光线通信复习资料

1、求解Bessel方程的过程，实际上就是根据边界条件和场分布选择适当的Bessel函数的过程。解的形式其中/=嚇-FU导波模的径向归一化相位常数肿=用-翻甘，附导波模的径向归一化衰减常数定义V2=U2+W2場才I場才I谓_卅I区称为光纤的归一化频率，与光纤的结构参数和工作波长有关所以有“竝:V=nnTOC o 1-5 h z九12=乎an*2A归一化频率V,结构参数九iU、W、V是无量纲参数1.假设一阶跃折射率光纤，其参数a=6）im,A=0.002,nl=1.5,当光波长入分别为1.55|im、1.3|im和0.85pm时，求光纤中可以传输哪些导模？2A00_2仃.66X1.5X2X0.002

2、1.55=2.307（2.405所以，光纤中导模只有HE模;112n2na2A002开16X1.5X2X0.002=4.210.853.832V=4.21(5,/.光纤中的导模只有HE,TE,TM,HE,EH,HE,HE模。11010121113112=xl.5x2x0.002=2.75=xl.5x2x0.002=2.75V2.405(=2.7X3.832,.光纤中的导模只HE2.一阶跃折射率光纤，其纤芯半径a=25|im,折射率n1=1.5，相对折射率差A=1%，长度L=1km。求：（1）光纤的NA;（2）子午光纤的最大时延差;（3）若将光纤的包层和涂敷去掉，求裸光纤的NA和最大时延差。AX

3、=L（NA）22nc115x15x1x0.013x105=5x10-8sNA=n2一n212an2A1=1.5x-2x0.01=0.21AT=2nc1INA=n2一n212=1.52-1.0215x13x105x0.52=0.5=1.25x10-6s已知某光歼養敷如下*a=4.0“,A=0.003歼芯折射率6=148试I可此光歼能否传綸波长久=1.31”的恋。】和场。僅？如務便花。、血。泯絵勒號，光波长应限怎样的调整？劉=沪匝可得V=争p価=3】；产x148x40 x10/2x0003=22而和陋襖的归一化就止频率巧=2.405,c例题3Si-PIN光电二极管具有直径为0.4mm的光敏面，当波

4、长700nm的红光以强度0.1mW/cm2入射时，产生56.6nA的光电流。求该光电二极管的响应度和量子效率。解：因入射光强I=0.1mW/cm2，所以入射光功率为4=0-02cm)2(0.1xl0-3W/cm2)：=1.26x10-7W=0.126W.：.响应度.=0.45A/W量子效率：|6.6310_51131|310801/310.45A/W=0.8=80%il.exlOCHOOxlOmi例题4PIN光电二极管的分布电容是5pF,由电子-空穴渡越时间限制的上升时间是2ns,计算3dB带宽和不会显著增加上升时间的最大负载电阻。解：由光生电子-空穴对渡越时间限制的3dB带宽是3dB带宽=匹

5、=吕希.=175MHz为了不使RC上升时间显著影响系统的上升时间，由负载电阻决定的RC上升时间应小于渡越时间的四分之一,所以有7；RC=2.2/?LCd1计)455乂10巴尻=罗一=0.6=0.75A/Whe(6.63x10_3+)!3x10?i假设没有倍增时的光电流是IpO,入射光功率Pin时，根据响应度的定义可以得到初生光生电流Zp0=0.75i20 xl0-i=1.5xlOA当有倍增时的光电流：Zp=GZp()=12(1.5xl0-8A)=1.80 xl0-7A=180mA:戏=扎凤=驱=2沁：15=曲曲倍增时的响应度：例：假如输入信号功率为300yW,在1nm带宽内的输入噪声功率是30

6、nW，输出信号功率是60mW,在1nm带宽内的输出噪声功率增大到20yW，计算光放大器的噪声指数。解：光放大器的输入信噪比为(Ssnr)in=10*103输出信噪比为(SNR)out=3X103所以噪声指数为NF=IN/OUT=3.33一、光纤通信的优点频带宽,通信容量大；损耗小,传输距离长；抗电磁干扰：相互之间不会干扰,石英材料抗外界电磁干扰、抗雷电损坏；抗噪声干扰：石英材料抗电机、荧光灯等其他电器的电磁干扰；体积小,重量轻,成本低,便于施工；保密性好,不向外辐射能量即使弯曲地段也无法窃听；材料源丰富。二、光纤通信的发展阶段第一代光纤通信系统20世纪70年代末投入营运，由0.85gm的光源和

