第一章
1 光纤通信是以光波为载波，以光纤作为传输媒质的通信方式。主要包括收发信电缆机、光 发送接收机端机、传输光纤等几个部分。
2 光纤通信工作在近红外区，工作频段
1310nm是单模零色散窗口，
167-375THz ，工作波长 0.8-1.8um。
1550nm是单模最低损耗窗口。
3光纤通信有3个低损耗窗口，850nm的短波长窗口和1310nm、1550nm的长波长窗口。850nm 是多模窗口，
4光纤通信的特点： 1 传输频带宽，通信容量大 2中继距离远，误码率小 3抗电磁干扰能力 强，无串话 4 质量轻，体积小， 经济效益好 5 资源丰富， 节约有色金属和能源 6 保密性好 7 抗腐蚀，不怕潮湿 缺点：质地脆、机械强度低、连接比较困难、分路耦合不方便
5 光纤通信技术的基本内容： 1 光纤传输理论与技术、光纤器件 2信号传输原理、调制解调 方式、信号编码及信道复用等 3 光源与光发送机 4 光检测机与光接收机 5 光纤通信系统的设 计、结构及应用 6 光纤通信技术如光放大器技术、 WDM 技术、全光网络技术
6 目前光纤通信采用的系统：采用光放大器的 WDM 第四代系统
7光纤多址通信系统即为波分复用系统 WDM ：几个-几百个波长在单根光纤中一起传输， 用
光放大器作中继放大，使传输容量提高成千上百倍。
第二章 1 光纤的典型结构式多层同轴圆柱体，自内向外为纤芯、包涂覆层。光纤的纤芯通常是折射 率为n1的高纯SiO2，并有少量掺杂剂，以提高折射率。包层的折射率为 由 SiO2 制造，掺杂 B2O3 及 F 等以降低折射率。
2 光纤根据传输的模式可分为单模和多模，单模光纤纤芯的芯径是
4-10um ，多模光纤纤芯
n2（ 的芯径为50um,两者的包层一般为125um ,涂覆层为5-40um ,根据横截面上的折射率可分 为阶跃光纤 SI 和梯度光纤 GI 。按材料分为石英光纤、塑料光纤和纳米光纤。 3 数值孔径 NA 定义：入射临界角 &0 的正弦即 NA=SIN&0=N1 根号下芯包折射率差值的两 倍。物理意义：表示入射到光纤端面上的光线，只有与纤芯轴夹角为 光线才能在纤芯内传输。 芯包折射率差值=（n1的平方-n2的平方）/2n1的平方=（n1-n2）/n1,n1为纤芯折射率n2为包层折 射率 &0 ，圆锥角内的入射 4为了使分析具有一般性，引进几个无量纲变量。令 V的平方=（k0*a）的平方（n 1-n2）的平方， 0<=b<=1 ， b=0 时模截 式中 a 为纤芯半径， V 称为归一化频率。 b=（B 的平方 /k0 的平方 -n2 的平方 ）/（n1 的平方 -n2 的平方 ）,这是归一化传播常数，它随频率的变化衡量光纤的色散特性 止， b=1 时极端情况。在多模阶跃光纤导模数 M=V 的平方 /2，在多模梯度光纤导模数 M=V 的平方 /4。对导模传输条件： kOn2<=B<=kOn1, 则 O<=b<=1, 当 b=O 时 B=kOn2,m=O 模截止。 5当阶跃光纤的归一化频率 模无截止现象。 V<2.405时实现单模传输，单模光纤中传输的是 LP01模,LP01 6单模传输的条件：对于阶跃光纤归一化频率 V<2.405即可实现单模传输，因为 Vc=根号下 （k0a）的平方（n1的平方-n2的平方）=k0a根号下（n1的平方-n2的平方）=2波长an1根号下2倍 的芯包折射率差值/波长c=2.405,所以波长c=2Pln1a根号下2倍的芯包折射率差值/Vc=2.6n1a 根号下2倍的芯包折射率差值 当波长 >波长c时为单模传输。 7 单模光纤中的光束实际上没有严格的横截面边界的，但中心部分最强。单模光纤中的横向 场分布为高斯场分布：E（r）=E（O）exp（-r的平方/wO的平方）.E（O）为中心场强，2w0为场强下降到 E（0）/e 点的宽度，称模场直径。模场直径是指基模场强在空间上分布的集中程度。归一化模 场半径 wO/a=O.65+1.619V 的-1.5次方 +2.879V 的-6 次方 8 在单模光纤中实质上传输偏振方向互相垂直的两个模式 光纤中，这两个模式传播常数 LPO1X 和 LPO1Y 。在理想的单模 Bx=By,这两个模式完全兼并，但实际的单模光纤中总可能存 是 LP01X 在一定的不完善， 光纤内部残余应力， 光纤弯曲扭转等引起的折射率分布各向异性， 和 LPO1Y 模的兼并被破坏，这就是单模光纤的模式双折射。 9 在光纤内部引起光纤损耗的主要机理是光能量的吸收损耗散射损耗及辐射负耗， 与光纤材料有关； 散射与光纤材料及光波导中的结构缺陷非线性效应有关； 几何形状的扰动关系，吸收与散射损耗是光纤材料所固有的。 