光纤通信 重要知识点总结(DOC)

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

少的器件。光纤线路的性能主要由缆内光纤的传输特性决定。对光纤的基本要求是损耗和色散这两个传输特性参数都尽可能地小，而且有足够好的机械特性和环境特性。

7.石英光纤在近红外波段，其损耗随波长的增大而减小，在0.85μm、1.31μm和1.55μm有3个损耗很小的波长窗口。在这3个波长的窗口损耗分别小于2dB/km、0.4dB/km和0.2dB/km。

8.光接收机:功能是把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号，并经放大和处理后恢复成发射前的电信号。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，对光检测器的要求是响应度高、噪声低和响应速度快。光检测器类型：在半导体PN结中加入本征层的PIN光敏二极管和雪崩光敏二极管。

光接收机把光信号转换为电信号的过程，是通过光检测器的检测实现的。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。难点是需要频率非常稳定、相位和偏振方向可控制，以及谱线宽度很窄的单模激光源，优点是有很高的接收灵敏度。

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。灵敏度主要取决于组成光接收机的光敏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。

9.空间光通信与传统的微波通信相比，其显著的优点为：1通信容量大。2体积小。3功耗低。4建造经费和维护经费低。

10.空间光通信是指在两个或多个终端之间，利用在空间传输的激光束作为信息载体，实现通信，空间光通信关键技术:1激光器技术对激光波长的研究主要集中在800nm、1000nm及1550nm三个波段，与以上三种波长对应的半导体激光器、固体激光器和光纤激光器。2.捕获、瞄准、跟踪技术3.调制、接收技术,调制方式分为调幅、调频、调相,接收直接强度探测,即非相干探测具有结构简单、成本低、易实现等优点。相干（外差）探测这种方法具有接收灵敏度高、抗干扰能力强等优点，但系统较为复杂，对元器件性能要求较高，特别是对波长的稳定性和谱线宽度要求较高

11.光通信链路功率设计原则主要是保证在所要求的参数（通信距离、系统码率及误码率）条件下，光接收端机探测器上接收到的最小功率Prmin大于接收机灵敏度的要求。

第二章

1.光源是光发射机的主要器件，主要功能是实现信号的电—光转换,作用是将电数字脉冲信号转换为光数字脉冲信号并将此信号送入光纤线路进行传送。光检测器位于光接收机内，主要功能是实现信号的光—电转换，

2.光源性能的基本要求与类型:1发光波长与光纤的低衰减窗口相符2足够的光输出功率3可靠性高、寿命长4温度稳定性好5光谱宽度窄,由于光纤有色散特性，使较高速率信号的传输距离受到一定限制。若光源谱线窄，则在同样条件下的无中继传输距离就长。6调制特性好7与光纤的耦合效率高8尺寸小、重量轻

3.光源的类型:光纤通信光源分为半导体激光器（LD）和发光二极管（LED）。半导体光源优点是其工作波长可以对准光纤的低损耗、低色散窗口，还具有体积小、功耗低、易于实现内调制等特点，特别适用于光纤通信。缺点，包括输出功率小、热稳定性差、远场发散角大(指半导体光源发出的激光功率不够集中，大致分布在30°左右的立体角内，因而有相当一部分光功率不能耦合进光纤，这一部分丢失的光功率就是“入纤损耗”的主要机理。)半导体光源的输出功率小和入纤损耗大，限制了通信的无再生距离。热稳定性差，环境温度超过40℃时应有监测和告警。发光二极管分为边发光、面发光和超辐射三种结构。同一波长的LD和LED采用相同组成的有源层（即发光层），它们的区别在于结构和工作原理不同。LD的输出功率大，入纤耦合效率高，但稳定性较差；而LED的输出功率小，耦合损耗也较大，但稳定性好，寿命几乎不成问题，价格也较LD便宜。一般长途干线使用LD作光源，短距离的本地网发送机选用LED。

4.半导体光源:半导件激光器是向半导体PN结注入电流，实现粒子数的反转分布，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.绝大部分粒子处于基态，只有较少数的粒子被激发到高能级，且能级越高，处于该能级的粒子数越小。k0=1.38×10-23J/K，k0为玻耳兹曼常数.电子在原子核外的跃迁有三种基本方式：自发辐射、受激辐射和受激吸收.受激辐射是受激吸收的逆过程。电子在E1和E2两个能级之间跃迁，吸收的光子能量或辐射的光子能量都要满足玻尔条件，即E2-E1=hf12

h为普朗克常数，h=6.626×10-34J·s；f12为吸收或辐射的光子频率。

5.粒子反转分布:产生受激辐射和产生受激吸收的物质是不同的。设在单位物质中，处于低能级和处

于高能级的粒子数分别为N1和N2。当系统处于热平衡状态时，存在分布 k0为玻尔兹曼常数，k0=1.38×10-23J/K；T为热力学温度。由于（E2-E1）>0，T>0，总有N1>N2。这是因为电子总是首先占据低能量的轨道。受激吸收和受激辐射的速率分别比例于N1和N2且比例系数相等。如果N1> N2，即受激吸收大于受激辐射。当光通过这种物质时，光强按指数衰减，这种物质称为吸收物质。

通常情况下，粒子具有正常能级分布，总是低能级上的粒子数比高能级上的粒子数多。所以光的受激吸收比受激辐射强，因此光总是受到衰减。要想获得光的放大，必须使受激辐射强于受激吸收。也就是说，使N2> N1，当光通过这种物质时，会产生放大作用，这种物质称为激活物质。N2> N1的分布和正常状态（N2> N1）的分布相反，所以称为粒子数反转分布。处于粒子数反转分布的物质称为激活物质或增益物质。要想得到粒子数反转分布，一般采用光激励、放电激励、化学激励等方法，给物质能量，以求把低能级的粒子激发到高能级上去，这个过程叫泵浦。

13.光源与光纤的耦合:光源和光纤耦合的程度,可以用耦合效率η来衡量，它的定义为η=P F/Ps. PF 为耦合入光纤的光功率；Ps为光源发射的光功率。η的大小取决于光源和光纤的类型，LED和单模光纤的耦合效率较低，LD和单模光纤的耦合效率更低。

