光纤通信第6章—教用
光纤通信原理与技术课程教学大纲
《光纤通信原理与技术》课程教学大纲英文名称:Fiber Communication Principle and its Application学时:51 学分：3开课学期：第7学期一、课程性质与任务通过讲授光纤通信技术的基础知识,使学生了解掌握光纤通信的基本特点，学习光纤通信系统的三个重要组成部分：光源（光发射机）、光纤（光缆）和光检测器（光接收机)。
通过本课程的学习，学生将掌握光纤通信的基本原理、光纤通信系统的组成和系统设计的基本方法,了解光纤通信的未来与发展，为今后的工程应用和研究生阶段的学习打下基础。
二、课程教学的基本要求要求通过课堂认真听讲和实验课,以及课下自学，基本掌握光纤通信的基础理论知识和应用概况，熟悉光纤通信在电信、通信中的应用，为今后的工作打下坚实的理论基础。
三、课程内容第一章光通信发展史及其优点（1学时）第二章光纤的传输特性（2学时）第三章影响光纤传输特性的一些物理因素（5学时）第四章光纤通信系统和网络中的光无源器件(9学时）第五章光纤通信技术中的光有源器件（3学时)第六章光纤通信技术中使用的光放大器（4学时）第七章光纤传输系统（4学时)第八章光纤网络介绍（6学时）第九章光纤通信原理与技术实验(17课时)四、教学重点、难点本课程的教学重点是光电信息技术物理基础、电光信息转换、光电信息转换，光电信息技术应用,光电新产品开发举例。
本课程的教学难点是光电信息技术物理基础。
五、教学时数分配教学时数51学时，其中理论讲授34学时，实践教学17学时。
（教学时数具体见附表1和实践教学具体安排见附表2）六、教学方式理论授课以多媒体和模型教学为主，必要时开展演示性实验。
七、本课程与其它课程的关系1。
本课程必要的先修课程《光学》、《电动力学》、《量子力学》等课程2。
本课程的后续课程《激光技术》和《光纤通信原理实验》以及就业实习。
八、考核方式考核方式：考查具体有三种。
根据大多数学生学习情况和学生兴趣而定其中一种.第一种是采用期末考试与平时成绩相结合的方式进行综合评定.对于理论和常识部分采用闭卷考试，期末考试成绩占总成绩的55％，实验成绩占总成绩的30%，作业成绩及平时考勤占总成绩的15％；第二种是采用课程设计（含市场调查报告)和平时成绩相结合的方式，课程设计占总成绩的55%,实验成绩占总成绩的30％,作业成绩及平时考勤占总成绩的15％。
《光纤通信技术》课程教学大纲、教案、课程日历
《光纤通信技术》课程教学大纲、教案、课程日历一、教学大纲1.1 课程简介《光纤通信技术》是一门介绍光纤通信的基本原理、技术及其应用的课程。
通过本课程的学习，使学生掌握光纤通信的基本概念、光纤的传输特性、光纤通信系统的组成及其关键技术，了解光纤通信的发展趋势和应用领域。
1.2 教学目标（1）了解光纤通信的基本概念及其发展历程。
（2）掌握光纤的传输特性，包括损耗、色散、非线性效应等。
（3）熟悉光纤通信系统的组成，包括发射、传输、接收等部分。
（4）掌握光纤通信的关键技术，如波分复用、光放大器、光纤传感器等。
（5）了解光纤通信的应用领域及发展趋势。
1.3 教学内容（1）光纤通信的基本概念及发展历程（2）光纤的传输特性（3）光纤通信系统的组成（4）光纤通信的关键技术（5）光纤通信的应用领域及发展趋势二、教案2.1 教案设计本课程采用讲授、实验、讨论等多种教学方法，结合教材、PPT、网络资源等教学资源，以提高学生的学习兴趣和参与度。
2.2 课时安排（1）光纤通信的基本概念及发展历程：2课时（2）光纤的传输特性：3课时（3）光纤通信系统的组成：2课时（4）光纤通信的关键技术：4课时（5）光纤通信的应用领域及发展趋势：2课时三、课程日历3.1 第1周：光纤通信的基本概念及发展历程（1）第1课时：介绍光纤通信的定义、分类及其发展历程（2）第2课时：介绍光纤通信的优点及缺点3.2 第2周：光纤的传输特性（1）第1课时：光纤的组成及结构（2）第2课时：光纤的传输原理（3）第3课时：光纤的损耗与色散3.3 第3周：光纤通信系统的组成（1）第1课时：发射器与接收器（2）第2课时：光纤与光缆（3）第3课时：波分复用技术3.4 第4周：光纤通信的关键技术（1）第1课时：光放大器（2）第2课时：光纤传感器（3）第3课时：光开关与光调制器（4）第4课时：光传输网络3.5 第5周：光纤通信的应用领域及发展趋势（1）第1课时：光纤通信在通信领域的应用（2）第2课时：光纤通信在数据通信中的应用（3）第3课时：光纤通信在有线电视中的应用（4）第4课时：光纤通信的发展趋势六、教学资源6.1 教材《光纤通信技术》教材，作者：X，出版社：X。
