光纤通信
光纤通信
第一章 概述1 用光导纤维进行通信最早在哪一年由谁提出? 1966年由英籍华人高锟提出。
2 光纤通信有哪些优点?频带宽、传输容量大；损耗小、中继距离长；重量轻、体积小； 抗电磁干扰性能好；泄漏小、保密性好；节约金属材料，有利于资源合理使用。
3 光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分作用。
点对点光纤通信系统通常由光发射机、光纤、光中继器和光接收机四部分组成，如下图所示：光放大器光纤信息光发射机的作用是把电信号转变为光信号注入光纤传输，它通常由复用器、调制器和光源组成。
复用器的作用是把多路信息信号复用为时分复用（TDM ）信号或频分复用（FDM ）信号。
调制器的作用是用复用信号直接调制（IM ）激光器（LD ）的光强，或通过外调制器调制 LD 的相位。
光源是把电信号转换为光信号，以便在光纤中传输。
光接收机的作用是把经光纤传输后的微弱光信号转变为电信号，对其放大并解调出原基带信号。
光中继器的作用是对经光纤传输衰减后的信号进行放大。
光中继器有光-电-光中继器和全光中继器。
如需对业务进行分出和插入，可使用光-电-光中继器；如只要求对光信号进行放大，则可以使用光放大器。
光纤是光信号传输的介质。
4 简述通信网络的分层结构。
P125 简述通信网络的发展过程。
P8第二章 光纤和光缆1 用光线光学方法简述多模光纤导光原理。
当入射角超过临界角时，没有透射光，只有反射光，这就是多模光纤波导传输光的原理。
2 作为信息传输波导，实用光纤有哪两种基本类型？多模光纤和单模光纤3 什么叫多模光纤？什么叫单模光纤？如果光纤只支持一个传导模式，则称该光纤为单模光纤。
相反，支持多个传导模式的光纤称为多模光纤。
4 光纤传输电磁波的条件有哪2个？光纤传输电磁波的条件除满足光线在纤芯和包层界面上的全反射条件外，还需满足传输过程中的相干加强条件。
5 造成光纤传输损耗的主要因素有哪些？哪些可以改善的？最小损耗在什么波长范围内？引起光纤衰减的原因是光纤对光能量的吸收损耗、散射损耗和辐射损耗。
光纤通信
光纤通信的优缺点：优点：1.通信容量大，2.中继距离长3.抗电磁干扰4.传输误码率极低缺点:1.有些光器件比较昂贵2.光线的机械强度差3.不能传输电力4.光线断裂后维修比较困难。
基本光纤传输系统组成：1：光发射机（光源[直接调制，间接调制]、驱动器、调制器）：把电信号转换为光信号的过程是通过电信号对光的调制实现的。
2，光纤线路（光纤，光线接头，光纤连接器）：把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机。
3.光接收机（光检测器，放大器，相关电路）：把从光纤线路传输，产生畸变和衰减的微弱光信号转变为电信号，并经其后的电接收机放大和处理后恢复成基带信号。
单模光纤：只能传输一个模式（两个偏振态兼并），所以称为单模光纤，信号畸变很小。
色散：（模式色散，材料色散，波导色散）在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的传播时间不同而产生的一种物理效应。
光纤损耗类型：吸收损耗：主要是由二氧化硅材料引起的固有吸收和由杂质引起的吸收产生的，散射损耗:主要有材料微观密度不均匀引起的瑞丽散射和光纤结构缺陷引起的散射产生的。
光线的损耗是系统的传输距离受到限制，大损耗不利于长距离光纤通信。
光与物质作用三种形式：受激吸收，自发辐射，受激辐射。
LD（半导体激光器）产生激光的条件：hf>=Eg光电效应：在PN结界面上由于电子和空穴的扩散运动，形成内部电场。
内部电场是电子和空穴产生与扩散运动相反的漂移运动，最终是能带发生倾斜，在PN结界面附近形成耗尽层，当入射光作用在PN结时，如果光子的能量大于带隙，便发生受激吸收，在耗尽层由于内部电场的作用电子向N区运动空穴向P区运动形成光生漂移电流，在耗尽层两侧是没有电场的中性区，由于热运动，部分光生电子和空穴通过扩散运动可能进入耗尽层然后在电场的作用下，形成光生扩散电流，当与P层和N层连接的电路开路时，便在两端产生电动势，这就是光电效应.光无源器件：连接器和接头，光耦合器，光隔离器和光环形器，光调制器，光开关。
