光纤通信考试必备

数值孔径5、1.按光纤横截面的折射率分布分类：阶跃折射率分布光纤、渐变折射率分布光纤2.按光纤中的传导模式数量分类：单模光纤和多模光纤3.按光纤构成的原材料分类：石英系光纤、多组分玻璃光纤、塑料包层光纤、全塑光纤4.按光纤的套塑层分类：紧套光纤、松套光纤最大时延差：6、相对折射率差最大入射角阶跃光纤中的模数量M=V2/2截止频率Vc=2n1a(2)1/2/cc=2n1a(2)1/2/Vc临界角：7、矢量模中，HE11模的归一化截止频率最低，其次是TE01、TM01和HE21模。HE11模的归一化截止频率为Vc=0。TE01、TM01和HE21模是第一个高次模，它们的归一化截止频率为Vc=2.40483。适当设计光纤，使HE11模以外的高次模都截止，可实现单模传输，构成单模光纤。要保证光纤中传输HE11模单一模式，必须满足0＜V＜2.40483。8、衡量光纤损耗特性的参数为衰减系数（损耗系数），定义为单位长度光纤引起的光功率衰减，其表达式为（）为在波长处的衰减系数，Pi为输入光纤的光功率，Po为光纤输出的光功率，L为光纤的长度10、光纤色散：定义：指由于光纤所传输的信号是由不同频率成分和不同模式成分所携带的，不同频率成分和不同模式成分的传输速度不同，从而导致信号的畸变。影响：使光脉冲展宽，严重时造成码间干扰，增加误码率。影响光纤的传输容量，限制中继距离。产生基于两方面的因素：进入光纤中的光信号不是单色光；光纤对于光信号的色散作用（送进光纤的不是单色光是两方面的原因：光源发出的并不是单色光；调制信号有一定的带宽）色散系数D()定义：单位线宽光源在单位长度上所引起的时延差。()为单位长度光纤上的时延差，单位是ps/km；是光源的线宽，单位为nm最大时延差：描述光纤中速度最快和最慢的光波成分的时延之差。时延差越大，色散就越严重。光纤色散的种类：模式色散：由于信号不是单一模式携带所导致的。在多模光纤中存在许多传输模式，即使在同一波长，不同模式沿光纤轴向的传输速度不同，到达接收端所用时间也不同而产生的。材料色散：由于同一个模式内信道信号的光波频率成分不同所导致的。由于光纤材料的折射率是波长的非线性函数，使光的传输速度随波长的变化而变化引起的。主要有光源的光谱宽度引起。波导色散：由于同一个模式内信道信号的光波频率成分不同所导致的。同一模式的相位常数随波长而变化，即群速度随波长变化所引起的。主要有光源的光谱宽度和光纤的几何结构所引起的。偏振色散：在单模光纤中独有的一种特殊模式色散。是由于实际的光纤存在一定的不完善性，使得沿着两个不同方向偏振的同一模式的相位常数不同，导致两个模式传输不同步，形成色散。11、单模光纤：单模光纤是指在给定的工作波长上只传输单一基模的光纤。适用于长距离、大容量的光纤通信系统。单模光纤是在一定的工作波长下，只传输基模HE11模（或LP01模）的光纤。单模光纤的截止波长是指光纤的第一个高阶模LP11模（或HE21、TM01和TE01模）截止时的波长。只有工作波长大于单模光纤的截止波长时，才能保证光纤工作在单模状态。12、非色散位移单模光纤G.652：常规单模光纤和低水峰单模光纤。常规单模光纤是最早实用的单模光纤也是目前使用最广泛的光纤。其性能特点：在1310nm波长处的色散为零；在1550nm波长区衰减系数最小，但具有最大色散系数。低水峰单模光纤（全波光纤）几乎消除了石英玻璃中负氢氧离子引起的损耗峰，所以光纤具有长期的衰减稳定性。其特点是：光纤可在1280nm~1625nm全波段进行传输；色散比较小。非零色散位移单模光纤G.655：为适用波分复用传输系统设计和制造的新型光纤。是在色散位移单模光纤的基础上，通过改变折射率分布的方法使得光纤在1550nm的波长色散不为零，且在1530nm~1565nm波长区具有小的色散。这种光纤又分为非零色散位移单模光纤、低色散斜率非零~~~单模光纤、大有小面积非零~~~单模光纤。