光纤通信原理复习资料

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1、第一章*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/TB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

2、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。第二章*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

3、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。泄漏模：部分约束于纤芯内，沿光纤传播时振幅会发生变化。功率由于连续辐射而发生衰减。辐射模：也称为折射模式。不发生全内反射，这种模式的光会传播到纤芯之外。光在波导

4、表面发生折射，由于包层半径有限，从纤芯辐射出去的部分光被包层俘获，形成所谓的包层模。当纤芯模以及包层模同时沿光纤传播时，出现两种模式的耦合，引起纤芯模的功率损耗。光纤中的信号能量只能由导模携带。*光纤中波动方程的解与模式关系总结为：（1）每一个LP0n由HE1n导出。（2）每一个LP1n由TE0n、TM0n、HE2n导出。LP模式是传输模式在弱导条件下的近似解。若将HE、EH模式线性叠加，可以得到直角坐标系下的线偏振模LP模。（3）每一个LPmn由HEm+1,n和EHm-1,n导出。由于每一个HEmn和EHmn都有两个不同的偏振方向，则LP0n的简并度为2，LPmn的模式简并度为4。简并：不同

5、的模式有不同的场结构，但如果它们具有相同（相近）的传输常数，就认为这些模式是简并的。归一化频率V越大，能够传播的模式数就越多：V值较高的光纤可以支持较多的模式，称为多模光纤。模式数目随V的减小快速减少。V=5，7个模式。当V小于某个值，除HE11模式外，所有模式被截止。只支持一个模式（基模）的光纤被称作单模光纤。*光纤中可传播的模式数M与V的关系：*双折射现象带来的影响：如果纤芯是理想圆柱形，这两个正交的模式将以相同的速度传播，并同时到达输出端。如果圆柱对称性出现了改变，这两个模式就会以不同的速度传播，导致脉冲展宽。偏振的不确定性对相干通信系统对信号的检测、接收将产生不良影响。*波导色散：产生

6、原因：与光纤波导效应有关，取决于波导尺寸以及纤芯与包层的相对折射率差。单模光纤中，携带信息的光脉冲在纤芯和包层间分布：主要部分在纤芯中传输，剩余部分在包层中传播。纤芯和包层拥有不同折射率，两个部分以不同的速度传播。光被限制在一个拥有不同折射率的结构－纤芯和包层的组合中传播，脉冲会扩展。注意：即使光纤材料没有色散特性，波导色散也会发生。纯波导色散仅因为将光限制在一个特定的结构中而产生。波导色散与波长的关系：波长越长，模场半径越大，同时包层中所传播的总脉冲功率的分量就越大。脉冲的包层部分比纤芯部分传播更快，因为包层的折射率比纤芯的折射率要小。因此，波长越长，包层中的脉冲分量引起展宽就越大。*光纤的

7、制备工艺气相氧化法：气相轴向沉积法（VAD）原理：石英玻璃微粒从喷灯口出来后沉积在一根石英玻璃棒横切端面上，玻璃棒同时作为输送杆。在输送杆沿轴向向上移动过程中，一根疏松预制棒即沿轴向生成。输送棒在向上移动的同时也匀速旋转，以保证沉积的预制棒具有轴对称性。疏松预制棒在向上移动的过程中经过一环形加热熔融区后即生成光纤预制棒。优点：1.预制棒不再具有空洞2.预制棒可以任意长3.沉积室和熔融室紧密相连，可