文档介绍：该【光纤通信重要知识点总结 】是由【1781111****】上传分享，文档一共【9】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【光纤通信重要知识点总结 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激发射量增加,一旦超过P-N结中光的吸收损耗,激光器就开始振荡,于是光输出功率急剧增大。使激光器发生振荡时的电流称为阈值电流Ith。只有当注入电流等于或大于阈值时,激光器才发射激光。,,光源谱线宽度是衡量器件发光单***的一个物理量。越窄越好。:分布反馈式激光器,DFB激光器采用双异质掩埋条形结构。不同之处是它用布拉格光栅取代传统的F-P光腔作为光谐振器。量子阱激光器(MQW)多量子阱结构带来了阈值电流小、输出光功率大及热稳定性好的优点。光纤锁模激光器,产生激光超短脉冲的技术常称为锁模技术。:发光二极管(LED)的工作原理与激光器(LD)有所不同,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。发光二极管有两种类型;一类是正面发光型LED,另一类是侧面发光型LED,和正面发光型LED相比,侧面发光型LED驱动电流较大,输出光功率较小,但由于光束辐射角较小,与光纤的耦合效率较高,因而入纤光功率比正面发光型LED大。和激光器相比,发光二极管输出光功率较小,谱线宽度较宽,调制频率较低。但发光二极管性能稳定,寿命长,输出光功率线性范围宽,而且制造工艺简单,价格低廉。因此,这种器件在小容量短距离系统中发挥了重要作用。:,即P-I特性当注入电流较小时,,发光二极管的发射光谱比半导体激光器宽很多,,温度对发光二极管的光功率影响比半导体激光器要小。::光纤是一种工作在光波段的介质波导,可将光波约束在波导内部和表面,并引导光波沿光纤轴传播的介质光波导,纤芯的折射率高于包层的折射率(全反射),从而构成一种光波导结构,使大部分的光被束缚在纤芯中传输。光纤是一种纤芯折射率比包层折射率高的同轴圆柱形电介质波导,它由纤芯(直径为2a)、包层(直径为2b)、二氧化硅或塑料制成。前者适用于长距离传输,后两者适用于短距离传输,其中塑料光纤由于损耗较大,传输距离很短,主要应用于更小距离传输和一些较恶劣的环境中,在恶劣环境中因其机械强度较好,所以较前两种更具优越性。:..(阶跃光纤)和渐变折射率分布光纤(渐变光纤)。阶跃光纤的折射率分布特点是纤芯的折射率均匀为n,而包层的折射率为n。在纤芯和包层之间的分界面上,12折射率有一个不连续的阶跃性突变。渐变光纤的纤芯折射率是半径r的函数,记为n(r),在纤芯轴线上最大,为n;而在纤芯的横截面内沿径1向折射率逐渐减小,形成一个连续渐变的梯度或坡度,像一个抛物线,最后达到包层的折射率n。在纤芯到2分界面之间,折射率是渐变的,而不像阶跃光纤在分界面处突变。n为光纤轴心处的折射率;n为包层区12域折射率;a1为纤芯半径;Δ=(n-n)/n称为相对折射率差。至于渐变光纤的剖面折射率为何做如此121分布,其主要原因是为了降低多模光纤的模式色散,增加光纤的传输容量。。能够传输多种模式(基模和高阶模)的光纤叫多模光纤,而只能传输一种模式(基模)的光纤叫单模光纤。多模光纤的纤芯较粗,可以很容易将光功率注入到光纤,并且较容易将相同的光纤连接在一起,同时可以使用制造工艺简单、价格低廉、不需要外围电路和长寿命的LED作为光源。其缺点是存在较严重的模式色散,使其传输速率低、距离短,整体的传输性能差。但成本低,一般用于建筑物内或地理位置相邻的环境中;单模光纤的纤芯相应较细,传输频带宽、容量大、传输距离长,但需LD作为光源,成本较高,通常在建筑物之间或地域分散的环境中使用。光纤的模式色散(又叫模间色散):不同的传播模式会有不同的传播速度与相位,因此经过长距离的传输之后会产生时延,导致光脉冲变宽。计算多模光纤中传播模式数量的经典公式为N=V2/4,其中V为归一化频率。如当V=38时,多模光纤中会存在300多种传播模式。模式色散会使多模光纤的带宽变窄,降低其传输容量。因此多模光纤仅适用于较小容量的光纤通信。单模光纤由于它只允许一种模式在其中传播,从而避免了模式色散的问题,故其具有极宽的带宽,特别适用大容量的光纤通信。