光通信原理 总复习
光通信复习总结
1月6日下午
考试类型
简答计算（带宽信息量）分析（给原理图讲解过程）论述
1.什么是信息，怎样度量。
答：信息是消息中某些有意义的内容的反映，它能触发大脑产生认知性的思维活动。
也可以说，信息是指消息中所包含的有意义的内容信息是实物存在状态和方式的反映。
2.什么是信息通道
答：信道是信号传输的通道狭义而言可以是金属线、光导纤维、大气、水体，广义而言，也可以包括信号经过的所有设备和系统。
3.什么是通信，什么是通信系统
答：通信时指不同单元之间交换和传递消息的活动过程。
通信的本质是传递信息。
通信系统是传递消息所需的一切设备的总和。
根据信道中所传输的信号形式，通信系统可区分为模拟通信系统和数字通信系统。
4.什么是载波
5.什么是调制，调剂技术分为哪几类
6.解调（了解）
7.传输技术有哪几类：并行，串行，同步，异步
8.点对点链路
9.什么是交换，交换有哪4类
10.光开关，光开关技术有哪几类
11.数字系统：取样定理及其推到、香农公式，量化
12.光纤通信：光纤特点，光纤、LD、LED、EDFA、DWDM、基本技术
13.光的有源器件：激光器，LED的特性（看图说明）
14.温度、波长漂移
15.探测器、光源、传输、光开关的分类和工作原理
16.开放题：对传输有哪些方式，个人对4G的看法。
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。
光纤通信原理复习大纲.docx
光纤通信原理复习大纲第一章1.什么叫光纤通信？光纤通信的发展大致分为哪几个阶段？以光为载波，光纤为传输媒介的通信叫光纤通信。
发展分为5个阶段：第一代：从基础研究到商业应用的开发时期（1966~1979）；第二代:提高传输速率和增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期（上世纪80年代早期）；第三代:进一步提高传输速率和增加传输距离的时期（上世纪80年代后期初90年代初）；第四代：以提高传输速率和增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期（上世纪90年代之后）；第五代：以光孤子脉冲为通信载体，以光时分复用技术（OTDM）和波分复用技术（WDM）联合复用为通信手段，以超大容量、超高速率为特征。
2.光纤通信的优缺点是什么？优点：（1）通信容量大：（2）损耗低、中继距离长；（3）抗干扰能力强；（4）传输误码率极低；（5）保密性强；（6）体积小、重量轻；缺点：（1）有些器件比较昂贵；（2）光纤的机械强度差；（3）不能传输电力；（4）光纤断裂后修复比较困难，需要专用工具；3.光纤通信系统有哪些部分组成？简述各部分的作用。
山发射机、接收机、光纤线路组成；发射机又分为光发射机和电发射机；光发射机的作用是：将输入电信号转化为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度的注入到光纤线路。
电发射机的作用是：将信息源输出的基带电信号变换为适合在信道中传输的电信号。
接收机也分为光接收机和电接收机。
光接收机的作用：把光纤线路输出的产生畸变和衰减的微弱光信号还原为电信号；电接收机的作用：放大和完成与电发射机相反的的变换，包括码型反变换和多路分接；光纤线路：把来自于光发射机的光信号，已经可能小的畸变和衰减传输到光接收机。
第一早1.光纤通信为什么向长波长、单模光纤方向发展？由于单模光纤不存在模间色散，带宽大，可用于长途传输；又因为光纤的几何尺寸大小与传输光波长在同一数量级，故光纤通信要向长波长和单模光纤发展。
2.子午光线是才旨始终在包含中心轴线的平面上传播的光线。
光通信复习及(3)幻灯片PPT
A P S P R 2 c N s fL M
其中N为光纤接头数，假设每盘光纤长度为Lf，
则有： N LL f 1
则传输距离为：
LP SP Rf 2 sc L f sM
