光纤复习课已市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx

光纤通信第1页1、Numerical Aperture；2、Fiber Loss；3、Dispersion；4、Mode Dispersion；5、Polarization Mode Dispersion；6、Normalized Frequency；7、Extinction Ratio；8、Spontaneous Emission；9、Receiver Sensitivity；10、Bit Error Rate；11、Signal-to-Noise Ratio；12、Noise Figure一、名词解释名词解释第2页数值孔径（数值孔径（Numerical Aperture）入射到光纤端面光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内入射光才能够。这个角度a正弦值就称为光纤数值孔径（NAsina），多模光纤NA范围普通在0.180.23之间，所以普通有sina=a，即光纤数值孔径NAa。在光学中，数值孔径是表示光学透镜性能参数之一。用放大镜把太阳光汇聚起来，能点燃纸张就是一个经典例子。若平行光纤照射在透镜上，并经过透镜聚焦于焦点处时，假设从焦点到透镜边缘仰角为，则取其正弦值，称之为该透镜数值孔径。光纤损耗光纤损耗（Fiber Loss）光纤损耗（也能够称为信号衰减或信号损耗）是指光纤每单位长度上衰减，单位为dBkm。它是光纤最主要特征之一，因为它在很大程度上决定了在无需信号放大和再生条件下，光发送机和光接收机之间所允许最大距离。光纤中光功率吸收损耗，散射损耗以及辐射损耗是造成光信号衰减几个主要原因。吸收损耗与制造光纤材料相关；散射损耗除了与材料相关以外，还与光纤结构缺点相关；辐射效应造成损耗则是源于光纤几何形状微扰（包含微观和宏观）。第3页Dispersion色散色散是光纤传输特征之一。由于不一样波长光脉冲在光纤中具有不一样传播速度，所以，色散反应了光脉冲沿光纤传播时展宽。光纤色散现象对光纤通信极为不利。光纤数字通信传输是一系列脉冲码，光纤在传输中脉冲展宽，导致了脉冲与脉冲相重叠现象，即产生了码间干扰，从而形成传输码失误，造成差错。为避 免误码出现，就要拉长脉冲间距，导致传输速率降低，从而降低了通信容量。其次，光纤脉冲展宽程度随着传输距离增长而越来越严重。所以，为了防止误 码，光纤传输距离也要缩短。第4页模内色散模内色散：1、材料色散，纤芯中材料折射率随波长改变造成了这种色散（有时也称为色度色散，因为它与三棱镜分解光谱是同一个效应）。2、波导色散（结构色散），这种色散原因是单模光纤只有约80%光功率在纤芯中传输，20%在包层中传输光功率其速度要更大一些，这么就出现了色散。模间色散（模间色散（Mode Dispersion）：光纤模式色散只存在于多模光纤中。它产生是因为即使在同一频率点上，不一样模式群速率（群试验）也不相同。每一个模式抵达光纤终端时间先后不一样，造成了脉冲展宽，从而出现色散现象。偏振模色散（偏振模色散（PMDPMD）又称光双折射）又称光双折射：单模光纤只能传输一个基模光。基模实际上是由两个偏振方向相互正交模场HE11x和HE11y所组成。若单模光纤存在着不圆度、微弯力、应力 等，HE11x和HE11y存在相位差，则合成光场是一个方向和瞬时幅度随时间改变非线性偏振，就会产生双折射现象，即x和y方向折射率不一样。因传输 速度不等，模场偏振方向将沿光纤传输方向随机改变，从而会在光纤输出端产生偏振色散。PCVD工艺生产出单模光纤含有极低偏振模色散（PMD）。第5页归一化频率（归一化频率（Normalized Frequency）：）：归一化频率是光纤最主要结构参数，它能表征光纤中传输模式数量。