光纤通信复习总结
一、名词概念
1、光纤：光纤是传光的纤维波导或光导纤维的简称。
2、光纤通信：光纤通信是以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式。
3、光纤通信系统：光纤通信系统是以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信系统。
二、光在电磁波谱中的位置
----光也是一种电磁波，只是它的频率比无线电波的频率高得多。红外线、可见光和紫外线均属于光波的范畴。
1、可见光是人眼能看见的光，其波长范围为：0.39 至0.76 。
2、红外线是人眼看不见的光，其波长范围为：0.76 至300 。一般分为：（1）近红外区：其波长范围为：0.76 至15 ；（2）中红外区：其波长范围为：15 至25 ；（3）远红外区：其波长范围为：25 至300 ；三、光纤通信所用光波的波长范围
（1）光纤通信所用光波的波长范围为0.8 至1.8 ，属于电磁波谱中的近红外区。（2）在光纤通信中，常将0.8 至0.9 称为短波长，而将0.8 至0.9 称为长波长。
四、光纤通信中常用的低损耗窗口
（1）0.85 、1.31 和1.55 左右是光纤通信中常用的三个低损耗窗口。
（2）早期光纤通信系统传输所用的是多模光纤，其工作波长在0.85 的第一个工作窗口。（3）非色散位移光纤（G.652光纤）工作在1.31 附近的第二个工作窗口。（4）色散位移光纤（G.653光纤）工作在1.55 附近的第二个工作窗口。-
五、光纤通信的特点
与电缆或微波等电通信方式相比，光纤通信的优点如下： (1)传输频带极宽，通信容量很大；
(2)由于光纤衰减小，无中继设备，故传输距离远； (3)串扰小，信号传输质量高； (4)光纤抗电磁干扰，保密性好；
(5)光纤尺寸小，重量轻，便于传输和铺设； (6)耐化学腐蚀；
(7)光纤是石英玻璃拉制成形,原材料来源丰富
一）概论习题
1、什么是光纤通信？
2、光纤的主要作用是什么？
3、与电缆或微波等电通信方式相比，光纤通信有何优点？
4、为什么说使用光纤通信可以节约大量有色金属？
5、为什么说光纤通信具有传输频带宽，通信容量大？
6、可见光是人眼能看见的光，其波长范围是多少？
7、红外线是人眼看不见的光，其波长范围是多少
8、近红外区：其波长范围是多少
9、光纤通信所用光波的波长范围是多少？
10、光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长分别是多少
（二）单元测试 (单项选择题）
1 光纤通信指的是：
1以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式；
2 以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式；
3 以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式；
4以激光作载波、以导线为传输媒介的通信方式。
2 光纤通信所使用的波段位于电磁波谱中的：
1 近红外区；
2 可见光区；
3 远红外区；
4 近紫外区。
3 目前光纤通信所用光波的波长范围是：
1 0.4～2.0 ；
2 0.4～1.8 ；
3 0.4～1.5 ；
4 0.8～1.8 。
4目前光纤通信所用光波的波长有三个，它们是：
0.85 、1.20 、1.80 ； 2 0.80 、1.51 、1.80 ； 3 0.85 、1.31 、1.55 ； 4 0.80 、1.20 、1.70 。
5 下面说法正确的是：
1光纤是透明玻璃拉制成细长圆柱形的线； 2 光纤是传光的纤维波导或光导纤维的简称； 3 光纤是透明塑料拉制成细长圆柱形的线； 4光纤是由高纯度石英玻璃制成细长圆柱形的线。
6下面说法正确的是：
1 光纤的传输频带极宽，通信容量很大； 2光纤的尺寸很小，所以通信容量不大； 3 为了提高光纤的通信容量，应加大光纤的尺寸； 4 由于光纤的芯径很细，所以无中继传输距离
7 下面说法正确的是：
1光纤的主要作用是引导光在光纤内沿直线的途径传播；
2 光纤的主要作用是引导光在光光纤的主要作用是引导光在光纤内沿直线或弯曲的途径传播。
3 光纤的主要作用是引导光在光纤内沿螺旋线的途径传播；
8下面说法正确的是：
1光纤通信只能用于数字通信，不能用于模拟通信；2 光纤通信不能用于数字通信，只能用于模拟通信； 3 光纤通信即可以用于数字通信，也可用于模拟通信；4 光纤通信不能用于数字通信，也不能用于模拟通信。
9 下面说法正确的是：
9、 1光纤弯曲半径不能无穷大； 2光纤弯曲半径不宜过大； 3 光纤弯曲半径不宜过小； 4光纤弯曲半径可以为零。
二、光纤与导光原理
10、-由于光纤具有低损耗、容量大以及其他方面的许多优点，现已成为通信系统的重要传输介质之一。光纤特性包括它的结构特性、光学特性及传输特性。结构特性主要指光纤的几何尺寸（芯径等）；光学特性包括折射率分布、数值孔径等；传输特性主要是损耗及色散特性。
11、光波在光纤中传输，随着距离的增加光功率逐渐下降，这就是光纤的传输损耗，该损耗直接关系到光纤通信系统传输距离的长短，是光纤最重要的传输特性之一。自光纤问世以来，人们在降低光纤损耗方面做了大量的工作，1.31μm光纤的损耗值在0．5dB/km以下，而1.55μm的损耗为0.2dB/km以下，这个数量级接近了光纤损耗的理论极限。光纤的色散12、----由于光纤中所传信号的不同频率成分，或信号能量的各种模式成分，在传输过程中，因群速度不同互相散开，引起传输信号波形失真，脉冲展宽的物理现象称为色散。光纤色散的存在使传输的信号脉冲畸变，从而限制了光纤的传输容量和传输带宽。从机理上说，光纤色散分为材料色散，波导色散和模式色散。前两种色散由于信号不是单一频率所引起，后一种色散由于信号不是单一模式所引起。光纤色散如图2-19所示。
光纤与导光原理小结
一、名词概念
1、阶跃型光纤:阶跃型光纤在纤芯和包层交界处的折射率呈阶梯形突变，纤芯的折射率n1和包层的折射率n2是均匀常数。
2、渐变型光纤：渐变型光纤纤芯的折射率nl随着半径的增加而按一定规律逐渐减少，到纤芯与包层交界处为包层折射率n2，纤芯的折射率不是均匀常数。
3、单模光纤：单模光纤只传输一种模式，纤芯直径较细，通常在 4μm～10μm 范围内。
4、多模光纤：多模光纤可传输多种模式，纤芯直径较粗，典型尺寸为50μm左右。
光纤的传输特性
二、光纤的损耗
---光纤损耗限制了光纤通信的最大直通距离。
---产生光纤损耗的原因主要分为三种：吸收损耗、散射损耗和辐射损耗。
(1)物质的吸收作用将传输的光能变成热能，从而造成光功率的损失。吸收损耗有三个原因，一是本征吸收，二是杂质吸收，三是原子缺陷吸收。
(2)光纤中出现折射率分布不均匀而引起光的散射，将一部分光功率散射到光纤外部, 由此引起的损耗称为本征散射损耗。又称瑞利(Rayleigh)散射。
（3）当理想的圆形光纤受到某种外力作用时，会产生一定曲率半径的弯曲，引起能量泄漏到包层，这种由能量泄漏导致的损耗称为辐射损耗。
三、光纤的色散
13、----由于光纤中所传信号的不同频率成分，或信号能量的各种模式成分，在传输过程中，因群速度不同互相散开，引起传输信号波形失真，脉冲展宽的物理现象称为色散。光纤色散的存在使传输的信号脉冲畸变，从而限制了光纤的传输容量和传输带宽。
14、----从机理上说，光纤色散分为材料色散，波导色散和模式色散。前两种色散由于信号不是单一频率所引起，后一种色散由于信号不是单一模式所引起四、常用单模光纤的性能及应用
15、---1G.652 称为非色散位移单模光纤，也称为常规单模光纤，其性能特点是：(1)在 1310nm 波长处的色散为零。（2）在波长为1550nm附近衰减系数最小，约为.22dB/km，但在1550nm 附近其具有最大色散系数，为17ps/(nm?km)。（3）这种光纤工作波长
16、即可选在1310nm波长区域，又可选在1550nm波长区域，它的最佳工作波长在1310nm 区域。G.652 光纤是当前使用最为广泛的光纤。
17、----G.653 称为色散位移单模光纤。色散位移光纤是通过改变光纤的结构参数、折射率分布形状，力求加大波导色散，从而将零色散点从1310nm 位移到1550nm，实现 1550nm 处最低衰减和零色散波长一致。这种光纤工作波长在1550nm区域。它非常适合于长距离单信道光纤通信系统。
18、--G.655 这种光纤在1550nm波长处色散不为零，故其被称为非零色散位移单模光纤。它在1550nm波长区域具有合理的低色散，足以支持10Gbit/s的长距离传输而无需色散补偿；同时，其色散值又保持非零特性来抑制四波混频和交叉相位调制等非线性效应的影响。这种光纤主要适用密集波分复用传输系统
19、一）光纤与导光原理习题
1、典型光纤由几部分组成？各部分的作用是什么?