例，某光接收机的灵敏度为-42dBm,光源为50μw(-13dBm) 的平均光功率耦合进光纤，功率富裕度为6dB,发送机和接收 机的连接器损耗为1dB,光纤损耗（包含接头损耗） αf=3.5dB/km求传输距离。
解
A P S P R ( 1 ) ( 3 4 ) 2 d 9 B
A P SP R2 cN s fLM
2 13 .5L6
得 L=6km
2.数字系统的设计
2）色散系统的上升时间
当光纤损耗很小的时候，色散是限制传输距离的主要因素。 上升时间：系统在阶跃脉冲作用下，从幅值的10%上升到
90% 所需的响应时间。 链路总的脉冲展宽时间tsys：每种因素引起的脉冲展宽时间ti的
输入 P
C
M 端 机
电信号 光信号
光信号 电信号
输光
光
光输
入发 中 接出
接送
继
收接
口机
器
机口
P 输出
C
M 端 机
5.2 数字光纤通信系统组成原理图
用户输入的电信号是模拟信号（如声音、图 像），这些电信号在PCM端机中被转换为数字信
号。 PCM编码过程包括：抽样、量化、编码
图5.3 PCM 编码 过程
平方和的平方根。 tsys N ti212 1
限制数据速率的几个因素： 发送机展宽时间ttx：主要由光源和驱动电路决定； 接收机展宽时间trx：主要由光检测器响应和接收机 前端3dB带宽决定。如果光接收机的3dB电带宽Brx用 兆赫兹表示，则接收机前端的展宽时间可用纳秒表 示为：
光通信复习及课件
粒子数反转分布（必要条件)+激活物质置于光学谐振腔中， 对光的频率和方向进行选择=连续的光放大和激光振荡输出。
基本的光学谐振腔由两个反射率分别为R1和R2的平行反射 (如图3.4所示)，并被称为法布里 - 珀罗(Fabry Perot,
FP)谐振腔。
由于谐振腔内的激活物质具有粒子数反转分布，可以用它产 生的自发辐射光作为入射光。
固体激光器 染料激光器 半导体激光器
1. 受激辐射和粒子数反转分布
有源器件的物理基础是光和物质相互作用的效应p98。
在物质的原子中，存在许多能级，最低能级E1称为基态， 能量比基态大的能级Ei(i=2, 3, 4 …)称为激发态。
电子在低能级E1的基态和高能级E2的激发态之间的跃迁有 三种基本方式：受激吸收、自发辐射、受激辐射 (见图3.1)
f c 2nL
（2）横模：谐振腔在横截面内的电磁场结构
可以用TEMmnq代表谐振腔内的谐振模式，q为纵模 序数，m和n是横模序数决定横截面内场分布的驻波 波节点数。 一般希望工作在基横模状态，即仅有TEM00q起振， 对于一个纵模序数q对应一条谱线；如果有多个横模 可以工作则对于纵模序数q对应的是一组频率差很小 的谱线。p110
积、i 单位频率间隔内的光能量
E2
初态
hf12
E1
E2
终态
E1
(3.1b) 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，这种跃迁称为自发 辐射。自发辐射速率为：
Rsp
dN2 dt
rsp N2
式 中 ， f=c/λ ， f (Hz) 和 λ(μm) 分 别 为 发 射 光 的 频 率 和 波 长 ，
光纤通信 知识点总结
光纤通信知识点总结引言光纤通信是一种通过光纤传输光信号的通信技术，它使用光纤作为传输媒质，通过光的反射、折射和传播来实现信息的传输。
光纤通信具有带宽大、传输速度快、抗干扰性强、安全可靠等优点，因此在现代通信中得到了广泛的应用。
本文将对光纤通信的相关知识点进行总结，包括光纤通信的基本原理、组成结构、传输特点、光纤通信系统的组成和工作原理、光纤通信的发展趋势等内容。
一、光纤通信的基本原理1. 光的特性光波是一种电磁波，具有波粒二象性，既可以表现为波动又可以表现为微粒。
光波的主要特性包括波长、频率、相速度、群速度等。
2. 光纤的基本原理光纤是一种通过光的全反射来传输光信号的一种传输媒质。
它的基本结构是由一根纤维芯和包覆在外的包层组成，通过这样的结构使得光信号可以沿着光纤的传输方向不断进行反射和传播。
