光纤通信打印.doc

第一章1、光纤通信是以光波作载波传送信息的通信方式。2、光纤通信系统是以光纤为传输媒介，光波为载波的通信系统。光纤通信系统由光发送机、光接收机、光纤（光缆）和光中继器构成。3、调制技术：直接调制（内调制）、间接调制（外调制）。直接调制（内调制）：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。特点：技术简单， 成本较低，容易实现，但调制速率受激光器的频率特性所限制。间接调制(外调制)：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。特点：调制速率高，缺点是技术复杂，成本较高。目前大多数光纤通信系统都采用直接光强调制。4、光孤子就是这种能在光纤中传播的长时间保持形态、幅度和速度不变的光脉冲。利用光孤子特性可以实现超长距离、超大容量的光通信。第二章5.光纤有三个低损耗窗口：1.31vm是0色散窗口，1.55vm是低损耗窗口6. 光纤主要有：突变型多模光纤（SIF）、渐变型多模光纤（GIF）和单模光纤（SMF）三种。它们的特点阶跃型多模光纤 信号畸变大，相应的带宽只有1020 MHzkm，只能用 于小容量（8 Mb/s以下）短距离（几km以内）系统。 渐变型多模光纤 带宽可达12 GHzkm，适用于中等容量（34140Mb/s）中等距离（1020 km）系统。单模光纤 适用大容量（565 Mb/s2.5 Gb/s）长距离(30 km以上)系统。 区别7.折射定律 阶越型多模光纤：几何光学特性：称为光纤的相对折射率差。NA称为光纤的数值孔径。数值孔径NA只与突变型光纤的纤芯的折射率以及纤芯与包层的折射率差相关，所以数值孔径本质上反映的是光纤的导光性能。 8、为归一化频率，当V2.405时为多模光纤。 9.计算：假设阶跃光纤的参数为n1=1.45, =0.35%,半径a=4um,入射波长1.31um，计算它的数值孔径。计算归一化频率， 判断是不是多模光纤。对于阶跃光纤来说 V=2.327 Vc=2.405, 可见满足单模的传输条件10、光纤传输特性：（1）损耗：吸收损耗、散射损耗，（2）散射：有个脉冲的展宽，散射衰减 机理：由于光纤的折射率分布以及光纤材料的不均匀使得光在光纤传播过程中发生散射，光向其他方向散开造成的损耗。（3）色散：光纤的色散引起传输信号的畸变，使通信质量下降，从而限制了通信容量和通信距离。 色散(Dispersion)是在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应。 光纤的色散：由不同模式或不同频率（或波长）成分组成的光信号，在光纤中传输时，由于群速度不同而引起信号畸变的物理现象。光纤的色散分为模式色散（或模间畸变）、材料色散以及波导色散。后两种色散是某一模式本身的色散，也称模内色散。瑞利散射的特点是散射光几乎是全方向的，各方向的光强度几乎相同。11、渐变型光纤的模式色散比突变型光纤小得多。单模光纤因为只传输一个模式，因此模式色散为零。多模光纤有模式色散。第三章12、半导体激光器是向半导体PN结注入电流， 实现粒子数反转分布，产生受激辐射，再利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光振荡的。13. 半导体激光器基本结构工作物质：有源层。提供确定的能级系统，在需要的频率内辐射光子。激励物质：泵浦源。激活工作物质，使其能级中的电子形成粒子数反转分布，受激辐射大于受激吸收。光学谐振腔：完成光子频率的选择，方向选择及能量反馈13、 半导体激光器的主要特性 【1】P- 特性反映了注入(驱动)电流和输出光功率的关系。【2】. 光谱特性：光源的谱线宽度是衡量光源单色性好坏的一个物理量，定义为输出光功率峰值下降3dB时的半功率点对应的宽度。【3】、温度与老化特性：两个原因：激光器的阈值电流Ith随温度升高而增大; 外微分量子效率d随温度升高而减小。当温度升高到一定程度将不再产生激光 。【4】. 调制特性：直接调制方式：把电信号直接加到激光器上。 td是激光器连续发射两个光脉冲所需的延迟时间，这个时间越长，激光器的调制速率就越低，反之就越高。 对激光器加偏置电流可以提高调制速度。当外加的偏置电流等于阈值电流时，延迟时间接近于零，因此，激光器工作时要加一个直流偏置电流在阈值电流附近，以期获得较高的调制速率。【5】. 伏安特性：半导体激光器的伏安特性与一般二极管的伏安特性相似，如图3.13所示，但它有一个导通电压在1V左右。外加电压超过导通电压，注入电流才随之增大。一般要求激光器在阈值电流附近的正向偏压小于2V，激光器的串联电阻小于5。【6】. 转换效率：外微分量子效率：在闸值电流以上产生的光子数与注入的电子数之比。 反映了激光器本身的工作效率。功率转换效率：输出光功率与注入电功率的比值。它包含来了外围电路的功率消耗。【7】、方向性：半导体激光器发出的激光与光纤或光器件进行耦合，要求激光器的方向性要强。16. 半导体发光二极管工作原理 ：LED与LD的最大不同：LD发射的是受激辐射光，LED发射的是自发辐射光; LED不需要光学谐振腔，没有阈值电流。