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光纤通信原理及应用 第一章? ? 绪论 1、光纤之父——英籍华人高锟 2、光纤通信系统的组成及优点。 答：光纤通信系统油光发射机、光接收机、光纤光缆以及其他连接和光处理器件等组成。与电缆或微波等电通信方式相比，光纤通信的优点如下： 1）传输频带极宽，通信容量很大；2）由于光纤衰减小，无中继设备，故传输距离远；3）串扰小，信号传输质量高；4）光纤抗电磁干扰，必威体育官网网址性好；5）光纤尺寸小，重量轻，便于传输和铺设；6）耐化学腐蚀；7）光纤是石英玻璃拉制成形,原材料来源丰富，并节约了大量有色金属。 第二章? ? 光纤与光缆 1、自相位调制（SPM）：是光信号强度随时间的变化而对自身相位的作用而引起的。一个脉冲的边沿表示一个时变光强，该光强产生一个时变折射率。改变的折射率调制传输波长的相位，进而展宽了传输的光脉冲的光谱。 2、四波混频（FWM）：是指两个或三个不同波长的光波混合后产生的新光波。在系统中，某与波长的入射光会改变光纤的折射率，从而在不同的频率处发生相位调制，产生新的波长。 第三章? ? 有源光器件及设备 1、LED基本原理：发光二极管（LED）利用正向偏压下的PN结在激活区中载流子的复合发出自发辐射的光，因此LED的出射光是一种非相互光，其谱线较宽（30mm~60mm），辐射角也较大。在低速率的数字通信和较窄带宽的模拟通信系统中，LED是可以选用的最佳光源，与半导体激光器相比，LED的驱动电路较为简单，并且产量高、成本低。 2、LD基本原理：半导体激光器（LD）发光利用的是受激辐射原理。受激辐射发光现象是：处于粒子数反转分布状态的大多数电子，在受到外来入射光于激励时同步发射光子的现象，也就是说受激辐射的光子和入射光子，不仅波长相同而且相位、方向也相同。这样，由弱的入射光激励而得到了强的出射光，起到了光放大作用。 3、PN结基本原理：外加正向偏压将N区的电子、P区的空穴注入到PN结，实现了粒子数反转分布，即使之成为激活物质（PN结为激活区）。在激活区，电子空穴对复合发射出光。初始的光场来源于导带和价带的自发辐射，方向杂乱无章，其中偏离轴向的光子很快逸出腔外，沿轴向运动的光子就成为受激辐射的外界因素， 使之产生受激辐射而发射全同光子。 这些光子通过反射镜往返反射不断通过激活物质，使受激辐射过程如雪崩般地加剧，从而使光得到放大。在反射系数小于1的反射镜中输出，这就是经受激辐射放大的光 。即PN结半导体激光器产生激光输出的工作原理 4、PIN基本原理：当光从P区一侧入射，则光能量在被吸收的同时仍继续向N区一侧延伸吸收，在经过耗尽层时，由于吸收光子能量，电子从价带被激励到导带而产生电子空穴对（即光生载流子），并且在耗尽层空间电场作用下，分别向N型区和P型区相互逆方向作漂移运动，并形成电流。然而，在耗尽层以外的区域因为没有电场作用， 所以由光电效应产生的电子空穴对，在扩散运动中相遇发生复合，从而消失。不过在扩散运动过程中，也有些扩散距离长的电子空穴将进入耗尽层，在耗尽层和空间电场的作用下进入对方区域。于是在P区和N区两端之问产生与被分隔开的电子和空穴数量成正比的电压。若与外电路连通，这些电子就可经外部电路与空穴复合形成电流。 5、APD基本原理：雪崩光电二极管是考虑PN结承受反向高电压的特点而设计的器件。当雪崩光电二极管外加反向高压（一般为十几或几百伏）时，其PN结形成一个强电场区域，在高场区内的光生载流子被强电场加速，于是与晶格的原子发生碰撞电离，将价带的电子激发到导带，产生新的电子——空穴对。新的载流子与原来的载流子一起再被强电场加速，再次发生碰撞电离而获得新的载流子，如此重复进行，使强电场区域的载流子成倍增加，而产生雪崩现象（即雪崩倍增效应），形成倍增的电流。 6、声光调制：声和光的相互作用是声光调制的物理基础，这种作用表现为光波被介质中超声波衍射或散射，即发生声致光衍射。当调制信号变化时，由于压电效应，使压电晶体产生机械振动形成超声波。超声波在声光介质中传播时引起介质密度发生疏密替换的变化，使介质折射率发生变化，进而形成一个变化的衍射光栅，光栅的条纹间隔等于声波波长。当光波通过此介质时，将被介质中的弹性波衍射，衍射光的强度、频率、方向等都随超声波场变化，结果使光波受到调制。 第四章? ? 光无源器件 实用型隔离器的原理：正向传输过程，具有任意偏振状态的入射光首先通过SWP1，SWP1将入射光分解为水平和垂直的两个正交偏振分量，且让垂直分量直线通过，而水平分量偏折通过。两个分量都要通过法拉第旋转器和半波片，其偏振态都要顺时针旋转90°，使垂直偏振光变成水平偏振光，使水平偏振光变成垂直偏振光，最后由SWP2把两个分量的光合在一起输出，即完成正向无损传输。反向传输过程，具有任意偏振态的入射光首先通过SWP2，SWP2将入射光分解为水平和垂