光纤通信系统
激光器的发明和应用，使沉睡了80年的光 通信进入一个崭新的阶段。
大气光通信 激光器一问世，人们就模拟无线电通信进
行了大气激光通信的研究。
实验证明：用承载信息的光波，通过大气 的传播，实现点对点的通信是可行的，但是通 信能力和质量受气候影响十分严重。
1970年，光纤研制取得了重大突破
• 1970年，美国康宁(Corning)公司研制 成功损耗 20dB/km 的石英光纤。把光纤通 信的研究开发推向一个新阶段。
• 1972年，康宁公司高纯石英多模光纤 损耗降低到 4 dB/km。
• 1973年，美国贝尔(Bell)实验室的光 纤损耗降低到 2.5dB/km。
由于当时没有理想的光源和传输介 质， 这种光电话的传输距离很短，并没 有实际应用价值，因而进展很慢。
然而，光电话仍是一项伟大的发明， 它证明了用光波作为载波传送信息的可 行性。
因此，可以说贝尔光电话是现代光 通信的雏型。
红宝石激光器
• 1960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一 台红宝石激光器， 给光通信带来了新的希望。
1000 km内中继器 个数
20
小同轴
960
4
250
中同轴
1800
6
1600
光缆
1920
30
33
光缆
14000(1Gb/s)
84
11
光缆
6000(445MB/S)
134
7
2. 损耗很小，中继距离很长且误码率很小。
目前，实用的光纤通信系统使用的光纤多为 石英光纤，此类光纤在1.55μm波长区的损耗可 低到0.18dB/km，比已知的其他通信线路的损 耗都低得多，因此，由其组成的光纤通信系统 的中继距离也较其它介质构成的系统长得多。
光纤通信技术
光的全反射与光纤的导光原理
光的全反射
当光线从一种介质射入另一种介质时，如果入射角大于某一临界角，光波将在第二种介质表面发生全 反射，即所有的光线都将被反射回第一种介质，而不会进入第二种介质。全反射是光纤导光的物理基 础。
光纤的导光原理
光线在光纤中传播时，由于光的全反射作用，光波被限制在光纤的纤芯中传播，从而实现光的定向传 输。光纤的导光原理是光纤通信中的核心技术之一。
光子集成电路与光子晶体光纤
总结词
光子集成电路和光子晶体光纤是光纤通信技术的两个重 要发展方向。
详细描述
光子集成电路是一种集成了多种光器件的光子回路，具 有高度集成、低能耗、高速传输等优点。而光子晶体光 纤则是一种新型的光纤结构，具有高非线性、高色散等 特性，为光通信带来了新的可能性。
光纤网络的可靠性、稳定性与安全性
光检测器与光接收机
光检测器
光检测器是光纤通信系统的接收端，用于将光信号转换为电信号。常用的光检 测器有光电二极管和雪崩光电二极管。
光接收机
光接收机是将光信号转换为电信号的设备，它包括光检测器、信号处理电路和 放大器等。
光纤与光缆
光纤
光纤是光纤通信系统的传输介质，用于传输光信号。光纤由纤芯和包层组成，纤 芯负责传输光信号，包层则起到保护和折射的作用。
物联网与智能交通
实时数据传输
光纤通信技术能够为智能 交通系统提供实时、可靠 的数据传输服务，支持交 通流量的监控和调度。
车辆安全与控制
光纤通信技术可以用于实 现车辆之间的信息交互， 提高车辆行驶的安全性和 控制精度。
智能停车系统
光纤通信技术可以支持智 能停车系统的建设，实现 车位信息的实时更新和车 辆快速定位。
光纤通信技术的发展历程
光纤通信基本知识
传送层
复用段层网络
段层
再生(zàishēng)段层网络
传输
媒质层
物理层网络
2
第二十七页，共36页。
SJTU
SDH的承载(chéngzài)业务
L5~7
Application
L4
TCP/UDP
L3
IP
L2 ATM FR PPP/HDLC LAPS SDL
L1
SDH
L0
WDM
FR: Frame Relay
具有广泛的适应性