第6讲光纤通信
2019/10/30
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1.1
1.1.1 探索时期的光通信
• 原始形式的光通信:中国古代用“烽火台”报警，欧洲人
用旗语传送信息。
• 1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载波传送话
音的“光电话”。贝尔光电话是现代光通信的雏型。
• 1960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红宝石激光
现 代 通 信 技 术——
光纤通信
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主要内容：
第一节..光纤通信概论 第二节..光纤放大器 第三节..波分复用WDM 第四节..光弧子通信 第五节..全光通信网的概念Βιβλιοθήκη 2019/10/302
第一节..光纤通信概论
1.1 光纤通信发展的历史和现状
1.1.1 探索时期的光通信
1.1.2 现代光纤通信
型多模光纤通信系统， 以及速率为100 Mb/s的渐变型多模光纤通 信系统的试验。
• 1983年敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线。
• 随后，由美、日、 英、法发起的第一条横跨大西洋 TAT-
8海底光缆通信系统于1988年建成。
• 第一条横跨太平洋 TPC-3/HAW-4 海底光缆通信系统于
1989年建成。从此，海底光缆通信系统的建设得到了全面展开，
随着技术的进步和大规模产业的形成，光纤价格不断 下降，应用范围不断扩大。
目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒质，光纤通信系 统将成为未来国家信息基础设施的支柱。
在许多发达国家，生产光纤通信产品的行业已在国民经
济中201占9/10重/30 要地位。
18
我国光纤通信发展成就
我国863计划光纤通信技术:
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《光纤通信第六章》课件
光纤通信的基本原理
1
光的传播特性
2
详细阐述光信号在光纤中的传播特性，
包括色散、衰减等。
3
全内反射原理
解释光纤的工作原理，包括入射角大于 临界角时光的全内反射现象。
光纤组成和结构
介绍光纤的主要组成部分和结构，包括 纤芯、包层、包层折射率等。
光纤通信的发展历史
发展初期
回顾光纤通信的起源和最早的实 践。
2
数据中心
介绍光纤通信在数据中心中的关键作用，如高速数据传输。
3
光纤内窥镜。
总结和展望
1 技术进步
总结光纤通信技术的发展趋势，如更高带宽和更低的成本。
2 未来应用
展望光纤通信在未来的各个领域中的应用前景，如智能城市和物联网。
3 贡献和机遇
强调光纤通信为社会带来的巨大贡献，并指出其未来的发展机遇。
互联网革命
探讨光纤通信在互联网革命中的 重要角色。
现代应用
介绍光纤通信在现代通信网络中 的广泛应用。
光纤传输技术
单模光纤
解释单模光纤的特点和适用范围。
多模光纤
介绍多模光纤的特性和应用领域。
波分复用技术
探讨光纤通信中的波分复用技术及其优势。
光纤通信的应用
1
电信领域
探索光纤通信在电信网络中的广泛应用，如电话、宽带等。
《光纤通信第六章》PPT 课件
