光纤通信概念

光纤通信

第三章：

谐振腔的波长和频率特点：波长，频率满足式L=mλ

2..................(3.22)的电磁波才能在谐振腔内存在稳定状态

消逝场：其场强随着到边界距离的增加而迅速消逝，这从图中可以看到。这个结果看似与全反射的特性是不一致的，因为按照全反射的定义，没有功率透过边界进入第二种介质。这样一个消逝的、不携带能量的场，称为消逝场。

第四章：

有效折射率：对于从临界角到90°范围内入射的光线都满足全反射条件。对于以90°水平传输的光线，即垂直入射到波导中的光线，其等效折射率neff=n1。

结论：平行于平板传输的光线的有效折射率仅由波导中心薄膜材料决定。而对于以临界角度入射的光线，有sin0=（n2/n1），由neff=n1sinθ.........(4.7)，neff=n2，即以临界角入射的光线的等效折射率仅取决于外层材料。即等效折射率的取值范围为

(4.9) n2≤neff≤n1........

模式条件：对称平板波导中的模式模式条件:尽管所有的光线都被全部反射，但稳定的干涉模式（谐振腔的模式）必须满足其一个完整来回传输所产生的相移等于2π的整数倍，即：∆φ=m 2π.................................(4.10)

单模传输：归一化频率V=2.405

第五章：

高低阶模：表示：多模波导是指支持多个传播模式的波导。对于多模波导，在厚度确定时高阶模比低阶模的传输角要小一些。这也意味着相对于波导中心轴，高阶模光线的传输路径比低阶模光线的传输路径要更陡峭些

几钟损耗：光纤的损耗在很大程度上决定了系统的传输距离。 各种机理产生的损耗与波长的关系，这些机理包括吸收损耗、散射和几何效应损耗三类。

（1）吸收损耗：原因有本征吸收、杂质和原子缺陷

（2）散射损耗：瑞利散射（本征损耗）主要由材料微观密度不均匀引起，与波长λ四次方成反比。由光纤结构缺陷(如气泡)引起的散射

（3）几何损耗：光纤弯曲造成，分为宏弯和微弯两种

传输窗口：对于玻璃光纤，较大的损耗使得从800nm到900nm这个波长范围仅仅适合中短距离（直到数千米）传输。多模光纤通常就使用这个波长范围，可以称其为第一传输窗口。在1260nm—1675nm这个波长范围以内，损耗比第一传输窗口要小。1400nm附近处的OH根吸收峰又将这个区域隔开，在这个区域中可以再分成三个传输窗口，即以1300nm为中心的第二传输窗口、以1550nm为中心的第三传输窗口和以1600nm为中心的第四传输窗口。

三种色散的定义：

模式色散是由于不同模式的时间延迟不同而产生的， 它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。 材料色散是由于光纤的折射率随波长而改变，以及模式内部不同波长成分的光(实际光源不是纯单色光)，其时间延迟不同而产生的。这种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。

波导色散是由于波导结构参数与波长有关而产生的， 它取决于波导尺寸和纤芯与包层的相对折射率差。

模长半径：等效高斯光束的光斑尺寸（模场半径）由归一化频率V决定：w/a=0.65+1.619V-3/2+2.879V-6，在V在（1.2，2.4）时有效

自聚焦透镜的原理：渐变折射率光纤的纤芯折射率从光纤中心，随着径向距率的增加而连续减小．

双折射：其名称由两个偏振方向的折射率不同而来。产生原因：无法满足折射率绝对圆对称的条件。几何双折射：光纤的截面不是理想的圆。应力双折射：光纤内部不平衡压力造成。

非零色散位移光纤：为了避免波分复用系统中不同波长信道之间的非线性混频，传输光纤必须保存少量色散，这样才能确保每个波长信道以不同的速率传播，将互相干扰降低到最小程度，拥有类似色散平坦光纤的特性，但色散不为零的光纤就是非零色散位移光纤。

色散位移光纤：在所期望的波长上，调整波导的结构，使得其波导色散刚好与材料色散抵消，通过构造具有三角形折射率分布的单模光纤来实现，这种光纤称为色散位移光纤。

第六章：

LED和LD的工作原理和区别：

LD的工作原理：半导体激光器是向半导体PN结注入电流， 实现粒子数反转分布，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振荡的。

LED的工作原理：当给LED外加合适的正向电压时，大量的空穴和电子产生定向扩散运动，形成电流，而在PN结区，部分运动的导带自由电子在运动过程中自发跃迁回价带，放出一定频率的光子，这就是LED的发光原理。

LD与LED的主要区别：（1）LD发射的是受激辐射光，LED发射的是自发辐射光。（2）LED不需要光学谐振腔， 没有阈值。LED的发射光功率比LD要小，光谱宽度比LD大得多，调制带宽比LD小得多，温度特性比LD好得多，所以LED适应于短距离小容量光纤通信系统，而LD适应于长距离大容量光纤通信系统。

DBR：分布布拉格反射式激光器，有三个区域：增益区、相位区、布拉格区。布拉格区起滤波作用。增益电流IG决定有源区的放大量，进而决定输出功率。相位电流IP控制布拉格反射波的相位。电流IB控制布拉格区域的温度，从而控制布拉格波长。 光放大器：

(1)半导体光放大器（SOA）半导体光放大器的优点是小型化，容易与其他半导体器件集成； 缺点是性能与光偏振方向有关，器件与光纤的耦合损耗大。半导体光放大器相当于没有镜面反射的激光器（工作在行波激光放大器）。

(2)光纤放大器

掺铒光纤放大器（EDFA）、分布光纤拉曼放大器（DRA）——非线性光纤放大器

垂直腔面发射激光器：(VCSEL):耦合效率高；可以实现二维的半导体激光器阵列；腔长短，反应时间短，调制速率高。

拉曼散射：由光学声子参与引起的光子散射，声子即为晶体或分子的振动，这种散射是非弹性的，散射过程中光子损失能量，导致起向下的频移，这种向下的频移称为斯托克斯频移。基于受激拉曼散射原理的放大器称为拉曼放大器。

EDFA（掺铒光纤放大器）：应用：（1）光功率放大器；（2）光前置放大器；（3）光线路放大器；（4）本地网光放大器 泵浦方式：（1）同向泵浦；（2）反向泵浦；（3）双向泵浦

优点：（1）工作波长与光纤最小损耗窗口一致，可在光纤通信中获得广泛应用。（2）耦合效率高。（3）

能量转换效率高。（4）增益高，噪声低。输出功率大。（5）增益特性不敏感。（6）可实现信号

的透明传输。

缺点：（1）波长固定，只能放大1.55 m左右的光波，可调节的波长有限。（2）增益带宽不平坦，在

WDM系统中需要采用特殊的手段来进行增益谱补

第九章：

波分复用系统可以分为哪些类型：WDM系统从不同的角度可以分为不同的类型：从传输方向分，可以分为双纤单向波分复用系统和单纤双向波分复用系统；从光接口类型分，可以分为集成式波分复用系统和开放式波分复用系统。