io10lg(dB/km)PLP（）＝()()ps/kmnmD（）max22121sin2NAnnn2122212nnn121122nnnnnn（）（）22222120Vnnkamax1c2212sinsin(90)nnnmaxmaxminc111221sinΔLLcnLnnncnLnc2c1arcsinnn光缆基本结构：缆心＼外护层＼加强件。温度升高时，LD的阈值电流增大，输出功率下降。2、粒子数反转分布：高能级E2的电子密度N2低能级E1上的电子密度N1是一种处于非热平衡状态下的反常情况，称为粒子数反转分布，必须通过外界的泵浦才能实现。(或：处于高能态的粒子数多于低能态的粒子数)对满足Eghve0V的入射光有放大作用。3、LD适合于作高速长距离光纤通信系统的光源。优点：辐射功率高；发散角窄；与单模光纤耦合效率高；辐射光谱窄；能进行高速直接调制。LD通过受激辐射发光；可以发出单色性和定向性好、强度和相干性高的光。4、激射的条件：有源区里产生足够多的粒子数反转分布；存在光学谐振机制，并在有源区里建立稳定的激光振荡。材料的禁带宽度决定了激光器自发辐射的波长范围。发射波长=hc/EdirEdir是直接带隙材料的禁带宽度。5、F-P谐振腔是一种最简单的光学反馈装置，它由一对平行放置的平面反射镜（通常直接利用半导体晶体材料的天然解理面）组成。往返反射构成正反馈。7、P-I特性揭示了激光器输出光功率与注入电流之间的变化规律。•在光发射机中，激光控制器电路用以消除温度变化和器件老化对LD的性能的影响，给激光器提供稳定的工作环境，采取措施：加入自动温度控制和自动功率控制.APC消除器件老化的影响，只探测激光器发射的平均功率，依次为反馈信号控制偏置电流从而维持输出光功率的恒定。APC控制LD的偏置电流、输出光功率、激光背向光功率。8、阈值电流：激光器有自发辐射到开始受激振荡时的临界注入电流。测量方法：P-I关系法、远场法、光谱法。P-I关系法：双斜率法、反向延长法、二阶求导法。功率效率：Pex为激光器发射的光功率；VJ为激光器的结电压；RS为激光器的串联电阻；I为注入电流。内量子效率用Rr和Rnr分别表示辐射复合和非辐射复合的速率，内量子效率温度特征T0:温度升高：1、外微分量子效率随温度的升高而下降，但不明显。2、阈值电流呈指数增长3、输出功率则明显下降，当达到一定温度时LD不激射11、F-P腔激光器是指采用法布里-珀罗谐振腔作为光反馈装置的半导体激光器的统称。F-P腔激光器一般沿垂直PN结方向构成双异质结，有源区薄层夹在P-型和N-型限制层中间。工作电流通过电极注入有源区，实现粒子数反转分外微分量子效率外量子效率I是激光器的注入电流，V是PN结上的外加电压LD的通用结构有源区（又称为增益区）有源区是实现粒子数反转分布、有光增益的区域。光反馈装置：在光学谐振腔内提供必要的正反馈以促进激光振荡。频率选择元件：用来选择由光反馈装置决定的所有纵模中的一个模式。光束的方向选择元件：光反馈装置具体形状和位置可以选择激光器光束的方向。光波导：引导激光器内对所产生的光波在器件内部进行传输。有源区频率选择元件光波导光反馈装置输出光由P-I曲线可知，半导体激光器是阈值型器件，随注入电流的不同而经历了几个典型阶段。当注入电流较小时，有源区里不能实现粒子数反转，自发辐射占主导地位，半导体激光器发射普通的荧光，光谱很宽，其工作状态类似于一般的发光二极管。随着注入电流的加大，有源区里实现了粒子数反转，受激辐射开始占主导地位，但当注入电流仍小于阈值电流时，谐振腔里的增益还不足以克服损耗，不能在腔内建立起一定模式的振荡，半导体激光器发射的仅仅是较强的荧光，称为“超辐射”状态。只有当注入电流达到阈值以后，才能发射谱线尖锐、模式明确的激光，光谱突然变窄并出现单峰（或多峰）。