第七章光纤通信
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光纤通信PPT课件
就叫做“受激辐射的光放大”，简称激光。
1950年，波尔多一所中学的教师阿尔弗雷德·卡斯特 勒同让·布罗塞尔发明了“光泵激”技术。这一发明后 来被用来发射激光
14
2.2.1 光纤通信概述
1951年，美国哥伦比亚大学的一位教授查尔斯·汤 斯（Townes）对微波的放大进行了研究，经过三年 的努力，他成功地制造出了世界上第一个“微波激 射器”，即“受激辐射的微波放大”的理论。 1958年，汤斯和肖洛在《物理评论》杂志上发表了 他们的“发明”——关于“受激辐射的光放大”（ 即LASER）的论文。
意思是“受激辐射的光放大”。
13
2.2.1 光纤通信概述
什么叫做“受激辐射”？ 在组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分 布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光子 的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上，这时 将会辐射出与激发它的光相同性质的光，而且在某种 状态下，能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这
17
2.2.1 光纤通信概述
第二种方式：把光束限制在特定空间
透镜波导：在金属管内每隔一定距离安装一个透镜，
每个透镜把经传输的光束聚到下一个透镜而实现
18
2.2.1 光纤通信概述
反射镜波导：用与光束传输方向成45度角的两个
平行反射镜代替透镜而构成
首先：现场施工中校准和安装十分复杂； 其次：地面活动对波导影响很大
5
2.2.1 光纤通信概述
各种传输介质所能承载的载波大小：
铜线——1MHz 同轴电缆——100MHz 无线电——500kHz～100MHz 微波（包括卫星信道）——100GHz 光纤——几百THz NEC和Alcatel报道他们的传输容量分别达到
10.92Tb/s和10.02Tb/s。（采用波分复用技术 ）
1950年，波尔多一所中学的教师阿尔弗雷德·卡斯特 勒同让·布罗塞尔发明了“光泵激”技术。这一发明后 来被用来发射激光
14
2.2.1 光纤通信概述
1951年，美国哥伦比亚大学的一位教授查尔斯·汤 斯（Townes）对微波的放大进行了研究，经过三年 的努力，他成功地制造出了世界上第一个“微波激 射器”，即“受激辐射的微波放大”的理论。 1958年，汤斯和肖洛在《物理评论》杂志上发表了 他们的“发明”——关于“受激辐射的光放大”（ 即LASER）的论文。
意思是“受激辐射的光放大”。
13
2.2.1 光纤通信概述
什么叫做“受激辐射”？ 在组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分 布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光子 的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上，这时 将会辐射出与激发它的光相同性质的光，而且在某种 状态下，能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这
17
2.2.1 光纤通信概述
第二种方式：把光束限制在特定空间
透镜波导：在金属管内每隔一定距离安装一个透镜，
每个透镜把经传输的光束聚到下一个透镜而实现
18
2.2.1 光纤通信概述
反射镜波导：用与光束传输方向成45度角的两个
平行反射镜代替透镜而构成
首先：现场施工中校准和安装十分复杂； 其次：地面活动对波导影响很大
5
2.2.1 光纤通信概述
各种传输介质所能承载的载波大小：
铜线——1MHz 同轴电缆——100MHz 无线电——500kHz～100MHz 微波（包括卫星信道）——100GHz 光纤——几百THz NEC和Alcatel报道他们的传输容量分别达到
10.92Tb/s和10.02Tb/s。（采用波分复用技术 ）
光纤通信概论课件
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光纤放大技术
总结词
简化网络结构
详细描述
光纤放大技术简化了网络结构，减少了中继 站的数量，降低了网络的复杂性和成本。这 有助于提高网络的可靠性和可维护性，降低 运营和维护成本。
光纤放大技术
总结词
推动光网络发展
详细描述
光纤放大技术是推动光网络发展的重要支撑 技术之一。它促进了光网络的规模应用和发 展，使得光网络成为现代通信网络的主流技
光的衍射
光波在传播过程中遇到障碍物或孔隙时，会绕过障碍物或孔隙继续传播的现象。 衍射是光波的波动性的另一重要表现，它也是光学仪器和光通信中常用的技术手 段。
光的全反射
• 光的全反射：当光从光密介质射向光疏介质时，如果入射角大 于某一临界角，光波将在界面上完全反射回光密介质，而不能 进入光疏介质的现象。全反射是光纤通信中的重要原理之一， 它使得光波能够在光纤中实现低损耗、长距离的传输。
光纤通信面临的挑战
技术成熟度
虽然光纤通信技术已经取得了长 足的进步，但在一些特殊环境和 应用场景中，技术成熟度仍需进
一步提高。
成本与投资
光纤通信系统的建设和维护成本较 高，需要大量的资金投入，同时也 需要探索更加有效的商业模式。
网络安全与隐私
随着光纤通信网络的普及，网络安 全和隐私保护问题也日益突出，需 要加强技术和管理措施，保障网络 的安全和用户的隐私。
军事领域
光纤通信在军事领域中具有保 密性好、抗电磁干扰等优点， 广泛应用于军事通信。
企业和校园网络
光纤通信也广泛应用于企业和 校园网络的建设，提供高速、 稳定的数据传输服务。
02
光纤通信系统组成
光源和光发送机
光源
《光纤通信基础》习题及答案
光栅技术
第二章部分
2.1、光纤的结构由哪几部分组成？各有什么作用？ 答：光纤（Optical Fiber）是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。纤芯的 折射率比包层稍高，损耗比包层更低，光能量主要在纤芯内传输。包层为光的传输提供反射 面和光隔离，并起一定的机械保护作用。 2.2、简述光纤的类型包括哪几种以及各自特点？ 解：实用光纤主要有三种基本类型： 1）、突变型多模光纤（Step Index Fiber, SIF）， 纤芯折射率为 n1 保持不变，到包层突然 变为 n2。这种光纤一般纤芯直径 2a=50~80 μm，光线以折线形状沿纤芯中心轴线方向传播， 特点是信号畸变大。 2）、渐变型多模光纤（Graded Index Fiber, GIF）， 在纤芯中心折射率最大为 n1，沿径向 r 向外围逐渐变小，直到包层变为 n2。这种光纤一般纤芯直径 2a 为 50μm，光线以正弦形 状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变小。 3）、单模光纤（Single Mode Fiber, SMF），折射率分布和突变型光 纤相似，纤芯直径只有 8~10 μm，光线以直线形状沿纤芯中心轴线方向传播。因为这种光 纤只能传输一个模式（两个偏振态简并），所以称为单模光纤，其信号畸变很小。 2.3、色散的产生以及危害？ 答：由于光纤中所传信号的不同频率成分， 或信号能量的各种模式成分，在传输过程中， 因群速度不同互相散开，引起传输信号波形失真，脉冲展宽的物理现象称为色散；光纤色散 的存在使传输的信号脉冲畸变，从而限制了光纤的传输容量和传输带宽。 2.4、光缆的结构分类？ 答：(1) 层绞式结构：层绞式光缆的结构类似于传统的电缆结构方式，故又称为古典式光缆。 (2) 骨架式结构：架式光缆中的光纤置放于塑料骨架的槽中，槽的横截面可以是 V 形、U 形 或其他合理的形状，槽的纵向呈螺旋形或正弦形，一个空槽可放置 5~10 根一次涂覆光纤。 (3) 束管式结构：束管式结构的光缆近年来得到了较快的发展。它相当于把松套管扩大为整 个纤芯，成为一个管腔，将光纤集中松放在其中。 (4) 带状式结构：带状式结构的光缆首先将一次涂覆的光纤放入塑料带内做成光纤带，然后 将几层光纤带叠放在一起构成光缆芯。 2.5、光缆的种类？ 答：根据光缆的传输性能、距离和用途，光缆可以分为市话光缆、长途光缆、海底光缆和用
