1、包 层n2纤 芯n1信息源电发射机光发射机光接收机电接收机 信息宿基 本 光 纤 传 输 系 统光 纤 线 路接 收发 射电 信 号输 入 光 信 号输 出 光 信 号输 入 电 信 号输 出光纤通信系统的基本组成光纤传输系统的组成部分和各部分功能信息源：把用户信息转换为原始电信号电发射机：把基带信号转换为适合信道传输的信号光发射机：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光纤线路：把来自光发射机的信号，以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机光接收机：把光纤线路的输出光信号转换为电信号，并经放大和处理后恢复发射前电信号电接收机：把接收电信号转换为基带信号信息宿：恢复用
2、户信息光纤结构：光纤（Optical Fiber）是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。纤芯的折射率比包层稍高，损耗比包层更低，光能量主要在纤芯内传输。包层为光的传输提供反射面和光隔离， 并起一定的机械保护作用。突变型多模光纤：纤芯折射率为 n1 保持不变，到包层突然变为 n2。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。渐变型多模光纤：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。在纤芯中心折射率最大为 n1，沿径向 r 向外围逐渐变小，直到包层变为 n2。光线以正弦形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变小。
3、几何光学：用几何光学方法分析光纤传输原理，我们关注的问题主要是光束在光纤中传播的空间分布和时间分布，并由此得到数值孔径和时间延迟的概念。射线方程： 为特定光线的位置矢量， s 为从某一固定参考点起的光线长度ndsp)(波动光学：光波是电磁波，只有通过求解由麦克斯韦方程组导出的波动方程分析电磁场的分布(传输模式)的性质，才能更准确地获得光纤的传输特性。光纤传输模式：一种是模式截止，另一种是模式远离截止。由光纤的形状、折射率、入射光波长等条件决定波动方程： 0)(22Ecnw0)(2Hcn边界条件：在两种介质交界面上电磁场矢量的 E(r,z)和 H(r,z)切向分量要连续模式的基本特征：每一个模式
4、对应于沿光波导轴向传播的一种电磁波;每一个模式对应于某一本征值并满足全部边界条件;模式具有确定的相速群速和横场分布. 模式是波导结构的固有电磁共振属性的表征。给定的波导中能够存在的模式及其性质是已确定了的,外界激励源只能激励起光波导中允许存在的模式而不会改变模式的固有性质。模式命名：根据场的纵向分量 Ez 和 Hz 的存在与否,可将模式命名为:(1)横电磁模(TEM): EzH z 0; (2)横电模(TE): Ez0, Hz0; (3)横磁模(TM): Ez0,Hz0; (4)混合模(HE 或 EH):Ez0, Hz0。单模条件：V= ，只有 HE11(LP01)一个模式存在，其余模式全部截
5、止。HE 11405.21na称为基模，由两个偏振态简并而成。色散(Dispersion)是在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应。色散一般包括模式色散、材料色散和波导色散。单模光纤的零色散波长在 1310nm单模光纤色散：单模光纤基模 HE11的传输常数 )1(2bkn0 1 2 3 4 5 6 0b1n1n2 / kHE11TE01 HE31HM01HE21EH11 EH12HE41EH21TM02 TE02HE22V4F9 / 24I9 / 24I11 / 24I13 / 24I15 / 21.48 m0.65 m0.80 m0.98 m1.53 m12
