光纤通信重点
光纤通信系统与应用(胡庆)复习总结
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 1.625μm2、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：P11G.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。
光纤通信考试重点
1.光纤结构：自内向外为：纤芯（芯层）→包层→涂覆层（被覆层）核心部分为纤芯和包层，二者共同构成介质光波导，实现光的传输，涂覆层提供机械保护2.光纤通信系统构成：光发送机，通信信道，光接收机3.光纤通信系统优点：①传输频带宽、通信容量大②传输损耗小③抗电磁干扰能力强。
④线径细、重量轻。
⑤资源丰富4.光纤分类：(1)按照折射率分布来分：①阶跃型光纤: 纤芯折和包层射率（指数）沿半径方向保持一定，在边界处呈阶梯型变化的光纤；②渐变型光纤：纤芯折射率沿着半径加大而逐渐减小，而包层折射率是均匀的。
(2)按照传输模式的多少来分:①单模光纤: 只传输单一模式, 纤芯直径较小，约为4 ~10 mm，纤芯中折射率的分布认为是均匀分布的。
由于单模光纤只传输基模，从而完全避免了模式色散，使传输带宽大大加宽。
适用于大容量、长距离的光纤通信。
主要是材料色散和波导色散。
②多模光纤: 在一定的工作波长下，可以传输多模光纤的介质波导，纤芯可以采用阶跃折射率分布，也可以采用渐变折射率分布，多模光纤的纤芯直径约为50 mm，由于模色散的存在使多模光纤的带宽变窄，但其制造、耦合、连接都比单模光纤容易。
主要是模式色散。
(3)按光纤的材料来分:①石英系光纤: 损耗低，强度和可靠性较高；②石英芯、塑料包层光纤；③多成分玻璃纤维；④塑料光纤。
5.损耗：色散导致光脉冲展宽，损耗是光信号能量损失，两者限制着光通信的传输速率和传输距离。
(1)吸收损耗:光波通过光纤材料时，有一部分光能变成热能，从而造成光功率的损失。
造成原因有很多，但都与光材料有关，有本征吸收和杂质吸收(2)散射损耗：由于光纤的材料、形状、折射指数分布等的缺陷或不均匀，使光纤中传导的光散射而产生的损耗称为散射损耗。
散射损耗包括线性散射损耗和非线形散射损耗。
线性损耗主要包括：瑞利散射和材料不均匀引起的散射;非线性散射主要包括：受激喇曼散射和受激布理渊散射等6.色散：信号在光纤中是由不同的频率成分和不同模式成分携带的，这些不同的频率成分和模式成分有不同的传播速度，从而引起色散。
光纤通信技术现状及研究热点分析
02
光纤通信技术现状
光纤通信技术的分类及应用
按传输模式分类
单模光纤通信技术和多模光纤通信技术。单模光纤通信技术以单一模式传输 信号，具有传输距离远、带宽大等优点；多模光纤通信技术以多个模式同时 传输信号，适用于短距离通信和局域网。
按纤芯材料分类
石英光纤通信技术和掺铒光纤通信技术。石英光纤通信技术以石英作为纤芯 材料，具有损耗低、带宽大等优点；掺铒光纤通信技术则以掺铒玻璃或石英 作为纤芯材料，可实现长距离传输。
全光网络及光互联网的研究与发展
全光网络
全光网络是指在整个传输过程中，所有的信号都以光的形式进行传输，不再 需要经过任何电处理。全光网络具有高速度、大容量、低损耗、抗干扰等优 点，是未来光通信网络的重要研究方向。
光互联网
光互联网是将互联网技术与光通信技术相结合的一种新型网络，可以实现高 速、高效、可靠的数据传输和信息交流。光互联网不仅可以提高通信速度， 还可以降低成本，提高网络的可靠性和安全性。
光纤通信技术在未来物联网中的应用前景
物联网的定义和发展
物联网是将物理世界的各种“事物”与互联网连接起 来，通过智能设备与传感器等收集数据，再通过硬软 件系统进行数据分析处理，来实现智能化决策和控制 的一种网络。
光纤通信技术在物联网中的
应用
由于物联网需要连接大量的设备，因此需要高可靠性 、高速度、大容量的数据传输。光纤通信技术由于其 高速、宽带、远距离传输和抗干扰等优点，成为物联 网中重要的传输解决方案。如利用波分复用技术实现 多路复用和高速传输，利用光纤放大器提高传输距离 等。此外，光纤传感技术也广泛应用于物联网中，可 以实现高灵敏度、高精度、远距离的传感测量。
04
光纤通信技术的未来展望
通信工程的重点、难点分析
通信工程的重点、难点分析
介绍
通信工程是关于传输、交换和处理信息的学科。
它涉及到广泛
的技术和知识领域，因此在研究和实践过程中会遇到一些重点和难点。
重点分析
以下是通信工程中的一些重点领域：
1. 光纤通信
光纤通信是目前最常用的高速传输技术之一。
了解光纤的原理、结构和工作方式是通信工程中的重点。
2. 无线通信
无线通信涉及到无线电波和频谱的使用，包括蜂窝网络、卫星
通信等。
理解无线通信的基本原理和技术是通信工程中的关键。
3. 信号处理
信号处理是对传输的信号进行处理和优化的过程。
了解信号处理的基本概念和算法是通信工程中的重要内容。
难点分析
以下是通信工程中的一些难点：
1. 噪声和干扰
通信过程中常常会遭受各种类型的噪声和干扰，如信道噪声、多径干扰等。
了解如何减小噪声和干扰对通信质量的影响是通信工程中的难点之一。
