光纤：光导纤维的简称。

光是一种电磁波。

光纤之父——高锟。

光纤通信的发展史主要体现在两方面： 光纤材料和半导体激光器技术。

光纤的一般结构：

    光纤是一种高度透明的玻璃丝，由纯石英经过复杂的工艺拉制而成，由 纤芯、包层、树脂涂覆层组成。

        - 纤芯的作用： 传输光信号。

        - 包层的作用： 使光信号尽可能封闭在纤芯中传输。

        - 涂覆层的作用： 保护光纤不受水汽的侵蚀和机械擦伤，同时增加光纤的柔韧性。

光在光纤中的传输条件：

    纤芯的折射率 n 1 高于包层的折射率 n 2 ,即  n 1 > n 2 。这样可以保证光在光纤的纤芯和包层的分界面上进行全反射，在纤芯中曲折前进。

光纤通信系统的组成：

    - 光发射机： 由驱动电路、光源、调制器组成。 光源是核心，将电信号转化为光信号，并将生成的光信号注入光纤。

    - 光纤线路： 由光纤、光纤接头、光纤连接器组成。为光信号的传递提供信道，尽可能减少畸变和衰减。

    - 光中继器： 将经过一段 光纤 线路传输后产生失真的光信号进行放大及再生后送入下一段光纤中传送从而延长光信号传输距离。

    - 光接收机： 由光检测器、光放大器和相关电路组成。 将光线传来的光信号转化为电信号，并进行放大和恢复。

      光电检测器：是光接收机的关键器件，功能是把光信号转化为电信号。

光源的作用： 将信号电流转换为光信号功率，实现电->光转换。

      类型： ①半导体激光器LD  ②发光二极管LED ③分布式反馈激光器DFB.

发光二极管LED的类型： 面发光LED、边发光LED、超辐射LED。

光纤的分类：

（1）按照光纤 横截面上径向折射率分布不同，可分为 阶跃折射率光纤和 渐变折射率光纤。

（2）按照 传输模式的数量不同：分为 多模光纤和 单模光纤。

     - 多模光纤： 在一定的工作波长上，有多个模式在光线中传输，不同的传输模式会具有不同的传播速度和相位。

    - 单模光纤： 只能传输一种模式的光纤。即只能传输基膜（HE 11）,不存在膜间时延差，带宽大，适合高速率传输。

实用光纤的三种基本类型：

（1）阶跃型多模光纤： n1,n2均为常数，光线传输路径为折线。

（2）渐变型多模光纤： 纤芯折射率n1不是常数，在纤芯中有最大值n1，并沿径向方向按规律减小至n2，包层折射率不变，仍为n2,光线传输路径为连续的弯曲线。

（3）阶跃型单模光纤： 传输路径为直线，存在较大的模间色散。

模式的概念： 空间分布在传播过程中 只有相位的变化，没有形态的变化，且始终满足边界条件。 这种空间分布称为导波膜的模式，简称模式。

    - 模式截止： 导波膜截止是指电磁能量已不能束缚在线芯中传播而向包层弥散的临界状态。

    - 模式数量的计算：由归一化频率V决定。

光与物质的相互作用的三种形式： 受激吸收（低能级——>高能级）、自发辐射（高能级——>低能级，LED发光机理）、受激辐射（高能级——>低能级，LD半导体激光器的发光机理）。

     受激辐射： 在外来光子的激励下，电子被迫从高能级跃迁到低能级与空穴复合，同时释放出一个与外来光子同频同相、同方向的全同光子。

    光电效应： 在光的照射下，使物体中的电子脱出的现象。

限制光纤通信的两大特性是：  损耗和色散。

    - 损耗： 光在光纤中传输，随着传输距离的增加，光功率逐渐减小的现象。有三种损耗，分别是散射损耗、吸收损耗、弯曲损耗。影响传输距离。

    - 色散： 色散是由于光波中的 不同频率分量以不同的速度传输而产生 不同的时间延迟的一种物理效应。有模式色散（多模光纤），波导色散、材料色散三种（其中波导色散&材料色散合称为色度色散（单模光纤））。影响传输容量。

数字光接收机的构成：

- 光检测器： 完成光电转换。

    - 前置放大器： 将光检测器输出的微弱电流信号经过负载电阻后放大为较强的电压信号。

    - 主放大器： 提供较高的增益，放大到适合判决电路所需的电平。

    - 均衡滤波器：对主放大器输出的失真数字脉冲信号进行整形。

    - 判决与时钟恢复电路： 提取码元时钟信号，完成数字信号的再生。

光接收机重要参数：

    - 误码率：光接收机对码元误判的概率称为误码率，用误判的码元数和接收的总码元数的比值来表示。二进制下称为BER。

    - 灵敏度：在保证通信质量（限定误码率或信噪比）的条件下，光接收机所需的 最小平均接收光功率P min，并以毫瓦分贝dBm为单位。

光放大器 

   - 原理：  基于受激辐射或受激散射原理实现入射光信号放大的一种器件。 

   - 分类： 半导体光放大器（SOA）、拉曼光纤放大器（RFA）、掺杂光纤放大器（DFA）。

惨杂光纤放大器的分类： 铒（Er）掺杂光纤放大器（EDFA），波长1550nm。

                     镨（Pr） 掺杂光纤放大器（PDFA），1300nm。

                     铥（Tm） 掺杂光纤放大器（TDFA），1400nm。

掺 铒 （Er）光纤放大器（EDFA）： 利用掺入石英光纤的稀土离子作为增益物质，在 泵浦光 的激发下实现光信号的放大。在泵浦光的激发作用下实现粒子数反转分布，在信号光的激励下 掺饵光纤 实现光信号的放大。

    掺饵光纤&泵浦源是EDFA的关键器件。

       - 优点： 工作波长正好落在光纤通信的最佳波段（1500nm - 1600nm），与光纤耦合损耗小； 增益高，饱和输出功率大； 噪声系数小，隔离度大，串扰小适用于波分复用； 频带宽，可进行多信道传输，有利于提高传输容量。

光纤通信的相关器件：

   -  光隔离器： 只允许光单方向传输，阻止光往其他方向特别是反方向传输。

          - 用途： 用在激光器或光放大器后面，以避免反射光返回到该器件致使器件性能变坏。

   - 光耦合器： 功能是把一个输入的光信号分配给多个输出，或者是把多个输入的光信号组合成一个输出。（光信号分路/合路） 

   - 熔接机： 作用是将光纤或光缆 永久固定在一起。 

   - 光纤连接器： 实现光纤与光纤之间的 可拆卸连接的器 件，是活动的连接。主要用于光纤线路与光发射机输出、光接收机输入之间，或光纤线路与其他光无源器件之间的连接。

   - 光纤接头： 是实现光纤与光纤之间的 永久性（固定）连接，主要用于光纤线路的构成，通常在施工现场。

   - 光开关： 功能是转换光路，实现光交换。

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