光纤通信技术-第七章-光纤通信系统PPT课件
能传输监控、公务和区间信号; 能实现比特序列独立性，即不论传输的信息
信号如何特殊，其传输系统都不依赖于信息 信号而进行正确的传输。
1. 扰码
为了保证传输的透明性，在系统光发射机 的调制器前，需要附加一个扰码器，将原始的 二进制码序列进行变换，使其接近随机序列。 它是根据一定的规则将信号码流进行扰码，经 过扰码后使线路码流中的“0”、“1”出现概 率相等，从而改善了码流的一些特性。但是它 仍然具有下列缺点：
2. 可以用再生中继，传输距离长。数字通信系 统可以用不同方式再生传输信号，消除传输 过程中的噪声积累，恢复原信号，延长传输 距离。
3. 适用各种业务的传输，灵活性大。在数字通 信系统中，话音、图像等各种信息都变换为 二进制数字信号，可以把传输技术和交换技 术结合起来，有利于实现综合业务。
4. 容易实现高强度的保密通信。只需要将明文 与密钥序列逐位模2相加， 就可以实现保密 通信。只要精心设计加密方案和密钥序列并 经常更换密钥， 便可达到很高的保密强度。
光纤部分可根据所传信号的质量要求、传 输距离、适用场合等指标选单模光纤、多模光 纤或其他特ห้องสมุดไป่ตู้光纤。
光接收部分则采用和光发射部分相反的操 作，将光信号转换为电信号，然后再进行解复 用，然后将基带信号送给相关用户。
7.1.2 光纤通信系统的分类
光纤通信系统根据不同的分类方法可以划分 为不同类型。 1. 按系统所用光纤类型可将光纤通信系统分为单模 光纤通信系统和多模光纤通信系统； 2. 按光纤通信系统应用的场合分为公用型光纤通信 系统和专用光纤通信系统，如专网中的电力光纤 通信系统，铁道光纤通信系统，军用光纤通信系 统等；
不能完全控制长连“1”和长连“0”序列的 出现；
没有引入冗余，不能进行在线误码检测； 信号频谱中接近于直流的分量较大。
信号如何特殊，其传输系统都不依赖于信息 信号而进行正确的传输。
1. 扰码
为了保证传输的透明性，在系统光发射机 的调制器前，需要附加一个扰码器，将原始的 二进制码序列进行变换，使其接近随机序列。 它是根据一定的规则将信号码流进行扰码，经 过扰码后使线路码流中的“0”、“1”出现概 率相等，从而改善了码流的一些特性。但是它 仍然具有下列缺点：
2. 可以用再生中继，传输距离长。数字通信系 统可以用不同方式再生传输信号，消除传输 过程中的噪声积累，恢复原信号，延长传输 距离。
3. 适用各种业务的传输，灵活性大。在数字通 信系统中，话音、图像等各种信息都变换为 二进制数字信号，可以把传输技术和交换技 术结合起来，有利于实现综合业务。
4. 容易实现高强度的保密通信。只需要将明文 与密钥序列逐位模2相加， 就可以实现保密 通信。只要精心设计加密方案和密钥序列并 经常更换密钥， 便可达到很高的保密强度。
光纤部分可根据所传信号的质量要求、传 输距离、适用场合等指标选单模光纤、多模光 纤或其他特ห้องสมุดไป่ตู้光纤。
光接收部分则采用和光发射部分相反的操 作，将光信号转换为电信号，然后再进行解复 用，然后将基带信号送给相关用户。
7.1.2 光纤通信系统的分类
光纤通信系统根据不同的分类方法可以划分 为不同类型。 1. 按系统所用光纤类型可将光纤通信系统分为单模 光纤通信系统和多模光纤通信系统； 2. 按光纤通信系统应用的场合分为公用型光纤通信 系统和专用光纤通信系统，如专网中的电力光纤 通信系统，铁道光纤通信系统，军用光纤通信系 统等；
不能完全控制长连“1”和长连“0”序列的 出现；
没有引入冗余，不能进行在线误码检测； 信号频谱中接近于直流的分量较大。
光纤通信_第7章 光纤通信系统PPT课件
FOH FOH FOH FOH
123 … N 1 … N 1 … N 1 … 时隙
一帧
图7.11 数字信号的时分复用
PDH（Plesiochronous Digital Hierarchy）是指准同 步数字体系。根据国际电报电话咨询委员会CCITT （现改为国际电联标准化组织ITU-T）G.702建议， PDH的基群速率有两种， 即PCM30/32路系统和PCM24 路系统。 我国和欧洲各国采用PCM30/32路系统， 其 中每一帧的帧长是125μs，共有32个时隙（TS0～ TS31），其中30个为话路（TS1～TS15和TS17～ TS31），时隙TS0被用作帧同步信号的传输，而时隙 TS16用作信令及复帧同步信号的传输。
每个时隙包含8 bit， 所以每帧有8×32=256 bit， 码速 率为256 bit×（1/125 μs）=2.048 Mb/s。 日本和北美使 用的PCM24路系统， 基群速率为1.544 Mb/s。 几个基 群信号（一次群）又可以复用到二次群， 几个二次群 又可复用到三次群……。 表7.1是PDH各次群的标准比 特率。
模拟信号
输出信号
6
6
抽 样4
4
滤波
2
2
0
0
量化 3
67
5 12
6 3
7
5
1
2
解码
编码
011 110 111 101 001 010 (3) (6) (7) (5) (1) (2)
011 110 111 101 001 010 (3) (6) (7) (5) (1) (2)
图7.10 PCM编码和解码过程
PCM编码包括抽样、 量化、 编码三个步骤， 如 图7.10左半部分所示。 把连续的模拟信号以一定的抽 样频率f或时间间隔T抽出瞬时的幅度值， 再把这些幅 度值分成有限的等级， 四舍五入进行量化。 如图中把 幅度值分为8种， 所以每个范围内的幅度值对应一个量 化值， 这8个值可以用3位二进制数表示， 比如0对应 000， 1对应001， 2对应010， 3对应011， 4对应100， 5对应101， 6对应110， 7对应111。
光纤通信ppt模板课件
1966年英籍华人高琨博士提出光导纤维的
概念在全世界范围内掀起了发展光纤通信 的高潮。
1978年工作于0.8μm的第一代光波系统正
式投入商业应用。
上世纪80年代初，早期的采用多模光纤的
第二代光波通信系统问世。
1990年，工作于2.4Gb/s，1.55μm的第三代
光波系统已能提供通信商业业务。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1.5光纤通信的发展趋势
国家863计划通信技术主题专家组副组长 纪
越峰 ：在高速光传输方面，目前已实现了 10.96Tbit/s（274波×40Gbit/s）的实验系统 ；在超长距离传输方面，已达到了4000km 无电中继的技术水平
我国已成为世界上为数不多的几个掌握了
全套SDH和WDM光通信系统系列产品技术 的国家之一，在世界光通信系统和光网络 领域已经占据了一席之地。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1.3光纤通信的特点
传输频带宽，通信容量大。 中继距离远。 抗电磁干扰能力强，无串话。 光纤细，光缆轻。 资源丰富，节约有色金属和能源。 均衡容易。 经济效益好。 抗腐蚀、不怕潮湿。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
