复习提纲
发 射基本光纤传输系统接 收
电光光电信信第一章知识点小结： 光纤线路发发接接息息射射收收1. 什么是光纤通信？利用光纤传输光波信号的通信方式。 源宿机机机机 电信号光信号光信号电信号输入输出输入输出2. 基本光纤通信系统的组成和各部分作用。
基本光纤传输系统由光发射机、光纤线路和光接收机三个部分组成。 1. 光发射机
功能：是把输入电信号转换为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。 核心：光源。要求光源输出光功率足够大，调制频率足够高，谱线宽度和光束发散角尽可能小，输出功率和波长稳定，器件寿命长。
目前广泛使用的光源有半导体发光二极管(LED)和半导体激光二极管(或称激光器)(LD) 2. 光纤线路
功能：把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变(失真)和衰减传输到光接收机。 光纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。
光纤线路的性能主要由缆内光纤的传输特性决定。对光纤的基本要求是损耗和色散这两个传输特性参数都尽可能地小，而且有足够好的机械特性和环境特性， 3. 光接收机
功能：把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号，并经放大和处理后恢复成发射前的电信号。
核心：光检测器。对光检测器的要求是响应度高、噪声低和响应速度快。
3、光纤通信和电通信的区别。 光纤通信和电通信的主要差别：
（1）电通信的载波是电波，光纤通信的载波是光波。（2）电通信用电缆传输信号，光通信用光纤传输信号，光缆具有比电缆更小的高频率传输损耗。 包层n2第二章知识点小结
1、光能量在光纤中传输的必要条件（对光纤结构的要求）。
纤芯光纤结构 n1 纤芯：光能量传输的通道。 包层：为光的传输提供反射面和光隔离以及机械保护作用。
设折射率，纤芯为n1；包层为n2,则光能量在光纤中传输的必要条件是n1>n2。
2、突变多模光纤数值孔径的概念及计算。
设纤芯和包层折射率分别为n1和n2，空气的折射率n0=1， 纤芯中心轴线与z轴一致，如图2.4定义临界角θc的正弦为数值孔径(Numerical Aperture, NA)。根据定义和斯奈尔定律
22 NA?sin?C?n1?n2?n12?设Δ=0.01，n1=1.5，得到NA=0.21或θc=12.2°。 NA表示光纤接收和传输光的能力。
1）NA越大，纤芯对光能量的束缚越强，光纤抗弯曲性能越好。
2）NA越大 经光纤传输后产生的信号畸变越大
1
3、弱导波光纤的概念。
纤芯折射率为n1保持不变，到包层突然变为n2。这种光纤一般纤芯直径2a=50~80 μm，光线以折线形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变大。带宽只有10~20 MHz·km，一般用于小容量（8 Mb/s以下）短距离（几km以内）系统。
4、相对折射率指数差的定义及计算。
相对折射率指数差（纤芯和包层折射率分别为n1和n2）
22 定义： (n1?n2)(n1?n2)n1?n2???22 2n12n1弱导波光纤中n1和n2相差很少，则 n1+n2 2 n1
??(n所以有： 1?n2)/n1
5、突变多模光纤的时间延迟。
由式(2.4)得到最大入射角(θ=θc)和最小入射角(θ=0)的光线之间时间延迟差近似为 L2Ln1L2?????(NA)??c 2n1c2n1cc?
