光纤通信重点

第一章光纤通信系统概述

? 光纤通信的三个主要通信窗口的情况；

850nm：影响第一代光纤通信的主要因素是多模光纤中的模式色散 1330nm：影响第一代光纤通信的主要因素是多模光纤中的模式色散 1550nm：限制因素：在1.55μm处的非零色散. ? 光纤通信的主要特点；

1.光波系统的容量远大于电波系统

2.光波作为信息载体，提供高速大容量通信：光载波带宽远大于微波带宽 3.光纤作为传输介质，提供较小的中继距离：光纤损耗远小于同轴线的损耗 4.光纤作为对信号的封闭系统：抗电磁干扰、保密性好 5.光纤纤芯细质量极轻，制成设备质量轻体积小 6.光纤的缺点，抗拉强度低，光纤连接困难. 第二章光纤传输线理论 一、主要概念：

1、单模光纤、多模光纤；

单模光纤是只能传输一种模式的光纤，单模光纤只能传输基模(最低阶模)，不存在模间时延差，具有比多模光纤大得多的带宽，适用于高码速传输

多模光纤的定义是：在一定的工作波上，当有多个模式在光纤中传输时，则称为多模光纤 2、子午光线、空间光线； 子午光线（Meridian Ray）：处在一个平面内（包括光纤轴线的平面，称之为子午面），经过光纤轴线在周围边界间作内部全反射的光线 空间光线（Skew Ray）：不交轴光线 3、相对折射率差、光纤的数值孔径； 相对折射率差：

数值孔径：表征一根光纤捕捉光的能力，4、模式色散、材料色散、波导色散； 模式色散：同一频率成分由不同模式组成 材料色散：一个光信号由不同频率组成， 波导色散：同一模式含有不同频率成分 5、光纤归一化频率；

6、色散位移光纤（DSF）、色散平坦光纤（DFF）、色散补偿光纤（DCF）；

色散位移光纤在1.550um处色散系统数接近于零，损耗的统一，克服了单模光纤的不足，是线性传输的首选光纤。

色散补偿光纤法就是用一段在1.550um处具有负色散系统数的光纤去抵消常规光纤或非零色散位移光线中的正色散系数 7、偏振模色散；

两个偏振方向的传输常数不同，导致的色散 二、主要技术原理及分析：

1、单模光纤的基本结构和主要特点。

2、渐变折射率光纤与阶跃折射率光纤相比，为何能够做到色散比较小、时延比较小。 渐变折射率光纤的折射率在纤芯中是连续变化的，适当地选择折射率的分布形式，可以使不同入射角的光线有大致相同的光程，从而大大减小群时延差。从渐变折射率光纤端面上平行入射的光线具有相同的传输时延，有自聚焦性质，使得色散比较小。

3、有关数值孔径的导出及其物理意义和其相关计算，以及相对折射率差的计算方法。

根据折射定律：

若要在纤芯与包层的界面（n1与n2的交界处）发生全反射，

需要满足：

取n0=1（空气）,并假设n1≈n2

关于数值孔径NA的若干结论

? 数值孔径与光纤几何尺寸无关（与一般光学系统不 同之处），只与其纤芯和包层的折射率分布有关。 ? 数值孔径越大，光纤的集光能力越强

? 实际分析表明，数值孔径并不是越大越好，这是因 为随着光纤入射功率的增大，色散亦将增加。

4、请简述光纤模式色散、材料色散、波导色散各自产生的原因及其主要区别。

模式色散：越小对应的模次越高，则沿z向的传输速度越低。所以说，不同模式具有不同的

群速，引起了色散。以不同角度入射的光线（不同模式）传过相同距离所需时间不同

波导色散是模式本身的色散，材料色散是材料d^2n/dl^2(l为波长)所造成的，而波导色散是因为某一模式的d^2B/ dl^2(B为相角l为波长)所形成的。 5、光纤最大时延差的相关分析和计算。

光纤单位长度最大时延差：

6、单模光纤、多模光纤、渐变折射率光纤中光线传播的差异。

7、光纤的LP模分析理论（掌握主要结论，不深入分析过程）、模式截止波长的计算及光纤单模传输条件的相关分析计算。

对称介质平板波导的单模传输条件为此时波导中只存在一个TE0模式。

光纤中的基模是LP01，次低次模是LP11，故能够进行单模传输的条件为

8、色散补偿光纤进行色散补偿的基本原理

（1）只要把信号通过两段具有相反符号色散的光纤，就可以对光纤进行色散补偿，从而消除GVD对信号的影响。 （2）DCF 就是这样一种与SMF具有相反色散的光纤，一般的SMF的色散参数为-16ps2/km，DCF的色散参数约为SMF的五倍为80ps2/km左右，因此在实际应用中常采用周期间隔等于光放大器间隔的分布式色散补偿，光信号在SMF中每传输一段距离（约50km左右）在经过一段DCF（约10km左右），两种光纤中的色散就可以相互抵消，从而实现对光信号的色散补偿。

9、射线光学和波动光学分析方法的特点

射线光学：应用条件，光纤几何尺寸远大于光的波长； 特点，简单、直观但是无法精确分析

波动光学：结果精确、可建立模式的概念、单模传输的条件但是计算复杂 第三章光源与光发送机 一、主要概念：

1、自发辐射、受激辐射、受激吸收；

自发辐射--在没有外界影响的情况下，处于高能级E2上的原子自发向低能级E1跃迁，并释放一个光子的过程

受激辐射——在外来光子（能量为hν=E2-E1 ）的作用下，处于高能级E2上的原子向低能级E1跃迁，并释放一个和入射光子完全相同（频率相同，动量相同，相位相同）的光子 吸收—— 在外来光子（ 能量为hν=E2-E1 ）的作用下，处于低能级E1上的原子向高能级E2跃迁，外来光子的能量被粒子吸收 2、粒子数反转分布；

对处于热平衡状态的物质施加能量，可以使处于低能级上的原子激发到高能级上，使得体系中高能级的粒子数远大于低能级，即N2>N1，称为粒子数反转分布 3、泵浦源；F‐P谐振腔

通过对处于热平衡状态的物质施加能量，可以使处于低能级上的原子激发到高能级上，从而实现粒子数反转分布，所需的外界能源称为泵浦源

F-P光学谐振腔的基本结构

4 、全同光子、微分量子效率；

和入射光子完全相同（频率相同，动量相同，相位相同）的光子

ηi 称为微分量子效率——阈值点以上，单位时间发

射的光子数与注入的电子-空穴对数之比。微分量子效率与输出特性曲线的斜率成正比。

5 、同质结、异质结、双异质结；

同质结：P区和N区是由同种半导体材料经过不同掺杂构成 异质结：P区和N区是由不同的半导体材料经掺杂构成