光纤通信技术知识点简要(考试必备).docx

光炉!信.1 .光纤结构光纤是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。纤芯的折射率比包层稍高，损耗比包层更低，光能量主要在纤芯内传输。包层为光的传输供应反射面和光隔离，并起肯定的机械爱护作用。设纤芯和包层的折射率分别为n1.和n2,光能量在光纤中传输的必要条件是n1.>n2.>2 .光纤主要有三种基本类型：突变型多模光纤，渐变型多模光纤，单模光纤.相对于单模光纤而言，突变型光纤和渐变型光纤的纤芯直彳仝都很大，可以容纳数百个模式，所以称为多模光纤3 .光纤主要用途：突变型多模光纤只能用于小容量短距离系统。渐变型多模光纤适用于中等容量中等距离系统。单模光纤用在大容量长距离的系统。1.55m色散移位光纤实现了10Gb/s容量的100km的超大容量超长距离系统。色散平坦光纤适用于波分夏用系统，这种系统可以把传输容量提高几倍到几十倍。三角芯光纤有效面积较大，有利于提高输入光纤的光功率，增加传输距离。偏振保持光纤用在外差接收方式的相干光系统，这种系统最大优点是提高接收刘敏度，增加传输距离。4 .分析光纤传输原理的常用方法：儿何光学法.麦克斯韦波动方程法5 .几何光学法分析问题的两个动身点：=数值孔径=时间延迟.通过分析光束在光纤中传播的空间分布和时间分布.几何光学法分析问题的两个角度：=突变型多模光纤=渐变型多模光纤.6 .产生信号畸变的主要缘由是光纤中存在色散，损耗和色数是光纤最重要的传输特性：损耗限制系统的传输距离，色散则限制系统的传输容量.7 .色散是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.色散的种类：模式色散、材料色散、波导色散.8 .波导色数纤芯及包层的折射率差很小，因此在交界面产生全反射时可能有一部分光进入包层之内，在包层内传输肯定距离后又可能回到纤芯中接着传输。进入包层内的这部分光强的大小及光波长有关，即相当于光传输路径长度随光波波长的不同而异。有肯定谱宽的光脉冲入射光纤后，由于不同波长的光传输路径不完全相同，所以到达终点的时间也不相同，从而出现脉冲展宽。详细来说，入射光的波长越长，进入包层中的光强比例就越大，这部分光走过的距离就越长。这种色散是由光纤中的光波导引起的，由此产生的脉冲展览现象叫做波导色散。9 .偏振模色散：实际光纤不行避开地存在肯定缺陷，如纤芯椭圆度和内部残余应力，使两个偏振模的传输常数不同，这样产生的时间延迟差称为偏振模色散或双折射色散。10 .损耗的机理包括汲取损耗和散射损耗两部分。汲取损耗是由Si02材料引起的固有汲取和由杂质引起的汲取产生的。散射损耗主要由材料微观密度不匀称引起的瑞利散射和由光纤结构缺陷（如气泡）引起的散射产生的。瑞利散射损耗是光纤的固有损耗，它确定着光纤损耗的最低理论极限。I1.光线的损耗:（1）汲取损耗：a.本征汲取损耗：紫外汲取损耗,红外汲取损耗b.杂质汲取损耗c.原子缺陷汲取损耗（2）散射损耗a线性散射损耗：瑞利散射，光纤结构不完善引起的散射损耗（3）弯曲损耗a.宏弯：曲率半径比光纤的直径大得多的弯曲b.微弯：微米级的高频弯曲,微弯的缘由:光纤的生产过程中的带来的不均；运用过程中由于光纤各个部分热胀冷缩的不同；导致的后果：造成能量辐射损耗.及宏弯的状况相同，模场直径大的模式简洁发生微弯损耗12.柔性光纤的优点：1.对光的约束增加2.在随意波段均可实现单模传输：调整空气孔径之间的距离3.可以实现光纤色散的敏捷设计4.