（2）G.653光纤。G.653光纤特点是零色散
波长由G.652光纤的1.31μm位移到1.55μm制 得的光纤，故其称为色散位移光纤。G.653 光纤同时实现了1.55μm窗口的低衰减系数 和小色散系数。但是当其用于带有掺铒光 纤放大器的波分复用系统中时，由于光纤 芯中的光功率密度过大产生了非线性效应 ，限制了G.653光纤在单信道速率10Gbit/s以 上波分复用或密集波分复用系统中的应用
概念在全世界范围内掀起了发展光纤通信 的高潮。
1978年工作于0.8μm的第一代光波系统正
式投入商业应用。
上世纪80年代初，早期的采用多模光纤的
第二代光波通信系统问世。
1990年，工作于2.4Gb/s，1.55μm的第三代
光波系统已能提供通信商业业务。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1.5光纤通信的发展趋势
国家863计划通信技术主题专家组副组长 纪
越峰 ：在高速光传输方面，目前已实现了 10.96Tbit/s（274波×40Gbit/s）的实验系统 ；在超长距离传输方面，已达到了4000km 无电中继的技术水平
我国已成为世界上为数不多的几个掌握了
全套SDH和WDM光通信系统系列产品技术 的国家之一，在世界光通信系统和光网络 领域已经占据了一席之地。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1.3光纤通信的特点
传输频带宽，通信容量大。 中继距离远。 抗电磁干扰能力强，无串话。 光纤细，光缆轻。 资源丰富，节约有色金属和能源。 均衡容易。 经济效益好。 抗腐蚀、不怕潮湿。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
（2）G.653光纤。G.653光纤特点是零色散
波长由G.652光纤的1.31μm位移到1.55μm制 得的光纤，故其称为色散位移光纤。G.653 光纤同时实现了1.55μm窗口的低衰减系数 和小色散系数。但是当其用于带有掺铒光 纤放大器的波分复用系统中时，由于光纤 芯中的光功率密度过大产生了非线性效应 ，限制了G.653光纤在单信道速率10Gbit/s以 上波分复用或密集波分复用系统中的应用
光纤通信知识演示文稿资料课件
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目录
• 光纤通信概述 • 光纤通信原理 • 光纤通信系统组成 • 光纤通信的应用 • 光纤通信的未来发展
01
光纤通信概述
光纤通信定义
光纤通信是一种利用光波在光纤中传输信息的一种通信方式。它通过将电信号转 换为光信号，在光纤中传输，并在接收端将光信号转换回电信号，实现信息的传 递。
光纤通信系统主要由光源、光纤、光检测器和传输介质等部分组成。其中，光纤 是核心部分，负责传输光信号。
光纤通信发展历程
01
02
03
04
1960年代
光纤通信的初步探索和研究阶 段，人们开始认识到光纤在通
信领域的应用潜力。
1970年代
实验阶段，开始进行光纤通信 实验，验证其可行性和优势。
1980年代
商用阶段，光纤通信开始进入 商用领域，逐渐应用于长途和
光的调制方式
01
02
03
强度调制
通过改变光源的输出强度 来传递信息。在强度调制 中，信息被编码为光信号 的明暗变化，即光强。
频率调制
息被编码为光信号的波长 变化。
相位调制
通过改变光的相位来传递 信息。在相位调制中，信 息被编码为光信号的相位 变化。
光的解调方式
光功率放大器
用于放大光信号的功率，提高传输距 离和接收机的接收灵敏度。
05
04
调制器
用于将电信号调制到光信号上，使光 信号的幅度、相位或频率随电信号变 化。
光中继器
功能
光中继器用于放大和 整形光信号，补偿光 纤传输中的损耗和色 散，延长通信距离。
组成
光中继器主要由光接 收机、光放大器和光 发送机组成。
保护层用于保护光纤不受外界环境的影响 和损伤，保证光信号的传输质量和稳定性 。
目录
• 光纤通信概述 • 光纤通信原理 • 光纤通信系统组成 • 光纤通信的应用 • 光纤通信的未来发展
01
光纤通信概述
光纤通信定义
光纤通信是一种利用光波在光纤中传输信息的一种通信方式。它通过将电信号转 换为光信号，在光纤中传输，并在接收端将光信号转换回电信号，实现信息的传 递。
光纤通信系统主要由光源、光纤、光检测器和传输介质等部分组成。其中，光纤 是核心部分，负责传输光信号。
光纤通信发展历程
01
02
03
04
1960年代
光纤通信的初步探索和研究阶 段，人们开始认识到光纤在通
信领域的应用潜力。
1970年代
实验阶段，开始进行光纤通信 实验，验证其可行性和优势。
1980年代
商用阶段，光纤通信开始进入 商用领域，逐渐应用于长途和
光的调制方式
01
02
03
强度调制
通过改变光源的输出强度 来传递信息。在强度调制 中，信息被编码为光信号 的明暗变化，即光强。
频率调制
息被编码为光信号的波长 变化。
相位调制
通过改变光的相位来传递 信息。在相位调制中，信 息被编码为光信号的相位 变化。
光的解调方式
光功率放大器
用于放大光信号的功率，提高传输距 离和接收机的接收灵敏度。
05
04
调制器
用于将电信号调制到光信号上，使光 信号的幅度、相位或频率随电信号变 化。
光中继器
功能
光中继器用于放大和 整形光信号，补偿光 纤传输中的损耗和色 散，延长通信距离。
组成
光中继器主要由光接 收机、光放大器和光 发送机组成。
保护层用于保护光纤不受外界环境的影响 和损伤，保证光信号的传输质量和稳定性 。
光纤通信第7章光放大器讲解学习
SOA也是一种 重要的光放大 器，其结构类 似于普通的半 导体激光器。
I
R1
R2
半导体光放大器示意图
•半导体光放大器的放大特性主要决定于激光腔的反射特性与 有源层的介质特性。
•根据光放大器端面反射率和工作偏置条件，将半导体光放大 器分为：----法布里－珀罗放大器(FP－SOA)
EDFA + 均衡器 → 合成增益
增益平坦/均衡技术(2)
2. 新型宽谱带掺杂光纤： 如掺铒氟化物玻璃光纤（30nm平坦带宽）、
铒/铝共掺杂光纤（20nm）等， 静态增益谱的 平坦，掺杂工艺复杂。
3. 声光滤波调节： 根据各信道功率，反馈控制放大器输出端的
多通道声光带阻滤波器，调节各信道输出功率使 之均衡，动态均衡需要解复用、光电转换、结构 复杂，实用性受限
增益钳制技术(1)
电控：监测EDFA的输入光功率，根据其大小调整 泵浦功率，从而实现增益钳制，是目前最为成熟的
方法。
In
Out
EDFA
LD Pump
泵浦控制均衡放大器（电控）
增益钳制技术(2)
在系统中附加一波长信道，根据其它信道的功率， 改变附加波长的功率，而实现增益钳制。
注入激光
四、EDFA的大功率化(1)
=1.3%
=0.7%
用于制作大功率EDFA 的双包层光纤结构图
芯层：5m 内包层： 50m 芯层(掺铒)，传播信号层(SM) 内包层，传播泵浦光(MM)
7.1 光放大器
7.1.1 光放大器概述 7.1.2 掺铒光纤放大器EDFA 7.1.3 半导体光放大器SOA 7.1.4 光纤拉曼放大器FRA
7.1.3 半导体光放大器SOA
输出信号光功率 输入信号光功率
光纤通信原理及基础知识
光纤通信原理及基础知识光纤通信是一种利用光信号传输信息的通信技术。
它基于光波在光纤中的传输，具有高带宽、低损耗、抗干扰等优点，因此在现代通信领域得到广泛应用。
下面将介绍光纤通信的原理和一些基础知识。
1.光纤通信原理光纤通信的原理基于光的全内反射。
光纤是由一个或多个折射率不同的材料构成，光信号通过光纤中的光核进行传输。
