光纤通信和系统设计总结PPT课件

-,1,光纤通信与系统设计,教学内容重点,-,2,第一章概述,光纤通信系统的光波波谱光纤通信的波谱在1.671014Hz3.751014Hz之间，即波长在0.8m1.8m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,-,3,第二章光纤的结构与导波特性,基本光学定义和定律：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,-,4,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：,-,5,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,波导方程式,导模条件,贝塞尔函数,V参数,-,6,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,-,7,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,模场直径,有效面积：,误差0，从脉冲前沿到后沿瞬时频率线性增加上(负）啁啾），C0，高斯脉冲单调展宽；2C0，脉冲初始窄化，而后迅速展宽。在距离Zmin时达到最小宽度T1min,-,16,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,研究表明，对于典型系统，当=0.491时，系统性能恶化量（功率代价）为2dB,1、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：,-,17,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.,-,18,光纤的非线性特性,基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),-,19,基本概念,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=W2,-,20,受激布里渊散射（SBS）,功率阈值:,特点、影响、抑制措施：,-,21,受激喇曼散射（SRS）,功率阈值,特点、影响、抑制措施：,-,22,非线性折射率,克尔（kerr)效应（三阶极化效应）,非线性系数：,-,23,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,-,24,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,-,25,互相位调制（XPM）,XPM导致的频率调制：,信道走离与XPM：,-,26,四波混频(FWM),新生的频率分量造成信道之间的串扰(同频串扰)：,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,-,27,第四章光源,激光形成的基本条件：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,-,28,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:,-,29,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,-,30,第五章光发送机,光发送机的基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：基本原理：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,-,31,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；,-,32,第七章光接收机,光接收机作用光接收机基本组成（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,-,33,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,-,34,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；,-,35,第9A章波分复用通信技术,基本概念关键器件解复用器（光滤波器）,-,36,第9B章光放大器,光放大器的类型：SOA,EDFA,FRA半导