本课件将详细介绍光纤通信的基本原理、发展历史、传输技术、应用以及总 结展望，让您全面了解光纤通信的魅力与应用前景。
引言
光纤通信已经成为现代通信的主要形式。它通过利用光信号进行信息传输，具有高速、大容量和低损耗的特点。 本节将介绍光纤通信的基本概念、优势以及它在现代社会中的重要性。
光纤通信技术电子教案
光纤通信技术电子教案一、教学目标1. 了解光纤通信的基本概念、原理和特点。
2. 掌握光纤通信系统的基本组成部分及其工作原理。
3. 熟悉光纤通信技术的应用领域和未来发展趋势。
二、教学内容1. 光纤通信的基本概念光纤通信的定义光纤通信的优点2. 光纤通信的原理光波的传播特性光纤的传输特性3. 光纤通信系统的基本组成部分光源光发送器光纤光接收器光放大器4. 光纤通信的工作原理光发送器的工作原理光纤的传输过程光接收器的工作原理5. 光纤通信技术的应用领域长途通信局域网光纤到户特殊应用三、教学方法1. 讲授法：讲解光纤通信的基本概念、原理和特点。
2. 案例分析法：分析光纤通信系统的实际应用案例。
3. 讨论法：引导学生探讨光纤通信技术的未来发展。
四、教学资源1. 教材：光纤通信技术。
2. 多媒体课件：演示光纤通信系统的原理和应用。
3. 网络资源：查找光纤通信技术的最新发展动态。
五、教学评价1. 课堂问答：检查学生对光纤通信基本概念的理解。
2. 课后作业：巩固学生对光纤通信原理和系统的掌握。
3. 小组讨论：评估学生对光纤通信技术应用领域的了解。
4. 课程报告：考察学生对光纤通信技术未来发展的思考。
六、教学重点与难点1. 教学重点：光纤通信的基本概念和原理。
光纤通信系统的基本组成部分及其工作原理。
2. 教学难点：光波的传播特性和光纤的传输特性。
光发送器、光接收器以及光放大器的工作原理。
光纤通信技术的未来发展。
七、教学安排1. 课时：共计4学时。
2. 教学方式：讲授法、案例分析法、讨论法。
3. 教学过程：第一阶段：讲解光纤通信的基本概念和原理（0.5学时）。
第二阶段：分析光纤通信系统的组成部分及其工作原理（1学时）。
第三阶段：介绍光纤通信技术的应用领域和未来发展趋势（0.5学时）。
第四阶段：案例分析与讨论（1学时）。
第五阶段：课堂问答与作业布置（0.5学时）。
八、教学案例1. 案例一：长途通信中的光纤通信系统。
2. 案例二：光纤到户的应用实例。
光纤通信课件第六章002教材
(2) N个波长复用以后在一根光纤中传输，在大容量长途传输时 可以节约大量的光纤。
(3)对数据“透明” 。波分复用通道对传输信号是完全透明的， 即
对传输码率、数据格式及调制方式均具有透明性，可同时提
在DWDM系统中是通过增加一个新的波长来对EDFA的工作 状态进行监控。
除监控线路中的EDFA之外，DWDM系统中的监控系统还应 完成对各波道工作状态的监控。
监控信号所传信息包括帧同步字节、公务字节和网管所用 的开销字节等。
23
6.1.2 DWDM系统结构
2．DWDM的几种网络单元类型
光纤通信
29
6.1.2 DWDM系统结构
光纤通信
OXC的功能与SDH网络中的DXC设备的功能相比，它们
OADM设备接收线路的光信号后，先提取监控信道，再用WPA 将主光通道预放大，通过MR2单元把含有16或32路STM-16的光 信号按波长取下一定数量后送出设备，要插入的波长经MR2单元 直接插入主信道，再经功率放大后插入本地光监控信道，向远端 传输。以MR2为例，其信号流向如图6-8所示。
27
6.1.2 DWDM系统结构
光纤通信
10
6.1.1 DWDM概述
光纤通信
DWDM是密集波分复用的英文缩写。DWDM系统是一种波长间隔 更紧密的WDM系统。现在的通道间隔则更小，只有0.8-2nm，甚 至小于0.8nm，所谓密集是针对波长间隔而言的.
CWDM技术是为了满足接入网应用的要求，是一种近来流行的 被称为粗波分复用的技术CWDM系统是在1530-1560nm的频谱范围 内每隔10nm分配一个波长，此时可以使用频谱较宽的、对中心 波长精确度要求低的、比较便宜的激光器，通常为了节约投资 成本不使用放大器.
