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光纤通信系统复习提纲

光纤通信系统复习提纲
PS :红色不要求
第一章 绪论 第五章 系统和其它
1. 光纤通信系统基本构成(单波长系统(第一章)各部分功能),DWDM
各部分要求(第五章)
2. 光纤通信系统优缺点(第一章),频率间隔和波长间隔的转换(第一章),
光纤通信容量的表示方法(BL ),各代光纤通信系统特点(第一章)
3. NRZ 和RZ 格式(第一章和第三章一起看,会画眼图,其中66%占空比
的也称为CS-RZ ),复用方式(第一章),调制方式:第一种分法:(第一章:IM (intensity modulation ,强度调制)(也叫OOK 或者ASK )和PSK );第二种分法:模拟调制,数字调制;第三种分法:内调制、外调制。

频谱图(注意CS-RZ 没有载波分量)
眼图
4.光纤通信系统典型拓扑结构(广播和分配网(HUB和BUS拓扑结构)、局域网(BUS拓扑结构:Ethernet,Ring拓扑结构:FDDI(Fiber
Distribution Data interface))注意:功率分配不要求。

5.光纤通信系统功率预算和上升时间预算
6.光放大器的分类(3种),EDFA、波分复用器等重要器件,波长控制等关键技术
会画示意图。

第二章光纤
1.光纤基本参量计算:数值孔径(NA),归一化频率(V<2.405),模场半径(w:最大值1/e处的半径),相对折射率差delta,光纤的分类。

2.TE、TM、HE、EH、LP模下标之间的关系(下标分别表示什么,在图上要知道),什么是模式折射率,模式折射率满足的条件。

3.光纤损耗机理和作用效果(分类,掌握本征损耗两个,其中瑞利散射的特点和波长4次方成反比),损耗系数单位的转换0.2(dB/km)/4.343,光纤通信的三个工作窗口
4.光纤色散(模间色散和模内色散,模间色散(多模阶跃和多模渐变)两个BL限制),色散单位的含义(常用ps/(nm*km)),群速度色散D(也叫模内色散=材料色散+波导色散,图要会画),色散位移光纤(G.653)(色散图+原因),偏振模色散,高阶色散,色散补偿光纤(DCF)实现色散
补偿的原理(要求D1L1+D2L2=0,S1L1+S2L2=0),考虑D和S的BL限制(或色散大小T
)
5.色散致脉冲展宽:正色散、负色散、正常色散、反常色散的定义关系和脉冲速度随频率的关系:D>0时(反常色散区),频率高的速度快;反之,频率高的速度慢,知道这个即可。

(注意都是脉冲扩展)。

不同条件下的色散限制
6.非线性:SPM(导致脉冲的什么结果,光孤子的原理)、XPM(SPM、XPM:kerr效应:光纤折射率随入射光功率变化而改变)。

SRS(高频光子变为低频光子(斯托克斯光)+光学声子,注意方向,增益带宽20-30THz)、SBS(高频光子变为低频光子(斯托克斯光)+声学声子,注意方向,增益带宽<100MHz)(SRS、SBS受激散射效应(非弹性散射):散射后的入射光频率发生改变)的产生机理(上面括号中)及功率预算
(=16,=21),FWM的危害和克服方法(注意:单波长系统无FWM效应,WDM系统中为避免 FWM一般采用NZDSF)
7.各种光纤的特点:G.651、G.652、G.653、G.655、在DWDM系统中要用大有效面积非0色散位移光纤(大有效面积:降低光强度进而降低非线
性效应,色散位移:低损耗,非0:降低XPM,FWM效应)、DCF、全波光纤(G.657),无水光纤(无OH-)。

结合上面的重点考虑以下问题:
•光纤的色散对信号传输有何影响?如何减少色散?
•何谓多模光纤和单模光纤?
•模式的物理意义?模式的种类有哪些?
•光纤的损耗对信号传输有何影响?如何减少光纤损耗?
使得光信号的有效传输距离L缩短,导致BL变小。