丰富的开销比特,加强了网络的OAM能力 (nénglì)
统一的标准光接口
采用软件进行网络配置和控制,便于扩展 具有完全的后向兼容性和前向兼容性
2
第二十一页，共36页。
SJTU
SDH的比特率
等级(děngjí) 速率（Mb/s）
STM-1
155.520
STM-4
622.080
光纤通信(ɡuānɡ xiān tōnɡ xìn)系统 的新技术
延长中继距离的新技术(jìshù) 光放大器(EDFA) 外调制器(电光晶体LiNbO3) 色散补偿(DCF、Bragg光纤光栅)
提高通信容量的新技术(jìshù) 时分复用技术(jìshù)（TDM） 波分复用技术(jìshù)（WDM）
同步数字系列（SDH---Synchronous Digital
Hierarchy） SDH是由一些网络单元(NE)组成
的、在光纤上进行同步信息传输、复用、分插
和交叉连接的网络
2
第二十页，共36页。
SJTU
SDH的特点(tèdiǎn)
国际统一的数字传输标准STM-N 采用同步复用方式和灵活的复用映射结构,
光纤通信
第一张光纤通信1.光纤通信基本概念根据使用的电磁波频率范围，可将通信技术分为电通信和光通信两类。
电通信：使用的电磁波频率较低，通常分为有线通信和无线通信。
光通信：指一切运用光作为载体而传输信息的所有通信方式的总称。
光纤通信：指单纯的依赖光纤作为媒质来传送光波信息的通信方式。
光纤通信的基本特征：使用发光器件产生的光作为信息载体。
目前使用光导纤维（SiO2）作为传输光波信号的通信介质，它工作在近红外区，波长：0.8—1.8μm，频率：167—375THz。
2.光纤通信系统的组成由电发射机、光发射机、光接收机、电接收机和由光纤构成的光缆等组成。
电发射机输出的调制信号送入光发射机，光发射机主要有驱动电路和光源，其作用是用电发射机输入的电信号对光源进行调制，使光源产生出与电信号相对应的光信号进入光纤，由光纤构成的光缆实现光信号的传输。
光接收机主要有光电检测器和放大电路，当光信号通过光纤到达光接收机时，光电检测器把光信号转换为相应的电信号，经过放大和信号处理后进入电接收机。
在远距离光纤通信系统中，为了补偿光纤的损耗并消除信号失真与噪声的影响，光缆经过一定距离须加装光中继器。
光中继器由两种结构形式：一种是光-电-光-中继器，由光检测器、电信号放大器、判决再生电路、驱动器和光源等组成。
作用是：将光信号变成电信号，经过放大和再生，然后再变换成光信号送入下一段光纤中传输。
另一种是用光纤放大器实现在线光信号放大。
3.光纤通信的特点：1)通信容量大；2)中继距离远；3）抗电磁干扰能力强，无串话；4）光纤细，光缆轻；5）资源丰富，节约有色金属和能源。
4.纤通信的发展趋势1）时分复用(TDM)方式向超高速系统发展2）波分复用(WDM)方式向密集化方向发展3）新型光纤不断发展4）向宽带光纤接入网方向发展5）新型器件和高新技术在光纤通信系统的应用6）全光通信网络5.光纤：从材料上分为石英光纤、多组分玻璃光纤、氟化物光纤、塑料光纤等。
光纤通信技术与设备
光接收机是用于接收和放大光信号的设备，它包括光检测器、前置放大器和主放大器等组件。
光检测器与光接收机
光纤是光纤通信系统中的传输媒介，用于传输光信号。光纤由纤芯和包层组成，纤芯负责传输光信号，包层则起到保护作用。
光纤
光缆是由多根光纤组成的集合体，外面通常有加强筋和保护层。光缆用于将光信号从一个地方传输到另一个地方。
衡量光放大器性能的指标包括增益、噪声系数、带宽等，这些指标直接影响光纤通信系统的传输距离和容量。
光放大器广泛应用于长距离、大容量光纤通信系统，如骨干网、海底光缆等，为光纤通信网络提供可靠的光信号放大功能。
光分路器与光耦合器
光分路器概述：光分路器是一种无源光器件，用于实现光的分路和合路功能，常用于光纤接入网络和数据中心等领域。
波分复用技术
光纤非线性效应是指光纤中的光信号与光纤介质相互作用时产生的一种非线性光学现象。
光纤非线性效应包括非线性折射、非线性吸收、光克尔效应等，这些效应会导致光信号的失真和畸变，影响光纤通信系统的性能。