二、光纤通信的组成结构1. 光纤的结构光纤由芯和包层构成，芯是由单质或复合材料制成，包层是由低折射率的材料构成，使得光可以在芯和包层的界面上发生全反射。
2. 光纤的连接器连接器是光纤通信中的重要部分，它用于将光纤连接在一起，保证光信号的传输质量。
3. 光纤的光源和接收器光源是产生光波的设备，用于向光纤中输入光信号；接收器是用于接收光纤传输过来的光信号，并将其转换为电信号。
三、光纤通信的传输特点1. 带宽大光纤通信的带宽远远大于传统的铜线通信，可以传输更多的信息。
2. 传输距离远光纤通信的传输距离远远大于铜线通信，可以满足更长距离的通信需求。
3. 传输速度快光纤通信的传输速度远远快于铜线通信，可以实现更快的数据传输。
4. 抗干扰性强光纤通信的信号传输过程中不受电磁干扰，抗干扰性能强。
5. 安全可靠光纤信号传输过程中不会泄露电磁波，安全可靠。
四、光纤通信系统的组成和工作原理1. 光纤通信系统的组成光纤通信系统由光源、光纤、接收器、调制解调器、复用器、解复用器等组成。
2. 光纤通信系统的工作原理光源产生光信号，光信号经过调制解调器进行调制，然后通过光纤进行传输，接收器接收光信号并将其转换为电信号，经过复用器和解复用器将多个信号合并或分解，最终传输到目标设备。
光通信复习及课件 (2)
产生受激辐射和产生受激吸收的物质是不同的。 设在单 位物质中，处于低能级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，
N2 exp( E2 E1 )
(3.2)
N1
kT
式中， k=1.381×10-23J/K，为波尔兹曼常数，T为热力学温度。 由于(E2-E1)>0，T>0，所以在这种状态下，总是N1>N2。 这是 因为电子总是首先占据低能量的轨道。
问题：如何得到粒子数反转分布的状态呢? 这个问题将 在下面加以叙述。
2. PN
在半导体中，由于邻近原子的作用，电子所处的能态扩展成 能级连续分布的能带。能量低的能带称为价带，能量高的能带称 为导带，导带底的能量Ec 和价带顶的能量Ev 之间的能量差EcEv=Eg称为禁带宽度或带隙。电子不可能占据禁带。
增益区的导带主要是电子，价带主要是空穴，结果获得粒 子数反转分布，见图3.3(c)。
在电子和空穴扩散过程中，导带的电子可以跃迁到价带和 空穴复合，产生自发辐射光。
p
Ec
hf hf
p
Ef
p
Ev
内部电场 外加电场
电子，
n
Ec
n
Ef
n
Ev
空穴
3.3.c正向偏压下P - N结能带图 获得粒子数反转分布
3. 激光振荡和光学谐振腔
另一方面，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 流很低，很小的散热体就可以在室温连续工作。
＋
P
(a)
Ga1－ xAlxAs
E
(b)
能 量
n 折
(c) 射 率
光通信技术基础总复习
光纤基本参数
光纤基本结构参数：
芯子半径 a，包层半径 b 折射率分布：阶跃型光纤和渐变型光纤 通信光纤的包层直径统一为125μm，涂覆层直径统一为250μm 普通单模光纤（G.652, SMF-28）芯径～9μm，多模光纤芯径～50 或62.5μm
光纤基本光学参数和工作参数：
芯子折射率 n1，包层折射率 n2；相对折射率差 Δ 归一化工作频率V 数值孔径NA及其物理意义与计算方法 光纤中的模式数＝V2/2（包含相互正交的同一模式在内）
二、电磁理论与一维平面光波导
电磁理论基础 一维平面光波导的几何光学结果 波动光学的结果
电磁理论基础
无源区域Maxwell方程组的频域形式：
∇ × E = − jωμ 0 H ∇ × H = jωε E ∇ ⋅ E = −(∇ ln ε ) ⋅ E
∇⋅ H = 0
弱导近似（∇ε ≈ 0）下电磁场的波动方程：
四、单模光纤
光纤的单模截止波长λc 模场直径 等效阶跃折射率近似 单模光纤的主要类型 偏振保持光纤的双折射参数与拍长
