光纤技术复习资料Word文档下载推荐.docx

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阶跃光纤和渐变光纤（折射率在纤芯中保持恒定，在芯与包层界面突变的光纤称为阶跃光纤，折射率在纤芯内按某种规律逐渐降低的光纤称为渐变光纤。

）；

按照纤芯中传输模式的多少分类可分为：

单模光纤和多模光纤；

按照光纤的组成材料分类可分为：

石英光纤、玻璃光纤、塑料光纤、液芯光纤和氟化物光纤等。

而多模光纤又可分为阶跃多模光纤和渐变多模光纤。

通信光纤的标准包层直径是

，塑料护套的直径约

2、在选择制造光纤的材料时，应主要考虑的因素有：

纯度高、透明度高、折射率径向分布易于精确控制。

3、目前广泛采用的提纯方法是“精馏—吸附—精馏综合提纯法”。

4、在光纤的折射率控制上，有三种方法从而形成三种光纤：

一是匹配包层光纤：

增加纤芯折射率，包层的折射率不变；

二是塑料包层光纤：

纤芯的折射率不变，降低包层折射率；

三是凹陷包层光纤：

增加纤芯折射率，降低包层折射率。

5、在光纤的拉制过程中，制棒、拉丝、涂敷是其中三个很重要的工序。

6、所有四种气相沉积法中，成本最低的是棒外气相沉积法，沉积效率最高的是等离子气相沉积法，沉积速率最高的是轴向气相沉积法，同心度最高的是改进的气相沉积法。

7、光纤成缆的原因：

一是使光纤操作起来更加容易，二是为了保护光纤。

8、光缆中的基本结构及各部分的主要作用：

强度元件：

增强光缆的抗拉强度；

填充物：

固定各单元的位置；

缓冲层：

用于保护缆芯免受径向挤压；

内护套：

径向阻水、抗弯、抗侧压、增大层间摩擦力；

钢丝铠装层：

增强光缆的耐侧压和抗拉、抗弯和抗扭绞能力；

外护套：

径向阻水、耐磨、防机械损伤、抗弯、防腐、阻燃等。

9、光缆的基本结构按子缆（缆芯）组件的不同一般可以分为层绞式、骨架式、束管式和带状式四种。

按铺设方式可分为：

直埋光缆、管道光缆、架空光缆、水底光缆。

按松紧状态可分为：

紧结构光缆、松结构光缆和半紧半松结构光缆。

10、各类光缆的适用范围和及其相应的铺设方法（复习作业）。

第三章光纤传输理论

复习光纤的基本结构，掌握光纤中的传播条件，子午光线的传播特性，了解各类光纤的传播特点，重点掌握阶跃光纤的单模条件，以及偏振的表示方法。

1、学会用几何光学方法研究光在光纤中的传输，理解数值孔径和相对折射率差的概念；

2、掌握光在渐变型折射率光纤中传输光学方程的推导，理解光纤自聚焦的概念和条件；

3、知道用模式理论研究光在光纤中的传输问题的处理方法和解题思路；