就是把采样频率设为1，其它频率按它百分比表示。有时频率范围会非常大，使用时会很不方便，将之归一化后就转换到0,1之间了。这么做实现了一个统一标准，有利于比较各个频率分布情况。归一化另一个目标是预防数据 溢出。消光比（消光比（Extinction Ratio）对于数字脉冲光发射机，消光比这个指标很主要，它定义为“0”脉冲时所发送光功率p0和“1”脉冲时所发送光功率p1之比，可用EXT表示，定义式如EXT=10lg(p1/p0)(dB)，消光比不足轻易引发对码元误判等一系列问题。第6页自发辐射（自发辐射（Spontaneous Emission）：）：处于激发态原子中，电子在激发态能级上只能停留一段很短时间，就自发地跃迁到较低能级中去，同时辐射出一个光子，这种辐射叫做自发辐射。自发辐射是不受外界辐射场影响自发过程，各个原子在自发跃迁过程中是彼此无关，不一样原子产生自发辐射光在频率、相位、偏振方向及传输方向都有一定任意性。所以自发辐射光是非相关荧光，自发辐射光场能量分布在一个很宽频率范围内。普通光源发光过程就是处于高能级大量原子自发辐射过程。接收灵巧敏度（接收灵巧敏度（Receiver Sensitivity）接收灵巧敏度定义了接收机能够接收到并仍能正常工作最低信号强度。灵敏度是一个功率电平，通惯用dBm表示（普通是一个较大负dBm数）。假如链路方程输出等于或大于接收灵巧敏度接收功率，则链路在起作用，也就是说接收机能正确地提取发射信号中所包含信息。假如接收功率小于灵敏度电平，那么所提取信息质量就达不到要求。第7页误码率（误码率（BER：bit error ratio）误码率是衡量数据在要求时间内数据传输准确性指标。误码率=传输中误码/所传输总码数*100%。假如有误码就有误码率。另外，也有将误码率定义为用来衡量误码出现频率。光纤电信系统经典误码率范围是10（-9）到10（-12），这个误码率取决于接收机信噪比（信号功率和噪声功率比）。给定系统误码率事，因为接收机噪声电平，使得在光检测器上光信号功率有一个最低限。信噪比（Signal to Noise Ratio）：又称为讯噪比。狭义来讲是指放大器输出信号电压与同时输出噪声电压比，经常用分贝数表示，设备信噪比越高表明它产生杂音越少。一般来说，信噪比越大，说明混在信号里噪声越小，声音回放音质量越高，否则相反。第8页噪声系数（噪声系数（Noise Figure）因为放大器本身就有噪声，输出端信噪比和输入端信噪比是不一样，为此，使用噪声系数来衡量放大器本身噪声水平 公式表示为：噪声系数NF=输入端信噪比/输出端信噪比，单位惯用“dB”。该系数并不是越大越好，它值越大，说明在传输过程中掺入噪声也就越大，反应了器件或者信道特征不理想。在放大器噪声系数比较低（比如NF1）情况下，通常放大器噪声系数用噪声温度（T）来表示。噪声系数与噪声温度关系为：T=（NF-1）T0 或 NF=T/T0+1 其中：T0-绝对温度（290K）第9页1、单模光纤中只能传输一个模式，即_，称为光纤_。2、衡量接收机性能主要指标是_、_、_和_。3、多模光纤色散包含_，_和_。4、光纤耦合器主要指标是_、_、_和_。5、有两种方法实现光调制，它们是_和_。6、普通单模光纤G.652零色散波长是_，色散位移光纤G.653零色散波长是_。二、填空题（一）二、填空题（一）第10页1、单模光纤中只能传输一个模式，即_HE11_，称为光纤_基模_。2、衡量接收机性能主要指标是接收灵敏度、_误码率或信噪比_、带宽和_动态范围_。3、多模光纤色散包含材料色散，_波导色散_和_模间色散_。4、光纤耦合器主要指标是_插入损耗_、_附加损耗_、_分光比_和_串扰_。