五、光纤色散
阶跃多模光纤色散的计算 单模光纤色散的计算 光纤的频率响应 脉冲在色散光纤中的传输演化 光纤色散补偿 偏振模色散的概念和特点
六、光纤中的光学非线性
SPM啁啾效应与谱展宽 SPM与GVD共同作用下脉冲的传输 XPM效应的效果 FWM的频率关系与相位匹配关系 FWM与色散及频移量之间的关系 SBS与SRS的区别 色散致脉冲走离对非线性的抑制作用
通信光电子器件
主要的通信光电子器件：
光源：半导体激光器（LD）、发光二极管（LED） 光电探测器：PIN、APD 光纤放大器：EDFA
需要掌握的内容：
PN结电致发光基本原理 PN结光电效应 激光器三要素：增益介质、反馈机制（谐振腔）、泵浦机构 双异质结构激光器的优点：载流子限制，光限制 光子能量和波长的关系：E(eV)=1.24/λ(μm), 即E=hc/λ EDFA基本结构和原理
(完整word版)光纤通信复习题库(整合版)
光纤通信复习题库（整合版）一、填空题1.有规律地破坏长连“0”和长连“1”的码流，以便时产生信号的提取，称_扰码电路 __ 。
2.PIN光电二极管是在P型材料和N型材料之间加一层_ _I___型材料，称为__耗尽层。
3.APD中促使其电流猛增的是__倍增效应。
碰撞电离4．在半导体激光器的P—I 曲线上，当I＞It 时，激光器发出的是激光，反之为荧光5. EDFA在光纤通信系统中主要的应用形式主要有作前置放大器使用、作功率放大器使用和作_线路放大器使用。
6. SDH网有一套标准化的信息结构等级，称为_同步传送模块STM-N_。
7.从波动理论的观点看，光波作为一种电磁波来处理。
8.目前光纤通信的长波波长低损耗工作窗口是 1.31μm和1.55um 。
9.光纤主要由纤芯和包层两部分构成。
10.LED适用于模拟的光纤传输系统。
11．光纤中的传输信号由于受到光纤的损耗和色散的影响，使得信号的幅度受到衰减，波形出现失真。
12．光纤数值孔径的物理意义是表示光纤端面_ 集光 _的能力。
接受和传输光13.准同步数字体系的帧结构中，如果没有足够的开销字节，就不能适应网络管理、运行和维护。
14.SDH中STM—1的速率是 155Mb/s 。
15. 按照泵浦方式的不同，EDFA可分为正向泵浦结构、反向泵浦结构和双向泵浦结构等三种形式。
16.响应度和量子效率都是描述光电检测器光电转换能力的一种物理量。
17.目前光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是0.85um ,1.55um 和__1.31um_。
18.PDH复用成SDH信号必须经过映射、定位、复用三个步骤。
19.受激辐射过程中发射出来的光子与外来光子不仅频率相同，而且相位、偏振方向、传播方向都相同，因此，称它们是_相干光 ___。
20. SDH中STM—4的速率是 622 Mb/s 。
21.常用的SDH设备有：终端复用器、__再生器_和数字交叉连接设备等。
22.在光接收机中，与___光检测器__紧相连的放大器称为前置放大器。
光通信原理-总复习
2) 通信必须有信息的接受者，信宿 通信的接受者可以是明确的，也可以不明确。可以是人或机器
3) 通信方式 信息的承载方式 数字通信，模拟通信，编码方式
第四章 光发射机
概述 第一节 光发射机使用的光源 第二节 光的调制 第三节 直接调制光发射机 第四节 外调制 第五节 线路编码
概述
电信号转化为光信号的这部分电路被称为光发射机。
电信号输入
线路 编码
驱动 电路
LD 或 LED 光信号
控制电路
第一节 光发射机使用的光源
1.光纤通信系统对光源的要求 2.半导体激光器 3.发光二极管（LED）
2)量子性，光子能量（频率）、光子数Ｎ
1.频率极高，可承载信息量极大 7.5亿条话路 2.相位与偏振方向不能直接检测出来
调幅 调频 调相 调偏 3.强度调制的光信号 非负的 双极性码 HDB3 RS-
232-C 4. 偏振度 偏振稳定性的度量 5. 相干性 相干时间 相干长度
