光纤通信知识点详解

名词解释
光电检测器的暗电流在理想条件下，当没有光照时，光电检测器应无光电流输出。

但是实际上热激励，宇宙射线或放射性物质的激励，在无光情况下光电检测器仍有电流输出，这种电流称为暗电流，严格的说暗电流还包括器件表面的漏电流。

受激辐射处于高能级E2的电子，当受到外来光子的激发而跃迁到低能级E1，同时放出一个能量为hf的光子，由于这个过程是在外来光子的激发下产生的，因此叫受激辐射
波导色散是由于波导结构参数与波长相关而产生的，它取决于波导尺寸和纤芯与包层相对折射率差。

光接收机灵敏度在保证通信质量的条件下，光接收机所需的最小平均接收光功率。

费米能级Ef成为费米能级，用来描述半导体中各能级被电子占据的状态。

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线结构缺陷引起的散射产生的。

粒子数反转假设能级E1和E2上的粒子数分别为N1和N2，在正常的热平衡状态下，低能级E1上的粒子数大于高能级E2上的粒子数N2的，入射的光信号总是被吸收。

为了获得光信号的放大，必须将热平衡下的能级E1和E2上的粒子数N1和N2的分布关系倒过来，即高能级上的粒子数反而对于低能级上的粒子数，这就是粒子数反转分布。

问答
1、半导体激光器产生激光的机理
答：（自己总结的）用泵浦源使工作物质在泵浦元的作用下变成激活物质即实现了粒子数的反转分布（产生光放大的前提），进而使光得到放大，在光学谐振腔内再提供必要的反馈以及进行频率选择，光产生振荡，当物质中的受激辐射大于受激吸收时，就产生了激光。

2、色散分类，色散对光纤通信系统的影响
答：从形成色散的机理来看，光纤色散可以分为模式色散、材料色散和波导色散三种。

光纤色钐使光脉冲在传输过程中波形展宽，产生码间干扰，增加误码率，从而限制通信容量和无中继传输距离。

3、什么是雪崩光电二极管的雪崩倍增效应?
答：是在二极管的P-N结上加高反向电压（约为100~150V）在PN结内部形成一个高电场区，入射光功率产生的电子空穴对经过高场区时不断被加速而获得很高的能量，这些高能量的电子空穴对在运动过程中与价带中的束缚电子碰撞，使晶格中的原子电离，产生新的电子空穴对。

新的电子空穴对受到同样的加速运动，又与原子碰撞电离，产生电子空穴对，成为二次电子空穴对。

如此重复，使载流子和反向光生电流迅速增大，这个物理过程成为雪崩倍增效应。

4、mBnB码
mBnB码又称分组码，它是把输入信码流中每m个比特码分为一组，然后在相同时隙内变换为n个比特，有n>m.
5、扰码的作用：
是有规律的破坏长连“0”和长连“1”的码流，达到“0”“1”等概率的出现。

6、常见无源光器件
连接器、耦合器、波分复用器、外调制器、光开关、隔离器
7、光接收机中噪声的主要来源
第一种是光检测器的噪声，包括量子噪声、暗电流噪声及由APD雪崩效应产生的附加噪
声。

第二种是热噪声和前置放大器的噪声。

8、模式截止状态：介于传输模式和辐射模式的临界状态
9、对光电检测的要求
①波长响应要和光线低损耗窗口兼容；②响应度要高，在一定的接受光功率下，能产生尽可能大的光电流；③噪声要尽可能低，能接受微弱的光信号；④性能稳定，可靠性高，寿命长，功耗和体积小。

10、光隔离器的工作原理
光隔离器主要利用磁光晶体的法拉第效应。

对于正向入射的信号光，通过起偏器后成为线偏振光，法拉弟旋磁介质与外磁场一起使信号光的偏振方向右旋45度，并恰好使低损耗通过与起偏器成45度放置的检偏器。

对于反向光，出检偏器的线偏振光经过放置介质时，偏转方向也右旋转45度，从而使反向光的偏振方向与起偏器方向正交，完全阻断了反射光的传输。

11、阶跃型光纤和渐变型光纤的区别
阶跃型光纤：也成突变型光纤，纤芯折射率n1保持不变，到包层突然变成n2，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，光线以正弦形状沿纤芯轴线方向传播，特点是信号畸变小。

具有自聚焦效应。

12、SDH帧结构中，信息净负荷区域、段开销、管理单元指针区域的主要作用
信息净负荷区域是SDH帧内用于承载各种业务信息的部分，对于STM-1，Payload有150.336Mb/s的容量。

