相干光通信技术PPT课件
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相干光通信技术
信号处理单元
1 2 3
作用
信号处理单元负责对接收到的电信号进行解调、 解码和纠错等处理，提取出传输的信息。
特点
信号处理单元通常采用数字信号处理技术实现， 具有处理精度高、稳定性好、易于实现高速传输 等优点。
算法
常用的信号处理算法包括相位恢复算法、载波恢 复算法、判决反馈均衡器等，用于改善系统的性 能和传输距离。
面发射激光器）。
作用
光源负责产生相干光信号，其性能 直接影响系统的传输质量和距离。
特点
单频激光器具有输出光谱窄、线宽 小、相干性好的优点，适合于高速 长距离的相干光通信。
光调制器
01
02
03
类型
光调制器通常采用电光效 应或声光效应材料制成， 如LiNbO3或SiO2等。
作用
光调制器负责将电信号转 换为光信号，实现信息的 加载。
抗干扰能力
相干光通信具有较强的抗干扰能 力，能够更好地抵御噪声和干扰 的影响，确保信号传输的稳定性。
与无线通信的比较
传输媒介
相干光通信依赖于光纤作为传输 媒介，具有较低的传输损耗和较 小的信号干扰。无线通信则通过 空气传输，容易受到环境因素的 影响。
传输速率
相干光通信支持更高的传输速率， 能够满足大数据和多媒体传输的 需求。无线通信的传输速率相对 较低。
抗干扰能力强
相干光通信技术能够有效地 抑制光噪声和干扰，提高通
信系统的抗干扰能力。
传输容量大
相干光通信技术可以实 现多载波调制，从而大
幅度提高传输容量。
相干光通信技术的发展历程
01
02
03
04
20世纪60年代
相干光通信技术的概念被提出 。
光通信技术简介-PPT课件
光谱特性
紫外 Invisible
可见
红外 wavelength
Invisible
850 nm
980 nm 1310 nm
1480 nm
1550 nm
1625 nm
光通信频带范围
光纤通信波长范围目前利用 850, 1310nm和1550nm三个窗口
光纤结构
coating n cladding n core cladding core n cladding n core
E/OConversion
Optical Transmission
O/E Conversion
Electrical transmission
electrical signal processing
Fiber as transmission medium
依据国际标准进行电子信号处理。 将信号转换为光波频带可以利用后来发展起来的光纤 传输的优势。
红外吸收在长波方向限制传输。OH吸收峰在 1400nm附近。 造成三个传输窗口：850, 1310nm和1550nm 。
弯曲下光纤损耗
attenuation coefficient / dB/km -->
3,0 宏弯光纤 2,0
微弯光纤 未弯曲光纤
1,0
0,0 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 wavele网络示意（2）
干线网 层1
STM-4 STM-16 STM-1 Exchange
干线网 层2
Local Exchange
FlexMux
用户 接入
Mux 64/2M
复用技术
•目前PDH、SDH等技术均采用时分复用（TDM）技术。
《光的相干性》课件
《光的相干性》PPT课件
通过这个PPT课件，我们将深入探讨光的相干性及其在实际应用中的重要性。 欢迎大家加入我们的探索之旅！
什么是相干性
1 相干性的概念
相干性是指光波波动的一致性和协调性。在相干光中，光波的振动形式能够互相影响并 保持稳定。
2 相干与相位
相位是描述波动状态的概念，而相干性指的是不同波动的相位之间存在关联性。
具有相干性的光束
协方差函数
协方差函数是评估光波相干性 的工具，它描述了光波之间的 关联性和干涉的特性。
高斯型光束的相干性
高斯型光束具有很高的相干性， 是许多光学应用中常用的光源。
空间相干性衰减
随着光波传播距离的增加，空 间相干性逐渐衰减，干涉效应 也会减弱。
利用相干性
1 干涉现象
相干性能够导致干涉现象的发生，如干涉条纹、干涉滤波器等。
2 杨氏双缝干涉实验
杨氏双缝干涉实验是研究光的相干性和干涉现象的重要实验。
3 马吕斯环