5、有两种方法实现光调制，它们是_直接调制_和_间接调制_。6、普通单模光纤G.652零色散波长是1.31m，色散位移光纤G.653零色散波长是1.55m。二、填空题（一答案）二、填空题（一答案）第11页7、一台优良光接收机，应该无失真地_和_弱信号能力，这要求其前端应有低_、高_和足够_。8、半导体激光器按波导机制可分为_和_两种。9、掺铒光纤放大器噪声系数F极限值约为_。10、光纤按传输模式数量分类，可分为_光纤和_光纤。决定光纤传输特征两个主要原因是_和_。11、在光纤通信系统中，当需要确保在传输信道光单向传输时，采取。12、对半导体激光器，当外加正向电流小于阈值电流时，激光器发出是_。二、填空题（二）二、填空题（二）第12页7、一台优良光接收机，应该无失真地_检测_和_恢复_弱信号能力，这要求其前端应有低_噪声_、高_灵敏度_和足够_带宽_。8、半导体激光器按波导机制可分为_增益导引_和_折射率导引_两种。9、掺铒光纤放大器噪声系数F极限值约为_3dB_。10、光纤按传输模式数量分类，可分为_单模光纤和多模光纤。决定光纤传输特征两个主要原因是_损耗和_色散_。11、在光纤通信系统中，当需要确保在传输信道光单向传输时，采取光隔离器。12、对半导体激光器，当外加正向电流小于阈值电流时，激光器发出是_非相干光。二、填空题（二答案）二、填空题（二答案）第13页三、选择题（一）三、选择题（一）1、光源产生光脉冲载频随时间改变现象称为（）A、啁啾B、损耗C、色散2、当PN结正向偏置时，电子和空穴在有源区复合分为（）A、陷阱复合B、缺点复合C、表面复合D、俄歇复合3、光缆能有效保护光纤预防（）A、啮齿动物啃啮B、敷设过程中应力C、粗心挖掘D、挤压4、实际系统中，即使没有光纤传输也存在造成接收灵巧敏度恶化原因有（）A、消光比B、强度噪声C、散粒噪声D、热噪声5、下面（）是EDFA优点。A、高增益B、对信号速率不敏感C、工作在1300nm附近D、增益带宽宽第14页三、选择题（一答案）三、选择题（一答案）1、光源产生光脉冲载频随时间改变现象称为（A）A、啁啾B、损耗C、色散2、当PN结正向偏置时，电子和空穴在有源区复合分为（ABCD）A、陷阱复合B、缺点复合C、表面复合D、俄歇复合3、光缆能有效保护光纤预防（ABD）A、啮齿动物啃啮B、敷设过程中应力C、粗心挖掘D、挤压4、实际系统中，即使没有光纤传输也存在造成接收灵巧敏度恶化原因有（AB）A、消光比B、强度噪声C、散粒噪声D、热噪声5、下面（ABD）是EDFA优点。A、高增益B、对信号速率不敏感C、工作在1300nm附近D、增益带宽宽第15页三、选择题（二）三、选择题（二）6、光接收机中散粒噪声包含（）A、量子噪声B、暗电流噪声C、漏电流噪声D、APD倍增噪声7、单模光纤只能传输一个模式，即（）。A、HE00B、HE11C、HE01D、HE108、多模光纤色散包含（）A、材料色散B、波导色散C、模间色散D、波长色散。9、光纤导光原理与结构特征可用（）和（）两种方法进行分析。A、模式理论B、散射理论C、射线理论D、光电理论10、光放大器按应用场所分，普通有哪几个（）A、在线放大器B、功率放大器C、前置放大器D、上述答案都不正确。第16页三、选择题（二答案）三、选择题（二答案）6、光接收机中散粒噪声包含（ABCD）A、量子噪声B、暗电流噪声C、漏电流噪声D、APD倍增噪声7、单模光纤只能传输一个模式，即（B）。A、HE00B、HE11C、HE01D、HE108、多模光纤色散包含（ABCD）A、材料色散B、波导色散C、模间色散D、波长色散。9、光纤导光原理与结构特征可用（A）和（C）两种方法进行分析。A、模式理论B、散射理论C、射线理论D、光电理论10、光放大器按应用场所分，普通有哪几个（ABC）A、在线放大器B、功率放大器C、前置放大器D、上述答案都不正确。