在光纤通信系统中，需要采取措施减小光纤非线性效应的影响，如采用低非线性系数的光纤、优化光信号的功率和脉冲宽度等。
光纤通信技术与设备
CATALOGUE
目录
光纤通信技术概述 光纤通信系统组成 光纤通信关键技术 光纤通信设备与器件 光纤通信网络架构 光纤通信发展趋势与挑战
01
光纤通信技术概述
光纤通信是一种利用光波在光纤中传输信息的技术。
定义
传输损耗低、传输容量大、抗电磁干扰能力强、保密性好、耐腐蚀、重量轻等。
多业务支持
城域光纤网络具有高可用性，能够保证城市关键信息基础设施的可靠运行。
高可用性
城域光纤网络
光纤通信的简介
现代通信技术辅导6第六章光纤通信一、知识点∙光纤通信概述。
∙光纤与光缆。
∙光纤通信系统。
二、重点难点内容（一）光纤通信概述本节介绍光纤通信的概念、发展、实用工作窗日以及光纤通信的特点。
光纤即为光导纤维的简称。
光纤通信是以光纤为传输媒质，以光信号为信息载体的通信方式。
1. 光纤通信的发展史1966年，英籍华人高馄指出：如果能够减少玻璃中的杂质含量，就可以制造出损耗低于20dB/km 的光纤。
1970 年是使光纤通信发展出现跨越的一年，美国康宁公司研制出了损耗系数为20dB / km的光纤。
同年，美贝尔公司研制出使用寿命长达几小时的半导体激光器，光纤通信从此进入飞速发展。
通过以上的发展时期可以把光纤通信的发展归纳为三个阶段：1966～1976年：从基础研究到商业应用的开发时期；1976～1986 年：以提高传输速率和增加传输距离为目的和大力推广的发展阶段；1986～1996年：以实现超大容量超长距离为目标，全面深入开展新技术的援救阶段。
2.目前光纤通信的实用工作波长光纤通信传输的信号是光波信号，光波是人们熟悉的电磁波，其波长在微米级，频率为1014Hz ～1015Hz数量级。
根据电磁波潜可知，紫外线、可见光、红外线均属于光波的范畴，μm ～1.8μm。
可分为短波长目前光纤通信使用的波长范围是在近红外区，即波长为0.8μm，长波长波段是指波长为1.31μm和波段和长波长波段，短波长波段是指波长为0.85μm，这是目前光纤通信所采用的只个工作波长，也叫工作窗口。
1.553.光纤通信的特点目前光纤通信己经成为通信中的最主要的传输技术，以下优点。
( l ) 传输频带宽，通信容量大由信氨论知道，载波频率越高，通信容量越大。
它与其他通信传输系统相比，具有目前光纤通信使用的光载波频率在1014Hz ～1015Hz数量级，比常用的微波频率高104倍～105倍，因而，通信容量原则上比微披通信高104倍～105 倍。
( 2 ) 传输衰减小，传输距离长普通传输线的传输损耗，主要是由铜线的电阻以及导线间电容的漏电引起的，要想降低损耗，就得增大传输线的尺寸。
光纤通信
第一章习题•1.1什么是光纤通信？简述光纤通信的发展历程？•解：光纤通信是以光波作为传输信息的载波、以光纤作为传输介质的一种通信方式。
也就是说，光纤通信是将待传送的语音、图像和数据等信号调制在光载波上，然后通过光纤进行传输的一种通信方式。
光纤通信的发展粗略分为如下几个阶段（1）第一阶段（1966-1976年），从基础研究到商业应用的开发时期。
在这个时期，实现了短波长（0.85μm）低速率（45-140Mb/s）多模光纤通信系统，无中继传输距离约10km。
（2）第二阶段（1976-1986年），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。
在这个时期，光纤从多模发展到单模，工作波长从短波长发展到长波长（1.31μm和1.55μm），实现了工作波长为1.31μm、传输速率为140-565Mb/s的单模光纤通信系统，无中继传输距离为10-50km。
（3）第三阶段（1986-1996年），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。
在这个时期，实现了1.55μm色散移位单模光纤通信系统。
采用外调制技术，传输速率可达2.5-10Gb/s，无中继传输距离可达100-150km。
