光纤通信系统复习提纲

光纤通信系统复习提纲
PS ：红色不要求
第一章 绪论 第五章 系统和其它
1． 光纤通信系统基本构成（单波长系统（第一章）各部分功能），DWDM
各部分要求（第五章）
2． 光纤通信系统优缺点（第一章），频率间隔和波长间隔的转换（第一章），
光纤通信容量的表示方法（BL ），各代光纤通信系统特点（第一章）
3． NRZ 和RZ 格式（第一章和第三章一起看，会画眼图，其中66%占空比
的也称为CS-RZ ），复用方式（第一章），调制方式：第一种分法：（第一章：IM （intensity modulation ，强度调制）（也叫OOK 或者ASK ）和PSK ）；第二种分法：模拟调制，数字调制；第三种分法：内调制、外调制。

频谱图（注意CS-RZ 没有载波分量）
眼图
4．光纤通信系统典型拓扑结构（广播和分配网（HUB和BUS拓扑结构）、局域网（BUS拓扑结构：Ethernet，Ring拓扑结构：FDDI(Fiber
Distribution Data interface)）注意：功率分配不要求。

5．光纤通信系统功率预算和上升时间预算
6．光放大器的分类（3种），EDFA、波分复用器等重要器件，波长控制等关键技术
会画示意图。

第二章光纤
1．光纤基本参量计算：数值孔径（NA），归一化频率（V<2.405），模场半径（w：最大值1/e处的半径），相对折射率差delta，光纤的分类。

2．TE、TM、HE、EH、LP模下标之间的关系（下标分别表示什么，在图上要知道），什么是模式折射率，模式折射率满足的条件。

3．光纤损耗机理和作用效果（分类，掌握本征损耗两个，其中瑞利散射的特点和波长4次方成反比），损耗系数单位的转换0.2（dB/km）/4.343，光纤通信的三个工作窗口
4．光纤色散（模间色散和模内色散，模间色散（多模阶跃和多模渐变）两个BL限制），色散单位的含义（常用ps/(nm*km）），群速度色散D（也叫模内色散=材料色散+波导色散，图要会画），色散位移光纤（G.653）（色散图+原因），偏振模色散，高阶色散，色散补偿光纤（DCF）实现色散
补偿的原理（要求D1L1+D2L2=0，S1L1+S2L2=0），考虑D和S的BL限制（或色散大小T
)
5．色散致脉冲展宽：正色散、负色散、正常色散、反常色散的定义关系和脉冲速度随频率的关系：D>0时（反常色散区），频率高的速度快；反之，频率高的速度慢，知道这个即可。

（注意都是脉冲扩展）。

不同条件下的色散限制
6．非线性：SPM（导致脉冲的什么结果，光孤子的原理）、XPM（SPM、XPM：kerr效应：光纤折射率随入射光功率变化而改变）。

SRS（高频光子变为低频光子（斯托克斯光）＋光学声子，注意方向，增益带宽20-30THz）、SBS（高频光子变为低频光子（斯托克斯光）＋声学声子，注意方向，增益带宽<100MHz）（SRS、SBS受激散射效应（非弹性散射）：散射后的入射光频率发生改变）的产生机理（上面括号中）及功率预算
（=16，=21），FWM的危害和克服方法（注意：单波长系统无FWM效应，WDM系统中为避免 FWM一般采用NZDSF）
7．各种光纤的特点：G.651、G.652、G.653、G.655、在DWDM系统中要用大有效面积非0色散位移光纤（大有效面积：降低光强度进而降低非线
性效应，色散位移：低损耗，非0：降低XPM，FWM效应）、DCF、全波光纤（G.657），无水光纤（无OH-）。

结合上面的重点考虑以下问题：
•光纤的色散对信号传输有何影响？如何减少色散？
•何谓多模光纤和单模光纤？
•模式的物理意义？模式的种类有哪些？
•光纤的损耗对信号传输有何影响？如何减少光纤损耗？
使得光信号的有效传输距离L缩短，导致BL变小。

