光纤通信复习重点
光纤通信期末复习重点
一.1 光纤通信的基础：利用光纤进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信。
光纤通信的载波是光波。
光纤通信用的近红外光（波长为0.7-1.7um）频率约为300THZ 频带宽度约为200THZ,在常用的1.31um和1.55um两个波长窗口频带宽度也在20THZ以上.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）泄漏小，保密性能好（6）节约金属材料，有利于资源合理使用.二1 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. 纤芯和包层的折射率若分别为n1和n2，光能量在光纤中的传输的必要条件：n1>n22 按折射率分类：突变型，浙变型按传输模式分：多模光纤，单模光纤光纤的三种基本类型：（1）突变型多模光纤：纤芯直径2a=50-80um，光线以拆线形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变大. 适用于小容量，短距离传输.（2）渐变型多模光纤：纤芯直径2a为50um，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，适用中等距离传输，中等容量（3）单模光纤：纤芯直径只有8-10um，光线以直线型状沿纤芯中心轴线方向传播. 信号畸变小，适合长距离传输方式.3 光纤传输原理：全反射数值孔径NA=√（n1*n1-n2*n2)=n1√2△纤芯和包支的相对折射率差△=（n1-n2)/n1NA表示光纤接收和传输光的能力，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。
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：θ不大时：τ=n1L/c=(n1L/c )*(1+θ1的平方/2) c为光速最大入射角θc和最小入射角0：△τ=θc的平方L/2n1c=(NA*NA)L/2n1c=△n1L/c4 自聚焦效应：不同入射角相应的光线，虽然经历的路程不同，但是最终都会聚在P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集在同一点上，而且这此光线的时间延迟也近似相等。
光纤通信期末复习提纲——光纤资料文档
光纤通信期末总复习一、总述题型：判断（15% ）（1.5×10）+选择（30%）（2.5×12）+简答计算（55%）（5~6题）考试范围（第一章～第十章），重点第五章、第六章、第七章，第四章自学（不考）要求：考试可以用中文答题，但是要熟悉英文专业术语（已经将常用专业术语做了整理，可在网络教学平台下载），平时每次作业一定要会做，期末总成绩=考试成绩×60%+实验成绩×20%+平时成绩（讨论+作业）×20% 二、第一章 光纤通信系统1、光通信所用波长（红外、可见、紫外），2、dB ，dBm 计算，光通信系统功率预算3、分清波长，频率，介质中波长，介质中的频率v fλ=4、基本光通信系统构成（框图），各个模块的功能 4、光子能量（以J 为单位，eV 为单位），会计算光线中的光子数5、光纤（光纤通信）优点与缺点 三、光学概要1、Snell 定律：计算纤芯包层上临界角，空气和纤芯入射面入射光锥大小2、数值孔径（NA ）定义，意义3、什么是光斑尺寸 四、 波动学基础 1、α与γ的换算Proof::dB km 10lgexp(2)1dB 110lgexp(2)km-220=108.685ln10 2.3026dB L L L km dB kmγααγγααααγα用表示的衰减值；：衰减系数：传输距离当时值就是；单位为=-==--=≈-2、带宽和谱宽的换算（频率范围和波长范围换算）12212112122ccf f f c f c thenf f f c f f λλλλλλλλλλλλλλλλ⎛⎫-∆=-=-= ⎪⎝⎭⎛⎫∆∆== ⎪⎝⎭∆∆∆∆⎛⎫∆=⇒∆=⇒=⎪⎝⎭3、色散，材料色散，波导色散定义，展宽计算，单位长度展宽计算Dispersion （色散）: Wavelength dependent propagation velocity. 传输速度随波长变化的特性称为色散Material Dispersion （材料色散）: Dispersion caused by the material.Waveguide Dispersion （波导色散）: Dispersion caused by the structure of thewaveguide.L L ττ∆∆⎡⎤⎛⎫= ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦''n M L c τλλλ⎛⎫∆=-∆=-∆ ⎪⎝⎭4、光纤通信系统电带宽与光带宽关系5、谐振腔（F-P 腔），纵模概念1(1)222c m mc f f f m c mc c f Ln Ln Ln∆∆+=-+=-=2cc oo co c c of ff f ccλλλλλλ∆∆∆∆∆===7、平面边界上的反射，全反射临界角计算1212n n n n ρ-=+221212power reflected R power incidentR n n R n n ρ≡=⎛⎫-= ⎪+⎝⎭分界面上损耗计算什么是消逝场？