削减光纤中的线性效应5.抗侧压性能增加13.光纤的制作要求（1）透亮（2）能将其拉制成沿长度方向匀称分布的具有纤芯-包层结构的细小纤维；（3）能经受居处须要的工作环境。光纤是将透亮材料拉伸为细丝制成的。14.光纤预制棒筒称光棒，是一种在横截面上有肯定折射率分布和芯/包比的的透亮的石英玻璃棒。依据折射率的不同光棒可从结构上分为芯层和包层两个部分，其芯层的折射率较高，是由高纯SiO2材料掺杂折射率较高的高纯Ge02材料构成的,包层由高纯SiO2材料构成。制作方法：外部气相沉积法：气相轴相沉积法；改进的化学气相沉积法；等离子化学气相沉积法。15.光缆基本要求：爱护光纤固有机械强度的方法，通常是采纳塑料被覆和应力筛选。光纤从高温拉制出来后，要马上用软盥料进行一次被覆和应力筛选，除去断裂光纤，并对成品光纤用硬塑料进行二次被粗。二次被莅光纤有紧套、松套、大套管和带状线光纤四种，应力筛选条件干脆影响光纤的运用寿命。16.光缆一般由缆芯和护套两部分组成，有时在护套外面加有铠装。1.缆芯缆芯通常包括被茂光纤（或称芯线）和加强件两部分。被莅光纤是光缆的核心，确定着光缆的传输特性。加强件起着承受光缆拉力的作用，通常处在缆芯中心，有时配置在护套中。光缆的基本型式：层绞式骨架式中心束管式带状式2.护套护套起着对缆芯的机械爱护和环境爱护作用，要求具有良好的抗侧压力性能及密封防潮和耐腐蚀的实力。依据运用条件光缆可以分为：室内光缆、架空光缆、埋地光缆和管道光缆等。护套通常由聚乙烯或聚氯乙烯（PE或PVC）和铝带或钢带构成。18.依据运用条件光缆可以分为：室内光缆、架空光缆、埋地光缆和管道光缆等19.光缆特性1.拉力特性2.压力特性3.弯曲特性4.温度特性20.成绩对光纤特性的影响1.成缆的附加损耗2.成缆可以改善光纤的温度特性3.机械强度增加21 .光纤的特性参数很多，基本上可分为几何特性、光学特性和传输特性三类。几何特性包括纤芯及包层的直径、偏心度和不圆度：光学特性主要有折射率分布、数值孔径、模场直径和截止波长；传输特性主要有损耗、带宽和色散。22 .(1)损耗测量光纤损耗测量有两种基本方法：一种是测量通过光纤的传输光功率，称剪断法和插入法；另一种是测量光纤的后向散射光功率，称后向散射法。(2)带宽测量光纤带宽测量有时域和频域两种基本方法。时域法是测量通过光纤的光脉冲产生的脉冲展宽，又称脉冲法；频域法是测量通过光纤的频率响应，乂称扫频法。(3)色散测量光纤色散测量有相移法、脉冲时延法和干涉法等。23光纤的熔接工艺步骤(1)将待熔接的光纤端头切割成平整且垂直于轴线的端面：(2)利用微调装置将两根光纤调准宜：(3)利用电弧放电将两根光纤熔接在一起。24光纤熔接引起损耗的缘由光纤轴线的横向相对误差(错位)：(2)两根光纤的纤芯直径不同；(3)两根光纤的性能参数不同；(4)光纤端头之间的相对距高：(5)角向相对偏离。25光纤连接器是光纤技术应用中运用量最大的光无源器件，和光纤接头一样，光纤连接器也是对两光纤端面进行对接，所不同的是光纤接头是永久性的熔接，而光纤连接器是临时性连接，具有运用的敏捷性。损耗是它们重要的光学参数。以下为光无源器件26光纤连接器损耗的分类（1）插入损耗：（2）回波损耗27光纤连接器的插损机理光纤公差引起的固有损耗：主要由光纤制造公差，即纤芯尺寸、数值孔径及纤芯/包层同心度等。连接器加工装配引起的固有损耗：主要由光纤制造公差，即端面间隙、轴线倾角及横向偏移等。28光纤连接器的回损机理光纤端面菲涅耳反射引起的光能量损耗。