光纤通信期末复习整理.docVIP

★★第一章★★ 光纤：光纤是传光的纤维波导或光导纤维的简称。 光纤特性包括它的结构特性、光学特性及传输特性。结构特性主要指光纤的几何尺寸（芯径等）； 光学特性包括折射率分布、 数值孔径等；传输特性主要是损耗及色散特性。 光纤通信系统：光纤通信系统是以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信系统，主要有光发送机，光纤光缆，中继器和光接收机组成。 检测方式：直接检测和外差检测。光接收机最重要的参数是灵敏度。 空间光通信：在两个或多个终端之间，利用空间传输的激光束作为信息载体，实现通信。又称自由空间光通信。 光纤通信工作区，波长和频率：目前使用的通信光纤大多数采用基础材料为SiO2的光纤。它是工作在近红外区，波长为0.7～1.7μm，频带宽度约200THz，对应的频率为167～375THz。 光纤通信的优点：通信容量大；中继距离长；必威体育官网网址性能好；适应能力强；体积小、重量轻、便于施工维护；原材料来源丰富，节约有色金属和能源，潜在价格低廉等。 第二章 光纤通信系统中普遍采用的两大类光源是：激光器（LD)和发光管（LED）。 LD：双异质结激光器（DH），掩埋条形激光器（HL），分布反馈激光器（DFB），量子阱激光器（MQW） 。 发光二级管三种结构：边发光，面发光，超辐射。 半导体激光器发光原理：是向半导体PN结中注入电流，实现粒子数的反转分布，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。 电子在原子核外跃迁的基本方式：自发辐射、受激辐射、受激吸收。受激辐射是受激吸收的逆过程。 粒子数的反转分布：要使物质能对光进行放大，必须使物质中的受激辐射强于受激吸收，即高能级上的粒子数多于低能级上的粒子数。物质的这一种反常态的粒子数分布，称为粒子数的反转分布。 处于粒子数反转分布的物质称为激活物质或增益物质。要想得到粒子数的反转分布，一般采用光激励，放电激励，化学激励等方法，给物质能量，以求把低能级的粒子激发到高能级上去，这个过程叫泵浦。 激光器产生激光的条件：必须有激光工作物质，可在需要的光波范围内辐射光子；工作物质必须处于粒子反转分布状态；必须有光学谐振腔进行频率选择及产生光反馈。 半导体激光器的工作特性：P-I特性（当激光器注入电流增加时，受激发射量增加，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。）；光谱特性；温度特性。 LED工作特性：光输出特性（P-I特性，当注入电流太小时，发光二极管的输出功率曲线基本是线性的）；光谱特性（LED的发射光谱比LD宽）；温度特性（温度对LED的影响比对LD小）；频率调制特性（LED可调速率低）。 LED和LD的主要区别： LED发射的是自发辐射光；而LD是受激辐射光；LED不需要光学谐振腔，没有阈值，LD反之； LED输出光功率小，光谱较宽，调制频率较低，稳定性好，寿命长，输出功率线性范围宽，而且制造工艺简单，价格低廉，所以，LED的主要应用场合时小容量（窄带）短距离通信系统，而LD主要应用于长距离大容量（宽带）通信系统。LD和LED的相同之处：使用的半导体材料相同，结构相似，LED和LD大多采用双异质结（DH）结构，把有源层夹在P型和N型限制层中间。 影响光源和光纤耦合效率的主要因素：发散角、数值孔径NA。 光源和光纤耦合方法：直接耦合，透镜耦合。 ★★第三章★★ 光纤结构：涂敷层、包层、纤芯。 纤芯通常是高纯度SiO2，并有少量掺杂剂（二氧化锗，五氧化二磷），以提高纤芯的光折射率。 包层通常是高纯度SiO2，并有少量掺杂剂（三氧化二硼），以降低包层的光折射率，使之略低与纤芯的光折射率。 按模式分类：单模光纤、多模光纤。按折射率分类：阶跃型光纤、渐变型光纤。按波长分类：短波长光纤，长波长光纤。 渐变型光纤中不同射线具有相同轴向速度的现象称为光纤的自聚焦现象。 分析光纤传输原理的常用方法：几何光学法，麦克斯韦波动方程法。 当空间尺度远大于光波长时，可以用较成熟的几何光学分析法分析光在物质中的运动；当空间尺度与光波长相当时，应采用较复杂而严密的波动理论分析法。 数值孔径：从空气中入射到光纤纤芯端面的光线被光纤捕获成为束缚光线的最大入射角θmax为临界光锥的半角。记为NA。NA表示光纤接收和传输光的能力，NA(或θc)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。(P42计算：3-10、3-15、3-16). 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。 光纤损耗：散射损耗 吸收损耗 弯曲损耗 吸收损耗 是由SiO2材料引起的固有吸收和由杂质引起的吸收产生的。 散射损耗 主要由材料微观密度不均匀引起的瑞利散射和由光纤结构缺陷(如气泡)引起的散射产生的。瑞利散射损耗是光纤的固有