6、31.48 1.50 1.52 1.54 1.56 02460246810 / m/( dBm1)(b)(a) / (1025m2)光纤通信的窗口：850nm、1310nm、1550nm损耗的定义：10lgPInPOut光与物质的三种作用：自发辐射（LED） ；受激辐射（LD） （一台光发射机只能发射一个 ） ；受激吸收（光检测器，PIN、APN）谐振腔的作用：选频、放大、选向LD 与 LED 的区别：LD 发射的是受激辐射光，LED 发射的是自发辐射光。LED 与 LD 的结构相似大多是采用双异质结构（DH）芯片，把有源层夹在 P 型和 N 型限制层中间，不同的是 LED 不需要光学谐振腔，
7、没有阈值。半导体激光器的特性：转换效率 d：在阈值电流之上，每对复合载流子产生的光子数（1 ）当电流小于阈值电流 Ith 时，激光器输出为自发辐射光（2）当电流大于阈值电流时，激光器输出受激辐射光（3）光功率随驱动电流的增加而增加LD 温度特性：温度升高，输出光功率下降，激光器的阈值电流随温度升高而增大，转换效率随着温度升高而变小PDH：比特间杆复用，PCM 帧速率为 3264k/s=2048k/s=2.048M，单端 PDH 设备由光发射机、光接收机和系列复用和解复用设备构成，两端 PDH 设备构成点对点结构是 PDH 网络的基本拓扑，由背对背两端设备可组成中间节点，可构成链状拓扑，上下电路
8、需要逐级复用或解复用。SDH：字节间杆复用，STM N =NSTM1 =N155.52Mb/s，组网结构灵活：组环、网孔、星形、点对点PDHSTM -1：定位是一种将帧偏移信息收进支路单元或管理单元的过程，即附加于 VC 上的支路单元指针（或管理单元指针）指示和确定低阶 VC 帧的起点在 TU 净负荷中（或高阶 VC帧的起点在 AU 净负荷中）的位置；映射是将支路信号进行适配，装入适当容器。复用是将低速支路信号复接为高速信号，通常有两种传统方法： 正码速调整法和固定位置映射法。正码速调整法的优点是容许被复接的支路信号有较大的频率误差；缺点是复接与分接相当困难。再生器：由于光纤的长距离传输及本身
9、的损耗影响，必须对传输中变弱的光波信号进行放大和整形，这个设备就是再生器。再生器主要由 SDH 物理接口（SPI） 、再生段终端（RST）和开销插入功能块（OHA）组成。复用设备：在 SDH 传输网中有两种传输设备，即终端复用设备 TM 和分插复用设备 ADM。波分复用（WDM）：把不同波长的光信号复用到一根光纤中进行传送（每个波长承载一个TDM 电信号）的方式统称为波分复用。N 个 TDM 信号在同一光纤中传输，每一个 TDM 信号由一个波长承载，称为一个信道。每个信道均需一台发射机及接收机。掺铒光纤放大器的工作原理：从图 7.1(a)可以看到，在掺铒光纤 (EDF)中，铒离子(Er3+)有
10、三个能级： 其中能级 1 代表基态， 能量最低；能级 2 是亚稳态，处于中间能级；能级 3 代表激发态， 能量最高。当泵浦光的光子能量等于能级 3 和能级 1 的能量差时，铒离子吸收泵浦光从基态跃迁到激发态(13)。但是激发态是不稳定的，Er3+很快返回到能级 2。如果输入的信号光的光子能量等于能级 2 和能级 1 的能量差，则处于能级 2 的 Er3+将跃迁到基态(21) ，产生受激辐射光，因而信号光得到放大。由此可见，这种放大是由于泵浦光的能量转换为信号光的结果。EDF 增益取决于铒离子的浓度，光纤长度和直径以及泵浦源的强度。光纤布拉格光栅的功能：如果入射光中某一波长的光信号与光栅的峰值波长在波长上一致，就会形成选择性反射。而其他光波长信号将全部通过。mBnB 码 是把输入的二进制原始码流进行分组，每组有 m 个二进制码，记为 mB，称为一个码字，然后把一个码字变换为 n 个二进制码，记为 nB，并在同一个时隙内输出。这种码型是把 mB 变换为 nB，所以称为 mBnB 码，其中 m 和 n 都是正整数， nm，一般选取n=m+1。 5b6b 冗余度：1/5=25%光接收机的关键器件是光电检测器，其功能是把光信号转变为电信号。常用的光检测器有PIN 光电二极管和雪崩光电二极管（ APD)
