湖南文理学院光纤通信复习大纲

第一章

1 光纤通信系统的分类：

按传输信号的类型分：数字光纤通信系统和模拟光纤通信系统。 按信号调制方式分：光强度直接调制直接检波光纤通信系统和间接调制（外差光纤通信系统） 按光纤的传输特性分：多模光纤系统和单模光纤通信系统 按使用波长分：短波长、长波长、超长波长

2光纤通信系统的基本组成：光发射机、光纤线路、光接收机 光发射机：把输入的电信号转换成为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。它的核心器件是光源（LD 或LED ）。

光纤线路：用于传输光信号。由光纤、光纤接头、光纤连接器组成。 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，并经放大和处理后恢复成发射前的电信号。它的核心器件是光检测器（PIN 或APD ）。

3 光纤通信使用的频段范围：近红外光(波长为0.8-1.8um),频带宽度为200THz.主要使用850nm 1310nm 1550nm 三个窗口. 第二章 光纤和光缆

1光纤结构 纤芯、包层、涂敷层.纤芯的折射率略高于包层的折射率. 涂敷层的折射率高于包层.

2光纤的种类：单模光纤、多模光纤（阶跃和渐变） 单模光纤、阶跃折射率和梯度折射率光纤的比较 1)芯径: 单模光纤在10um 以下,多模光纤在几十um 2)损耗: 单模光纤0.3dB 左右 多模光纤4dB 左右

3)色散: 多模光纤色散大,主要是模间色散起作用. 阶跃折射率光纤的色散梯度折射率光纤比大单模光纤色散没有模间色散,主要是模内色散和偏振模色散.色散较小.

4)带宽: 单模光纤的带宽比多模光纤的带宽大.多模梯度折射率光纤的带宽比多模阶跃折射率光纤大.

3

4阶跃光纤的数值孔径的物理意义及公式

光纤的数值孔径与纤芯与包层直径无关，只与两者的相对折射率差有关。若纤芯和包层的折射率差越大，NA 值就越大，即光纤的集光能力就越强。

5

阶跃光纤中传光的电磁波模式总数：M=V ²/2 渐变型光纤中传光的电磁波模式总数：M=V ²/4

6 模式传输的条件：V>Vc 或者是λ>λc 模式截止的条件：V

7

LP01 矢量模HE11）

8有以下三大类损耗: 1)吸收损耗

● 由于光纤材料本身吸收光能量产生的。主要存在红外波段的分子振动吸收

和紫外波段的电子跃迁吸收。红外吸收对长波长有影响，紫外吸收对短波长有影响。

● 杂质吸收损耗:主要是由于光纤中含有的各种过渡金属离子和氢氧根

（OH-）离子在光的激励下产生振动，吸收光能量造成。 （OH-）离子的吸收对光通信的长波长影响比较大（主要在1.38um)。 2)

散射损耗

● 瑞利散射损耗:是由于光纤材料折射率分布小尺寸的随即不均匀性所引起

的本征损耗。瑞利散射损耗与波长的四次方成反比，即波长越短，损耗越大。因此对短波长窗口影响较大。

● 非线性散射损耗:是当光强度大到一定程度时，产生非线性喇曼散射和布里

渊散射，使输入光信号的能量部分转移到新的频率成分上而形成损耗。因此非线性散射损耗是随广播频率变化的。在常规光纤中由于半导体激光器发送光功率较小，该损耗可忽略。但在DWDM 系统中，由于总功率很大，就必须考虑其影响。

● 波导效应散射损耗:是由于光纤波导结构缺陷引起的损耗，与波长无关。光

纤波导结构缺陷主要由熔炼和拉丝工艺不完善造成。 3)

其他损耗

连接损耗是由于进行光纤接续是端面不平整或光纤位置未对准等原因造成接头处出现损耗。其大小与连接使用的工具和操作者技能有密切关系。 弯曲损耗是由于光纤中部分传导模在弯曲部位成为辐射模而形成的损耗。它与弯曲半径成指数关系，弯曲半径越大，弯曲损耗越小。 微弯损耗是由于成缆时产生不均匀的侧压力，导致纤芯与包层的界面出现局部凹凸引起。

9、光纤波导中有哪些色散，产生的原因， 1) 模间色散

即使在同一频率的光，不同的模式群速率不一样，也产生色散。它主要取决于光纤的折射率分布。

模间色散主要存于多模光纤中。 2)

模内色散 材料色散：纤芯的材料的折射率随波长的变化导致色散。折射率随波长的变化,使不同波长的群速度不同，造成时延差,发生脉冲展宽。在1.27um 处最小

波导色散：原因是由于光纤中只有80%的光功率在纤芯中传播，20%在包

0

层中传播，如果包层中传播速率大于纤芯，就出现色散。波导色散的大小取决于光纤的设计

3)

偏振模色散:光场的两个分量在变形的纤芯中以不同的速度传输产生色散.只存在于单模光纤中.

10、色散的表示方式：时延差 11、光缆的结构

光缆一般由缆芯、加强元件和护层三部分组成。

光缆结构分类：层绞式、骨架式、中心管束、带状

12、G .652 G .653 G .655光纤的性能指标及应用（见书P53）

第三章

1、 半导体光源的种类有： LD 、 LED

2、激光二极管LD 特性曲线。

LD 的特性曲线

3、受激幅射、受激吸收、受激发射。

自发辐射——无外界激励而高能级电子自发跃迁到低能级，同时释放出光子。

受激辐射——高能级电子受到外来光作用，被迫跃迁到低能级，同时释放出光子，且产生的新光子与外来激励光子同频同方向，为相干光。

受激吸收——低能级电子在外来光作用下吸收光能量而跃迁到高能级。

4、发射激光的必要条件：

粒子数反转分布（激活物质） 光反馈(光学谐振腔)

激励源 （激光振荡的阈值条件 阈值电流随着温度的升高和使用的老化而升高）

5、光源材料与发射波长的关系

光源材料带隙的大小决定着光源发射光波的波长

10

987

6

54

3

21

020406080

工作电流I / mA 单面输出功率P / m W

3.53.02.52.0

1.5

1.00.5

0050100150I th 工作电流I / mA

输出功率P / m W

(a)(b)1.240

()()

g g hc E h m E eV νλλμ==

=