2、什么是阶跃光纤？什么是渐变光纤？
3、为什么包层的折射率必须小于纤芯的折射率？
4、什么是单模光纤？什么是多模光纤？
5、用射线理论分析阶跃光纤的导光原理。
6、什么是光纤的传光模式？什么是光纤的主模？什么是高次模？
7、如何实现光纤的单模传输？
8、光纤损耗主要有几种原因？其对光纤通信系统有何影响？
9、光纤色散主要有几种类型？其对光纤通信系统有何影响？
10、分别说明G.652 、G.653、 G.655光纤的性能及应用。
20、（二）单元测试 (单项选择题）
1 下面说法正确的是：
1光纤的典型结构是多层同轴圆柱体，自内向外为包层、纤芯和涂覆层；
2光纤的典型结构是多层同轴圆柱体，自内向外为纤芯、包层和涂覆层；
3 光纤的典型结构是两层同轴圆柱体，自内向外为纤芯和涂覆层；
4光纤的典型结构是两层同轴圆柱体，自内向外为包层和涂覆层。
2 下面说法正确的是：
1 为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须等于纤芯的折射率；
2 为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须大于纤芯的折射率；
3 为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须小于纤芯的折射率；
4 为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须大于涂覆层的折射率。
3 下面说法正确的是：
1单模光纤只能传输次模模式； 2单模光纤只能传输一路信号； 3 单模光纤只能传输一种模式； 4单模光纤只能传输高次模模式。
4 下面说法正确的是：
21、1 多模光纤指的是传输多路信号；2 多模光纤可传输多种模式；3 多模光纤指的是芯径较粗的光纤；4 多模光纤只能传输高次模。
5 光纤的传输特性主要是：
1光纤的传光原理；2 光纤的结构特性和光学特性； 3光纤的损耗及色散特性；4 光纤的传输模式。
6 光纤的单模传输条件是归一化频率满足： 1 2.405 ； 2 2.405 ； 3 3.832 ； 4 3.832 。
7 下面说法正确的是：
1光纤的损耗决定光纤通信系统的通信容量； 2光纤的损耗决定光纤通信系统的传输距离； 3 光纤的损耗决定光纤通信系统的传输速率； 4光纤的损耗决定光纤通信系统的传输模式。
8 下面说法正确的是：
1光纤的色散决定光纤通信系统的通信容量；2 光纤的色散决定光纤通信系统的传输距离； 3 光纤的色散决定光纤通信系统的传输速率； 4光纤的色散决定光纤通信系统的传输模式。
三、光缆及无源光器件
22、----构成一个完整的光纤传输系统，除了光源、光检测器及光纤外，还需要众多的无源光器件。无源光器件在光纤通信系统中起着重要的作用。
光缆
23、----目前，光纤通信用的光纤都经过了一次涂覆和二次涂覆的处理，经过涂覆后的光纤虽然已具有了一定的抗张强度，但还是经不起施工中的弯折、扭曲和侧压等外力作用，为了使光纤能在各种环境中使用，必须把光纤与其他元件组合起来构成光缆，使其具有良好的传输性能以及抗拉、抗冲击、抗弯、抗扭曲等机械性能。光缆的基本组成
24、----目前光纤通信中使用这各种不同类型的光缆，其结构形式多种多样，但无论何种结构形式的光缆，基本上都由缆芯、加强元件和护层三部分组成。 ---
25、（1）缆芯
----缆芯是由单根或多根光纤芯线组成，其作用是传输光波。 ---
（2）加强元件
----加强元件一般有金属丝和非金属纤维，其作用是增强光缆敷设时可承受的拉伸负荷。 ---（3）护层
----光缆的护层主要是对已形成缆的光纤芯线起保护作用，避免受外界的损伤。-
-- 光缆按结构形成主要分为:(1)层绞式光缆；(2)骨架式（沟槽式)光缆；(3)束管式（套管式）光缆。
（4）带状式无源光器件
26、----光纤通信系统的传输线路，需要一些无源光器件来构成光纤线路的连接、分路、合路和其他的功能。由于光纤和光缆的长度受光纤拉制工艺和光缆施工条件的限制，且光纤的拉制长度也是有限的。因此一条光纤线路可能存在多根光纤相连接的问题。由此可见，光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合，对光纤连接器、耦合器等无源器件的使用是必不可少的。
1、光纤连接器
----光纤连接器是使一根光纤与另一根光纤相连接的器件，是光波系统中使用量最多的器件。
-- 光纤与光纤的连接有两种形式，一种是永久性连接，另一种是活动连接。永久性
连接具有粘接法和熔接法之分，目前多采用熔接法。熔接法如图3-1所示。单模光纤的纤芯直径
要在10μm以下，因此熔接必须使用机器才行。
2、光纤耦合器
---光纤耦合器是实现光信号分路/合路的功能器件，一般是对同一波长的光功率进行分路或合路，其使用量仅次于连接器。
3、光合波器和光分波器
----光合波器和光分波器是用于波分复用等传输方式中的无源光器件。可将不同波长的多个光信号合并在一起藕合到一根光纤中传输，或者反过来说，将从一根光纤传输来的不同波长的复合光信号，按不同光波长分开。前者称为合波器，后者称为光分波器。
4、光滤波器
----光滤波器一般是采用多层介质膜作为光滤波器，使某一波长的光通过，而其他波长的光被阻止。具体结构有两类，一类为干涉滤波器，另一类为吸收滤波器，两者均可用介质膜构成。
5、光隔离器
光隔离器是一种只允许单向光通过，阻止反射光返回的无源光器件，其工作原理是基于法拉弟旋转的非互易性。
27、----在光纤通信系统中，尤其在相干光纤通信系统中，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。
（一）光缆及无源光器件习题
1、为什么必须把光纤与其它元件组合起来构成光缆？
2、光缆按结构形成主要分为几种？
3、比较层绞式、沟槽式、套管式三种光缆，哪一种光缆抗侧压性能较好？
4、为什么说在光纤通信系统中光无源器件的使用是必不可少的？
5、什么是光纤连接器？永久性连接有几种方法？
6、6光纤耦合器的功能是什么？
7、7、什么是光合波器和光分波器？
8、8、什么是光滤波器？
9、9、什么是光隔离器？
10、光源与光纤的耦合，一般采用什么方法提高耦合效率？
11、（二）单元测试 (单项选择题）
28、1 为了使光纤能在各种敷设条件和各种环境中使用：
1必须把光纤进行一次涂覆和二次涂覆处理； 2必须把光纤与其他元件组合起来构成光缆； 3 必须把多根光纤放入同一根塑料管中； 4必须把多根光纤绞合在一起。
2 下面四种光缆的基本结构中，抗侧压性能好的是：
1层绞式光缆；2 套管式光缆；3带状式光缆； 4沟槽式光缆。 3
光纤的连接分为：
1固定连接和永久性连接； 2固定连接和熔连接； 3 固定连接和活动连接； 4粘连接和熔连接。
4 使用连接器进行光纤连接时，如果接续点不连续，将会造成：
1光功率无法传输；2 光功率的菲涅耳反射；3光功率的散射损耗； 4光功率的一部分散射损耗，或以反射波形式返回发送端。
5 光纤耦合器是实现：
1不同波长的光功率进行合路的器件； 2光信号分路/合路的功能器件； 3 同一波长的光功率进行合路的器件； 4不同波长的光功率进行分路的器件。
6 光合波器是：
1将多个光波信号合成一个光波信号在一根光纤中传输；2 将多路光信号合并成一路光信号在光纤中传输；3将同波长的多个光信号合并在一起耦合到一根光纤中传输； 4将不同波长的多个光信号合并在一起耦合到一根光纤中传输。
7光分波器是：
1将从一根光纤传输来的同波长的光信号，按不同光波长分开；
2将从一根光纤传输来的不同波长的复合光信号，按不同光波长分开；
3 将从一根光纤传输来的一路光信号，分成多路光信号；
4将从一根光纤传输来的一个光波信号，分成多个光波信号。
8 利用多层膜制成的波导型分波滤光器：
1其反向使用时不能做合波器用；2 其反向使用时可以做合波器用；3其反向使用时也能做分波器用； 4其反向使用时可以做耦合器用。
9 下面说法正确的是：
1光隔离器是一种只允许单一波长的光波通过的无源光器件； 2光隔离器是一种不同光信号通过的无源光器件； 3 光隔离器是一种只允许单向光通过的无源光器件； 4光隔离器是一种只允许单向光通过的无源光器件。
0 光隔离器的工作原理是： 1基于法拉第旋转的非互易性；2 基于多层电介质干涉膜的滤波原理；3基于光栅的衍射原理； 4基于圆柱型透镜的聚焦原理。
三、光源和光检测器
光通信器件是光纤通信系统中的核心部件，它们的性能直接影响通信系统的质量。在光纤通信系统中使用的光器件主要有：光源和光检测器等。
----光源的作用是将电信号电流变换为光信号功率，即实现电-光的转换，以便在光纤中传输。目前光纤通信系统中常用的光源主要有：半导体激光器LD、半导体发光二极管LED、半导体分布反馈激光器DFB等。
----光检测器的作用是将接收的光信号功率变换为电信号电流，即实现光-电的转换。光纤通信系统中最常用的光检测器有：半导体光电二极管、雪崩光电二极管。
光源 -在光纤通信系统中用光波作为载波，通过光纤这种传输介质，完成通信全过程。然而，目前各种终端设备多为电子设备，这就在输入端先将电信号变成光信号，也就是用电信号调制光源。
----光源的作用是将信号电流变换为光信号功率，即实现电-光的转换。目前光纤通信系统中
常用的光源主要有：半导体激光器LD、半导体发光二极管LED、半导体分布反馈激光器DFB等。半导体激光器体积小、价格低、调制方便，只要简单地改变通过器件的电流，就能将光进行高速的调制，因而发展成为光通信系统中最重要的器件。
光检测器
--- 光检测器的作用是通过光电效应，将接收的光信号转换为电信号。目前的光接收机绝大多数都是用光电二极管直接进行光电转换，其性能的好坏直接影着接收机的性能指标。光电二极管的种类很多，在光纤通信系统中，主要采用半导体PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD)。
光源和光检测器小结 1
一、基本概念
1、有源光器件
- --光纤通信使用的有源光器件是光端机的核心，有光源和光检测器两种。
2、光源
-- -光源的作用是将信号电流变换为光信号功率，即实现电-光的转换，以便在光纤中传输。目前光纤通信系统中常用的光源主要有：半导体激光器LD、半导体发光二极管LED、半导体分布反馈激光器DFB等。
3、光检测器
---光检测器的作用是将接受的光信号功率变换为电信号电流，即实现光-电的转换。光纤通信系统中最常用的光检测器有：半导体光电二极管、雪崩光电二极管。
4、激光器
-- -激光器就是光的振荡器。激光振荡是建立在光与物质相互作用的基础上。
5、光与物质的相互作用
-- -光与物质的相互作用主要有三种基本过程:(1)受激吸收；(2)自发辐射；(3)受激辐射
6、粒子数的反转分布
7、-要使物质能对光进行放大，必须使物质中的受激辐射强于受激吸收，即高能级上的粒子数多于低能级上的粒子数。物质的这一种反常态的粒子数分布，称为粒子数的反转分布
二、半导体激光器
8、---半导体激光器是利用在有源区中受激而发射光的器件。只有当注入电流超过阈值电流的情况下，激光器才会辐射激光，所以半导体激光器是有阈值的器件。 ---（1）有源区里产生足够的粒子数反转分布； ---（2）在谐振腔里建立起稳定的振荡。
三、半导体发光二极管
9、---半导体发光二极管是非阈值器件。它与半导体激光器的本质区别是它没有光学谐振腔，不能形成激光振荡。发光二极管是非相干光源，发光以自发辐射为主。
10、四、半导体光电二极管
11、---半导体光电二极管是利用半导体材料的光电效应将入射光子转换成电子-空穴对，形成光生电流，即实现光-电的转换。
五、雪崩光二极管
12、----雪崩光二极管（APD)是利用载流子在高场区的碰撞电离形成雪崩倍增效应，使检测灵敏度大大提高，APD的雪崩增益随偏压的提高而增大。
（一）光源和光检测器习题 4
1、光纤通信系统中常用的光源主要有几种？常用的光检测器主要有几种？
2、光源、光检测器各自作用是什么？
