复习提纲第一章知识点小结： 1. 什么是光纤通信？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。

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）。

光纤结构 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本光纤传输接 收发 射∆≈-==2sin 12221n n n NA C θ3、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）定义： 弱导波光纤中n1和n2相差很少，则 n1+n2 2 n1所以有：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6、渐变型多模光纤自聚焦效应的产生机理。

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(Self Focusing)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。

7、归一化频率的表达式。

V= 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8、突变光纤和平方律渐变光纤传输模数量的计算。

对于突变型光纤，g →∞，M=V 2/2； 对于平方律渐变型光纤，g=2，M=V 2/4。

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？2121212))((n n n n n +-=2122212n n n -=∆121/)(n n n -≈∆∆≈==∆c L n NA c n L c n L c 12121)(22θτ)sin()0(Az An r θ=405.222221≤-n n a λπ405.222221=-n n a Cλπ 2.405V 405.2λλλλ==c C V 或22()2(2122v g g n k a g g M +=∆+=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=hf 12(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：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)exp(1212kTE E N N --=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~P63PIN : 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？ 耦合比CR 是一个指定输出端的光功率Poc 和全部输出端的光功率总和的比值，用%表示。

由此可定义功率分路损耗Ls ： Ls=10lg16、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∑===N n on oc Ot OC p p P P CR 1)1(CR ⎬⎫⎨⎧=∑=NN n it Pin P 1lg 10Le=10lg17、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。

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”。