影响光源与光纤耦合效率的主要因素是光源的发散角和光纤的数值孔径NA。发散角越大，耦合效率越低；数值孔径越大，耦合效率越高。此外，光源的发光面、光纤端面尺寸、形状以及二者间距都会直接影响耦合效率。

14通常有两种方法来实现光源与光纤的耦合，即直接耦合和透镜耦合。直接耦合就是将光纤端面直接对准光源发光面，这种方法当发光面积大于纤芯时是一种有效的方法。直接耦合结构简单，但耦合效率低。面发光二极管与光纤的耦合效率只有2%～4%。半导体激光器的光束发散角比面发光二极管小得多，与光纤的耦合效率约为10％。

6.激光振荡和光学谐振腔:粒子数反转分布是产生受激辐射的必要条件，但还不能产生激光。只有把激活物质置于光学谐振腔中，对光的频率和方向进行选择，才能获得连续的光放大和激光振荡输出.激活物质和光学谐振腔只是为激光的产生提供了必要的条件。为了获得激光振荡，还必须满足一定的阈值条件和相位条件.

阈值条件;设增益介质单位长度的小信号增益系数为G0，损耗系数为αi，两个反射镜M1、M2反射系数分别为r1和r2。由于增益介质的放大作用，腔内光功率随距离的变化可表示为P（0）为

z=0处的光功率。光束在腔内经历一个来回后，两次通过增益介质，此时的光功率为

要想产生振荡，必须满足P（2L）≥P（0）因

此:.α称为光学谐振腔的平均损耗系数，它包括增益介质的本身损耗和通过

两次反射镜的传输损耗。只有在这种情况下，光信号才能不断得到放大，使输出光功率逐渐增强。高能级粒子不断向低能级跃迁产生受激辐射，使得低能级粒子数和高能级粒子数差减小，受激辐射作用降低，增益系数G0也减小，直至G0=α，激光器维持一个稳定的振荡，并输出稳定的光功率。相位条件要产生激光振荡，

除了要满足上述阈值条件外，还要满足一定的相位条件，即受激辐射光在腔内往返一次后与原有的波叠加；若要在腔中形成谐振，叠加的波必须是相互加强的，即要求它们之间的相位差必须是2π的整数倍，也就是往返一次的路径长度是波长的整数倍，以形成正反馈。这可写成2L=qλ式中，q表示纵模的模数；λ为在谐振腔内的光波波长。光学谐振腔的折射率为n，则输出的激光波长是谐振腔内波长的n倍。输出激光波长为λ=2nL/q , λ为输出的激光波长；n为激活物质的折射率；q为纵模模数，q=1，2，3。

7.激光器产生激光必须具备以下几个条件：1）必须有激光工作物质，可在需要的光波范围内辐射光子；2）工作物质必须处于粒子数反转分布状态，并使小信号增益系数大于谐振腔的平均损耗系数，从而产生光的放大系数；3）必须有光学谐振腔进行频率选择及产生光反馈。

8.半导体激光器的发光波长半导体发光器件所采用的半导体材料，根据不同的组合，其发光波长从可见光到红外光区域。发光波长基本上由半导体禁带宽度（即导带与价带的能级差）E g＝hf决定。由λ=C/f得出λ=hc/Eg，其中c为光速(c＝2.99792458×108m/s)。光子能量E和波长λ之间的变换关系为 E(eV)＝1.2398/λ(μm)

9.半导体激光器工作特性: 1.P-I特性:当激光器注入电流增加时，受激发射量增加，一旦超过P-N

结中光的吸收损耗，激光器就开始振荡，于是光输出功率急剧增大。使激光器发生振荡时的电流称为阈值电流Ith。只有当注入电流等于或大于阈值时，激光器才发射激光。2.微分量子效率ηd激光器输出光子数的增

量与注入电子数的增量之比，定义为微分量子效率 3.光谱特性，光源谱线宽度是衡量器件发光单色性的一个物理量。越窄越好。4.温度特性

10其他激光器：分布反馈式激光器,DFB激光器采用双异质掩埋条形结构。不同之处是它用布拉格光栅取代传统的F-P光腔作为光谐振器。量子阱激光器(MQW)多量子阱结构带来了阈值电流小、输出光功率大及热稳定性好的优点。光纤锁模激光器,产生激光超短脉冲的技术常称为锁模技术。垂直腔面发射激光器

11.发光二极管:发光二极管（LED）的工作原理与激光器（LD）有所不同，LD发射的是受激辐射光，LED发射的是自发辐射光。LED的结构和LD相似，大多采用双异质结（DH）芯片，把有源层夹在P型和N型限制层中间，不同的是LED不需要光学谐振腔，没有阈值。发光二极管有两种类型；一类是正面发光型LED，另一类是侧面发光型LED，和正面发光型LED相比，侧面发光型LED驱动电流较大，输出光功率较小，但由于光束辐射角较小，与光纤的耦合效率较高，因而入纤光功率比正面发光型LED大。

和激光器相比，发光二极管输出光功率较小，谱线宽度较宽，调制频率较低。但发光二极管性能稳定，寿命长，输出光功率线性范围宽，而且制造工艺简单，价格低廉。因此，这种器件在小容量短距离系统中发挥了重要作用。

12.发光二极管具有以下工作特性:1.光输出特性,即P-I特性当注入电流较小时，发光二极管的输出功率曲线基本是线性的.2.光谱特性,发光二极管的发射光谱比半导体激光器宽很多，3.温度特性,温度对发光二极管的光功率影响比半导体激光器要小。发光管的频率.4.调制特性. LED可调的速率低

第三章：

1.光纤的结构与类型:光纤是一种工作在光波段的介质波导，可将光波约束在波导内部和表面，并引导光波沿光纤轴传播的介质光波导，纤芯的折射率高于包层的折射率（全反射），从而构成一种光波导结构，使大部分的光被束缚在纤芯中传输。光纤是一种纤芯折射率比包层折射率高的同轴圆柱形电介质波导，它由纤芯（直径为2a）、包层（直径为2b）与涂敷层三大部分组成

2.光纤主要由硅酸盐玻璃、二氧化硅或塑料制成。前者适用于长距离传输,后两者适用于短距离传输,其中塑料光纤由于损耗较大，传输距离很短，主要应用于更小距离传输和一些较恶劣的环境中，在恶劣环境中因其机械强度较好，所以较前两种更具优越性。