当光信号从一个折射率较高的材料传到折射率较低的材料时，会发生全内反射，光信号会在光纤中沿着光核一直传输。
光纤通信系统主要包括光源、光纤和光接收器三个部分。
光源产生光信号并将其注入光纤中，光纤将光信号传输到目标位置，光接收器将光信号转化为电信号进行处理。
这样就完成了光纤通信的整个过程。
2.光纤类型根据应用场景和使用材料的不同，光纤可以分为多种类型。
常见的光纤类型有单模光纤和多模光纤。
单模光纤（Single-Mode Fiber，SMF）是一种具有较小光纤芯径的光纤，适用于远距离传输。
它可以在光纤中传输一个光模式，具有较低的传输损耗和较小的色散效应。
单模光纤主要用于长距离通信和数据传输。
多模光纤（Multi-Mode Fiber，MMF）是一种具有较大光纤芯径的光纤，适用于短距离传输。
多模光纤可以在光纤中传输多个光模式，但由于折射率不同，不同光模式的传输速度会有差异。
多模光纤主要用于局域网、数据中心等短距离通信场景。
3.光纤连接方式光纤连接主要有两种方式：直连和连接器。
直连是将两根光纤通过激光焊接技术直接连接起来。
直连具有较低的插损和回波损耗，但连接时需要专业操作，一旦连接失败将无法更换。
连接器是将光纤端面抛光并用连接器将两根光纤连接在一起。
连接器具有灵活性，连接和更换方便，但具有一定的插损和回波损耗。
4.光纤通信的关键参数光纤通信中，有几个重要的参数需要关注。
带宽是指光纤传输信号的频率范围。
带宽越大，传输速率越高。
损耗是光信号在光纤中传输时丢失的能量。
损耗越小，信号传输的距离越远。
色散是指光信号在光纤中传输时信号传播速度与光波长之间的关系。
光纤通信资料课件
在光纤中，光通过全内反射的方式传 播，即光在光纤的芯层中传播，而不 是在外部的涂层中。
光的调制方式
直接调制
通过改变光源的电流直接调制光 的强度。
间接调制
使用外部信号来调制光的强度。这 种方法通常需要一个外部调制器。
调相和调相偏振
通过改变光的相位或偏振状态来调 制光信号。
信号的传输过程
第一季度
第二季度
通过采用先进的调制解调技术、信号 处理技术和光电器件，高速光纤通信 系统的传输速率已经达到Tbps级别。
长距离光纤通信
总结词
长距离光纤通信是实现全球信息互连的重要基信号衰减和色 散。
详细描述
通过采用中继器和拉曼放大器等技术，光纤通信 能够实现数百甚至数千公里的信号传输，为跨洋 光缆、国家骨干网等提供可靠的信息传输通道。
详细描述
通过采用新型光纤和信号处理技术，可以有效降 低信号衰减和色散的影响，提高传输距离和稳定 性。
光子计算机技术
总结词
光子计算机技术是下一代信息技术的重要方向。
总结词
光子计算机技术面临的主要挑战是光子集成和光子控制技 术。
详细描述
光子计算机利用光子作为信息传输和处理的基本单元，具 有高速并行处理、低功耗等优点，有望在人工智能、云计 算等领域发挥重要作用。
04
光纤通信应用
光纤到户（FTTH）
光纤到户是指将光纤光缆直接引入用户家中，为家庭提供高速的宽带接入服务。
光纤到户具有高带宽、低时延、稳定性好等特点，能够满足用户对高清视频、在线 游戏、在线教育等高带宽业务的需求。
光纤到户的建设需要铺设光缆、安装光缆终端设备等，成本较高，但随着技术的进 步和用户需求的增加，光纤到户已成为未来宽带接入的主要趋势。
光纤通信
发送：CPU通过专用 IC芯片将并行数据串行化，并根据通信格式插入相应位码（起始、停止、校验位等）， 由输出端 TXD将信号送入光纤接插件（即定插头），再由光纤接插件中的光源进行电—光转换，转换后的光信号 通过光纤动插头向光纤发送光信号，光信号在光纤中向前传播。
接收：来自光纤的光信号经光纤接插件的动插头，向定插头的接收器发送，接收器将接受到的光信号进行 光—电还原，从而得到相应的电信号，该电信号送入到专用的 IC芯片的RXD输入端，经专用 IC芯片将串行数据 改为并行数据后，再向 CPU传送。
光纤通信
专业名称
01 专业概述
03 发展
目录
02 专业设置 04 趋势
光纤通信技术（optical fiber communications）从光通信中脱颖而出，已成为现代通信的主要支柱之一， 在现代电信网中起着举足轻重的作用。光纤通信作为一门新兴技术，其近年来发展速度之快、应用面之广是通信 史上罕见的，也是世界新技术革命的重要标志和未来信息社会中各种信息的主要传送工具。
从事光纤通信线路工程和接入网的设计、施工、概预算编制和工程监理；光纤通信设备的安装、调试和操作 维护；通信网络规划设计、施工、监理等工作。
发展
光纤通信是现代通信网的主要传输手段，已经历三代：短波长多模光纤、长波长多模光纤和长波长单模光 纤．采用光纤通信是通信史上的重大变革，美、日、英、法等20多个国家已宣布不再建设电缆通信线路，而致力 于发展光纤通信．中国光纤通信已进入实用阶段．
专业设置
主要课程
培养Байду номын сангаас标
就业方向
本专业培养能从事光纤网络工程的规划建设、SDH系统的调测维护、电信核心网络和接入网络的工程维护等 工作的应用型人才。具有较强的电缆、光缆设计与施工、线路规划概预算的能力以及在光纤通信设备安装、调试 与维护及其相关领域从业的综合职业能力。
光纤通信.doc
光纤通信，是指将要传送的语音、图像和数据信号等调制在光载波上，以光纤作为传输媒介的通信方式1.本征：是光纤的固有损耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。
2.弯曲：光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉，造成的损耗。
3.挤压：光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。
4.杂质：光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光，造成的损失。
5.不均匀：光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。
6.对接：光纤对接时产生的损耗，如：不同轴(单模光纤同轴度要求小于0.8μm)，端面与轴心不垂直，端面不平，对接心径不匹配和熔接质量差等。
7.多模光纤：中心玻璃芯教粗(50或62.5μm)，可传多种模式的光。
但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。
例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。
因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。
8.单模光纤：中心玻璃芯教细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。
因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但其色度色散起主要作用，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好9.常规型光纤：光纤生产长家将光纤传输频率最佳化在单一波长的光上，如1300μm。
10.色散位移型光纤：光纤生产长家将光纤传输频率最佳化在两个波长的光上，如：1300μm和1550μm。
11.突变型光纤：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是突变的。
其成本低，模间色散高。
适用于短途低速通讯，如：工控。
但单模光纤由于模间色散很小，所以单模光纤都采用突变型。