,可分为短波长(~)光纤与长波长()光纤。,可分为紧套光纤与松套光纤。:从空气中入射到光纤纤芯端面上的光线被光纤捕获成为束缚光线的最大入射角θ为临界光锥的半角称为光纤的数值孔径,记为NA。它与纤芯和包层的折射率分布有关,而与光纤的max直径无关。对于阶跃光纤,NA为,Δ=(n-n)/n是光纤纤芯和包层的相对121折射率差。NA表示光纤接收和传输光的能力,NA(或θ)越大,光纤接收光的能力越强,从光源到光纤的耦合效率越高。c对于无损耗光纤,在θ内的入射光都能在光纤中传输。NA越大,纤芯对光能量的束缚越强,光纤抗弯曲性能c越好。但NA越大,经光纤传输后产生的信号畸变越大,限制了信息传输容量,所以要根据实际使用场合,选择适当的NA。:为了描述光纤中传输的模式数目,在此引入一个非常重要的结构参数,即光纤的归一化频率,一般用V表示,其表达式如下a为纤芯半径,传输模式数目随V值的增加而增多。当V值减小时,不断发生模式截止,模式数目逐渐减少。特别值得注意的是,当V<,只有HE(LP)1101一个模式存在,其余模式全部截止。HE称为基模,由两个偏振态简并而成。由此得到单模传输条件为11,对于给定的光纤(n、n和a确定),存在一个临界波长λ,当λ<λ时,是多模传输,当λ>λ时,是单模传输,这个临界波长λ称为截止波长。:光信号经光纤传输后会产生损耗和畸变(失真),产生信号畸变的主要原因是光纤中存在色散。损耗和色散是光纤最重要的传输特性。损耗限制系统的传输距离,色散则限制系统的传输容量。:..光纤的损耗在很大程度上决定了系统的传输距离。光纤损耗的原因::本征吸收损耗,杂质吸收损耗,:线性散射损耗,::衡量一根光纤损耗特性的好坏,即传输单位长度(1km)光纤所引起的光功率减小的分贝数,一般用α表示损耗系数,单位是dB/km。dP/dz=-αP11光纤色散: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。光纤的色散会使输入脉冲在传输过程中展宽,产生码间干扰,增加误码率,这样就限制了通信容量。因此制造优质的、色散小的光纤,对增加通信系统容量和加大传输距离是非常重要的。色散一般包括模式色散、材料色散和波导色散。模式色散,就是由于轨迹不同的各光线沿轴向的平均速度不同所造成的时延差,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。波导色散是由于光纤中模式的传播常数是频率的函数而引起的。它不仅与光源的谱宽有关,还与光纤的结构参数(如V)等有关。:非线性现象本质上是在非线性介质中传输的光场进行能量和动量交换的过程。:自相位调制(SPM)、交叉相位调制(XPM)及四波混频(FWM)。非线性受激散射可分为布里渊散射和拉曼散射两种形式。:当有三个不同波长的光波同时注入光纤时,由于三者的相互作用,产生了一个新的波长或频率,即第四个波,新波长的频率是由入射波长组合产生的新频率。四波混频效应能够将原来各个波长信号的光功率转移到新产生的波长上,从而对传输系统性能造成破坏。在波分复用系统中,混合产生的新波长会与其他信号信道的波长完全一样,严重破坏信号的眼图并产生误码。四波混频效应的效率与波长失配、波长间隔、注入光波长的强度、光纤的色散、光纤折射率、光纤的长度等有关。色散在四波混频效应中起了重要的作用。通过破坏相互作用的信号间的相位匹配,色散能减少四波混频效应产生的新波长数目。。光导纤维电缆由一捆光纤组成,简称为光缆。光缆是数据传输中最有效的一种传输介质,它的和光纤的优点类似,主要有1频带较宽。2电磁绝缘性能好。3衰减较小,4中继器的间隔较大,降低成本。、骨架式、带状式和束管式四大类。光缆分类:1按敷设方式分类:有架空光缆、管道光缆、地埋光缆和海底光缆。2按光缆结构分类:有束管式光缆、层绞式光缆、骨架式光缆、带状式光缆、非金属光缆和可分支光缆。3按用途分类:有长途通信用光缆、短途室外光缆、混合光缆和建筑物内用光缆。、光学特性和传输特性三类。几何特性包括纤芯与包层的直径、偏心度和不圆度;光学特性主要有折射率分布、数值孔径、模场直径和截止波长;传输特性主要有损耗、带宽和色散。光纤特性的测量:规定了基准测量方法和替代测量方法。光纤损耗的测量:截断法:是测量精度最好的办法,其缺点是要截断光纤。