光纖歸一化頻率光纖折射率剖面

光纖橫截面上折射率的分布狀況。在很大程度上決定光纖的導(dǎo)波性能，主要有階躍分布和漸變或梯度分布兩種。給定的折射率剖面可在制備光纖預(yù)制棒過(guò)程中控制摻雜濃度來(lái)達(dá)到。

光纖歸一化頻率光纖帶

光纖的重要的傳輸參量之一。表征光纖所允許通過(guò)光波的調(diào)制信號(hào)的頻率上限。有限帶寬由光纖中各種色散造成。光纖長(zhǎng)度越長(zhǎng)，其帶寬就越窄。光纖帶寬決定光纖的傳輸容量。

光纖歸一化頻率光纖長(zhǎng)度帶寬乘積

光纖帶寬的相對(duì)量度。因光纖帶寬近似地與其長(zhǎng)度成反比，故采用長(zhǎng)度帶寬乘積(如兆赫·公里為單位)就能反映光纖的實(shí)用帶寬性能。以此對(duì)不同光纖的帶寬性能作比較。

光纖歸一化頻率光纖數(shù)值孔徑

光纖集光性能的量度。是光纖芯區(qū)的最大折射率平方與包層折射率平方之差的平方根。根據(jù)國(guó)際組織建議，多模光纖的數(shù)值孔徑在通信用時(shí)為0.2，在其他應(yīng)用時(shí)則可取0.5，甚至更大。單模光纖的數(shù)值孔徑則較小。

光纖的歸一化頻率亦稱“V數(shù)”，表征光纖中傳輸模式的數(shù)量。眾多光纖參數(shù)可通過(guò)V數(shù)表示，如某一給定波長(zhǎng)下模式的數(shù)量，模式的截止條件，以及傳輸常量等。例如，躍階折射多模光纖的引導(dǎo)模式數(shù)量是V/2。對(duì)于給定的波長(zhǎng)，當(dāng)V<2.405時(shí)，躍階折射光纖轉(zhuǎn)化為單模光纖。V的數(shù)值為右圖所示。

其中a是纖芯半徑，n_core是纖芯折射率，n_clad( core)是包層折射率。2100433B

光纖歸一化頻率的別稱為“光纖V值”，光波導(dǎo)的重要參量。光波導(dǎo)電磁模式的截止頻率對(duì)于光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)量的比。結(jié)構(gòu)量依賴于纖芯幾何尺寸和折射率剖面。V值決定著光波導(dǎo)中允許磚輸模式的多少，V值越大，傳輸模式數(shù)目越多。當(dāng)V值為2．4以下時(shí)，光纖中只能通過(guò)單一個(gè)模，即單模光纖。

是光波導(dǎo)的重要參量。因與光波頻率成正比，故得名。

歸一化阻抗矩陣

在微波工程中，一般均以特性阻抗的相對(duì)值來(lái)判別電路匹配的程度。這樣得出的矩陣參量稱歸一化參量，由此所得的矩陣，稱歸一化矩陣。為此，應(yīng)首先將各端口的電壓、電流變換成歸一化量。仍以雙端口網(wǎng)絡(luò)為例，若其二端口傳輸線的特性阻抗分別為Zc1和Zc2時(shí)，則歸一化電壓、電流按下式定義：

其中小寫的符號(hào)均表示歸一化量。這樣則有：

從而得到了阻抗的歸一化。把歸一化的電壓寫成歸一化電流的表示式，由此得到的阻抗矩陣就為歸一化阻抗矩陣：

脈沖頻率調(diào)制傳輸方式是模擬視頻光纖傳輸方式中傳輸質(zhì)量最高的方式之一，其原理是調(diào)制脈沖重復(fù)頻率隨信號(hào)幅度大小呈線性變化，而脈寬保持不變。PFM 是信號(hào)光強(qiáng)度調(diào)制前的一種預(yù)處理過(guò)程，信號(hào)經(jīng)過(guò)脈沖調(diào)制后，頻譜會(huì)變寬，并以此可以換取傳輸質(zhì)量的提高。而PFM 處理帶來(lái)的傳輸帶寬的增加，對(duì)于帶寬極寬的光纖來(lái)說(shuō)并不存在什么問(wèn)題，而且由于光源的非線性對(duì)系統(tǒng)的影響不大，故光調(diào)制深度可以增加，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的信噪比。