4、掌握模式的概念，理解矢量模和标量模、本征模和耦合模、归一化频率与归一化截止频率的区别；

5、理解并掌握光纤中的单模传输条件；

6、理解单模光纤中的双折射，了解保偏光纤的种类和工作原理，掌握偏振的表示方法；

7、知道非正规光波导的特征和种类；

8、理解布拉格光纤光栅和长周期光栅的基本概念。

1、光纤中的传输条件：

全反射。

全反射有两大条件：

光必须是从光密介质进入光疏介质；

入射角要大于或等于入射角。

2、子午光线与子午面的定义：

通过光纤中心轴的任何平面都称为子午面，子午面内的光线称为子午光线。

3、数值孔径的定义：

（计算）。

NA的大小反映了光纤接收入射光的能力，是表征光纤特性的重要参数之一。

4、入射光线的孔径角反映了光纤对于光线的可接收范围。

孔径角的计算。

5、相对折射率差的计算。

6、弱导光纤的定义：

满足在横截面内折射率变化很小，即光纤导光能力很弱的光纤称为弱导光纤。

7、渐变型光纤中，不同光线具有相同轴向速度的现象称为自聚焦现象，这种光纤称为自聚焦光纤。

例题：

自聚焦光纤横截面上折射率分布具有什么规律？

为什么光线在这样的光纤中传输会产生自聚焦现象？

（自答）

（提示：

因为从轴心向径向方向光纤的折射率逐渐减小，沿轴向传播的光，路径短但光速小，而离轴线越远的光，折射率越小，光速越大，尽管路径远，也能与轴线附近的光同时到达，因而表现为自聚焦。

）

8、光纤中传播的模式可分为三类：

传导模：

满足全反射条件的那些模式。

其光场分布特点是：

在纤芯内为驻波场或行波场，波场功率被限制在纤芯内传播。

辐射模：

不满足全反射条件的模式，其电磁场不限于光纤芯区而可径向辐射至无穷远。

辐射模在纤芯和包层之中均为行波场，光纤失去了对光波场功率的限制作用。

漏泄模：

以临界角入射的光线，在纤芯内传播时，光波场功率透过一定厚度的“隧道”泄漏到包层之中，在包层中沿传播方向为衰减的行波场。

你能说出这三种模式的区别么？

9、能够推导亥姆霍兹方程。

10、截止波长的计算公式：

单模光纤的截止波长表示所能传输单模的最短波长，若波长比此更短，光纤将会传输双模或多模。

（计算）

11、保偏光纤的定义，以及保偏光纤是如何保偏的：

能保持在其中传播的光波的

偏振态不变的光纤称为保偏光纤。

保偏光纤的保偏特性即人为地对纤芯几何性质或折射率分布的对称性造成很大的差异，使得两个正交偏振摸之间具有相当大的传输常数差，即模间交叉耦合系数变得很小，于是光纤能够在较长距离保持原有的传输偏振态，因此能够起到保偏的作用。