这种损耗发生在纤芯空气交界面，有效的解决方法是设计两个连接器的物理接触面。29光纤连接器的损耗表达式：NA引起的损耗端面间隙引起的插损回波损耗主观因素损耗：端面划伤、尘粒、定位不准。30光纤连接器的组成由跳线、尾纤或尾缆、适配器组成。31 .光插头的组成（1）光纤或单芯光缆（2）插针体外部零件32 .光纤连接器的技术指标：插入损耗：光通过连接器后，光功率损耗的大小；回波损耗：光通过连接器后，后向反射光及入射光的比值：重复性：重复插拔后插损的变更值，1000次插拔后，小于±0.IdB5互换性：插头和适配器按肯定的规则互换后，插入损耗的变更值，互换性小于±02dBo33 .光纤连接器的分类（1）按光纤的模式分单模、多模光纤连接器；（2）按插针体的端面分端面一般都是加工成球面、精抛球面和斜球面等。PC、SPCxAPCoAPC:将端面抛磨成及插针体中心线成80角。（3）按连接器的类型分FC、SC.ST:目前应用最广泛的三种，体积比较大。FC:螺纹锁紧式SC:插拔式/咬合式ST:卡口旋转锁34 光纤耦合器是用来连接3个或3个以上的光接点。光信号经过光纤耦合器后，在多个输出端口之间安排，降低了每个信号输出端的信号强度。35 .光纤耦合器的性能参数（1）插入损耗（2）耦合比附加损耗（4）隔离度A（5）分光比T36 .光隔离器是只沿一个方向传输的光器件，阻挡了后向反射和散射的光到达敏感器件，比如激光器和光放大器，是一种光学单行道器件。光隔离器主要应用在激光器或者是光放大器的输出端，以防止光纤线路中的后向反射光造成激光器或光放大器的工作不稳定性。37 .光隔离器的性能参数要求（1）隔离度大，单芯隔离器的典型值此40dB；（2）插入损耗小，单芯隔离器的典型值是02dB°38 .就光纤材料而言，光敏性是指光纤材料的折射率在外部光的作用下发生永久性的变更。39 .光纤光栅就是利用光纤的光敏性，用特定波长的激光以特定方式照耀光纤，导致光纤内部的折射率沿轴向形成周期性或小周期性的空间分布，从而把光纤做成具有精确限制谐振波长的光栅。40 .光纤光栅的最基本原理是相位匹配条件：81、B2是正、反向传输常数，A是光纤光栅的周期，在写入光栅的过程中确定下来。41 .波分复用技术要求光器件在光放射机端合并多个信号进入单根光纤同时向前传输，并在光接收机端分别这些信号，以便分立的光接收机进行处理，实现这种功能的光器件就是波分复用器。波分复用器从功能上分为两部分：放射机端的为复用器，其作用是合并光信道；接收机端的为解复用器，其作用正好相反，分别复用在一起的光信道，而且必需完全分别光信道，且串扰要低。42 .光开关的性能参数：a插入损耗b回波损耗c隔离度d开关时间e.串扰f.消光比43 .光衰减器主要用于光纤通信系统的特性测试和其他测试中，是对光功率有肯定衰减量的器件。依据衰减量是否变更，可以分为固定衰减器和可变衰减器。44 .波长转换器：使信号从一个波长转换到另一个波长的器件。波长转换器依据波长转换机理可分为光电型波长转换器和全光型波长转换器。以下为有源器件45 .光源器件：光纤通信设备的核心，其作用是将电信号转换成光信号送入光纤。光纤通信中常用的光源器件有半导体激光器和半导体发光二极管两种。四小类：同质半导体激光器、异质半导体激光器、PIN光电二极管、雪崩光电二极管46 .半导体激光器（1.D）工作原理：用半导体材料做成的激光器，当激光器的P-N结上外加的正向偏压足够大时，将使得PT结的结区出现了高能级粒子多、低能级粒子少的分布状态，这即是粒子数反转分布状态，这种状态将出现受激辐射大于受激汲取的状况，可产生光的放大作用。