2. 编码与解码
编码与解码是将信息转换为信号以进行传输的过程。
了解不同的编码和解码技术，并能正确选择和应用它们，是通信工程中的挑战。
3. 系统设计与优化
通信系统的设计和优化需要综合考虑多个因素，如可用频段、功耗、容量等。
在实践中，如何有效地设计和优化通信系统是一个复杂的问题。
结论
通信工程涉及到多个重点领域和难点问题。
通过深入学习和实践，我们可以提高在通信工程领域的能力和技术水平。
光纤通信原理与技术课程教学大纲
《光纤通信原理与技术》课程教学大纲英文名称:Fiber Communication Principle and its Application学时:51 学分：3开课学期：第7学期一、课程性质与任务通过讲授光纤通信技术的基础知识,使学生了解掌握光纤通信的基本特点，学习光纤通信系统的三个重要组成部分：光源（光发射机）、光纤（光缆）和光检测器（光接收机)。
通过本课程的学习，学生将掌握光纤通信的基本原理、光纤通信系统的组成和系统设计的基本方法,了解光纤通信的未来与发展，为今后的工程应用和研究生阶段的学习打下基础。
二、课程教学的基本要求要求通过课堂认真听讲和实验课,以及课下自学，基本掌握光纤通信的基础理论知识和应用概况，熟悉光纤通信在电信、通信中的应用，为今后的工作打下坚实的理论基础。
三、课程内容第一章光通信发展史及其优点（1学时）第二章光纤的传输特性（2学时）第三章影响光纤传输特性的一些物理因素（5学时）第四章光纤通信系统和网络中的光无源器件(9学时）第五章光纤通信技术中的光有源器件（3学时)第六章光纤通信技术中使用的光放大器（4学时）第七章光纤传输系统（4学时)第八章光纤网络介绍（6学时）第九章光纤通信原理与技术实验(17课时)四、教学重点、难点本课程的教学重点是光电信息技术物理基础、电光信息转换、光电信息转换，光电信息技术应用,光电新产品开发举例。
本课程的教学难点是光电信息技术物理基础。
五、教学时数分配教学时数51学时，其中理论讲授34学时，实践教学17学时。
（教学时数具体见附表1和实践教学具体安排见附表2）六、教学方式理论授课以多媒体和模型教学为主，必要时开展演示性实验。
七、本课程与其它课程的关系1。
本课程必要的先修课程《光学》、《电动力学》、《量子力学》等课程2。
本课程的后续课程《激光技术》和《光纤通信原理实验》以及就业实习。
八、考核方式考核方式：考查具体有三种。
根据大多数学生学习情况和学生兴趣而定其中一种.第一种是采用期末考试与平时成绩相结合的方式进行综合评定.对于理论和常识部分采用闭卷考试，期末考试成绩占总成绩的55％，实验成绩占总成绩的30%，作业成绩及平时考勤占总成绩的15％；第二种是采用课程设计（含市场调查报告)和平时成绩相结合的方式，课程设计占总成绩的55%,实验成绩占总成绩的30％,作业成绩及平时考勤占总成绩的15％。
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。
光纤通信原理-(全套)课件
1.2 光纤通信的主要特性
1.2.1 光纤通信的优点
1. 光纤的容量大
光纤通信是以光纤为传输媒介，光波为载 波的通信系统，其载波—光波具有很高的 频率(约1014Hz)，因此光纤具有很大的通信 容量。
2. 损耗低、中继距离长
目前，实用的光纤通信系统使用的光 纤多为石英光纤，此类光纤在1.55μm波长 区的损耗可低到0.18dB/km，比已知的其他 通信线路的损耗都低得多，因此，由其组 成的光纤通信系统的中继距离也较其它介 质构成的系统长得多。
光纤通信原理
1
第一章 概 述
1.1 光纤通信的发展与现状 1.2 光纤通信的主要特性 1.3 光纤通信系统的组成和分类
1.1 光纤通信的发展与现状
1.1.1 早期的光通信
到了1880年，贝尔发明了第一个光电 话，这一大胆的尝试，可以说是现代光通 信的开端。
在这里，将弧光灯的恒定光束投射在 话筒的音膜上，随声音的振动而得到强弱 变化的反射光束，这个过程就是调制。
式中：R、T都是复数，包括大小及相
位。其模值分别表示反射波、传递波与入
射波幅度的大小之比；2Ф1、2Ф2是R和T的
相角，分别表示在介质分界面上反射波、 传递波比入射波超前的相位。
3. 平面波的全反射
全反射是一种重要的物理现象，当光 波从光密介质射入光疏介质，且入射角大 于临界角时才能产生全反射，即全反射必
1. 子午射线在阶跃型光纤中的传播
阶跃型光纤是由半径为a、折射率为常 数n 1的纤芯和折射率为常数n2的包层组 成，并且n1>n2，如图2.6所示。
图2.6 光线在阶跃型光纤中的传播
2. 子午射线在渐变型光纤中的传播
渐变型光纤与阶跃型光纤的区别在于 其纤芯的折射率不是常数，而是随半径的 增加而递减直到等于包层的折射率。
光纤通信-PowerPointPresentation
主要内容 ●光纤通信的发展史与趋势 ●电磁波的波谱 ●光纤通信系统基本组成 ●光纤通信的特点
教学重点 ●了解光纤通信的发展史 ●理解光在电磁波谱中的位置 ●掌握光纤通信所用光-波的波长范围 ●光纤通信的特点及光纤通信系统的组
成。
1
光纤通信是以光纤为传输媒质,以光信号为信息载体 的通信方式.
