光纤通信复习分析.docx

光纤通信复习第 1 章 概 论1、1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载波传送话音的“光电话”。2、1960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红宝石激光器。3、1966年，英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤(Optical Fiber)进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信——光纤通信的基础。（指明通过“原材料的提纯制造出适合于长距离通信使用的低损耗光纤”这一发展方向。）国内外光纤通信发展的现状：光纤从多模发展到单模，工作波长从0.85 μm发展到1.31 μm和1.55 μm(短波长向长波长），传输速率从几十Mb/s发展到几十Gb/s。通信系统的传输容量取决于对载波调制的频带宽度，载波频率越高，频带宽度越宽。光通信的主要特点：载波频率高；频带宽度宽。光通信利用的传输媒质-光纤，可以在宽波长范围内获得很小的损耗。（近红外线（10） 可见光线（1））（频率：1THz）光纤通信的优点：（1）容许频带很宽，传输容量很大（2）损耗很小，中继距离很长且误码率很小（3）重量轻、体积小（4）抗电磁干扰性能好（5）泄漏小，保密性能好（6）节约金属材料，有利于资源合理使用。光纤通信的缺点：（1）质地脆，机械强度差；（2）光纤的切断和接续需要一定的工具设备和技术；（3）分路、耦合不灵活；（4）光纤光缆的弯曲半径不能过小（20cm）；（5）有供电困难问题。光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分作用。答：下图示出单向传输的光纤通信系统，包括发射、接收和作为广义信道的基本光纤传输系统。（1）发射部分：由信息源和电发射机组成，主要主要作用是信号的转换和调制，把基带信号转换为适合信道传输的信号，称为已调信号。接受部分：由电接收机和信息宿组成，主要作用是把接受到的电信号解调制，转换为基带信号，最后由信息宿恢复用户信号。基本光纤传输系统：由光发射机、光纤线路和光接受机三部分组成，光发射机的功能是把输入的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。光纤线路的功能是把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变（失真）和衰减传输到光接受机。光接受机的功能是从光纤线路输出、产生畸变的和衰减的微弱光信号转换为电信号，并经其后的电接收机放大和处理后恢复成基带信号。电信号对光的调制的实现方式：（1）直接调制：用电信号直接调制半导体激光器或发光二极管的驱动电流，使输出光随电信号变化而实现的。（2）间接调制(外调制)：把激光的产生和调制分开，用独立的调制器调制激光器的输出光而实现的。第 2 章 光纤和光缆光纤结构：（1）光纤（Optical Fiber）是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。（2）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。（3）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。（4）设纤芯和包层的折射率分别为n1和n2，光能量在光纤中传输的必要条件是n1n2。光纤类型：突变型多模光纤（Step-Index Fiber, SIF）：只能用于小容量短距离系统。渐变型多模光纤（Graded-Index Fiber, GIF）：适用于中等容量中等距离系统。单模光纤（Single-Mode Fiber, SMF）：用在大容量长距离的系统。（相对于单模光纤而言，突变型光纤和渐变型光纤的纤芯直径都很大，可以容纳数百个模式，所以称为多模光纤）目前光纤通信为什么采用以下三个工作波长：？答：附近是光纤传输损耗较小或最小的波长“窗口”，相应的损耗分别为，而且在这些波段目前有成熟的光器件（光源、光检测器等）。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。光纤色散：色散(Dispersion)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：由于不同模式的传播时间不同而产生，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：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：取决于波导尺寸和光纤纤芯和包层的相对折射率差。色散对光纤传输系统的影响：（1）频域上，色散限制了传输信号的带宽；（2）时域上，色散引起信号脉冲的展宽。光纤色散产生的原因及其危害是什么？答：产生：是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。危害：若信号是模拟调制的，色散限制带宽；若信号是数字脉冲，色散将使脉冲展宽，限制系统的传输速率。光纤3dB光带宽：将归一化频率响应|H(f) / H(0)|下降一半或减小3dB的频率定义为光纤3dB光带宽。（ |H(f3dB)/