3.光纤按照折射率分布可分为阶跃折射率分布光纤（阶跃光纤）和渐变折射率分布光纤（渐变光纤）。阶跃光纤的折射率分布特点是纤芯的折射率均匀为n1，而包层的折射率为n2。在纤芯和包层之间的分界面上，折射率有一个不连续的阶跃性突变。

渐变光纤的纤芯折射率是半径r的函数，记为n（r），在纤芯轴线上最大，为n1 ；而在纤芯的横截面内沿径向折射率逐渐减小，形成一个连续渐变的梯度或坡度，像一个抛物线，最后达到包层的折射率n2。在纤芯到分界面之间，折射率是渐变的，而不像阶跃光纤在分界面处突变。 n1为光纤轴心处的折射率； n2为包层区域折射率；a1为纤芯半径；Δ=（ n1 - n2 ）/ n1称为相对折射率差。至于渐变光纤的剖面折射率为何做如此分布，其主要原因是为了降低多模光纤的模式色散，增加光纤的传输容量。

4.光纤按传导的模式可分为单模光纤和多模光纤。能够传输多种模式（基模和高阶模）的光纤叫多模光纤，而只能传输一种模式（基模）的光纤叫单模光纤。多模光纤的纤芯较粗，可以很容易将光功率注入到光纤，并且较容易将相同的光纤连接在一起，同时可以使用制造工艺简单、价格低廉、不需要外围电路和长寿命的LED作为光源。其缺点是存在较严重的模式色散，使其传输速率低、距离短，整体的传输性能差。但成本低，一般用于建筑物内或地理位置相邻的环境中；单模光纤的纤芯相应较细，传输频带宽、容量大、传输距离长，但需LD作为光源，成本较高，通常在建筑物之间或地域分散的环境中使用。

光纤的模式色散（又叫模间色散）：不同的传播模式会有不同的传播速度与相位，因此经过长距离的传输之后会产生时延，导致光脉冲变宽。计算多模光纤中传播模式数量的经典公式为N=V2/4 ，其中V为归一化频率。如当V=38时，多模光纤中会存在300多种传播模式。模式色散会使多模光纤的带宽变窄，降低其传输容量。因此多模光纤仅适用于较小容量的光纤通信。

单模光纤由于它只允许一种模式在其中传播，从而避免了模式色散的问题，故其具有极宽的带宽，特别适用大容量的光纤通信。

5.光纤按工作波长分类，可分为短波长（光波之波长在0.6～0.9μm范围内）光纤与长波长（波长1.31μm和1.55μm）光纤。

6.光纤按套塑类型分类，可分为紧套光纤与松套光纤。

7.光纤的数值孔径NA：从空气中入射到光纤纤芯端面上的光线被光纤捕获成为束缚光线的最大入射角θmax为临界光锥的半角称为光纤的数值孔径，记为NA。它与纤芯和包层的折射率分布有关，而与光纤的

直径无关。对于阶跃光纤，NA为，Δ=（n1-n2）/n1是光纤纤芯和包层的相对折射率差。

NA表示光纤接收和传输光的能力，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，限制了信息传输容量，所以要根据实际使用场合，选择适当的NA。

8.归一化变量：为了描述光纤中传输的模式数目，在此引入一个非常重要的结构参数，即光纤的归一

化频率，一般用V表示，其表达式如下a为纤芯半径，传输模式数目随V值的增加而增多。当V值减小时，不断发生模式截止，模式数目逐渐减少。特别值得注意的是，当V<2.405时，只有HE11（LP01）一个模式存在，其余模式全部截止。 HE11称为基模，由两个偏振态简并而成。由此得到单模传输条件为

，对于给定的光纤（n1、n2和a确定），存在一个临界波长λc，当λ<λc时，是多模传输，当λ>λc时，是单模传输，这个临界波长λc称为截止波长。

9.光纤传输的基本特性：光信号经光纤传输后会产生损耗和畸变（失真），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。

光纤的损耗在很大程度上决定了系统的传输距离。光纤损耗的原因：1.吸收损耗：本征吸收损耗，杂质吸收损耗，原子缺陷吸收损耗2.散射损耗：线性散射损耗，瑞利散射非线性散射损耗3.弯曲损耗：分弯曲或宏弯和微弯

10.光纤损耗系数：衡量一根光纤损耗特性的好坏，即传输单位长度（1km）光纤所引起的光功率减小的分贝数，一般用α表示损耗系数，单位是dB/km。dP/dz=-αP

11光纤色散：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。光纤的色散会使输入脉冲在传输过程中展宽，产生码间干扰，增加误码率，这样就限制了通信容量。因此制造优质的、色散小的光纤，对增加通信系统容量和加大传输距离是非常重要的。色散一般包括模式色散、材料色散和波导色散。

模式色散，就是由于轨迹不同的各光线沿轴向的平均速度不同所造成的时延差，它取决于光纤的折射率分布，并和光纤材料折射率的波长特性有关。材料色散是由于光纤的折射率随波长而改变，以及模式内部不同波长成分的光（实际光源不是纯单色光），其时间延迟不同而产生的。这种色散取决于光纤材料折射率的波长特性和光源的谱线宽度。波导色散是由于光纤中模式的传播常数是频率的函数而引起的。它不仅与光源的谱宽有关，还与光纤的结构参数（如V）等有关。

12.光的非线性：非线性现象本质上是在非线性介质中传输的光场进行能量和动量交换的过程。

13.非线性折射率波动效应可分为三大类：自相位调制（SPM）、交叉相位调制（XPM）及四波混频（FWM）。非线性受激散射可分为布里渊散射和拉曼散射两种形式。

14.四波混频效应：当有三个不同波长的光波同时注入光纤时，由于三者的相互作用，产生了一个新的波长或频率，即第四个波，新波长的频率是由入射波长组合产生的新频率。四波混频效应能够将原来各个波长信号的光功率转移到新产生的波长上，从而对传输系统性能造成破坏。在波分复用系统中，混合产生的新波长会与其他信号信道的波长完全一样，严重破坏信号的眼图并产生误码。四波混频效应的效率与波长失配、波长间隔、注入光波长的强度、光纤的色散、光纤折射率、光纤的长度等有关。色散在四波混频效应中起了重要的作用。通过破坏相互作用的信号间的相位匹配，色散能减少四波混频效应产生的新波长数目。15.光导纤维是一种传输光束的细微而柔韧的媒质。光导纤维电缆由一捆光纤组成，简称为光缆。光缆是数据传输中最有效的一种传输介质，它的和光纤的优点类似，主要有1频带较宽。2电磁绝缘性能好。3衰减较小，4中继器的间隔较大，降低成本。