光 接 收 机
电 接 收 机
信 息 宿
电信号 光信号 光信号 电信号
输入
输出
输入
输出
6
光发送机
组成------ 半导体光源(核心)、驱动器和调制器。 功能----- 将待发送的电信号进行电/光转换,并将转换
出的光信号最大限度的注入光纤中进行传输。
7
光纤线路
功能：是把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变 (失真)和衰减传输到光接收机
2
光纤通信的发展史
1880年，美国科学家贝尔发明光电话 。光通信开始起源发展。 1960年,美国人梅曼发明第一台红宝石激光器 。 1966年，英籍华人高锟指出：如果能够减少玻璃中的杂质含量，就可以
制造出损耗低于20dB/km的光纤。 1970年是使光纤通信发展出现跨越的一年，美国康宁公司研制出了损耗
组成------ 光电检测器(核心)、放大器和相关电路 功能------ 将光纤传来的光信号进行光/电转换,并对
转换出的电信号进行放大和恢复.
9
光中继器
功能——将经过一段光纤线路传输后产生了失真的 光信号进行放大及再生后送入下一段光纤中传送从而 可延长光信号传输距离。
10
光纤通信的特点
• 传输衰减小，传输距离长。 • 传输频带宽，通信容量大。 • 抗电磁干扰，传输质量好。 • 体积小、重量轻、便于施工。 • 原材料丰富，节约有色金属，有利于环保。 • 易碎不易接续。
《光纤通信》的复习要点
《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。
《光纤通信技术》课程教学大纲、教案、课程日历
《光纤通信技术》课程教学大纲、教案、课程日历第一章：光纤通信概述1.1 光纤通信的定义和发展历程1.2 光纤通信的优势和局限性1.3 光纤通信的应用领域1.4 光纤通信的发展趋势第二章：光纤的基础知识2.1 光纤的组成和结构2.2 光纤的种类和特性2.3 光纤的传输原理2.4 光纤的耦合和衰减第三章：光纤通信系统的组成3.1 光源和光发射器3.2 光接收器和解调器3.3 光放大器和光纤放大器3.4 光波分复用器和光开关第四章：光纤通信系统的性能评估4.1 系统性能指标4.2 信道容量和误码率4.3 系统噪声和损耗4.4 系统优化和升级第五章：光纤通信技术的应用5.1 光纤通信在通信领域的应用5.2 光纤通信在数据传输中的应用5.3 光纤通信在有线电视中的应用5.4 光纤通信在互联网和数据中心中的应用第六章：光纤通信系统的传输技术6.1 直接序列扩频传输技术6.2 频率分割复用传输技术6.3 时间分割复用传输技术6.4 波长分割复用传输技术第七章：光纤通信系统的网络架构7.1 点对点光纤通信网络7.2 星型光纤通信网络7.3 环型光纤通信网络7.4 光纤通信网络的规划和设计第八章：光纤通信系统的保护与恢复8.1 光纤通信系统的保护技术8.2 光纤通信系统的恢复技术8.3 故障检测与定位技术8.4 系统冗余设计第九章：光纤通信技术的最新进展9.1 光量子通信技术9.2 光纤激光器技术9.3 光纤传感器技术9.4 光纤通信技术的未来发展趋势第十章：实验与实践10.1 光纤通信系统的基本实验10.2 光纤通信系统的性能测试与评估10.3 光纤通信网络的搭建与维护10.4 实际案例分析与讨论第十一章：光纤通信系统的维护与管理11.1 光纤通信设备的维护与管理11.2 光纤通信网络的监测与维护11.3 光纤通信系统的安全与保护11.4 光纤通信技术的标准化与规范第十二章：光纤通信技术在特定领域的应用12.1 光纤通信在军事通信领域的应用12.2 光纤通信在航空航天领域的应用12.3 光纤通信在海洋探测领域的应用12.4 光纤通信在医疗健康领域的应用第十三章：光纤通信技术的国际化发展13.1 国际光纤通信技术的标准与协议13.2 跨国光纤通信网络的构建与运营13.3 国际合作与竞争在光纤通信领域的影响13.4 光纤通信技术在全球范围内的普及与发展第十四章：光纤通信技术的创新与研发14.1 新型光纤材料与技术的研发14.2 光纤通信设备的创新设计14.3 光纤通信系统的智能化与自动化14.4 光纤通信技术在未来的挑战与机遇第十五章：课程总结与展望15.1 光纤通信技术课程回顾15.2 光纤通信技术的关键问题和挑战15.3 光纤通信技术的未来发展趋势15.4 学生实践和研究的方向与建议重点和难点解析本文档详细介绍了《光纤通信技术》课程的教学大纲、教案和课程日历，涵盖了光纤通信的概述、基础知识、系统组成、性能评估、应用领域、传输技术、网络架构、保护与恢复、最新进展、实验与实践、维护与管理、特定领域应用、国际化发展、创新与研发以及课程总结与展望等十五个章节。
光纤通信技术：SDH技术
5.3.1 基本复用映射结构
（2）虚容器（VC） 虚容器是用来支持SDH通道层连接的信息结构，由信息净负荷 （容器的输出）和通道开销（POH）组成，即
VC−n=C−n+VC−n POH
VC可分成低阶VC和高阶VC两类。 TU前的VC为低阶VC，有VC-11、VC-12、VC-2和VC-3（我国有 VC-12和VC-3）； AU前的VC为高阶VC，有VC-4和VC-3（我国有VC-4）。 用于维护和管理这些VC的开销称为通道开销（POH）。 管理低阶VC的通道开销称为低阶通道开销（LPOH）。 管理高阶VC的通道开销称为高阶通道开销（HPOH）。
效地传送所必须附加的字节，主要用于网络的OAM功能。 段开销分为再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH）。