12、在保偏光纤中，双折射效应越强，波长越短，保持传输光偏振态越好。

13、本征模与耦合模之间既有联系又有区别：

联系是它们都是在光纤中传输的模式；

区别是本征模相对独立，模式间没有能量交换，耦合模彼此间有能量交换。

14、模场直径与纤芯直径是不同的概念，在普通的折射率分布及典型波长上，，模场直径比单模光纤纤芯大。

15、偏振的表示方法，重点掌握单位向量表示法（琼斯矩阵法）、如

，这是右旋偏振光，强度为6（如何计算？

）。

16、非正规光波导的主要特征是折射率分布在纵向上不均匀。

目前研究较多的非正规光波导：

布拉格光纤光栅（又称为短周期光栅或反射光栅）和长周期光纤光栅（又称为透射光栅）。

、阶跃型光纤纤芯和包层的折射率分别为：

n1=，n2=，试计算：

（1）相对折射率差；

（2）光纤的数值孔径。

解答：

（1）、

（2）、

、阶跃型光纤中n1=，n2=。

（1）光纤放置在水中（n0＝），求光从水中入射到光纤端面的最大接收角度；

（2）光纤放置在空气中，求数值孔径NA。

结合两式，得

得：

注：

错解：

、a．对于一单模光纤，其2a＝μm，NA=，它的截止波长是多少？

b．如果工作波长为1310nm，这个光纤可以只传输一个模式吗？

（1）、

（2）、因为

，所以这个光纤不能只传输一个模式，而会传输多模。

因为

，所以这个光纤只能传输一个模式。

（P67：

、一根阶跃折射率光纤纤芯和包层的折射率分别为n1＝，n2＝，该光纤工作在μm和μm两个波长上。

求该光纤为单模光纤时的最大纤芯直径。

关键在于截止波长是多少。

这里应该以小的波长为准。

因为单模光纤的截止波长表示所能传输单模的最短波长。

而需

所以

当

时，

第四章新型光纤和光纤的基本特性

复习渐变折射率多模光纤的优点和局限性，掌握单模光纤的优点和局限性。

了解几种典型的色散位移单模光纤。

了解光纤的损耗类型和特点，掌握色散的种类和典型的色散。

光纤的损耗来源及其测量计算；

各种色散概念、表示方法及其对信号传输的影响。

1、理解光纤损耗的产生原因和种类，掌握衰减系数的测量、计算方法，理解衰减系数的物理意义；

2、理解各类色散产生的原因及其区别，学会时延差的计算方法，知道色散与带宽的关系，了解色散对通信容量和传输速率的影响；

3、了解各种新型光纤的材料、结构、特性及其特殊用途。

1、在短距离传输中应选用阶跃多模光纤（请解释原因），在中距离传输中应选用渐变多模光纤（请解释原因），在长距离传输中应选用阶跃单模光纤（请解释原因）。

（复习作业）

2、光波在光纤中传输时，随着传输距离的增加而光功率逐渐下降，这就是光纤的传输损耗。

在谱线上，损耗值较高的地方叫做光纤的吸收峰。

较低的损耗所对应的波长叫做光纤的工作波长（或叫工作窗口）。

光纤通信常用的工作窗口主要有三个：

、

3、光纤的损耗包括耦合损耗、吸收损耗、散射损耗和弯曲损耗等。

4、光纤越长，吸收和散射损耗就越重要；

相反，光纤越短，耦合损耗就越突出。

5、光纤本身固有的损耗叫本征损耗，不可消除，构成光纤损耗的理论下限。

6、非线性散射损耗主要包括受激喇曼散射和受激布里渊散射。

线性散射损耗主要包括瑞利散射和米散射。

其中瑞利散射属于本征散射。

瑞利散射随着波长的增加会急剧减小。

7、每单位长度光纤的功率衰减分贝数：

学会计算：

例：

1mw的信号经过100km的光纤传输后降至1μw，则光功率衰减多少分贝？

损耗系数是多少？

8、色散是光纤的一个重要的传输特性，指的是光信号沿着光纤传输过程中，由于不同成份的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应。