马吕斯环是一种由相干光和透镜产生的干涉图样，常用于检测光波的相干性。
应用实例
激光的相干性
激光是一种具有高度相干性的光源，被广泛应 用于激光医学、激光切割等领域。
光纤通信的相干性
光纤通信利用光波的相干性传输信号，实现高 速、长距离的数据传输。
3 相干噪声
当不同频率的光波叠加在一起时，会产生相干噪声，可能干扰光学系统的性能。
光波的相干性
1
波前的相干性
波前相干性描述了光波从不同点源发出时的相位关系，决定了干涉和衍射现象的 产生。
2
相干度的定义
相干度衡量了两个或多个光波之间的相干性程度，从而反映了它们的互相干涉的 能力。
3
相干度的实验测定
通过这个PPT课件，我们将深入探讨光的相干性及其在实际应用中的重要性。 欢迎大家加入我们的探索之旅！
什么是相干性
1 相干性的概念
相干性是指光波波动的一致性和协调性。在相干光中，光波的振动形式能够互相影响并 保持稳定。
2 相干与相位
相位是描述波动状态的概念，而相干性指的是不同波动的相位之间存在关联性。
具有相干性的光束
协方差函数
协方差函数是评估光波相干性 的工具，它描述了光波之间的 关联性和干涉的特性。
高斯型光束的相干性
高斯型光束具有很高的相干性， 是许多光学应用中常用的光源。
空间相干性衰减
随着光波传播距离的增加，空 间相干性逐渐衰减，干涉效应 也会减弱。
利用相干性
1 干涉现象
相干性能够导致干涉现象的发生，如干涉条纹、干涉滤波器等。
2 杨氏双缝干涉实验
杨氏双缝干涉实验是研究光的相干性和干涉现象的重要实验。
3 马吕斯环
马吕斯环是一种由相干光和透镜产生的干涉图样，常用于检测光波的相干性。
应用实例
激光的相干性
激光是一种具有高度相干性的光源，被广泛应 用于激光医学、激光切割等领域。
光纤通信的相干性
光纤通信利用光波的相干性传输信号，实现高 速、长距离的数据传输。
3 相干噪声
当不同频率的光波叠加在一起时，会产生相干噪声，可能干扰光学系统的性能。
光波的相干性
1
波前的相干性
波前相干性描述了光波从不同点源发出时的相位关系，决定了干涉和衍射现象的 产生。
2
相干度的定义
相干度衡量了两个或多个光波之间的相干性程度，从而反映了它们的互相干涉的 能力。
3
相干度的实验测定
相干光光纤通信系统
主要特点
①灵敏度高：相干解调得到的信号幅度和本振光幅度成正比。由于本振光源的功率可比信号功率大得多，所 以得到的信号幅度将比直接检测时大很多。光检测量子噪声也被成比例地放大，由于光检测器和接收机热噪声幅 度维持不变，就极大地提高了接收信噪比，随之也提高了接收灵敏度。另外，采用频移键控或相移键控这些优良 的调制方式还可使灵敏度进一步提高。一般相干接收系统的接收灵敏度可以比常规光纤通信系统的高10～20dB； ②选择性好：常规光纤通信系统进行多路传输，必须用光学方法进行滤波。和无线电通信系统类似，在相干光通 信系统中本振光与信号光作用得到中频，而在中频可以使用电滤波器。由于电滤波比光学滤波的选择性高很多， 因此相干接收系统有者极好的选择性。这就可以充分利用石英光纤低损耗窗口，实现频分复用和高密度波分复用 的多信道传输。
谢谢观看
相干光光纤通信系统
光纤通信领域名词
01 简介
03 主要特点 05 关键技术
目录
02
相干光纤通信的基本 原理
04 基本构成
相干光光纤通信系统是在接收端使用一个本振光源对接收信号进行相干解调的一种新型的光纤通信系统。
简介
相干光是指在时间或空间的任意点，特别是在垂直于传播方向的平面上的一个区域内，或在空间的一个特定 点的所有时间上，所有参量皆可预测并相关的光。该系统的工作原理较常规光纤通信系统更加接近现代的无线电 通信系统。在相干光光纤通信系统中数字信号采用幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）等调 制方式。
基本构成
相干光光纤通信系统的构成如图所示。发送端光波振荡器发出频率f0的光波，此光波在调制器中被电端机 （发送）的信号所调制，然后送入光纤。传输至接收端后，与接收端光波振荡器输出的频率为f0+△f的光波同时 送入混频器进行混频，得到频率为△f的中频输出。此中频经过中频放大与解调，即送入接收电端机，得到所需的 信号。
《相干光通信系统》PPT课件
（2）由于在相干检测中，要求ωS-ωL 随时保持常数（ωIF或0）， 因而要求系统中所使用的光源具备非常高的频率稳定性、非常窄 的光谱宽度以及一定的频率调谐范围。