（2）信息净负荷（Payload）区域 信息净负荷区域主要用于存放各种业务信息比特，也存放了少 量可用于通道性能监视、管理和控制的通道开销（POH）字节。 （3）管理单元指针区域 管理单元指针（AU-PTR）是一种指示符，其作用是用来指示
（4）支路单元组（TUG） 支路单元组是由一个或多个在高阶VC净负荷中占据固定的、确 定位置的支路单元组成。有TUG-3和TUG-2两种支路单元组。
1×TUC-2=3×TU-12 1×TUG-3=7×TUG-2=21×TU-12 1×VC-4=3×TUG-3=63×TU-1224源自5.3.1 基本复用映射结构
注：SDH最为核心的三个特点是同步复用、强大的网络管理能 力和统一的光接口及复用标准。
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5.2 SDH的速率与帧结构
4．SDH应用的若干问题
（1）频带利用率低：频带利用率不如传统的PDH系统高。 （2）抖动性能劣化：引入了指针调整技术，使抖动性能劣化。 （3）软件权限过大：给安全带来隐患。须进行强的安全管理。 （4）定时信息传送困难：分插、重选路由及指针调整所致。 （5）IP业务对SDH传送网结构的影响。
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光纤类型三种基本类型图突变型多模光纤：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;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 μm,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;光纤传输原理 展宽 衰减的原因 1）突变型多模光纤2）数值孔径：定义临界角θc 的正弦为数值孔径NANA 表示光纤接收和传输光的能力,NA 或θc 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θc 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: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; 3）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; 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V<时,只有HE11LP01一个模式存在,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可以看到,对于给定的光纤n1、n2和a 确定,存在一个临界波长λc,当λ<λc 时,是多模传输,当λ>λc 时,是单模传输,这个临界波长λc 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 Ψr=Aexp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βx-βy 定义为双折射Δβ, 通常用归一化双折射β来表示∆≈-=212212n n n NA ∆≈==∆cL n NA c n L c n L c 12121)(22θτ405.222221≤-n n a λπ])([2w r -ββββββ)(y x -=∆=式中, =βx+βy/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2π的光纤长度定义为拍长Lb= 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;☆☆☆☆☆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;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 表示;α是损耗系数;吸收损耗：由SiO 2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α与波长λ的关系可以表示为： α= +B+CW λ+IR λ+UV λA 为瑞利散射系数,B 为结构缺陷散射产生的损耗,CW λ、IR λ和UV λ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 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ββ∆2apdz dp -=4λA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;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~ μm 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FP 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-E1=hf 12,其中 h=×10-34J ·s,为普朗克常数,f 12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E2E2>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)12(exp 12kTE E N N --=k=10-23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;当光通过这种物质时,光强按指数衰减, 这种物质称为吸收物质；正常状态N2>N1,即受激辐射大于受激吸收,当光通过这种物质时,会产生放大作用,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；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；EgEg24.1hc ==λ不同半导体材料有不同的禁带宽度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ηd 随温度升高而减小;温度升高时,I th 增大,ηd 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,可以表示为)ex p(00th T T I I =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 发光二极管 对应的看看就可以发光二极管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; 光检测器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； 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;分为：T 型耦合器.星型耦合器.定向耦合器.波分复用器/解复用器光隔离器：非互易器件,只允许光波向一个方向上传输,阻止光波往其他方向特别是反方向传播;环形器：有多个接口的光隔离器；外调制器：为了解决直接调制激光器会产生线性调频的问题；光开关：转换电路,实现光交换;光发射机光发射机基本组成相应的模块对光源有什么要求、电路的作用☆☆对光源的要求：简单题1号嫌疑犯1发射的光波长应和光纤低损耗“窗口”一致,即中心波长应在μm、μm和μm附近;光谱单色性要好,即谱线宽度要窄,以减小光纤色散对带宽的限制;2电/光转换效率要高,即要求在足够低的驱动电流下,有足够大而稳定的输出光功率,且线性良好;发射光束的方向性要好,即远场的辐射角要小,以利于提高光源与光纤之间的耦合效率;3允许的调制速率要高或响应速度要快,以满足系统的大传输容量的要求;4器件应能在常温下以连续波方式工作,要求温度稳定性好,可靠性高,寿命长;5此外,要求器件体积小,重量轻,安装使用方便,价格便宜;发射机的电路部分：作用：电路的设计应该以光源为依据,使输出光信号准确反映输入电信号；对调制电路和控制电路的要求：1)输出光脉冲的通断比应大于10,以保证足够的光接收信噪比;2)输出光脉冲的宽度应远大于电光延迟时间,光脉冲的上升时间、下降时间和开通延迟时间应足够短,以便在高速率调制下,输出的光脉冲能准确再现输入电脉冲的波形.3)对激光器应施加足够的偏置电流,以便抑制在较高速率调制下可能出现的张弛振荡,保证发射机正常工作;4)应采用自动功率控制APC和自动温度控制ATC,以保证输出光功率有足够的稳定性; 线路编码电路必要的原因：因为电端机输出的数字信号是适合电缆传输的双极性码,而光源不能发射负脉冲;调制特性效应小知识码型效应：当电光延迟时间td与数字调制的码元持续时间T/2为相同数量级时,会使“0”码过后的第一个“1码的脉冲宽度变窄,幅度减小,严重时可能使单个“１”码丢失,这种现象称为“码型效应”；码型效应的特点：在脉冲序列中较长的连“0”码后出现的“1”码,其脉冲明显变小,而且连“0”码数目越多,调制速率越高,这种效应越明显;可以采用“过调制”补偿方法,消除码型效应；弛张震荡：当电流脉冲注入激光器后,输出光脉冲会出现幅度逐渐衰减的震荡; 自脉动现象：某些激光器在脉冲调制甚至直流驱动下,当注入电流达到某个范围时,输出光脉冲出现持续等幅的高频振荡,这种现象叫做自脉动现象；温度对激光器输出光功率的影响主要通过阈值电流I th 和外微分量子效率ηd 产生温度升高,阈值电流增加,外微分量子效率减小,输出光脉冲幅度下降； 光接收机 ☆☆☆☆☆☆器流对光检测器的要求：1）波长相应要和光纤低损耗窗口μm,μm 和μm 兼容；2）响应度要高,在一定的接收光功率下,能产生尽可能大的光电流； 3）噪声要尽可能低,能接收微弱光信号,； 4）性能稳定,可靠性高,寿命长,功耗和体积小; 均衡的目的是：对经光纤传输、光/电转换和放大后已产生畸变的电信号进行补偿,使输出信号的波形适合于判决,以消除码间干扰减小误码率;灵敏度的定义：在保证通信质量的条件下,光接收机所需的最小平均接收光功率P min ,并以dBm 为单位;计算公式：定义公式：Pr=10lg 理想光接收机灵敏度：Pr=10lg)](10)min([3dBm w P -><λη2bnhcf基本概念：因为量子噪声是伴随光信号的随机噪声,只要有光信号输入,就有量子噪声存在； 光接收机的噪声包括光检测器的噪声量子噪声、暗电流噪声、APD 附加噪声、电阻热噪声和前置放大器的噪声; 线路编码有什么要求数字光纤通信系统对线路骂醒的主要要求是保证传输的透明性,具体要求是： 1）能限制信号带宽,减小功率谱中的高低频分量; 2）能给光接收机提供足够的定时信息;3）能提供一定的冗余度,用于平衡码流、误码监测和公务通信;但对高速光纤通信系统,应尽量减小冗余度,以免占用过大的带宽;常用的线路码型为：扰码、mBnB 码和插入码; 第四章 数字光纤通信同步数字系列SDH 帧结构 作用因素 图 简答题2号嫌疑犯字节发送顺序：由上往下发 每行先左后右1）段开销SOH 又可分为再生段开销SOH 和复接段开销LOH 