7、多模光纤构成。0.85gm光纤损耗较大，传输带宽有限，因而第一代只适用于低速率、短距离的传输。亚特兰大第一条：44Mb/s，约10km。第二代光纤通信系统20世纪80年代初投入营运，采用1.3gm的LED或LD作为光源，多模光纤作为传输介质。多模光纤的色散限制了传输速率，也只能应用于低速率场合。140Mb/s以下，距离20km。第三代光纤通信系统20世纪80年代中期开始投入营运。1.3pm的半导体激光器为光源，1.3pm的单模光纤作为传输介质。典型的速率140Mb/s,中继距离大于30km。1.55pm激光器作为光源，1.55pm的单模光纤作为传输介质。典型速率565Mb/s、622Mb/s、

8、2.488Gb/s，中继距离大于100km,上世纪80年代后期大量投入使用。数值孔径NA=n1V2群时延差At=Ln1/c*AV=2.405截止波长入c色散特性:物理学中，色散是指由于某种物理原因使得具有不同波长的光经过透明介质后被散开的现象，如白光经三棱镜后的彩色光带，这是因为玻璃对不同波长的光具有不同的折射率。色散一般用时延差来表示，所谓时延差，是指不同频率或不同模式的信号成分传输同样的距离所需要的时间之差。色散对光纤通信系统的影响：对模拟光纤通信系统，使得波形重叠、信号失真；对数字光纤通信系统，使得脉冲展宽，产生码间干扰、增加误码率，影响光纤的传输带宽、通信容量。(1)色散的分类光纤的色

9、散可分为模式色散、模内色散/色度色散、偏振模色散。多模光纤中，模式色散占主要地位，模内色散很少，实际应用中可以不考虑，因此多模光纤的色散用时延差表示。单模光纤中只传输基模，不存在模式色散，此时模内色散地位就凸显出来了。当波长在1.31pm附近，模内色散接近零。一阶跃折射率光纤，其纤芯半径a=25pm,折射率n1=1.5,相对折射率差=1%,长度L=1km0求：(1)光纤的NA；(2)子午光纤的最大时延差；(3)若将光纤的包层和涂敷去掉，求裸光纤的NA和最大时延差。第四章激光器起振的阈值条件是什么？e(您-0)2银&=1伽=+pu蛊激光器起振的相位条件是什么？2“=2观纵模模数彳=1,23，相位

10、常数IL-nk=2?rgg用是激活物质的折射率半导体激光器的主要特性有哪些？.输出光功率特性(1)阈值电流功率线性度光输出饱和度激光器的光电转换效率.温度特性.光谱特性单色性(1)发射波长激光器的纵模反映器件的光谱特性激光器的谱线宽度(4)边模抑制比.激光束的空间分布方向性.瞬态特性半导体激光器的瞬态特性对通信会产生什么样的影响？如何避免？电光延迟要产生码型效应方法：第一,增加直流偏置电流,使LD偏置在Ith附近。第二,双脉冲信号进行调制。当最高调制频率接近张弛振荡频率时，波形严重失真，以至于使光接收机在抽样判决时增加误码率，因此实际使用的最高调制速率应低于张弛振荡频率。简述DFB激光器的工作

11、原理。DFB激光器的周期性沟槽在有源层波导两外侧的无源波导层上，这两个无源的光栅波导充当Bragg反射镜的作用；只有在Bragg波长附近的光波才能满足振荡条件，从而发射激光。根据光栅方程A=m；,反射光束同相加强的条件为A+=加驚你=1,23，苴中A是波蛟光栅的周期/栅距，R是波级光册材料的有效折射率，&是波长由图中所示B的几何关系，上式也可表示为）A（l+sin&）=曲布拉格反射条件DFB或DBR激光器的分布反馈是e=n/2的布拉格反射，这时有源区的光在栅条间来回振荡。此时产生激光输出的布拉格条件为：典型驱动电路（模拟和数字）。U1VB（参肴电压）10.功率控制电路和温度控制电路的目的是什么？分别通过什么参数进行控制？功率控制电路：为防止接通电源时光源电流的瞬态过冲，往往先让调制电路、反馈电路及运算放大器等接通，而偏置电流Ib却是缓慢增加，即接