光纤通信系统与应用(胡庆)复习总结

MSTP

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。

信

息

宿

3、一个完整的通信网：由用户终端设备、传输设备、交换设备和相应的信令、协议、标准等软件构成。

通信网的基本结构：网状、星状、复合型、环状和总线型等。

光纤通信网：按电信业务来分：电话网、电报网、传真通信网、计算机数据网、图像通信网和有线电视网；按服务区域来分：长途骨干网、本地网和用户接入网。

4、（1）光纤通信在通信网中的未来发展趋势：信道容量不断增加；超长距离传输；光传输与交换技术的融合；光纤接入网（广义上包括：数字环路载波系统（ODLC）和无源光网络(PON)）。

光接入网络的核心：全数字化、软件控制、高度集中和智能化。

（2）实现高速化、大容量的主要技术手段：时分复用TDM；波分复用WDM；频分复用FDM。

（3）技术现状：PDH、SDH、WDM、光电收发器、EPON

第2章

1、光纤的结构：光纤是由两种不同折射率的玻璃材料拉制而成。由涂覆层、纤芯、包层组成。

折射率高的中心部分叫做纤芯，其折射率为n1，直径为2a；

折射率低的外围部分称为包层，其折射率为n2，直径为2b。

纤芯：位于光纤的中心部位（直径d1= 5 ～80μm）。

多模光纤的纤芯为50～80μm，单模光纤的纤芯为5～10μm。

作用：以极小的能量损耗传输载有信息的光信号。

包层：位于纤芯的周围（直径d2= 125μm）。作用：保证全反射只发生在纤芯内使光信号封闭在纤芯中传输。（要求纤芯折射率比包层折射率稍大些，这是光纤结构的关键）

涂敷层：位于光纤最外层。作用：增加光纤的机械强度与可弯曲性。

2、光纤的分类：参照P15图2-2

目前在通信中使用较为广泛的光纤有两种：紧套光纤与松套光纤。

1）、按照光纤横截面折射率分布不同来划分：

①阶跃型光纤：纤芯折射率n1沿半径方向保持一定，包层折射率n2沿半径方向也保持一定，而且纤芯和包层的折射率在边界处呈阶梯型变化的光纤称为阶跃型光纤，称为：均匀光纤。

②渐变型光纤：如果纤芯折射率n1随着半径加大而逐渐减小，而包层中折射率n2是均匀的，这种光纤称为渐变型光纤，又称为：非均匀光纤。

2）按照纤芯中传输模式的数量划分：

多模光纤：在一定的工作波下，多模光纤是能传输多种模式的介质波导。

多模光纤可以采用阶跃折射率分布，也可采用渐变折射率分布

多模光纤的纤芯直径约为50～80μm 。

模式色散，仅适用于低速率、短距离通信

单模光纤：光纤中只传输一种模式时，叫做单模光纤

单模光纤的纤芯直径较小，约为8～10μm 。适用于大容量、长距离的光纤通信。

3）按照传输波长分类：短波长光纤和长波长光纤

4）按照使用材料的不同来分：玻璃光纤、全塑光纤、石英系列光纤。

3、阶跃型光纤的导光原理

1）相对折射指数差： 弱导波光纤： 2）数值孔径NA ：表示光纤捕捉入射光线的能力。

例题参照P24

导光原理：光纤之所以导光，就是利用纤芯折射率略高与包层折射率的特点，使

落在数值孔径角内的光线都能收集到光纤中，并都能在纤芯包层界面处以内形成

全反射，从而将光限制在光纤中传播，这就是光纤的导光原理。

5、用波动理论法分析光纤的导光原理

（1）阶跃型光纤的标量近似解法 归一化频率和截止波长：P30

单模传输条件： 0

例题：已知：阶跃型光纤，若n1=1.5，λ0=1.31μm ， （1）若 △=0.01，当保证单模传输时，纤芯半径a 应取多大？ （2）若纤芯半径a=5μm ，应怎样选择△才能保证单模传输？

解：（1）单模传输的条件 0

2）若纤芯半径a=5μm 0< √2△* 1.5 * * 5 <2.4 8、光纤的传输特性：

（1）光纤的损耗特性

分类：吸收损耗、散射损耗和附加损耗

—— 吸收损耗定义：光波通过光纤材料时，一部分光能被消耗转换成其他形

式的能量而形成。

原因：本征吸收、杂质吸收和结构缺陷吸收

——散射损耗定义：由于材料的不均匀，使光散射将光能辐射出光纤外的损耗。。

分类：线性散射损耗、非线性散射损耗。（瑞利散射、米氏散射、受激拉

曼散射、受激布里渊散射、附加结果缺陷散射、弯曲散射和泄漏等）

212221

2n n n -=∆121n n n -≈∆a k n V 012∆= 002λπ=k a

k n V 012∆= 40483.22001<∆

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