2）信息载荷Payload 3）管理指针单元AU-PTRSDH 环形网的一个突出优点是“自愈”能力; 系统的性能指标 小知识点 掌握为进行系统性能研究,ITU-T 建议中提出了一个数字传输参考模型,称为假设参考连接HRX ；假设参考数字链路HRDL数字光纤通信系统的主要性能指标有：传输速率,误码率,抖动和可靠性 系统的设计往年有计算,今年没有,但有小知识点12345…9顺序数字光纤通信系统设计的主要任务是确定中继距离,一般采用最坏情况设计法来确定中继距离;在光纤传输中,中继距离不但受到光纤损耗限制,而且还受到光纤色散的限制;第七、八章讲过的一些小知识点,你大爷,哪些讲过,臣妾不知道哇1参饵光纤放大器工作波长正好与光纤的最佳波长一致,增益高、噪声系数小、频带宽,在光纤通信系统中可以作为中继放大器,前置放大器和后置放大器;2光波分复用增加了光纤的传输容量,降低了成本；3光交换目前主要有两种方式：空分交换和波分交换4目前光通信系统采用光强调制——直接检测的方式；5相干光通信在接收端采用零差检测或外差检测;6SDH技术的最大优势在于组网上,它的传送网通常采用线形、星形、树形、环形和网孔形拓扑结构;7SDH的特色之一是能利用ADM构成环形自愈网,自愈网结构分为两类：通道倒换环和复用段倒换环;8建议将光传送网分为光通道层OCH、光复用段层OMS和光传输层OTS;9WDM光网络的结点主要有两种功能,即光波长信道的分插复用功能和交叉连接功能,实现这两种功能的网络元件是：OADM和OXC;。
光纤通信复习重点
光纤通信复习重点《光纤通信》课程复习提纲2012.61.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。
基本光纤接收发射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 知识要点 考试重点
1.LPmn：表示线极化波在弱波导光纤中的模式，LPmn是标量模。
m：该模式的场分量沿光纤圆周方向的最大值有几对。
n：该模式的场分量沿光纤直径方向的最大值有几对。
2.色散定义：光纤中传送的信号是由不同的频率成分和不同的模式成分构成的，它们有不同的传播速度，将会引起脉冲波形的形状发生变化。
也可以从波形在时间上展宽的角度理解，就是光脉冲在光纤中传输，随着传输距离的加大，脉冲波形在时间上发生了展宽。
分类①模式色散②色度色散⑴材料⑵波导③偏振膜色散3.单模光纤：G.652—G.657①非色散位移单模光纤（G.652）准单模光纤SMF性能特点：在1310nm波长零色散；1550nm衰减系数最小，为0.17~0.25，典型值0.20 dB/km，但色系数最大，一般为17~20ps/nm×km。
②色散位移单模光纤（G.653）DSF⑴性能特点：通过改变结构参数、折射率分布形状加大波导色散，将1310nm附近零色散点移到1550nm，使低损耗和零色散窗口重合。
⑵应用：长距离高速率的单信道通信系统。
WDM一般不适用。
③截止波长位移单模光纤（G.654）⑴性能特点：1310nm附近零色散，截止波长移至较长波长。
光纤在1550nm损耗极小，最佳工作范围在1500~1600nm。
抗弯曲性好。
⑵应用：无中继海底光纤通信系统。
④非零色散位移单模光纤（G.655）⑴性能特点：通过改变折射率，使光纤在1550nm色散不为零。
且在1530~1565nm波段具有小色散，为1~6ps/nm×km。
⑵应用适应波分复用（WDM）传输系统设计和制造新型光纤。
4.双折射①理论上单模光纤中只传输一个基模，但实际上，在单模光纤中有两个模式，即横向电场沿x方向极化和沿y方向极化的两个模式。
它们的极化方向互相垂直，这两种模式分别表示为LP x01和LP y01。
在理想的轴对称的光纤中，这两个模式有相同的传输相位常数β，它们是相互简并的。
光纤通信的简介
现代通信技术辅导6第六章光纤通信一、知识点∙光纤通信概述。
∙光纤与光缆。
∙光纤通信系统。
二、重点难点内容（一）光纤通信概述本节介绍光纤通信的概念、发展、实用工作窗日以及光纤通信的特点。
光纤即为光导纤维的简称。
光纤通信是以光纤为传输媒质，以光信号为信息载体的通信方式。
1. 光纤通信的发展史1966年，英籍华人高馄指出：如果能够减少玻璃中的杂质含量，就可以制造出损耗低于20dB/km 的光纤。
1970 年是使光纤通信发展出现跨越的一年，美国康宁公司研制出了损耗系数为20dB / km的光纤。
同年，美贝尔公司研制出使用寿命长达几小时的半导体激光器，光纤通信从此进入飞速发展。
通过以上的发展时期可以把光纤通信的发展归纳为三个阶段：1966～1976年：从基础研究到商业应用的开发时期；1976～1986 年：以提高传输速率和增加传输距离为目的和大力推广的发展阶段；1986～1996年：以实现超大容量超长距离为目标，全面深入开展新技术的援救阶段。
2.目前光纤通信的实用工作波长光纤通信传输的信号是光波信号，光波是人们熟悉的电磁波，其波长在微米级，频率为1014Hz ～1015Hz数量级。
根据电磁波潜可知，紫外线、可见光、红外线均属于光波的范畴，μm ～1.8μm。
可分为短波长目前光纤通信使用的波长范围是在近红外区，即波长为0.8μm，长波长波段是指波长为1.31μm和波段和长波长波段，短波长波段是指波长为0.85μm，这是目前光纤通信所采用的只个工作波长，也叫工作窗口。
1.553.光纤通信的特点目前光纤通信己经成为通信中的最主要的传输技术，以下优点。
( l ) 传输频带宽，通信容量大由信氨论知道，载波频率越高，通信容量越大。