（4）第四阶段（1996年-至今），开展研究光纤通信新技术。
采用光放大器增加中继距离和采用波分复用增加传输容量。
现在10Gb/s、40Gb/s的系统也已商用化。
1.2 光纤通信为什么能够成为一种主要的通信方式？解：光纤通信能够成为现代的主要通信方式，是归因于光纤通信具有以下突出的优点：①通信速率高（单波长速率已达10Gb/s以上），传输容量大（光波具有很高的频率，约1014Hz，一根光纤可同时传输几十个波长) ；②损耗低（单模已低达0.2dB/km)、传输距离远（中继距离可达50-100Km）；③抗干扰能力强（抗强电、雷电和核辐射干扰），保密性好（光纤由石英玻璃制成，由于是绝缘材料，不受电磁场干扰；在光纤中传输的光泄漏非常微弱）；④质量轻（是传输相同信息量电缆重量的1/10-1/30），体积小（是相同容量电缆外径的1/3-1/4），敷设方便；⑤耐腐蚀，耐高温（石英玻璃熔点在2000 C以上），可在恶劣环境中工作，寿命长；⑥节约金属材料，有利于资源合理使用（制造同轴电缆和波导管的铜、铝、铅等金属材料，在地球上的储存量是有限的；而制造光纤的石英（SiO2)在地球上基本上是取之不尽的材料）1.3 光纤通信系统的组成主要包括哪些部分？试画出简图予以说明。
光纤通信
M-Z型电光调制器
激光部分 调制部分
集成电吸收调制
常用的光电接收器材料
• 常用光电接收器 的材料有硅锗等 • 右图为几种常用 材料的响应曲线 • 光电接收器的基 本性能：响应波 长，敏感度，噪 声性能等
Quantum Efficiency = 1
Germanium
InGaAs
0.5 Silicon 0.1 500
频带宽，通信容量大。 光纤可利用的带宽约为50000GHz，1987年
投入使用的1.7Gb/s光纤通信系统，一对光纤能同时传输24192路电 话，2.4Gb/s系统，能同时传输30000多路电话。频带宽，对于传输 各种宽频带信息具有十分重要的意义，否则，无法满足未来宽带综 合业务数字网(B-ISDN)发展的需要。
光放大器都是由增益介质、能源、输入输出耦合结构组成。
根据增益介质的不同，目前主要有两类光放大器：
一类是用活性介质，如半导体材料和掺稀土元素（如Nd， Sm， Ho，Er，Pr，Tm和Yb）的光纤，利用受激辐射机制 实现光的直接放大，如半导体激光放大器和掺杂光纤放大器； 一类是基于光纤的非线性效应，利用受激散射机制实现光的直 接放大，如光纤喇曼放大器和光纤布里渊放大器。
接收器：光接收器的关键设备是光检测器，其主要功能就是把光信息信号转换回
电信号(光电流)。当今光纤通信系统中的光检测器是个半导体光电二极管(PD)
光纤的结构
• 纤芯 ：折射率较高，用来传送光； • 包层 ：折射率较低，与纤芯一起形成全反射； • 保护套 ：强度大，能承受较大冲击，保护光纤。
纤芯
光纤弯曲半径不宜过小； 光纤的切断和连接操作相对复杂；
分路、耦合相对麻烦。
2.光纤通信系统及关键技术
什么是光纤通信
光纤通信光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的一种通信方式。
光纤即为光导纤维的简称。
光纤通信的原理是：在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。
从原理上看,构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。
光纤除了按制造工艺、材料组成以及光学特性进行分类外，在应用中,光纤常按用途进行分类，可分为通信用光纤和传感用光纤。
传输介质光纤又分为通用与专用两种,而功能器件光纤则指用于完成光波的放大、整形、分频、倍频、调制以及光振荡等功能的光纤，并常以某种功能器件的形式出现。
光纤通信不同于有线电通信，后者是利用金属媒体传输信号，光纤通信则是利用透明的光纤传输光波。
虽然光和电都是电磁波，但频率范围相差很大。
一般通信电缆最高使用频率约9-24兆赫(106Hz)，光纤工作频率在1014Hz-1015Hz 之间。