发生全反射时低折射率材料中仍然有光能量 五、 光纤波导1、相对折射率与数值孔径：fractional refractive ；NUMERICAL APERTURE121n n n -∆=00sin NA n α== 单模光纤的NA 和多模光纤NA 通常哪个更大？光纤包层和纤芯折射率关系是怎样的？2、光纤损耗Losses may be classified as: AbsorptionScattering ： Rayleigh Scattering Geometric effects目前光纤损耗水平大致是多少？在什么波长？ 光纤三个透光窗口是什么，中心波长分别是多少3、归一化频率计算；V is called the normalized frequency or V parameter2a V NA πλ==归一化频率和光斑尺寸关系是什么？4、多模光纤模式数目计算对于阶跃折射率光纤，若V>1022V N =对于抛物线分布折射率光纤，若V>1024V N =5、单模传播条件2.405V =<aλ<2.4052aNAλπ<6、多模光纤中的畸变阶跃折射率：11211122()()n n n nn n L cn cn c τ-∆⎛⎫∆==∆≈ ⎪⎝⎭对于 GRIN 模式展宽近似表达式为:212n L c τ∆⎛⎫∆= ⎪⎝⎭可知多模阶跃折射率光纤中模式畸变一般情形下远大于GRIN 光纤这里大家需要记住的是模式失真不依赖于光源波长或者光源线宽. 因此总的脉冲展宽:τ∆=modal modal pulse spread τ∆=dispersion material and waveguide dispersive pulse spread τ∆=那么总的色散可计算如下()g M M L τλ⎛⎫∆=-+∆ ⎪⎝⎭由于色散导致的展宽和那几个因素有关？L 、D 、λ∆7、单模截止波长2.4052aNAλπ<=那么截止波长 (小于截止波长光纤将以多模形式传输) 为:c (2)2.612.405a NA a NA πλ==8、普通光纤中传输的光信号一般是非偏振的.六、光源和光放大器1、LED P-I 特性的斜率计算. 禁带宽度(能带间隙 bandgap)与辐射波长关系g i P W e η⎛⎫= ⎪⎝⎭P g W i η=2、量子效率定义，计算。
光纤通信复习资料必看
光纤通信复习资料必看(总16页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--复习提纲第一章知识点小结：1.什么是光纤通信 3、光纤通信和电通信的区别。
2.基本光纤通信系统的组成和各部分作用。
第二章知识点小结1、光能量在光纤中传输的必要条件（对光纤结构的要求）。
2、突变多模光纤数值孔径的概念及计算。
3、弱导波光纤的概念。
4、相对折射率指数差的定义及计算。
5、突变多模光纤的时间延迟。
6、渐变型多模光纤自聚焦效应的产生机理。
7、归一化频率的表达式。
8、突变光纤和平方律渐变光纤传输模数量的计算。
第三章知识点小结1、纤通信中常用的半导体激光器的种类。
2、半导体激光器的主要由哪三个部分组成3、电子吸收或辐射光子所要满足的波尔条件。
4、什么是粒子数反转分布5、理解半导体激光产生激光的机理和过程。
6、静态单纵模激光器。
7、半导体激光器的温度特性。
8、DFB激光器的优点。
9、LD与LED的主要区别 10、常用光电检测器的种类。
11、光电二极管的工作原理。
12、PIN和APD的主要特点。
13、耦合器的功能。
14、光耦合器的结构种类。
15、什么是耦合比 16、什么是附加损耗17、光隔离器的结构和工作原理。
第四章知识点小结1、数字光发射机的方框图。
2、光电延迟和张驰振荡。
3、激光器为什么要采用自动温度控4、数字光接收机的方框图。
5、光接收机对光检测器的要求。
6、什么是灵敏度7、什么是误码和误码率 8、什么是动态范围9、数字光纤通信读线路码型的要求。
10、数字光纤通信系统中常用的码型种类。
第五章知识点小结1、SDH的优点。
2、SDH传输网的主要组成设备。
3、SDH的帧结构（STM-1）。
4、SDH的复用原理。
5、三种误码率参数的概念。
6、可靠性及其表示方法。
7、损耗对中继距离限制的计算。
8、色散对中继距离限制的计算。
第七章点知识小结1、光放大器的种类2、掺铒光纤放大器的工作原理3、掺铒光纤放大器的构成方框图4、什么WDM5、光交换技术的方式6、什么是光孤子7、光孤子的产生机理 8、相干光通信信号调制的方式9、相干光通信技术的优点光纤通信复习第一章1.什么是光纤通信光纤通信，是指利用光纤来传输光波信号的一种通信方式2.光纤通信和电通信的区别。
光纤通信复习（各章复习要点）
光纤通信复习（各章复习要点）光纤通信复习（各章复习要点）第⼀章光纤的基本理论1、光纤的结构以及各部分所⽤材料成分2、光纤的种类3、光纤的数值孔径与相对折射率差4、光纤的⾊散5、渐变光纤6、单模光纤的带宽计算7、光纤的损耗谱8、多模光纤归⼀化频率，模的数量第⼆章光源和光发射机1、光纤通信中的光源2、LD的P-I曲线，测量Ith做法3、半导体激光器的有源区4、激光器的输出功率与温度关系5、激光器的发射中⼼波长与温度的关系6、发光⼆极管⼀般采⽤的结构7、光源的调制8、从阶跃响应的瞬态分析⼊⼿，对LD数字调制过程出现的电光延迟和张弛振荡的瞬态性质分析（p76）9、曼彻斯特码10、DFB激光器第三章光接收机1、光接收机的主要性能指标2、光接收机主要包括光电变换、放⼤、均衡和再⽣等部分3、光电检测器的两种类型4、光电⼆极管利⽤PN结的什么效应第四章光纤通信系统1、光纤通信系统及其⽹管OAM2、SDH系统3、再⽣段距离的设计分两种情况4、EDFA第五章⽆源光器件和WDM1、⼏个常⽤性能参数2、波分复⽤器的复⽤信道的参考频率和最⼩间隔3、啁啾光纤光栅4、光环形器的各组成部分的功能及⼯作原理其他1、光孤⼦2、中英⽂全称：DWDM 、EDFA 、OADM 、SDH 、SOA第⼀章习题⼀、单选题1、阶跃光纤中的传输模式是靠光射线在纤芯和包层的界⾯上（B）⽽是能量集中在芯⼦之中传输。