它与其他通信传输系统相比，具有目前光纤通信使用的光载波频率在1014Hz ～1015Hz数量级，比常用的微波频率高104倍～105倍，因而，通信容量原则上比微披通信高104倍～105 倍。
( 2 ) 传输衰减小，传输距离长普通传输线的传输损耗，主要是由铜线的电阻以及导线间电容的漏电引起的，要想降低损耗，就得增大传输线的尺寸。
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第一章光纤通信系统概述•光纤通信的三个主要通信窗口的情况；850nm：影响第一代光纤通信的主要因素是多模光纤中的模式色散1330nm：影响第一代光纤通信的主要因素是多模光纤中的模式色散1550nm：限制因素：在1.55μm处的非零色散.•光纤通信的主要特点；1.光波系统的容量远大于电波系统2.光波作为信息载体，提供高速大容量通信：光载波带宽远大于微波带宽3.光纤作为传输介质，提供较小的中继距离：光纤损耗远小于同轴线的损耗4.光纤作为对信号的封闭系统：抗电磁干扰、保密性好5.光纤纤芯细质量极轻，制成设备质量轻体积小6.光纤的缺点，抗拉强度低，光纤连接困难.第二章光纤传输线理论一、主要概念：1、单模光纤、多模光纤；单模光纤是只能传输一种模式的光纤，单模光纤只能传输基模(最低阶模)，不存在模间时延差，具有比多模光纤大得多的带宽，适用于高码速传输多模光纤的定义是：在一定的工作波上，当有多个模式在光纤中传输时，则称为多模光纤2、子午光线、空间光线；子午光线（Meridian Ray）：处在一个平面内（包括光纤轴线的平面，称之为子午面），经过光纤轴线在周围边界间作内部全反射的光线空间光线（Skew Ray）：不交轴光线3、相对折射率差、光纤的数值孔径；相对折射率差：数值孔径：表征一根光纤捕捉光的能力，4、模式色散、材料色散、波导色散；模式色散：同一频率成分由不同模式组成材料色散：一个光信号由不同频率组成，波导色散：同一模式含有不同频率成分5、光纤归一化频率；6、色散位移光纤（DSF）、色散平坦光纤（DFF）、色散补偿光纤（DCF）；色散位移光纤在1.550um处色散系统数接近于零，损耗的统一，克服了单模光纤的不足，是线性传输的首选光纤。
色散补偿光纤法就是用一段在 1.550um处具有负色散系统数的光纤去抵消常规光纤或非零色散位移光线中的正色散系数7、偏振模色散；两个偏振方向的传输常数不同，导致的色散二、主要技术原理及分析：1、单模光纤的基本结构和主要特点。
2、渐变折射率光纤与阶跃折射率光纤相比，为何能够做到色散比较小、时延比较小。
渐变折射率光纤的折射率在纤芯中是连续变化的，适当地选择折射率的分布形式，可以使不同入射角的光线有大致相同的光程，从而大大减小群时延差。
从渐变折射率光纤端面上平行入射的光线具有相同的传输时延，有自聚焦性质，使得色散比较小。
3、有关数值孔径的导出及其物理意义和其相关计算，以及相对折射率差的计算方法。
根据折射定律：若要在纤芯与包层的界面（n1与n2的交界处）发生全反射，需要满足：取n0=1（空气）,并假设n1≈n2关于数值孔径NA的若干结论•数值孔径与光纤几何尺寸无关（与一般光学系统不同之处），只与其纤芯和包层的折射率分布有关。
•数值孔径越大，光纤的集光能力越强•实际分析表明，数值孔径并不是越大越好，这是因为随着光纤入射功率的增大，色散亦将增加。
4、请简述光纤模式色散、材料色散、波导色散各自产生的原因及其主要区别。
模式色散：越小对应的模次越高，则沿z向的传输速度越低。
所以说，不同模式具有不同的群速，引起了色散。
以不同角度入射的光线（不同模式）传过相同距离所需时间不同波导色散是模式本身的色散，材料色散是材料d^2n/dl^2(l为波长)所造成的，而波导色散是因为某一模式的d^2B/ dl^2(B为相角l为波长)所形成的。
5、光纤最大时延差的相关分析和计算。
光纤单位长度最大时延差：6、单模光纤、多模光纤、渐变折射率光纤中光线传播的差异。
7、光纤的LP模分析理论（掌握主要结论，不深入分析过程）、模式截止波长的计算及光纤单模传输条件的相关分析计算。
对称介质平板波导的单模传输条件为此时波导中只存在一个TE0模式。
光纤中的基模是LP01，次低次模是LP11，故能够进行单模传输的条件为8、色散补偿光纤进行色散补偿的基本原理（1）只要把信号通过两段具有相反符号色散的光纤，就可以对光纤进行色散补偿，从而消除GVD对信号的影响。
（2）DCF 就是这样一种与SMF具有相反色散的光纤，一般的SMF的色散参数为-16ps2/km，DCF的色散参数约为SMF的五倍为80ps2/km左右，因此在实际应用中常采用周期间隔等于光放大器间隔的分布式色散补偿，光信号在SMF中每传输一段距离（约50km左右）在经过一段DCF（约10km左右），两种光纤中的色散就可以相互抵消，从而实现对光信号的色散补偿。
9、射线光学和波动光学分析方法的特点射线光学：应用条件，光纤几何尺寸远大于光的波长；特点，简单、直观但是无法精确分析波动光学：结果精确、可建立模式的概念、单模传输的条件但是计算复杂第三章光源与光发送机一、主要概念：1、自发辐射、受激辐射、受激吸收；自发辐射--在没有外界影响的情况下，处于高能级E2上的原子自发向低能级E1跃迁，并释放一个光子的过程受激辐射——在外来光子（能量为hν=E2-E1 ）的作用下，处于高能级E2上的原子向低能级E1跃迁，并释放一个和入射光子完全相同（频率相同，动量相同，相位相同）的光子吸收——在外来光子（能量为hν=E2-E1 ）的作用下，处于低能级E1上的原子向高能级E2跃迁，外来光子的能量被粒子吸收2、粒子数反转分布；对处于热平衡状态的物质施加能量，可以使处于低能级上的原子激发到高能级上，使得体系中高能级的粒子数远大于低能级，即N2>N1，称为粒子数反转分布3、泵浦源；F‐P谐振腔通过对处于热平衡状态的物质施加能量，可以使处于低能级上的原子激发到高能级上，从而实现粒子数反转分布，所需的外界能源称为泵浦源F-P光学谐振腔的基本结构4 、全同光子、微分量子效率；和入射光子完全相同（频率相同，动量相同，相位相同）的光子ηi 称为微分量子效率——阈值点以上，单位时间发射的光子数与注入的电子-空穴对数之比。
