性能恶化量〔功率代价〕为2dB1、窄光源谱宽〔忽略〕，高斯脉冲输入无啁啾脉冲〔C=0〕，忽略高阶色散,利用前式，有脉冲展宽与初始脉宽有关，存在优化的初始脉宽使输出脉宽最小，由有：根据上述判据，有：16.色散对系统的限制2、宽光源谱宽系统〔不可忽略〕….3、超高斯输入脉冲….17.光纤的非线性特性根本概念受激光散射受激布里渊散射(SBS)受激喇曼散射(SRS)非线性折射率自相位调制(SPM)互相位调制(XPM)四波混频(FWM)18.根本概念有效长度：L--实际传输距离－衰减系数〔neper〕有效面积:高斯近似下,Aeff=W219.受激布里渊散射〔SBS〕功率阈值:特点、影响、抑制措施：20.受激喇曼散射〔SRS〕功率阈值特点、影响、抑制措施：21.非线性折射率克尔〔kerr)效应〔三阶极化效应〕非线性系数：22.自相位调制〔SPM〕SPM导致的频率啁啾：色散将SPM诱导的相位调制转化为强度畸变23.脉冲的不同部位频率偏移量不同，且频率偏移量随着传输距离的增加而加大，即不断产生新的频率成分，在高斯脉冲的中心区域产生线性上〔负〕啁啾。脉冲中所含频率成分在脉冲不同部位的重新分配，并不产生新的频率成分。SPM与色散的啁啾效应SPM色散T0

前沿后沿T0

前沿后沿

2>0

2<024.互相位调制〔XPM〕XPM导致的频率调制：信道走离与XPM：25.四波混频(FWM)新生的频率分量造成信道之间的串扰(同频串扰)：

1

2

3在n信道的WDM系统中，可能的组合有种FWM与相位匹配〔或色散〕小的色散光纤，相位匹配易于满足，FWM越加严重，应在色散与FWM之间取折衷26.第四章

光源激光形成的根本条件：粒子数反转分布状态、光学谐振腔半导体激光器结构：异质结〔作用：形成势阱限制载流子，形成折射率差限制光子〕相位条件

光谱选择振幅条件

阈值器件相位条件振幅条件27.激光模式：纵模选择：FP腔DFB(DBR)-LD谐振频率〔正入射〕:相邻纵模的频率间隔:28.工作特性工作特性:P-I特性，光谱特性，调制特性，温度特性LED与LD比较29.第五章

光发送机光发送机的根本组成光调制方式直接调制，特点：简单、经济、容易实现响应带宽有限引入调制啁啾〔正啁啾〕间接调制〔外调制〕特点：根本原理：普科尔〔Pocket〕效应马赫－曾德铌酸锂〔LN〕强度调制器原理光发送机的指标平均发送光功率消光比…30.第六章

光检测器PIN和APD的结构、原理PIN的工作特性〔量子效率、响应度的计算〕APD的工作特性〔量子效率、响应度和倍增因子〕检测器的响应时间；31.第七章

光接收机光接收机作用光接收机根本组成〔光检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、时钟提取电路、取样判决器以及自动增益控制(AGC)电路〕光接收机的噪声来源与高斯近似分析；数字接收机误码率与噪声光接收机的灵敏度32.第8A章常用光器件光纤连接器的结构、种类、特性〔插损〕光纤耦合器的结构、种类、原理、特性〔插损、附加损耗〕光衰减器光隔离器光环行器33.第八章数字传输系统光纤链路的设计要求和方法系统的功率预算；34.第9A章波分复用通信技术根本概念关键器件解复用器〔光滤波器〕35.第