光纤通信系统知识点总结

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1、分析光纤中的传输，可用两种理论：射线光学（即几何光学）理论和波动光学理论。根据光纤横截面上折射率分布的情况来分类，光纤可分为阶跃折射率型和渐变折射率型。数值孔径NA=，表示光纤的集光能力。最大时延差L为光纤的长度相对折射率差单位长度光纤的最大群时延差损耗和色散是光纤的两个主要的传输特性。色散可分为：模式色散、材料色散、波导色散。采用内包层的作用：1减小基模的损耗，2得到纤芯半径较大的单模光纤。0.85m，1.3m和1.55m左右是光纤通信中常用的低损耗窗口。色散可分为模式色散，材料色散以及波导色散。在所有的导模中，只有HE11模式的截止频率为

2、0，亦即截止波长为无穷大。HE11是任何光纤中都能存在、永不截止的模式，称为基模或主模。最常用的光源是半导体激光器和发光二极管用半导体激光器的原因：1）半导体光源体积小；2）发射波长适合在光纤中低损耗传输；3）可以直接进行强度调制；4）可靠性较高。原子中的电子可以通过和外界交换能量的方式发生量子跃迁，或称为能级跃迁，若电子跃迁中交换的能量是热运动的能量，称为热跃迁，若交换的能量是光能，则是光跃迁。放大媒质：N2>N1，受激辐射占主导地位，r（v）>0，光波经过媒质时强度按指数规律增加，光波被放大。的媒质是一中处于非热平衡状态下的反常情况，称之

3、为粒子数反转或布居反转，这种媒质对应于激光型放大的情况。在半导体物理中，通常把形成共价键的价电子所占据的能带称为价带，把价带上面邻近的空带（自由电子占据的能带）称为导带。导带和价带之间，被宽度为Eg的禁带所分开。原子的电离以及电子与空穴的复合发光等过程，主要发生在价带和导带之间。光子能量满足Eg

4、自发发射过程。自发发射的光是一种非相干光。受激辐射：处于高能级E2上的电子在光场的感应下（感应光子的能量为hv=E2—E1）发射一个和感应光子一模一样的光子，而跃进到低能级E1，这个过程称为光的受激辐射。受激吸收：处于高能级E1上的电子在感应光场的作用下（感应光子的能量为hv=E2—E1），吸收一个光子而跃迁到高能级E2，这个过程称为光的受激吸收过程。受激跃迁（包括受激吸收和受激辐射）和自发发射区别：1.自发发射只存在从高能级到低能级的过程，从E1到E2自发跃迁迁率为零；受激跃迁同时存在着E2E1和E1E2两个过程，且受激吸收概率与受激辐射概

5、率相同。2.自发跃迁概率和光场强度无光，而受激跃迁概率和感应光场的强度成正比。自发发射、受激辐射、和受激吸收对应的器件分别是：发光二极管、半导体激光器和光电二极管。产生稳定激光的两个条件：1）有源区里产生足够的粒子数反转分布；2）存在光学谐振机制，并在有源区里建立起稳定的振荡。半导体材料的禁带宽带（Eg）决定了激光器的发射波长。制作半导体激光器的材料，是直接带隙的半导体材料直接带隙是指导带的最低点和价带的最高点对应着相同的波数k（波矢量的模）。发光二极管基本性质：发射谱线和发散角，响应速度，热特性，优点（寿命长、可靠性高、调制电路简单、成本低

6、）。激光输出与注入电脉冲之间存在一个时间延迟，称为电光延迟时间。电流脉冲注入激光器以后，输出光脉冲表现出衰减式的振荡，称之为张弛振荡。某些激光器在某些注入电流下发生的一种持续振荡，称为自脉动现象。在一些功率-电流曲线有明显扭折的激光器中，常出现自脉动现象。光调制可分为直接调制和间接调制。直接调制方法仅适用于半导体光源（LD和LED），这种方法是把要传送的信息转变为电流信号注入LD或LED，从而获得相应的光信号，所以是采用电源调制方法。IM:光强度调制光源的各种调制方法调制方式调制法所利用的物理效应间接调制电光调制电光效应磁光调制磁光效应声光调

7、制声光效应其他电吸收效应，共振吸收效应直接调制电源调制消光比是指激光器在全“0”码时发射的功率与全“1”码时发射的功率之比，即或光源的消光比直接影响接收机的灵敏度，为不使接收机灵敏度明显下降，消光比一般应小于10%。激光发射极组要组成部分数字信号入线路编码调制电路（控制电路）LD光信号线路编码作用：将数字信号转换成适合在光纤中传输的形式。选择直流预偏置电流应考虑（兼顾到电光延迟、张弛振荡、码型效应以及激光器的消光比、散粒噪声）：1加大直流偏置电流使其逼近阈值，可以大大减小电光延迟时间，同时使张弛振荡得到一定程度的抑制。2较小的调制脉冲电流就能

8、得到足够的输出光脉冲。3加大直流偏置电流会使激光器的消光比恶化。与光电二极管不同，雪崩光电二极管（APD）在结构设计上已考虑到使它能承受高反向偏压，从而在PN结内部