光纤通信的主要特点：(1)通信容量大、传输距离远；(2)信号干扰小、保密性能好;(3)抗电磁干扰、传输质量佳,电通信不能解决各种电磁干扰问题，唯有光纤通信不受各种电磁干扰。
(4)光纤尺寸小、重量轻，便于铺设和运输；(5)材料来源丰富,环境保护好，有利于节约有色金属铜。
(6)无辐射，难于窃听,因为光纤传输的光波不能跑出光纤以外。
(7)光缆适应性强，寿命长。
(8)质地脆，机械强度差。
(9)光纤的切断和接续需要一定的工具、设备和技术。
(10)分路、耦合不灵活。
(11)光纤光缆的弯曲半径不能过小（>20cm）(12)有供电困难问题。
光纤传输系统主要由：光发送机、光接收机、光缆传输线路、光中继器和各种无源光器件构成。
要实现通信，基带信号还必须经过电端机对信号进行处理后送到光纤传输系统完成通信过程。
它适合于光纤模拟通信系统中，而且也适用于光纤数字通信系统和数据通信系统。
光纤通信
第一章2、光纤通信系统的基本组成：（P2图1-3）目前采用比较多的系统形式是强度调制/直接检波（IM/DD）的光纤数字通信系统。
该系统主要由光发射机、光纤、光接收机以及长途干线上必须设置的光中继器组成。
息源电发射机光发射机光接收机电接收机信息宿基本光纤传输系统光纤线路接 收发 射电信号输入光信号输出光信号输入电信号输出1）在点对点的光纤通信系统中，信号的传输过程：由电发射机输出的脉码调制信号送入光接收机，光接收机将电信号转换成光信号耦合进光纤，光接收机将光纤送过来的光信号转换成电信号，然后经过对电信号的处理以后，使其恢复为原来的脉码调制信号送入电接收机，最后由信息宿恢复用户信息。
2）光发射机中的重要器件是能够完成电-光转换的半导体光源，目前主要采用半导体发光二极管(LED)和半导体激光二极管（LD)。
3）光接收机中的重要部件是能够完成光-电转换的光电检测器，目前主要采用光电二极管（PIN）和雪崩光电二极管（APD）。
特性参数：灵敏度3、光纤通信的特点：优点：（1），传输频带宽，通信容量大。
（2）传输损耗小，中继距离长（3）保密性能好（4）抗电磁干扰能力强（5）体积小、重量轻。
（6）原材料来源丰富、价格低廉。
缺点：1）不能远距离传输；2）传输过程易发生色散。
第二章光纤由涂覆层、纤芯、包层组成。
1）、按照光纤横截面折射率分布不同来划分：①阶跃型光纤②渐变型光纤2）按照纤芯中传输模式的数量划分：1多模光纤2单模光纤8、光纤的传输特性：第3章光纤通信器件1、半导体光源的种类：半导体激光器LD和半导体发光二极管LED。
光和物质的相互作用：1）自发辐射的特点：①在没有外界作用的条件下自发产生的过程②辐射光子的频率亦不同，频率范围很宽。
③电子的发射方向和相位也是各不相同的，是非相干光。
2）受激吸收的特点：①在外来光子的激发下发生跃迁过程②外来光子的能量等于电子跃迁的能级之差③受激跃迁是一个消耗外来光能的过程3）受激辐射的特点：①外来光子的能量等于跃迁的能级之差。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2
§4.3.1 光纤通信原理及构成
光纤通信系统的基本组成如图4.3.1-1所示，主 所示， 光纤通信系统的基本组成如图 所示 要由3部分构成：光发送机，光纤传输线及光接收机。 要由 部分构成：光发送机，光纤传输线及光接收机。 部分构成
第 三 章 光 电 信 息 转 换
光发送机
光接收机
发送机
接收机
图4.3.1-1光纤通信系统的基本组成
电信号输入 输入 接口 线路 编码 调制 电路 光源 光信号输出
制电 路
第 三 章 光 电 信 息 转 换
图4.3.1-6 数字光发送机的组成框图
1 码 码
线路编码 数字光纤通信 光 示 1 码 光 制 电 示 0
§4.3.1光纤通信原理及构成
目录 章首 节首 上一张 下一张 结束
14
对来自电端机的信号进行线路编码，主要目的是： 对来自电端机的信号进行线路编码，主要目的是： (1) 限制信号带宽，减小功率谱中的高低频分量。 限制信号带宽，减小功率谱中的高低频分量。 (2) 尽可能减少连“1” 码和“0”码的数目，使“1” 尽可能减少连“ ” 码和“ ”码的数目， ” 码和“ ” 码和“0”码 匀分 ， 分 。