3、激光器主要由几部分组成？各部分的作用是什么？
4、说明光与物质的相互作用主要三种基本过程。
5、什么是粒子数的反转分布？
6、分析说明半导体激光器产生激光输出的工作原理。
7、画出LD模拟调制和数字调制的原理图。
8、半导体发光二极管与半导体激光器的本质区别是什么？
9、 9、半导体光电二极管是利用什么原理实现光-电的转换？
10、雪崩光二极管（APD)是利用什么原理，使检测灵敏度大大提高？
（二）单元测试 (单项选择题）
1 光纤通信系统中使用的光器件主要有：
1激光器、发光二极管； 2分布反馈激光器、PIN光电二极管； 3 半导体激光器、光检测器、分布反馈激光器； 4光源、光检测器、光放大器。
2 光纤通信系统中常用的光源主要有：
1光检测器、光放大器、激光器；2 半导体激光器LD、半导体发光二极管LED、半导体分布反馈激光器DFB；3PIN光电二极管、激光、荧光； 4半导体激光器、光检测器、发光二极管。
3 光纤通信系统中常用的光检测器主要有：
1激光器、发光二极管； 2分布反馈激光器、PIN光电二极管； 3 半导体PIN光电二极管、APD雪崩光电二极管； 4PIN光电二极管、半导体激光器LD。
4 光源的作用是：
1产生输入光波信号；2 将电信号电流变换为光信号功率，即实现电-光转换；3产生输入光功率； 4光波对电信号进行调制，使其载荷信息在光纤中传输
5 光检测器的作用是：
1对光纤中传输的光功率进行测试； 2将接收的光信号功率变换为电信号电流，即实现光-电转换； 3 对光纤中传输的光波进行检测，并分析其波形频谱特性； 4检测光纤中传输的光信号的强弱。
6光与物质的相互作用有自发辐射、受激吸收、受激辐射三种过程下面说法正确的是：
1自发辐射是产生激光的最重要的过程；
2 受激辐射是产生激光的最重要的过程；
3受激吸收是产生激光的最重要的过程；
4自发辐射的光称为相干光。
7 在激光器中，光的放大是通过：
1光学谐振腔来实现； 2泵浦光源来实现； 3 粒子数反转分布的激活物质来实现； 4外加直流来实现。
8 发光二极管LED产生的光：
1是荧光而不是激光；2 是激光而不是荧光；3是自然光而不是激光； 4是相干光而不是荧光。
9 光电二极管是：
1将接收的光功率全部转换为电功率，即满足能量守恒定律； 2将接收的光信号功率转换为倍增电流，即实现信号的放大； 3 将接收的光功率一部分转换为电功率，一部分转换为热量； 4将接收的光信号功率变换为电信号电流，即实现光-电转换。 10 光电二极管由于耗尽区是产生光生载流子的主要区域，因此要求：
1入射光尽可能地少在耗尽区内吸收；2 二极管有宽的耗尽区；3二极管有窄的耗尽区； 4二极管必须外加正向偏压。
四、掺铒光纤放大器
----由于光纤损耗的存在，任何光纤通信系统的传输距离都受到限制，因为损耗导致光信号
能量的降低。在长距离光纤传输系统中，当光信号沿光纤传播一定的距离后，必须利用中继器对已衰减了的光信号进行放大；为了延长传输距离，需增强注入光纤的光功率；为了提高接收机的灵敏度，可在光信号进入接收机前进行放大等。这些功能的实现都需要放大器。
----目前已实现的用于光纤通信的光放大器有半导体激光放大器，利用受激拉曼散射和受激布里渊散射的非线性光纤放大器和掺杂光纤放大器。综合比较这三种光放大器的增益、耦合损耗、噪声及稳定性指标，掺杂光纤放大器性能最为优良，所以掺杂光纤放大器在光纤通信中起着十分重要的作用。
掺铒光纤
---掺铒光纤是一种向常规传输光纤的石英玻璃基质中掺入微量铒元素的特种光纤，它是一种主动光纤，如图5-1所示。掺入铒元素的目的是，促成被动的传输光纤转变为具有放大能力的主动光纤。由此可知，这种光纤的新特性--激光特性、光放大特性等与铒离子的性质密切相关。
铒光纤放大器（EDFA：Erbium-Doped Fiber Amplifier）是目前性能最完美，技术最成熟，应用最广泛的光放大器。
与其他类型的光放大器相比， EDFA具有高增益、低噪声，对偏振不敏感等优点，能放大不同速率和调制方式的信号，并具有几十纳米的放大带宽。正是由于其近于完美的特性和半导体泵浦源的使用，EDFA给1.55 μm窗口的光纤通信带来了一场革命。
掺铒光纤放大器小结
一、掺铒光纤
- --掺铒光纤是一种向常规传输光纤的石英玻璃基质中掺入微量铒元素的特种光纤。掺入铒元素的目的，是促成被动的传输光纤转变为具有光放大能力的主动光纤。光放大的特性主要由掺铒元素决定。
二、掺铒光纤放大器的工作原理
----掺铒光纤放大器主要由一段掺铒光纤、泵浦光源、光耦合器及光隔离器等构成。采用掺铒单模光纤作为增益物质，在泵浦光激发下产生粒子数反转，在信号光诱导下实现受激辐射放大。泵浦光和信号光一起通过光耦合器注入掺铒光纤；光隔离器作用是只允许光单向传输，用于隔离反馈光信号，提高稳定性。三、掺铒光纤放大器的光路结构
、前向（同向）泵浦掺铒光纤放大器
----前向（同向）泵浦掺铒光纤放大器，表示信号光和泵浦光同向进入掺铒光纤。光隔离器用于隔离反馈光信号，提高稳定性。这种结构噪声特性较好。
2、后向（反向）泵浦掺铒光纤放大器
----后向（反向）泵浦掺铒光纤放大器，表示信号光和泵浦光从两个不同方向进入掺铒光纤。这种结构具有较高的输出信号功率，但噪声特性较差。
3、双向泵浦掺铒光纤放大器
----双向泵浦掺铒光纤放大器，表示两个泵浦光从两个相反方向进入掺铒光纤。这种结构具有的输出信号功率最高，噪声特性也不差。
四、EDFA有三种基本的应用方式
在光纤通信系统中，EDFA有三种基本的应用方式，分别是分别是功率放大器、前置放大器和在线放大器。它们对发放大器性能有不同的要求，功放要求输出功率大，前放对噪声性能要求高，而线放须两者兼顾。
（一）掺铒光纤放大器习题
1、什么是掺铒光纤？
2、掺铒光纤光放大的特性取决于什么？
3、在掺铒光纤放大器中，泵浦光源的作用是什么？
4、掺铒光纤在1536nm波长处的激光过程属于几能级激光系统？
5、掺铒光纤放大器由几部分组成？
6、分析掺铒光纤放大器的工作原理。
7、EDFA有三种基本的应用方式，分别是什么？
8、画出前向（同向）泵浦掺铒光纤放大器的结构图，并说明其特点。
9、画出后向（反向）泵浦掺铒光纤放大器的结构图，并说明其特点。
10、画出双向泵浦掺铒光纤放大器的结构图，并说明其特点。
（二）单元测试 (单项选择题）
1 掺铒光纤的激光特性：
1主要由起主介质作用的石英光纤决定； 2主要由掺铒元素决定； 3 主要由泵浦光源决定； 4主要由入射光的工作波长决定。 2 掺铒光纤放大器采用：
1石英光纤作为增益介质；2 掺铒离子单模光纤作为增益介质；3掺铒离子作为增益介质； 4泵浦光源作为增益介质。
3 在掺铒光纤放大器中，泵浦光源的作用是： 1与入射光叠加产生光的放大； 2产生粒子数反转； 3 作为增益介质，对光信号进行放大； 4实现受激辐射放大。
4 掺铒光纤在1536nm波长处的激光过程属于：
1二能级激光系统；2 四能级激光系统；3三能级激光系统； 4多能级激光系统。
5 对于掺铒光纤，使用如下波长的光源作为泵浦光，均能在1536nm波长上产生激光过程： 1只在980nm波长； 2只在980nm和530nm波长； 3 只在800nm和980nm波长； 4 可在800nm、980nm、1480nm和530nm等波长。
6 掺铒光纤放大器由：
1一段掺铒光纤和泵浦光源组成；2 一段掺铒光纤、光耦合器以及光隔离器等组成；3一段掺铒光纤、泵浦光源、光耦合器以及光隔离器等组成； 4泵浦光源、光耦合器以及光隔离器等组成。
7 前向泵浦掺铒光纤放大器是：
1表示泵浦光比信号光稍前进入掺铒光纤； 2表示两个泵浦光从两个相同方向进入掺铒光纤； 3 表示信号光比泵浦光稍前进入掺铒光纤； 4表示信号光和泵浦光同向进入掺铒光纤。 8 后向泵浦掺铒光纤放大器是：
1表示信号光比泵浦光稍后进入掺铒光纤；2 表示信号光和泵浦光从两个不同方向进入掺铒光纤；3表示泵浦光比信号光稍后进入掺铒光纤； 4表示两个泵浦光从两个相反方向进入掺铒光纤。
9 双向泵浦掺铒光纤放大器是：
1表示信号光和泵浦光从两个相反方向进入掺铒光纤； 2表示两个泵浦光从两个相反方向进入掺铒光纤； 3 表示两个泵浦光从两个相同方向进入掺铒光纤； 4表示信号光和泵浦光从两个相同方向进入掺铒光纤。
10 下面的掺铒光纤放大器，噪声特性较差是：
1前向泵浦掺铒光纤放大器；2双向泵浦掺铒光纤放大器；3后向泵浦掺铒光纤放大器； 4反射型泵浦掺铒光纤放大器。
五、光发射机与光接收机
--- 光发射机是实现电/光转换的光端机。它由光源、驱动器和调制器组成。其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。
--- 光接收机是实现光/电转换的光端机。它由光检测器和光放大器组成。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路
放大到足够的电平，送到接收端的电端机去。光发射机与光接收机小结一、光发射机
- --光发射机是实现电/光转换的光端机。它由光源、驱动器和调制器组成。其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。
1、光波的调制
----在光纤通信系统中，把随信息变化的电信号加到光载波上，使光载波按信息的变化而变化，这就是光波的调制。从调制方式与光源的关系上来分，强度调制的方法有两种：直接调制和外调制。从调制信号的形式来分，光调制又分为模拟调制和数字调制。
2、直接调制
----直接调制是用电信号直接调制光源器件的偏置电流，使光源发出的光功率随信号而变化。光源直接调制的优点是简单、经济、容易实现，但调制速率受载流子寿命及高速率下的性能退化的限制。光纤通信中光源多采用直接调制方式。
3、外调制
----外调制一般是基于电光、磁光、声光效应，让光源输出的连续光载波通过光调制
器，光信号通过调制器实现对光载波的调制。外调制方式需要调制器，结构复杂，但可获得优良的调制性能，特别适合高速率光通信系统。 4、模拟调制
----模拟调制可分为两类，一类是利用模拟基带信号直接对光源进行调制；另一类采用连续或脉冲的射频波作副载波，模拟基带信号先对它进行调制，再用该已调制的副载波去调制光载波。由于模拟调制的调制速率较低，均使用直接调制方式。 5、数字调制
----数字调制主要指PCM脉码调制。先将连续的模拟信号进行抽样、量化、编码，转化成一组二进制脉冲代码，对光信号进行通断调制。数字调制也可使用直接调制和外调制。二、光接收机
光接收机是实现光/电转换的光端机。它由光检测器和光放大器组成。其功能是将
光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端机去。 1、线性通道
----由光电检测器、前置放大器、主放大器和均衡器构成的这部分电路，称为线性通道。在光接收机中，线性通道主要完成对信号的线性放大，以满足判决电平的要求。 2、光接收机灵敏度
-- -光接收机的灵敏度是指满足给定信噪比指标的条件下，光接收机所需要的最小接收光功率
（一）光发射机与光接收机习题
1、说明光发射机的组成及其功能。
2、 2、说明光接收机的组成及其功能。
3、3、什么是光波的调制？
4、4、什么是直接调制？
5、 5、什么是外调制？
6、6、什么是模拟调制？
7、 7、什么是数字调制？
8、8、线性通道是什么？
9、光接收机灵敏度指的是什么？
10、光接收机的主要质量指标是灵敏度，影响灵敏度的主要因素是什么？
（三）单元测试 (单项选择题）
1 下面说法正确的是：
1光发射机是发射光功率的设备； 2 光发射机是发射光波信号的设备； 3 光发射机是实现光
/电转换的光端机； 4光发射机是实现电/光转换的光端机。
2 下面说法正确的是：
光接收机是实现电/光转换的光端机；光接收机是接收光信号的设备；光接收机是实现光/电转换的光端机；光接收机是接收光功率的设备。
3 光发射机的光源，一般采用：
