《光纤通信》复习内容.doc

第一章:
1966年英籍华裔学者高锟()和霍克哈姆()发表了关于传输介质新概念的论文指出了利用光纤(Optical Fiber)进行信息传输的可能性和技术途径,奠定了现代光通信——光纤通信的基础。
光纤通信有四个发展阶段。
光纤工作波长:
μm
μm
μm
光纤通信用的近红外光(波长约1μm)的频率(约300 THz)。
简述光纤通信的优点:
容许频带很宽,传输容量很大
损耗很小, 中继距离很长且误码率很小
重量轻、体积小
抗电磁干扰性能好
泄漏小, 保密性能好
节约金属材料, 有利于资源合理使用
光纤通信系统的容许频带(带宽)取决于:
光源的调制特性、调制方式和光纤的色散特性。
简述光纤通信的应用:
通信网
构成因特网的计算机局域网和广域网
有线电视网的干线和分配网
综合业务光纤接入网
光纤通信系统可以传输:
数字信号
模拟信号
单向传输光纤通信系统的基本组成:
光发射机的功能:
把输入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。
光发射机的组成
光源、驱动器和调制器。
光发射机的性能基本上取决于光源的特性。
光纤线路的功能:
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。
光接收机的功能
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。
数字通信系统:
用参数取值离散的信号(如脉冲的有和无、电平的高和低等)代表信息,强调的是信号和信息之间的一一对应关系。
模拟通信系统:
用参数取值连续的信号代表信息,强调的是变换过程中信号和信息之间的线性关系。
简述数字通信系统的优点
抗干扰能力强,传输质量好
可以用再生中继,传输距离长
适用各种业务的传输,灵活性大
容易实现高强度的保密通信
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
第二章:
光纤(Optical Fiber)是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。
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
纤芯和包层的相对折射率差典型值Δ=(n1- n2)n1:
%~%,
多模光纤为1%~2%。
Δ越大,把光能量束缚在纤芯的能力越强,但信息传输容量却越小
实用光纤主要有三种基本类型:
突变型多模光纤(Step Index Fiber, SIF)
渐变型多模光纤(Graded Index Fiber, GIF)
单模光纤(Single Mode Fiber, SMF)
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。
突变型多模光纤特点:
光线以折线形状沿纤芯中心轴线方向传播
特点是信号畸变大
渐变型多模光纤:
在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。
渐变型多模光纤特点:
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
单模光纤:
只能传输一个模式的光纤。
多模光纤:
传输多个模式的光纤。
突变型多模光纤的数值孔径NA:
NA物理意义:
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。
对于无损耗光纤,在临界角θc内的入射光都能在光纤中传输。
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。
渐变型多模光纤的数值孔径NA:
渐变型多模光纤自聚焦效应:
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。
光纤归一化频率:
光纤单模传输条件:
色散(Dispersion):
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。
色散一般包括:
模式色散
材料色散
波导色散
理想单模光纤没有模式色散,只有材料色散和波导色散。
光纤的三类基本特性参数:
几何特性
纤芯与包层的直径、偏心度和不圆度。
光学特性
折射率分布、数值孔径、模场直径和截止波长。
传输特性
损耗、带宽和色散
光纤损耗测量有两种基本方法:
一种是测量通过光纤的传输光功率
称剪断法和插入法。
另一种是测量光纤的后向散射光功率
称后向散射法。
测量光纤带宽基本方法:
时域法
是测量通过光纤的光脉冲产