通過(guò)脈沖頻率調(diào)制可實(shí)現(xiàn)單路視頻傳輸，多路視頻傳輸，視頻/數(shù)據(jù)傳輸。下面對(duì)幾種方案做簡(jiǎn)要描述。

模擬光纖技術(shù)單路視頻

單路視頻傳輸系統(tǒng)工作原理，在發(fā)射端基帶視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)預(yù)加重，進(jìn)行PFM 調(diào)制，然后去調(diào)制激光器。而在接收端通過(guò)PIN 管將光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)PFM 解調(diào)恢復(fù)出視頻信號(hào)。

視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)PFM 后，頻譜呈第一類貝塞爾函數(shù)分布，頻譜中含有無(wú)窮多個(gè)頻率分量，但功率譜主要集中在載波和低次諧波分量上，高次邊頻分量可略去不計(jì)，因此PFM 信號(hào)可近似認(rèn)為具有有限頻譜?；鶐б曨l信號(hào)的帶寬為8MHz，經(jīng)過(guò)PFM 調(diào)制后，信號(hào)帶寬可限定在30 MHz以上而不會(huì)明顯影響PFM 性能。

不同于基帶視頻信號(hào)直接光強(qiáng)度調(diào)制方式，該系統(tǒng)對(duì)發(fā)光器件沒有特殊要求，可以根據(jù)實(shí)際工程需要選用不同的發(fā)光器件。如多模850nm 波長(zhǎng)LED 滿足4 公里以內(nèi)應(yīng)用，單模1310nm波長(zhǎng)LD 滿足30 公里以內(nèi)應(yīng)用，單模1550nm 波長(zhǎng)DFB 激光器滿足100 公里以內(nèi)應(yīng)用。無(wú)論是多模LED，還是單模LD，系統(tǒng)都具有良好的性能。批量測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)光纖傳輸后，系統(tǒng)主要指標(biāo)為：加權(quán)信噪比為60dB，微分增益為3%，微分相位為3°。

由于PFM 信號(hào)解調(diào)輸出噪聲功率譜密度和調(diào)頻信號(hào)解調(diào)輸出噪聲功率譜密度一樣，呈三角形噪聲特性，造成高頻端噪聲大而低頻端噪聲小的現(xiàn)象。為了克服這種現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)中往往采用預(yù)加重和去加重電路。預(yù)加重使視頻信號(hào)在頻率上人為地加以預(yù)傾斜，使高頻端升高，低頻端壓低。在接收端解調(diào)時(shí)，由于信號(hào)高頻端電平提升而使解調(diào)信噪比有所提高，而低頻端則有所降低，從而均衡了帶內(nèi)信噪比的分布。另外，預(yù)加重對(duì)低頻成分起著壓縮作用，也壓縮了亮度信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，從而降低了微分增益和微分相位的失真。

模擬光纖技術(shù)多路視頻

通過(guò)將多路視頻分別調(diào)制于不同的頻率范圍，然后進(jìn)行頻分復(fù)用，可以在單根光纖中實(shí)現(xiàn)多路視頻傳輸。

從理論上講，光纖和光器件的帶寬極大，完全滿足8 路以上多路視頻頻分復(fù)用的帶寬要求。但實(shí)際上由于采用的分立元件，特別是高頻電容和電感的精密度和穩(wěn)定性不夠，使得PFM中心頻率的穩(wěn)定性不好，中心頻率會(huì)隨時(shí)間和溫度漂移，加上帶通濾波器的特性也會(huì)隨溫度變化，給多路視頻復(fù)用帶來(lái)很多不穩(wěn)定因素。所以較為成熟的也只是四路圖象的頻分復(fù)用。