12.渐变型光纤：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小，可使高模光按正弦形式传播，这能减少模间色散，提高光纤带宽，增加传输距离，但成本较高，现在的多模光纤多为渐变型光纤。
13.电发射端机主要任务是PCM编码和信号的多路复用。
多路复用是指将多路信号组合在一条物理信道上进行传输，到接收端再用专门的设备将各路信号分离出来，多路复用可以极大地提高通信线路的利用率。
光纤通信ppt课件第七章
波分复用（WDM）
波分复用（DWM）：将各路信息分别加载在不同波长 的光载波上并且在同一根光纤中传输，再借助光学方 法在接收端将各路信息分解。
TX TX TX TX TX TX
TX TX
M 120 km
U
EDFA
X
120 km
TX
D
TX TX
EDFA
E 120 km
TX TX
M
TX TX
TX
7.2.1
可广泛用于长距离传输，用于建设全光网络
WDM技术对网络升级、发展宽带业务(如CATV， HDTV 和IP over WDM等)、充分挖掘光纤带宽潜力、 实现超高速光纤通信等具有十分重要意义，尤其是 WDM加上EDFA更是对现代信息网络具有强大的吸引 力。
目 前 ， “ 掺 铒 光 纤 放 大 器 (EDFA)+ 密 集 波 分 复 用 (WDM)+非零色散光纤(NZDSF，即G.655光纤)+光子集 成(PIC)”正成为国际上长途高速光纤通信线路的主要技 术方向。
时分复用
TDM(Time Division Multiplexer)
波分复用
WDM(Wavelength Division Multiplexer)
TDM和WDM技术合用
空分复用（SDM） Space Division Multiplexer
空分复用(SDM）即多对电线或光纤共用一条缆的复用 方式。比如5类线就是4对双绞线共用1条缆。能够实现 空分复用的前提条件是光纤或电线的直径很小，可以 将多条光纤或多对电线做在一条缆内，既节省外护套 的材料又便于使用。
RL 10 lg pr (dB) pj
(7.3)
其中Pj为发送进输入端口的光功率，Pr为从同一个输 入端口接收到的返回光功率。
光纤通信知识点（大全5篇）
光纤通信知识点（大全5篇）第一篇：光纤通信知识点光纤通信知识点提纲第一章知识点小结：1.什么是光纤通信？2、光纤通信和电通信的区别。
2.基本光纤通信系统的组成和各部分作用。
第二章知识点小结1、光能量在光纤中传输的必要条件（对光纤结构的要求）。
2、突变多模光纤数值孔径的概念及计算。
3、弱导波光纤的概念。
4、相对折射率指数差的定义及计算。
5、突变多模光纤的时间延迟。
6、渐变型多模光纤自聚焦效应的产生机理。
7、归一化频率的表达式。
8、突变光纤和平方律渐变光纤传输模数量的计算。
第三章知识点小结1、纤通信中常用的半导体激光器的种类。
2、半导体激光器的主要由哪三个部分组成？3、电子吸收或辐射光子所要满足的波尔条件。
4、什么是粒子数反转分布？5、理解半导体激光产生激光的机理和过程。
6、静态单纵模激光器。
7、半导体激光器的温度特性。
8、DFB激光器的优点。
9、LD与LED的主要区别10、常用光电检测器的种类。
11、光电二极管的工作原理。
12、PIN和APD的主要特点。
13、耦合器的功能。
14、光耦合器的结构种类。
15、什么是耦合比？16、什么是附加损耗？17、光隔离器的结构和工作原理。
第四章知识点小结1、数字光发射机的方框图。
2、光电延迟和张驰振荡。
3、激光器为什么要采用自动温度控4、数字光接收机的方框图。
5、光接收机对光检测器的要求。
6、什么是灵敏度？7、什么是误码和误码率？8、什么是动态范围？9、数字光纤通信读线路码型的要求。
10、数字光纤通信系统中常用的码型种类。
第五章知识点小结1、SDH的优点。
2、SDH传输网的主要组成设备。
3、SDH的帧结构（STM-1）。
4、SDH的复用原理。
5、三种误码率参数的概念。
6、可靠性及其表示方法。
7、损耗对中继距离限制的计算。
8、色散对中继距离限制的计算。
第七章点知识小结1、光放大器的种类2、掺铒光纤放大器的工作原理3、掺铒光纤放大器的构成方框图4、什么WDM？5、光交换技术的方式6、什么是光孤子？7、光孤子的产生机理8、相干光通信信号调制的方式9、相干光通信技术的优点第二篇：光纤通信知识点光纤通信优点光纤通信之所以受到人们的极大重视，这是因为和其它通信手段相比，具有无以伦比的优越性。
光纤通信概述(光纤通信课件)
光波是电磁波，光波范围包括红外线、可见光、紫外线， 其波长范围为：300μm～6×10−3μm。 可见光由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的连续 光波组成，其波长范围为：760～390nm ，其中红光的 波长最长，紫光的波长最短。 波长大于760nm的电磁波属于红外线，它又可以划分为 近红外、中红外、远红外。
四、 光纤通信系统的组成
（三）光纤
光纤线路
的功能是把来自光发射机的光信号，以尽可能 小的畸变（失真）和衰减传输到光接收机。光 纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。
四、 光纤通信系统的组成
（四）光接收机
光接收机
的作用是进行光/电转换，即将由光纤传来的 微弱光信号转换为电信号，经放大处理后，恢复 成发射前的电信号。 在接收端，光接收机把数字信号从光波中检测出来 送给电端机，由电端机解复用后再进行数/模转换， 恢复成原来的模拟信息。
一、光纤通信的发展史
（三）光纤通信发展的里程碑
高锟 华裔物理学家
生于中国上海，祖籍江苏金山（今上海市金山区）， 拥有英国、美国国籍并持中国香港居民身份，目前 在香港和美国加州山景城两地居住。高锟为光纤通 讯、电机工程专家，华文媒体誉之为“光纤之父”、 普世誉之为“光纤通讯之父”（Father of Fiber Optic Communications），曾任香港中文大学校长。 2009年，与威拉德·博伊尔和乔治·埃尔伍德·史密斯 共享诺贝尔物理学奖。
五、光纤通信的特点与应用
（二）光纤通信的应用
4.特殊通信手段。如石油、煤矿等部门易燃易爆环境下使用的 光缆及飞机、导弹等内部的光缆系统。 5.各种专用通信网。如电力、公路、铁路等部门通信、 指挥调度、监控的光缆系统。 6.有线电视的干线及分配网；工业电视系统；自动控制系统的 数据传输。
四、 光纤通信系统的组成
（三）光纤
光纤线路
的功能是把来自光发射机的光信号，以尽可能 小的畸变（失真）和衰减传输到光接收机。光 纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。
四、 光纤通信系统的组成
（四）光接收机
光接收机
的作用是进行光/电转换，即将由光纤传来的 微弱光信号转换为电信号，经放大处理后，恢复 成发射前的电信号。 在接收端，光接收机把数字信号从光波中检测出来 送给电端机，由电端机解复用后再进行数/模转换， 恢复成原来的模拟信息。
一、光纤通信的发展史
（三）光纤通信发展的里程碑
高锟 华裔物理学家
生于中国上海，祖籍江苏金山（今上海市金山区）， 拥有英国、美国国籍并持中国香港居民身份，目前 在香港和美国加州山景城两地居住。高锟为光纤通 讯、电机工程专家，华文媒体誉之为“光纤之父”、 普世誉之为“光纤通讯之父”（Father of Fiber Optic Communications），曾任香港中文大学校长。 2009年，与威拉德·博伊尔和乔治·埃尔伍德·史密斯 共享诺贝尔物理学奖。
五、光纤通信的特点与应用
（二）光纤通信的应用
4.特殊通信手段。如石油、煤矿等部门易燃易爆环境下使用的 光缆及飞机、导弹等内部的光缆系统。 5.各种专用通信网。如电力、公路、铁路等部门通信、 指挥调度、监控的光缆系统。 6.有线电视的干线及分配网；工业电视系统；自动控制系统的 数据传输。
