光纤通信学习心得总结

如今进入大数据时代，光纤通信以传输速度快，通信容量大，中继距离长，保密性好等优势逐渐成为现如今的主要传输方式。作为一名大三学生，进行了为期一学期的光纤通信学习，在郝教授的悉心教导下，我对光纤通信学习心得作出如下总结。

早在中国古代就用“烽火台”报警，欧洲人用旗语传送信息。1880年，美国贝尔发明了用光波作载波传送话音的“光电话”。贝尔光电话是现代光通信的雏形。19xx年，梅曼发明第1台红宝石激光器，给光通信带来了新希望。同期，美国麻省理工学院利用He-Ne激光器和CO2激光器进行了大气激光通信试验。 19xx年，英籍华人高锟和霍克哈姆发表了关于传输介质新概念论文，指出用光纤进行信息传输可能性和技术途径，奠定了现代光通信——光纤通信基础。

光纤通信发展可以大致分为三个阶段：第一阶段（1966~1976），这是从基础研究到商业应用的开发时期。第二阶段（1976~1986），这是以提高传输速率和增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期。第三阶段（1986~1996），这是以超大容量超长距离为目标、全面深入开展新技术研究的时期。

光纤通信有很多优点：比如容许频带很宽、传输容量很大、损耗很小、中继距离很长且误码率很小、重量轻、体积小、抗电磁干扰性能好、泄漏小、保密性能好、节约金属材料、有利于资源合理使用等。如果把通信线路比作马路，那么应该说是通信线路的频带越宽，容许传输的信息越多，通信容量就越大。载波频率越高，频带宽度越宽。光通信利用的传输媒质-光纤，可以在宽波长范围内获得很小的损耗。目前，光纤通信系统使用的光纤多为石英光纤，此类光纤在1.55μm波长区损耗可低到0.18dB/km，比已知其他通信线路损耗都低得多，故由其组成的光纤通信系统中继距离也较其它介质构成系统长得多。光纤通信抗干扰原因一是光纤属绝缘体，不怕雷电和高压；二是传输频率极高光波，各种干扰源频率一般都较低，干扰不了高频光。另一种重要干扰源是原子辐射。

目前光纤通信在众多领域都有应用。如：通信网、构成因特网的计算机局域网和广域网、有线电视网的干线和分配网、综合业务光纤接入网。应用于电力系统的监视、控制和管理由于使用了光纤，不受强电磁干扰，不仅信息传输量增大，而且工作更加可靠。传输信息用的光纤，可以放在输电线、地线的中心，不受干扰，施工方便。用电设备观测雷击很困难，因为雷击对电设备也可能造成破坏。而用光纤却可以直接观测雷击现象，观测装置由检测器、光纤和观测记录仪等组成。雷击时位于铁塔上的检测器产生瞬间高电压，由于是光纤传输，对观测记录仪不会造成影响。电监控系统信号为电信号，在含瓦斯高矿井中易引起爆炸。故如考虑安全因素，电信号功率不能太大，这又导致传输距离受限。若采用光纤系统，很多设备可无源化，即保证了安全，又能实现远距离监控。在军事领域战术通信主要有两种系统：一种是本地分配系统，包括战地指挥所的布线，兵器之间的连接，野战计算机的互连，以及基地信息传输系统等；一种是长距离战术通信系统。水下通信系统是扫雷舰与浮游载体间数据传输线路。扫雷舰主要任务是清扫航道水雷，利用浮游载体扫雷最为安全而可靠。扫雷舰与浮游载体间连着 3根光纤：一根光纤把水下浮游载体探测到的声纳信号和遥测信号传给舰船；另一根光纤用来传输舰船给水下浮游载体控制信息；第三根光纤备用。光纤反潜战网络，也就是把光纤传输线路与水听器相连，把监测到的敌潜声音信号通过光纤传输到舰上或岸上信息处理中心，以便确定作战方案。光纤用于水下通信，探测的灵敏度高，传输的信息量大，抗各种干扰的能力强，而且重量轻、浮力大。在医学领域利用传光束的照明器和测氧计、利用传像束的内窥镜、激光手术刀等。 光纤是由中心的纤芯和外围包层同轴组成圆柱形细丝。纤芯折射率比包层稍高，损耗