相干性 相干时间 相干长度
光卡
电/光
前端
传输光路
光/电 前端
光卡
主机 电信号输入
主机 电信号输出
第三章传输光路
第一节 光纤和光缆
3.1.1 光纤的一般理论 3.1.2.通信用光纤的结构和制造 3.1.3.光缆的结构和制造 3.1.4.光纤中光信号的传输特性
第二节无源光器件
3.2.1.光纤连接器 3.2.2.光纤耦合器 3.2.3.其他器件 波分复用/解复用器
4.1.2.半导体激光器
光纤通信原理复习资料
*激光的突出优点：为高度相干光；单色性好，波谱宽度窄；方向性极好；输出功率大。
*模拟信号与数字信号模拟信号——信号幅度电平随时间连续变化。
技术指标：传输带宽、传输信噪比（SNR）或传输载噪比（CNR）、非线性等。
频域特征：带宽、中心频率、幅度及幅度范围等。
数字信号——信号电平随时间周期呈离散分布。
时域特征：信号的编码形式、幅度、脉宽以及上升与下降时间等。
比特时间TB：每个码持续的时间。
比特率B：每秒钟的比特数。
B=1/T B 问题1：将模拟信号转换成数字信号传输，对信道带宽的要求将增加许多倍。
----解决方法：光纤具有巨大带宽资源问题2：宽带模拟信号的数模转换困难。
----解决方法：光纤通信采用数字和模拟两种传输方案*直接调制：用电信号直接调制光源的驱动电流，使输出光随电信号变化而实现调制。
优点：技术简单，成本较低，容易实现。
缺点：调制速率较低，受激光器的频率特性限制。
*间接调制：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。
优点：调制速率高。
缺点：技术复杂，成本较高。
使用场合：大容量的波分复用和相干通信系统。
*光纤的结构纤芯的作用——光波主要传输通道。
包层的作用——为光的传输提供反射面和光隔离；提供一定的机械保护，使光纤的传输性能稳定。
涂敷层的作用——保护光纤不受水汽的侵蚀和机械擦伤，同时增加光纤的柔韧性。
*渐变性折射率光纤虽然沿光纤轴线传输路径最短，但轴线上折射率最大，光传播最慢。
斜光线大部分路径在低折射率的介质中传播，虽然路径长，但传输快。
通过合理设计折射率分布，不同入射角度入射的光线以相同的轴向速度在光纤中传输，同时到达输出端，即所有光线具有相同的空间周期，从而降低模间色散。
*光纤中波动方程的解与模式光纤中的模式为波动方程的一个特定解。
满足一定的边界条件，空间分布不随传播方向而发生变化。
光纤中的模式分为：导模；泄漏模；辐射模。
导模：也称为约束模式。
经历全反射，被局限在光纤纤芯中的模式。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
光纤损耗谱
3.1.4 光纤的传输特性--色散
(1)色散的概念
(2)色散的影响
(3)色散的分类
总色散
(4)色散对通信系统的影响
3.1.4光纤的传输特性--非线性效应
1. 弹性非线性:
自相位调制, 交叉相位调制, 四波混频
2. 非弹性:
布里渊散射 拉曼效应
第二节 无源光器件
指不需要外界输入能量即可工作的光路部件 光纤连接器、光纤耦合器、光环形器、 光滤波器、波分复用/解复用器 光衰减器、光隔离器、 偏振控制器、起偏器 准直器
目录
第一章 信息与信号 第二章 光通信的一般概念 第三章 传输光路 第四章 光发射机 第五章 光接收机与基本光纤数字通信系统 第六章 基于电复用的光纤通信系统 第七章 光放大 第八章 光路复用技术
第一章 信息与信号
第一节 信息的基本知识 1． 信息的概念 2． 信息的度量 3． 信息源 4. 信息系统与信道
光卡
电/光
前端
传输光路
光/电 前端
光卡
主机 电信号输入
主机 电信号输出
第三章传输光路
第一节 光纤和光缆
3.1.1 光纤的一般理论 3.1.2.通信用光纤的结构和制造 3.1.3.光缆的结构和制造 3.1.4.光纤中光信号的传输特性
第二节无源光器件
