光纤通信考试知识点总结

※二知识点小结1、光纤由那几层构成,各层的主要作用是什么？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..纤芯的折射率比包层稍高,损耗比包层更低,光能量主要在纤芯内传输.包层为光的传输提供反射面和光隔离,并起一定的机械保护作用.2、光纤是怎样分类的？按折射率—突变型多模光纤、渐变性多模光纤、单模光纤；按材料—石英系光纤、石英芯塑料包层光纤、多成分玻璃纤维、塑料光纤3、什么叫光纤损耗？造成光纤损耗的原因是什么？硅光纤的光谱衰减曲线表明存在三个低损耗窗口，这三个窗口分别是多少。传输过程中光信号幅度的减小。原因：吸收、散射、弯曲损耗，吸收损耗是由于SiO2材料引起的固有吸收和杂质引起的吸收产生的，散射损耗主要是由材料微观度不均匀引起的锐利散射和光线结构缺陷引起散射产生的。0.85um、1.31um、1.55um附近时光纤传输损耗较小或最小的波长“窗口”相应损耗为2—3dB/km,0.5dB/km,0,2dB/km。4、什么是色散？色散对光信号有什么影响？单模光纤中有哪几种色散？多模光纤中有哪几种色散？单模光纤的零色散波长在什么位置？色散位移光纤是采用什么原理制成的？色散：（模式、材料、波导色散）在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应。影响：模拟调制中限制带宽，若是数字脉冲信号将使脉冲展宽，限制系统传输速率。单模:色度色散、偏振模色散。多模：模内、模间色散。1.31um。5、目前光纤通信为什么采用以下三个作波长：λ0=0.85μm,λ2=1.31μm,λ3=1.55μm？这是光纤的三个低损耗窗口6、光纤通信为什么向长波长、单模光纤方向发展？长波长、单模光纤比短波、多模光纤具有更好的传输特性。一：单模光纤没有色散模式，不同成分光经过单模光纤的传播时间不同的程度显著限于经过多模光纤的传输时间；二：由光纤损耗和波长的关系曲线可知，随着波长增大，损耗呈下降趋势，且在1.55um处有最低值，而且1.31um和1.55um处的色散很小，故目前长距离光纤通信一般都工作在1.55um处。7、光能量在光纤中传输的必要条件.纤芯折射率大于包层折射率。8、突变多模光纤数值孔径的概念及计算.突变型多模光纤相对折射率差（纤芯和包层折射率分别为n1和n2）定义：n=(n1-n2)/n1数值孔径22121sin2CNAnnn,时间延迟211111sec(1)2nlnLnLccc,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22111()22cnLLLNAncncc9、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。12、渐变型多模光纤自聚焦效应的产生机理.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P点上,这种现象称为自聚焦效应.14、突变光纤和平方律渐变光纤传输模数量的计算.传输模数22221()()222ggVMakngg对于突变型光纤,g→∞,M=V2/2；对于平方律渐变型光纤,g=2,M=V2/415、单模传输条件为221222.405aVnn截止波长221222.405cann,归一化频率22122aVnn16、归一化双折射B:()xy,拍长：两正交偏振模的相位差达到2π的光纤长度2/bL.17、三种色散的定义.色散是在光纤中传输的光信号由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应.色散的种类：1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.2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.3波导色散：是由于波导结构参数与波长有关而产生的,它取决于波导尺寸和纤芯与包层的相对折射率差18、光纤色散的表示,时域和频域的表达式的关系.