《光纤通信》的复习要点.doc

《光纤通信》课程复习要点和重点
浙江传媒学院陈柏年(2014年6月)
第一章概述
1、光纤通信:以光波作为信号载体,以光纤作为传输媒介的通信方式。
2、光纤通信发展历程:(1)光纤模式:从多模发展到单模;(2)工作波长:从短波长到长波长;(3)传输速率:从低速到高速;(4)光纤价格:不断下降;(5)应用范围:不断扩大。
3、光纤通信系统基本组成:(1)光纤,(2)光发送器,(3)光接收器,(4)光中继器,(5)适当的接口设备。
第二章光纤光缆
一、光纤(Fibel)
1、光纤三层结构:(1)纤芯(core),(2)包层(coating),(3)涂覆层(jacket)。
2、各类光纤的缩写和概念: SIF(突变型折射率光纤),GIF(渐变折射率光纤);DFF(色散平坦光纤)、DSF(色散移位光纤); MMF(多模光纤),SMF(单模光纤);松套光纤,紧套光纤。
二、光的两种传输理论
(一)光的射线传输理论
1、光纤的几何导光原理:光纤是利用光的全反射特性导光;纤芯折射率必须大于包层折射率,但相差不大。
2、突变型折射率多模光纤主要参数:
«(1)光纤的临界角θc:只有在半锥角为θ≤θc的圆锥内的光束才能在光纤中传播。
«(2)数值孔径NA:入射媒质折射率与最大入射角(临界角)的正弦值之积。与纤芯与包层直径无关,只与两者的相对折射率差有关。它表示光纤接收和传输光的能力。

(3)光纤的时延差Δτ:时延差大,则造成脉冲展宽和信号畸变,影响光纤的容量,模间色散增大。
3、渐变型折射率多模光纤主要参数:
(1)自聚焦效应:如果折射率分布恰当,有可能使不同角度入射的全部光线以同样的轴向速度在光纤中传输,同时达到光纤轴上的某点,即所有光线都有相同的空间周期。
(2)光纤的时延差Δτ:比突变型光纤要小,减小脉冲展宽,增加传输带宽。
(二)光纤波动传输理论
«1、光纤模式:一个满足电磁场方程和边界条件的电磁场结构。表示光纤中电磁场(传导模)沿光纤横截面的场形分布和沿光纤纵向的传播速度。
«2、光纤中可能存在的四套模式:横电模TE、横磁模TM及混合模HE和EH。
3、色散曲线:导模传播常数β与光纤归一化频率V值的关系曲线。
«(1)“模式截止”:光纤包层中出现辐射模,纤芯中导波模截止;
«(2)“远离截止”:光纤包层中不出现辐射模,导波模在纤芯中很好传输。
«4、线偏振模(LP):在传播过程中始终保持场矢量取向不变的电磁波。将弱导条件下传播常数相等的多个模式简并得到的简化分析模式。特点是场的横向分量线偏振,且远大于传播方向分量(准TEM波)。
三、单模光纤SMF:只能传播一种模式(基模)的光纤。
«1、单模传输条件(截止条件):当特征频率V<、λ>截止波长λc时,光纤中传播的只有唯一HE11(LP01)一个基模存在,其余模式全部截止。
2、模场直径W0:纤芯中径向场分布曲线中心轴处最大值的1/e处所对应的径向宽度。
«3、单模光纤的类型:(1)(STD常规单模光纤/标准单模光纤)。(2)(DSF色散位移光纤)。(3)(截止波长光纤/低损耗光纤)。(4)(NZ-DSF非零色散位移光纤)。
四、光纤传输特性(色散、损耗)
(一)光纤色散
1、色散:在光纤中传输的光信号,由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应。色散造成光信号传输波形的失真(畸变)。时域造成脉冲展宽,频域限制传输带宽。
«2、色散系数D:单位波长间隔(1纳米)的光经单位距离(1公里)光纤后的时延值。量纲[ps/(nm×km)]
«3、光纤色散种类:(1)模间色散。(2)材料色散。(3)波导色散:材料色散、波导色散合称为色度色散。
(二)光纤损耗
«(1)损耗系数α:单位距离(1公里)光信号能量衰减的分贝值。量纲[dB/km]
«(2)光纤损耗的机理(种类):①吸收损耗。②散射损耗。③辐射损耗。
«(3)光纤的三个低损窗口:850nm、1310 nm、1550 nm。
五、光缆
光缆基本结构:缆芯(芯线+加强件)和护层。光缆结构分类:(1)层绞式。(2)骨架式。(3)束管式。(4)带状式。光缆敷设方法:(1)管道敷设,(2)直埋敷设, (3)架空敷设,(4)水下敷设。光缆四个特性:拉力特性、压力特性、弯曲特性、温度特性。
六、光纤损耗测量三种方法
1、剪断法:基本测量方法。2、插入法:光检测器输入前插入1~2m长的短光纤测量。3、后向散射法:利用反向光的瑞利散射光功率来确定光纤损耗系数的方法。测量仪器称为光时域反射仪(OTDR)。
«OTDR是利用光线在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产生的背向散射而制成的精密的光电