所有的光线都将被限制在光纤芯中， 所有的光线都将被限制在光纤芯中，这就是光纤 导光的基本原理。 导光的基本原理。 为实现全反射，对光线的入射角有一个最大值限制， 为实现全反射，对光线的入射角有一个最大值限制， 4.3.1-1 有 成 ， ， 4.3.1-2
第 三 章 光 电 信 息 转 换
n0 sinθi = n1 cos c = (n − n2 ) ϕ
第 三 章 光 电 信 息 转 换
BLD λ < 1 ∆
4.3.1-7
光发送 光发送 的 成光脉冲信号， 成光脉冲信号， 的光脉冲信号 以 发送 的 脉冲信号 光纤通信 光 的 纤 。
§4.3.1光纤通信原理及构成
目录 章首 节首 上一张 下一张 结束
13
数字光发送机的组成框图如图4.3.1-6所示 所示 数字光发送机的组成框图如图
24
第 三 章 光 电 信 息 转 换
对于PCM码流，通常认为“1”码与“0”码出现 码流，通常认为“ ”码与“ ” 对于 码流 的概率P(1)、P(0)是相等的 ， 如果将 “ 0” 码误判为 是相等的， 的概率 、 是相等的 如果将“ ” “ 1”码的概率为 ” 码的概率为P(1/0)，将 “ 1”码误判为 “ 0”码 ， ” 码误判为“ ” 的概率为P(0/1)， 的概率为P(0/1)， 误码率为 1 BER = P(1)P(0/ 1) + P(0)P(1/ 0) = [P(0/ 1) + P(1/ 0)] 4.3.1-9 2 2、 、 是 光 的 ， 光纤通信 的 通信 光 下， 的 为 一 误码率的 下， 光 的 光 率
第 三 章 光 电 信 息 转 换
换 光信号 APD 电信号
101011
AGC
波
§4.3.1光纤通信原理及构成
目录 章首 节首 上一张 下一张 结束
18
4、均衡器 、 均衡器的作用是对主放大器输出的失真的数字脉冲 信号进行整形，使之成为最有利于判决 、 信号进行整形 ， 使之成为最有利于判决、码间干扰最 小的波形，通常为升余弦波，其表达式为： 小的波形，通常为升余弦波，其表达式为： π πβ
第 三 章 光 电 信 息 转 换
4.3.1-9
，
均衡器输出为 是
波形时， 波形时， 时
TB
的 信 ， ， 在均衡器输出信 的波 的 。
§4.3.1光纤通信原理及构成
目录 章首 节首 上一张 下一张 结束
20
第 三 章 光 电 信 息 转 换
TB
t
4.3.1-9
5 成 信
§4.3.1光纤通信原理及构成
4.3.1-4
第 三 章 光 电 信 息 转 换
式中，为光纤的纤芯 包层相对折射率差。 式中，为光纤的纤芯——包层相对折射率差。 包层相对折射率差 光纤。 理 可 光纤 为 光纤 光纤。 µm ， µm， 包 光纤的纤芯 光纤的纤芯 ， 为50µm。 光纤中， 层 为 。 光纤中，可 励 的 式， 的， 式， 式 的 率 的 ， 射的 光 率 一 式 ， 式 光纤中， 通 的 。 光纤中 ， 一 式， 式， 为 。
特性， 特性，定 dB/km 4.3.1-5
10 lg( Pout / Pin ) L
§4.3.1光纤通信原理及构成
目录 章首 节首 上一张 下一张 结束
10
第 三 章 光 电 信 息 转 换
4.3.1-5
光纤
§4.3.1光纤通信原理及构成
目录 章首 节首 上一张 下一张 结束
11
第 三 章 光 电 信 息 转 换
（2）光纤的色散 在多模光纤中， 在多模光纤中，由不同模式携带的光的传播常数不 即在光纤中的传播速度不同。这样， 同，即在光纤中的传播速度不同。这样，一个窄的脉冲 经过一段光纤传输后，将被展宽，产生码间干扰， 经过一段光纤传输后，将被展宽，产生码间干扰，这种 光纤的色散。 模光纤， 度， 模光纤， 色散 数 色散的 度， 个 间 1nm的光 在光纤中传输 的光 在光纤中传输1km 后的 。 ∆λ ，光纤 度 L 光 ， ∆T ∆T = DL ∆λ 4.3.1-6