8
的相 基干 本光 原通 理信
技 术
9
8.1
图9-2 相干光通信系统结构图
（3）无论外差检测还是零差检测，其检测根据都来源于接收光信 号与本振光信号之间的干涉，因而在系统中，必须保持它们之间的 相位锁定，或者说具有一致的偏振方向。
差
通常PL Ps ，所以第一项可认为是直流常数，很容易被滤除，此 时外差信号由下面的交流项给出
检 测
Io( u t) t2 R P s( t)P Lco It F s ( s L ) （8.1.11）
与零差检测类似，因为该式中本振光PL的出现，接收到的光信号
被放大了，从而提高了SNR。然而，SNR的改进要比零差检测低两
信号电流为 Idd(t)RsP (t) ，由此可见，零差检测平均电信号功
率所比以直该接值检将测增的加信 几号 个功 数率 量增 级加 。虽4然PL散P粒S噪倍声。也既增然加，了通，常但P是S 零差PL，检
测仍可提高信噪比（SNR）许多倍。
14
8.2.2
测零 差 检
零差检测的缺点是它对相位的变化非常敏感。因为（8.1.3）式
中，最后一项ΦL包含本振光相位，很显然ΦL应被控制。理想情况下， 除强调相位， ΦL和ΦS应该保持常数。实际上， ΦL和ΦS随时间随机 摆动。不过，通过相位锁定环路，它们的差（ ΦS - ΦL ）几乎可以保 持恒定。然而，这种锁定环路的实现并不容易，所以使零差接收机的
设计相当复杂。此外，还要求信号光和本振光频率匹配，因此，对这
变得容易。
16
8
的相 基干 本光 原通 理信
技 术
9
8.1
图9-2 相干光通信系统结构图
（3）无论外差检测还是零差检测，其检测根据都来源于接收光信 号与本振光信号之间的干涉，因而在系统中，必须保持它们之间的 相位锁定，或者说具有一致的偏振方向。
差
通常PL Ps ，所以第一项可认为是直流常数，很容易被滤除，此 时外差信号由下面的交流项给出
检 测
Io( u t) t2 R P s( t)P Lco It F s ( s L ) （8.1.11）
与零差检测类似，因为该式中本振光PL的出现，接收到的光信号
被放大了，从而提高了SNR。然而，SNR的改进要比零差检测低两
信号电流为 Idd(t)RsP (t) ，由此可见，零差检测平均电信号功
率所比以直该接值检将测增的加信 几号 个功 数率 量增 级加 。虽4然PL散P粒S噪倍声。也既增然加，了通，常但P是S 零差PL，检
测仍可提高信噪比（SNR）许多倍。
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8.2.2
测零 差 检
零差检测的缺点是它对相位的变化非常敏感。因为（8.1.3）式
中，最后一项ΦL包含本振光相位，很显然ΦL应被控制。理想情况下， 除强调相位， ΦL和ΦS应该保持常数。实际上， ΦL和ΦS随时间随机 摆动。不过，通过相位锁定环路，它们的差（ ΦS - ΦL ）几乎可以保 持恒定。然而，这种锁定环路的实现并不容易，所以使零差接收机的
设计相当复杂。此外，还要求信号光和本振光频率匹配，因此，对这
变得容易。
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光纤通信ppt课件
10
• 大规模并行机
– 处理器与处理器 – 处理器与内存 – 电互连？光互连？
11
• 神经网络计算机
– 脑神经网络：上万个突触与周边互连 – 密集度！
12
• 集成电路Leabharlann – 带宽 – 互连密度 – 时钟 – 能耗 – 抗干扰
13
• 1.2 光互连的物理依据
– 光学信息通道
• 不具有静质量：真空&介质 • 以介质中的光速传播，与接收信号的元件数无关 • GHz带宽，损耗小
光通信与光电技术
1
课程教学
• 方法
– 基础内容＋知识应用
• 方式
– 课堂讲授
• 考核
– 平时表现＋期末考试
2
课程简介
• 光通信
– 以光波为载体的通信方式
• 光电技术
– 光学、电子学、光电转换
• 光互连
– 用光技术实现两个以上通信单元的链接结构
• 光通信——光互连——光电技术 • 理论层次——应用层次——技术细节
15
• 光学并行性
– 电子之间通过电磁场相互作用 – 光波导可相互穿越（交叉角>10度） – 光互连不受平面或准平面的限制 – 光互连密度的限制
