光纤通信完整版

1光波(电磁波)的频率为10的12~10的16Hz数量级，波长范围0.8~1.8um 2光纤通信独特的有点：1.通信容量大，传输频带款。

2.不受电磁干扰3投资省在光纤通信系统中无法传输HDB3码。

3光纤是由石英经复杂的工艺拉制而成的一种高度透明的玻璃丝。

从横截面看，自内向外为纤芯、包层和涂覆层。

包层的折射率略低于纤芯4光纤的分类：根据折射率在横截面上的分布形状为阶跃型光纤和渐变（梯度）型光纤两种；根据光纤中的传输模式的多少分单模光纤和多模光纤两种；按制造光纤的材料则石英系列、塑料包层石英纤芯、多成分玻璃纤维、全塑光纤四种。

5按几何光学射线理论，阶跃光纤中有两种光射线，即子午线和斜射光线。

（而斜射光线是不经过光纤轴线传输的光射线）6数值孔径越大表明光纤捕捉射线的能力就越强。

7导波：这种被纤芯与包层的界面所导行的电磁波称为导行波，简称导波。

8辐射波：当不满足全反射条件时，则形成部分反射，即一部分能量反射回纤芯，另一部分能量则透射到包层，这种波叫辐射波。

9当进入光纤中的信号归一化频率V大于某种模式的截止频率Vc时，则该信号可在光纤中传输，反之不能。

10单模光纤：如果在阶跃型光纤中只能传输LP01模式时，则此阶跃型光纤即为阶跃型单模光纤。

偏振态变化一个周期的长度LB称为拍长，换句话说，俩个正交的偏振模，当相位变化之差为2pi时，所经过的长度为一个拍长。

11光纤本身的损耗主要的有吸收损耗和散射损耗俩大类。

吸收损耗有三种，即本征吸收、杂质吸收和原子缺陷吸收。

12本征散射损耗：由于光线的折射率随机性变化而引起的散射损耗，称光纤的本征散射损耗。

色散是在光纤中传输光信号时，由于不同成分（不同频率分量、不同模式）的光的时间延迟（群速度）不同而产生的一种物理效应。

13光纤的色散：主要分为模式色散和模内色散（色度色散）两类。

而在波长为1.31um附近的材料色散与导波色散互相抵消，总色散为零。

光纤的非线性效应分受激散射效应和折射率优先扰动两类。

14自相位调制（SPM）：是光信号强度随时间的变化对自身相位的作用而引起的。

15光孤子形成的过程：在光纤传输中，色散使脉冲波形展宽，而非线性则使波形中较高频率分量不断积累，波形越来越陡，最终破裂，若能将两种对立因素结合在一起，相互平衡就有可能保持波形稳定不变，形成所谓的光孤子。

16四波混频FWM(Four Wave Mixing)：是指由两个或三个不同波长的光波混合后产生的新光波。

17色散补偿单模光纤是一种在1.55um 波长处有很大的负色散的单模光纤。

1能级：当电子在分离的特定轨道上运动时，电子就具有相应的能量，这些分离的能量值称为能级2能级的跃迁：当物质中原子的内部能量变化时，其核外电子有可能在激发态与基态间跃迁，这种现象称量子跃迁，或称为能级跃迁。