3.2.1.光纤连接器 3.2.2.光纤耦合器 3.2.3.其他器件 波分复用/解复用器
Af As M c
Af As M c
PT----发送光功率（dBm）； PR----接收机理论灵敏度（dBm），与实际灵敏度差一
个连接器的衰减值。
Ps----入纤功率，；LD光源，-3、-6、-9dBm Pr----接收机灵敏度（dBm），每个中继段内
BER≤1x10-10时，连接器前最低平均光功率。
（1310nm）、0.25dB/km（1550nm）。
As----平均每公里光纤接头损耗（dB/km）；一般在 0.1dB/km以下。
第六章 基于电复用的光纤通信系统
第一节 复用技术概述 第二节 时分复用的基本原理 第三节 同步数字体系SDH
复用段和再生段
复用器 A
解复用器 A
B
3R
3R
B
再生段
第一节 光纤和光缆
3.1.1 光纤的一般理论
1. 射线理论 2. 波动理论 模式理论 模耦合理论 3. 量子理论
3.1.2 通信用光纤的结构和制造 3.1.3 光缆的结构和制造 3.1.4 光纤中光信号的传输特性
1. 光纤损耗 2. 时延与色散 3. 非线性效应
3.1.4 光纤的传输特性
1. 光纤损耗 2.时延与色散 3.非线性效应
2． 通信系统的基本组成
信源
变换器
信道
反变 换器
信宿
噪声
通信系统
2． 通信系统的基本组成
信源
通信终端
信道
通信终端
信宿
噪声
通信系统
第二节 光纤通信的特点
2.2.1 光通信与光纤通信 2.2.2 光信号的基本特征 2.2.3 光纤信道的基本特性
2.2.2 光信号的基本特征
1)波动性: 频率(波长)、幅度、相位、偏振方向
R I P
量子效率 I / e P /h
响应度和量子效率之间的关系
截止波长
c
hc Eg
1.24 Eg
R e h
Si 材 料 的 截 止 波 长 为 1 .06； Ge 材 料 的 截 止 波 长 为 1.65
PIN光电二极管的结构
耗尽区
P区 I区
N区
响应速度
1）光电二极管的结电容和负载电阻构成的RC时间常数 2）载流子在耗尽区内的定向运动速度 3）载流子在零电场区内的扩散运动速度
编码方法
编码方法与实现电路： （1）1B2B （2）5B6B （3）4B5B （4）8B10B （5）插0技术 （6）扰码
第五章 光接收机与基本光纤数字通信系统
概述 第一节 光探测器 第二节 光接收机 前置放大部分 第三节 光接收机其他部分 第四节 基本光纤数字通信系统
光接收机
光前置放大部分
第三节 光接收机(其他部分)
5.3.1 主放大部分 5.3.2 数字信号恢复部分（时钟提取） 5.3.3 光接收机的误码率 5.3.4 光接收机的灵敏度 5.3.5 译码部分
第四节 基本光纤数字通信系统
功率限制系统的中继距离
L PT PR M e 2Ac 2Ad P0 Ps Pr M e 2Ad P0
功率限制系统的中继距离
L PT PR M e 2Ac 2Ad P0 Ps Pr M e 2Ad P0
Af As M c
Af As M c
Me----系统的设计富余度（dB）；时间和环境因素的影 响，不小于3dB。
Ac ----连接器损耗（dB/个）；0.3~1dB/个。 Af ---- 衰 减 常 数 （ dB/km）； 约 为 0 . 4 dB/km
2.电特性
(1)电压-电流曲线 (2) 发光效率 (3)电光调制特性
发光曲线和阈值特性
注入电流
P
I
Ith
半导体激光器发光特性
3.发光二极管的发光特性
(1)发光特性
1)发光曲线 2)光谱特性 3) 温度特性 4)耦合效率
(2)发光二极管的电特性
1）电压-电流曲线 2）电光调制特性
半导体激光器和发光二极管比较
第三节 光纤通信系统的基本组成
第一节 通信的一般概念
1． 通信的一般概念
什么是通信? 通信要素
2． 通信系统的基本组成
通信系统的基本组成模型
3. 通信的基本要求
（1）通信的实时性 （2）通信的可靠性 （3）通信质量
1． 通信的一般概念 什么是通信?
