光纤通信 总结 西理工 光信 刘增基VIP免费

第一章光纤通信的优点：容许频带很宽，传输容量很大损耗很小，中继距离很长且误码率很小重量轻、体积小抗电磁干扰性能好泄漏小，保密性能好节约金属材料（有色金属），SiO2提高光纤容量方式：提高波长速率增加复用波数偏振复用加倍光纤通信应用：通信网数据网数据网有线电视网接入网AN光纤传感器光发射调制方式：内调制——直接调制（简单、实用、低速）外调制——间接调制（高速）第二章纤芯和包层的相对折射率差Δ=（n1-n2）/n1光纤基本类型：突变型多模光纤（StepIndexFiber,SIF）渐变型多模光纤（GradedIndexFiber,GIF）单模光纤（SingleModeFiber,SMF）W型光纤——（色散平坦光、色散位移光纤、保偏光纤）塑料光纤光子晶体光纤数值孔径NA时间延迟时间延迟差麦克斯韦方程组：其中:k=2π/λ=2πf/c=ω/cNA=√n21−n22≈n1√2Δτ=n1lc=n1Lcsecθ1≈n1Lc(1+θ122)Δτ=L2n1cθc2=L2n1c(NA)2≈n1LcΔd2EZ(r)dr2+1rdEZ(r)dr+(n2k2−β2−v2r2)EZ(r)=0u^2=a^2(n1^2*k^2-β^2)w^2=a^2*(β^2-n2^2*k^2)v^2=u^2+w^2=a^2*k^2*(n1^2-n^2)纤芯方程：(0≤r≤a)包层方程:(r≥a)光能量要在纤芯(0≤r≤a)中传输，在r=0处，电磁场应为有限实数；在包层(r≥a)，光能量沿径向r迅速衰减，当r→∞时，电磁场应消逝为零。光纤传输模式的电磁场分布和性质取决于特征参数u、w和β的值。横向传输常数:u和w决定纤芯和包层横向(r)电磁场的分布，称为横向传输常数；纵向传输常数:β决定纵向(z)电磁场分布和传输性质，所以称为(纵向)传输常数。n2k≤β≤n1k光纤归一化频率：光纤传输模式非常重要两种情况：一种是模式截止，另一种是模式远离截止。光纤传输特性：几何、光学、机械等特性，传输损伤，色散、损耗，非线性。色散：光在介质中传播速度v随波长（或频率）而变化的现象。色散一般包括：模式色散、材料色散和波导色散。色散用脉冲展宽表示：Δτ=(Δτn^2+Δτm^2+Δτw^2)1/2信号通过光纤后产生的脉冲展宽σ=或Δτ=，Δτ1和Δτ2分别为输入脉冲和输出脉冲的FWHM。3dB光带宽为f3dB=传输常数：β=2πnλ=ωnc群时延：dβdω=1c(n+ωdndω)=ngc=1Vgng=n+ωdndω（群折射率）两个参量表示光纤色散：群速度Vg=dωdβ；相速度Vp=ωβ。色散系数：D,Δτ=D⋅L⋅Δλ.d2Ea(r)dr2+1rdEZ(r)dr+(u2a2−v2r2)EZ(r)d2Ea(r)dr2+1rdEZ(r)dr+(w2a2−v2r2)EZ(r)v=2πaλ1√n12−n22=2πaλ0n1√2Δ≤2.405√Δτ22−Δτ12√σ22−σ12√2ln22π1σ=187σ(MHZ)=441Δτ(MHZ)电磁波在波导折射率：n2≤neff≤n1偏振模色散PMD：,DPMD偏振模色散系数色散与带宽关系：光纤损耗：输入输出功率关系：Po=Pi*exp(-αL)α=10Llgpip0(dB/km)，α为损耗系数吸收损耗：固有损耗，红外损耗，紫外损耗；杂志损耗散射损耗：锐利散射；结构缺陷散射光纤标准G.651多模渐变型(GIF)光纤G.652常规单模光纤G.653色散移位光纤G.654用于海缆G655非零色散位移光纤损耗的机理该机理包括吸收损耗和散射损耗两部分吸收损耗是由SiO2材料引起的固有吸收和由杂质引起的吸收产生的散射损耗主要由材料微观密度不均匀引起的瑞利(Rayleigh)散射和由光纤结构缺陷(如气泡)引起的散射产生的。瑞利散射：在介质中传播的光波，由于材料的原子或分子结构随距离变化而引起的散射。（或：尺度远小于入射光波长的粒子所产生的散射现象。分子散射强度与入射光的波长四次方成反比,且各方向的散射光强度是不一样的。）瑞利散射损耗是光纤的固有损耗，它决定着光纤损耗的最低理论极限。单模传输条件为：V=2aπλ√n12−n22≤2.405，对于给定的光纤(n1、n2和a确定)，存在一个临界波长λc，当λ<λc时，是多模传输，当λ>λc时，是单模传输，这个临界波长λc称为截止波长模式（mode）：在一定边界条件下电磁场方程之解。弱导光纤：纤芯中最大折射率和均匀包层最小折射率之差很小的一类光纤。光纤损耗测量方法：测量通过光纤的传输光功率，称剪断法和插入法；光纤损耗系数，L为被测光纤长度(km)，P1和P2分别为输入光功率...