被放大的光在由PT结构成的F-P光学谐振腔（谐振腔的两个反射镜是由半导体材料的自然解理面形成的）中来回反射，不断增加，当满意阈值条件后，即可发出激光。特性参数：（1）放射波长（2）阈值特性（3）光谱特性（4）转换效率（5）温度特性（6）光束发散（7）.频率特性（8）.瞬态特性47 .码型效应当电光延迟时间td及数字调制的码元持续时间T/2为相同数量级时，会使“0”码过后的第一个“1”码的脉冲宽度变窄，幅度变小，严峻时可能使单个“1”丢失48 .发光二级管（1.ED）的结构1.ED也多采纳双异质结芯片，不同的是1.ED没有解理面，即没有光学谐振腔。由于不是激光振荡，所以没有阈值。1.ED的工作特性（1）光谱特性（2）输出光功率特性（3）温度特性（4）耦合效率（5）调制特性（6）频率特性48.光电检测器是利用半导体材料的光电效应实现光电转换的。49. 雪崩光电二极管（APD）APD的雪崩倍增效应，是在二极管的P-N结上加高反向电压，在结区形成一个强电场；在高场区内光生裁流子被强电场加速，获得高的动能，及品格的原子发生碰撞，使价带的电子得到了能量；越过禁带到导带，产生了新的电子一空穴对；新产生的电子一空穴对在强电场中乂被加速，再次碰撞，又激发出新的电子一空穴对如此循环下去，形成丐崩效应，使光电流在管子内部获得了倍增。APD就是利用雪崩效应使光电流得到倍增的高灵敏度的检测器。50. PIN管特性包括响应度、量子效率、响应时间和暗电流。APD管除有上述特性外，还有雪崩倍增特性、温度特性等。PIN光电二极管的特性：(1)响应度和量子效率响应度和量子效率表征了光电二极管的光电转换效率。量子效率表示入射光子转换为光电子的效率。它定义为单位时间内产生的光电子数及入射光子数之比(3)响应时间表征检测器对光信号响应速度快慢的参量。51. 对APD特性新引入的参数是倍增因子和附加噪声指数52.按光纤中光波调制原理来分：强度调制，频率调制，波长调制，相位调制和偏振调制光纤传感器。光纤传感器系统包括光源，光纤，传感头，光探测器和信号处理电路等。光纤传感器的光源的要求：(1)光源的体积小，便于及光纤耦合；(2)足够的亮度，以提高传感器输出的光功率；(3)光源发出的光波长应适合(4)稳定性好、噪声小(5)便于维护，运用便利。光纤传感器用光探测器的要求：(1)线性好(2)灵敏度高(3)响应频带宽、响应运度快，动态特性好(4)性能稳定，噪声小。53 .光强度调制型：用被测对象引起光纤中光强度的变更实现对被测对象的检测，分为内调制型和外调制型两种。外调制型：光纤仅起传光作用，光纤本身特性不变更，调制过程发生在光纤以外的环节。属于传光型传感胎。内调制型：调制过程发生在光纤内部，是通过光纤本身特性的变更来实现光强度的调制，属于功能型光纤传感器。有两种途径：1)999999变更光纤的几何形态，从而变更光线的传播入射角。2)?变更光纤纤芯或包层的折射率。如采纳电光材料、磁光材料、光弹性材料，微弯效应等。54 .强度调制的原理：1由光的传播方向变更引起的强度调制2由透射率的变更引起的强度调制3由光纤中光的模式的变更引起的强度调制4由折射率变更引起的强度调制5由光汲取系数的变更引起的强度调制a利用光纤的汲取特性引起的强度调制b.利用半导体的汲取特性进行强度调制.举例：移动球镜光学开关传感器55 .频率调制光纤传感器：频率调制就是利用外界因素变更光纤中光的频率，通过测量频率的变更来测量外界被测参数。光的频率调制是在有限的一些物理条件下出现的，最重要的物理现象要属反射光束的多普勒频移。