比包层更低，光能量主要在纤芯内传输。包层为光传输提供反射面和光隔离，并起一定机械保护作用。光纤种类很多，本学期我们学习了作为信息传输波导用的油高纯度石英制成的光纤。实用光纤主要有三种基本类型，第一：突变型多模光纤。第二：渐变型多模光纤。第三：单模光纤。相对于单模光纤而言，突变型和渐变型光纤芯直径都很大，可容纳数百个模式，故称为多模光纤。

在本学期中我们学习的光通信用的光器件可分为有源器件和无源器件两类。有源器件包括光源、光检测器和光放大器，这些器件是光发射机、光接收机和光中继器的关键器件，和光纤一起决定基本光纤传输系统水平。光无源器件主要有连接器、耦合器、波分复用器、调制器、光开关和隔离器等，这些器件对光纤通信系统构成、功能扩展和性能提高都是不可缺少的。光源是光发射机关键器件，其功能是把电信号转换为光信号。目前光纤通信广泛使用光源主要有半导体激光二极管或称激光器和发光二极管，有些场合也使用固体激光器。一个完整光纤通信系统，除光纤、光源和光检测器外，还需要许多其它光器件，特别是无源器件。这些器件对光纤通信系统构成、功能扩展或性能提高都是不可缺少的。虽然对各种器件的特性有不同的要求，但普遍要求插入损耗小、反射损耗大、工作温度范围宽、性能稳定、寿命长、体积小、价格便宜，许多器件还要求便于集成。

光纤大容量数字传输目前用同步时分复用(TDM)技术，复用又分为若干等级，因而先后有两种传输体制：准同步(PDH)和同步数字系列(SDH)。PDH早在19xx年就实现了标准化，目前还大量使用。随光纤通信技术和网络发展，PDH遇到了许多困难。SDH解决了PDH存在问题，是一种比较完善的传输体制，已得到大量应用。该体制不仅适用于光纤信道，也适用于微波和卫星干线传输。

随着技术进步和社会对信息需求，数字系统传输容量不断提高，网络管理和控制要求日益重要，宽带综合业务数字网和计算机网络迅速发展，迫切需要建立在世界范围内统一的通信网络。在这种形势下，现有PDH许多缺点也逐渐暴露出来，主要有：北美、西欧和亚洲所用三种数字系列互不兼容，无世界统一标准光接口，使得国际电信网建立及网络营运、管理和维护十分复杂和困难。 各种复用系列都有其相应的帧结构，使网络设计缺乏灵活性，不能适应电信网络不断扩大、技术不断更新的要求。由于低速率信号插入到高速率信号，或从高速率信号分出，都必须逐级进行，不能直接分插，因而复接/分接设备结构复杂，上下话路价格昂贵。与PDH相比，SDH有下列特点：SDH用世界上统一标准传输速率等级。SDH各网络单元光接口有严格标准规范。SDH帧结构中，丰富开销比特用于网络运行、维护和管理，便于实现性能监测、故障检测和定位、故障报告等管理功能。用数字同步复用技术，最小复用单位为字节，不必进行码速调整，简化了复接分接的实现设备，由低速信号复接成高速信号，或从高速信号分出低速信号，不必逐级进行。用数字交叉连接设备DXC可对各种端口速率进行可控连接配置，对网络资源进行自动调度和管理，既提高了资源利用率，又增强了网络抗毁性和可靠性。SDH用DXC后，大大提高网络灵活性及对各种业务量变化适应能力，使现代通信网络提高到一个崭新的水平。

光纤光栅是很有吸引力全光纤器件，用途广，可作光滤波器、光分插复用器和色散补偿器。对全光纤器件，主要优点：插入损耗低，易与光纤耦合，对偏振不敏感，温度系数低，封装简单，成本较低。

光孤子是经光纤长距离传输后，其幅度和宽度都不变的超短光脉冲。光孤子形成是光纤群速色散和非线性效应相互平衡的结果。用光孤子作为载体的通信方式称为光孤子通信。光孤子通信传输距离可达上万公里，甚至几万公里，目前还处于试验阶段。

以上即为我对本学期光纤通信课程本学期的学习心得总结。如今是大数据时代，对光纤通信的要求也不断提高，比如：充分利用通信带宽，超长距离超大容量通信，全光光通信等技术需要进一步提高。