A、半反射B、全反射C、全折射D、半折射2、多模渐变折射率光纤纤芯中的折射率是（A）的。
A、连续变化B、恒定不变C、间断变换D、基本不变3、⽬前，光纤在（B）nm处的损耗可以做到0.2dB/nm左右，接近光纤损耗的理论极限值。
A、1050B、1550C、2050D、25504、普通⽯英光纤在波长（A）nm附近波导⾊散与材料⾊散可以相互抵消，使⼆者总的⾊散为零。
A、1310B、2310C、3310D、43105、⾮零⾊散位移单模光纤也称为（D）光纤，是为适应波分复⽤传输系统设计和制造的新型光纤。
光纤通信复习总结
填空与选择光接收机的最重要的特性参数是灵敏度。
固体激光器的发明大大提高了发射光功率, 延长了传输距离。
光接收机中,PIN光电二极管引入的主要噪声有暗电流噪声和量子噪声。
光隔离器是一种只允许光沿一个方向通过而在相反方向阻挡光通过的光无源器件。
光与物质的粒子体系的相互作用主要有三个过程是:自发辐射、受激吸收、受激辐射；产生激光的最主要过程是:受激辐射。
光源的作用是将电信号变换为光信号。
光检测器的作用是将光信号转换为电信号。
光中继器实现方式主要有光-电-光中继器和对光信号直接放大的中继器两种。
光纤传输衰减分为材料的吸收衰减、光纤的散射衰减和辐射衰减。
光纤数字通信系统中,误码性能和抖动性能是系统传输性能的两个主要指标。
光纤中的传输信号由于受到光纤的色散和损耗的影响,使得信号的幅度受到衰减,波形出现失真。
光与物质作用时有输出功率与效率、输出光谱特性和响应速率与带宽三个物理过程。
光纤的主要材料是二氧化硅,光纤的结构从里到外依次为纤芯、包层,其中纤芯部分是用来传导光信号的。
光纤的传输特性是光纤的损耗特性、色散特性。
光纤的色散分为材料色散、波导色散和模式色散。
光纤的分类中按传输的模式来分可分为单模和多模光纤,按纤芯的折射率分布的不同来分可分为阶跃型和渐变型光纤。
光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长:0.85um ,1.31um,1.55um,最低损耗窗口的中心波长是在1.55um。
目前光纤通信所用光波的光波波长范围为0.8~1.8um ,属于电磁波谱中的近红外区。
EDFA称为掺铒光纤放大器,其实现放大的光波长范围是1.53~1.56um。
光纤通信是以光纤为传输媒质。
以光波为载波的通信方式。
光纤通信系统的长期平均误码率定义为传送错误的码元数占传送的总码元数的百分比,反映突发性误码,用严重误码秒(SES)、误码秒(ES)两个性能指标来评价。
单模光纤是指在给定的工作波长上,mBnBPIN光电二极管,是在P型材料和N型材料之间加上一层轻掺杂质的N型材料, I层。
光纤通信复习整理
第一章1 什么是光纤通信？光纤通信是以光波作载波，以光纤为传输媒介的通信方式。
2 什么是光纤通信系统？光纤通信系统是以光波作载波，以光纤为传输媒介的通信系统。
3 光纤通信系统的组成强度调制/直接检波（IM/DD)的光纤数字通信系统，主要由发送机，信道，接收机以及长途干线上必须设置的光中继器组成。
(1)信源：将非电信号转换成电信号(2)调制器（模拟/数字）：将电信号转换成适合传输的形态，将这种信号加载到由载波源产生的载波上。
(3)载波源：产生携带信息并与之一起传播（用LED/LD 产生光载波）(4)信道耦合器：将功率送进信道（低损耗，较大的光接收角）(5)光放大器：放大弱信号的功率(6)中继器（数字系统中）：将微弱的并已失真的信号转换成电信号，然后还原成原来的数字脉冲串。
(7)信道：发送机和接收机之间的传输路径(8)检测器：将光波转换成电流(9)信号处理器：对信号的放大和滤波(10)信宿：接收来自信号处理器的信号，必要时将其转换成声波或者可视图像信源——调制器——载波源——信道耦合器——光放大器——中继器——光放大器——检测器——光放大器——信号处理器——信宿4 dB/dBm 的换算12lg 10P P dB = 级联系统：12lg 1023lg 1034lg 10P P P P P P dB ++= 2lg 10P dBm = 令P1=1mw ，并且P2也以mw 为单位时，可得dBm 值。
5 什么是3dB 损耗？功率变化-3dB 时，称为3dB 损耗。
6 光的属性波动性：将光看成振荡频率很高，波长极短的电磁波（红外光，可见光，紫外光）粒子性：将光看成是由许多的光子组成7 光纤的优点（1）传输频带宽，通信容量大（2）传输损耗小，中继距离长（3）具有抗射频干扰和抗电磁干扰能力（4）无串音干扰，一定程度可以保证通信的安全性和私密性（5）光纤线径细，重量轻，机械强度大，柔韧性好（6）原材料资源丰富，可节约金属材料（7）耐腐蚀，寿命长（8）绝缘性（9）成本低8 光纤工作波长目前光纤通信的实用工作波长在近红外区，即0.85um ，1.26—1.75um 的波长区（传输窗口）。
光纤通信复习
一、名词解释：1. 什么是光纤通信？利用激光作为信息的载波信号，并通过光纤来传送信息的通信系统。