• 自由空间：可分辨的光点尺寸 • 波导：所要求的波导尺寸
16
• 光传输的多维多重复用性
– 波长 – 偏振 – 相位 – 频率
17
• 光互连的扇出数
– 扇出数：广播能力，即一点到多点的连接能力
6
空间光调制器
7
光纤旋转连接器
8
第一章 光通信基础知识
• 1.1 光互连网络概念及背景
– 光互连定义：以光的波粒二相性与物质相互作 用产生的各种现象实现数据和信号传输和交换 的理论和技术
• 大规模并行机
– 处理器与处理器 – 处理器与内存 – 电互连？光互连？
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• 神经网络计算机
– 脑神经网络：上万个突触与周边互连 – 密集度！
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• 集成电路Leabharlann – 带宽 – 互连密度 – 时钟 – 能耗 – 抗干扰
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• 1.2 光互连的物理依据
– 光学信息通道
• 不具有静质量：真空&介质 • 以介质中的光速传播，与接收信号的元件数无关 • GHz带宽，损耗小
光通信与光电技术
1
课程教学
• 方法
– 基础内容＋知识应用
• 方式
– 课堂讲授
• 考核
– 平时表现＋期末考试
2
课程简介
• 光通信
– 以光波为载体的通信方式
• 光电技术
– 光学、电子学、光电转换
• 光互连
– 用光技术实现两个以上通信单元的链接结构
• 光通信——光互连——光电技术 • 理论层次——应用层次——技术细节
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• 光学并行性
– 电子之间通过电磁场相互作用 – 光波导可相互穿越（交叉角>10度） – 光互连不受平面或准平面的限制 – 光互连密度的限制
• 自由空间：可分辨的光点尺寸 • 波导：所要求的波导尺寸
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• 光传输的多维多重复用性
– 波长 – 偏振 – 相位 – 频率
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• 光互连的扇出数
– 扇出数：广播能力，即一点到多点的连接能力
6
空间光调制器
7
光纤旋转连接器
8
第一章 光通信基础知识
• 1.1 光互连网络概念及背景
– 光互连定义：以光的波粒二相性与物质相互作 用产生的各种现象实现数据和信号传输和交换 的理论和技术
《相干激光技术》课件
形貌测量
利用激光干涉技术可以测量物体表面的形貌和轮廓，实现精确的测量与检测。
光学检测
相干激光技术在光学元件的检测和校准中具有重要应用价值。
总结
相干激光技术是一项重要的工业技术，通过干涉效应实现高精度测量和加工。它在工业制造领域具有广阔的应 用前景。
参考文献
• [1] XXXX • [2] XXXX • [3] XXXX • [4] XXXX
优势
相干激光技术在光学测量、精密加工等领域具有明显的应用优势。
相干激光的基本原理
激光光束
相干激光光束具有高度一致的相 位和方向特性，经过光路调制和 行程延迟后实现干涉效应。
干涉效应
通过相干激光的干涉效应，可以 实现高精度的测量与加工，生成 复杂的干涉图案。
调制技术
利用光路调制技术，控制激光的 相位和幅度，实现干涉效应的精 确控制与应用。
《相干激光技术》PPT课件
相干激光技术是一种广泛应用于工业制造领域的先进技术。本课件将介绍相 干激光技术的基本原理、干涉技术以及在工业制造中的应用。
什么是相干激光技术？
基本原理
相干激光技术利用光的干涉现象，通过激光的相干性，实现高精度测量和加工。
特点
相干激光具有波长单一、相位稳定、方向一致等特点，适用于高精度应用。
激光干涉技术
1Байду номын сангаас
等压线干涉仪
通过测量等压线的干涉图案，实现表面形貌和薄膜厚度的精确测量。
2
莫尔干涉仪
利用莫尔条纹的干涉图案，测量光学元件的表面形态和质量。
3
弗罗登干涉仪
通过弗罗登干涉仪的干涉图案，实现光学元件的高精度校准和调整。