15.光缆结构可分为层绞式、骨架式、带状式和束管式四大类。光缆分类:1按敷设方式分类：有架空光缆、管道光缆、地埋光缆和海底光缆。2按光缆结构分类：有束管式光缆、层绞式光缆、骨架式光缆、带状式光缆、非金属光缆和可分支光缆。3按用途分类：有长途通信用光缆、短途室外光缆、混合光缆和建筑物内用光缆。

16.光纤的特性参数可分为几何特性、光学特性和传输特性三类。几何特性包括纤芯与包层的直径、偏心度和不圆度；光学特性主要有折射率分布、数值孔径、模场直径和截止波长；传输特性主要有损耗、带宽和色散。光纤特性的测量:规定了基准测量方法和替代测量方法。光纤损耗的测量：截断法：是测量精度最好的办法，其缺点是要截断光纤。背向散射法测量。光纤色散与宽带的测量：时域方法测量脉冲宽度；频域法测量光纤宽度

第四章：

1.通信用光有源器件主要包括光源、光检测器、光放大器和光波长转换器等。光源是光发射机的主要器件，主要功能是实现信号的电—光转换；光检测器位于光接收机内，主要功能是实现信号的光—电转换；光放大器主要是对光信号直接进行放大，无需通过光—电—光转换过程，解决长距离传输时光功率不足的问题。

2.在很强反向电场作用下，电子以极快的速度通过PN结。在行进途中碰撞半导体晶格上的原子离化而产生新的电子、空穴，即所谓二次电子和空穴，而且这种现象不断连锁反应，使结区内电流急剧倍增放大，

产生“雪崩”现象。

3.光敏二极管的噪声包括由信号电流与暗电流产生的散粒噪声和由负载电阻与后继放大器输入电阻

产生的热噪声。

4.由于雪崩倍增效应是一个复杂的随机过程，所以用这种效应对一次光生电流产生的平均增益的倍数来描述它的放大作用。并把倍增因子定义为APD输出光电流I0和一次光生电流Ip的比值。g=Io/Ip

5.光放大器的分类光放大器有半导体光放大器（SOA）和光纤放大器（OFA）两种类型。半导体光放大器的优点是小型化，容易与其他半导体器件集成；缺点是性能与光偏振方向有关，器件与光纤的耦合损耗大。OFA的性能与光偏振方向无关，器件与光纤的耦合损耗很小，因而得到广泛应用。

6.光放大器的重要指标1.光放大器的增益放大器的带宽增益饱和与饱和输出功率 2.放大器噪声。噪声来源和噪声系数

7.掺铒光纤的激光特性：主要由掺铒元素决定；掺铒光纤发大器可以对1550nm光进行发大。掺铒光纤放大器的泵浦方式：同向泵浦、反向泵浦和双向泵浦。同向泵浦的优点是构成简单、噪声性能较好。反向泵浦优点是：当光信号放大到很强时，泵浦光也强，不易达到饱和，因而具有较高的输出功率。双向泵浦：结合了同向泵浦和反向泵浦的优点，使泵浦光在光纤中均匀分布。掺铒(EDFA)放大器的应用：中继放大器，前置放大器，后置放大器。

8.半导体光放大器（SOA）和半导体激光器一样，是基于光的受激辐射和放大。事实上，激光器名称的意思就是受激辐射引起的光放大。SOA是利用半导体激活介质能够给通过的光提供增益的机理，使光信号得到放大。SOA是一种具有光增益的光电器件

SOA主要有两种结构：法布里—珀洛腔（FP）型及行波（TW）型两种。SOA优点：①SOA具有很大的增益带宽覆盖1310nm与1550nm两处窗口;②SOA增益平坦性好;③SOA能够动态转换波长，能够接受输入信号光改变它的频率，同时对其进行放大;④SOA体积小，泵浦简单，可批量生产，成本低。

9.拉曼光纤放大器RFA的放大范围更宽，噪声指数更低，是实现高速率、大容量、长距离光纤传输的关键器件之一。原理是基于石英光纤中的非线性效应—SRS。RFA有两种类型：一集总式拉曼光纤放大器，分布式拉曼光纤放大器。拉曼光纤放大器主要由增益介质光纤、泵浦源及一系列辅助功能电路等构成

第五章

1.光纤连接器是实现光纤与光纤之间的活动接头，是一种可拆卸的器件，它用于设备与光纤之间的连接、光纤与光纤之间的连接或光纤与其他光无源器件之间的连接。光纤接头是实现光纤与光纤之间的永久性（固定）连接，主要用于光纤线路的构成。光纤连接器件是一种无源器件。

2.对于连接器的一般要求：1插入损耗低2稳定性好3可重复性好4互换性好5反射损耗要小

3.影响光纤连接损耗的几种因素：主要来自制造工艺技术和光纤本身的不完善。光纤连接损耗是由于光纤之间的连接错位引起的损耗，以及与光纤参数相关的损耗。连接错位一般：轴心错位、端面间隙、角度倾斜、端面光洁度。

4.光耦合器是将光信号进行分路或合路、插入、分配的一种器件。在耦合的过程中，信号的频谱成分没有发生变化，变化的只是信号的光功率，即同一波长。常用耦合器的类型1T形耦合器 2星形耦合器 3定向耦合器4波分复用器。耦合器的结构有光纤型、微器件型和波导型。几个主要参数：插入损耗Lt是穿过耦合器的某一光通道所引入的功率损耗，附加损耗Le是由散射、吸收和器件缺陷产生的损耗，耦合比CR是指某一输出端口光功率Poc和各端口总输出光功率Pot的比值

5.光隔离器：是保证光信号只能正向传输，阻止光波往其他方向特别是反方向传输的器件。光隔离器就是一种非互易器件，耦合器是互易器件。光隔离器主要用在激光器或光放大器的后面，以避免反射光返回到该器件致使器件性能变坏。原理：光隔离器主要利用磁光晶体的法拉第效应。光隔离器主要由两个偏振器和一个法拉第旋转器组成。假定存在某种反射，反射光的偏振态也在45°方向上，当反射光通过法拉第旋转