n0 sin θ i = n1 sin θ r
第 三 章 光 电 信 息 转 换
4.3.1-1
中， 中，
空气 纤芯的折射 界面 ， 折射 入射角 ， 定
4.3.1-2
折射光到 纤芯—— 纤芯 射， 界角 ， 发生 射，
sin ϕ c = n 2 / n1
§4.3.1光纤通信原理及构成
7
目录 章首 节首 上一张 下一张 结束
则判断为“ ” 则判断为“0”码 一 一 出的 信号
判断为“ ” 判断为“1”码，则 “1” ” ， 成的 是一 的 ， 在判决 判断为“ ” 判断为“0” 电 ， 的输
电 出
码，则输出一 “0” ”
§4.3.1光纤通信原理及构成
目录 章首 节首 上一张 下一张 结束
22
6、峰值检波器与AGC放大器 、峰值检波器与 放大器 AGC放大器是自动增益控制电路的一个组成部分。 放大器是自动增益控制电路的一个组成部分。 放大器是自动增益控制电路的一个组成部分 将由升余弦波组成的数字脉冲信号取出一部分送到峰 值检波器
§4.3光纤通信
目录 章首 节首 上一张 下一张 结束
1
§4.3光纤通信
§4.3.1光纤通信原理及构成 4.3.1光纤通信原理及构成
第 三 章 光 电 信 息 转 换
§4.3.2光纤通信 4.3.2光纤通信
§4.3.3光纤 4.3.3光纤
§4.3.1光纤通信原理及构成
目录 章首 节首 上一张 下一张 结束
n0
n0
(a) 阶跃折射率分布光纤
(b) 渐变折射率分布光纤
图4.3.1-3纤芯折射率径向分布 纤芯折射率径向分布
§4.3.1光纤通信原理及构成
目录 章首 节首 上一张 下一张 结束
5
光纤的导光原理可用射线理论与导波理论两种方 法进行分析。这里， 法进行分析。这里，仅对阶跃折射率分布光纤的射线 理论分析方法进行介绍。 理论分析方法进行介绍。 4.3.1-4 。
2 1
2 1/ 2
4.3.1-3
为光纤的 值 Aperture，NA ， 光纤的
n0 sin θ i
光
Numerical 。
§4.3.1光纤通信原理及构成
目录 章首 节首 上一张 下一张 结束
8
对于 n2 ≈ n1 NA可近似为 ， 可近似为 1/ 2 =n NA 1(2∆)
∆ = (n1 − n2 ) / n1
第 三 章 光 电 信 息 转 换 θi θr n1 n2 n0 φ
光波
阶跃折射率分布光纤
的
4.3.1-4光波 阶跃折射率分布光纤 的 光波
§4.3.1光纤通信原理及构成
目录 章首 节首 上一张 下一张 结束
6
一束光线以与光纤轴线成的角度入射到芯区中心， 一束光线以与光纤轴线成的角度入射到芯区中心， 在光纤——空气界面发生折射， 折射光与光纤轴线的 空气界面发生折射， 在光纤 空气界面发生折射 夹角由斯涅耳定律决定
§4.3.1光纤通信原理及构成
目录 章首 节首 上一张 下一张 结束
12
色散对通信容量（比特率·距离积 的限制， 距离积） 色散对通信容量（比特率 距离积）的限制，可以 利用不产生相邻脉冲重叠的准则估计。 利用不产生相邻脉冲重叠的准则估计。设发送信号的 比特率为B， 比特率为 ，相应比特间隔为 TB =1/ B ，则应有 ∆T <TB ，对容量的限制为
§4.3.1光纤通信原理及构成
目录 章首 节首 上一张 下一张 结束
9
光纤有两个重要的特性，一个是损耗特性， 光纤有两个重要的特性，一个是损耗特性，一个 是色散特性，决定了光纤通信系统的容量。 是色散特性，决定了光纤通信系统的容量。 （1）光纤的损耗 系
第 三 章 光 电 信 息 转 换
光纤的
α = −
I
输 信号
第 三 章 光 电 信 息 转 换
(a) LED 4.3.1-7 光
(b) LD 原理
§4.3.1光纤通信原理及构成
目录 章首 节首 上一张 下一张 结束
17
三、光接收机 光接收机是光纤通信系统的重要组成部分， 光接收机是光纤通信系统的重要组成部分，其作 用是将来自光纤的光信号转换成电信号， 用是将来自光纤的光信号转换成电信号，恢复光载波 所携带的原信号。 所携带的原信号。 4.3.1-8 光接收机的组成 。