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• 1989年，汉阳——汉南40Mb/s单模光传输系统工程 通过邮电部鉴定验收。
• 1991年，研制出G.653色散位移光纤。最小衰减达 0.22dB/km。合肥——芜湖40Mb/s单模光传输系统工 程通过国家鉴定验收。
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第七章光纤通信
•我国光纤通信的开发里程
• 1993年，在掺铒光纤放大器的研究上取得突破性 进展，小信号增益达25dB。上海——无锡65Mb/s单 模光传输系统工程通过邮电部鉴定验收。
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第七章光纤通信
光缆的结构
v 要求：
§ 保证光纤传输特性的优良、稳定、可靠； § 保证光缆具有足够的机械强度和环境温度性能； § 确保光缆的防潮能力，使光缆具有足够的使用寿
命； § 有利于降低生产成本，使光缆的价格低廉。
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第七章光纤通信
光缆的基本结构
v 不论光缆的具体结构形式如何，都是由缆芯、 护套和加强元件构成。
<200 >200 2-20
低损耗、宽频带、骨 架式有利于防护侧压 力
低损耗、耐水压、耐 张力
高密度、多芯和低损 -中耗
重量轻、线径细
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第七章光纤通信
•光纤通信系统的组成
•信
•电发
•光发
•源
•射机
•射机
•光中继
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•光接 •收机
•电接 •信 •收机 •宿
第七章光纤通信
光端机的组成
•
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第七章光纤通信
•光缆
v 在实际通信线路中，光纤通信用 的光纤都经过了一次涂覆和二次 涂覆的处理，经过涂覆后的光纤 虽然 已具有了一定的抗张强度， 但还是经不起施工中的弯折、扭 曲和侧压等外力作用，为了使光 纤能在各种环境中使用，必须把 光纤与其他元件组合起来构成光 缆，使其具有良好的传输性能以 及抗拉、抗冲击、抗弯、抗扭曲 等机械性能。
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第七章光纤通信
概述
• 利用光导纤维作为光的传输介质的光 纤通信,其发展只有几十年的历史，它的发 展是以1960年美国人Maiman发明的红宝石 激光器，和1966年英籍华人高锟博士提出 利用二氧化硅石英玻璃可制成低损耗光纤 的设想为基础的，这种设想直到1970年美 国康宁公司研制出损耗为20dB/Km的光纤， 才使光纤进行远距离传输成为可能。
§ 缆芯 ：由单根或多根光纤芯线组成，其作用是传 输光波。
§ 加强元件：加强元件一般有金属丝和非金属纤维， 其作用是增强光缆敷设时可承受的拉伸负荷。
§ 护层：光缆的护层主要是对已形成缆的光纤芯线器 保护作用，避免受外界的损伤。
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第七章光纤通信
光缆的基本结构
v 缆芯是由光纤芯线组成，可分为单芯和多芯：
v 骨架式 光缆结 构
光缆的种类
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第七章光纤通信
v 带状式光 缆结构
光缆的种类
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第七章光纤通信
公用通信网中的光缆结构
种类 长途光缆
海底光缆 用户光缆 局内光缆
结构
层绞式 单位式 骨架式 层绞式 单位式 单位式 带状式 单位式 带状式
光纤芯线数
必要条件
<10 10-20 <10 4-100
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第七章光纤通信
•光纤通信的优点
v 频带宽,通信容量大
§ 理论上讲一根单模光纤可利用的带宽达 20THz(1THz=1012Hz)以上,现在最先进的光纤通信系 统达400GHz,而一路电话带宽约占4KHz频带,一路彩色 电视约占6MHz频带
v 损耗低,中继距离长
§ 铜缆的损耗特性与铜缆的结构尺寸及所传输信号的频 率有关,光缆的损耗特性仅与玻璃的纯度(或者说透明 度)有关,高质量望远镜的镜头损耗超过500dB/km,目前 通信用光纤的最低损耗达0.2 dB/km
• 散射损耗是由于光纤的材料、形状、折 射率分布等的缺陷或不均匀，使光纤中传导 的光发生散射，由此产生的损耗为散射损耗。
•吸收损耗: • ·本征吸收 • ·杂质吸收
•散射损耗: • ·瑞利散射 • ·结构缺陷散射
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第七章光纤通信
•光纤的色散特性
• 由于光纤中色散的存在，会使得输 入脉冲在传输过程中展宽，产生码间 干扰，增加误码率，这样就限制了通 信容量和传输距离。
•100μm• 红外线
•
•10μm
光
•1μm •可见 •100nm 光
•紫外线
•10nm
•1nm
光纤通信系统的基本组成
•光纤
•光纤
•光端
•中继
•光端
•数
机
器
机
•数
据
据
• 光纤通信系统可归结为电-光-电的简单
模型。即需传输的信号必须先变成电信号，
然后转换成光信号在光纤内传输，对端又将
光信号变成电信号。整个过程中，光纤部分
光发射机原理图
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第七章光纤通信
光纤通信发展简史
• 自1970年以后，光纤通信的研究在世 界范围内展开并得到迅猛发展，在短短的 一、二十年中，已从0.85um短波长多模光 纤发展到1.31um～1.55um的长波长单模光 纤，同时开发出许多新型光电器件，激光 器寿命已达数十万小时甚至百万小时，一 些国家相继建成了长距离光纤通信系统。
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第七章光纤通信
•光纤的色散特性
•光纤色散的概念
• 简单地说，光纤的色散就是由于光纤中光信号 中的不同频率成分或不同的模式，在光纤中传输时， 由于速度的不同而使得传播时间不同，因此造成光 信号中的不同频率成分或不同模式到达光纤终端有 先有后，从而产生波形畸变的一种现象。
• 从光纤色散产生的机理来看，它包括模式色散、 材料色散和波导色散三种。在单模光纤中只有基模 传输，因此不存在模式色散，只有材料色散和波导
第七章光纤通信
• 光缆中的光纤一般是指经过两次涂覆后的光纤 芯线，它的剖面结构如图所示。
•
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第七章光纤通信
光纤的种类
• 光纤是一种新型的光波导，其种 类很多，按光纤材料不同，常见的有 以下几种： • ·石英光纤 • ·多组分玻璃光纤 • ·全塑光纤
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第七章光纤通信
•光纤的分类
•
• 按照折射率分布不同来分:
•
通常采用的是阶跃型光纤和渐变
型光纤两种。
•
(1) 阶跃型光纤
•
(2) 渐变型光纤