1 半导体激光器LD和APD雪崩二极管； 2半导体激光器LD和PIN光电二极管； 3 半导体激光器LD、半导体发光二极管LED和半导体分布反馈激光器DFB； 4半导体发光二极管LED、APD雪崩二极管和半导体分布反馈激光器DFB。
4光接收射机中常用的光电检测器是：
1PIN光电二极管和半导体激光二极管；2 半导体激光二极管和APD雪崩二极管； 3PIN光电二极管和APD雪崩二极管；4半导体发光二极管和APD雪崩二极管。
5 发射机发射的光波波长应位于：
1光纤的0.40μm～1.80μm波段； 2 光纤的最低损耗窗口，1.55μm； 3 光纤的零色散波长1.31μm； 4 光纤的三个低损耗窗口，即0.85μm、1.31μm和1.55μm波段。
6 光接收机的主要质量指标是灵敏度，影响灵敏度的主要因素是：
1光接收机接收光信号的强弱； 2光接收机的放大器的倍数； 3光接收机的噪声； 4 光信号的噪声。
7 由于光波是频率极高的电磁波，因而实施调制时：
1和电通信系统不一样，调制方法必须采用光强调制； 2和电通信系统一样，调制信号只能是基频信号，不可以是频带信号； 3 和电通信系统一样，调制信号可以是基频信号，也可以是频带信号； 4和电通信系统不一样，调制信号只能是基频信号，不可以是频带信号。
8 下面说法正确的是：
1PIN光电二极管作为光检测器件时，使用简单，但灵敏度较低；2 APD雪崩二极管作为光检测器件时，使用简单，而且灵敏度高；3PIN光电二极管作为光检测器件时，使用复杂，而且灵敏度较低； 4APD雪崩二极管作为光检测器件时，使用复杂，而且灵敏度较低。 9 作为模拟调制光发射机的光源，对模拟发射机的基本要求是：
1光源的输出功率应尽可能准确地随调制信号作非线性变化； 2光源的输出频率应尽可能与调制信号频率相同； 3 光源的输出功率应尽可能准确地随调制信号作线性变化； 4光源的输出频率应尽可能与调制信号频率接近。
10 由于数字调制方式的调制信号是PCM脉冲，所以： 1光源的P-I曲线的非线性是主要应该考虑的问题；2 调制速率是数字调制电路主要应该考虑的问题；3调制信号是数字调制电路主要应该考虑的问题； 4光源的输出功率是数字调制电路主要应该考虑的问题
六、光纤通信系统
----在前面几章中,我们介绍了光纤通信的传输媒介（光纤和光缆）、光源(LED、LD、DFB) 以及光检测器（PIN、APD）等。把传媒介质和光通信器件组合起来，就构成光纤通信系统。光纤通信既可用于数字通信，也可用于模拟通信。光纤极宽的传输带宽以及高速的激光器和光检测器，非常适合高速率、大容量的数字通信。
---在这一章中我们将介绍1.光纤通信系统的构成； 2．模拟电视光纤传输系统； 3．数字电视光纤传输系统； 4．波分复用光纤通信系统。光纤通信系统的构成
----目前，实用光纤通信系统组成框图如图8-1所示。如图示，光纤通信系统由以下五个部分组成。
----（1）光发信机：光发信机是实现电/光转换的光端机。它由光源、驱动器和调制器组成。其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。电端机就是常规的电子通信设备。
----（2）光收信机：光收信机是实现光/电转换的光端机。它由光检测器和光放大器组成。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端汲去。
----（3）光纤或光缆：光纤或光缆构成光的传输通路。其功能是将发信端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。----（4）中继器：中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减；另一个是对波形失真的脉冲进行整形
（5）光纤连接器、耦合器等无源器件：由于光纤或光缆的长度受光纤拉制工艺和光缆施工条件的限制，且光纤的拉制长度也是有限度的（如1Km)。因此一条光纤线路可能存在多根光纤相连接的问题。于是，光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合，对光纤连接器、耦合器等无源器件的使用是必不可少的。基带模拟电视光纤传输系统一系统构成框图及主要技术指标
----基带模拟视频信号光纤传输系统主要用于高质量的短程传输线路，他是模拟电视光纤传输最基本的传输形式，因此通过对系统的分析可以了解有关光纤传输系统的基本概念和基本理论。
----系统构成框图如图7-2所示。最主要的技术指标是信噪比及非线性失真特性，高质量广播级的技术指标如下所示：图象信号：
-----------S/N（采用统一加权网络）≥60dB -----------微分增益（DG）≤ 1% -----------微分相位（DP）≤ 1度 ---伴音信号：
-----------S/N ≥ -61dB
-----------非线性失真系数≤ 1% 数字电视光纤传输系统
一概述
----数字信号在传输中具有抗干扰能力强，无噪声和失真积累，不受传输距离影响，能与多种信息业务兼容传输等优点，因而未来的电视必将从模拟电视过渡到数字电视，但目前由于现实条件的限制，仍以模拟电视为主。
----数字电视信号是将模拟电视信号经过取样、量化、编码变成数字信号，经过频带压缩，使每路电视信号压缩至3～10Mb/s的码率后进行传输的，因而与一般的数字信号一样，采用同样的方式进行传输、交换和处理。数字电视光纤传输系统组成框图如图7-5所示。在发送端，将经过整形或码形变换处理的数字视频信号对光源进行强度调制，将电脉冲转换为光脉冲，送入光纤中传输。在接收端，通过光检测器将光脉冲转换为电脉冲，再经放大，均衡，判决，恢复为标准的数字脉冲信号。数字信号的传输过程与模拟信号相同，但由于所传输的是数字信号，因而有许多与模拟信号传输要求不同之处。
波分复用光纤通信系统
---波分复用(WDM)是指在一根光纤上，同时传输波长不同的多个光载波信号，而每一个光载波可以通过频分复用(FDM)或时分复用(TDM)方式，各自载荷多路模拟信号或多路数字信号。目前单模光纤的工作波长由两个，即1.3 、1.55 ，这两个波长的低损耗区共
约，相当的频带宽度，而每个激光管的带宽只有几埃到几十埃，因而，如一根光纤只传输一个光源的信号，那就只利用了这一巨大带宽的极小部分。采用波分复用方式可以充分的利用光纤具有丰富的频带资源，极大的增加光纤线路的通信容量。
----波分复用光纤通信系统组成如图7-8所示，N个光发射机分别发射N个不同波长，经过光
波分复用器WDM合到一起，耦合进单根光纤中传输。到接收端，经过具有光波长选择功能的
解复用器DWDM，将不同波长的光信号分开，送到N个光接收机接收。
光纤通信系统小结
一、光纤通信系统
- --光纤通信系统是以光作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信系统。
二、光纤通信系统的组成
----光纤通信系统由光发信机、光收信机、光中继器、光纤连接器及耦合器的无源器件等五个部分组成。
1、光发信机：
----光发信机是实现电/光转换的光端机。它由光源、驱动器和调制器组成。其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。电端机就是常规的电子通信设备。
2、光收信机：
----光收信机是实现光/电转换的光端机。它由光检测器和光放大器组成。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端汲去。
3、光纤或光缆：
----光纤或光缆构成光的传输通路。其功能是将发信端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。
4、中继器：
----中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减；另一个是对波形失真的脉冲近行政性。
5、光纤连接器、耦合器等无源器件：
----由于光纤或光缆的长度受光纤拉制工艺和光缆施工条件的限制，且光纤的拉制长度也是有限度的（如1Km)。因此一条光纤线路可能存在多根光纤相连接的问题。于是，光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合，对光纤连接器、耦合器等无源器件的使用是必不可少的。（
一）光纤通信系统习题
1、什么是光纤通信系统？
2、光纤通信系统由以下哪几个部分组成？
3、3、在光纤通信系统中，中继器的作用是什么？
4、4、画出基带模拟视频信号光纤传输系统构成框图。
5、 5、画出数字电视光纤传输系统组成框图。
6、 6、画出波分复用光纤通信系统组成框图。
7、7、简述波分复用光纤通信系统的工作原理。
8、 8、画出波分复用双向传输系统组成框图。
9、9、简述波分复用双向传输系统的工作原理。
10、 10、简述光纤通信具有巨大的通信容量。
（二）单元测试 (单项选择题）
1光纤通信系统由以下哪几个部分组成？
1光发信机、光收信机、光纤或光缆；
2光发信机、光收信机、光纤或光缆、中继器、光纤连接器和耦合器等无源器件；
3 光发信机、光收信机、光纤连接器和耦合器等无源器件；
4光纤或光缆、中继器、光纤连接器和耦合器等无源器件。
2 下面说法中正确的是：
1光发信机是实现光/电转换的光端机；2 光发信机任务是把模拟信号转为数字信号；3光发
信机是由光源、驱动器和调制器等组成； 4光发信机任务是把光信号耦合到光纤或光缆去传输。
3 在光纤通信系统中，中继器的作用是：
1对传输光的接收与转发； 2对传输光的接收与放大； 3 补偿经过光纤传输的光信号的衰减，并对失真的波形进行校正； 4补偿经过光纤传输的光信号的衰减，并对光进行分路转发。
4 基带模拟视频信号光纤传输系统主要用于：
1高质量的远程传输线路；2高质量的短程传输线路； 3低质量的远程传输线路；4低质量的短程传输线路。
5 光接收机的灵敏度是指：
1光接收机所需要的最小接收光功率； 2满足给定信噪比指标的条件下，光接收机所需要的最小接收光功率； 3 光接收机接收弱信号的能力； 4满足给定信噪比指标的条件下，光接收机所需要的最接收光功率。
6 光检测器是光接收机的核心器件，对光检测器的主要要求是：
1光电转换效率高；使得光信号能高效率无失真的转换电信号；2 光电转换效率高；噪声小；频带宽，使得光信号能高效率无失真的转换电信号；3噪声小；使得光信号能高效率无失真的转换电信号； 4光电转换效率高；噪声小；频带宽。
7 数字电视光纤传输系统中数字光发射机的组成主要包括：
1光源和调制电路； 2整形或码型变换电路以及光源等； 3 整形或码型变换电路，调制电路以及光源等； 4整形或码型变换电路，调制电路。 8 适合于数字光纤通信系统的线路码型主要有：
1单极性不归零码（NRZ)，传号交替反向码（AMI)两种；2 单极性不归零码（NRZ)，单极性归零码（RZ)两种；3双向码和差分双向码两种； 4传号交替反向码（AMI)，单极性归零码（RZ)两种。
9 波分复用光纤通信系统在发射端，N个光发射机分别发射：
1N个相同波长，经过光波分复用器WDM合到一起，耦合进单根光纤中传输； 2N个不同波长，经过光波分复用器WDM变为相同的波长，耦合进单根光纤中传输； 3 N个相同波长，经过光波分复用器WDM变为不同的波长，耦合进单根光纤中传输； 4N个不同波长，经过光波分复用器WDM合到一起，耦合进单根光纤中传输。
10波分复用光纤通信系统在接收端，经过具有光波长选择功能的解复用器DWDM：
1将低频信号解调出来，送到N个光接收机接收；2将不同波长的光信号到一起，送到一个光接收机接收； 3 将相同波长的光信号分开，送到N个光接收机接收；4 将不同波长的光信号分开，送到N个光接收机接收。
七、光纤传输特性的测量小结
（一）、光纤传输特性测量
----光纤传输特性对光纤通信系统的工作波长、传输速率、传输容量、传输距离和信息质量等都有着至关重要的影响。因此，光纤传输特性的测量是十分重要和必不可少的工作。衰减和色散是光纤的两个主要传输特性。
----1、基准测试法
