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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...

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