简答

1．光纤是如何分类的？阶跃型光纤和渐变型光纤的折射率分布是如何表示的？(重)

答：（1）按照截面上折射率分布的不同可以将光纤分为阶跃型光纤和渐变型光纤；按光纤中传输的模式数量，可以将光纤分为多模光纤和单模光纤；按光纤的工作波长可以将光纤分为短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤；按照ITU-T关于光纤类型的建议，可以将光纤分为G.651光纤（渐变型多模光纤）、G.652光纤（常规单模光纤）、G.653光纤（色散位移光纤）、G.654光纤（截止波长光纤）和G.655（非零色散位移光纤）光纤；按套塑（二次涂覆层）可以将光纤分为松套光纤和紧套光纤。

（2）阶跃型光纤的折射率分布

渐变型光纤的折射率分布　

2．简述光纤的导光原理。

答：光纤之所以能够导光就是利用纤芯折射率略高于包层折射率的特点，使落于数值孔径角)内的光线都能收集在光纤中，并在芯包边界以内形成全反射，从而将光线限制在光纤中传播。

3．光纤色散产生的原因有哪些？对数字光纤通信系统有何危害？

答：（1）按照色散产生的原因，光纤的色散主要分为：模式（模间）色散、材料色散、波导色散和极化色散。

（2）在数字光纤通信系统中，色散会引起光脉冲展宽，严重时前后脉冲将相互重叠，形成码间干扰，增加误码率，影响了光纤的传输带宽。因此，色散会限制光纤通信系统的传输容量和中继距离。

4.光隔离器的功能是什么？其主要技术参数是什么？

答：光隔离器的功能是只允许光波向一个方向传播，而阻止光波向其它方向特别是反方向传播。

主要技术参数有：插入损耗、隔离度。

5、试说明LD的工作原理。

答：当给LD外加适当的正向电压时，由于有源区粒子数的反转分布而首先发生自发辐射现象，那些传播方向与谐振腔高反射率界面垂直的自发辐射光子会在有源层内部边传播、边发生受激辐射放大（其余自发辐射光子均被衰减掉），直至传播到高反射率界面由被反射回有源层，再次向另一个方向传播受激辐射放大。如此反复，直到放大作用足以克服有源层和高反射率界面的损耗后，就会向高反射率界面外面输出激光。

6、简述APD的工作原理。

答：当光照射到APD的光敏面上时，由于受激吸收而在器件内产生出一次电子空穴对。在外加电场作用下，一次电子空穴对运动到高场区，经过反复的碰撞电离过程而形成雪崩倍增现象，从而产生出大量的二次电子空穴对。在外加电场的作用下，一次电子空穴对和二次电子空穴对一起运动到电极。当外部电路闭合时，就会在外部电路中有电流流过，从而完成光电变换过程。

7.简述掺杂光纤放大器的放大原理。

答：在泵浦源的作用下，掺杂光纤中的工作物质粒子由低能级跃迁到高能级，得到了粒子数反转分布，从而具有光放大作用。当工作频带范围内的信号光输入时，信号光就会得到放大，这就是掺杂光纤放大器的基本工作原理。只是掺杂光纤放大器细长的纤形结构使得有源区能量密度很高，光与物质的作用区很长，有利于降低对泵浦源功率的要求。

8.简述喇曼光放大器的放大原理。

答：当入射激光功率增加到一定值时，光纤呈现非线性，入射激光发生散射，将一部分入射功率转移到另一较低的频率，如果这个低频光与高频光相比的频率偏移量由介质的振动模式所决定，这就是光纤中的受激喇曼散射。受激喇曼散射时strokes光显著增强，强度甚至可以和入射光功率相比拟，且具有一定的方向性和相干性。这时候如果泵浦光和信号光（信号光波长在泵浦光的喇曼增益带宽内）通过光耦合器输入光纤，当这两束光在光纤中一起传输时，泵浦光的能量通过SRS效应转移给信号光，使信号光得到放大。泵浦光和信号光分别在光纤的两端输入，在反向传输的过程中同时能实现弱信号的放大，这就是喇曼光纤放大器的工作原理。