激光干涉技术在工业制造中的应用
相干光通信
产生和发展
• 相干光通信的理论和实验始于80年代。由 于相干光通信系统被公认为具有灵敏度高 的优势，各国在相干光传输技术上做了大 量研究工作。经过十年的研究，相干光通 信进入实用阶段。直到19世纪80年代末， EDFA和WDM技术的发展，使得相干光通 信技术的发展缓慢下来。然而，直接检测 的WDM系统经过二十年的发展和广泛应用 后，新的征兆开始出现，标志着相干光传 输技术的应用将再次受到重视。
相干光通信
光科080202 张咏
概述
• 利用倍频和混频效应、可调谐光参量振荡以及受 激散射等效应可产生强相干光辐射，开创了产生 新的激光辐射光源的物理途径。人们正在利用这 种途径来填补各类激光器件发射激光波长的空白 光谱区。其中就有 在光通讯技术中的应用。由于 激光技术的出现，通过非线性光学效应获得的相 干光的频带极其宽广，使其在通讯技术中由原来 的微波电缆同时传送几十万路，到现在利用激光 通讯的光缆可同时传送数百万路电话或几千万套 电视节目，解决了无线电通讯的容量小、频带过 分拥挤的难题。
•
~~谢谢观赏~~
\(^o^)/~
相干光通信的主要优点：
• (1)灵敏度高 • (2)选择性好，通信容量大 • (3)具有多种调制方式
相干光通信技术的研究现状：
• 虽然相干光通信系统的潜在优势使它具备取代传 统光通信系统的可能，但是目前其实用化研究多 集中在特殊环境的应用，如跨洋通信、沙漠通信、 星间通信等。 • 在海底和沙漠等条件非常恶劣的环境中，相干光 通信由于其无中继距离远大于传统光通信系统， 可以大量减少中继设备，降低维护和修理费用。 • 此外，相干光通信一大热点在于星间光链路通信。
前景与展望
• 总之，相干光通信技术还有很多方向需要 总之， 更多的研究， 更多的研究，大规模的应用也不会在短期 内出现。但是需求决定市场， 内出现。但是需求决定市场，在不久的将 来，传统光通信系统过于简单的结构必定 无法满足高速增长的带宽需求， 无法满足高速增长的带宽需求，而相干光 通信技术作为一个研究相对成熟， 通信技术作为一个研究相对成熟，潜在优 势明显的选择， 势明显的选择，必定会受到学术界和企业 越来越多的关注。 越来越多的关注。
相干光通信技术ppt
40
1
100
1.55
1500
40
140
243
350
40
4
160
261
20
1
200
1.55
270
20
400
260
45
20
1.55
1000
10
相干光通信的特点
• （1）灵敏度提高10～20dB，线路功率损耗可增加到50dB。 • （2）若在系统中周期性加入EDFA，即可实现长距离传输，适合于干线网
使用。 • （3）具有出色的信道选择性和灵敏度，和光频分复用相结合，可以实现
比特误码率（BER） 每比特光子数 Np
1 erfc( 2
NP / 4)
Hale Waihona Puke 721 erfc( 2NP / 2)
36
1 erfc( 2
NP )
18
1 erfc( 2
2NP )
9
1 erfc( 2
NP / 2)
36
1 erfc(NP)
20
2
长比特流时每比特光 子数 Np
36
18
18
9
36
10
外差异步解调系统实验结果与量子效率比较
路漫漫其修远兮，吾将上下而求索！
豫章故郡，洪都新府。星分翼轸，地 接衡庐 。襟三 江而带 五湖， 控蛮荆 而引瓯 越。物 华天宝 ，龙光 射牛斗 之墟； 人杰地 灵，徐 孺下陈 蕃之榻 。雄州 雾列， 俊采星 驰。台 隍枕夷 夏之交 ，宾主 尽东南 之美。 都督阎 公之雅 望，棨 戟遥 临；宇文新州之懿范，襜帷暂驻。十 旬休假 ，胜友 如云； 千里逢 迎，高 朋满座 。腾蛟 起凤， 孟学士 之词宗 ；紫电 青霜， 王将军 之武库 。家君 作宰， 路出名 区；童 子何知 ，躬逢 胜饯。 时维九月，序属三秋。潦水尽而寒潭 清，烟 光凝而 暮山紫 。俨骖 騑于上 路，访 风景于 崇阿； 临帝子 之长洲 ，得天 人之旧 馆。层 峦耸翠 ，上出 重霄； 飞阁流 丹，下 临无地 。鹤汀 凫渚， 穷岛屿 之萦回 ；桂殿 兰宫， 即冈峦 之体势 。 披绣闼，俯雕甍，山原旷其盈视，川 泽纡其 骇瞩。 闾阎扑 地，钟 鸣鼎食 之家； 舸舰迷 津，青 雀黄龙 之舳。 云销雨 霁，彩 彻区明 。落霞 与孤鹜 齐飞， 秋水共 长天一 色。