光纤通信系统知识点总结.pdf

分析光纤中的传输，可用两种理论：射线光学（即几何光学）理论和波动光学理论。 根据光纤横截面上折射率分布的情况来分类，光纤可分为阶跃折射率型和渐变折射率型。 2 2 数值孔径 NA= n1 n2 ，表示光纤的集光能力。 最大时延差 Ln1 n1 n2 d c n2 L 为光纤的长度 相对折射率差 n1 n2 n1 n1 单位长度光纤的最大群时延差 d c 损耗和色散是光纤的两个主要的传输特性。 色散可分为：模式色散、材料色散、波导色散。 采用内包层的作用： 1 减小基模的损耗， 2 得到纤芯半径较大的单模光纤。 0.85 m， 1.3 m 和 1.55 m 左右是光纤通信中常用的低损耗窗口。 色散可分为模式色散，材料色散以及波导色散。 在所有的导模中，只有 HE 11 模式的截止频率为 0 ，亦即截止波长为无穷大。 HE 11 是任何光纤中都能 存在、永不截止的模式，称为基模或主模。 最常用的光源是半导体激光器和发光二极管 用半导体激光器的原因： 1）半导体光源体积小； 2 ）发射波长适合在光纤中低损耗传输； 3 ）可以直 接进行强度调制； 4 ）可靠性较高。 原子中的电子可以通过和外界交换能量的方式发生量子跃迁，或称为能级跃迁，若电子跃迁中交换 的能量是热运动的能量，称为热跃迁，若交换的能量是光能，则是光跃迁。 放大媒质： N2N1 ，受激辐射占主导地位， r （v ）0 ，光波经过媒质时强度按指数规律增加，光波 被放大。 N N 的媒质是一中处于非热平衡状态下的反常情况，称之为粒子数反转或布居反转，这种媒质 2 1 对应于激光型放大的情况。 在半导体物理中，通常把形成共价键的价电子所占据的能带称为价带，把价带上面邻近的空带（自 由电子占据的能带）称为导带。导带和价带之间，被宽度为 Eg 的禁带所分开。原子的电离以及电 子与空穴的复合发光等过程，主要发生在价带和导带之间。 光子能量满足 Eghve0V 的光子有放大作用。 对大量原子组成的体系来说，将同时存在着光的自发发射、受激辐射、和受激吸收 3 个过程。 自发发射：处于高能级 E2 上的电子按照一定的概率自发地跃迁到低能级 E1 上，并发射一个频率为 v 、能量为 hv=E2 — E1 的光子，这个过程称为光的自发发射过程。 自发发射的光是一种非相干光。 受激辐射：处于高能级 E2 上的电子在光场的感应下（感应光子的能量为 hv=E2 — E1）发射一个和 感应光子一模一样的光子，而跃进到低能级 E1，这个过程称为光的受激辐射。 受激吸收：处于高能级 E1 上的电子在感应光场的作用下（感应光子的能量为 hv=E2 — E1 ），吸收一 个光子而跃迁到高能级 E2，这个过程称为光的受激吸收过程。 受激跃迁（包括受激吸收和受激辐射）和自发发射区别： 1.自发发射只存在从高能级到低能级的过 程，从 E1 到 E2 自发跃迁迁率为零；受激跃迁同时存在着 E2 E1 和 E1 E2 两个过程，且受激 吸收概率与受激辐射概率相同。 2. 自发跃迁概率和光场强度无光，而受激跃迁概率和感应光场的强 度成正比。 自发发射、受激辐射、和受激吸收对应的器件分别是：发光二极管、半导体激光器和光电二极管。 产生稳定激光的两个条件： 1）有源区里产生足够的粒子数反转分布； 2 ）存在光学谐振机制，并在 有源区里建立起稳定的振荡。 半导体材料的禁带宽带（ Eg ）决定了激光器的发射波长。 制作半导体激光器的材料，是直接带隙的半