工作特性：【1】光谱特性 ：发光二极管发射的是自发辐射光， 没有谐振腔对波长的选择，谱线较宽，辐射角大，强度不大。随着温度升高或驱动电流增大，谱线加宽，且峰值波长向长波长方向移动。【2】P特性：LED工作电流为50100mA，输出光功率为几mW，由于光束辐射角大，入纤光功率只有几百W。【3】温度特性：对温度不敏感，不用ATC电路。(4)频率特性：发光二极管的频率响应可以表示为f 调制频率，P(f) 对应于调制频率f的输出光功率，e 少数载流子(电子)的寿命。在一般工作条件下，正面发光型LED截止频率为2030 MHz，侧面发光型LED截止频率为100150 MHz。(4) 频率特性： 发光二极管的频率响应可以表示为 f 调制频率，P(f) 对应于调制频率f的输出光功率，e 少数载流子(电子)的寿命。在一般工作条件下，正面发光型LED截止频率为2030 MHz，侧面发光型LED截止频率为100150 MHz。(5) 可靠性：工作寿命长，可靠性好，达3105小时，合 34 年。(6) 耦合效率低：LED发散角大，耦合效率低, 一般小于10%。 LED通常和多模光纤耦合。14、 LD与LED之比较：15、光电效应：某些半导体受到光照射时，其中的电子会接受光能而激发到高能态上。也就是说，半导体中被原子束缚的载流子吸收光后能激发成为自由载流子。这种现象称为光电效应。半导体光检测器完成光电转换就是基于这种光电效应。16、 EDFA的组成：掺铒光纤放大器简称EDFA。是在石英光纤中掺入Er元素，在泵浦光的激励下， 对特定波长的信号光进行放大。其工作波长为1.55m。 EDFA的工作原理：在泵浦光源的激励下，掺铒光纤基级上的电子产生受激吸收被激发到到高的激发能级上，继而马上下降到稍低的亚稳态级，与基级形成粒子数反转分布，当信号光满足h=Eg时，将产生受激辐射激发同频同偏振方向的光子，从而对光产生放大。 17、 泵浦源是EDFA的另一项关键技术。它将粒子从低能级抽运到高能级使之处于粒子反转状态，从而产生放大。的三种结构方式（1）同向泵浦方式优点：噪声小 缺点： 输出光功率不大（2） 反向泵浦方式优点：输出光功率大 缺点：噪声大 (3)双向泵浦方式18、无源光器件：光衰减器的作用是对光能量进行预期的衰减，使光能量减少。光衰减器的使用场合有光通信系统的指标测量、短距离通信系统的信号衰减以及系统试验等。 为了扩大传输容量，还可以进一步减小信道间隔，称为密集波分复用(DWDM：Dense Wavelength Division Multiplexing)。 无源光器件包括：光纤连接器、光衰减器、波分复用器、光耦合器、光隔离器光耦合器：功能：把一个输入的光信号分配给多个输出，或把多个输入的光信号组合成一个输出。耦合器大多与波长无关。 光隔离器是只允许正向光信号通过，阻止反射光的器件。在光纤通信系统中，尤其是在相干光通信系统中，为了防止各种原因产生的反射光进入激光器，影响激光器的稳定性，常需要光隔离器。第四章 19、SDH的速率和帧结构1.SDH传输速率STM(SynchronousTransportModule)同步传递模块 基群速率：STM1 =155.520Mb/s， STMN(N为整数)信号是通过基本模块STM1按同步复用后的结果。STM4： 4155.520Mb/s=622.080Mb/s，用4个STM1同步复用而成。STM16：2488.320Mb/s。 我国和欧洲均采用SDH标准。20、 SDH的帧结构是以字节做基础的矩形块状帧结构，这种结构便于实现支路的同步复用、交叉连接（DXC）、上下话路等。SDH中数据传输是以帧为单位进行的，帧时间长度叫帧周期(或帧长)，以字节为最小单元(每个字节含8bit)。它由9行和270N字节组成块状帧结构，如图4.1所示。发送顺序为从左至右，从上至下。块状帧结构的传送方向上SDH一帧的长度为125s，即每秒传1/(125106)=8000帧，传送STMN模块的速率为89270N8000bit/s。对于STM1模块而言，一帧的长度为2430(=9270)字节，相当于24308bit=19440bit，传输速率为9270818000bit/s=155.520Mb/s。 第五章21、数字光发射机方框图 22、（1）电光延迟：半导体激光器在高速脉冲调制时，输出光脉冲和注入电流脉冲之间存在一个初始延迟时间，称为电光延迟时间，其数量级一般为ns。电光延迟会导致码型效应。(2)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，称为张弛振荡。（3）自脉动：某些激光器在脉冲调制时，当注入电流达到某个范围时，输出光脉冲会出现持续等幅的高频振荡，称为自脉动现象。23、光接收机：光纤通信系统有模拟和数字两大类。和光发射机一样，光接收机也有数字接收机和模拟接收机两种形式。它们均由反向偏压下的光电检测器、低噪声前置放大器及其他信号处理电路组成。与模拟接收机相比，数字接收机更复杂，在主放大器后还有均衡滤波、定时提取与判决再生、峰值检波与自动增益控制(AGC)电路。但因它们在高电平下工作，并不影响对光接收机基本性能的分析。 24、光接收机的性能指标：灵敏度接收灵敏度是数字光接收机最重要的指标，它直接决定光纤通信系