渔 舟唱晚 ，响穷 彭蠡之 滨；雁 阵惊寒 ，声断 衡阳之 浦。 遥襟甫畅，逸兴遄飞。爽籁发而清风 生，纤 歌凝而 白云遏 。睢园 绿竹， 气凌彭 泽之樽 ；邺水 朱华， 光照临 川之笔 。四美 具，二 难并。 穷睇眄 于中天 ，极娱 游于暇 日。天 高地迥 ，觉宇 宙之无 穷；兴 尽悲来 ，识盈 虚之有 数。望 长安 于日下，目吴会于云间。地势极而南 溟深， 天柱高 而北辰 远。关 山难越 ，谁悲 失路之 人？萍 水相逢 ，尽是 他乡之 客。怀 帝阍而 不见， 奉宣室 以何年 ？ 嗟乎！时运不齐，命途多舛。冯唐易 老，李 广难封 。屈贾 谊于长 沙，非 无圣主 ；窜梁 鸿于海 曲，岂 乏明时 ？所赖 君子见 机，达 人知命 。老当 益壮， 宁移白 首之心 ？穷且 益坚， 不坠青 云之志 。酌贪 泉而觉 爽，处 涸辙以 犹欢。 北海 虽赊，扶摇可接；东隅已逝，桑榆非 晚。孟 尝高洁 ，空余 报国之 情；阮 籍猖狂 ，岂效 穷途之 哭！ 勃，三尺微命，一介书生。无路请缨 ，等终 军之弱 冠；有 怀投笔 ，慕宗 悫之长 风。舍 簪笏于 百龄， 奉晨昏 于万里 。非谢 家之宝 树，接 孟氏之 芳邻。 他日趋 庭，叨 陪鲤对 ；今兹 捧袂， 喜托龙 门。杨 意不逢 ，抚凌 云而自 惜；钟 期既 遇，奏流水以何惭？ 呜乎！胜地不常，盛筵难再；兰亭已 矣，梓 泽丘墟 。临别 赠言， 幸承恩 于伟饯 ；登高 作赋， 是所望 于群公 。敢竭 鄙怀， 恭疏短 引；一 言均赋 ，四韵 俱成。 请洒潘 江，各 倾陆海 云尔： 滕王高阁临江渚，佩玉鸣鸾罢歌舞。 画栋朝飞南浦云，珠帘暮卷西山雨。 闲云潭影日悠悠，物换星移几度秋。 阁中帝子今何在？槛外长江空自流。
光通信技术PPT课件
stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3rstm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端dwdmstm16终端stm16终端16条波长信道1?16stm16终端stm16终端1?1616条波长信道edfaiso组织成立于1946年10月总部设于瑞士日内瓦有九十四个会员国组成137个国家或地区采用该组织标准三种网络设备有着不同的性质决定了这三种网络设备有着不同的性质决定了这三种网络中设备开发的不同考虑
各种新技术、新器件使波分复用迅速推广使用
EDFA、复用/解复用器、新型光纤，色散补偿技术等
密集波分复用(DWDM)系统
光纤传输容量极限
增加谱宽：1300nm～1700nm=54.3THz
各种新技术、新器件使波分复用迅速推广使用
EDFA、复用/解复用器、新型光纤，色散补偿技术等
密集波分复用(DWDM)系统
光纤传输容量极限
增加谱宽：1300nm～1700nm=54.3THz
光纤通信原理课件-第5章 相干光波通信系统
I (t) RP(t) 2RKEs0EL0 cos(IFt s L )
可以发现，检测器的输出电流不仅与被测信号强度或功率有关， 亦即不仅可用光信号的强度传递信息，还与光载波的相位或频 率有关，因而有可能通过调制光载波的相位或频率来传递信息， 而在直接检测技术中不允许进行相位或频率调制，所有有关信 号相位和频率的信息都丢失了。
(2) 声光调制器。这是一种声表面波波导，结构简单， 但产生的频移量在 1GHz
(3) 半导体激光器内调制。这是一种直接调制方法。
3 解调方案
零差检测
外差检测
异步解调 同步解调
零差检测可将光信号直接解调至基带，但实现 困难，要求本振频率与光信号频率精确相等， 本振相位与达到信号锁定，这种解调方案称为 同步解调。
（3）零差检测
L s
这时光电流
IF 0
称为零差检测
I (t) RP(t) 2RKEs0EL0 cos(IFt s L )
2KREs0EL0 cos(s L )
也可以写为
I (t) R PsPL cos(s L )
如果 L s I (t) R Ps PL
■ 零差检测的优点是检测灵敏度高 ■ 缺点是对相位的敏感性高
双相零差分集接收机
两相接收机中的两个支路接收信号相位差为90°，I 支路为同相信道，Q支路 为正交信道，很像柯斯塔斯环，但没有OPLL，每个支路中的信号处理可用于 恢复ASK、FSK或DPSK调制信号。在某一相位条件下，当一个支路中的信号 接近零时，另一个支路则有信号，而总输出就是调制信号。由于信号光与本振 光都要分成两部分，在散粒噪声限制下，对两相接收，灵敏度将比 OPLL 接收 机低 3dB。对三相接收，则要低 4.8dB。