----基准测试法是严格按照光纤某一给定特性的定义进行的测试方法。
---2、替代测试法
----替代测试法是在某种意义上与给定特性的定义相一致的测试方法
（二）、光纤的衰减测量 ---
（三）-1、光纤的衰减
----光波在光纤中传输，随着传输距离的增加，光功率会逐渐减小，这种现象称为光纤的衰
减（或称为光线的损耗）。
光纤的衰减关系到光纤通信传输距离的长短和中继距离的选择，光纤的衰减与波长的关系曲线即损耗波谱曲线，关系到光波波长的选择。 -
-22、光纤衰减测量
----测定光纤衰减的测试方法常用有三种：切断法、插入损耗法和后向散射法。
----（1）切断法原理
切断法是测量光纤衰减特性的基准测试方法。
（2）插入损耗法原理
----插入损耗法是测量光纤衰减特性的替代测试法，其测量原理类似于切断法。由光发射设备和光接收设备组成一个完整的光纤传输系统，待测光纤即为传输部分。在测试前首先对测量仪器进行校准，用1cm左右长的"短路"光纤连接系统的发射和接收部分，通过调整光源的输出功率使得接收部分显示的功率为0dBm，然后拆去"短路"光纤，接入待测光纤，此时接收部分显示的即为待测光纤的总平均损耗(dB)，用此值除以光纤的长度即为光纤的损耗系数。
----插入损耗法的测量精确度和重复性要受到耦合接头(或连接器)的精确度和重复性的影响，所以这种测试方法不如切断法的精确度高。但是因为这种测试方法是非破坏性的，所以测量简单方便，很适合于工程、维护使用。
（3）后向散射法原理
----后向散射法测量原理是将大功率的窄脉冲注入被测光纤，然后在同一端检测光纤后向返回的散射光功率。由于主要的散射作用是瑞利散射，瑞利散射光的特征是它的波长与入射光波的波长相同，它的光功率与该点的入射光功率成正比，所以测量沿光纤返回的后向瑞利散射光功率就可以获得光沿光纤传输的衰减及其它信息。
----后向散射法是一种非破坏性的测试方法，这种方法被广泛应用在光纤光缆研究、生产、质量控制、工程施工、验收实验和安装时对光缆链路点不连续性作大致判断。
（三）光纤的色散测量 -1、光纤的色散
----当光脉冲在光纤中传输时，随着传输距离的增加，光脉冲将产生畸变和展宽，这种现象称为光纤的色散。
----光纤的色散危害很大，尤其是对码速较高的数字传输有严重影响，它将引起脉冲展宽，从而产生码间干扰，为保证通信质量，必须增大码间间隔，即降低信号的传输速率，这就限制了系统的通信容量和通信距离。 2、光纤色散测量
----光纤色散的测量按照光强度调制的波形来划分有两类方法，相移法和脉冲时延法。
---（1）相移法测量原理
----相移法是测量光纤色散的基准测试方法。相移法测量原理是通过测量不同波长下同一正弦调制信号的相移得出群时延与波长的关系，进而算出色散系数的一种方法。 ---（2）脉冲时延法测量原理
----脉冲时延法是光纤色散测量的替代测试方法。这种测试方法的原理是使不同波长的窄光脉冲分别通过已知长度的被测光纤时，测量不同波长下产生的相对群时延，在有群时延差计算出被测光纤的色散系数。补充:华为光端机介绍
OptiX Mtetro 500 紧凑型STM-1 MSTP 光传输系统
OptiX Metro 500 紧凑型STM-1多业务传输平台是为提高光传送网的带宽运营效率和管理效率而设计，能够实现STM-1、E1/T1、E3/T3、N×64k和以太网业务的传送与管理。OptiX Metro 500具备高度的集成度、简易的安装方式和多种电源接入方法，使其适合电信运营商用来传送末端接入的业务，降低电信网的运营成本。
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池的功能，产品外观和安装方式也不同。Ⅱ型设备提供220V AC电源接入和蓄电池充放电功能，采用壁挂式安装方式。?业务接口丰富
SDH接口：OptiX Metro 500提供多种规格的STM-1光接口
PDH接口：OptiX Metro 500可以提供多路E1、T1、E3、T3接口以太网接口：OptiX Metro 500提供10/100M以太网接口 N×64K接口：OptiX Metro 500支持多路N×64K接口时钟接口：OptiX Metro 500提供外时钟输入输出接口开关量接口：OptiX Metro 500提供开关量输入和输出接口
透明数据接口：OptiX Metro 500提供异步透明数据口，最大速率19.2k
?交叉能力
OptiX Metro 500设备的交叉容量为6×6VC-4全交叉。 OptiX Metro 500设备的交叉容量为6×6VC-4全交叉。
?组网和保护
组网和保护可以组成链型网，也可以组成环网，支持单双向通道保护、线性复用段保护。?网络管理
OptiX iManager T2000可对OptiX Metro 500进行集中操作、维护和管理(OAM)，实现电路的配置和调度，保证网络安全运行，同时也支持Web Server进行本地化管理。 OptiX Metro 500 Ⅰ OptiX Metro 500 Ⅱ
电源接入 220V AC/-48V DC/+24V DC 支持蓄电池管理 220V AC 电源板支持蓄电池管理
安装方式壁挂式安装和ETS 300mm深机柜、ETS 600mm深机柜、19英寸机柜中安装
壁挂式安装尺寸 436mm×293mm×86mm 350mm×300mm×130mm 风扇有风扇无风扇重量 <4.6kg <15.0kg
光纤通信期末复习重点
一. 1 光纤通信的基础：利用光纤进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信。 光纤通信的载波是光波。光纤通信用的近红外光（波长为0.7-1.7um）频率约为300THZ 频带宽度约为200THZ,在常用的1.31um和1.55um两个波长窗口频带宽度也在20THZ以上. 2 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. 二 1 光纤是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝. 纤芯的折射率比包层稍高，损耗比包层更低，光能量主要在纤芯内传输. 纤芯和包层的折射率若分别为n1和n2，光能量在光纤中的传输的必要条件：n1>n2 2 按折射率分类：突变型，浙变型按传输模式分：多模光纤，单模光纤 光纤的三种基本类型： （1）突变型多模光纤：纤芯直径2a=50-80um，光线以拆线形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变大. 适用于小容量，短距离传输. （2）渐变型多模光纤：纤芯直径2a为50um，光线以正弦形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变小，适用中等距离传输，中等容量 （3）单模光纤：纤芯直径只有8-10um，光线以直线型状沿纤芯中心轴线方向传播. 信号畸变小，适合长距离传输方式. 3 光纤传输原理：全反射 数值孔径NA=√（n1*n1-n2*n2)=n1√2△纤芯和包支的相对折射率差△=（n1-n2)/n1 NA表示光纤接收和传输光的能力，NA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，经光纤传输后产生的信号畸变越大，因而限制了信息传输容量. 时间延迟：θ不大时：τ=n1L/c=(n1L/c )*(1+θ1的平方/2) c为光速 最大入射角θc和最小入射角0： △τ=θc的平方L/2n1c=(NA*NA)L/2n1c=△n1L/c 4 自聚焦效应：不同入射角相应的光线，虽然经历的路程不同，但是最终都会聚在P点上渐变型多模光纤具有自聚焦效应，不仅不同入射角相应的光线会聚集在同一点上，而且这此光线的时间延迟也近似相等。 5 归一化频率：V=√（n1*n1-n2*n2)*2πa/λ 对于光纤传输模式有模式截止，模式远离截止 6 M是模式总数 M=（g/g+2)(akn1)的平方△=（g/g+2)V*V/2 单模传输条件：V=√（n1*n1-n2*n2)*2πa/λ<=2.405 临界波长（截止波长）λc λ<λc 多模传输>单模传输 7 光纤传输特性：（1）损耗（2）色散 色散是在光纤中传输的光信号，包括：
光纤通信课程设计
湖南工业大学 课程设计 资料袋 计算机与通信学院（系、部）2013 ~ 2014 学年第 2 学期课程名称数字光纤通信指导教师刘丰年职称副教授学生姓名专业班级学号 题目图像、声音的光纤传输系统 成绩起止日期2014 年05月16 日～2014年05月22 日 目录清单
湖南工业大学 课程设计任务书 2013—2014学年第2学期 计算机与通信学院通信工程专业班级课程名称：数字光纤通信 设计题目：图像、声音的光纤传输系统 完成期限：自 2014 年 5 月 16日至 2014 年5月22 日共 1 周 指导教师（签字）：年月日 系（教研室）主任（签字）：年月日
数字光纤通信 设计说明书 声音、图像光纤传输系统 起止日期： 2014年 05 月 16 日至 2014年 05 月 22 日 学生姓名 班级 学号 成绩 指导教师(签字) 计算机与通信学院 2014年 05 月 22 日
指导教师（签字）：年月日系（教研室）主任（签字）：年月日
图像、声音光纤传输系统 一、设计原理 1、GT-RC-II 型光纤通信实验系统简介： （1）、电源模块：提供实验箱各模块电源。 （2）、1310nm光发送模块：实现模拟信号、数字信号在1310nm光发送机中的光传输及自动光功率控制功能（采用电路来实现）。 (3) 1550nm光发送模块：实现模拟信号、数字信号在1550nm光发送机中的光传输及自动光功率控制功能（采用专用芯片来实现）。 (4) 1310nm光接收模块：实现1310nm光纤传输信号的接收，实现接收信号光电转换，滤波及放大，将其恢复为标准的电脉冲数据信号。 （5）1550nm光接收模块：实现1550nm光纤传输信号的接收，实现接收信号光电转换，滤波及放大，将其恢复为标准的电脉冲数据信号。 实验系统主要由光发模块、光收模块、光无源器件和辅助通信模块等组成。光发端机完成将电信号直接调制至光载波上去，采用强度调制（IM）；光接收机完成光信号的解调，采用直接检测（DD），属于非相干解调。光载波由半导体光源产生，由半导体光检测器将光信号转换成电信号从而达到传输信号的目的。 2、模拟光纤通信系统的结构 模拟基带直接光强调制(DIM)光纤传输系统由光发射机(光源通常为发光二极管)、光纤线路和光接收机(光检测器)组成，这种系统的方框图如图1所示。 图1 模拟光纤通信系统由以下五个部分组成: （1）光发送机：光发送机是实现电/光转换的光端机。它由光源、驱动器和调
光纤通信期末考试复习提纲
、选择题 3. （ D ）是把光信号变为电信号的器件 A. 激光器 B. 发光二极管 C. 光源 D. 光检测器 4. 在系统光发射机的调制器前附加一个扰码器的作用是（ A ） A. 保证传输的透明度 B. 控制长串“ 1”和 “ 0” 题型： 、选择题，共 15小题，总计 30 分 二、填空题，共 20 空，总计 20 分 三、简答题，共 4 小题，总计 20 分 四、计算题，共 3 小题，总计 30 分 1. 光纤通信是以（ 式。 A. 光波 B. 电信号 2. 要使光纤导光必须使（ B ） A. 纤芯折射率小于包层折射率 层 折射率 C.纤芯折射率是渐变的 的 A ）为载体，光纤为传输媒体的通信方 C. 微波 D. 卫星 B. 纤芯折射率大于包 D. 纤芯折射率是均匀