光纤通信是工作在近红外区，其波长是0.8～1.8μm，对应的频率为167～375THz2.光通信的三要素：光源；传输介质；光检测；3.光纤怎么分类？答：（1）根据折射率的分布：阶跃型光纤（纤芯和包层的折射率是均匀分布的，也叫反射型光纤）和渐变型光纤（纤芯的折射率在轴线上最大，然后沿着横截面的径向逐渐变小，也叫梯度光纤或折射型光纤。
）（2）按照传输模式来区分：多模光纤（多模光纤里允许多个模式（几十甚至几百个）在光纤中传播，其纤芯一般可达50～100μm。
）和单模光纤（单模光纤由于只允许一个模式存在，其纤芯较小，一般为5～10μm。
）4.每种模式指什么，如何评价（截止频率）？模式：在传播过程中只有相位变化，没有形状的变化，且始终满足边界条件（传播常数ϐ必须满足条件：n2k <ϐ < n1k），这种空间分布称为模式。
（传播常数 ：表明场沿轴向方向传播分量情况。
）每个模式可认为是以特定传播角传播的一个独立光束。
以不同角度入射到光纤的射线将形成光纤中不同的模式。
完全沿着光纤中心轴线传播的模式称为“基模”。
只支持一个模式（基模）的光纤被称作单模光纤。
可支持多个模式的光纤为多模光纤。
在传输方向无磁场的模式称为横磁模TM。
在传输方向无电场的模式称为横电模TE。
沿着传播方向，E和H都拥有分量，这些模式称为混合模。
磁场贡献为主（Hz > Ez）——HE模。
电场贡献为主（Ez> Hz）——EH模。
在弱导光纤中，沿着传播方面，E、H分量都近似零。
存在的模式为线性偏振（Linearly Polarized）模——LP。
某个模式成为导波模的条件是，它的传播常数b满足下列条件：n2k < b < n1k。
导波模和辐射模的分界点(截止条件)为：b = n2k。
与截止条件相对应的重要参数是归一化频率V ：它决定了光纤可支持的模式总数。
光纤通信复习总结
光纤通信复习总结一、名词概念1、光纤：光纤是传光的纤维波导或光导纤维的简称。
2、光纤通信：光纤通信是以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式。
3、光纤通信系统：光纤通信系统是以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信系统。
二、光在电磁波谱中的位置----光也是一种电磁波，只是它的频率比无线电波的频率高得多。
红外线、可见光和紫外线均属于光波的范畴。
1、可见光是人眼能看见的光，其波长范围为：0.39 至0.76 。
2、红外线是人眼看不见的光，其波长范围为：0.76 至300 。
一般分为：（1）近红外区：其波长范围为：0.76 至15 ；（2）中红外区：其波长范围为：15 至25 ；（3）远红外区：其波长范围为：25 至300 ；三、光纤通信所用光波的波长范围（1）光纤通信所用光波的波长范围为0.8 至1.8 ，属于电磁波谱中的近红外区。
（2）在光纤通信中，常将0.8 至0.9 称为短波长，而将0.8 至0.9 称为长波长。
四、光纤通信中常用的低损耗窗口（1）0.85 、1.31 和1.55 左右是光纤通信中常用的三个低损耗窗口。
（2）早期光纤通信系统传输所用的是多模光纤，其工作波长在0.85 的第一个工作窗口。
（3）非色散位移光纤（G.652光纤）工作在1.31 附近的第二个工作窗口。
（4）色散位移光纤（G.653光纤）工作在1.55 附近的第二个工作窗口。
-五、光纤通信的特点与电缆或微波等电通信方式相比，光纤通信的优点如下：(1)传输频带极宽，通信容量很大；(2)由于光纤衰减小，无中继设备，故传输距离远； (3)串扰小，信号传输质量高； (4)光纤抗电磁干扰，保密性好；(5)光纤尺寸小，重量轻，便于传输和铺设； (6)耐化学腐蚀；(7)光纤是石英玻璃拉制成形,原材料来源丰富一）概论习题1、什么是光纤通信？2、光纤的主要作用是什么？3、与电缆或微波等电通信方式相比，光纤通信有何优点？4、为什么说使用光纤通信可以节约大量有色金属？5、为什么说光纤通信具有传输频带宽，通信容量大？6、可见光是人眼能看见的光，其波长范围是多少？7、红外线是人眼看不见的光，其波长范围是多少8、近红外区：其波长范围是多少9、光纤通信所用光波的波长范围是多少？10、光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长分别是多少（二）单元测试 (单项选择题）1 光纤通信指的是：1以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式；2 以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式；3 以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式；4以激光作载波、以导线为传输媒介的通信方式。
光纤通信复习 资 料
复习资料1、光纤通信是以为载频，以为传输介质的通信方式。
2、光缆大体上都是由缆芯，和三部分组成。
3、光波分复用传输系统有双纤单向传输和两种结构形式4、LED光源主要用于低速，短距离光波系统的情况，而，中采用LD光源。
5、1966年，英籍华人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。
6、光纤的和是限制光纤通信线路中继距离的主要因素7、数值孔径（NA）越大，光纤接受光纤的能力就越，光纤与光源之间的耦合效率就越。
8、LED的基本结构可分为两类，即面发光LED 和。
9、光发送机的作用是将转为，并将生成的信号注入。
10、LD是一种阈值器件，它通过受激辐射发光，具有输出功率大，输出光发散角 ,与单模光纤耦合效率，辐射光谱线窄的特点。