r?sin(Az)6、渐变型多模光纤自聚焦效应的产生机理。 An(0)渐变型多模光纤的光线轨迹是传输距离z的正弦函数 θ*=θ0cos(Az) 对于确定的光纤，其幅度的大小取决于入射角θ0，
其周期Λ=2π/A=2πa/ ， 取决于光纤的结构参数(a, Δ)， 而与入射角θ0无关。这说明不同入射角相应的光线，虽然经历的路程不同，但是最终都会聚在P点上，这种现象称为自聚焦(SelfFocusing)效应。 渐变型多模光纤具有自聚焦效应，不仅不同入射角相应的光线会聚在同一点上，而且这些光线的时间延迟也近似相等。这是因为
(1)光线传播速度v(r)=c/n(r)(c为光速)，入射角大的光线经历的路程较长，但大部分路程远离中心轴线，n(r)较小，传播速度较快，补偿了较长的路程。(2)入射角小的光线情况正相反，其路程较短，但速度较慢。 所以这些光线的时间延迟近似相等。
2a?2n12?n2?2.405
?2a?7、归一化频率的表达式。V= 2n12?n2?2.405 ?C由式可以看到，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。由此得到
?V?
V?2.405C或?c? ?2.4058、突变光纤和平方律渐变光纤传输模数量的计算。
ggv
M?()a2k2n12??() g?2g?2222
对于突变型光纤，g→∞，M=V/2； 对于平方律渐变型光纤，g=2，M=V/4。 第三章知识点小结
1、纤通信中常用的半导体激光器的种类。
半导体激光二极管 或称激光器(LD)和发光二极管或称发光管(LED)
2、半导体激光器的主要由哪三个部分组成？
2
主要由激励源、激光物质和谐振腔组成
3、电子吸收或辐射光子所要满足的波尔条件。
受激辐射是受激吸收的逆过程。 电子在E1和E2两个能级之间跃迁，吸收的光子能量或辐射的光子能量都要满足波尔条件，即
E2-E1=hf12 (3.1)
式中，h=6.628×10-34J·s，为普朗克常数，f12为吸收或辐射的光子频率。
受激辐射：产生相干光，辐射光的频率、相位、偏振态和传播方向与入射光相同。
自发辐射：产生非相干光，其频率和方向分布在一定范围内，相位和偏振态是混乱的。
4、什么是粒子数反转分布？
设在单位物质中，处于低能级E1和处于高能级E2(E2>E1)的原子数分别为N1和N2。当系统处于热平衡状态时，存在下面的分布：
N2E?E1
?exp(?2) N1kT式中， k=1.381×10-23J/K，为波尔兹曼常数，T为热力学温度。由于(E2-E1)>0，T>0，所以在这种状态下，总是N1>N2。
吸收物质：如果N1>N2，即受激吸收大于受激辐射。当光通过这种物质，光强按指数衰减。 激活物质：如果N2>N1，即受激辐射大于受激吸收，当光通过这种物质，会产生放大作用。 N2>N1的分布，和正常状态(N1>N2)的分布相反，所以称为粒子(电子)数反转分布。
5、理解半导体激光产生激光的机理和过程。
过程：由于限制层的带隙比有源层宽，施加正向偏压后，P层的空穴和N层的电子注入有源层。P层带隙宽，导带的能态比有源层高，对注入电子形成了势垒， 注入到有源层的电子不可能扩散到P层。同理，注入到有源层的空穴也不可能扩散到N层。另一方面，有源层的折射率比限制层高，产生的激光被限制在有源区内。 书本52页
机理：半导体激光器是向半导体PN结注入电流，实现粒子数反转，产生受激辐射，再利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光振荡。
6、静态单纵模激光器。
随着驱动电流的增加，纵模模数逐渐减少， 谱线宽度变窄。这种变化是由于谐振腔对光波频率和方向的选择，使边模消失、主模增益增加而产生的。当驱动电流足够大时，多纵模变为单纵模，这种激光器称为静态单纵模激光器。
注：激光器输出光功率随温度而变化有两个原因： 一是激光器的阈值电流Ith随温度升高
3