频域：色散限制了传输信号的带宽；色散通常用3dB光带宽=f3db时域：色散引起脉冲展宽.脉冲展宽Δτ表示二者的关系通过推导可得：=441/Δτ（MHZ）式中：Δτ为信号通过光纤产生的脉冲展宽,单位为ns；用脉冲展宽表示时,光纤色散可以写成Δτ=(Δτ2n+Δτ2m+Δτ2w)1/2.Δτn模式色散；Δτm材料色散；Δτw波导色散,所引起的脉冲展宽的均方根值.19、光纤损耗产生的机理.1)吸收损耗(a)本征吸收（固有吸收）：电子跃迁吸收（紫外吸收）分子共振吸收（红外吸收）(b)杂质吸收(2)散射损耗：由于光纤中介质的不均匀性而使光向各个方向散射开而引起的损耗.（a）线性散射：瑞利散射,波导散射(b)非线性散射：受激拉曼散射和受激布里渊散射(3)弯曲损耗：由光纤结构缺陷(如气泡)引起的散射20、非零色散光纤.光纤在1.55μm有微量色散21、光缆缆芯的结构类型.缆芯通常包括被覆光纤(或称芯线)和加强件两部分.被覆光纤是光缆的核心,决定着光缆的传输特性.加强件起着承受光缆拉力的作用,通常处在缆芯中心,有时配置在护套中.四种基本类型：层绞式、骨架式、中心束管式、带状式22、光纤特性参数的测量方法.损耗测量：一种是测量通过光纤的传输光功率,称剪断法和插入法；另一种是测量光纤的后向散射光功率,称后向散射法.带宽测量：时域法又称脉冲法；频域法又称扫频法.光纤色散测量有相移法、脉冲时延法和干涉法等.相移法是测量单模光纤色散的基准方法.※第三章知识点小结1、光与物质作用时有受激吸收,自发辐射,受激辐射三个物理过程.2、受激辐射光的频率、相位、偏振态和传播方向与入射光相同，这种光称为相干光。自发辐射光是由大量不同激发态的电子自发跃迁产生的，其频率和方向分布在一定范围内，相位和偏振态是混乱的，这种光称为非相干光。2、半导体激光器的主要由哪三个部分组成？有源层；限制层；基片3、电子吸收或辐射光子所要满足的波尔条件.E2-E1=hf12式中，h=6.628×10-34J·s，为普朗克常数，f12为吸收或辐射的光子频率。4、什么是粒子数反转分布？设在单位物质中，处于低能级E1和处于高能级E2(E2E1)的原子数分别为N1和N2。受激吸收和受激辐射的速率分别比例于N1和N2，且比例系数(吸收和辐射的概率)相等。N2N1的分布，和正常状态(N1N2)的分布相反，所以称为粒子(电子)数反转分布。5、理解半导体激光产生激光的机理和过程.半导体激光器工作原理:半导体激光器是向半导体PN结注入电流，实现粒子数反转分布，产生受激辐射，再利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光振荡的。激光振荡的产生：粒子数反转分布（必要条件)激活物质置于光学谐振腔中，对光的频率和方向进行选择=连续的光放大和激光振荡输出过程：由于限制层的带隙比有源层宽，施加正向偏压后，P层的空穴和N层的电子注入有源层。P层带隙宽，导带的能态比有源层高，对注入电子形成了势垒，注入到有源层的电子不可能扩散到P层。同理，注入到有源层的空穴也不可能扩散到N层。另一方面，有源层的折射率比限制层高，产生的激光被限制在有源区内6、静态单纵模激光器.驱动电流变大，纵模模数变小，谱线宽度变窄，当驱动电流足够大时，多纵模变为单纵模，这种激光器称为静态单纵模激光器8、半导体激光器的温度特性.激光器输出光功率随温度而变化有两方面（1）激光器的阈值电流Ith随温度升高而增大（2）外微分量子效率ηd随温度升高而减小。9、DFB激光器（分布反馈激光器）的优点.1、单纵模激光器2、光谱宽度窄，波长稳定性好3.动态谱特性好，高速调制时也能保持单模特性4、线性好10、LD与LED的主要区别。