《光传输设备开局与维护》重修复习大纲
一、光纤通信基础部分： A、光纤与光缆：
1、名词解释：光纤通信、光纤通信的三个窗口。 2、简述光纤组成及各部分功能。 3、简述光纤导光的原理。
4、简述光纤最大数值孔径的定义及物理含义。
5、光纤波导的归一化频率的定义，它与什么有关？单模光纤单模传输的条件是什么？ 6、简述光纤的传输特性。 B、光器件：
1、简述激光器的组成及工作原理。
2、从工作原理、特性、应用等方面说明LD与LED的区别。 3、简述光电检测器的工作原理。
4、常用光电检测器有哪两种，有何不同？
5、简述光纤放大器EDFA的工作原理及特性。 C、光端机：
1、简述光纤通信系统组成及各部分功能；
2、简述光源的两种调制方法：直接调制、间接调制。 3、简述光发射机、光接收机的主要指标。
二、SDH传输技术部分：
1、简述SDH的速率等级、帧结构及各部分功能； 2、简述E4/E1复用进STM-N的过程。 3、简述SDH四种设备的特点。
4、分析SDH线形网络的两种保护方式；
5、分析SDH环形网络：两纤单向通道保护环网的工作机制； 6、分析SDH环形网络：两纤双向复用段保护环网的工作机制。
三、WDM传输技术部分：
1、画出WDM系统的基本结构图，简述各部分作用。 2、简述WDM系统两种基本形式的特点。 3、简述WDM的关键技术。
重点知识点
光纤通信基础部分：
1、光纤的组成及各部分作用。
光纤(光导纤维的简称)由纤芯、包层和涂覆层3部分组成。
纤芯和包层的主要成分是SiO2，掺有不同杂质，作用是提高纤芯折射率n1，降低包层折射率n2，使得包层折射率略低于纤芯的折射率，即n1＞n2，使得光信号封闭在纤芯中传
输。
涂覆的作用是保护光纤不受水汽侵蚀和机械擦伤，同时又增加了光纤的机械强度与可弯曲性，延长光纤寿命的作用。
2、光纤的导光原理(光信号为什么能在光纤中传播)以及光纤数值孔径的含义？
全反射是光信号在光纤中传播的必要条件。光线在光纤端面以不同入射角?k 从空气入射到纤芯，不是所有的光线能够在光纤内传输，只有一定角度范围内的光线，在射入光纤时，产生的折射光线才能在光纤中传输。过程分析如下：
① 光线从空气入射到光纤端面（纤芯），发生折射，入射角为?k，折射角为?1。设空气、纤芯、包层折射率为n0、n1、n2。
n0sin?k?n1sin?3?n1sin(90－?1)?n1cos?1② 若光从纤芯入射到包层时刚好处于临界状态，即?1 > ? c(临界角)的光线将
发生全反射，而? < c的光线将进入包层泄漏出去。利用临界状态求解：?k=?k max,, ?1n?
＝?c。
sin?c＝2n1sin?kmax?n1cos?1min=n1cos?c，（n0?1）?n? =n11－?2?=?n1?2n12－n22?2n12n12－n222n12=n12?