器时再继续旋转45°，此时就变成了水平偏振光。水平偏振光不能通过左面偏振器（第一个偏振器），完全阻断了反射光的传输，于是就达到隔离效果。

6.光环行器是一种多端口非互易光学器件，其工作原理与隔离器类似。光调制器是把信息加载到光波（就是载波）上的过程就是调制。光调制器就是实现从电信号到光信号的转换的器件。光开关是一种光路控制器件，起着进行光路切换的作用，可以实现主/备光路切换，光纤、光器件的测试等有1机械式光开关2微机械式光开关（MEMS）3.喷墨气泡式光开关。光滤波器在WDM系统中是一种重要元器件，：法布里—珀罗滤波器(用作干涉仪)和马赫—曾德干涉滤波器(解复用器，复用器，调谐滤波器)

7.波长变换器能够提高子网间的互联性，解决波长竞争，消除阻塞，提供虚波长路由，并且可在动态传输模式下更好地利用网络资源。采用全光波长变换的原因：Internet的出现与多媒体业务的迅猛发展对带宽资源提出越来越高的要求。在物理传输层和网络层上，密集波分复用技术（DWDM）通过对波长进行复用，在波长域中提高传输容量，对光纤带宽资源进行了充分的利用。全光波长变换原理用光—电—光的方法间接实现：用接收器接受光信号，将它变换到电域，然后用处理后的电信号调制激光器产生相应的输出波长。

8.SOA型全光波长变换常采用的物理效应有：交叉增益调制（XGM）、交叉相位调制（XPM）和四波混频（FWM）等。

9.通常有两种方法来实现光源与光纤的耦合，即直接耦合和透镜耦合。直接耦合就是将光纤端面直接对准光源发光面，这种方法当发光面积大于纤芯时是一种有效的方法。直接耦合结构简单，但耦合效率低。面发光二极管与光纤的耦合效率只有2%～4%。半导体激光器的光束发散角比面发光二极管小得多，与光纤的耦合效率约为10％

第六章

1.在光纤通信系统中，从电端机输出的是适合于电缆传输的双极性码。目前常用的双极性码有HDB3码和CMI码。但对于光源来说是不可能发射负光脉冲的，因此必须进行码型变换，即将HDB3或CMI码变换为NRZ码，以适合于数字光纤通信系统传输的要求。

2.我国3次群和4次群PDH光纤通信系统最常用的线路码型是5B6B码

3.模拟光纤通信系统:主要调制方式：模拟基带直接光强调制、模拟间接光强调制和频分复用光强调制。

模拟基带直接光强调制是用承载信息的模拟基带信号，直接对发射机光源（LED或LD）进行光强调制，使光源输出光功率随时间变化的波形和输入模拟基带信号的波形成比例。模拟间接光强调制是先用承载信息的模拟基带信号进行电的预调制，然后用这个预调制的电信号对光源进行光强调制。频分复用光强调制是用每路模拟基带信号，分别对某个指定的射频电信号进行调幅或调频，然后用组合器把多个预调RF信号组合成多路宽带信号，再用这种多路宽带信号对发射机光源进行光强调制。

4.数字复用规定了准同步数字系列（PDH）和同步数字体系（SDH）两种基本复用标准。PDH采用异步复用方式现在的PDH体制中，只有1.5Mbit/s和2Mbit/s速率的信号是同步的，其他速率的信号都是异步的，需要通过码速的调整来匹配和容纳时钟的差异。与PDH相比较，SDH的主要特点1.SDH有一套标准的信息等级结构2.SDH的帧结构是矩形块状结构3.SDH帧结构中拥有丰富的开销比特 4.SDH具有统一的网络节点接口

5.SDH采用同步和灵活的复用方式

6.实现了PDH向SDH的过渡，还支持异步转移模式（ATM）和宽带综合业务数字网（ISDN）业务。也有不足：SDH的频带利用率比起PDH有所下降；SDH网络采用指针调整技术来完成不同SDH网之间的同步，使得设备复杂，同时字节调整所带来的输出抖动也大于PDH；软件控制并支配了网络中的交叉连接和复用设备，一旦出现软件操作错误或病毒，容易造成网络全面故障。尽管如此，SDH 的良好性能已经得到了公认，成为未来传输网发展的主流。

SDH的复用原理一种是低阶的SDH信号复用成高阶SDH信号，复用主要通过字节间插复用方式来完成的；另一种是低速支路信号复用成SDH信号STM-N。将PDH信号复用进STM-N信号中去。传统的将低速信号复用成

高速信号的方法有两种：码速调整法和固定位置映射法。SDH的基本复用单元包括容器C、虚容器VC、支路单元TU、支路单元组TUG、管理单元AU、管理单元组AUG、同步转移模块STM。

6.数字传输系统性能指标是误码性能、抖动和漂移。误码是指经光接收机的接收与判决再生后，数字码流中的某些比特发生了差错，使传输的信息质量产生损伤。误码减少的策略有如下两种：1内部误码的减小。2外部干扰误码的减少。

抖动和漂移与系统的定时特性有关。定时抖动（抖动）是指数字信号的特定时刻（如最佳抽样时刻）相对其理想时间位置的短时间偏离，漂移指数字信号的特定时刻相对其理想时间位置的长时间偏离

光纤通信 期末考试试卷(含答案)

2、光在光纤中传输是利用光的（折射）原理。 5、光纤通信系统中最常用的光检测器有：（ PIN光电二极管）、（雪崩光电二极管）。 6、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。 7、在多模光纤中，纤芯的半径越( 大 )，可传输的导波模数量就越多。 9、（波导色散）是指由光纤的光谱宽度和光纤的几何结构所引起的色散。 11、PDH的缺陷之一：在复用信号的帧结构中，由于( 开销比特 )的数量很少，不能提供足够的运行、管理和维护功能，因而不能满足现代通信网对监控和网管的要求。 12、光接收机的主要指标有光接收机的动态范围和（灵敏度）。 13、激光器能产生激光振荡的最低限度称为激光器的（阈值条件）。 14、光纤的（色散）是引起光纤带宽变窄的主要原因，而光纤带宽变窄则会限制光纤的传输容量。 15、误码性能是光纤数字通信系统质量的重要指标之一，产生误码的主要原因是传输系统的脉冲抖动和（噪声）。 二、选择题：（每小题2分，共20分。1-7:单选题，8-10：多选题） 4、CCITT于（）年接受了SONET概念，并重新命名为SDH。 A、1985 B、1970 C、1988 D、1990 6、掺铒光纤放大器（EDFA）的工作波长为（）nm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（）。 A、受激吸收 B、自发辐射 C、受激辐射 D、自发吸收 9、要精确控制激光器的输出功率，应从两方面着手：一是控制（ B ）；

