光纤传输复习提纲

第一章：概述

1.1：光纤通信的定义：光纤通信是以光纤为传输介质，以光波为信息载体的通信方式。

光纤通信的三个低损耗窗口为850nm、1310nm、1550nm。

1.2：光纤通信的分类

1、按传输信号的类型分，光纤通信可分为模拟光纤通信和数字光纤通信。

2、按调制方式分，光纤通信可分为直接强度调制（最常用）通信和外差调制通信。目前光纤通信中最常采用的调制方式是直接强度调制。

3、按光纤的传输特性分（在给定的工作波长上能传导的模式），光纤通信可分为多模光纤通信系统和单模光纤通信系统。

第二章：光纤和光缆

2.1 光纤的结构和分类

光纤的结构多为同轴圆柱体，自内向外依次为纤芯、包层和涂覆层。

光纤的导光原理是基于光在纤芯和包层界面上的全反射。

按照光纤折射率在其横截面上的分布状态，光纤可分为阶跃型光纤和渐变型光纤；按照光纤传输模式的多少可分为多模光纤和单模光纤。按照ITU-T的标准可分为G.652、 G.653等类型。世界上目前铺设最多的单模光纤是G.651，G.652常规单模光纤。

掌握数值孔径NA、相对折射率差△的计算。

NA= n0sinθ0=sinθ0 = n1(2△)1/2 △≈(n1 - n2) / n1

2.2 光纤的损耗和色散

损耗和色散是光纤最重要的传输特性。

1、损耗：光信号在光纤中传输时，其强度或功率会受到衰减的现象，称为光纤的损耗。损耗对数字光纤通信系统的影响是：限制光纤传输系统的传输距离。损耗用分贝（dB）表示；损耗产生的原因：吸收损耗、散射损耗和辐射损耗。

2、色散：光信号在光纤中传输时，由于光信号中不同频率成分和不同模式成分传输速度的不同而使光脉冲展宽的现象，称为光纤的色散。

色散会限制系统的传输距离和传输容量（或传输速率）。

光纤色散包括模式色散、材料色散和波导色散。多模光纤中存在模式色散，单模光纤中存在模内色散。

常规单模光纤在1550nm处损耗最小,但色散最大；常规单模光纤在1310nm处损耗最大,但色散最小，色散基本为零。

掌握损耗和色散的相关计算公式及计算方法。

第三章光无源器件

3.1 光纤连接及光纤连接器

光纤与光纤的连接有两种形式，一种是永久性连接即熔接；另一种是活动性连接，即采用光纤活动连接器进行连接。光纤活动连接器是使用最广泛（使用最多、最常见）的光无源器件。

3.2 光耦合器

光耦合器是把一个或多个光输入分配给多个或一个光输出的光无源器件。

3.3光衰减器

光衰减器可分为固定光衰减器和可变光衰减器两种。

3.4 光波分复用器

光波分复用器是对光波波长进行分离与合成的光无源器件。

第四章光源和光电检测器

4.1 光源

目前光纤通信使用最多的光源器件是半导体光源，最常用的光源有半导体激光器LD（或半导体激光二极管）和半导体发光二极管LED。

半导体光源是通过电子在能级之间的跃迁而发光的。能级差即为光子的能量，即有：

E＝1.24/λ

上式中，E为能级差，单位为电子伏特（ev）；λ为光的波长，单位为μm。

光与物质相互作用时有三种基本过程或方式：自发辐射、受激吸收、受激辐射。

半导体激光器LD发光利用的是受激辐射原理，所以LD发射的是受激辐射光，LED 发射的是自发辐射光；LED没有谐振腔，没有阈值，发出的是非相干的荧光。LD的驱动电流必须大于阈值电流I th才能发激光，适用于大容量、长距离通信用的光源，但LD的温度特性要比LED光源的温度特性差。

LD发激光必须要具备粒子数的反转分布（高能级的粒子数多，低能级的粒子数少），此外还要有谐振腔。

4.2 光电检测器

常用的半导体光电检测器件有PIN和APD。

PIN与APD的区别：PIN无放大功能，但环境条件（如温度变化）对PIN的影响小；APD有放大功能，但环境条件（如温度变化）对APD的影响大；PIN管工作电压较低而APD管工作电压较高。

掌握光电检测器的响应度、量子效率、APD的信号放大倍数及噪声放大倍数等相关计算。

注意：对APD管来说，如已知其倍增因子平均值﹤G﹥和过剩噪声指数X，则使一次

电流散粒噪声放大倍数为﹤G﹥2＋X

第五章光发射机和光接收机

5.1 光发射机和光接收机

光发射机的作用：将电码流进行码型变换（适宜在信道中传输），再进行光电变换，输入光纤。

光发射机的核心器件是光源和驱动电路，其码型变化顺序为HDB3→NRZ→加扰二进码→mBnB（mB1H）。

光发射机的主要技术指标是平均输出光功率和消光比。

光接收射机的作用：将接收的光信号转换为电信号，经放大、整形和码形变换后，将数字电信号传送给数字复用设备。

光接收机的两个主要技术指标：

1、接收灵敏度：在满足给定误码率指标条件下，最低接收光功率。单位是dBm。

2、动态范围：光接收机的动态范围是在保证一定误码率前提下光接收机所能接收的最小光功率和最大光功率的能力即接收机最大允许输入光功率（dBm）与最小输入光功率（dBm）之差。单位是dB。

要求：在本章中应掌握光功率的mW值与dBm值的换算、接收灵敏度、动态范围的计算。

5.2 线路码型

分组码（mBnB码）将码流中m个码元分为一组，用与之对应的n个码元代替。

分组码一般采用mB1P或mB1C，最常见的是mB1H码。

要求：掌握mB1P或mB1C的码型变换以及4B1H码的相关计算。

第六章SDH光同步数字传送网

6.1 准同步光纤通信原理

数字光纤通信的两大传输体制是SDH和PDH。

世界上PDH有两大准同步数字复接系列,分别是PCM基群24路系列和PCM基群30/32路系列。世界上PDH有三种地区性标准：北美、日本、欧洲（或中国）。

PDH数字光缆通信系统由PCM基群复用设备、高次群数字复用设备、光端机、光中继机和光缆等部分组成。

常见的准同步数字系列有4个速率等级：2M（基群群路速率）、8M（二次群群路速率）、34M（三次群群路速率）、140M（四次群群路速率）；对应的等效话路容量为30路、120路、480路、1920路。

6.2 SDH概述

SDH是光同步数字体系，是公认的理想传输体制。