色散包括模式色散、色度色散（包括材料色散和波导色散）和偏振摸色散。

光纤中的不同模式，在同一波长下传输，各自的相位常数βmn不同，它所引起的色散称为模式色散。

由于光纤材料本身的折射指数n和波长λ呈非线性关系，从而使光的传播速度随波长而变化，这样引起的色散称为材料色散。

光纤中同一模式在不同的频率下传输时，其相位常数不同，这样引起的色散称为波导色散。

由于光纤中存在双折射现象，即x和y方向的折射率不同，会造成沿x轴和y轴振动的两个偏振模的传输时延不同，从而产生偏振模色散或双折射色散。

你能区分这些色散吗？

9、时延并不代表色散的大小，色散的程度应用时延差表示，时延差越大，色散就越严重。

10、光纤的色散、脉冲展宽和带宽描述的是光纤的同一特性。

11、调制信号经过光纤传播后，光功率下降一半（即3dB）时的频率（fc）的大小，定义为光纤的带宽（B）。

由于它是光功率下降3dB对应的频率，故也称为3dB光带宽。

12、在很强的光场作用下，光纤的各种特征参量会随光场呈非线性变化。

一类是由于散射作用而产生的非线性效应，如受激拉曼散射及布里渊散射；

另一类是由于光纤的折射指数随光强度变化而引起的非线性效应，如自相位调制、交叉相位调制及四波混频等。

13、宏弯损耗和微弯损耗的特点和区别。

你认为是多摸光纤还是单模光纤对宏弯损耗更敏感些？

为什么？

、假设你是主管，负责为你公司选择光纤，你有三类网络：

短距离的、中等距离和长距离的，你为每一类网络选择什么样的光纤？

（1）、短距离的：

阶跃型多模光纤：

结构简单,易于耦合，模间色散大,不能远距离传输；

（2）、中长距离的：

渐变型多模光纤：

模间色散小,易于耦合，制作难度大，剩余色散限制高速传输；

（3）、长距离的：

阶跃型单模光纤：

结构简单，色散小，适于高速率传输，最小色散波长与最小衰减波长不同。

、1mW的信号经过100km的光纤传输后降至1μW，则光功率衰减多少分贝？

（2）、

、如果发射功率为3mw，接收器敏感性为100μw，求出衰减为／km的光纤链路的最大传输距离。

而

第五章光无源器件

复习各种光无源器件的工作原理、结构和主要性能指标；

光纤连接器；

光纤耦合器；

光隔离器；

光学滤波器。

1、了解各种光无源器件的工作原理、结构和主要性能指标；

掌握主要性能指标的测量方法；

会利用光无源器件实现光信号的连接、合路、分路、波分复用、解复用、光路转换、能量衰减、反向阻隔等功能；

2、掌握光隔离器、光学滤波器、光波分复用器件的工作原理、结构和应用。

1、光通信器件可分为无源和有源两大类。

两者的主要区别在于器件在实现本身功能的过程中，其内部是否发生光电能量转换。

若发生光电能量转换，则称其为有源光器件，主要有（半导体）光源、光放大器和光电检测器。

若未发生光电能量转换，即使也需要一些电信号的介入，也称为无源光器件。

主要有：

光纤连接器、光纤耦合器、光隔离器、光环行器、光纤光栅、光滤波器、光开关和波分复用器件。

（一定要能区分无源器件和有源器件）

2、光纤活动连接器按其功能可以分成如下几个部分：

连接器插头、光纤跳线、转换器、变换器等。

实际上，一个活动连接器是指两个连接器插头加一个转换器。

将一根光纤的两头都装上插头，称为跳线。

3、FC/SC型转换器：

用于FC与SC型插头互连。

FC-SC：

将FC插头变换成SC插头。

4、对光纤连接器的基本要求是：

插入损耗（

）小；

插拔方便；

重复性好；

互换性好；

价格低廉；

回波损耗（

）大。

5、光耦合器是将光信号进行分路或合路、插入及分配的一种无源器件。

6、光纤耦合器的分类：

按照结构大致可分为：

分为光学元件组合型、全光纤型、平面波导型等。

按功能可分为：

光功率分配耦合器和光波长分配耦合器。

以及其它的分类方法。

7、光纤耦合器的技术参数：

插入损耗（InsertLoss，IL）定义为指定输出端口的光功率相对全部输入光功率的减少值。

该值通常以分贝（dB）表示，数学表达式为：

附加损耗（ExcessLoss，EL）定义为所有输出端口的光功率总和相对于全部输入光功率的减小值。

该值以分贝（dB）表示的数学表达式为：

8、光纤光栅是折射率周期分布的光栅。

制作光纤光栅是利用了某些掺杂光纤的光敏性。

例、一光通信系统的通道间隔是200GHz，求通道间的波长间隔是多少（波长1550nm）。

请问在

波段可以容纳多少个通道？

解题关键：

通道的频率间隔与波长间隔之间的关系。

由此式可见，波长增大时，频率减小。

例、一个

熔锥光纤耦合器的性能指标：

分光比40/60，60%的信道的插入损耗为

，而40%的信道的插入损耗为

（1）、若输入功率是1mW，求两端口的输出功率；

（2）、求耦合器的额外损耗。

答题关键：

弄清楚分光比的概念。

（1）、两端口的输入功率分别为：

解题关键：

插入损耗指的是指定输出端口的光功率相对于全部输入光功率的减小值。

由

得

（2）、额外损耗为：

分光比（CouplingRatio，CR）是光耦合器所特有的技术术语，它定义为耦合器各输出端口的输出功率相对输出总功率的百分比，在具体应用中常用数学表达式表示为：