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-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

光纤通信期末考试题

一、填空题（每空1分，共30分） （1）在光纤通信中，中继距离受光纤损耗和色散的制约。 （2）色散的常用单位是 ps/(nm.km) ， G.652光纤的中文名称是标准单模，它的0色散点在1.31微米附近。 （3）光子的能量与其频率的关系为 :E P = hf 。原子中电子因受激辐射发生光跃迁时，这时感应光子与发射光子是一模一样的，是指发射光子和感应光子不仅___频率_____ _相同、相位相同，而且偏振和传输方向都相同。 （4）光衰减器按其衰减量的变化方式不同分____固定__衰减器和__可变__衰减器两种。 （5）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，它的类型主要有光电型光中继器和全光型光中继器。 （6）光电检测器的噪声主要包括暗电流噪声、量子噪声、热噪声和放大器噪声等。受激辐射自发辐射（12）（13） （7）WDM中通常在业务信息传输带外选用一特定波长作为监控波长，优先选用的波长为 1.51μm。 （8）SDH中，当具有一定频差的输入信息装入C－4时要经过码速调整，利用其中的调整控制比特来控制相应的调整机会比特比特是作为信息比特，还是填充比特。 （9）半导体激光器工作时温度会升高，这时会导致阈值电流升高，输出光功率会降低。 （10）WDM系统可以分为集成式系统和开放式系统两大类，其中开放式系统要求终端具有标准的光波长和满足长距离传输的光源。 （11）对于SDH的复用映射单元中的容器，我国采用了三种分别是：C－12、C3和C－4。 （12）数字光纤传输系统的两种传输体制为PDH 和SDH 。 二、选择题 2、在激光器中，光的放大是通过（ A ） 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、STM-64信号的码速率为( D ) A．155.520 Mb/s B．622.080 Mb/s C．2 488.320 Mb/s D．9 953.280 Mb/s 4、以下哪个是掺铒光纤放大器的功率源( C )

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》试题选择题练习

要自信，绝对的自信，无条件的自信，时刻自信，即使在错的时候！！！ 《光纤通信》选择题练 习公布 精选精炼+课后精讲（QQ在线讲解） 张延锋 2014/8/1 忍人之所不能忍，方能为人知所不能为！！！

选择题练习 1. 目前光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是 A.0.85 μm, 1.27 μm, 1.31 μm B.0.85 μm, 1.27 μm, 1.55 μm C.0.85 μm, 1.31 μm, 1.55 μm D.1.05 μm, 1.31 μm, 1.27 μm 2．在阶跃型光纤中，传输模式的传输条件为 A.V＞0 B.V＞Vc C.V＞2.40483 D.V＜Vc 3．在阶跃型光纤中，当模式处于截止的临界状态时，其特性参数 A.W＝0 B.β＝0 C.V＝0 D.U＝0 4. 下列不属于影响光电二极管响应时间的因素是 A.零场区光生载流子的扩散时间 B.有场区光生载流子的漂移时间 C.RC时间常数 D.器件内部发生受激辐射的时间 5．通常，影响光接收机灵敏度的主要因素是 A．光纤色散B．噪声C．光纤衰减D．光缆线路长度6．目前实用光纤通信系统普遍采用的调制─检测方式是 A. 相位调制—相干检测 B. 直接调制—相干检测 C. 频率调制—直接检测 D. 直接调制—直接检测7．下列属于掺铒光纤放大器泵浦光源的典型工作波长是 A.1550 nm B.1310 nm C.980 nm D.850 nm 8．下列属于描述光电检测器光电转换效率的物理量是 A. 响应度 B. 灵敏度 C. 消光比 D. 增益 9．下列属于有源光器件的是 A.光定向耦合器 B.半导体激光器 C. 光纤连接器 D. 光隔离器 10．在下列的传输码型中，不属于插入比特码的是 A. mB1P B. 4B1H C. 5B6B D. mB1C 11. 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12. 下列哪一项不是要求光接收机有动态接收范围的原因? A．光纤的损耗可能发生变化 B．光源的输出功率可能发生变化 C．系统可能传输多种业务 D．光接收机可能工作在不同系统中 13. 光纤通信中光需要从光纤的主传输信道中取出一部分作为测试用时，需用 A．光衰减器B．光耦合器C．光隔离器D．光纤连接器14. 使用连接器进行光纤连接时，如果接头不连续时将会造成 A．光功率无法传输 B．光功率的菲涅耳反射

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

光纤通信之学习总结

3R具体指放大、整型、再生reamplifing、/retiming/reshaping 所有的只能目前都停留在电层，如何让光也变得智能？ 中继器有3R功能，而光放大器只有1R功能 光纤连接器、隔离器、调制器、滤波器、光开关及路由器、分插复用器ADM 数字光纤通信以采用NRZ码为主，为什么？ RMS 均方根 Root Mean Square 实际光纤通信系统中所用的光纤都存在损耗和色散，当信号强度较高时还存在非线性 阶跃型光纤会因为模间色散导致脉冲展宽和码间串扰，而渐变型光纤克服了阶跃型光纤的缺点。渐变型光纤降低了模间色散。 国际电信联盟ITU后面的-T是什么意思？ 全波光纤和全光网 光纤色散：信号能量中的各种分量由于在光纤中传输速度不同，而引起的信号畸变。将引起光脉冲展宽和码间串扰，最终影响通信距离和容量。 FWM是一种非线性效应，其效率与光纤的色散有关，零色散时混频效率最高，随着色散增加，混频效率迅速下降。 隔离器只允许光的单向传输，一般用在光源和放大器前面，目的是避免反射光损伤器件 激光器被视为20世纪的三大发明（还有半导体和原子能）之一 FC/PC是什么意思？ ?比起半导体激光器，因为LED不需要热稳定和光稳定电路，所以LED的驱动 电路相对简单，另外其制作成本低、产量高。 ?温度升高时性能下降，阈值电流随温度按指数增长,并且输出功率也会下降。 ?光放大器是基于受激辐射或受激散射原理实现入射光信号放大的一种器件 ?泵浦波长可以是520、650、800、980、1480nm ?波长短于980nm的泵浦效率低，因而通常采用980和1480nm泵浦。