“通信是信息的发出着按照双方事先一致同意的协定以某种方式经 过某种途径将信息传递给接收者的全过程”
结电容
A
Cd w
PIN的噪声（和干扰）
量子噪声 ：由光子产生电子----空穴对的随机起伏 而引起。
功率谱密度为常数，可以看作为与频率无关，是一 种白噪声。
暗电流 ：带电粒子的热运动形成的电子空穴对 受电源电压和温度的影响是一个极不稳定的因素
第二节 光接收机
5.2.1 光接收机的前置放大部分 电路 5.2.2 光电集成接收组件 5.2.3 光前置放大级的噪声 5.2.4光前置放大级的信噪比
光 谱 出光 特性 功率
温度特性
响应速 度
相干性
可靠性
价格
适用场 合
窄 ， mW数 影 响 大 ， 较快易 较好
色 散 量级 动 态 范 围 于高速
LD
影 小
响
小
调制
较易损 坏，寿 命较短
比较贵
长距离、 大容量 系统
宽， μW和
LE 色 散 nW量 D 影响 级
大
特性好， 慢较调 差
动态范围 制频率
第三节 数字信号和模拟信号
1．一般概念 2．同步 3．包
第四节 噪声
1.干扰 2.狭义噪声
第二章 光通信的一般概念
第一节 通信的一般概念
2.1.1通信的一般概念 2.1.2通信系统的基本组成 2.1.3通信的基本问题
第二节 光纤通信的特点
2.2.1光通信与光纤通信 2.2.2 光信号的基本特征 2.2.3 光纤信道的基本特性
C
C
复用段
复用方式
①按固定时隙复用 (同步方式)
②按帧复用（异步方式）
s(t) an f (t nT)
n
二进制数字的序列 ak ak 0 或1携带了用户的信息
a0 , a2 , a4......
a1, a3, a5......
第七章 光放大
第一节 光放大器的原理和一般特性 第二节 半导体光放大器 第三节 掺铒光纤放大器 第四节 光纤拉曼放大器
光纤
光前端 光检 接口 测器
前置 放大 器
主放大
主放 大器
均衡 滤波
AGC电路
数字信号恢复
判决 电路
再生 放大
时钟提取
译码部分
译码器
并行输出
帧同步
第一节光检测器
概述 5.1.1光检测的物理基础:电光效应 5.1.2 PIN半导体光电二极管 5.1.3 APD雪崩光电二极管
PN结的工作参数
响应度
第一节 光放大器的原理和一般特性
7.1.1光放大原理 7.1.2 光增益谱宽与带宽 7.1.3 饱和输出功率 7.1.4 放大器噪声 7.1.5 放大器应用分类
均匀展宽二能级系统的增益系数
g( )
g0
1 (
0 ) 2 T22
P Ps
g():ω 频率处的增益系数
0 :原子跃迁频率，由跃迁能带的带隙决定。
1.光信道（传输光路） 光纤，光有源器件和光无源器件， 光纤放大器、光连接器、光耦合器、光纤光栅、波分 复用器、偏振控制器......
2.带宽 1.2到1.6 um 20亿个话路 3.几乎没有噪声
光源 探测器，量子噪声 光纤放大器 自发辐射噪声 ASE 串音 反射 4.相位敏感和偏振不稳定
光纤通信系统的基本组成
第二节 信号的概念 第三节 数字信号和模拟信号 第四节 噪声
第一节 信息的基本知识
1． 信息的概念
（1） 什么是信息？ （2） 信息的基本特征
2． 信息的度量
（1）信息量 （2）信息量的单位
3． 信源
（1）信源的信息量 （2）信源编码
第二节 信号的概念 ---什么是信号？
1．信号的物理性 2．信号的信息性
g0 :在 0处、且输入平均光功率很小的增益系