光纤通信(第2版)刘增基复习提纲

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1、第一章1.什么是光纤通信？光纤通信，是指利用光纤来传输光波信号的一种通信方式2.光纤通信和电通信的区别。（1）电通信的载波是电波，光纤通信的载波是光波。（2）电通信用电缆传输信号，光通信用光纤传输信号。光缆具有比电缆更小的高频率传输损耗3.基本光纤通信系统的组成和各部分作用。基本光纤传输系统由光发射机、光纤线路和光接收机三个部分组成1.光发射机功能：是把输入电信号转换为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。核心：光源。要求光源输出光功率足够大，调制频率足够高，谱线宽度和光束发散角尽可能小，输出功率和波长稳定，器件寿命长。2.光纤线路

2、功能：把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变(失真)和衰减传输到光接收机。光纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。光纤线路的性能主要由缆内光纤的传输特性决定。3.光接收机功能：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，并经放大和处理后恢复成发射前的电信号。核心：光检测器。对光检测器的要求是响应度高、噪声低和响应速度快。光接收机把光信号转换为电信号的过程，是通过光检测器的检测实现的。检测方式有直接检测和外差检测两种。第二章1、光能量在光纤中传输的必要条件。设折射率，纤芯为n1；包层为n2,则光能量在光纤中传输的必要条件是n1>n2

3、。2、突变多模光纤数值孔径的概念及计算。1.突变型多模光纤(全反射导光)(1)相对折射率指数差（纤芯和包层折射率分别为n1和n2）定义：弱导波光纤中n1和n2相差很少，则n1+n2=2n1所以有：定义临界角θc的正弦为数值孔径(NumericalAperture,NA)。根据定义和斯奈尔定律设Δ=0.01，n1=1.5，得到NA=0.21或θc=12.2°。NA表示光纤接收和传输光的能力。1）NA越大，纤芯对光能量的束缚越强，光纤抗弯曲性能越好。2）NA越大经光纤传输后产生的信号畸变越大3、弱导波光纤的概念。纤芯折射率为n1保持不变，到包层突然变为

4、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。带宽只有10~20MHz·km，一般用于小容量（8Mb/s以下）短距离（几km以内）系统。4、相对折射率指数差的定义及计算。参考25、突变多模光纤的时间延迟。现在我们来观察光线在光纤中的传播时间。根据图2.4，入射角为θ的光线在长度为L(ox)的光纤中传输，所经历的路程为l(oy)，在θ不大的条件下，其传播时间即时间延迟为式中c为真空中的光速。由式(2.4)得到最大入射角(θ=θc)和最小入射角(θ=0)的光线之间时间延迟差近似为6、渐变型多模光纤

5、自聚焦效应的产生机理。渐变型多模光纤的光线轨迹是传输距离z的正弦函数，对于确定的光纤，其幅度的大小取决于入射角θ0，其周期Λ=2π/A=2πa/，取决于光纤的结构参数(a,Δ)，而与入射角θ0无关。这说明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P点上，这种现象称为自聚焦(SelfFocusing)效应。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。这是因为(1)光线传播速度v(r)=c/n(r)(c为光速)，入射角大的光线经历的路程较长，但大部分路程远离中心轴线，n(r)

6、较小，传播速度较快，补偿了较长的路程。(2)入射角小的光线情况正相反，其路程较短，但速度较慢。所以这些光线的时间延迟近似相等。7、突变光纤和平方律渐变光纤传输模数量的计算。对于突变型光纤，g→∞，M=V2/2；对于平方律渐变型光纤，g=2，M=V2/4。8、归一化频率的表达式。（1）用脉冲展宽表示时，光纤色散可以写成Δτ=(Δτ2n+Δτ2m+Δτ2w)1/2式中Δτn、Δτm、Δτw分别为模式色散、材料色散和波导色散所引起的脉冲展宽的均方根值。将归一化频率响应

7、H(f)/H(0)

8、下降一半或减小3dB的频率定义为光纤3dB光带宽f3dBf3dB

9、=课本是441（分子）9、单模条件和截止波长。单模传输条件为V=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。由此得到10、三种色散的定义。模式色散是由于不同模式的时间延迟不同而产生的，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)，其时间延迟不同而产生的。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

10、波长有关而产生的，它取决于波导尺寸和纤芯与包层的相对折射率差。11、3dB带宽的表达式及相关计算。同812、