?光隔离器：使光传输具有单向性，放大器不受发射光影响，保证稳定工作 ?固定连接器的连接方法：熔接法、V形槽法、套管法 ?雪崩二极管APD工作在高反向电压下 ?EDFA中将光信号和泵浦光混合起来送入掺铒光纤放大器的器件是光耦合器 ?光环形器的作用是什么？ ?光纤数字系统中不能传输HDB3码的原因是光源不能产生负信号。 ?数值孔径越大，光纤接收光的能力就越强，光纤和光源之间的耦合效率就越高 ?光纤通信系统中最常用的光检测器是PIN光电二极管和APD雪崩光电二极管 ?要使物质能对光进行放大，就必须要求物质的受激辐射强于受激吸收，即高能 级上的粒子数要多于低能级上的粒子数。物质的这种反常态的粒子数分布，称为粒子数的反转分布。 ?OTDM是什么意思？ ?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 几何光学法（射线光学）：是忽略波长的光学（波长趋近于0），用射线代表光能量传输路线的方法。 波动方程法：把光作为经典电磁场来处理，研究电磁波在光纤中的传输规律，得到光纤中的传播模式、长结构等。。。 ?常温下激光器工作和双异质有什么关系？ ?损耗受限和色散受限 ?数字光纤通信以采用NRZ码为主 ?均方根RMS？ ?FWHF四波混频带宽为3db带宽

光纤通信期末考试题及答案分析

光纤通信期末考试题及答案分析 一、填空： 1、1966年，在英国标准电信实验室工作的华裔科学家首先提出用石英玻璃纤维作为光纤通信的媒质，为现代光纤通信奠定了理论基础。 2、光纤传输是以作为信号载体，以作为传输媒质的传输方式。 3、光纤通常由、和三部分组成的。 4、据光纤横截面上折射率分布的不同将光纤分类为和。 5、光纤色散主要包括材料色散、、和偏振模色散。 6、光纤通信的最低损耗波长是，零色散波长是。 7、数值孔径表示光纤的集光能力，其公式为。 8、阶跃光纤的相对折射率差公式为 9、光纤通信中常用的低损耗窗口为、1310nm、。 10、V是光纤中的重要结构参量，称为归一化频率，其定义式为。 11、模式是任何光纤中都能存在、永不截止的模式，称为基模或主模。 12、阶跃折射率光纤单模传输条件为：。 13、电子在两能级之间跃迁主要有3个过程，分别为、和受激吸收。 14、光纤通信中最常用的光源为和。 15、光调制可分为和两大类。 16、光纤通信中最常用的光电检测器是和。

17、掺铒光纤放大器EDFA采用的泵浦源工作波长为1480nm和。 18、STM-1是SDH中的基本同步传输模块，其标准速率为：。 19、单信道光纤通信系统功率预算和色散预算的设计方法有两种：统计设计法 和。 20、光纤通信是以为载频，以为传输介质的通信方式。 21、光纤单模传输时，其归一化频率应小于等于。 22．数值孔径表示光纤的集光能力，其公式为：。 23、所谓模式是指能在光纤中独立存在的一种分布形式。 24、传统的O/E/O式再生器具有3R功能，即在、和再生功能。 25、按射线理论，阶跃型光纤中光射线主要有子午光线和两类。 26、光纤中的传输信号由于受到光纤的损耗和的影响，使得信号的幅度受到衰减；波形出现失真。 27、半导体材料的能级结构不是分立的单值能级，而是有一定宽度的带状结构，称为。 28、半导体P-N结上外加负偏压产生的电场方向与方向一致，这有利于耗尽层的加宽。 29、采用渐变型光纤可以减小光纤中的色散。 30、SDH网中，为了便于网络的运行、管理等，在SDH帧结构中设置了。 31、SDH的STM－N是块状帧结构，有9行，列。 32、处于粒子数反转分布状态的工作物质称为。

光纤知识点归纳

1、光纤通信的基本概念：利用光导纤维传输光波信号的通信方式。 光纤通信工作波长在于近红外区：0.8～1.8μm 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 及1.55μm 。 2、光纤通信系统的基本组成：（P2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。该系统主要由光发射机、光纤、光接收机以及长途干线上必须设置的光中继 器组成。 接 收发 射 1）在点对点的光纤通信系统中，信号的传输过程：由电发射机输出的脉码调制 信号送入光接收机，光接收机将电信号转换成光信号耦合进光纤，光接收机将光纤送过来的光信号转换成电信号，然后经过对电信号的处理以后，使其恢复为原 来的脉码调制信号送入电接收机，最后由信息宿恢复用户信息。 2）光发射机中的重要器件是能够完成电-光转换的半导体光源，目前主要采用半 导体发光二极管(LED)和半导体激光二极管（LD)。 3）光接收机中的重要部件是能够完成光-电转换的光电检测器，目前主要采用光 电二极管（PIN ）和雪崩光电二极管（APD ）。特性参数：灵敏度 4）一般地，大容量、长距离光纤传输 : 单模光纤+半导体激光器LD 小容量、短距离光纤传输 : 多模光纤+半导体发光二极管LED 5）光纤线路系统： 功能：把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机。 组成：光纤、光纤接头和光纤连接器 要求：较小的损耗和色散参数 3、光纤通信的特点： 优点：（1），传输频带宽，通信容量大。（2）传输损耗小，中继距离长：石英光 纤损耗低达0.19 dB/km ，用光纤比用同轴电缆或波导管的中继距离长得多。 （3）保密性能好：光波仅在纤芯中传输，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）不能远距离传输；2）传输过程易发生色散。 4、（1）光纤通信在通信网中的未来发展趋势：GFP 、ASON 、全光网 （? 波分复用技术（WDM ）? 相干光通信? 超长波长光纤通信 ? 光集成技术 ? 光孤子通信） （2）相应技术手段：时分复用 TDM ；波分复用 WDM ；光时分复用 OTDM ； 光放大技术；色散补偿技术。 （3）技术现状：PDH 、SDH 、WDM 、光电收发器、EPON 超高速度、超大容量以及超长距离传输的光纤通信一直是人们追求的目标，光纤