的出现 C. 进行在线无码监测 D. 解决基线漂移 5 传输网最基本的同步传送模块是1 ，其信号速率为（A ）／s。 A. 155520 B.622080 C.2488320 D.9953280 6. 掺铒光纤放大器（）的工作波长为（B ）波段。 A. 1310 B.1550 C.1510 D.850 7. 发光二极管发出的光是非相干光，它的基本原理是（B ）。 A. 受激吸收 B. 自发辐射 C. 受激辐射 D. 自发吸收 8. 下列关于交叉连接设备与交换机的说法正确的是（A ） A.两者都能提供动态的通道连接 B. 两者输入输出都是单个用户话路 C. 两者通道连接变动时间相同 D. 两者改变连接都由网管系统配置 9. 下列不是的主要优点是（ D ） A. 充分利用光纤的巨大资源 B. 同时传输多种不同 类型的信号 C. 高度的组网灵活性，可靠性 D.采用数字同步技术
光纤通信-重要知识点总结
光纤通信重要知识点总结 第一章 1.任何通信系统追求的最终技术目标都是要可靠地实现最大可能的信息传输容量和传输距离。通信系统的传输容量取决于对载波调制的频带宽度，载波频率越高,频带宽度越宽。 2.光纤：由绝缘的石英（SiO２）材料制成的,通过提高材料纯度和改进制造工艺,可以在宽波长范围内获得很小的损耗。 ３.光纤通信系统的基本组成：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。光纤通信系统既可传输数字信号也可传输模拟信号。输入到光发射机的带有信息的电信号,通过调制转换为光信号。光载波经过光纤线路传输到接收端，再由光接收机把光信号转换为电信号。系统中光发送机的作用是将电信号转换为光信号,并将生成的光信号注入光纤。光发送机一般由驱动电路、光源和调制器构成，如果是直接强度调制，可以省去调制器。 光接收机的作用是将光纤送来的光信号还原成原始的电信号。它一般由光电检测器和解调器组成。光纤的作用是为光信号的传送提供传送媒介，将光信号由一处送到另一处。中继器分为电中继器和光中继器（光放大器）两种，其主要作用就是延长光信号的传输距离。为提高传输质量,通常把模拟基带信号转换为频率调制、脉冲频率调制或脉冲宽度调制信号,最后把这种已调信号输入光发射机。还可以采用频分复用技术，用来自不同信息源的视频模拟基带信号（或数字基带信号）分别调制指定的不同频率的射频电波，然后把多个这种带有信息的RＦ信号组合成多路宽带信号，最后输入光发射机,由光载波进行传输。在这个过程中，受调制的RF 电波称为副载波，这种采用频分复用的多路电视传输技术，称为副载波复用技术。目前大都采用强度调制与直接检波方式。又因为目前的光源器件与光接收器件的非线性比较严重,所以对光器件的线性度要求比较低的数字光纤通信在光纤通信中占据主要位置。 数字光纤通信系统基本上由光发送机、光纤与光接收机组成。发送端的电端机把信息进行模数转换，用转换后的数字信号去调制发送机中的光源器件LD，则LD就会发出携带信息的光波，即当数字信号为“１”时，光源器件发送一个“传号”光脉冲；当数字信号为“0”时，光源器件发送一个“空号”。光波经低衰耗光纤传输后到达接收端。在接收端，光接收机把数字信号从光波中检测出来送给电端机，而电端机再进行数模转换，恢复成原来的信息。这样就完成了一次通信的全过程。 4.光纤通信的优点:1通信容量大,一根仅头发丝粗细的光纤可同时传输1000亿个话路2中继距离长，光纤具有极低的衰耗系数，配以适当的光发送与光接收设备,可使其中继距离达数百千米以上,因此光纤通信特别适用于长途一、二级干线通信。３.保密性能好4．适应能力强５.体积小、重量轻、便于施工维护６.原材料资源丰富，节约有色金属和能源,潜在价格低廉，制造石英光纤的原材料是二氧化硅（砂子），而砂子在自然界中几乎是取之不尽、用之不竭的 5.光发射机：功能是把输入的电信号转换为光信号,并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。光发射机由光源、驱动器和调制器组成。光源是光发射机的核心。光发射机的性能基本上取决于光源的特性,对光源的要求是输出光功率足够大，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。 6.实现光源调制的方法:直接调制和外调制。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。 6.光纤线路:光纤线路的功能是把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变(失真）和衰减传输到光接收机。光纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。光纤是光纤线路的主体，接头和连接器是不可缺少
光纤通信实验报告2012301200003
武汉大学电工电子信息学院实验报告 电子信息学院通信工程专业2015年 9 月17日 实验名称光纤通信的光传输指导教师易本顺 姓名徐佑宇年级2012级学号2012301200003成绩 一、预习部分 1.实验目的 2.实验基本原理 3.主要仪器设备(含必要的元器件、工具) 一、实验目的 1、通过光传输系统课程设计使学生熟悉常见的几种传输网络的特点及应用场 合； 2、了解ZXMP S325的具体硬件结构，加深对于光传输的理解； 3、掌握 ZXMP S325 的组网过程以及网管工具的使用，培养学生在传输组网工 程方面的实际应用技能。 二、实验设备 1、SDH设备：ZXMP S325； 2、实验用维护终端 三、实验原理 SDH技术是目前通信网络的主流技术，它以其突出的技术优势为网络提供优质、高效、可靠的通信业务，能够满足带宽数据及图像视频等多业务的传输需求，自愈功能强。 1、光传输原理及优势 SDH 全称同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy）， SDH 规范了数字信号的帧结构、复用方式、传输速率等级、接口码型特性，提供了一个国际支持框架，在此基础上发展并建成了一种灵活、可靠、便于管理的世界电信传输网。这种传输网易于扩展，适于新电信业务的开展，并且使不同厂家生产的设备互通成为可能，这正是网络建设者长期以来追求的目标。 其优势主要体现在以下几个方面： （1）接口方面 ·电接口：STM-1是SDH的第一个等级，又叫基本传输模块，比特率为155.520Mb/s，STM-N是SDH第N个等级的同步传送模块，比特率是STM-1的N倍（N=4n=1,4,16...）·光接口：仅对电信号扰码，光口信号码型是加扰的NRZ码，采用世界统一的7级扰码。 （2）复用方式 低速SDH信号以字节间插方式复用进高速SDH帧结构中，位置均匀、有规律，是可预见的
光纤通信复习重点
光纤通信复习重点 题型:填空、选择、判断(30’)、问答(40’)、计算(30’) 第一章 概论 1、2、2 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）泄露小,保密性能好 6）节约金属材料,有利于资源合理使用 1、3 光纤通信系统的基本组成 基本光纤传输 接 收发 射 作用: 1）信息源:把用户信息转换为原始电信号,这种信号称为基带信号 2）电发射机:把信息源传递过来的模拟信号转换成数字信号(PCM) 3）光发射机:把输入电信号转换为光信号,并用耦合技术吧光信号最大限度地注入光纤线路。 4）光纤线路:把来自光发射机的光信号,以尽可能小的失真与衰减传输到光接收机。 5）光接收机:把从光纤线路输出、产生畸变与衰减的微弱光信号转换为电信号,并经其后的电接收机放大与处理后恢复成基带电信号。光接收机由光检测器、放大器与相关电路组成,光检测器就是光接收机的核心。光接收机最重要的特性参数数灵敏度; 6）电接收机:把接收的电信号转换为基带信号,最后由信息宿恢复用户信息; 说明:光发射机之前与光接收机之后的电信号段,光纤通信所用的技术与设备与电缆通信相同,不同的只就是由光发射机、光纤线路与光接收机所组成的基本光纤传输系统代替了电缆传输; 注:计算题3个,全来自第二第三章的课后习题 第二章 光纤与光缆 2、1、1 光纤结构 光纤就是由中心的纤芯与外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。(相对折射率差典型值△=(n1-n2)/n1,△越大,把光能量束缚在纤芯的能力越强,但信息传输
容量确越小) 2、1、2 光纤类型(三种基本类型) 图2、2 突变型多模光纤:纤芯折射率为n1保持不变,到包层突然变为n2。这种光纤一般纤芯直径2a=50~80 μm,光线以折线形状沿纤芯中心轴线方向传播,特点就是信号畸变大。 渐变型多模光纤:纤芯中心折射率最大为n1,沿径向r 向外围逐渐变小,直到包层变为n2。这种光纤一般纤芯直径2a 为50μm,光线以正弦形状沿纤芯中心轴线方向传播,特点就是信号畸变小。 单模光纤:折射率分布与突变型光纤相似,纤芯直径只有8~10 μm,光线以直线形状沿纤芯中心轴线方向传播。因为这种光纤只能传输一个模式(两个偏振态简并),所以称为单模光纤,其信号畸变很小。 2、2 光纤传输原理 (展宽 衰减的原因) 2、2、1几何光学方法(几个基本物理量的计算、效应、单模就是重点) 1）突变型多模光纤 数值孔径:定义临界角θc 的正弦为数值孔径(NA) NA 表示光纤接收与传输光的能力,NA(或θc)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。对于无损耗光纤,在θc 内的入射光都能在光纤中传输。NA 越大,纤芯对光能量的束缚越强,光纤抗弯曲性能越好。但NA 越大经光纤传输后产生的信号畸变越大,因而限制了信息传输容量。 时间延迟: 这种时间延迟差在时域产生脉冲展宽,或称为信号畸变。由此可见,突变型多模光纤的信号畸变就是由于不同入射角的光线经光纤传输后,其时间延迟不同而产生的。 2）渐变型多模光纤 渐变型多模光纤具有能减小脉冲展宽、增加带宽的优点。 自聚焦效应:不同入射角相应的光线,虽然经历的路程不同,但就是最终都会聚在同一点上。渐变型多模光纤具有自聚焦效应,不仅不同入射角相应的光线会聚在同一点上,而且这些光线的时间延迟也近似相等。 2、2、2 光纤传输的波动理论 单模光纤的模式特性 1)单模条件与截止波长 ?≈-=212212n n n NA ?≈==?c L n NA c n L c n L c 12121)(22θτ
光纤通信期末考试题
一、填空题（每空1分，共30分） （1）写出光在真空的速度c、在介质中的速度v、和折射率n之间的关系：。 （2）光由折射率为n1的光密媒质向折射率为n2的光疏媒质传播时(n1> n2)，全反射临界角的正弦为sinθIC= 。 （3）光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是0.85μm、和。（4）光纤的色散分为色散、色散和色散。 （5）光纤的主要材料是，光纤的结构从里到外依次是____ 和_ __（6）光纤中的传输信号由于受到光纤的和_______影响，使得信号的幅度受到衰减，波形出现失真。 （7）半导体激光器工作时温度会升高，这时会导致阈值电流，输出光功率会。 （8）光衰减器按其衰减量的变化方式不同分________ 衰减器和______ _衰减器两种。 （9）光纤通信的光中继器主要是补偿衰减的光信号和对畸变失真信号进行整形等，它的类型主要有和。 （10）光纤通信是利用________波，在光导纤维中传播，实现信息传输的，它具有传输信息量大、不受外界电磁场干扰和____________等优点。 （11）光与物质作用时有受激吸收、和__________ 三个物理过程，产生激光的主要过程是__________。 （12）光纤的数值孔径NA=__________，其表征了光纤的_________能力，当相对折射率和色散值越大时，NA__________。 （13）光源的作用是将转换成；光检测器的作用是将转换成。 第 1 页共5 页