无水光纤（去除OH-），窗口移向1550nm。

•有哪些非线性效应？非线性效应对信号传输有何影响？如何减少光纤非线性效应？
•光纤按模式如何分类？其发展的路线图如何？（第一章也有）
第三章光发射机
1．光纤通信对光源的要求（输出光功率高，线宽窄），光源的两个最重要指标：光谱线宽和阈值电流
2．半导体发光的物理基础：三种跃迁过程（对应的器件），费米能级+粒子数反转+正向偏置PN结（原理过程弄懂），双异质结结构对半导体发光器
件的性能改善，非辐射复合及其危害（哪些，其中：Auger加速周围电子使得T升高，进而再加剧Auger效应）（为何普通电路中的二极管不能发光？），如何决定半导体材料的组分（半导体材料的禁带宽度的计算公式）3．LED的特性（PI特性（LED内部产生的光功率、LED的出射光功率）（响应度（定义）和功率转换效率的关系）（PI曲线（响应度）和T的关系）、光谱特性、调制特性（调制带宽）），为什么LED适合用在短距离、低速、模拟通信中（PDF97页），LED的类型（2个）
4．LD的工作条件（3个），阈值条件（g>alpha），纵模条件（相位条件或频率间隔），LD激射的三个状态（过程）（PDF97页108-109）
5．LD的典型结构，增益导引和折射率导引条形激光器，同质结、异质结、条形激光器、多量子阱结构如何实现阈值电流的降低和输出功率的提高。

LD的发展图要会画：从同质结到MQW怎么变的。

（提高两个限制）6．如何实现单纵模？DBR、DFB、外腔、VCSEL的基本原理（如何实现SLM （关键点即可））。

7．LD的工作特性：（PI特性（LD内量子效率、外量子效率、微分量子效率、总效率之间的关系）（响应度（定义）和功率转换效率的关系）（PI 曲线（响应度）和T的关系）、光谱特性、调制特性（调制带宽））, 大信号调制导致的信号畸变（4个+自脉冲行为=5个）
8．直接调制与外调制的异同点，外调制哪些类型？（看题目）
9．注意：本章PDF后面的review（201页开始）也有一些总结可以参考，但是重点都在上面写的。

驱动电路都不需要。

结合上面的重点考虑以下问题：
•物质为何能发光？能级三种基本跃迁过程？
•为何说受激辐射过程是光放大过程？
•为何说光放大是激光产生的必要条件？
•半导体材料产生光放大的必要条件是什么？如何实现粒子数反转条件？
•何谓同质结？何谓异质结？异质结有何优点？
•为何普通二极管不能发光？
•如何计算半导体材料辐射光的波长？
•半导体激光器（LD）的激射条件是什么？
•如何实现单纵模半导体激光器（SLM-LD）？
•信号调制格式有哪些？
•LED和LD的优缺点比较？（见光发射机PDF205+213页）
第四章
1．探测器要求：（高响应度，高响应带宽，低噪声光）。

探测器的性能指标：R 与量子效率的关系，量子效率和宽度W的关系（为什么W不能太大：W大，量子效率高；但是光子的穿越时间长，导致调制带宽降低）。

截至波长的定义。

（PDF14页小结看看）
2．光探测器的设计思想（反向偏置），PN、PIN（尽可能的使吸收区占的空间大（原因是漂移速度比扩散速度大的多））、双异质结PIN（合理选取其带隙Eg(i)<hv<Eg(p,n)，可以使得P 层与N层透明，光仅在中间I层吸收）（通常用于光波系统的PIN光电二极管采用InGaAs作为中间层，用InP作为P 层和N层）、APD（原理（注意：碰撞电离是俄歇复合的反过程），见13道中）、SAM-APD、SAGM-APD、SAGCM-APD每一种的特点。

（使用k A <<1的半导体材料）
结合上面的重点考虑以下问题：
+ 描述光电转换效率的量子效率和响应度；
+ 量子效率与吸收区宽度的关系；
+ 吸收截止波长的概念；
+ 吸收区宽度对量子效率和响应带宽的影响；
+ PN光电二极管存在的问题？
+ 双异质结PIN的优势在什么地方？
+ APD 的工作原理？
+ 为什么要发展SAM-APD ，SAGM-APD ，SAGCM-APD ？
3． 光接收机三部分的设计思想：前端、线性通道、判决（会画，带宽
12L T
f R C π∆=，常用跨阻抗前端） 4． 光接收机噪声分析，散粒噪声、热噪声、放大器噪声指数、APD 过剩噪声
5． PIN 和APD 接收机信噪比公式（两种受限条件下分析（噪声等效功率））（最佳APD 增益）PS ：过剩噪声因子x A F M =（x 是过剩噪声指数）。

注意：放大器的噪声指数n F ，不要搞错。

6． 数字光接收机误码率（BER ）分析（和Q 的关系，=6，=7即可），灵敏度（rec P ）求解（两种受限条件下分析），数字光接收机的极限灵敏度分析（1exp()2
p BER N η=-）（PS ：类型参考作业第13题） 7． 功率代价的来源（知道三种即可）
灵敏度这部分肯定有一道计算题，好好理理。

可以参考PDF109，131页。