光纤通信复习重点.doc

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1、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1.2.2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1.3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（PCM）3）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

2、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2.1.1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

3、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）2.1.2光纤类型（三种基本类型）图2.2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=50~80μm，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8~10μm，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

4、模式（两个偏振态简并），所以称为单模光纤，其信号畸变很小。2.2光纤传输原理（展宽衰减的原因）2.2.1几何光学方法（几个基本物理量的计算、效应、单模是重点）1）突变型多模光纤数值孔径：定义临界角θc的正弦为数值孔径（NA）NA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

5、入射角的光线经光纤传输后，其时间延迟不同而产生的。2）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。2.2.2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<2.405时，只有HE11(LP01)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

6、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Ψ(r)=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=2.3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

7、输距离，色散则限制系统的传输容量。2.3.1光纤色散（☆☆☆☆☆）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，