9、光复用技术主要有哪些种类？它们如何实现信道间互不干扰？

答：光复用技术主要有：光波分复用技术、光时分复用技术、光副载波复用技术和光码分复用技术。

光波分复用技术是在发送端将不同波长的光信号组合起来，并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，不同波长之间互不干扰。

光时分复用技术是在发送端的同一载波波长上，把时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙，然后根据一定的时隙分配原则，使每个信源在每帧内只能按指定的时隙向信道发送信号，接收端在同步的条件下，分别在各个时隙中取回各自的信号而不混扰。

光副载波复用技术的每个信道具有不同的副载波频率，占据光载波附近光谱的不同部分，从而保证各信道上信号互不干扰。

光码分复用技术是不同信道的信号用互成正交的不同码序列来填充，经过填充的信道信号调制在同一光波上在光纤信道中传输，接收端用与发送方向相同的码序列进行相关接收，由于采用的是正交码，相关接收时不会产生相互干扰。

10、系统设计与工程设计有何区别？(重)

答：系统设计与工程设计的区别主要表现在两点：（1）系统设计与工程设计的区别表现在复杂程度上。系统设计需要了解光源、光纤、光器件应用数据速率限制，要在不同类型的光源、光纤、光器件间以及它们的工作波长作合理的选择。

（2）系统设计与工程设计的区别表现在它们的任务不同。系统设计的任务是完成系统的集成。工程设计的主要任务是工程建设中的详细经费概预算，设备、线路的具体工程安装细节。

11、什么叫抖动？什么叫漂移？抖动会产生什么不良影响？(重)

答：抖动是指一个数字信号的有效瞬时（如最佳抽样点）在时间上偏离其理想位置的短期的、非积累的偏离。

漂移是指一个数字信号的有效瞬时在时间上偏离其理想位置的长期的、非积累的偏离。

抖动对网络的性能会产生以下几个方面的不良影响：

    (1) 对数字编码的模拟信号，在解码后数字流的随机抖动使恢复后的样值具有不规则的相位，从而造成输出模拟信号的失真，形成所谓抖动噪声。

    (2) 在再生器中，定时的不规则性使有效判决偏离接收眼图的中心，从而降低了再生器的信噪比余度，直至发生误码。

(3) 在SDH网中，象同步复用器等配有缓存器的网络单元，过大的输入抖动会造成缓存器的溢出或取空，从而产生滑动损伤。

了解：3.1、4.9、5.2

计算题

1．均匀光纤纤芯和包层的折射率分别为n1=1.50，n2=1.45，光纤的长度L=10Km。试求：

（1）我今天中午会把光线通信重点中的简答和计算整理好上传到群里    微信和qq群里都有     当然  我也会把所有的课后题答案传到群里光纤的相对折射率差Δ；

　　　（2）数值孔径NA；

（3）若将光纤的包层和涂敷层去掉，求裸光纤的NA和相对折射率差Δ。

解：（1）

　 （2）

   （3）若将光纤的包层和涂敷层去掉，则相当于包层的折射率n2=1，则

而最大为1，所以说只要光纤端面的入射角在90O以内，就可以在光纤中形成全反射。

2．一制造长度为2km的阶跃型多模光纤，纤芯和包层的折射率分别为n1=1.47，n2=1.45，使用工作波长为1.31μm，光源的谱线宽度Δλ＝3nm，材料色散系数Dm＝6ps/nm·km，波导色散τw＝0，光纤的带宽距离指数γ＝0.8。试求：

（1）光纤的总色散；

（2）总带宽和单位公里带宽。

解：（1）

（2）

3、设140Mbit/s数字光纤通信系统发射光功率为－3dBm，接收机灵敏度为－34dBm，系统余量为4dB，连接器损耗为0.5dB/个，平均接头损耗为0.05dB/km，光纤损耗系数为0.35dB/km，光纤损耗余量为0.05dB/km。计算中继距离。

解：     

　　　＝57.8（km）

浏览的计算题

当光在一段长为10km光纤中传输时，输出端的光功率减小至输入端光功率的一半。

求：光纤的损耗系数α。

解：设输入端光功率为P1，输出端的光功率为P2。

则P1＝2P2

　　光纤的损耗系数

第五章第五题

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