光纤通信与系统设计总结课件.ppt

光纤通信与系统设计 教学内容重点 光纤中光的传播理论－光线理论 阶跃多模光纤： 数值孔径: 模间色散: 传输容量限制： 光纤中光的传播理论－波导理论 单模光纤 色散 类型：模式色散、波长色散（材料色散、波导色散）、偏振模色散（极化色散） 色散描述： 色散设计： 波导色散特性取决于光纤的特性，如：芯径a，相对折射率差以及折射率分布等，可以通过改变光纤特性来改变其色散特性 色散限制 结论： 对于无啁啾脉冲C=0，无论?2符号如何，色散将导致脉冲展宽 对于啁啾脉冲，脉冲的展宽依赖于?2和C的相对符号?2C0，高斯脉冲单调展宽；?2C0，脉冲初始窄化，而后迅速展宽。在距离Zmin时达到最小宽度T1min 色散对系统的限制 2、宽光源谱宽系统（??不可忽略） …. 3、 超高斯输入脉冲 …. 基本概念 受激布里渊散射（SBS） 激光模式： 纵模选择： FP腔 DFB(DBR)-LD 工作特性 工作特性: P-I特性，光谱特性，调制特性，温度特性 LED与LD 比较 第9A章 波分复用通信技术 基本概念 关键器件 解复用器（光滤波器） 第五章 光发送机 光发送机的基本组成 光调制方式 直接调制，特点： 简单、经济、容易实现 响应带宽有限 引入调制啁啾（正啁啾） 间接调制（外调制） 特点： 基本原理：普科尔（Pocket）效应 马赫－曾德铌酸锂（LN）强度调制器原理 光发送机的指标 平均发送光功率 消光比 … 第六章 光检测器 PIN和APD的结构、原理 PIN的工作特性（量子效率、响应度的计算） APD的工作特性 （量子效率、响应度和倍增因子） 检测器的响应时间； 第七章 光接收机 光接收机作用 光接收机基本组成（光检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、时钟提取电路、取样判决器以及自动增益控制(AGC)电路） 光接收机的噪声来源与高斯近似分析； 数字接收机误码率与噪声 光接收机的灵敏度 第8A章 常用光器件 光纤连接器的结构、种类、特性（插损） 光纤耦合器的结构、种类、原理、特性（插损、附加损耗） 光衰减器 光隔离器 光环行器 * * * 第一章 概述 光纤通信系统的光波波谱 光纤通信的波谱在1.67×1014Hz～3.75×1014Hz之间，即波长在0.8μm～1.8μm之间，属于红外波段， 光纤通信系统的优点 容量大、损耗低、抗电磁干扰、保密性能好、体积小，重量轻、原材料丰富 光纤通信系统组成 以光纤为传输媒介、光波为载波的通信系统。主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成 第二章 光纤的结构与导波特性 基本光学定义和定律： 传播速度，反射现象（反射定律），折射现象（折射(Shell)定律），全反射条件 光纤的结构和类型 结构：折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层 类型： 按模式分：多模、单模 ITU-T. G.652/G.653/G.655… 梯度多模光纤：… 光波导理论逻辑过程 Maxwell方程 波动方程 场的解 边界条件 特征方程 场的解 传输常数? 模场分布 波导方程式 导模条件 贝塞尔函数 V参数 单模条件和截止波长 最低阶高次模（LP11, TE01, TM01,HE21）的截止条件 光纤只传输基模(HE11 或 LP01) 单模工作波长范围 截止波长 ?c 单模条件 高斯型场分布的1/e全宽度 场分布向芯区集中 模场直径(MFD) 模场半径与光纤芯径 w/a V 模场直径 有效面积： 误差 0.02 !!! 第三章 光纤中的信号劣化 光纤的损耗 吸收损耗、散射损耗、弯曲损耗 损耗系数： 相速与群速 相速（等相面）： 群速度（包络）： 群延迟： 光脉冲展宽： 群速度色散（ps2/km) 色散（ps/nm.km):单位长度群延迟差 色散影响比较 Polarization Mode Differential (disp. slope) Waveguide Material Graded index, intermodal Step Index, intermodal Dispersive Fiber Output Pulse DT 脉冲在光纤中传输距离z之后： 高斯输入脉冲 啁啾的高斯光脉冲 啁啾(chirp): 上啁啾或负啁啾 ?ω 高斯脉冲功率: t 脉冲宽度: 脉冲功率1/e强度点半宽: T0 脉冲功率半极大值全宽度或半高全宽(FWHM): 慢变包络： 啁啾（chirp）参量C： C0，从脉冲前沿到后沿瞬时频率线性增加上(负）啁啾），C0，下（正）啁啾 脉冲的不同部位对其中心频率产生了不同的偏离量 上式表明：高斯脉冲经光纤传输后，仍保持为高