θk max表示最大入射角，只有在光纤端面入射角θk ＜θk max的光线才能在光纤中传播。对光纤而言，这个最大的入射角叫做光纤的接受角，它仅与n1、n2有关。
为此引入光纤数值孔径：表示光纤接收和传输光的能力 （捕捉光射线能力）的物理量，用NA表示。
数值孔径的定义为：
NA越大，光纤接收光的能力越强，从光源到光纤的耦合效率越高，纤芯对光能量的束缚越强，光纤抗弯曲性能越好。但 NA 越大，经光纤传输后产生的输出信号展宽越大，
2NA?sin?kmax?n12?n2?n12?限制了信息传输容量。所以要根据使用场合，选择适当的 NA。
3、光纤归一化频率的含义，以及光纤单模传输的条件？ 答：光纤的归一化频率定义：
V＝2π?an12－n22＝2πan12??＝k0an12?＝k0a(NA)式中，a为纤芯半径，?是传输光波的波长，n1、n2分别为纤芯和包层的折射率。可见光纤归一化频率不仅与光纤（a、 n1、n2）有关，还与传输的光波长有关（?）。
各传播模式都有其本身的归一化截止频率Vc，描述了各模式的截止条件。
某个模式在光纤中的导行、截止和临界条件为：导行条件：V＞Vc；截止条件：V＜Vc；临界条件：V＝Vc
保证光纤单模传输的条件是只有基模可以导行，高阶模都被截止，即
V ＞Vc0 ，且 V＜Vc1， 可得 0＜V ＜2.405
4、光纤的传输特性，它们分别对光传输主要产生什么影响？
光纤的传输特性主要是指光纤的损耗特性和色散特性。
① 光波在光纤中传输，随着传输距离的增加，而光功率强度逐渐减弱，光纤对光波产生衰减作用，称为光纤的损耗（或衰减）。
光纤的损耗限制了光信号的最大无中继传输距离。描述光纤损耗的主要参数是衰减系数（损耗系数），是指光在单位长度光纤中传输时的光功率的衰减量，单位一般用dB/km。
光纤的损耗主要取决于吸收损耗、散射损耗、弯曲损耗3种损耗。
② 光脉冲中的不同频率或模式在光纤中的群速度不同，这些频率成分和模式到达光纤终端有先有后，使得光脉冲发生展宽（畸变），这就是光纤的色散。
色散主要限制了光纤传输的码速率和传输距离。描述色散一般用时延差来表示，所谓时延差，是指不同频率的信号成分传输同样的距离所需要的时间之差。脉冲展宽将使前后光脉冲发生重叠，形成码间干扰，码间干扰将引起误码。
光纤的色散可分为模式色散、色度色散、偏振模色散。
5、激光器的组成及工作原理。
激光器主要由工作物质、激励源、光学谐振器三部分组成。
用半导体材料做成的激光器，当激光器P-N结上外加的正向偏压（激励源）足够大时，使得P-N结的结区出现高能级粒子多、低能级粒子少的粒子数反转分布状态，会产生自发辐射，继而引起受激辐射【与谐振腔轴线平行的自发辐射光子在前进过程中遇到高能级上的粒子，使之产生受激跃迁，放出一个全同光子，即产生光的放大作用】。被放大的光在由P-N结构成的F-P光学谐振腔【谐振腔的两个反射镜是由半导体材料的天然解理面形成的】中来回反射，不断增强，当满足阈值条件后，激光器即可发出稳定激光。
6、从工作原理、特性、应用等方面说明半导体激光器（LD）与发光二极管（LED）的区别。
发光二极管（LED）没有解理面，即没有光学谐振腔，仅限于自发辐射，所发出的是荧光，是非相干光，不能形成激光。半导体激光器（LD）有光学谐振腔，是受激辐射，有阈值，发出的是激光。
LED与LD相比，LED输出光功率较小，谱线宽度较宽，调制频率较低。但LED性能稳定，寿命长，使用简单且安全，输出光功率线性范围宽，而且制造工艺简单，价格低廉。
LED通常和多模光纤耦合，用于1.31μm或0.85μm波长的中、低速小容量、短距离光通信系统。LD通常和单模光纤耦合，用于1.31μm或1.55μm大容量、长距离光通信系统。
7、半导体光电检测器的工作原理，常用的半导体光电检测器有哪两种，有何不同？
半导体光电检测器P-N结上外加反向偏压，外来光照射到半导体的P-N结上，若光子能量hf大于半导体材料的禁带宽度Eg时,则半导体材料中价带的电子吸收光子的能量，从价带越过禁带到达导带，在导带中出现光电子，在价带中出现光空穴，即光生载流子。也即P-N结受到外来光照耀，发生受激吸收，产生一个光电子－空穴对。光生载流子在外加负偏压和PN结内建电场的作用下定向运动，与外电路构成回路，形成光电流。
常用的半导体光电检测器有两种，PIN光电二极管和APD雪崩光电二极管。PIN光电二极管在P型、N型半导体之间，加了一层轻掺杂的N型材料，即I层，由于电子浓度很低，经扩散后形成一个很宽的耗尽层，可吸收绝大多数光子,使光生电流增加，改善了光电检测器性能。
APD雪崩光电二极管是在P-N结上加高反向电压，在结区形成一个强电场，利用雪崩碰