光纤通信基础知识

光纤通信基础知识 基本光纤通信系统 最基本的光纤通信系统由数据源、光发送端、光学信道和光接收机组成。其中数据源包括所有的信号源，它们是话音、图象、数据等业务经过信源编码所得到的信号；光发送机和调制器则负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号，先后用过的光波窗口有0.85、1.31和1.55。光学信道包括最基本的光纤，还有中继放大器EDFA等；而光学接收机则接收光信号，并从中提取信息，然后转变成电信号，最后得到对应的话音、图象、数据等信息。下面是光通信系统图。 光通信系统图 数字光纤通信系统 光纤传输系统是数字通信的理想通道。与模拟通信相比较，数字通信有很多的优点，灵敏度高、传输质量好。因此，大容量长距离的光纤通信系统大多采用数字传输方式。 电发射端机 主要任务是PCM编码和信号的多路复用。 多路复用是指将多路信号组合在一条物理信道上进行传输，到接收端再用专门的设备将各路信号分离出来，多路复用可以极大地提高通信线路的利用率。 在光纤通信系统中，光纤中传输的是二进制光脉冲"0"码和"1"码，它由二进制数字信号对光源进行通断调制而产生。而数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的，称为PCM（pulsecodemodulation），即脉冲编码调制。这种电的数字信号称为数字基带信号，由PCM电端机产生。

抽样是指从原始的时间和幅度连续的模拟信号中离散地抽取一部分样值，变换成时间和幅度都是离散的数字信号的过程。 抽样所得的信号幅度是无限多的，让这些幅度无限多的连续样值信号通过一个量化器，四舍五入，使这些幅度变为有限的M种（M为整数），这就是量化。由于在量化的过程中幅度取了整数，所以量化后的信号与抽样信号之间有一个差值（称为量化误差），使接收端的信号与原信号间有一定的误差，这种误差表现为接收噪声，称为量化噪声。码位数M越多，分级就越细，误差越小，量化噪声也越小。 编码是指按照一定的规则将抽样所得的M种信号用一组二进制或者其它进制的数来表示，每种信号都可以由N个2二进制数来表示，M和N满足M=2N。例如如果量化后的幅值有8种，则编码时每个幅值都需要用3个二进制的序列来表示。需要注意的是，此处的编码仅指信源编码，这和后面提到的信道编码是有所区别的。 现以话音为例来说明这个过程。我们知道话音的频率范围是300～3,400Hz，在抽样的时候，要遵循所谓的奈奎斯特抽样率，实际中按8,000Hz的速率进行抽样。为了保证通话的质量，在长途干线话路中采用的是8位码（28=256个码组）。这样量化值有256种，每一种量化值都需要用8位二进制码编码，那么每一个话路的话音信号速率为8×8＝64kbps。 奈奎斯特抽样定理：要从抽样信号中无失真地恢复原信号，抽样频率应大于2倍信号最高频率。 多路复用技术包括：频分多路复用（FDM）、时分多路复用（TDM）、波分多路复用（WDM）、码分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）。 时分多路复用：当信道达到的数据传输率大于各路信号的数据传输率总和时，可以将使用信道的时间分成一个个的时间片（时隙），按一定规则将这些时间片分配给各路信号，每一路信号只能在自己的时间片内独占信道进行传输，所以信号之间不会互相干扰。 频分多路复用：当信道带宽大于各路信号的总带宽时，可以将信道分割成若干个子信道，每个子信道用来传输一路信号。或者说是将频率划分成不同的频率段，不同路的信号在不同的频段

光纤通信考试题库

一．单项选择题（每题1分,共20分） 1、在激光器中，光的放大是通过（Ａ） 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 2、下列哪一项不是要求光接收机有动态接收范围的原因?( B ) A．光纤的损耗可能发生变化B．光源的输出功率可能发生变化 C．系统可能传输多种业务D．光接收机可能工作在不同系统中 3、光纤通信中光需要从光纤的主传输信道中取出一部分作为测试用时，需用（Ｂ）Ａ．光衰减器Ｂ．光耦合器Ｃ．光隔离器Ｄ．光纤连接器 4、使用连接器进行光纤连接时，如果接头不连续时将会造成（D） Ａ．光功率无法传输Ｂ．光功率的菲涅耳反射 Ｃ．光功率的散射损耗Ｄ．光功率的一部分散射损耗或以反射形式返回发送端5、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”的出现 C．进行在线无码监测D．解决基线漂移 6、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 7、目前EDFA采用的泵浦波长是( C ) A．0.85μm和1.3μm B．0.85μm和1.48μm C．0.98μm和1.48μm D．0.98μm和1.55μm 8、下列不是WDM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．采用数字同步技术不必进行玛型调整9、下列要实现OTDM解决的关键技术中不包括（ D ） A．全光解复用技术B．光时钟提取技术 C．超短波脉冲光源D．匹配技术 10、掺饵光纤的激光特性（A） Ａ．由掺铒元素决定Ｂ．有石英光纤决定 Ｃ．由泵浦光源决定Ｄ．由入射光的工作波长决定 11、下述有关光接收机灵敏度的表述不正确的是( A) A．光接收机灵敏度描述了光接收机的最高误码率 B．光接收机灵敏度描述了最低接收平均光功率 C．光接收机灵敏度描述了每个光脉冲中最低接收光子能量 D．光接收机灵敏度描述了每个光脉冲中最低接收平均光子数 12、光发射机的消光比，一般要求小于或等于（B） A．5％B．10％C．15％D．20％ 13、在误码性能参数中，严重误码秒（SES）的误码率门限值为（D） A．10-6B．10-5C．10-4D．10-3 14、日前采用的LD的结构种类属于（D） A．F-P腔激光器（法布里—珀罗谐振腔）B．单异质结半导体激光器 C．同质结半导体激光器D．双异质结半导体激光器 15、二次群PCM端机输出端口的接口码速率和码型分别为（B）

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