背向散射法测量。光纤色散与宽带的测量:时域方法测量脉冲宽度;频域法测量光纤宽度第四章:、光检测器、光放大器和光波长转换器等。光源是光发射机的主要器件,主要功能是实现信号的电—光转换;光检测器位于光接收机内,主要功能是实现信号的光—电转换;光放大器主要是对光信号直接进行放大,无需通过光—电—光转换过程,解决长距离传输时光功率不足的问题。,电子以极快的速度通过PN结。在行进途中碰撞半导体晶格上的原子离化而产生新的电子、空穴,即所谓二次电子和空穴,而且这种现象不断连锁反应,使结区内电流急剧倍增放大,:..产生“雪崩”现象。。,所以用这种效应对一次光生电流产生的平均增益的倍数来描述它的放大作用。并把倍增因子定义为APD输出光电流I0和一次光生电流Ip的比值。g=Io/(SOA)和光纤放大器(OFA)两种类型。半导体光放大器的优点是小型化,容易与其他半导体器件集成;缺点是性能与光偏振方向有关,器件与光纤的耦合损耗大。OFA的性能与光偏振方向无关,器件与光纤的耦合损耗很小,因而得到广泛应用。。:主要由掺铒元素决定;掺铒光纤发大器可以对1550nm光进行发大。掺铒光纤放大器的泵浦方式:同向泵浦、反向泵浦和双向泵浦。同向泵浦的优点是构成简单、噪声性能较好。反向泵浦优点是:当光信号放大到很强时,泵浦光也强,不易达到饱和,因而具有较高的输出功率。双向泵浦:结合了同向泵浦和反向泵浦的优点,使泵浦光在光纤中均匀分布。掺铒(EDFA)放大器的应用:中继放大器,前置放大器,后置放大器。(SOA)和半导体激光器一样,是基于光的受激辐射和放大。事实上,激光器名称的意思就是受激辐射引起的光放大。SOA是利用半导体激活介质能够给通过的光提供增益的机理,使光信号得到放大。SOA是一种具有光增益的光电器件SOA主要有两种结构:法布里—珀洛腔(FP)型及行波(TW)型两种。SOA优点:①SOA具有很大的增益带宽覆盖1310nm与1550nm两处窗口;②SOA增益平坦性好;③SOA能够动态转换波长,能够接受输入信号光改变它的频率,同时对其进行放大;④SOA体积小,泵浦简单,可批量生产,成本低。,噪声指数更低,是实现高速率、大容量、长距离光纤传输的关键器件之一。原理是基于石英光纤中的非线性效应—SRS。RFA有两种类型:一集总式拉曼光纤放大器,分布式拉曼光纤放大器。拉曼光纤放大器主要由增益介质光纤、,是一种可拆卸的器件,它用于设备与光纤之间的连接、光纤与光纤之间的连接或光纤与其他光无源器件之间的连接。光纤接头是实现光纤与光纤之间的永久性(固定)连接,主要用于光纤线路的构成。光纤连接器件是一种无源器件。::主要来自制造工艺技术和光纤本身的不完善。光纤连接损耗是由于光纤之间的连接错位引起的损耗,以及与光纤参数相关的损耗。连接错位一般:轴心错位、端面间隙、角度倾斜、端面光洁度。、插入、分配的一种器件。在耦合的过程中,信号的频谱成分没有发生变化,变化的只是信号的光功率,即同一波长。常用耦合器的类型1T形耦合器2星形耦合器3定向耦合器4波分复用器。耦合器的结构有光纤型、微器件型和波导型。几个主要参数:插入损耗Lt是穿过耦合器的某一光通道所引入的功率损耗,附加损耗Le是由散射、吸收和器件缺陷产生的损耗,:是保证光信号只能正向传输,阻止光波往其他方向特别是反方向传输的器件。光隔离器就是一种非互易器件,耦合器是互易器件。光隔离器主要用在激光器或光放大器的后面,以避免反射光返回到该器件致使器件性能变坏。原理:光隔离器主要利用磁光晶体的法拉第效应。光隔离器主要由两个偏振器和一个法拉第旋转器组成。假定存在某种反射,反射光的偏振态也在45°方向上,当反射光通过法拉第旋转:..器时再继续旋转45°,此时就变成了水平偏振光。水平偏振光不能通过左面偏振器(第一个偏振器),完全阻断了反射光的传输,于是就达到隔离效果。,其工作原理与隔离器类似。光调制器是把信息加载到光波(就是载波)上的过程就是调制。光调制器就是实现从电信号到光信号的转换的器件。光开关是一种光路控制器件,起着进行光路切换的作用,可以实现主/备光路切换,光纤、光器件的测试等有1机械式光开关2微机械式光开关(MEMS)。光滤波器在WDM系统中是一种重要元器件,:法布里—珀罗滤波器(用作干涉仪)和马赫—曾德干涉滤波器(解复用器,复用器,调谐滤波器)