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第七章光纤通信
•光纤的分类
• 按照传输的总模数来分: • • 所谓模式，实质上是电磁场的一种分 布形式。模式不同，其分布不同，根据光 纤中传输模式数量来分，可分为单模光纤 (SM - Single mode fiber)和多模光纤(MM – Multi-mode fiber)。
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第七章光纤通信
•我国光纤通信的开发里程
• 1977年，第一根短波长(0．85mm)阶跃型石英光 纤问世，长度为17m，衰减系数为300dB/km。
• 1978年，研制出短波长多模梯度光纤，即G.651 光纤。
• 1979年，研制出多模长波长光纤，衰减为 1dB/km。建成5.7km、8Mb/s光通信系统试验段。
§ 单芯型：由单根经二次涂敷处理后的光纤组成 § 多芯型：由多根经二次涂敷处理后的光纤组成
v 二次涂覆主要采用两种保护结构：
§ 紧套结构 § 松套结构
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第七章光纤通信
光缆的种类
v 层绞式光缆结构
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第七章光纤通信
光缆的种类
v 单位式光缆结构
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第七章光纤通信
• 1980年，1300nm窗口衰减降至0.48dB/km， 1550nm窗口衰减为0.29dB/km。
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第七章光纤通信
•我国光纤通信的开发里程
• 1984年，武汉、天津34Mb/s市话中继光传输系统 工程建成(多模)。
• 1988年，全长245km的武汉－长沙市34Mb/s多模光 缆通信系统工程通过邮电部鉴定验收。
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第七章光纤通信
光的传播
v 光是一种电磁波
可见光部分波长范围是：0.39~0.76μm。大于 0.76μm部分是红外光，小于0.39μm部分是紫外 光。光纤中应用的是：0.85，1.31，1.55μm三 种。
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第七章光纤通信
•频率（Hz） •波长
•102 •104 •106 •1 •1008 10
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第七章光纤通信
•光纤的色散特性
• 在多模光纤中，不同模式在同一频率下传输， 各自的相位常数βmn不同，群速不同，模式之间存 在时延差，这种色散称为模式色散。 • 材料色散是由于光纤材料本身的折射率随频 率而变化，使得信号各频率成分的群速不同，引 起的色散称为材料色散。 • 由于光纤的几何结构、形状等方面的不完善 ，使得光波一部分在纤芯中传输，而另一部分在 包层中传输，由于纤芯和包层的折射率不同，这 样造成脉冲展宽的现象，称为波导色散，或称结 构色散。
第七章光纤通信
•光纤通信的优点
•
线径细，重量轻，柔软
可制成大芯数高密度光缆 单芯光缆可安装在飞机,火箭,潜艇及航天飞机 上
节约有色金属，原材料资源丰富
光纤的主要成分是SiO2资源十分 丰富。 电缆的主要成分是Cu, Al等有色金属，资源有 限，可节约大量金属。
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第七章光纤通信
缺点
v 质地脆,机械强度低 v 光纤切断和接续需要一定的工具,设备和技术 v 分路,耦合不灵活 v 光纤,光缆弯曲半径不能过小
• 1991年，研制出G.653色散位移光纤。最小衰减达 0.22dB/km。合肥——芜湖40Mb/s单模光传输系统工 程通过国家鉴定验收。
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第七章光纤通信
•我国光纤通信的开发里程
• 1993年，在掺铒光纤放大器的研究上取得突破性 进展，小信号增益达25dB。上海——无锡65Mb/s单 模光传输系统工程通过邮电部鉴定验收。
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第七章光纤通信
光缆的结构
v 要求：
§ 保证光纤传输特性的优良、稳定、可靠； § 保证光缆具有足够的机械强度和环境温度性能； § 确保光缆的防潮能力，使光缆具有足够的使用寿
命； § 有利于降低生产成本，使光缆的价格低廉。
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第七章光纤通信
光缆的基本结构
v 不论光缆的具体结构形式如何，都是由缆芯、 护套和加强元件构成。
<200 >200 2-20
低损耗、宽频带、骨 架式有利于防护侧压 力
低损耗、耐水压、耐 张力
高密度、多芯和低损 -中耗
重量轻、线径细
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第七章光纤通信
•光纤通信系统的组成
•信
•电发
•光发
•源
•射机
•射机
•光中继
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•光接 •收机
•电接 •信 •收机 •宿
第七章光纤通信
光端机的组成
•
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第七章光纤通信
•光缆
v 在实际通信线路中，光纤通信用 的光纤都经过了一次涂覆和二次 涂覆的处理，经过涂覆后的光纤 虽然 已具有了一定的抗张强度， 但还是经不起施工中的弯折、扭 曲和侧压等外力作用，为了使光 纤能在各种环境中使用，必须把 光纤与其他元件组合起来构成光 缆，使其具有良好的传输性能以 及抗拉、抗冲击、抗弯、抗扭曲 等机械性能。
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第七章光纤通信
概述
• 利用光导纤维作为光的传输介质的光 纤通信,其发展只有几十年的历史，它的发 展是以1960年美国人Maiman发明的红宝石 激光器，和1966年英籍华人高锟博士提出 利用二氧化硅石英玻璃可制成低损耗光纤 的设想为基础的，这种设想直到1970年美 国康宁公司研制出损耗为20dB/Km的光纤， 才使光纤进行远距离传输成为可能。
§ 缆芯 ：由单根或多根光纤芯线组成，其作用是传 输光波。
§ 加强元件：加强元件一般有金属丝和非金属纤维， 其作用是增强光缆敷设时可承受的拉伸负荷。
§ 护层：光缆的护层主要是对已形成缆的光纤芯线器 保护作用，避免受外界的损伤。
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第七章光纤通信
光缆的基本结构
v 缆芯是由光纤芯线组成，可分为单芯和多芯：
v 骨架式 光缆结 构
光缆的种类
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第七章光纤通信
v 带状式光 缆结构
光缆的种类
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第七章光纤通信
公用通信网中的光缆结构
种类 长途光缆