11、光波分复用传输系统有双纤单向传输和两种结构形式12、普通单模光纤G.652的零色散波长是，色散位移光纤G.653的零色散波长是。
13、准同步数字体系有两种制式，一种是以 Mb/s为基群的T系列（日美采用）；另一种是 Mb/s为基群的E系列（中国、欧洲采用）14、光纤通信的最低通信窗口波长是，零色散波长是。
15、允许单模传输的最小波长称为。
16、在一根光纤中同时传输多个不同波长的光载波信号称为复用。
17、温度升高时，LED光源线宽，峰值波长向方向移动。
18、对光检测器的基本要求是高的，低的和快的。
19、光纤的基本特性参数是和色散，其单位分别是dB/Km和。
20、在光通信发展史上，小型光源和两个难题的解决，开创了光通信的时代。
21、确定接收机性能的一个重要参数是接收机灵敏度，它通常定义为在接收机的条件下，所要求的最小平均接收光功率。
22、光纤通信系统一般采用0.85µm、1.31µm、三种波长窗口。
23、光纤通信用光检测器有和。
24、光波复用器件根据分光原理的不同分为、干涉滤波型和。
25、激光器工作必须离开热平衡状态，因此必须使用外部能源泵浦，以实现，这是激光器工作的先决条件。
光纤通信复习重点
《光纤通信》课程复习提纲1.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). 泄漏小， 保密性能好(6). 节约金属材料， 有利于资源合理使用2.光纤通信系统的基本组成(单向传输)3.光纤通信对光源的要求对光源的要求：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。
4.直接调制和间接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。
5.光接收机由光检测器、 放大器和相关电路组成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。
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。
6.检测方式有直接检测和外差检测的区别。
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。
外差检测方式的难点是需要频率非常稳定，相位和偏振方向可控制，谱线宽度很窄的单模激光源；优点是有很高的接收灵敏度。
7.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电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。
光纤通信复习题要点
第一章光纤通信：侠义上说：利用光载波在光纤中传播信息的过程广义上说：是以光纤或由光纤组成的光传输网、光处理器件、光处理设备为基础，并采用相关技术来对光波信息进行传输和处理的过程，是光通信的一个组成部分光通信发展受阻的原因：1.光向四面八方散射时，光强减弱 2.不能通过障碍物高锟指出，如果把材料中金属离子含量的比重降低到10-6以下，光纤损耗就可以减小到10 。
再通过改进制造工艺，提高材料的均匀性，可进一步把光纤的损耗减少到几。
光纤通信得以快速发展重要条件：1. 低损耗光纤 2. 光源（半导体激光器）全波光纤：能够在1260 ~ 1675整个范围内都可用来进行光纤通信的光纤就是全波光纤光纤通信发展的重要里程碑1. 低损耗光纤的研制成功 2. 连续振荡半导体激光器的研制成功光纤是一种玻璃丝，其材料是石英（2），是通信网络中信息的优良传输介质光纤通信的发展趋势1. 光纤技术逐渐从骨干网向广域网和城域络发展2. 从低速系统向高速系统发展3.从陆地向海地发展4.从光传输电交换向网络的全光化发展5.向光纤技术和以太技术结合的方向发展光纤通信的优点：1. 频带宽、传输容量大2. 损耗小、中继距离长3. 重量轻、体积小4. 抗电磁干扰性能好5. 泄漏小、保密性好6. 节约金属材料，有利于资源合理使用传统上，以服务范围把网络分为三类:(1) 局域网，服务范围2 ，如以太网，信令环和信令总线;(2) 城域网，服务范围100 ，如电话本地交换网或者有线电视)分配系统;(3) 广域网络，服务范围可达数千公里，如开放系统互连国际网络等。
三代网络技术比较1. 全电网络，第一代网络，节点用电缆互连在一起，电缆是一种窄带线路，它的容量有限；2. 电光网络，第二代网络，用一段段光纤取代电缆后构成的网络，现在正被广泛使用，因节点内仍是对电信号进行交换，所以称为电光网络3. 全光网络，第三代网络，所有节点被不间断的光缆连接起来，节点内只对光信号进行交换，这就是未来的第三代网络。
光纤通信复习要点
光纤通信复习要点第⼀章1.光纤通信的定义光纤通信是采⽤光波作为信息载体，并采⽤光导纤维作为传输介质的⼀种通信⽅式。
2.光纤通信的优点频带宽，通信容量⼤；损耗低，中继距离长；抗电磁⼲扰；⽆串⾳⼲扰，保密性好；光纤线径细、重量轻、柔软；原材料资源丰富，可节约⾦属材料；耐腐蚀，寿命长。
3.光纤通信的缺点光纤质地脆、机械强度低；需要⽐较好的切割及连接技术；分路、耦合⽐较⿇烦；弯曲半径不宜太⼩。
第⼆章1.光纤的基本结构：折射率较⾼的芯区、折射率较低的包层、表⾯涂敷层。
2.光纤的分类按传播模式分类：单模光纤尺⼨：光纤的纤芯直径尺⼨扩展到⼏个波长（通常是8～12个波长），并且使纤芯包层折射率差很⼩，只允许传输⼀个基模的光纤。
纤芯直径2a=8～10µm(⽆实际意义)，包层直径2b=125µm 。
优点：带宽极宽、衰减⼩。