隔离度是指某一光路对其他光路中的信号的隔离能力。

隔离度高，也就意味着线路之间的“串话”小。

其数学表达式为：

8、光隔离器又称为单向器，是一种光非互易传输耦合器。

当光信号沿正向传输时，具有很低的损耗，光路被接通；

当光信号沿反向传输时，损耗很大，光路被阻断。

9、光隔离器按照性能可分为：

偏振相关型和偏振无关型隔离器。

偏振相关与偏振无关型光隔离器的联系：

都利用了光的偏振特性；

都采用了法拉第旋光片。

偏振相关与偏振无关型光隔离器的区别：

偏振相关

偏振无关

入射光

自然或偏振

自然光

出射光

偏振光

起偏方式

偏振片

双折射晶体

隔离方式

阻隔

走离

10、光隔离器所依据的原理是法拉第磁光效应。

能描述偏振相关光隔离器的工作原理：

正向：

光经起偏器p1起偏，经FR后偏振方向左（右）旋45度，p2的偏振方向与p1成45度角放置，因此光线能全部通过。

反向：

光以p2的偏振方向进入FR，由于FR的不可逆性，偏振方向继续向左旋45度，进入p1时，由于与p1的偏振方向垂直而被阻隔。

11、光滤波器：

是用来进行波长选择的仪器，它可以从众多的波长中挑选出所需

的波长，而除此波长以外的光将会被拒绝通过。

如果所通过的光波长可以改变，则称为波长可调谐光滤波器。

12、光开关是一种具有一个或多个可选择的传输端口，可对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的器件。

端口即指连接于光器件中允许光输入或输出的光纤或光纤连接器。

13、光开关的主要任务是切换光路。

14、光开关根据工作原理和所用材料可分为机械式光开关和非机械式光开关。

其中非机械式光开关包括电光光开关、声光光开关、磁光光开关和液晶光开关等、

15、波分复用（WDM，WavelengthDivisionMultiplexing）是光纤通信中的常用技术。

即以很窄的信道间隔在一根光纤上同时传输多个不同波长的光信号的技术。

16、在光纤的永久性连接——光纤熔接机中，熔接分光纤端面处理、对正、表面清洁、熔接、接点保护等步骤进行。

第七章光纤传感技术

复习光纤传感器和光波调制技术。

1、了解光纤传感器的基本结构、原理、分类、特点和应用；

2、掌握功能型传感器与非功能型传感器各自的特点以及它们之间的区别；

3、了解光纤的光波调制技术及其应用。

1、光纤传感器的定义：

光纤传感技术是伴随着光导纤维及光纤通信技术的发展而迅速发展起来的一种以光为载体，光纤为介质，感知和传输外界信号（被测量）的新型传感技术。

光纤用于传感具有独特的优点，如无源性、化学惰性、绝缘性、极宽的信号带宽、“传”“感”合一等，此外还有灵敏度高、响应速度快、动态范围大、抗电磁干扰等。

2、光纤传感器的结构：

光纤传感器其实就是把被测量的状态转变为可测的光信号的装置。

它由四部分组成：

光源、信号传输光纤、传感头和光电转换及信号处理。

3、光纤传感器的基本工作原理：

光波作为载波经入射光纤传输到传感头，光波的某些特征参量在传感头内被外界物理量所调制，含有被调制信息的光波经出射光纤传输到光电转换部分，经解调后就能得到被测物理量的大小和状态。

4、光纤传感器的分类：

按照光纤在传感器中的作用来分：

功能型（全光纤型、传感型、本征型）光纤传感器（其中光纤微弯压力传感器属于功能型光纤传感器）、非功能型（外调制型、传光型、非本征型）光纤传感器、拾光型光纤传感器；

按照光纤中光被调制的方式来分：

光强度调制型光纤传感器（其中光纤微弯压力传感器属于功能型光纤传感器）、相位调制型光纤传感器、偏振态调制型光纤传感器、频率调制型光纤传感器（、波长调制型光纤传感器）；