0/0)(TTtheITI20304050607080P/mW54321050100I/mA不激射exp2jsPVIIR激光器辐射的光功率激光器消耗的电功率i有源区里每秒钟产生的光子数有源区里每秒钟注入的电子－空穴对数rinrrRRRex激光器每秒钟发射的光子数激光器每秒钟注入的电子－空穴对数ex0//PhIeexexPIVexthDth0()//PPhIIeexDth0//PhIIe布和电子空穴对的复合发光。有源区还同时起到光波导作用，利用两端晶体的天然解理面作为反射镜，构成矩形介质波导谐振腔，并在腔内产生自激振荡。F-P腔激光器通常以边发射方式由谐振腔的一端输出激光光束。13、激光器的阈值条件：。但当注入电流小于阈值电流时，谐振腔内的增益还不足以克服谐振腔的损耗时，不能在腔内建立起振荡激光器只发射较强荧光，只有当注入电流大于阈值电流时，才能产生功率很强的激光。14、分布反馈（DFB）激光器和F-P腔激光器(LD)的主要区别在于没有采用集总式的谐振腔装置，而是在靠近有源区的波导层上沿长度方向制作Bragg衍射光栅提供周期性的折射率改变。14、LED工作原理：发光二极管是非相干光源，它的发射过程主要对应光的自发辐射过程。在发光二极管的结构中不存在谐振腔，发光过程中PN结也不一定需要实现粒子数反转。当注入正向电流时，注入的非平衡载流子在扩散过程中复合发光。衰减时间13、张弛振荡频率电光延迟时间15、直接调制的数字激光发射机的组成：数字信号入→线路编码→调制电路→LD(控制电路)→光信号各部分作用：线路编码：将数字信号转换成适合在光纤中传输的形式。调制电路：把要传递的信息转换为驱动电流控制光源的发光过程，从而获得输出功率的变化以实现调制响应。LD：输出激光，发射功率大、调制特性好、电光转换效率高，输出光有良好的方向性和相干性。激光控制器电路用以消除温度变化和器件老化对LD的性能的影响，给激光器提供稳定的工作环境。普科尔效应：晶体的折射率与外加电场幅度成线性变化，称为线性电光效应，即普科尔效应。第3章灵敏度反映了接收机接收微弱光信号的能力，而动态范围表示了接收机接受强光信号的能力。1、灵敏度表示光接收机调整到最佳状态时，能够接收微弱光信号的能力。接收灵敏度定义：在满足给定的误码率指标条件下，最低接收的平均光功率Pmin。Sr=10lg(Pmax/10-3)dBm.接收动态范围定义：接收机的最低输出光功率和最大允许输入光功率之差。D=10lg(Pmax/Pmin)dB2、直接检测光接收机的构成及功能：①光电检测器：负责光电转换，将光信号变成电信号，即进行光解调；②前置放大器：负责对光电检测器的微弱电流信号进行发大，低噪声、宽频带，输出mV量级；③主放大器：要提供足够的增益，将输入放大到判决电路所需电平，P-P值1-3V；④AGC：控制主放大器增益，使其输出幅度在一定范围内不受输入信号幅度的影响；⑤均衡滤波器：对主放输出的失真数字信号整形，判决时消除码间干扰，得到最小的误判率、⑥判决器和时钟恢复电路：对信号进行再生。精确地确定判决时刻，需要从信号码流中提取准确的时钟作为标定，保证收发一致。光接收机也可分为三部分：①接收机前端：光检测器和前置放大器，是光接收机的核心；②线性通道：主放大器、均衡滤波器和自动增益控制；③判决、再生部分：判决器、译码器和时钟恢复。在数字光接收机中，为什么要设置AGC电路？答；自动增益控制（AGC）使光接收机具有较宽的动态范围，以保证在入射光强度变化时输出电流恒定。3、光电检测器:简单的光电二极管（PD）工作原理：光生电流（漂移电流和扩散电流总和）随入射光变化作线性变化，把光信号转换成电信号。由PN结构成、在入射光的作用下，由于受激吸收过程产生的电子—空穴对的运动，在闭合电路中形成光生电流的器件。1/2spphth11jjdspthlnjtjj01j2sp*jth)LD()(R)LD()(TTIT