南邮光纤通信2018复习资料教案资料

南邮光纤通信2018

复习资料

第2章光纤与光缆

1、（！）光纤的主要结构（纤芯、包层及涂覆层）①纤芯折射率大于包层折射率②纤芯单模7-9um，多模50-80um，包层直径125um，涂覆层250um。

2、折射率分布方法

①阶跃折射率光纤SI②渐变折射率光纤GI。

3、成缆方式

①层绞式：松套绕②中心骨架式：骨架（抗侧压）③中心束管式：松套至轴心（水下海底）④带状式：4-16 →松套

4、光纤单模传输的条件：①归一化频率 v<2.405 ②工作波长＞截止波长

5、归一化频率和截止波长的意义和计算与

①光纤本身的的参数②入射光信号有关

公式1：

公式2：

6、基模的表示方法：精确矢量模HE11和线性极化模LP01

7、①全反射临界角：θ入↑，θ折↑当θ入继续↑时，由于θ折=90°即不能产生折射光只产生反射，此被称为全反射，此时θ入=θc，θc被称为全反射临界角。

②最大可接收角：2θa（θa为光纤端面入射角的临界角）θ入≤θa时纤芯包层全反射。

公式：

（！）③数值孔径（NA）：sinθa×n0，其物理意义NA反应光纤接收和传输光的能力，过大发生模色散。

公式：

④四波混频FWM：在WDM系统中，假设3个频率为ω（i，j，k）的信道同时传输时，初始信道频率间相互混频并可能产生第四个频率为ωi±ωj±ωk的信号。

8、损耗特性

物理特性：描述单位长度光纤传输中的能量损失（总损耗A，单位长度损耗a）

①A=10㏒Pi/Po ②α=10/L ㏒Pi/Po

9、（！）引起损耗的三种原因（吸收、散射和辐射）

①吸收：光纤材料（本征吸收，与光波长有关）和杂质（杂质吸收，特别是氢氧根离子）对光能的吸收。②散射：光纤的材料和结构存在不均匀与缺陷（1）瑞利散射产生机理：光纤内部密度不均匀→纤芯内部折射率沿纵向不均匀变化→改变光的传输方向与λ^4成

反比（2）波导散射损耗④辐射：光纤中的传播模式由于外力引起的形变转换为辐射模和引起能量的泄露，这种由应力及形变导致的能量泄露产生的损耗称为辐射损耗。

10、色散

单位：ps/nm·km（单位波长间隔内不同波长成分的光脉冲传输单位距离后脉冲前后沿的时延变化量）

物理意义：色散是导致光纤中信号畸变的主要性能参数，会使光脉冲随之而传输距离的增加而展宽，会使ISI误码率增加。

11、引起色散的原因及分类（波导、材料、模式间和偏振模色散）原因：不同频率成分和不同模式成分的群速度不同

分类：①材料：材料折射率n不同②模式间（多模）：各模式间传输系数不同③波导（单模）：某一模式本身包含不同频率成分

12、G.652、G.653、G.655三种常用传输光纤的传输特性和应用场合（重点是1550nm波长处色散特性区别）

①G.652（常规单模）：（1）1310nm损耗高，0色散（2）1550nm 低损耗，高色散（3）应用场合：数据通信，图像传输。（高速大容量×）

②G.653（DSF色散位移）1550nm低损耗，0色散（单信道，长距离）

③G.655（非零色散位移）1550nm低色散，但不为0 （低四波混频）

应用：大于10Gbit/s波分复用系统

第3章光源和光发送机

1、激光产生的物理基础

①能级：不同能量不连续的轨道②跃迁：在外界作用下从一个轨道跳到另一个轨道③辐射跃迁：电子由于发射或吸收光子从一个能级到另一个能级④费米能级：电子占据某个能级的概率⑤自发辐射：电子从基态到激发态处于较高能级，有天然自发的返回到基态的趋势，这被称为自发跃迁，发出光其辐射为自发辐射

2、

①受激吸收：低能级E1的电子收到光子能量为E=hf=E2-E1 的外来入射光照射时，电子吸收一个光子能量跃迁到E2

②受激辐射：高能级E2电子收到光子能量为E=hf=E2-E1 的外来入射光照射时，电子跃迁回到E1，同时发射出一个与入射光子相同频率、相位和传播方向的光子，这个跃迁成为受激跃迁，其辐射成为受激辐射，光是相干光。

③粒子数反转分布：高能级电子多于低能级电子（产生激光的必要条件）

3、（！）激光器的主要结构3种

（工作物质、光学共振腔和激励系统）

①工作物质：发光物质，激光器组成核心②光学共振腔：激光震荡，输出激光③激励系统：将各种形式的外界能量转化为激光光能。

4、半导体激光器和发光二极管的工作原理和工作特性

半导体激光器

①工作原理：PN结上加正向电压，破坏热平衡状态，粒子数反转分布，受激辐射大于受激吸收和各种损耗，不断产生受激辐射光子，在谐振腔内运动并最终输出形成激光。

②效率：（1）功率效率：输出光功率/消耗电功率（2）量子效率：输出光子数/注入电子数

公式：

③温度特性：阈值电流和发光波长随温度增大

④光谱特性：

发光二极管（！）

工作原理：和半导体激光器类似，但没有谐振腔。产生的不是受激辐射光而是自发辐射光。

①阈值：无阈值，高功率区输出饱和。

②光谱特性：没有选择波长的谐振腔，所以自发辐射光谱较宽。而且温度升高，谱线宽度增加。发射峰值波长向长波长方向漂移。

③调制特性：信号码速率受其影响。

5、发光二极管与半导体激光器的主要异同

同：都为光源，原理类似。

异：①发光二极管自发辐射低相干光，频谱较宽。而激光器受激辐射相干光，频谱窄。②发光二极管对温度不敏感，激光器阈值电流受温度影响性能变差。

6、（！）直接调制和间接调制

目的：将信息加载在光源上，用光信号传输信息。

同：电信号信息调制到光信号上。

异：直接调制（频率啁啾，即光脉冲的载频随时间变化）是把要传送的信息转变为驱动电流信号注入LD或LED，从而获得发光功率相