应⽤：适⽤于⼤容量的光纤通信。
多模光纤尺⼨：远⼤于光波波长，能传输多个模式的光纤。
纤芯直径2a=50µm，包层直径2b=125µm 。
优点：制造简单、接续容易。
缺点：存在模式⾊散，带宽窄。
应⽤：适应于较⼩容量的光纤通信。
3.光纤的传输特性：损耗特性、⾊散特性、⾮线性效应。
第三章简单题：1.半导体发光的机理：半导体材料具有能带结构⽽不是能级结构。
半导体材料的能带分为导带、价带与禁带。
电⼦从⾼能级范围的导带跃迁到低能级范围的价带，会释放光⼦⽽发光。
2.⾃发辐射由于位于⾼能级E2的原⼦是不稳定的，将⾃发地向低能级跃迁，并释放出能量为h ν = E1 - E2的光⼦，这种辐射称为⾃发辐射。
各个处于⾼能级的粒⼦都是⾃发的、独⽴地进⾏跃迁，其辐射光⼦的频率不同，所以⾃发辐射的频率范围很宽。
⾃发辐射产⽣⾮相⼲光。
3.受激辐射若原⼦原来处于⾼能级E2上，被能量为hv的光⼦激发，将向E1能级跃迁，并产⽣能量为hv的光⼦。
两者同频，同相，同偏振，为相⼲光。
这⼀辐射过程称为受激辐射。
光纤通信考试复习重点
光纤通信考试复习重点简答题一、光纤通信的特点？优点：1、速率高，传输容量大；2、损耗低，传输距离远；3、抗干扰能力强，保密性好；4、质量轻，敷设方便；5、耐腐蚀，寿命长；缺点：线路施工过程中连接较复杂，造价高。
二、光纤通信系统的基本组成，各个单元的作用？主要组成部分包括光纤、光发送器、光接收机、光中继器和适当的接口设备。
光发送机：把输入电信号转换为光信号，最大限度地耦合到光纤线路。
光纤线路：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。
光接收机：把光纤线路输出的微弱光信号转换为电信号，并经放大处理后恢复成原始信号。
三、半导体激光器的结构原理？四、新型半导体激光器1、分布反馈DFB激光器优点：①单纵模激光器；②谱线窄，波长稳定性好；③动态谱线好；④线性好。
2、分布布拉格反射DBR激光器优点：增益区和它的波长选择是分开的，因此可以对它们分别进行控制。
3、量子阱QW激光器优点：①阈值电流低，输出功率大。
② 单纵模，谱线窄，利于调制。
③ 温度要求低。
无需温度控制，无需制冷器。
④ 外微分量子效率大。
⑤ 频率啁啾小，动态单纵模特性好。
4、垂直腔面发射激光器VCSEL 优点：① 实现极低阈值工作；② 平行光互连和光信息处理；③ 圆形光斑，发散角小，方向性好；④ 动态单纵模工作；⑤ 高密度集成；⑥ 适合光电集成电路OEIC 结构。
五、数字光发送机基本组成，各单元模块功能？采用直接调制（IM ）的光发送机主要包括：输入电路（输入盘）和电／光转换电路（发送盘）。
（1）均衡器的作用是对由PCM 电端机送来的HDB3码或CMI 码流进行均衡，用以补偿由电缆传输所产生的衰减和畸变，保证电、光端机间信号的幅度、阻抗适配，以便正确译码。
（2）码型变换的作用是将适合在电缆中传输的双极性码，通过码型变换转换为适合于光纤线路传输的单极性码。
（3）扰码电路的作用就是当线路码流出现长连“0”或长连“1”的情况 ，有规律地破坏长连“0”和长连“1”的码流，从而使“0”、光信号输出NRZ 码HDB3(CMI)电信号输入均衡放大码型变换信号扰码线路编码驱动电路光源时钟提取APC ATC 光监测告警输出输入盘发送盘“1”等概率出现，便于接收端提取时钟信号。
《光纤通信》的复习要点
《光纤通信》课程复习要点和重点浙江传媒学院陈柏年（2014年6月）第一章概述1、光纤通信：以光波作为信号载体，以光纤作为传输媒介的通信方式。
2、光纤通信发展历程：（1）光纤模式：从多模发展到单模；（2）工作波长：从短波长到长波长；（3）传输速率：从低速到高速；（4）光纤价格：不断下降；（5）应用范围：不断扩大。
3、光纤通信系统基本组成：（1）光纤，（2）光发送器，（3）光接收器，（4）光中继器，（5）适当的接口设备。
第二章光纤光缆一、光纤（Fibel）1、光纤三层结构：（1）纤芯（core），（2）包层（coating），（3）涂覆层（jacket）。
2、各类光纤的缩写和概念：SIF（突变型折射率光纤），GIF（渐变折射率光纤）；DFF（色散平坦光纤）、DSF（色散移位光纤）；MMF（多模光纤），SMF（单模光纤）；松套光纤，紧套光纤。
二、光的两种传输理论（一）光的射线传输理论1、光纤的几何导光原理：光纤是利用光的全反射特性导光；纤芯折射率必须大于包层折射率，但相差不大。
2、突变型折射率多模光纤主要参数：★（1）光纤的临界角θc：只有在半锥角为θ≤θc的圆锥内的光束才能在光纤中传播。
★（2）数值孔径NA：入射媒质折射率与最大入射角（临界角）的正弦值之积。
与纤芯与包层直径无关，只与两者的相对折射率差有关。
它表示光纤接收和传输光的能力。
（3）光纤的时延差Δτ：时延差大，则造成脉冲展宽和信号畸变，影响光纤的容量，模间色散增大。
3、渐变型折射率多模光纤主要参数：（1）自聚焦效应：如果折射率分布恰当，有可能使不同角度入射的全部光线以同样的轴向速度在光纤中传输，同时达到光纤轴上的某点，即所有光线都有相同的空间周期。
（2）光纤的时延差Δτ：比突变型光纤要小，减小脉冲展宽，增加传输带宽。
（二）光纤波动传输理论★1、光纤模式：一个满足电磁场方程和边界条件的电磁场结构。
表示光纤中电磁场（传导模）沿光纤横截面的场形分布和沿光纤纵向的传播速度。
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，以尽可能小的失真和衰减传输到光接收机。
