光纤通信复习重点(2)

《光纤通信》课程复习提纲

2014.6

1.光纤通信的优点

（1）. 容许频带很宽，传输容量很大

(2). 损耗很小， 中继距离很长且误码率很小 (3). 重量轻、 体积小 (4). 抗电磁干扰性能好 (5). 泄漏小， 保密性能好

(6). 节约金属材料， 有利于资源合理使用 2.光纤通信系统的基本组成

发 射基本光纤传输系统接 收

电光光电信信光纤线路发发接接 息息射射收收 源宿机机机机 电信号光信号光信号电信号 输入输出输入输出

光纤通信系统的基本组成(单向传输)

3.光纤通信对光源的要求

对光源的要求：输出光功率足够大， 调制频率足够高，谱线宽度和光束发散角尽可能小，输出功率和波长稳定， 器件寿命长。 4.直接调制和间接调制

直接调制是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而实现的。

这种方案技术简单， 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。

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。外调制的优点是调制速率高，缺点是技术复杂，成本较高，因此只有在大容量的波分复用和相干光通信系统中使用。 5.光接收机由光检测器、 放大器和相关电路组成

光接收机由光检测器、 放大器和相关电路组成； 光检测器是光接收机的核心。

光接收机最重要的特性参数是灵敏度。

灵敏度是衡量光接收机质量的综合指标，它反映接收机调整到最佳状态时， 接收微弱光信号的能力。

6.检测方式有直接检测和外差检测的区别。

检测方式有直接检测和外差检测两种。直接检测是用检测器直接把光信号转换为电信号。这种检测方式设备简单、 经济实用， 是当前光纤通信系统普遍采用的方式。外差检测要设置一个本地振荡器和一个光混频器，使本地振荡光和光纤输出的信号光在混频器中产生差拍而输出中频光信号，再由光检测器把中频光信号转换为电信号。外差检测方式的难点是需要频率非常稳定，相位和偏振方向可控制，谱线宽度很窄的单模激光源；优点是有很高的接收灵敏度。

7.灵敏度是衡量光接收机质量的综合指标，它反映接收机调整到最佳状态时， 接收微弱光信号的能力。灵敏度主要取决于组成光接收机的光电二极管和放大器的噪声，并受传输速率、光发射机的参数和光纤线路的色散的影响，还与系统要求的误码率或信噪比有密切关系。所以灵敏度也是反映光纤通信系统质量的重要指标。

7.数字通信系统的优点

① 抗干扰能力强，传输质量好。② 可以用再生中继，传输距离长。③ 适用各种业务的传输，灵活性大。④ 容易实现高强度的保密通信。 ⑤ 数字通信系统大量采用数字电路，易于集成，从而实现小型化、微型化，增强设备可靠性，有利于降低成本。

8.实用光纤的基本类型

实用光纤主要有三种基本类型:突变型多模光纤 、渐变型多模光纤 、 单模光纤。 9.NA

NA表示光纤接收和传输光的能力，NA(或θi)越大，光纤接收光的能力越强，从光源到光纤的耦合效率越高

NA越大， 纤芯对光能量的束缚越强，光纤抗弯曲性能越好。

NA=n0sinθimax

12NA?n2?n2?n12?

从公式上看，△越大，NA越大，光纤的收光效果越好。 10.色散的分类及原因特点

色散一般包括模式色散(模间色散)、材料色散和波导色散。其中材料色散和波导色散又统称为模内色散（色度色散）

模式色散：是由于不同模式的时间延迟不同产生的。取决于光纤折射率分布，并和光纤材料折射率的波长特性有关。

材料色散：由于光纤的折射率随波长而改变，模式内部不同波长成分的光时间延迟不同产生的。取决于光纤材料折射率的波长特性和光源的谱宽。

波导色散：由于波导结构参数与波长有关产生的。取决于波导尺寸，以及纤芯与包层的相对折射率差。 11.光纤中的电磁场是以离散的模式在光纤中传播（会计算模式数）(见PDF格式第2章2.3.2节) 例：对于典型的渐变型光纤：NA ＝0.275，纤芯直径50 μm，求当工作在1310 nm窗口时，光纤中可容纳的模式数。 解：利用：V?2?aNA（V是归一化频率） ?2??50?2?0.275?32.97 ?V?1310?10?312又：M?V(渐变光纤)

4 ∴一根光纤可容纳的模式数M=272

12.HE11模称为光纤的基模

13.双折射现象带来的影响，解决双折射问题的方法 双折射现象带来的影响：

如果纤芯是理想圆柱形，这两个正交的模式将以相同的速度传播，并同时到达输出端。 如果圆柱对称性出现了改变，这两个模式就会以不同的速度传播，导致脉冲展宽。 偏振的不确定性对相干通信系统对信号的检测、接收将产生不良影响。 解决双折射问题的方法：