马赫—曾德LiNbO3光波导调制器
《相干光通信系统》课件
相干光通信的应用场景
长距离通信
相干光通信系统具有较高的接收灵敏度和选择性，能够实现长距离 的光信号传输，适用于跨洋光缆通信等长距离通信场景。
高速数据传输
相干光通信系统能够支持高速数据传输，如40Gbps、100Gbps甚 至更高速率的传输，适用于数据中心、云计算等高速数据传输场景 。
复杂环境下的通信
可靠性
可靠性是指相干光通信系统在正常工作过程中出现故障的概率。为了提高可靠性，系统需要具备故障检测和恢复 能力，同时需要采用高可靠性的设备和部件。
04
相干光通信系统的优势与挑战
优势分析
高传输速率
相干光通信系统采用相位和频 率调制，可以实现更高的数据 传输速率，满足高速通信需求
。
长距离传输
相干光通信系统具有较低的噪 声和较大的动态范围，可以实 现更长距离的信号传输。
相检测技术
相干检测原理
利用光信号的相位和频率信息进行检测，能够获取更高的灵敏度 和分辨率。
相干检测的优势
相比传统的直接检测技术，相干检测技术具有更高的接收灵敏度 和更强的抗干扰能力。
相干检测的实现方式
包括平衡接收、差分接收和单端接收等几种方式。
数字信号处理技术
1 2
数字信号处理技术的原理
利用数字信号处理算法对接收到的信号进行处理 和分析，以改善信号质量、纠正误码和优化传输 性能。
随着技术的不断发展， 相干光通信系统的集成 化和小型化程度将进一 步提高，便于携带和部 署。
高效能调制格式
研究更高效能、更高速 率的调制格式，以提高 相干光通信系统的传输 性能。
智能化与自动化
通过引入人工智能和自 动化技术，实现相干光 通信系统的智能化和自 动化管理，提高系统的 稳定性和可靠性。
光纤通信原理-相干光通信
arctg
cos
uI (t 2V
)
cos
uQ (t 2V
)
3.QPSK信号
在发射机中，基带信号经过串并转化后得到I、Q两 路速率减半的二电平信号，分别通过MZM调制器， 得到两路BPSK信号，其中一路信号经过90°相移后 与另一路相加，得到QPSK调制的4个相位状态。 QPSK调制的实质是输入的码对（00、01、10、11） 对光载波做相移，最后得到相位分别为π /4、3 π /4、 5 π /4、7 π /4的光载波。
相干光检测原理输入 光信号源自混频 器光检 测器
电信 号处理
输出电信号
本振 光
信号光的光场
Es (t) As (t) exp j st s (t)
本振光的光场
Elo (t) Alo (t) exp j lot lo
信号光和本振光混合后的输出光功率
P（t) K Es Elo 2
Ps Plo 2 Ps Plo cos[IFt (s lo ) (t)]
I
(t)
uI (t) V
Q
(t
)
uQ (t V
)
Eout (t)
1 2
Ein (t)
cos
uI (t) 2V
j
cos
uQ (t) 2V
IQ调制器幅度
aIQ (t)
Eout (t) Ein (t)
1 2
cos
2
uI (t 2V
)
cos
2
uQ (t 2V
)
IQ调制器相位
IQ
(t
)
QPSK 1 QPSK 2 QPSK 3
衰减 器1 衰减 器2
n×1 耦 合 器
相干光通信技术PPT教学课件
脊髓的传导功能
以成人排尿反射为例来说明： 当尿液在膀胱内积存到一定量时，便会刺激膀胱壁上
的感受器，使感受器产生神经冲动，神经冲动经过传入 神经传到脊髓的排尿中枢；同时，也有神经冲动经过神 经纤维向上传到大脑，使人产生尿意。在适宜的环境下， 由大脑发出神经冲动经过神经纤维传到脊髓的排尿中枢， 神经冲动再沿着传出神经传到膀胱，引起排尿反射。如 果环境不适宜，大脑就暂时抑制脊髓中的排尿中枢而不 排尿。
信号光 ωs
信号光 ωs
混频器
ωL
本地光 震荡器
光检测器
带通
载波 恢复
(a)外差同步解调接收机方框图 混频器
ωL
本地光 震荡器
光检测器
带通
包络 检波
(b)外差异步解调接收机方框图
低通 基带信号
低通 基带信号
同步相干接收机量子极限灵敏度
调制方式 ASK ASK PSK PSK FSK FSK
解调方式 外差 零差 外差 零差 外差 零差
