北工大光纤通信原理复习讲义.docx

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1、《光纤通信原理》复习讲义第一章ü光纤在1280nm~1620nm的近红外波段，具有6个传输窗口，采用密集波分复用技术，这6个窗口从理论上讲可以提供多达1万个信道。ü在光纤通信系统中，作为载波的光波频率比电波频率高得多，而作为传输介质的光纤又比同轴电缆损耗低得多，因此相对于电缆或微波通信，光纤通信具有许多独特的优点。ü光纤分类(制造材料)：玻璃光纤、全塑光纤、石英光纤。ü通信系统：将信息从一处传到另一处的全部技术设备和信道(传输媒介)的总和。ü光纤通信系统：利用光纤光缆传输光波信号的通信方式。优点：价格便宜，线路损耗低、频带宽，已成为通信网骨干。ü光纤通信：以光频作为

2、载波，利用光纤或光缆作为传输线路（介质），传输光信号的一种通信方式。ü光纤通信与电通信的主要区别在于传输信号和传输线路。携带信息所用的载波频率不同是光纤通信与电通信的本质区别。ü目前光纤最低损耗低于0.18dB/km，接近了石英光纤的理论损耗极限0.15dB/km，最长中继>300km。ü举例：光通信的应用：环球光纤通信线路；氧气工程——光通信领域最宏伟工程。32万公里海底光缆。同时传送240万路电话。连接175个国家，耗资150亿美元，2003年已建成。ü光多路传输技术是充分挖掘光纤带宽潜力、扩大通信容量的技术之一。采用多路传输技术可以充分利用光纤带宽，给通信带来

3、巨大的经济效益。ü光信道供应无限：使光纤损耗谱平坦，扩大可利用的窗口；采用密集波分复用（DWDM），增加使用波长的数量；采用波长转换技术，实现波长再利用；用光码分复用（OCDMA）技术,扩大每个波长的信道数;采用光时分复用（OTDM）技术，增加每个波长信道数；ü光纤通信优点：（1）光纤容量大。（2）传输损耗小、中继距离长。（3）抗电磁干扰能力强，保密性好。（4）重量轻、体积小，易于敷设。（5）制备光纤的材料资源丰富。ü光发射机：电信号转变为光信号注入光纤传输。ü光纤光缆：为光通信提供媒介。ü光接收机：把经光纤传输后的微弱光信号转变为电信号，对其放大并解调出原基带信号

4、。ü光中继器：对经光纤传输衰减后的信号进行放大。光中继器有光-电-光中继器和全光中继器。第二章ü光纤（光导纤维）：材料是石英（SiO2），是在光通信网络中能够长距离传输光信号的圆截面形状的光波导介质；由纯石英经复杂工艺拉制而成的高透明度玻璃丝；光在其界面上全反射并由其导行传输。ü光纤特性：几何结构特性、光学特性、传输特性等。ü几何结构特性——以光纤的纤芯和包层的几何尺寸表述；ü光学特性——以光纤的径向折射率分布和数值孔径表述；ü传输特性——光纤的损耗、色散、以及单模光纤的偏振特性。ü光纤结构：纤芯、包层和涂敷层。ü根据光纤横截面上折射率的径向分布情况，光纤分为阶跃型

5、和渐变型。ü根据纤芯传输模式的多少，分为单模光纤和多模光纤。ü单模光纤：只能传播一个模式的光纤。标准单模光纤折射率分布和阶跃型光纤相似，但其纤芯直径比多模光纤小得多，模场直径只有9~10mm。光线沿轴线直线传播,色散使输出脉冲信号展宽最小。ü多模光纤：在一定工作波长下，多模光纤是能够传输多种模式的介质波导。特点：（1）多模光纤的纤芯直径：约为50mm；（2）多模光纤的折射率分布：可以是阶跃型光纤或渐变型光纤；（3）存在模式色散，即带宽变窄。ü实用的三种光纤：阶跃多模光纤、渐变多模光纤、阶跃单模光纤。各自特点？ü光纤的导光条件是什么？（从射线理论来讲）ü什么数值孔径，

6、其物理含义是什么？光纤的数值孔径由什么决定？ü光纤的自聚焦：渐变型光线中，不同轨迹的射线具有相同轴向速度的现象。ü渐变光纤最佳折射率分布，是指可以实现自聚焦的分布。ü当V→∞时，即为远离截止。此时相对于波长l0，纤芯半径a相当于无限大。可以认为光波在无边界介质n1中传播，大多数模式远离截止。此时光能完全集中于纤芯中，包层内没有能量。ü LP01模是截止波长最长的模，称为基模；LP11以上所有模式均为高次模。ü当V趋向于Vc时，光能量集中于包层中。ü理想单模光纤是阶跃型光纤，而实际单模光纤的折射率为渐变型的。原因在于：（1）由于纤芯材料和包层材料不同，在制造过程中出现

7、了他们相互向对方扩散、渗透，使得在纤芯和包层交界处（r=a），折射率n1逐渐变化为n2，故呈“圆形变化。（2）由于在预制棒制作过程中，形成了在r=0处折射率指数下降。MCVD（化学气相沉积法）制造工艺的缺陷。ü单模光纤在给定波长上只传输单一基模；ü在阶跃单模光纤中，只传输LP01（或称HE11）模。ü减少渐变型光纤模间色散方法：选取合适的n(r)分布，使不同射线以同样的轴向速度传播。第三章ü光纤的损耗类型：(1)材料吸收损耗：一部分光能变成热能，造成光功率的损失。可以改善。(2)光纤散射损耗：光纤材料、形状、折射率分布等的缺陷或不均匀，使光发生散射。(3)辐射损