（1）减小单模光纤的不完善性。

(2)采用保偏光纤（线偏振光沿一个主轴偏振）

人为引入较高的固定双折射，压低小的双折射随机波动的影响。 典型保偏光纤，B＝10－4。

14.后向散射法测量光纤损耗的原理与方法（OTDR的原理）

原理：由于瑞利散射光功率与传输光功率成比例，利用与传输光相反方向的瑞利散射光功率来确定光纤损耗系数的方法，称为后向散射法。

具体方法：设在光纤中正向传输光功率为P，依次经过L1和L2点时分别为P1和P2，后向散射光功率分别为Pd( L1 )、Pd( L2 )，则：

10pd(L1) a?lg(dB/Km)2(L?L)Pd(L) 21215.光有源和无源器件分别包括哪些？

光有源器件：光源：半导体激光器（LD）分布反馈（DFB）激光器发光二极管（LED）光检测器：光电二极管（PD）PIN光电二极管雪崩光电二极管（APD）光放大器：掺铒光纤放大器（EDFA）

光无源器件：光纤连接器和接头、光耦合器、光隔离器与光环行器、光调制器、光波分复用器/解复用器、光开关

16.半导体光源和光检测器优点

半导体光源和光检测器优点：体积小、效率高、可靠性高、工作波长与光纤低损耗窗口相对应、便于光纤耦合、调制速率高 17.何为粒子数反转。

在单位物质中，处于低能级E1和高能级E2的原子数分别为N1和N2, 当N2> N1：受激辐射大于受激吸收，当光通过这种物质时，产生放大作用。这种分布和正常状态的分布相反，称为粒子数反转。 18.LD和LED的优缺点

LD可以发出单色、定向性好、高强度、相干性的光。优点：辐射功率高、发散角窄、与单模光纤耦合效率高、辐射光谱窄、能进行高速直接调制。LD 适合于作高速长距离光纤通信系统的光源 LED 适用范围：低速率、短距离光波系统

LED优点：结构简单。成本低。寿命长。可靠性高。随温度变化较小。 发光二极管通过自发发射过程发射非相干光。

缺点：（1）输出功率低。（2）输出光束发散角较大，耦合效率低。（3）光源谱线较宽。（4）响应速度较慢。

19.产生激光的条件

产生激光的三个先决条件：

激励源是能量的提供者，实现粒子数反转。 激活物质是产生激光的物质基础，提供光放大。 光学谐振腔提供光反馈。

要产生激光还应满足如下两方面的条件：

光的增益和损耗间应满足平衡条件——阈值条件。

在谐振腔中，光波反复反射能得到加强，从而能够存在，应满足的条件——相位条件 20.LD高速调制下出现的现象： 电光延迟：输出光脉冲和注入电流脉冲之间存在一个初始延迟时间。 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。 自脉动现象：当注入电流达到某个范围时，输出光脉冲出现持续等幅的高频振荡。 21.SLM激光器设计的基本思想

SLM（单纵模半导体激光器） 激光器设计的基本思想:

是不同纵模具有不同的腔损耗。具有最低光腔损耗的纵模最先达到阈

值并成为支配模式。其他邻模由于高损耗而被截止。邻模携带的功率在总的辐射功率中只占很小一部分（< 1%） 22.PIN和APD二极管特点

PIN二极管特点：（1）结构简单，可靠性高。电压低，使用方便。（2）量子效率高。（3）噪声小。（4）带宽较高。

APD二极管特点：（1）灵敏度高。（2）高增益。（3）高电压，结构复杂。（4）噪声大。 23.隔离器工作原理 隔离器工作原理：

由于入射光偏振方向与第一个偏振器透振方向相同，因此输入光能够通过第一个偏振器。 法拉弟旋转器能使光的偏振态旋转一定角度（例如45°）。

第二个偏振器的透振方向在45°方向上，因此经过法拉弟旋转器的光能够顺利地通过第二个偏振器。 当反射光通过法拉弟旋转器时再继续旋转45°，变成了水平偏振光。 但是水平偏振光不能通过左面第一个偏振器，于是达到光隔离效果。

24.光发射机的电路 （第4章23页） 驱动电路

自动功率控制电路 自动温度控制电路 告警电路和保护电路

25.边模抑制比 边模抑制比SMSR

边模抑制比 SMSR SMSR 的定义为：在全调制的条件下主纵模的光 功率 M1 和最大边模光功率 M2 之比。即 SMSR=10lg(M1/M2)

26.直接检测数字光纤通信接收机一般组成。

直接检测数字光纤通信接收机一般由三个部分组成，即光接收机的前端、线性通道和数据恢复

27.数字光接收机接收电路 接收电路和判决电路两大部分组成 接收电路 由光电检测器和前置放大器、均衡器、 主放大器、偏置电路和自动增益控制电路五部 分组成。 判决电路 由判决器、时钟恢复电路和译码器组 成。

28.均衡滤波器的作用：均衡滤波器是使经过均衡器以后的波形成为有 利于判决的波形。 29.分析光接收机的噪声源

光接收机的噪声是与信息无关的随机变化 量，噪声源从引入过程来分，可分为两类，即 与信号光电检测器有关的噪声和与光电接收机 电路有关的噪声。

与信号光电检测器有关的噪声包括 ：量子 噪声、雪崩倍增噪声、暗电流及漏电流噪声和 背景噪声等等。

与光接收机电路有关的噪声包括 ：放大器 噪声、负载电阻热噪声等。 30.光波分复用的定义和基本形式。

光波分复用（WDM，Wavelength Division Multiplexing）技术是在一根光纤上能同时传送多波长光信号的一项技术。它是在发送端将不同波长的光信号组合起来（复用），并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光信号分开（解复用）并作进一步处理，恢复出原信

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