光钎通信各章知识点.doc

概述

**什么是光纤通信？主要优点？

答：所谓光纤通信，是指利用光导纤维（简称光纤）传输光波信号的一种通信方式。主要优点有：（1）传输频带宽、通信容量大。（2）传输损耗小。（3）抗电磁干扰能力强。（4）线径细、重量轻。（5）资源丰富。

**光纤通信与电通信的比较？

答：光纤通信与电通信的主要差异有两点：一是用光作为传输信号；二是用光缆作为传输线路。

**光纤通信的调制、检测方式？

答：目前采用比较多的一种基本方式，即是强度调制——直接检波（IM/DD）方式。

**光纤通信的组成？

答：光纤数字通信系统主要由光发射端机、光纤、光中继器、光接收端机、监控及电源系统组成。

光纤与光缆

光纤的结构与分类

结构

光纤由纤芯、包层、一次涂覆层和二次涂覆层组成。

纤芯

包层

一次涂覆层（预涂层）

二次涂覆层

分类

按折射率分布

突变型（均匀型、阶跃型）

渐变型（非均匀型、梯度型）

**按传输模式

单模光纤（给定工作波长上，允许传输单一导模的光纤）。

多模光纤（给定工作波长上，允许传输多个导模的光纤）。

2．2阶跃型光纤

一、预备知识（1）

介质折射率n

真空中的光速

介质中的光速

反射定律：

折射定律：即

全反射：

条件：①（光密→光疏）

②

为全反射的临界角，现象为只有反射光，没有折射光。

预备知识（2）

：相对折射率差

**弱导光纤

二、阶跃光纤光射线的理论分析

几何光学对应射线理论；波动光学对应麦克斯韦方程。

相对折射率差：

射线的种类：

**子午面：通过光纤轴线的平面。

**子午线：始终在同一子午面上通过的光射线。

斜射线：不在一个平面里，不经过光轴线的射线。

3、子午线的分析

φ：端面入射角

在分界面，满足全反射条件——传输（导模，传导光）

在分界面，不满足全反射条件——辐射光（辐射模）

最大激励角（最大接收角）

**

为导模；为辐射模。

数值孔径NA

**定义：

**物理意义：表示光纤捕捉光射线的能力。NA大能力强。

**何谓弱导（波）光纤？它对光纤的NA和模式色散有什么影响？

弱导波光纤即光纤纤芯的折射率略大于包层的折射率，即；因此小，则NA小，模式色散也小。

阶跃光纤的标量近似分析法

1、场方程中参量符号

归一化频率V——光纤的综合结构参数

**

：纤芯折射率：包层折射率

：纤芯半径（m）：相对折射指数差

：光在真空中的光波长（m）：归一化频率（无量纲）

2、光纤中导模数量的估算

**阶跃光纤中，——归一化频率

3、**举例

已知：

求：和？

解：

一根数值孔径为已知：0.20的阶跃折射率多模阶跃光纤在850nm波长上可以支持1000个左右的传播模式。试问：

（1）其纤芯直径为多少？

（2）在1310nm波长上可以支持多少个模？

（3）在1550nm波长上可以支持多少个模?

解：（1）由，得到纤芯直径为

（2）当，有

得到模的个数为

（3）当，得到模的个数为

例，某光纤在1300nm处的损耗为，在1550nm波长处的损耗为。假设下面两种光信号同时进入光纤：1300nm波长的的光信号和1550nm波长的的光信号。试问这两种光信号在8km和20km处的功率各是多少？以为单位。

解：对于1300nm波长的光信号，在8km和20km处的功率各是

，

对于1550nm波长的光信号，在8km和20km处的功率各是

，

例、一段12km长的光纤线路，其损耗为。试回答：

（1）如果在接收端保持的接收光功率，则发送端的功率至少为多少？

（2）如果光纤的损耗变为，则所需的输入光功率为多少？

解：（1）根据

定义

得到发送端的功率至少为

（2）如果光纤的损耗变为，则所需的输入光功率为

2．3单模光纤

**定义：在给定的工作波长上，只传输单一基模的光纤。

单模光纤传输条件

归一化截止频率

模式归一化截止频率：

，传导；，截止。

**阶跃型光纤，；……

单模传输条件：**

截止波长

（工作波长）单模传输；则不能保证单模传输。

**例：已知阶跃型光纤

求（1）当，为保证单模传输，应取多大？

（2）当，为保证单模传输，应取多大？

解：单模传输条件，

（1）

（2）

光纤的参数

2．4光纤的传输特性

衰减

引起衰减的原因（知道名称）

**吸收损耗：本征吸收和杂质吸收。

**散射损耗：瑞利散射损耗、材料不均匀引起的损耗和非线性散射损耗。

**弯曲损耗

衰减和衰减系数

****

输入光功率 输出光功率

2、曲线