56 .频率检测：对光的频率的检测不象对强度的检测那样箍洁-一干脆将光耦合到探测器上即可。由于光探测器响应速度远低于光频，不能用来测量光频而只能用来测量光强，所以，必需把高频光信号转换为低频信号才能探测频移从而达到测量运动速度的目的。有两种方法可以测量频移，即零差检测和外差检测。举例：激光多谱勒测速系统57.波长（颜色）调制光纤传感器：波长调制是利用外界因素变更光纤中光能量的波长分布或者说光谱分布，通过检测光谱分布来检测被测参数，由于波长及颜色干脆相关，波长调制也叫颜色调制。调制方式有以下儿种：1.利用黑体辐射进行波长调制2.利用磷光（荧光）光谱的变更进行波长调制3.利用滤光器参数的变更来进行波长调制4.利用热色物体的颜色变更进行波长调制58.波长检测：光波波长检测事实上是确定输出光谱及其能量的分布，那么首先就要使各个波长的光分别，棱镜，光栅以及各种滤光片都能达到分光的目的：其次就是各个波长能量的测量。所以波长调制的检测方法之一就是光谱分析法，即用分光仪和电荷耦合器件或者波长响应较宽的光电探测器相结合来检测光谱的能量分布。但在很多状况下并不须要检测输出光的整个光谱分布，而只需检测其中某两个波长的能量变更，所以波长调制的检测方法之二是比色法。举例：F-P腔光谱调制传感原理59.相位调制光纤传感器：光纤传感器中的相位调制，原理就是利用外界因素变更光纤中的相位，通过检测相位的变更来测量外界被测参量。确定光纤中光的相位的因素：光纤波导的物理长度，折射率及其分侦，波导横向儿何尺寸。60 .干涉技术：0前各类光探测器都不能敏感光的相位变更，必需采纳某种技术使相位变更转换为强度变更，才能实现对外界物理量的检测，即干涉技术。光纤传感器中的干涉技术是在光纤干涉仪中实现的。61 .偏振态调制光纤传感器：偏振态调制其原理就是利用外界因素变更光的偏振态，通过检测光的偏振态的变更来检测各种物理量。在光纤传感器中，偏振态调制主要基于人为旋光现象和人为双折射，如法拉第磁光效应，克尔效应及弹光效应。62.偏振态的检测：检测光的偏振态最简洁的方法就是用检偏器，在光纤传感器中，是用检偏器及光探测器结合来检测偏振态的。63.四种干涉仪：1.光纤马赫一曾特尔干涉仪原理：激光束通过分束器后分为两束光：透射光作为参考光束，反射光作为测量光束。测量光束经透镜耦合进入单模光纤，单模光纤紧紧缠绕在一个顺变柱体上，顺变柱体上端固定有质量块。顺变柱体作加速运动时，质量块的惯性力使圆柱体变形，从而使绕在其上面的单模光纤被拉伸，引起光程差的变更。相位变更的激光束由单模光纤射出后及参考光束在分束器处会合，产生干涉效应。在垂直位置放置的两个光探测器接收到亮暗相反的干涉信号，两路电信号由差动放大器处理。2.光纤迈克尔逊干涉仪：激光器发出的光经过一个3dB耦合器分成两束光束入射到光纤，一路到达固定的光纤反射端面，称为参考臂，另一路到达可动光纤端面，反射回来的光经3dB耦合器耦合到光探测器，外界信号SO(1.)作用于可移动的信号臂。探测器接收到的光强为：A为两臂之间的相位差，其中包括外界信号SO(t)引起的相位差。3.萨格纳克光纤干涉仪：激光器发出的光由分束器或3dB耦合器分成1：1的两束光，将它们耦合进入一个多匝(多环)单模光纤圈的两端，光纤两端出射光经分束器送到光探测器4.光纤法布里一珀罗干涉仪：白光山多模光纤经聚焦透镜进入两端设有高反射率的反射镜或干脱镀有高反射膜的腔体，使光束在两反射镜(膜)之间产生多次反射以形成多光束干涉，再经探测器探测。64 .