二、选择题（每小题2分，共20分） 1、光纤包层需要满足的基本要求是() A.为了产生全反射，包层折射率必须比纤芯低 B.包层不能透光，防止光的泄漏 C.必须是塑料，使得光纤柔软 D.包层折射率必须比空气低 2、在激光器中，光的放大是通过（） Ａ．粒子数反转分布的激活物质来实现的Ｂ．光学谐振腔来实现的 Ｃ．泵浦光源来实现的Ｄ．外加直流来实现的 3、为了使雪崩光电二极管能正常工作，需在其两端加上( ) A.高正向电压 B.高反向电压 C.低反向电压 D.低正向电压 4、光纤的数值孔径与( )有关。 A. 纤芯的直径 B. 包层的直径 C. 相对折射指数差 D. 光的工作波长 5、PIN光电二极管，因无雪崩倍增作用，因此其雪崩倍增因子为( )。 A. G＞1 B. G＜1 C. G＝1 D. G＝0 6、光接收机中将升余弦频谱脉冲信号恢复为“0”和“1”码信号的模块为( )。 A. 均衡器 B. 判决器和时钟恢复电路 C. 放大器 D. 光电检测器 7、EDFA中将光信号和泵浦光混合起来送入掺铒光纤中的器件是( ) A.光滤波器 B.光耦合器 C.光环形器 D.光隔离器 8、光时域反射仪（OTDR）是利用光在光纤中传输时的瑞利散射所产生的背向散射而制成 的精密仪表，它不可以用作（）的测量。 A.光纤的长度 B.光纤的传输衰减 C.故障定位 D.光纤的色散系数 9、光隔离器的作用是( ) A.调节光信号的功率大小 B.保证光信号只能正向传输 C.分离同向传输的各路光信号 D.将光纤中传输的监控信号隔离开 10、光纤数字通信系统中不能传输HDB3码的原因是( ) A.光源不能产生负信号光 B.将出现长连“1”或长连“0” C.编码器太复杂 D.码率冗余度太大 第 2 页共5 页
毕业设计100光纤通信+课程设计报告
课程设计报告 课程名称光纤通信 课题名称通信系统综合实验 一、设计内容与设计要求 1、设计内容 1）多路数据＋多路电话光纤综合传输系统的实现 2）多路数据＋多计算机＋单路图像/语音全双工光纤综合传输系统的实现3）*多路计算机＋双路图像/语音全双工光纤综合传输系统的实现 2、设计目的 掌握变速率时分复用的原理、实现方法； 学习并掌握计算机RS232通信技术； 掌握时分复用技术和波分复用技术的灵活搭配使用； 实现数字和语音同时通信。 3、实验仪器与设备 1.光纤通信实验系统2台。 2.示波器1台。 3.波分复用器2个。 4.电话2部。 I
5.FC/FC光纤跳线2根。 6.计算机若干台串口通信电缆若干根。 7.1310nm/1550nm波长波分复用器2个。 8.摄像头1个。 9.监视器1个（或用电话代替）。 4、设计原理 《多路数据＋多路电话光纤综合传输系统》综合了固定速率时分复用、解固定速率时分复用、PCM编译码、波分复用等几个子系统，具体的实验原理可以参看《光纤通信原理教学系统实验指导书》中的实验二十一、实验二十四、实验二十五、实验二十的方法； 《多路数据＋多计算机＋单路图像图像/语音全双工光纤综合传输系统》拟实现模拟图像、数据在同一光纤中传输。即在光纤中同时传输数字数据和模拟信号。一种解决方案综合了《光纤通信原理教学系统实验指导书》中的实验二十六、实验二十七、实验十六的知识； 《多路计算机＋双路图像/语音全双工光纤综合传输系统》综合了固定速率时分复用、解固定速率时分复用、变速率时分复用、解变速率时分复用、位时钟提取（数字锁相环DPLL）原理及实现五个实验，具体的实验原理可以参看《光纤通信原理教学系统实验指导书》中的实验二十一、实验二十三、实验二十四、实验二十五、实验二十六、实验二十七。 5、设计要求 掌握结构化系统设计的主体思想，以自下而上逐步完善的方法实现指定的通信系统功能，并按要求测试相关参数、波形等实验数据，以积累一些典型的通信子系统的功能、性能、参数等知识以及系统集成的知识。 (1)在规定的时间内以小组为单位完成相关的系统功能实现、数据测试和记录并进行适当的分析。 (2)按本任务书的要求，编写《课程设计报告》（Word文档格式）。并用A4纸打印并装订； II
光纤通信复习题要点
第一章 光纤通信：侠义上说：利用光载波在光纤中传播信息的过程 广义上说：是以光纤或由光纤组成的光传输网、光处理器件、光处理设备为基础，并采用相矢技术来对光波信息进行传输和处理的过程，是光通信的一个组成部分 光通信发展受阻的原因：1 ?光向四面八方散射时，光强减弱2.不能通过障碍物 高银指出，如果把材料中金属离子含量的比重降低到10上以下，光纤损耗就可以减小到10 dB/km 再通过改进制造工艺，提高材料的均匀性，可进一步把光纤的损耗减少到几dB/km o 光纤通信得以快速发展重要条件：1 ?低损耗光纤2.光源(半导体激光器) 全波光纤：能够在1260?1675nm整个范围内都可用来逬行DWD光纤通信的光纤就是全波光纤光纤通信发展的重要里程碑 1 ?低损耗光纤的研制成功2.连续振荡半导体激光器的研制成功光纤是一?种玻璃丝，其材料是石英(SiO2),是通信网络中信息的优良传输介质 光纤通信的发展趋势1 ?光纤技术逐渐从骨干网向广域网和城域络发展 2. 从^?速系统向高速系统发展 3. 从陆地向海地发展 4. 从光传输电交换向网络的全光化发展 5. 向光纤技术和以太技术结合的方向发展 光纤通信的优点： 1. 频带宽、传输容量大 2. 损耗小、中继距离长 3. 重量轻、体积小 4. 抗电磁干扰性能好 5. 泄漏小、保密性好 6. 节约金属材料，有利于资源合理使用 传统上，以服务范围把网络分为三类: (1)局域网，服务范围2 km，如以太网，信令环和信令总线； ⑵ 城域网，服务范围100 km，如电话本地交换网或者有线电视)分配系统； (3)广域网络，服务范围可达数千公里，如开放系统互连国际网络等。 三代网络技术比较 1 ?全电网络，第一代网络，节点用电缆互连在一起，电缆是一种窄带线路，它的容量有限； 2. 电光网络，第二代网络，用一段段光纤取代电缆后构成的网络，现在正被广泛使用，因节点内仍是对电信号进行交换，所以称为电光网络 3. 全光网络，第三代网络，所有节点被不间断的光缆连接起来，节点内只对光信号逬行交换，这就是未来的第三代网络。 网络接入技术： 1 .xDSL 2.HFC 3.APON/EPON 4.AON 光具有两种特性:1.波动性2.粒子性 用光导歼錐进行迥倍址早就哪一年由谁提出爭 劭用密別禅(迸行通信盘卑祖1966年由英盈华人為锥提：1
光纤通信系统与应用(胡庆)复习总结
红色：重点、绿色：了解 第1章 1、光纤通信的基本概念：以光波为载频，用光纤作为传输介质的通信方式。光纤通信工作波长在于近红外区：0.85～2.00μm的波长区，对应频率: 167～375THz。 对于SiO2光纤，在上述波长区内的三个低损耗窗口，是目前光纤通信的实用工作波长，即0.85μm、 1.31μm 1.55μm及 1.625μm 2、光纤通信系统的基本组成：P5 图1-3 目前采用比较多的系统形式是强度调制/直接检波（IM/DD）的光纤数字通信系统。该系统主要由光发送设备（光发射机）、光纤传输线路、光接收设备（光接收机）、光中继器以及各种耦合器件组成。 各部件功能： 电发射机：对来自信源的信号进行模/数转换和多路复用处理； 光发送设备：实现电/光转换； 光接收机：实现光/电转换； 光中继器：将经过光纤长距离衰减和畸变后的微弱光信号放大、整形、再生成具有一定强度的光信号，继续送向前方，以保证良好的通信质量。 3、光纤通信的特点：（可参照P1、2） 优点：（1），传输容量大。（2）传输损耗小，中继距离长。 （3）保密性能好：光波仅在光纤芯区传输，基本无泄露。 （4）抗电磁干扰能力强：光纤由电绝缘的石英材料制成，不受电磁场干扰。（5）体积小、重量轻。（6）原材料来源丰富、价格低廉。 缺点：1）弯曲半径不宜过小；2）不能远距离传输；3）传输过程易发生色散。 4、适用光纤：P11 G.652 和G.654：常规单模光纤，色散最小值在1310nm处，衰减最小值在1550nm 处。常见的结构有阶跃型和下凹型单模光纤。 G.653：色散位移光纤，色散最小值在1550nm处，衰减最小值在1550nm处。难 以克服FWM混频等非线性效应带来的影响。 G.655：非零色散光纤，色散在1310nm处较小，不为0；衰减最小值在1550nm 处。可以尽量克服FWM混频等非线性效应带来的影响。 补充：1、1966年7月，英籍华人（高锟）博士从理论上分析证明了用光纤作为传输介质以实现光通信的可能性。 2、数字光纤通信系统有准同步数字体系（PDH）和同步数字体系（SDH）两种传输体制。
光纤通信期末复习提纲
光纤通信期末总复习 一、总述 题型：判断（15% ）（1.5×10）+选择（30%）（2.5×12）+简答计算（55%）（5~6题） 考试范围（第一章～第十章），重点第五章、第六章、第七章，第四章自学 （不考） 要求：考试可以用中文答题，但是要熟悉英文专业术语（已经将常用专业术 语做了整理，可在网络教学平台下载）， 平时每次作业一定要会做，期末总成绩=考试成绩×60%+实验成绩× 20%+平时成绩（讨论+作业）×20% 二、第一章 光纤通信系统 1、光通信所用波长（红外、可见、紫外）， 2、dB ，dBm 计算，光通信系统功率预算 3、分清波长，频率，介质中波长，介质中的频率 v f λ= 4、基本光通信系统构成（框图），各个模块的功能 4、光子能量（以J 为单位，eV 为单位），会计算光线中的光子数 5、光纤（光纤通信）优点与缺点 三、光学概要 1、Snell 定律：计算纤芯包层上临界角，空气和纤芯入射面入射光锥大小 2、数值孔径（NA ）定义，意义 3、什么是光斑尺寸 四、 波动学基础 1、α与γ的换算 Proof: :dB km 10lgexp(2)1dB 110lgexp(2)km -220=108.685ln10 2.3026dB L L L km dB km γααγ γααααγα 用表示的衰减值；：衰减系数 ：传输距离 当时值就是；单位为=-==--=≈- 2、带宽和谱宽的换算（频率范围和波长范围换算）
12212 112122c c f f f c f c then f f f c f f λλλλλλλλλλλλλλλλ??-?=-=- = ???????== ? ?? ?????? ?=??=?= ??? 3、色散，材料色散，波导色散定义，展宽计算，单位长度展宽计算 Dispersion （色散）: Wavelength dependent propagation velocity. 传输速度随波长 变化的特性称为色散 Material Dispersion （材料色散）: Dispersion caused by the material. Waveguide Dispersion （波导色散）: Dispersion caused by the structure of the waveguide. L L ττ??????= ??????? ''n M L c τλλλ?? ?=-?=-? ??? 4、光纤通信系统电带宽与光带宽关系 5、谐振腔（F-P 腔），纵模概念 1(1)222c m m c f f f m c mc c f Ln Ln Ln ??+=-+=-= 2c c o o c o c c o f f f f c c λλλλλλ?????== = 7、平面边界上的反射，全反射临界角计算 12 12 n n n n ρ-= +
光纤通信技术知识点简要(考试必备)