40
1
100
1.55
1500
40
140
243
350
40
4
160
261
20
1
200
1.55
270
20
400
260
45
20
1.55
1000
10
相干光通信的特点
• （1）灵敏度提高10～20dB，线路功率损耗可增加到50dB。 • （2）若
使用。 • （3）具有出色的信道选择性和灵敏度，和光频分复用相结合，可以实现
调制方 式
光源
ASK 1.55 μm DBF DBR
FSK DPSK IM/DD
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相干检测原理
光接收机接收的信号光和本地振荡器产生的本振光经混频 器作用后，光场发生干涉，由光检测器输出的光电流经处 理后以基带信号形式输出。由于混频输出光信号的中频信 号功率分量带有信号光的幅度、频率或相位信息，因此发 端不管采用哪种调制方式，均可以在中频功率分量反映出 来，所以相干光接收方式适合于所有调制方式的通信。
带通
包络 检波
低通 基带信号
(b)外差异步解调接收机方框图
同步相干接收机量子极限灵敏度
调制方式 ASK ASK PSK PSK FSK FSK 解调方式 外差 零差 外差 零差 外差 零差 比特误码率（BER） 每比特光子数 Np 长比特流时每比特光 子数 Np 36 18 18 9 36 10
1 erfc ( N P / 4 ) 2 1 erfc ( N P / 2 ) 2 1 erfc ( N P ) 2 1 erfc ( 2N P ) 2 1 erfc ( N P / 2 ) 2 1 erfc (NP ) 2
4 1 140
4 1 400
160 100 243
160 200 260
1.55
218 1500 350
261 270 45 1000
40 40 40
20 20 20 10
DPSK
1.55 1.55
IM/DD
相干光通信的特点
• • • • • （1）灵敏度提高10～20dB，线路功率损耗可增加到50dB。 （2）若在系统中周期性加入EDFA，即可实现长距离传输，适合于干线网 使用。 （3）具有出色的信道选择性和灵敏度，和光频分复用相结合，可以实现 大容量传输，适合于CATV分配网使用。 （4）必须使用频率稳定度和频谱纯度很高的激光器作信号光源和本振光 源。 （5）要求信号光与本振光混频时满足严格的匹配条件以获得高混频效率。
72 36 18 9 36 20
外差异步解调系统实验结果与量子效率比较
调制方 式 ASK
光 源
传输速率 （Gb/s)
传输距离 （km)
光纤波长 （μm)
接收机灵敏度 实际值 量子极限 40
1.55 μm DBF DBR
4
160
1.55
210
FSK
1.55 μm DBF DBR 普通单频 普通单频
1.55 μm DBF DBR 窄线谱 窄线谱
第二十五讲 相干光通信技术
主要内容
• • • •
பைடு நூலகம்
一、相干光通信的定义 二、相干检测原理和光波的调制解调方法 三、相干光通信系统的性能指标 四、相干光通信的特点
相干光通信的定义
• 相干光——是由两个激光器产生的具有空间叠加、相互干 涉特性的激光。 • 相干光通信——在发射端对光载波进行幅度、频率或相位 调制，在接收端，则采用零差检测或外差检测等相干检测 技术进行信息接收的通信方式。
混频器 信号光 ωs 光检测器 ωL 电信号处理
本地光 震荡器
基带信号
相干检测原理方框图
相干检测的方式
•
•
（1）零差检测 选择ωL=ωs,即ωIF=0。零差检测接收光功率可以放大几个数量级，虽然 噪声也增大，但仍能使灵敏度大幅提高，但技术复杂，必须严格控制相 位变化，使φs－φL保持不变，同时要求ωL=ωs 。 （2）外差检测 选择ωL≠ωs,即ωIF= ωs － ωL ＞0。外差检测也能提高灵敏度，信噪比改 善比零差检测低3dB，但因无需实现相位锁定，接收机设计相对简单。
调制方式
• • • • • • • •
模拟信号的三种调制方式： 幅度调制 频率调制 相位调制 数字信号的三种调制方式： 幅移键控 频移键控 相移键控
混频器 信号光 光检测器 带通 载波 恢复 低通
ωs
ωL 本地光 震荡器 (a)外差同步解调接收机方框图 混频器
基带信号
信号光 ωs
光检测器
ωL 本地光 震荡器