七种技术：光放大技术，光波分红用技术，光交换技术，光孤子通信，相十光通信，光时分复用技术和波长变换技术65 .光纤放大器的实质是：把工作物质制作成光纤形态的固体激光器，所以也称为光纤激光器。对波分复用器的基本要求是：插入损耗小，熔拉双锥光纤耦合器型和干涉滤波型波分复用器最适用。光隔离器的作用是：防止光反射，保证系统稳定工作和减小噪声。对光隔离器的的基本要求走：插入损耗小，反射损耗大。在泵浦光功率肯定的条件下，当输入信号光功率较小时，放大器增益不随输入信号光功率而变更，基本上保持不变。“波分夏用+光纤放大器”被认为是充分利用光纤带宽增加传输容量最有效的方法。66 .光波分复用技术基本原理是：在发送端将不同波长的光信号组合起来（第用），并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端乂将组合波长的光信号分开（解复用），并作进一步处理，夏原出原信号后送入不同的终端，因此将此项技术称为光波长分割曳用，简称光波分复用技术。对波分复用器的基本要求是：插入损耗小、隔离度大、带内平坦，带外插入损耗变更陡峭、温度稳定性好、复用通路数多、尺寸小等。67.光交换技术：在现有通信网络中，高速光纤通信系统仅仅充当点对点的传输手段，网络中市要的交换功能还是采纳电子交换技术。光交换主要有三种方式：空分光交换、时分光交换、波分光交换。空分光交换的功能是：使光信号的传输通路在空间上发生变更。空分光交换的核心器件是光开关。光开关有电光型、声光型和磁光型等多种类型，其中电光型光开关具有开关速度快、串扰小和结构紧凑等优点，有很好的应用前景。时分光交换是以时分宜用为基础，用时隙互换原理实现交换功能的。波分光交换（或交叉连接）是以波分复用原理为基础，采纳波长选择或波长变换的方法实现交换功能的。68.光孤子通信：光孤子（So1.iton）是经光纤长距高传输后，其幅度和宽度都不变的超短光脉冲（PS数量级3光孤子的形成是光纤的群速度色散和力线性效应相互平衡的结果。利用光孤子作为载体的通信方式称为光孤子通信。光纤通信的传输距离和传输速率受到光纤损耗和色散的限制。光孤子源是光孤子通信系统的关键。光孤子源有很多种类，主要有掺钳光纤孤子激光器、锁模半导体激光器等69.相干光通信技术：相干光通信，像传统的无线电和微波通信一样，在放射端对光载波进行幅度、频率或相位调制：在接收端，则采纳零差检测或外差检测，这种检测技术称为相干检测。相干光，就是两个激光器产生的光场具有空间叠加、相互干涉性质的激光。实现相干光通信，关键是要有频率稳定、相位和偏振方向可以限制的窄线谱激光器。相干检测原理?:光接收机接收的信号光和本地振荡器产生的本振光经混频器作用后，光场发生干涉。由光检测器输出的光电流经处理后，以基带信号的形式输出。相干光接收方式是适用于全部调制方式的通信体制。相干检测有零差检测和外差检测两种方式。相干检测技术主要优点是：可以对光载波实施幅度、频率或相位调制。相干检测的解调方式有两种：同步解调和异步解调。70 .光时分复用技术：提高速率和增大容量是光纤通信的目标。若要接着提高速率一般有两种途径：波分红用(WDM)、光时分复用(OTDM)OTDM是在光域上进行时间分割复用，一般有两种熨用方式：比特间插、信元间插71 .波长变换技术：是将信息从承载它的一个波长上转到另一个波长上。在WDM光网络中运用波长变换技术的缘由有：=信息可以通过WDM网络中不相宜运用的波进步入WDM网络。=在网络内部，可以提高链路上现有波长的利用率。波长变换的基本方法有两种：光/电/光方法和全光方法。