5）光接收机：把从光纤线路输出、产生畸变和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和处理后恢复成基带电信号。
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。
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：光发射机之前和光接收机之后的电信号段，光纤通信所用的技术和设备和电缆通信相同，不同的只是由光发射机、光纤线路和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和光缆2.1.1 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。
（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，特点是信号畸变小。
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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（少^）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发射U ______ 基本光纤传输系统_ 接收电信号光信号光信号电信号作用：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（PCM3）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，以尽可能小的失真和衰减传输到光接收机。
5）光接收机：把从光纤线路输出、产生畸变和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和处理后恢复成基带电信号。
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。
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：光发射机之前和光接收机之后的电信号段，光纤通信所用的技术和设备和电缆通信相同，不同的只是由光发射机、光纤线路和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和光缆2.1.1 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。
（相对折射率差典型值△ = （n 1-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卩m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：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50卩m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：折射率分布和突变型光纤相似，纤芯直径只有8~10卩m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、单模是重点）1）突变型多模光纤数值孔径：定义临界角B c的正弦为数值孔径（NA NA=n； _ n；、n八2?NA表示光纤接收和传输光的能力，NA或B c）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B c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：L；L（NA）2、卫丄厶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）单模条件和截止波长传输模式数目随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VV2.405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J n f - n| ＜2.405可以看到，对于给定的光纤（n 1、n2和a确定），存在一个临界波长入c,当入＜入c时，是多模传输，当入＞入c时，是单模传输，这个临界波长入c称为截止波长。
2）光强分布和模场半径通常认为单模光纤基模HE11的电磁场分布近似为高斯分布W（r）=Aexp卜（丄门式中，A为场的幅度，r为径向坐标，w0为高斯分布1/e点的半宽度，称为模场半径。
3）双折射把两个偏振模传输常数的差（B x- B y）定义为双折射AB,通常用归一化双折射B来表示―上二（二y）式中，—（B x+B y）/2为两个传输常数的平均值。
把两个正交偏振模的相位差达到2 n的光纤长度定义为拍长Lb= 2A P2.3光纤传输特性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。
2.3.1 光纤色散（☆☆☆☆☆）三种色散模式色散是由于不同模式的传播时间不同而产生的，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），其传播时间不同而产生的。
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。
