光纤通信原理复习资料VIP免费

第一章*激光的突出优点：为高度相干光；单色性好，波谱宽度窄；方向性极好；输出功率大。*模拟信号与数字信号模拟信号——信号幅度电平随时间连续变化。技术指标：传输带宽、传输信噪比（SNR）或传输载噪比（CNR）、非线性等。频域特征：带宽、中心频率、幅度及幅度范围等。时域特征：信号的编码形式、幅度、脉宽以及上升与下降时间等。比特时间TB：每个码持续的时间。比特率B：每秒钟的比特数。B=1/TB问题1：将模拟信号转换成数字信号传输，对信道带宽的要求将增加许多倍。----解决方法：光纤具有巨大带宽资源问题2：宽带模拟信号的数模转换困难。----解决方法：光纤通信采用数字和模拟两种传输方案*直接调制：用电信号直接调制光源的驱动电流，使输出光随电信号变化而实现调制。优点：技术简单，成本较低，容易实现。缺点：调制速率较低，受激光器的频率特性限制。*间接调制：把激光的产生和调制分开，用独立的调制器调制激光器的输出光。优点：调制速率高。缺点：技术复杂，成本较高。使用场合：大容量的波分复用和相干通信系统。第二章*光纤的结构纤芯的作用——光波主要传输通道。包层的作用——为光的传输提供反射面和光隔离；提供一定的机械保护，使光纤的传输性能稳定。保护光纤不受水汽的侵蚀和机械擦伤，同时增加光纤的柔韧性。*渐变性折射率光纤虽然沿光纤轴线传输路径最短，但轴线上折射率最大，光传播最慢。斜光线大部分路径在低折射率的介质中传播，虽然路径长，但传输快。通过合理设计折射率分布，不同入射角度入射的光线以相同的轴向速度在光纤中传输，同时到达输出端，即所有光线具有相同的空间周期，从而降低模间色散。*光纤中波动方程的解与模式光纤中的模式为波动方程的一个特定解。满足一定的边界条件，空间分布不随传播方向而发生变化。光纤中的模式分为：导模；泄漏模；辐射模。导模：也称为约束模式。经历全反射，被局限在光纤纤芯中的模式。泄漏模：部分约束于纤芯内，沿光纤传播时振幅会发生变化。功率由于连续辐射而发生衰减。辐射模：也称为折射模式。不发生全内反射，这种模式的光会传播到纤芯之外。光在波导表面发生折射，由于包层半径有限，从纤芯辐射出去的部分光被包层俘获，形成所谓的包层模。当纤芯模以及包层模同时沿光纤传播时，出现两种模式的耦合，引起纤芯模的功率损耗。光纤中的信号能量只能由导模携带。*光纤中波动方程的解与模式关系总结为：（1）每一个LP0n由HE1n导出。（2）每一个LP1n由TE0n、TM0n、HE2n导出。LPHE、EH模式线性叠加，可以得到直角坐标系下的线偏振模LP模。（3）每一个LPmn由HEm+1,n和EHm-1,n导出。HEmn和EHmn都有两个不同的偏振方向，则LP0n的简并度为2，LPmn的模式简并度为4。简并：不同的模式有不同的场结构，但如果它们具有相同（相近）的传输常数，就认为这些模式是简并的。归一化频率V越大，能够传播的模式数就越多：V值较高的光纤可以支持较多的模式，称为多模光纤。模式数目随V的减小快速减少。V=5，7个模式。当V小于某个值，除HE11模式外，所有模式被截止。只支持一个模式（基模）的光纤被称作单模光纤。*光纤中可传播的模式数M与V的关系：*双折射现象带来的影响：如果纤芯是理想圆柱形，这两个正交的模式将以相同的速度传播，并同时到达输出端。如果圆柱对称性出现了改变，这两个模式就会以不同的速度传播，导致脉冲展宽。偏振的不确定性对相干通信系统对信号的检测、接收将产生不良影响。*波导色散：产生原因：与光纤波导效应有关，取决于波导尺寸以及纤芯与包层的相对折射率差。单模光纤中，携带信息的光脉冲在纤芯和包层间分布：主要部分在纤芯中传输，剩余部分在包层中传播。纤芯和包层拥有不同折射率，两个部分以不同的速度传播。光被限制在一个拥有不同折射率的结构－纤芯和包层的组合中传播，脉冲会扩展。注意：即使光纤材料没有色散特性，波导色散也会发生。纯波导色散仅因为将光限制在一个特定的结构中而产生。波导色散与波长的关系：波长越长，模场半径越大，同时包层中所传播的总脉冲功率的分量就越大。脉冲的包层部分比纤芯部分传播更快，因为包层的折射率比纤芯的折射率要小。因此，波长越长...