第17页四、判断题（一）四、判断题（一）1、光纤损耗系数单位是dBm/km。2、温度升高时，激光器阈值电流会增加。3、多模光纤指是传输多路信号光纤。4、接收机要求最小平均光功率就是接收机灵敏度。5、若PN结在结两边使用相同半导体材料，则称为同质结。6、单模光纤没有模间色散。第18页四、判断题（一答案）四、判断题（一答案）1、光纤损耗系数单位是dBm/km。2、温度升高时，激光器阈值电流会增加。3、多模光纤指是传输多路信号光纤。4、接收机要求最小平均光功率就是接收机灵敏度。5、若PN结在结两边使用相同半导体材料，则称为同质结。6、单模光纤没有模间色散。第19页四、判断题（二）四、判断题（二）7、数字光接收机接收到光功率越大误码率则越小。8、光纤弯曲半径不宜过小。9、光纤数值孔径越小越好。10、归一化频率V值越小，能够传输模式越多。11、接收机带宽主要由前置放大器决定。12、接收系统中，APD增益越大越好。第20页四、判断题（二答案）四、判断题（二答案）7、数字光接收机接收到光功率越大误码率则越小。8、光纤弯曲半径不宜过小。9、光纤数值孔径越小越好。10、归一化频率V值越小，能够传输模式越多。11、接收机带宽主要由前置放大器决定。12、接收系统中，APD增益越大越好。第21页五、简答题（一）五、简答题（一）1、什么是PIN量子效率？怎样提升其量子效率？2、EDFA中隔离器作用是什么？3、色散位移光纤是怎样实现？4、EDFA光放大器泵浦方式有哪几个？各有什么特点？5、光放大器与光电光中继器主要区分是什么？第22页2 2、隔离反射信号，提升、隔离反射信号，提升EDFAEDFA稳定性。稳定性。第23页4、同向泵浦（噪声小）、反向泵浦（输出功率高）和双向泵浦（噪同向泵浦（噪声小）、反向泵浦（输出功率高）和双向泵浦（噪声小，输出功率高）。声小，输出功率高）。第24页五、简答题（二）五、简答题（二）6、激光器内、外量子效率联络和差异是什么？7、说明APD和PIN主要区分？8、什么是模式分配噪声？9、光路中惯用无源器件有哪几个?10、半导体发光二极管主要特点是什么?第25页内量子效率是激光器把电子空穴对（注入电流）转换成光子（光）效率直接表示，但要注意，并非全部光子都出射成为输出光，有些光子因为各种内部损耗而被重新吸收。外量子效率是激光二极管把电子空穴对（注入电流）转换成输出光效率象征。外量子效率总是比内量子效率小。第26页光连接器、光衰减器、光耦合器、光波分复用器、光隔离器、光环行器等a.光谱较宽；b.P-I 曲线线性很好；c.与光纤耦合效率低；d.寿命长；e.温度特征很好。模式分配噪声是因为半导体激光器纵模强度波动而产生，它是单模光纤中主要噪声。半导体激光器发出光普通会包含多个纵模，于是输出光就可能同时含有这些模式成份，或者从个(或一组)模式随机地转换到另一个或一组)模式。在多模光纤中，总输出光强度波动可能在多个模式之中产生。因为不一样模式之间存在轻微波长差异，所以每个耦合进光纤纵模有不一样衰耗和时延。第27页六、计算题（一）六、计算题（一）第28页六、计算题（二）六、计算题（二）第29页六、计算题（三）六、计算题（三）0-(-42)=42 dBm=5+21+L1 L=35 km第30页六、计算题（四）六、计算题（四）不是，因为尽管依据公式 可知，代表光纤接收光本事数值孔径（NA）随相对折射率差增大而增大，不过由公式可知，传输容量随相对折射率差增大而降低，所以相对折射率差不是越大越好。第31页六、计算题（五）六、计算题（五）所以，对于相同测不准能量E，波长越长，其对应线宽越宽。第32页六、计算题（六）六、计算题（六）第33页六、计算题（七）六、计算题（七）第34页