吸收损耗 辐射则与光纤的 1O 引起光纤损耗的主要机理是：材料吸收 （紫外吸收，红外吸收，杂质吸收 ）散射损耗 （瑞利 散射，波导散射，非线性损耗 ）辐射损耗 （由光纤的弯曲造成 ） 11 色散是导模在不 同群速度下引起的，包括：模间色散：多模光纤中由于各个导模之间群 速度不同导致模间色散， 在发送端多个导模同时激励时， 各个导模具有不同的群速到达接收 端时刻不同（单模光纤没有模间色散） ； 波导色散：某个导模在不同波长下的群速率不同引起的色散； 材料色散：这是由于光纤材料的折射率随光频率随着光频率呈非线性变化而光源有一定谱 宽，于是不同的波长引起不同的群速率； 偏振模色散：单模光纤中的不对称性，造成两个偏振模的群时延不同从而导致偏振模色散 单模光纤没有模间色散， 波导色散与材料色散是主要的； 多模光纤模间色散与材料色散是主 要的，波导色散可忽略不计。 12单模光纤的种类：（1）G.652 零色散波长为1.3um,低色散,损耗高；（2）G.653零色散波长为 1.55um低损耗低色散如色散位移光纤 DSF（3）G.655零色散波长为1.525um和1.585um，低损 耗低色散如非零色散位移光纤 NZ-DSF（4）G .654低损耗广信（5）全波光纤:利用OH-吸收，消除 光纤里的损耗 13光纤中的非线性效应将主要归结为三阶非线性效应，主要有受激拉曼散射 里渊散射SBS、四波混频FWM及自相位调制 SPM。单模光纤中的这些非线性效应可分为 SPS、受激布 两大类；一类为受激散射效应，另一类为非线性折射率调制效应，包括自相位调制 波混频 FWM 及交叉相位调制 XPM SPM,四 14 无源光器件 (1) 光纤连接器：实现系统中设备之间、设备与仪表之间、设备与光纤之间、 光纤与光纤之间的活动连接，以便于系统的连接、测试和维护 (2) 光纤分路器及耦合器：实 现光信号的分配与合成， 光信号的提取与检测等， Y 型分路器将一路信号分成两路， 不一定 是完全相同的两路， X 型 2*2 定向耦合器：光功率从一根光纤耦合到另一根上 只允许单向光通过，以此来阻止反射光 (4) 光开关：实现各种开关功能 (5)光环型器 第三章 (3) 光隔离器： 1. 光源的工作原理基于光子的吸收、自发发射和受激发射三种原子跃迁过程。受激吸收：原 子吸收 hf=E2-E1 的能量后从低能级跃迁到高能级；自发发射：原子在高能级上不稳定，当 它跃迁回低能级时，放出能量为 hf 的光子；受激发射：原子原来处于高能级上，这时又有 能量为 hf 的光子入射，在它的激发下原子返回低能级并发射光子，发射的光子和入射的光 子具有相同的能量、状态。 2. 发光二极管 LED 的 P-I 特性： LED 是非阀值器件，发光功率随工作电流的增加而增大， 并在大电流时逐渐饱和。工作温度压 1.2~1.8V ， 到几十微瓦。 LED 的谱特性： 1 线宽随有源层掺杂浓度增加而增加 的线宽大，使光纤色散严重，限制了传输距离和速率。 由于半导体材料的导带和价带都由许多不同的能级组成， 隙上，但也有一些复合发生在最低及最高能级之间，因此 占据较大的范围。定义光强下降一半的波长变化为输出谱线宽度，这就是光源的线宽△ LED 的调制特性(数字调制时不需预偏置，模拟调制时要预偏置到 入 Idc 上) 1线性：注入电 2 线宽随温度升高而加宽。由于 LED LED 的工作基于半导体的自发发射。 大多数的载流子复合发生在平均带 LED 的 发射波长在其中心值附近 LED 的输出功率要下降。 LED 的 输出 提高时同样工作电流下 工作电流通常为 50~100mA ，这时偏置电功率约几毫瓦，而入纤功率在几 流小时线性相当好 2带宽：LED的3dB调制带宽：f差值3dB(电)=1/2Pit, f差值3dB(光)=根 号下 3/2Pit,t 为 LED 及驱动电路的时间常数等掺杂浓度高以减小 t。 3 半导体激光器 LD 的 P-I 特性： LD 是阀值器件，当工作电流大于阀值电流 Ith 时产生激光 输出，而且在 Ith 以上， LD 的输出功率与注入电流近似成正向线性。随着工作温度的提高 P-I 曲线向右移， Ith 增大斜率减小， P 减小。 LD 谱特性：多纵模时谱宽宽，单纵模时谱宽窄 LD 模式特性： 1 模式的稳定性 2 单纵模有利于减小光纤色散 3LD 的设计及结构上应保证基 横模工作 LD 输出有限线宽是因为 1 激光腔内自发发射事件引起的光场相位脉动 2 载流子浓度脉动引 起折射率变化，使光腔谐振频率产生变化 LD 的调制特性：不但可以进行直接幅度调制，也可以进行直接频率调制、直接电流调制。 但 LD 是阀值器件，数字调制时通常先预偏置在阀值附近以上 P-I 特性曲线中段。 频率响应、电光延迟、调制谱特性、动态线宽加宽 -频率啁啾。当 LD 进行高速脉冲调制时， 会出现复杂的瞬态特性，如张弛震荡与电光延迟、自脉动及码型效应。 无论是从减弱张弛震荡还是从缩短电光延迟时间来提高调制性能， LD 都需要预偏置在阀值
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