4光与物质的相互作用：分为三种不同的基本过程，即自发发射,受激吸收和受激辐射。

5受激辐射的特点：它属于受激跃迁，而在受激跃迁的过程中，发射了一个与外来光子的频率，相位，偏正反向和传播方向都相同的全同光子。

所以，手机辐射发射的是一种相干光。

6粒子（电子）数反转分布状态是物质产生光放大的必要条件。

7泵浦源：能够使工作物质激活的激励源称为泵浦源。

8光接收机实现将光信号转换成信号的器件称为光电检测器。

光纤通信中常用半导体光电检测器，他是利用半导体材料（PN结）的光电效应来实现光电转换的。

9光调制可分为直接调试和间接调制两大类10间接调制：是利用晶体的光电效应，磁电效应，声光效应等性质实现对激光辐射的调制。

11光接收机的性能及特点：其结构可化为前端，线性通道和数据重建三部分。

1自发发射的最大特点是，自发发射的光是一种非相干光。

2费米能级不是一个可以被电子占据的是在能级，它是反映电子在低能级中分布情况的参数。

3在发光二极管的结构中不需要光学振腔，所以发光过程中复合发光。

简答：4光电效应：当PN结外加反向偏压时，光生载流子在内电场的作用下作漂移运动，则在外电路将出现光电流，且光生电流与光强（光子能量）成正比。

这种半导体能将光转换成电的现象，称为半导体的光电效应。

5.DH激光器的工作原理：由于限制层的带隙比有源层宽，当施加正向偏压后，p层的空穴和N层的电子将注入有源层，由于限制层的作用，注入到有源层的电子不可能扩散到p层，而注入到有源层的空穴也不可能扩散到N 层。

这样注入到有源层的电子和空穴被限制在0.1~0.3um的有源层内从而形成粒子数反转分布，即出现受激辐射大于受激吸收的情况，产生光的放大。

被放大的光在由限制层组成的光学谐振腔内产生稳定的光谐振而输出激光。

6雪崩光电二极管（PAD）工作原理：雪崩光电二级管是考虑PN结承受反向高电压的特点而设计的器件。

当雪崩光电二极管外加反向高压时，其PN结形成一个强电场区域，在高场区域，在高场区内的光生载流子被强电场加速，于是与晶格的原子发生碰撞电离，将价带的电子激发到导带，产生新的电子——空穴对。

新的载流子与原来的载留子一起再被强电场加速，再次发生碰撞电离而获得新的载流子，如此反复进行，使强电场区域的载流子成倍增加，而产生雪崩现象，形成倍增的电流。

7电光调制：电光调制是基于电光晶体（能产生电光效应的晶体）的电光效应来实现的。

当把电压加到晶体上的时候，电场引起晶体的折射率发生变化，导致晶体的光波特性发生变化，晶体的这种特性称为电光效应。

8耦合器：实现对关心好进行分路或何璐的功能器件。

9表征管线耦合器性能的主要参数有插入损耗，附加损耗，分光比与隔离度等。

10隔离器的工作原理是居于法拉第旋转的额非互异性。

简答：11实用型隔离器工作原理：正向传输过程：具有任意偏振态的入射光首先通过SWP1,SWP1将入射光分解为水平和垂直的两个正交偏振分量，且让垂直分量直线通过，而水平分量偏折通过。

两个分量都要通过法拉第旋转器和半拨片，其偏振态都要顺时针旋转90度，使垂直偏振光变为水平偏振光，使水平偏振光变为垂直偏振光，最后由SWP2把两个分量的光合在一起输出，即完成正向无损传输。

12反向传输过程：具有任意偏振态的入射光首先通过SWP1，SWP2将入射光分解为水平和垂直两个正交偏振分量，且让垂直分量直线通过，而水平分量偏折通过。

由于半拨片的作用，两个分量的偏振态都逆时针旋转45度，然后通过法拉第旋转器时，其偏振态又都要顺时针旋转45度，法拉第旋转器和半波片的旋转方向刚好相反，旋转效果抵消，即两分量的光通过半波片和法拉第旋转器后，其偏振态又转回原态，偏振态维持不变，在输出端不能被SWP1再组合在一起，于是实现了反射的隔离。

（注：图在树上82页）13光放大器有半导体光放大器和光线光放大器两大类型14光放大器包括非线性光纤放大器和掺铒光纤放大器15激发态吸收效应电子由较高能级向更高能级跃迁时，这一过程对应的是先吸收激发态能量，以非辐射弛豫的形式返回，而不是发射激光的过程。