无水光纤(去除OH-),窗口移向1550nm。

•有哪些非线性效应?非线性效应对信号传输有何影响?如何减少光纤非线性效应?
•光纤按模式如何分类?其发展的路线图如何?(第一章也有)
第三章光发射机
1.光纤通信对光源的要求(输出光功率高,线宽窄),光源的两个最重要指标:光谱线宽和阈值电流
2.半导体发光的物理基础:三种跃迁过程(对应的器件),费米能级+粒子数反转+正向偏置PN结(原理过程弄懂),双异质结结构对半导体发光器
件的性能改善,非辐射复合及其危害(哪些,其中:Auger加速周围电子使得T升高,进而再加剧Auger效应)(为何普通电路中的二极管不能发光?),如何决定半导体材料的组分(半导体材料的禁带宽度的计算公式)3.LED的特性(PI特性(LED内部产生的光功率、LED的出射光功率)(响应度(定义)和功率转换效率的关系)(PI曲线(响应度)和T的关系)、光谱特性、调制特性(调制带宽)),为什么LED适合用在短距离、低速、模拟通信中(PDF97页),LED的类型(2个)
4.LD的工作条件(3个),阈值条件(g>alpha),纵模条件(相位条件或频率间隔),LD激射的三个状态(过程)(PDF97页108-109)
5.LD的典型结构,增益导引和折射率导引条形激光器,同质结、异质结、条形激光器、多量子阱结构如何实现阈值电流的降低和输出功率的提高。

LD的发展图要会画:从同质结到MQW怎么变的。

(提高两个限制)6.如何实现单纵模?DBR、DFB、外腔、VCSEL的基本原理(如何实现SLM (关键点即可))。

7.LD的工作特性:(PI特性(LD内量子效率、外量子效率、微分量子效率、总效率之间的关系)(响应度(定义)和功率转换效率的关系)(PI 曲线(响应度)和T的关系)、光谱特性、调制特性(调制带宽)), 大信号调制导致的信号畸变(4个+自脉冲行为=5个)
8.直接调制与外调制的异同点,外调制哪些类型?(看题目)
9.注意:本章PDF后面的review(201页开始)也有一些总结可以参考,但是重点都在上面写的。

驱动电路都不需要。

结合上面的重点考虑以下问题:
•物质为何能发光?能级三种基本跃迁过程?
•为何说受激辐射过程是光放大过程?
•为何说光放大是激光产生的必要条件?
•半导体材料产生光放大的必要条件是什么?如何实现粒子数反转条件?
•何谓同质结?何谓异质结?异质结有何优点?
•为何普通二极管不能发光?
•如何计算半导体材料辐射光的波长?
•半导体激光器(LD)的激射条件是什么?
•如何实现单纵模半导体激光器(SLM-LD)?
•信号调制格式有哪些?
•LED和LD的优缺点比较?(见光发射机PDF205+213页)
第四章
1.探测器要求:(高响应度,高响应带宽,低噪声光)。

探测器的性能指标:R 与量子效率的关系,量子效率和宽度W的关系(为什么W不能太大:W大,量子效率高;但是光子的穿越时间长,导致调制带宽降低)。

截至波长的定义。

(PDF14页小结看看)
2.光探测器的设计思想(反向偏置),PN、PIN(尽可能的使吸收区占的空间大(原因是漂移速度比扩散速度大的多))、双异质结PIN(合理选取其带隙Eg(i)<hv<Eg(p,n),可以使得P 层与N层透明,光仅在中间I层吸收)(通常用于光波系统的PIN光电二极管采用InGaAs作为中间层,用InP作为P 层和N层)、APD(原理(注意:碰撞电离是俄歇复合的反过程),见13道中)、SAM-APD、SAGM-APD、SAGCM-APD每一种的特点。

(使用k A <<1的半导体材料)
结合上面的重点考虑以下问题:
+ 描述光电转换效率的量子效率和响应度;
+ 量子效率与吸收区宽度的关系;
+ 吸收截止波长的概念;
+ 吸收区宽度对量子效率和响应带宽的影响;
+ PN光电二极管存在的问题?
+ 双异质结PIN的优势在什么地方?
+ APD 的工作原理?
+ 为什么要发展SAM-APD ,SAGM-APD ,SAGCM-APD ?
3. 光接收机三部分的设计思想:前端、线性通道、判决(会画,带宽
12L T
f R C π∆=,常用跨阻抗前端) 4. 光接收机噪声分析,散粒噪声、热噪声、放大器噪声指数、APD 过剩噪声
5. PIN 和APD 接收机信噪比公式(两种受限条件下分析(噪声等效功率))(最佳APD 增益)PS :过剩噪声因子x A F M =(x 是过剩噪声指数)。

注意:放大器的噪声指数n F ,不要搞错。

6. 数字光接收机误码率(BER )分析(和Q 的关系,=6,=7即可),灵敏度(rec P )求解(两种受限条件下分析),数字光接收机的极限灵敏度分析(1exp()2
p BER N η=-)(PS :类型参考作业第13题) 7. 功率代价的来源(知道三种即可)
灵敏度这部分肯定有一道计算题,好好理理。

可以参考PDF109,131页。

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