波导色散是由于波导结构参数与波长有关而产生的，它取决于波导尺寸和纤芯与包层的相对折射率差。
说明：色散对光纤传输系统的影响，在时域和频域的表示方法不同。
从频域上看，色散限制了传输信号的带宽；从时域上看，色散引起信号脉冲的展宽。
理想的单模光纤没有模式色散，只有材料色散和波导色散。
材料色散和波导色散总称为色度色散，常简称为色散，它是传播时间随波长变化的产生的。
232 光纤损耗光纤的损耗在很大程度上决定了系统的传输距离。
在最一般的条件下，在光纤内传输的光功率P随距离z的变化，可以用d^ = _ap表示。
a是损耗系数。
吸攵损耗：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引起。
光纤总损耗a与波长入的关系可以表示为：a = -AB+CW（入）+IR（入）+UV（入）A为瑞利散射系数，B为结构缺陷散射产生的损耗，CW@）、IR（入）和UV（入）分别为杂质吸收、红外吸收和紫外吸收产生的损耗。
第三章通信用光器件3.1光源光源是光发射机的关键器件，其功能是把电信号转换为光信号。
半导体激光器是向半导体PN节注入电流，实现粒子数反转分布，产生受激辐射，在利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产恒激光震荡的。
3.1.1 半导体激光器工作原理和基本结构（三种跃迁，能级跃迁，粒子数分布？如何实现）工作原理：半导体激光器是向半导体PN结注入电流实现粒子数翻转分布，产生受激辐射，实现光放大，在利用谐振腔的正反馈而产生激光振荡的。
基本结构：结构中间有一层厚0.1~0.3卩m的窄带隙P型半导体，称为有源层；两侧分别为宽带隙的P型和N型半导体，称为限制层。
三层半导体置于基片（衬底）上，前后两个晶体解理面作为反射镜构成法布里-珀罗（FF）谐振腔。
三种跃迁：受激吸收：处于低能级E1的电子，在入射光作用下，它会吸收光子的能量跃迁到高能级E2上;自发辐射：在高能级E2的电子是不稳定的，即使没有外界的作用，也会自动地跃迁到低能级E1上与空穴复合，释放的能量转换为光子辐射出去；受激辐射：在高能级E2的电子，受到入射光的作用，被迫跃迁到低能级E1上与空穴复合，释放的能量产生光辐射；能级跃迁：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波尔条件，即E2-E 仁hf 12,其中h=6.628 X 10-34J • s ，为普朗克常数， 5为吸 收或辐射的光子频率； 受激辐射和自发辐射光的区别：它们的特点很不相同。
受激辐射光的频率、相位、 偏振态和传播方向与入射光相同，这种光称为相干光。
自发辐射光是由大量不同 激发态的电子自发跃迁产生的，其频率和方向分布在一定范围 内，相位和偏振态 是混乱的，这种光称为非相干光。
粒子数分布：低能级E1和处于高能级E2（E2>E1）的原子数分别为N1和N2当系统处于热 平衡状态时，存在下面的分布这种物质称为激活物质。
（粒子数反转分布） 如何实现粒子数反转分布:半导体激光器是向半导体PN 结注入电流，实现粒子数反转分布;3.1.2 半导体激光器的主要特性（小题 光谱特性发射波长温度特性） 发射波长：半导体激光器的发射波长取决于倒带的电子跃迁到价带时所释放的能量。
这个能量近似等于禁带宽度；• =1=0 （不同半导体材料有不同的禁带宽Eg Eg度Eg,所以有不同的发射波长）光谱特性：随着驱动电流的增加，纵模模数逐渐减少，谱线宽度变窄；随着调制电流增大，纵模模数增多，光谱密度变宽。
弛张频率：弛张频率f r 是调制频率的上限，在接近f r 处，数字调制要产生弛张 震荡，模拟调制要产生非线性失真。
温度特性：激光器输出光功率随温度而变化有两个原因： 一是激光器的阈值电流 I th 随温度升高而增大，二是外微分量子效率n d 随温度升高而减小。
温度升高时，I th 增大，n d 减小，输出光功率明显下降，达到一定温度时，激 光器就不激射了。
当以直流电流驱动激光器时，阈值电流随温度的变化更加严重。
当对激光器进行脉冲调制时，阈值电流随温度呈指数变化，在一定温度范围内，（I 0为常数，T 为结区的热力学温度，T 0为激光器材料的特征温度）3.1.4发光二极管（对应的看看就可以）N2 N1 二 exp( E2—E1 23 ^)(k =1-381*10-为玻尔兹曼常数' T 为热力学温度）N1>N2即受激吸收大于受激辐射。
这种物质称为吸收物质；（正常状态）当光通过这种物质时，光强按指数衰减, 当光通过这种物质时，会产生放大作用,可以表示为 T I th = 10 ex3(—)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。
发光二极管的优点：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。
3.2光检测器321 光电二极管工作原理（光电效应）光电效应：在PN结界面上，由于电子和空穴的扩散运动，形成内部电场。
内部电场使电子和空穴产生与扩散运动方向相反的漂移运动，最终使能带发生倾斜，在PN结界面附近形成耗尽层。
在耗尽层，会形成光生漂移电流。
在中性区会形成光生扩散电流。
当与P层和N层连接的电路断开时，便会在两端产生电动势。
说明：光生漂移电流分量和光生扩散电流分量的总和即为光生电流；3.3光无源器件（小知识点考小题无计算）连接器：实现光纤与光纤之间可拆卸连接接头：实现光纤与光纤之间的永久性连接光耦合器：把一个输入的光信号分配给多个输出，或者把多个输入的光信号复合成一个输出。