半导体激光二极管(LD)发光二极管(LED)LD发射的是受激辐射光，LED发射的是自发辐射光，LED的结构和LD相似，大多是采用双异质结(DH)芯片，把有源层夹在P型和N型限制层中间，不同的是LED不需要光学谐振腔，没有阈值。LED通常和多模光纤耦合，用于1.3μm(或0.85μm)波长的小容量短距离系统。LD通常和G.652或G.653规范的单模光纤耦合，用于1.3μm或1.55μm大容量长距离系统。11、常用光电检测器的种类.PIN光电二极管和雪崩光电二极管（APD）12、光电二极管的工作原理.光电二极管(PD)把光信号转换为电信号的功能，是由半导体PN结的光电效应实现的。13、PIN和APD的主要特点.由于PN结耗尽层只有几微米，大部分入射光被中性区吸收，因而光电转换效率低，响应速度慢。为改善器件的特性，在PN结中间设置一层掺杂浓度很低的本征半导体(称为I)，这种结构便是常用的PIN光电二极管。随着反向偏压的增加，开始光电流基本保持不变。当反向偏压增加到一定数值时，光电流急剧增加，最后器件被击穿，这个电压称为击穿电压UB。APD就是根据这种特性设计的器件14、为什么APD管具有光生电流的内部放大作用？15、耦合器的功能.把一个输入的光信号分配给多个输出，或把多个输入的光信号组合成一个输出。16、光耦合器的结构种类.类型：耦合器类型、T形耦合器、星形耦合器、定向耦合器、波分复用器/解复用器基本结构的分类：光纤型、微器件型、波导型17、什么是附加损耗？附加损耗Le由散射、吸收和器件缺陷产生的损耗，是全部输入端的光功率总和Pit和全部输出端的光功率总和Pot的比值，用分贝表示1110lg10lgNinitneNotonnPPLpP18、光隔离器的结构和工作原理.隔离器就是一种非互易器件，其主要作用是只允许光波往一个方向上传输，阻止光波往其他方向特别是反方向传输。偏振器--法拉弟旋转器--偏振器19、什么是耦合比？耦合比CR是一个指定输出端的光功率Poc和全部输出端的光功率总和Pot的比值1ococNotonnPPCRPP光检测过程中都有哪些噪声？答：光检测器的噪声主要包括有光生信号电流和暗电流产生的散粒噪声以及负载电阻产生的热噪声。热噪声来源于电阻内部载流子的不规则运动。散粒噪声源于光子的吸收或者光生载流子的产生，具有随机起伏的特性。光生信号电流产生的散粒噪声，称为量子噪声，这种噪声的功率与信号电流成正比，因此不可能通过增加信号光功率提高信噪比。在没有外界入射光的作用下，光检测器中仍然存在少量载流子的随机运动，从而形成很弱的散粒噪声，成为暗电流噪声。所以在有信号光作用的时间内，主要考虑量子噪声和热噪声；而没有信号光的期间，主要考虑暗电流噪声和热噪声。※第四章知识点小结1、数字光发射机的方框图.2、光电延迟和张驰振荡.输出光脉冲和注入电流脉冲之间存在一个初始延迟时间，称为电光延迟时间td，其数量级一般为ns。当电流脉冲注入激光器后，输出光脉冲会出现幅度逐渐衰减的振荡，称为张弛振荡，其振荡频率fr(=ωr/2π)一般为0.5~2GHz。3、激光器为什么要采用自动温度控制？半导体光源的输出特性受温度影响很大，特别是长波长半导体激光器对温度更加敏感。为保证输出特性的稳定，对激光器进行温度控制是十分必要的。4、数字光接收机的方框图.5、光接收机对光检测器的要求.对光检测器的基本要求如下:(1)高的光电转换效率,即对某一波长入射光信号,能够得到尽可能大的光电流;(2)附加噪声尽可能小;(3)响应速度要快,线性好及频带宽;(4)可靠性好,寿命长.在光纤通信中,满足上述要求的光检测器有两种半导体光电二极管:PIN光电二极管和雪崩光电二极管(ADP).6、什么是灵敏度？灵敏度是衡量光接收机性能的综合指标。灵敏度Pr的定义是，在保证通信质量(限定误码率或信噪比)的条件下，光接收机所需的最小平均接收光功率〈P〉min，并以dBm为单位。3min()Pr10lg[]()10PwdBm灵敏度表示光接收机调整到最佳状态