微分量子效率与输出特性曲线的斜率成正比。
5 、同质结、异质结、双异质结；同质结：P区和N区是由同种半导体材料经过不同掺杂构成异质结：P区和N区是由不同的半导体材料经掺杂构成双异质结：6 、同型异质结、反型异质结；7 、半导体激光器的张驰振荡、码型效应、电光延迟时间、消光比；张弛振荡——电流脉冲注入激光器后,输出的光功率表现为衰减式的振荡.是激光器内部存在的固有特性。
电光延迟时间td ——从注入电流到有激光输出所需的时间，一般为10-9s量级脉码效应——指激光器在传输一系列脉冲信号时，后一个光脉冲的幅度大于前一个光脉冲的幅度，延迟时间比前一个的小一般要求消光比<10%9、掺铒光纤放大器；EDFA的工作波长窗口为1559nm窗口，与光纤的低损耗窗口，是最具吸引力和最为成熟的光纤放大器。
掺饵光纤是EDFA的核心，它以石英光纤作基础材料，在光纤芯子中掺入一定比例的稀土元素——铒离子（Er3+）,形成掺铒光纤。
二、主要技术原理及分析：1、自发辐射与受激辐射的相同之处和主要区别所在。
自发辐射：所发射的光子不相干，只有频率相同，动量不相同；因此所形成的光为非相干光。
受激辐射：所发射的光子为全同光子；因此所形成的光为相干光；这一过程可用于光放大：2、一般激光器的结构组成及其各部分的主要功能及激光器的工作原理。
结构组成：工作物质（增益介质）、平面反射镜、泵浦源；激光器产生相干光需要满足以下条件•相位匹配条件：1、2两路光的相位差为2π的整数倍，产生相干叠加•阈值条件：光的放大效应> 光的衰减效应3、利用相位平衡条件分析激光器的谐振频率（能够根据所给条件确定特定激光器的纵模分布、纵模间隔等）；能够运用振幅平衡条件分析激光器工作的增益阈值条件。
每一个谐振频率对应腔中的一个振荡模式，称为纵模。
相邻两纵模频率之差为纵模间隔对于一个确定的谐振腔（L,n一定）,纵模间隔Δf 是常数，即各纵模等间隔分布。
称为光学谐振腔的阈值条件4、同质结、异质结半导体激光器，以及二者的主要区别。
5、试说明双异质结激光器阈值电流密度较小的主要原因。
A.P层带隙宽，导带的能态比有源层高，对注入电子形成了势垒，注入到有源层的电子不可能扩散到P层。
同理，注入到有源层的空穴也不可能扩散到N层。
B．有源层的折射率比限制层高，产生的激光被限制在有源区内，因而电/光转换效率很高，输出激光的阈值电流很小。
6、发光二极管（LED）和半导体激光管（LD）的发光机制有何异同。
半导体激光器：利用半导体PN结，注入电子、空穴而发光的原理制作的激光器其核心部分是一个PN结和FP光学谐振腔，能级跃迁发生在导带中的电子和价带中的空穴之间半导体激光器和发光二级管的主要区别在于LD结构上要形成光学谐振腔，它的作用是提供光学正反馈，以便在腔内建立并维持自激振荡，控制输出激光束的特性。
半导体激光器在结构上相当于一个多层介质波导谐振腔，当注入电流大于阈值电流时，辐射光在腔内建立起来的电磁场模式成为激光器的模式。
发光二级管的发发射过程主要是对应光的自发发射过程；而半导体激光器则是一个阈值器件，其工作状态岁注入电流的不同而不同。
当注入电流较小时，自发发射占主导地位。
当注入电流大于阈值电流时，受激辐射占主导地位。
7、稳态电光延迟时间的求解分析，获知延迟时间与阈值电流的关系。
稳态时，设直流预偏置电流密度是j0 , 对应的电子密度为j =j0+jm , jm 为调制信号（脉冲信号）的幅值对应的电流密度，当j0= jth 时，td = 0当直流预偏置=阈值电流时，电光延迟时间等于零。
8、何谓半导体激光器的张驰振荡、码型效应，其危害和消除办法各是什么。
张弛振荡：适当的增大预偏置电流；码型效应：危害，长的连“0”码后，出现“1”码时，脉码效应明显；增加误码率。
消除办法，可以在主电流脉冲的后面加上一个反相脉冲，使残留和积累的多余电子消耗掉。
9、半导体激光器工作时为何要进行直流预偏置。
10、激光器的内调制与外调制的原理有何区别。
内调制（Internal Modulation）——基带信号作为LD的驱动，采用电源调制的方法，一般只能进行光强度调制外调制（External Modulation）——利用介质（某些晶体）的电光效应、磁光效应、声光效应，在光源以外（激光形成后）的光路中，即在激光形成以后加载调制信号，对光进行调制。
11、掺铒光纤放大器的使用方式主要有那几种。
前置放大后置放大分布式放大12、掺铒光纤放大器中存在那几种类型的噪声。
信号的散弹噪声、自发辐射的散弹噪声、信号与自发辐射的差拍噪声（SI-SP）、自发辐射差拍噪声（SP-SP）第四章光检测器与光接收机一、主要概念：1、光检测器的响应度和量子效率；响应度R，定义：Ip 光生电流，Pin 输入光功率，R表征光电转换效率=量子效率η，定义：2、量子噪声、暗电流噪声、倍增噪声；量子噪声：入射光束横截面积内的光子数随机起伏引起光生电子数的起伏暗电流Id，指光电检测器在无光照时产生的电流，Id 的起伏会引起暗电流噪声倍增噪声：信号倍增过程中噪声被放大3、APD 管雪崩增益；PN结内部形成一个高电场区，光生电子（或空穴）经过高场区被加速，从而获得足够的能量，发生碰撞电离，产生的新电子和空穴在高速场继续被加速获得能量经过多次碰撞电离，载流子迅速增加，反向电流迅速增大，形成雪崩倍增效应。