光纤通信和系统设计总结.pptx

光纤通信与系统设计教学内容重点教学内容重点第一章第一章 概述概述n光纤通信系统的光波波谱n光纤通信的波谱在1.671014Hz3.751014Hz之间，即波长在0.8m1.8m之间，属于红外波段，n光纤通信系统的优点n容量大、损损耗耗低低、抗抗电电磁磁干干扰扰、保保密密性性能能好好、体积小，重量轻、原材料丰富n光纤通信系统组成n以光纤为传输媒介、光波为载波的通信系统。主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成第二章第二章 光纤的结构与导波特性光纤的结构与导波特性n基本光学定义和定律：n传播速度，反射现象（反射定律），折射现象（折射(Shell)定律），全反射条件 n光纤的结构和类型n结构：折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层n类型：n按模式分：多模、单模nITU-T.G.652/G.653/G.655光纤中光的传播理论光纤中光的传播理论光线理论阶跃多模光纤：阶跃多模光纤：数值孔径:模间色散:传输容量限制：梯度多模光纤：梯度多模光纤：光纤中光的传播理论光纤中光的传播理论波导理论光波导理论逻辑过程光波导理论逻辑过程Maxwell方程方程波动方程波动方程场的解场的解边界条件边界条件特征方程特征方程场的解场的解传输常数传输常数 模场分布模场分布波导方程式波导方程式导模条件导模条件贝塞尔函数贝塞尔函数V参数参数单模光纤单模条件和截止波长单模条件和截止波长最低阶高次模（最低阶高次模（LP11,TE01,TM01,HE21）的截止条件）的截止条件光纤只传输基模光纤只传输基模(HE11 或或 LP01)单模工作波长范围单模工作波长范围截止波长截止波长 c单模条件单模条件高斯型场分布的1/e全宽度场分布向芯区集中模场直径模场直径(MFD)模场半径与光纤芯径模场半径与光纤芯径w/aV模场直径模场直径有效面积：有效面积：有效面积：有效面积：误差误差 0C0，从脉冲前沿到后沿瞬时频率线性增，从脉冲前沿到后沿瞬时频率线性增，从脉冲前沿到后沿瞬时频率线性增，从脉冲前沿到后沿瞬时频率线性增加上加上加上加上(负）啁啾），负）啁啾），负）啁啾），负）啁啾），C0C02C0，高斯脉冲，高斯脉冲，高斯脉冲，高斯脉冲单调展宽；单调展宽；单调展宽；单调展宽；2C02C020互相位调制（互相位调制（XPM）XPMXPM导致的频率调制：导致的频率调制：导致的频率调制：导致的频率调制：信道走离与信道走离与信道走离与信道走离与XPMXPM：四波混频(FWM)新生的频率分量造成新生的频率分量造成信道之间的串扰信道之间的串扰(同频串扰同频串扰)：1 2 3在在n信道的信道的WDM系统中，可能的组合有系统中，可能的组合有种种FWM与相位匹配（或色与相位匹配（或色散）散）小的色散光纤，相位匹配小的色散光纤，相位匹配易于满足，易于满足，FWM越加严越加严重，应在色散与重，应在色散与FWM之之间取折衷间取折衷第四章第四章 光光 源源n激光形成的基本条件：n粒子数反转分布状态、光学谐振腔n半导体激光器结构：n异质结（作用：形成势阱限制载流子，形成折射率差限制光子）相位条件光谱选择振幅条件阈值器件相位条件相位条件振幅条件振幅条件激光模式：激光模式：纵模选择：FP腔DFB(DBR)-LD谐振频率（正入射）谐振频率（正入射）:相邻纵模的频率间隔相邻纵模的频率间隔:工作特性n工作特性:n P-I特性，光谱特性，调制特性，温度特性nLED与LD 比较第五章第五章 光发送机光发送机n光发送机的基本组成光发送机的基本组成n光调制方式光调制方式n直接调制，特点：直接调制，特点：n简单、经济、容易实现简单、经济、容易实现n响应带宽有限响应带宽有限n引入调制啁啾（正啁啾）引入调制啁啾（正啁啾）n间接调制（外调制）间接调制（外调制）n特点：特点：n基本原理：普科尔（基本原理：普科尔（PocketPocket）效应效应n马赫曾德铌酸锂（马赫曾德铌酸锂（LNLN）强度调制器原理）强度调制器原理n光发送机的指标光发送机的指标n平均发送光功率平均发送光功率n消光比消光比n第六章第六章 光检测器光检测器n PIN和APD的结构、原理n PIN的工作特性（量子效率、响应度的计算）n APD的工作特性（量子效率、响应度和倍增因子）n 检测器的响应时间；第七章第七章 光接收机光接收机n光接收机作用n光接收机基本组成（光检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、时钟提取电路、取样判决器以及自动增益控制(AGC)电路）n光接收机的噪声来源与高斯近似分析；n数字接收机误码率与噪声n光接收机的灵敏度第第8A章章 常用光器件常用光器件n光纤连接器的结构、种类、特性（插损）n光纤耦合器的结构、种类、原理、特性（插损、附加损耗）n光衰减器n光隔离器n光环行器第八章第八章 数字传输系统数字传输系统n光纤链路的设计要求和方法n系统的功率预算；第第9A章章 波分复用通信技术波分复用通信技术n基本概念n关键器件解复用器（光滤波器）解复用器（光滤波器）第第9B章章 光放大器光放大器n 光放大器的类型：SOA,EDFA,FRA n 半导体光放大器（SOA）：原理、特点n EDFA工作原理、基本结构、应用方式、特点第9C章 WDM传输技术损耗限制与光放大损耗限制与光放大n级联级联EDFA系统系统OSNR色散限制与色散补偿色散限制与色散补偿n色散补偿技术色散补偿技术非线性限制与色散管理非线性限制与色散管理n预补偿、欠补偿、分段补偿预补偿、欠补偿、分段补偿