在Payload中包含少量字节用于通道的运行、维护和管理，这些字节成为通道开销POH。

段开销SOH实在SDH帧中为保证信息正常传输所必须的附加字节，主要用于运行、维护和管理。

SOH的容量为4.608Mb/s。

可细分为段再生开销SOH（占前三行）和复接段开销LOH（占第5~9行）。

管理单元指针是一种指示符，主要用于指示Payload第一个字节在帧内的准确位置，对于STM-1而言，AU-PTR有0.576Mb/s的容量。

前面知识点
1.光纤通信的通信窗口波长范围0.7~1.7um。

2.光纤通信是以光波为载波，以光纤为传输介质的通信方式。

3.光纤通信的最低损耗波长为1.55um，零色散波长为1.31um。

4.目前光纤通信常用的窗口有085um、1.31um、1.55um。

5.目前光纤通信常用的光源有半导体发光二极管LED、半导体激光二极管LD、以及动态纵模分布反馈DFB激光器。

6.光纤的主要优点：①容许频带很宽、传输流量很大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，保密性好⑥节约金属材料，有利于资源合理使用。

7.光缆的三个组成部分：缆芯、护套、铠套。

/加强元件、护层
8.允许单模传输的最小波长是截止波长。

9.光纤基本组成及各组成的折射率以及作用
纤芯，n1，能量主要在纤芯内传输；
包层，n2。

，为光的传输提供反射面和光隔离，起一定的机械保护作用。

10.单模传输的基模HE11（LP01）。

11.限制光纤传输容量的因素：光纤色散和光纤损耗。

12.双折射现象产生的原因：光纤形状不完善或应力不均匀造成折射率分布各向异性，使两个偏振模具有不同的传输常数。

13.色散是光纤中传输的光信号，由于不同成分光的传播时间不同让她产生的一种物理现象。

14.光纤的连接方式：活动连接和固定连接。

15.光调制器的调制方式：直接调制和外调制。

应用范围：高速路系统、波分复用系统和相干光系统中。

16.光接收机灵敏度影响因素：传输速率；光检测器。

前置放大器的特性；噪声特性。

光发射机基本要求：①有合适的输出光功率，一般在0.01MV-5MV；②有较好的消光比Ext<=10%；③调制特性好。

17.抖动是数字信号传输过程中产生的一种瞬时不稳定现象，即数字信号在各有效瞬时对标准时间位置的偏差。

主要性能参数：抖动幅度、抖动频率.
18.光传输设备：光发射机、光纤线路、光接收机。

19.光发送机由光源、驱动器和调制器组成。

其系统性能有工作波长、光谱特性、输出光功率、消光比、调制特性、湿度特性、工作寿命。

20.掺铒光纤放大器的优点：增益高、噪声系数小、频带宽、输出功率大。

21.掺铒光纤放大器主要结构：掺铒光纤、高功率泵浦光源、波分复用器、光隔离器。

22.WDM传输系统的五个部分：光发射机、光中继放大、光接收机、光监控信道、网络管理系统。

23.WDM网络管理系统主要功能：配置管理、故障管理、性能管理和安全管理。

24.EDFA（掺铒光纤放大器）工作波长1.5~1. 6um。

25.光波分复用WDM的双纤单向和单纤双向
单向WDM是指在所有波长信道同时在一个光纤上同一方向传输。

双向WDM是指光通路在一根光纤上同时向两个不同的方向传输。

26.STM-1传输速率：155.520Mb/s。

27.半导体激光器阈值电流：随温度呈指数变化，在一定温度范围内可表示为It=Iexp（T/T。

）<其中I为常数，T为结区的热力学温度，T。

为激光器的特征温度>
28.光放大器的种类：半导体光放大器、光纤放大器。

29.数字光纤通信系统中传输特性的指标：误码率BER、抖动。

30.分插复用器ADM的功能是对不同的数字通道进行分下（drop）与插入（add）操作。

可以分为光/电/光和全光两种类型。

31.SDH帧中字节传输顺序：由上往下逐行发送，每行先左后右。

32.SDH帧结构P106
一个SDH-N帧有9行，每行由270*N个字节组成。

这样每帧共有9*270*N个字节，每字节为8bit，帧周期为125us，即每秒传输8000帧，对于STM-1而言，传输速率为9*270*8*8000=155.520Mb/s。

SOH共用9*8（第四行除外）*8*8000=4.608Mb/s。

Payload有9*261*8*8000=150.336Mb/s。

AU-PTR只有9个字节（第四行），相应于9*8*8000=0.576Mb/s。

33.数字复接调整方式：正码速调整法和固定位置映射法。

34.光接收机中噪声产生的原因：第一，是由外部电磁干扰产生的；第二是内部产生的，在信号检测和放大过程中引入的随机噪声。

主要包括光检测器产生的量子噪声、暗电流噪声和电阻热噪声及放大器产生的噪声。