因此在作为光纤放大器使用时，采取措施避免ESA的发生。

16光纤激光器实质上是一种波长转换器。

17掺铒光纤放大器的工作原理：在泵浦源的作用下使得工作物质处于粒子数反转分布，产生受激辐射，从而使光信号得到放大。

18光纤放大器是由放大媒体掺铒光纤（DEF）泵浦光源（LD）光耦合器（WDM）光隔离器和光滤波器组成。

19光纤通信系统根据根据调制与解调不同分为强度调制----直接检测（IM-DD）系统和相干光波通信系统20相移键控：基带数字型号只控制光载波的相位变化。

21同步解调：光信号的解调可以采用同步或异步方案。

要求本振频率和光信号频率精确相等，本振相位锁定在达到信号光的相位上，这种解调方案为22强度调制原理：用电信号去调制光载波的强度，内调制适用于半导体光源，它将要传送的信息变为电流信号注入光源，获得相应的电信号输出，输出光波电场幅值的平方与调制信号成比例，输出光功率基本上与注入电流成比例调制电流转化为光频调制是一种线性调制。

23零度检测：光接收机光信号和振荡器产生的本振光经混合器混合后，光厂发生干涉，然后由光电检测器进行检测，而获得频率为WIF=W S-WL的中频输出电信号，若WIF0，其检测称为外差检测若WIF=0 称为零度检测24光纤通信系统的总体考虑：选择路由，设置局站；确定系统制式和速率；光纤选型；设备选择；对中继段进行功率和色散预算；对于数字光纤系统而言，色散增大，意味着数字脉冲展宽增加，使接收灵敏度降低，误码率增大。

在OWDM系统中，根据ITU-T建议，通常以193.1THz频率（对应波长为1552.52nm）为参考频率，然后每隔100GHz（相当于0.8nm）或者50GHz（相当于0.4nm）分配一个波长通道。

目前频率间隔一般为100GHz，其波长通道数一般至少提供16个。

25.OWDM系统的组成，它主要由光发射机、光中继放大、光接收机、光监控信道和网络管理系统等组成。

26光栅型波分复用器是利用光栅衍射原理，实现波分复用/解复用技术的27光时分复用技术（OTDM）：提高光纤传输容量的另一种技术使光时分复用技术（OTDM）。

光分复用（OTDM）是用多个电信道信号调制具有同一个光频的不同光信道，经复用后在同一根光纤中传输的扩容技术。

它将多个信道中的低速率数字信息以时间分割的方式插入到同一个物理信道中，即复用成高速率的数字信息。

28OTDM系统主要由脉冲源、复用/解复用器、色散补偿模块、调制模块和时钟同步模块组成，其典型的OTDM传输系统如图7-4所示。

1光电锁相环时钟提取技术使利用一个比特相位比较器将本地产生的光时钟与入射光比特流锁定，本地时钟由一个压控振荡器驱动一个超短光脉冲源产生，利用NOLM环（或半导体光放大器中的四波混频或增益调制）组成光比特锁相器，其输出将控制压控振荡器驱的频率。

这种技术基友传统的电子锁相环的频率和相位的跟踪特性，又有光信号的高速性能，因此，非常适用高速OTDM传输系统。

2光码分复用OCDM系统是一种干扰受限系统。

3光振幅编码OCDM系统又可以分为时域振幅编码、频域振幅编码和脉冲位置编码OCDM系统。

4光开关的主要性能参数有开关速度，通断消光比，插入损耗，串扰等。

5光缓存器可分为两种类型：传输型缓存器和环形缓存器。

6自由空间光交换是指在自由空间无干涉的控制光波路径的一种技术。

7.S-SEED的原理：由两个SEED二极管中间电压构成，SEED二极管实际上是一个PIN只不过本征层是一个MQW调制器，MQW调制器具有负阻抗特性，即减少偏置电压光生电流反而增加，当其中一个SEED的输入光功率远大于另一个SEED的输入光功率时正反馈引起整个电源电压在小功率照射的SEED二极管上，该SEED二极管处于最大吸收态，另一个处于最小吸收态，每一个SEED二极管相当于一个双稳器件。