光纤通信. 1.光纤结构光纤是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。纤芯的折射率比包层稍高，损耗比包层更低，光能量主要在纤芯内传输。包层为光的传输提供反射面和光隔离，并起一定的机械保护作用。设纤芯和包层的折射率分别为n1和n2，光能量在光纤中传输的必要条件是n1>n2。 2.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. 相对于单模光纤而言，突变型光纤和渐变型光纤的纤芯直径都很大，可以容纳数百个模式，所以称为多模光纤 3.光纤主要用途：突变型多模光纤只能用于小容量短距离系统。渐变型多模光纤适用于中等容量中等距离系统。单模光纤用在大容量长距离的系统。1.55μm 色散移位光纤实现了10 Gb/s容量的100 km的超大容量超长距离系统。色散平坦光纤适用于波分复用系统，这种系统可以把传输容量提高几倍到几十倍。三角芯光纤有效面积较大，有利于提高输入光纤的光功率，增加传输距离。偏振保持光纤用在外差接收方式的相干光系统，这种系统最大优点是提高接收灵敏度，增加传输距离。 4.分析光纤传输原理的常用方法：几何光学法.麦克斯韦波动方程法 5.几何光学法分析问题的两个出发点: 〓数值孔径〓时间延迟. 通过分析光束在光纤中传播的空间分布和时间分布. 几何光学法分析问题的两个角度: 〓突变型多模光纤〓渐变型多模光纤. 6.产生信号畸变的主要原因是光纤中存在色散，损耗和色散是 光纤最重要的传输特性：损耗限 制系统的传输距离, 色散则限制 系统的传输容量. 7.色散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. 色散的种类：模式色散、材 料色散、波导色散. 8. 波导色散纤芯与包层的折射 率差很小，因此在交界面产生全 反射时可能有一部分光进入包 层之内，在包层内传输一定距离 后又可能回到纤芯中继续传输。 进入包层内的这部分光强的大 小与光波长有关，即相当于光传 输路径长度随光波波长的不同 而异。有一定谱宽的光脉冲入射 光纤后，由于不同波长的光传输 路径不完全相同，所以到达终点 的时间也不相同，从而出现脉冲 展宽。具体来说，入射光的波长 越长，进入包层中的光强比例就 越大，这部分光走过的距离就越 长。这种色散是由光纤中的光波 导引起的，由此产生的脉冲展宽 现象叫做波导色散。 9. 偏振模色散：实际光纤不可避 免地存在一定缺陷，如纤芯椭圆 度和内部残余应力，使两个偏振 模的传输常数不同，这样产生的 时间延迟差称为偏振模色散或 双折射色散。 10. 损耗的机理包括吸收损耗和 散射损耗两部分。吸收损耗是 由SiO2材料引起的固有吸收和 由杂质引起的吸收产生的。散射 损耗主要由材料微观密度不 均匀引起的瑞利散射和由光纤 结构缺陷(如气泡)引起的散射产 生的。瑞利散射损耗是光纤的固 有损耗，它决定着光纤损耗的最 低理论极限。 11.光线的损耗：（1）吸收损耗： a.本征吸收损耗：紫外吸收损 耗，红外吸收损耗b.杂质吸收损 耗c.原子缺陷吸收损耗（2）散 射损耗 a线性散射损耗：瑞利散 射，光纤结构不完善引起的散射 损耗（3）弯曲损耗 a.宏弯：曲 率半径比光纤的直径大得多的 弯曲 b.微弯：微米级的高频弯 曲，微弯的原因：光纤的生产过 程中的带来的不均；使用过程中 由于光纤各个部分热胀冷缩的 不同；导致的后果：造成能量辐 射损耗. 与宏弯的情况相同，模 场直径大的模式容易发生微弯 损耗 12. 柔性光纤的优点：1. 对光的 约束增强 2. 在任意波段均可实 现单模传输：调节空气孔径之间 的距离 3. 可以实现光纤色散的 灵活设计 4. 减少光纤中的非线 性效应5. 抗侧压性能增强 13. 光纤的制作要求（1）透明（2） 能将其拉制成沿长度方向均匀 分布的具有纤芯-包层结构的细 小纤维；（3）能经受住所需要 的工作环境。光纤是将透明材料 拉伸为细丝制成的。 14. 光纤预制棒简称光棒，是一 种在横截面上有一定折射率分 布和芯/包比的的透明的石英玻 璃棒。根据折射率的不同光棒可 从结构上分为芯层和包层两个 部分，其芯层的折射率较高，是 由高纯SiO2材料掺杂折射率较 高的高纯GeO2材料构成的，包 层由高纯SiO2材料构成。制作 方法: 外部气相沉积法；气相轴 相沉积法；改进的化学气相沉积 法；等离子化学气相沉积法。 15. 光缆基本要求：保护光纤固 有机械强度的方法，通常是采用 塑料被覆和应力筛选。光纤从高 温拉制出来后，要立即用软塑料 进行一次被覆和应力筛选，除去
光纤通信实验报告汇总
南京工程学院 通信工程学院 实验报告 课程名称光纤通信_________ 实验项目名称光纤通信实验_______ 实验学生班级通信（卓越）131_____ 实验学生姓名吴振飞_____ _____ 实验学生学号 208130429_________ 实验时间2016.6.15___ 实验地点信息楼C413_______ 实验成绩评定 ______________________ 指导教师签字 ______________________ 2016年 6月 19日
目录 实验一半导体激光器P-I特性测试实验 (1) 一、实验目的 (1) 二、实验仪器 (1) 三、实验原理 (1) 四、实验内容 (2) 五、实验步骤 (2) 六、注意事项 (2) 七、思考题 (3) 实验二光电探测器特性测试实验 (3) 一、实验目的 (3) 二、实验仪器 (3) 三、实验原理 (3) 四、实验内容 (4) 五、实验步骤 (4) 六、注意事项 (4) 实验三电话光纤传输系统实验 (4) 一、实验目的 (4) 二、实验内容 (5) 三、预备知识 (5) 四、实验仪器 (5) 五、实验原理 (5) 六、注意事项 (6) 七、实验步骤 (6) 九、思考题 (6)
实验一半导体激光器P-I特性测试实验 一、实验目的 学习半导体激光器发光原理和光纤通信中激光光源工作原理；了解半导体激光器平均输出光功率与注入驱动电流的关系；掌握半导体激光器 P(平均发送光功率) -I(注入电流) 曲线的测试方法。 二、实验仪器 1、ZYE4301G 型光纤通信原理实验箱 1 台 2、光功率计1 台 3、FC/PC-FC/PC 单模光跳线 1 根 4、万用表(自带) 1 台 5、连接导线 20 根 三、实验原理 半导体激光二极管(LD) 或简称半导体激光器，它通过受激辐射发光，(处于高能级E2的电子在光场的感应下发射一个和感应光子一模一样的光子，而跃迁到低能级E1，这个过程称为光的受激辐射，所谓一模一样，是指发射光子和感应光子不仅频率相同，而且相位、偏振方向和传播方向都相同，它和感应光子是相干的。) 是一种阈值器件。由于受激辐射与自发辐射的本质不同，导致了半导体激光器不仅能产生高功率(≥10mW) 辐射，而且输出光发散角窄(垂直发散角为 30~50°，水平发散角为 0~30° )，与单模光纤的耦合效率高(约 30%~50%)，辐射光谱线窄(Δλ =0.1~1.0nm)，适用于高比特工作，载流子复合寿命短，能进行高速信号(>20GHz) 直接调制，非常适合于作高速长距离光纤通信系统的光源。 对于线性度良好的半导体激光器，其输出功率可以表示为ηω (1-1) Pe=)(2thDIIq ?η其中intintaaamirmirD+=ηη，这里的量子效率ηint，表征注入电子通过受激辐射转化为光子的比例。在高于阈值区域，大多数半导体激光器的ηint接近于 1。 1-1 式表明，激光输出功率决定于内量子效率和光腔损耗，并随着电流而增大，当注入电流I>Ith时，输出功率与I成线性关系。其增大的速率即P-I曲线的斜率，称为斜率效率 dPη2DeqdIηω= (1-2) P-I特性是选择半导体激光器的重要依据。在选择时，应选阈值电流Ith尽可能小， Ith对应P值小，而且没有扭折点的半导体激光器，这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，而且不易产生光信号失真。并且要求P-I曲线的斜率适当。斜率太小，则要求驱动信号太大，给驱动电路带来麻烦; 斜率太大，则会出现光反射噪声及使自动光功率控制环路调整困难。半导体激光器具有高功率密度和极高量子效率的特点，微小的电流变化会导致光功率输出变化，是光纤通信中最重要的一种光源，半导体激光器可以看作为一种光学振荡器，要形成光的振荡，就必须要有光放大机制，也即激活介质处于粒子数反转分布，而且产生的增益足以抵消所有的损耗。将开始出现净增益的条件称为阈值条件。一般用注入电流值来标定阈值条件，也即阈值电流Ith，当输入电流小于Ith时，其输出光为非相干的荧光，类似于LED发出的光，当电流大于Ith
光纤通信复习重点 (2)剖析
《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(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。 基本光纤传输系统接 收发 射
光纤通信复习重点
光纤通信复习重点 题型：填空、选择、判断（30'、问答（40'、计算（30' 第一章概论 1.2.2 光纤通信的优点（少^） 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）泄露小，保密性能好 6）节约金属材料，有利于资源合理使用 1.3 光纤通信系统的基本组成 发射U ______ 基本光纤传输系统_ 接收 电信号光信号光信号电信号 作用： 1）信息源：把用户信息转换为原始电信号，这种信号称为基带信号 2）电发射机：把信息源传递过来的模拟信号转换成数字信号（PCM 3）光发射机：把输入电信号转换为光信号，并用耦合技术吧光信号最大限度地注入光纤线路。 4）光纤线路：把来自光发射机的光信号，以尽可能小的失真和衰减传输到光接收机。 5）光接收机：把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号， 并经其后的电接收机放大和处理后恢复成基带电信号。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数灵敏度； 6）电接收机：把接收的电信号转换为基带信号，最后由信息宿恢复用户信息；说明：光发射机之前和光接收机之后的电信号段，光纤通信所用的技术和设备和电缆通信相同，不同的只是由光发射机、光纤线路和光接收机所组成的基本光纤传输系统代替了电缆传输； 注：计算题3个，全来自第二第三章的课后习题 第二章光纤和光缆 2.1.1 光纤结构 光纤是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。（相对折射率差 典型值△ = （n 1-n2）/n1，△越大，把光能量束缚在纤芯的能力越强，但信息传输
光纤通信实验报告
OptiSystem实验 一、OptiSystem简介 OptiSystem是一款创新的光通讯系统模拟软件包，它集设计、测试和优化各种类型宽带光网络物理层的虚拟光连接等功能于一身，从长距离通讯系统到LANS 和MANS都适用。OptiSystem有一个基于实际光纤通讯系统模型的系统级模拟器，并具有强大的模拟环境和真实的器件和系统的分级定义。它的性能可以通过附加的用户器件库和完整的界面进行扩展，从而成为一系列广泛使用的工具。全面的图形用户界面提供光子器件设计、器件模型和演示。丰富的有源和无源器件库，包括实际的、波长相关的参数。参数扫描和优化允许用户研究特定的器件技术参数对系统性能的影响。OptiSystem满足了急速发展的光子市场对于一个强有力而易于使用的光系统设计工具的需求，深受系统设计者、光通信工程师、研究人员的青睐。 OptiSystem软件允许对物理层任何类型的虚拟光连接和宽带光网络的分析，从远距离通讯到MANS和LANS都适用。它可广泛应用下列场合： 1．物理层的器件级到系统级的光通讯系统设计； 2．CATV或者TDM?WDM网络设计； 3．SONET?SDH的环形设计； 4．传输装置、信道、放大器和接收器的设计； 5．色散图设计； 6．不同接受模式下误码率（BER）和系统代价（Penalty）的评估； 7．放大系统的BER和连接预算计算。 实验1 OptiSystem快速入门：以“激光外调制”为例 一、实验目的 1、掌握软件的简单操作 2、了解软件的元件库 3、掌握建立新的project（新的工作界面） 4、掌握搭建系统：将元件从元件库中拖入project、连线、搭建系统 5、掌握设置参数 6、掌握软件的运行、观察结果、导出数据 二、实验过程 1.建立一个新文件。（File>New） 2.将光学器件从数据库里拖入主窗口进行布局. 3.光标移至有锁链图标出现时，进行连线。（如图1所示） 4．设置连续波激光器参数。 （1）点击frequency>mode, 出现下拉菜单，选中script。 （2）在value中输入数据并作评估。 （3）点击单位，选择“THZ”，点击OK 回主窗口。（如图2所示）