按照被测对象来分类：

光纤温度传感器、光纤位移传感器、光纤电流传感器、光纤压力传感器等等。

5、要掌握功能型传感器与非功能型传感器各自的特点，并能区分它们。

6、掌握光纤传感器的特点：

电绝缘、抗电磁干扰；

非侵入性；

高灵敏度；

容易实现对被测信号的远距离监控。

7、掌握几种光波调制技术的工作原理：

光强度调制的基本原理可简述为：

以被测对象所引起的光强变化来实现被测对象的监测和控制。

实现光强度调制主要可分为内调制和外调制。

内调制的调制过程发生在光纤内部,是通过光纤本身特性的改变来实现光强度的调制，属功能型（微弯压力传感器即属于此类）。

外调制时光纤仅起传光作用，光纤本身特性不改变，调制过程发生在光纤以外的环节，属传光型。

对光强进行外调制的技术有：

遮光、反射、透射、散射、吸收等。

利用外界因素改变光纤中光波的相位，通过检测相位变化来测量物理量的原理称为相位调制。

相位调制的光纤传感器的基本传感机理：

通过被测能量场的作用，使能量场中一段敏感的单模光纤内传播的光波发生相位变化，再用干涉测量技术把相位变化变换为振幅变化，从而还原所检测的物理量。

偏振调制的：

调制机理：

外场通过某些物理效应，影响或改变波导中传输光的偏振态，根据光的偏振态的变化从而检测出外场的某些物理量。

8、随着光纤的发展，目前它在传感和通信两大领域都扮演着很重要的角色。

第八章光纤通信技术

复习光纤通信系统的基本结构；

光复用技术；

相干光通信的工作原理和优点；

相干光通信和全光通信的概念。

1、了解光纤通信系统的基本结构、主要特性和系统的分类；

2、理解几种常用的光波分复用技术的基本概念和复用原理；

3、理解相干光通信的产生原因和基本工作原理，了解相干光通信的关键技术和优点；

4、知道光孤子概念和全光通信网。

1、光纤通信系统的基本结构：

光纤通信系统是以光纤作为传输媒介，光波作为载波的通信系统。

主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。

2、IM---DD指的是强度调制——直接检测。

3、光纤通信系统的优点：

容量大，速率高；

损耗低，中继距离长；

抗电磁干扰能力强；

保密性能好；

体积小，重量轻；

节省有色金属和原材料。

4、光纤通信的缺点：

抗拉强度低；

光纤连接困难；

光纤怕水。

5、光纤通信系统的分类：

根据调制信号的类型，可分为：

模拟光纤通信系统和数字光纤通信系统；

根据光源的调制方式，可分为：

直接调制光纤通信系统和间接调制光纤通信系统；

根据光纤的传导模数量。

可分为：

多模光纤通信系统和单模光纤通信系统；

根据系统的工作波长，可分为：

短波长光纤通信系统、长波长光纤通信系统和超长波长光纤通信系统。

6、光复用技术的概念：

复用技术是为了提高通信线路的利用率而采用的在同一传输线路上同时传输多路不同信号而互不干扰的技术。

7、光复用技术包括：

光波分复用，光频分复用，光时分复用，光副载波复用，光码分复用。

8、当相邻光载波的间隔小到（10GHz）以下时，此时的复用称为光频分复用。

9、国际电信联盟电信标准部规定：

密集波分复用系统的标准波长间隔为50Hz（）的整数倍，信道波长间隔在以上。

密集波分复用系统的非线性效应主要包括：

受激喇曼散射、受激布里渊散射、自相位调制、交叉相位调制和四波混频效应等。

10、相干光通信根据本振光信号频率

与接收到的信号光频率

是否相等，可分为外差检测相干光通信

和零差检测相干光通信

。

11、一般相干光通信的光调制有半导体激光器直接调制和光波导型外调制两种。

12、数字调制过程可用键控法（即相当于电键开关控制的方法）