而增大，二是外微分量子效率ηd随温度升高而减小。温度升高时，Ith增大，ηd减小， 输出光功率明显下降，达到一定温度时，激光器就不激射了。当以直流电流驱动激光器时，阈值电流随温度的变化更加严重。当对激光器进行脉冲调制时，阈值电流随温度呈指数变化。
8、DFB激光器的优点。 ① 单纵模激光器。
② 谱线窄， 波长稳定性好。 ③ 动态谱线好。
④ 线性好。广泛用于模拟调制的有线电视光纤传输系统中。 想详细点就看书（57）
9、LD与LED的主要区别（课件只是两点，可看课后小结） （1）LD发射的是受激辐射光，LED发射的是自发辐射光。 （2）LED不需要光学谐振腔， 没有阈值。
10、常用光电检测器的种类。
PIN光电二极管 雪崩光电二极管（APD）
11、光电二极管的工作原理。P58
光电二极管(PD)把光信号转换为电信号的功能，是由半导体PN结的光电效应实现的。 （课本61）
12、PIN和APD的主要特点。P59~P63
PIN:为改善器件的特性，在PN结中间设置一层掺杂浓度很低的本征半导体(称为I) 主要特性：(1) 量子效率和光谱特性。(2) 响应时间和频率特性。(3) 噪声。 APD:电子和原子多次碰撞，产生连锁反应，致使载流子雪崩式倍增的器件 主要特性：1. 倍增因子。2. 过剩噪声因子
13、耦合器的功能。
功能：把一个输入的光信号分配给多个输出，或把多个输入的光信号组合成一个输出。
14、光耦合器的结构种类。
比较实用和有发展前途的有光纤型、光子器件型、微器件型和波导型。 15、什么是耦合比？ POCpocCR??N耦合比CR是一个指定输出端的光功率Poc POtpon和全部输出端的光功率总和的比值，用%表示。
1n?1(由此可定义功率分路损耗Ls： Ls=10lg )CR
16、什么是附加损耗？ 由散射、吸收和器件缺陷产生的损耗，是全部输入端的光功率总和Pit和全部输出端的光功
?率总和Pot的比值，用分贝表示
?Pit?10lg?pot??Pinn?1Nn?1N???Pin?4
Le=10lg
17、光隔离器的结构和工作原理。（必考） 隔离器就是一种非互易器件，其主要作用是只允许光波往一个方向上传输，阻止光波往其他方向特别是反方向传输。
主要用在激光器或光放大器的后面，以避免反射光返回到该器件致使器件性能变坏。 插入损耗和隔离度是隔离器的两个主要参数，对正向入射光的插入损耗其值越小越好，对反向反射光的隔离度其值越大越好
SOP
入射光
法拉弟 偏振器偏振器旋转器
反射光 阻塞
课本72
第四章知识点小结
1、数字光发射机的方框图。P75
数字光发射机的方框图如图4.2所示，主要有光源和电路两部分。光源是实现电/光转换的关键器件，在很大程度上决定着光发射机的性能。电路的设计应以光源为依据，使输出光信号准确反映输入电信号。
2、光电延迟和张驰振荡。P77
输出光脉冲和注入电流脉冲之间存在一个初始延迟时间，称为电光延迟时间td，其数量级一般为ns。
当电流脉冲注入激光器后，输出光脉冲会出现幅度逐渐衰减的振荡，称为张弛振荡，其振荡频率fr(=ωr/2π)一般为0.5~2 GHz。
3、激光器为什么要采用自动温度控 P79
温度通过阈值电流和外微分量子效率引起的输出光脉冲的变化：温度升高，阈值电流增加，外微分量子效率减小，输出光脉冲幅度下降。 激光器温度对输出光脉冲的另一个影响是“结发热效应”。由于激光器结区温度的变化使得输出光脉冲的 形状发生变化，这种效应称为“结发热效应”。 热敏电阻控制电路热导温度控制装置一般由致冷器、热敏电阻和
控制电路组成， 图示出温度控制装置的
方框图。致冷器的冷端和激光器的热沉接触，
致冷器热敏电阻作为传感器，探测激光器结区的温度，
并把它传递给控制电路，通过控制电路改变致冷量，使激光器输出特性保持恒定。 4、数字光接收机的方框图。P82
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