海底光缆 用户光缆 局内光缆
结构
层绞式 单位式 骨架式 层绞式 单位式 单位式 带状式 单位式 带状式
光纤芯线数
必要条件
<10 10-20 <10 4-100
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第七章光纤通信
•光纤通信的优点
v 频带宽,通信容量大
§ 理论上讲一根单模光纤可利用的带宽达 20THz(1THz=1012Hz)以上,现在最先进的光纤通信系 统达400GHz,而一路电话带宽约占4KHz频带,一路彩色 电视约占6MHz频带
v 损耗低,中继距离长
§ 铜缆的损耗特性与铜缆的结构尺寸及所传输信号的频 率有关,光缆的损耗特性仅与玻璃的纯度(或者说透明 度)有关,高质量望远镜的镜头损耗超过500dB/km,目前 通信用光纤的最低损耗达0.2 dB/km
• 散射损耗是由于光纤的材料、形状、折 射率分布等的缺陷或不均匀，使光纤中传导 的光发生散射，由此产生的损耗为散射损耗。
•吸收损耗: • ·本征吸收 • ·杂质吸收
•散射损耗: • ·瑞利散射 • ·结构缺陷散射
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第七章光纤通信
•光纤的色散特性
• 由于光纤中色散的存在，会使得输 入脉冲在传输过程中展宽，产生码间 干扰，增加误码率，这样就限制了通 信容量和传输距离。
•100μm• 红外线
•
•10μm
光
•1μm •可见 •100nm 光
•紫外线
•10nm
•1nm
光纤通信系统的基本组成
•光纤
•光纤
•光端
•中继
•光端
•数
机
器
机
•数
据
据
• 光纤通信系统可归结为电-光-电的简单
模型。即需传输的信号必须先变成电信号，
然后转换成光信号在光纤内传输，对端又将
光信号变成电信号。整个过程中，光纤部分
光发射机原理图
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第七章光纤通信
光纤通信发展简史
• 自1970年以后，光纤通信的研究在世 界范围内展开并得到迅猛发展，在短短的 一、二十年中，已从0.85um短波长多模光 纤发展到1.31um～1.55um的长波长单模光 纤，同时开发出许多新型光电器件，激光 器寿命已达数十万小时甚至百万小时，一 些国家相继建成了长距离光纤通信系统。
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第七章光纤通信
•光纤的色散特性
•光纤色散的概念
• 简单地说，光纤的色散就是由于光纤中光信号 中的不同频率成分或不同的模式，在光纤中传输时， 由于速度的不同而使得传播时间不同，因此造成光 信号中的不同频率成分或不同模式到达光纤终端有 先有后，从而产生波形畸变的一种现象。
• 从光纤色散产生的机理来看，它包括模式色散、 材料色散和波导色散三种。在单模光纤中只有基模 传输，因此不存在模式色散，只有材料色散和波导
第七章光纤通信
• 光缆中的光纤一般是指经过两次涂覆后的光纤 芯线，它的剖面结构如图所示。
•
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第七章光纤通信
光纤的种类
• 光纤是一种新型的光波导，其种 类很多，按光纤材料不同，常见的有 以下几种： • ·石英光纤 • ·多组分玻璃光纤 • ·全塑光纤
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第七章光纤通信
•光纤的分类
•
• 按照折射率分布不同来分:
•
通常采用的是阶跃型光纤和渐变
型光纤两种。
•
(1) 阶跃型光纤
•
(2) 渐变型光纤
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第七章光纤通信
•光纤的分类
• 按照传输的总模数来分: • • 所谓模式，实质上是电磁场的一种分 布形式。模式不同，其分布不同，根据光 纤中传输模式数量来分，可分为单模光纤 (SM - Single mode fiber)和多模光纤(MM – Multi-mode fiber)。
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第七章光纤通信
•我国光纤通信的开发里程
• 1977年，第一根短波长(0．85mm)阶跃型石英光 纤问世，长度为17m，衰减系数为300dB/km。
• 1978年，研制出短波长多模梯度光纤，即G.651 光纤。
• 1979年，研制出多模长波长光纤，衰减为 1dB/km。建成5.7km、8Mb/s光通信系统试验段。
§ 单芯型：由单根经二次涂敷处理后的光纤组成 § 多芯型：由多根经二次涂敷处理后的光纤组成
v 二次涂覆主要采用两种保护结构：
§ 紧套结构 § 松套结构
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第七章光纤通信
光缆的种类
v 层绞式光缆结构
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第七章光纤通信
光缆的种类
v 单位式光缆结构
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第七章光纤通信
• 1980年，1300nm窗口衰减降至0.48dB/km， 1550nm窗口衰减为0.29dB/km。
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第七章光纤通信
•我国光纤通信的开发里程
• 1984年，武汉、天津34Mb/s市话中继光传输系统 工程建成(多模)。
• 1988年，全长245km的武汉－长沙市34Mb/s多模光 缆通信系统工程通过邮电部鉴定验收。
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第七章光纤通信
光的传播
v 光是一种电磁波
可见光部分波长范围是：0.39~0.76μm。大于 0.76μm部分是红外光，小于0.39μm部分是紫外 光。光纤中应用的是：0.85，1.31，1.55μm三 种。
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第七章光纤通信
•频率（Hz） •波长
•102 •104 •106 •1 •1008 10
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第七章光纤通信
•光纤的色散特性
• 在多模光纤中，不同模式在同一频率下传输， 各自的相位常数βmn不同，群速不同，模式之间存 在时延差，这种色散称为模式色散。 • 材料色散是由于光纤材料本身的折射率随频 率而变化，使得信号各频率成分的群速不同，引 起的色散称为材料色散。 • 由于光纤的几何结构、形状等方面的不完善 ，使得光波一部分在纤芯中传输，而另一部分在 包层中传输，由于纤芯和包层的折射率不同，这 样造成脉冲展宽的现象，称为波导色散，或称结 构色散。
第七章光纤通信
•光纤通信的优点
•
线径细，重量轻，柔软
可制成大芯数高密度光缆 单芯光缆可安装在飞机,火箭,潜艇及航天飞机 上
节约有色金属，原材料资源丰富
光纤的主要成分是SiO2资源十分 丰富。 电缆的主要成分是Cu, Al等有色金属，资源有 限，可节约大量金属。
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第七章光纤通信
缺点
v 质地脆,机械强度低 v 光纤切断和接续需要一定的工具,设备和技术 v 分路,耦合不灵活 v 光纤,光缆弯曲半径不能过小