光纤通信教学大纲(正式)
光纤通信教学大纲(正式)《光纤通信技术》课程教学大纲课程中文名称：光纤通信技术课程英文名称：Fiber Optical Communication Technology课程编号：ZF17402课程性质：专业方向课学时：（总学时54、理论课学时42、实验课学时12）学分：3适用对象：电子科学与技术专业本科学生先修课程：工程光学、大学物理、电动力学等课程简介：光纤通信是以激光光波作为信号载体，以光纤作为传输媒介的通信方式。
光纤通信技术则是当代通信技术的最新成就，已成为现代通信网的基石。
与电缆通信和微波通信等电通信相比，光纤通信具有传输频带宽、传输衰减小、信号串扰弱和抗电磁干扰等优点。
因此，在目前的国内国际通信网已构成了一个以光纤通信为主，微波和卫星通信为辅的格局。
通过本课程的学习，要求学生掌握光纤的传输理论；光缆结构及特点；无源光器件的原理及性能；光源和光检测器的工作原理及特性；光纤放大器的工作原理及结构；光纤通信系统的组成、性能指标及系统的设计。
一、教学目标及任务光纤通信技术是电子科学与技术本科专业学生专业课程模块中的一门核心课程，通过本课程的学习，学生将掌握光纤通信的基本原理和光纤数字通信系统的组成，了解光纤通信的未来与发展，为进一步学习现代光纤通信技术打下基础。
本课程对培养学生综合应用以前所掌握的光学和通信系统基本知识、模拟和数字通信基本知识等有良好的促进作用。
二、学时分配三、教学内容及教学要求说明本章节的主要内容、重难点及各节相应习题要点，并按“了解”、“理解”、“掌握”三个层次写明本章节的教学要求。
具体格式如下：第一章绪论（6学时）教学要求：1．了解光纤通信系统中光的特性；2．理解光纤通信系统的基本组成—光发射机、光纤及光接收机； 3．理解光纤的衰减、色散以及非线性效应；4．掌握比特率、带宽、中继距离的概念及其影响因素。
教学重点与难点：1．光纤通信系统的基本组成—光发射机、光纤及光接收机；2．比特率、带宽、中继距离的概念、影响因素及其计算。
《光纤通信技术》课程教学大纲、教案、课程日历
《光纤通信技术》课程教学大纲、教案、课程日历第一章：光纤通信概述1.1 光纤通信的定义与发展历程1.2 光纤通信的优点与局限性1.3 光纤通信的应用领域第二章：光纤与光波导2.1 光纤的构造与类型2.2 光纤的传输原理2.3 光波导的类型与特点第三章：光纤通信器件3.1 光源与光发射器3.2 光接收器与光检测器3.3 光纤耦合器与光波分路器3.4 光放大器与光调制器第四章：光纤通信系统4.1 光纤通信系统的组成与工作原理4.2 光纤通信系统的性能评价指标4.3 光纤通信系统的分类与特点第五章：光纤通信技术的发展趋势5.1 高速光纤通信技术5.2 光纤通信网络技术5.3 新型光纤材料与器件5.4 光纤通信在5G及未来通信网络中的应用教学方法：1. 讲授：通过讲解、案例分析等方式，使学生掌握光纤通信的基本原理、技术及其应用。
2. 互动：鼓励学生提问、发表观点，提高课堂氛围，促进学生思考。
3. 实践：组织实验室参观、实践操作等活动，让学生亲身体验光纤通信技术的应用。
4. 讨论：组织小组讨论，培养学生团队合作精神，提高解决问题的能力。
教学评估：1. 平时成绩：考察学生出勤、课堂表现、作业完成情况等。
2. 期中考试：测试学生对光纤通信基本概念、原理和技术掌握程度。
3. 课程设计：要求学生完成一项与光纤通信相关的课程设计，培养实际操作能力。
4. 期末考试：全面考察学生对课程内容的掌握程度。
课程日历：第1周：光纤通信概述第2周：光纤与光波导第3周：光纤通信器件第4周：光纤通信系统第5周：光纤通信技术的发展趋势第六章：光纤通信系统的性能优化6.1 信号衰减与色散管理6.2 光纤非线性效应及其补偿6.3 光信号调制与解调技术第七章：光纤通信网络7.1 光纤通信网络的拓扑结构7.2 波分复用技术（WDM）7.3 光交换技术与光路由器7.4 光纤通信网络的规划与设计第八章：光纤通信技术的应用8.1 光纤通信在数据通信中的应用8.2 光纤通信在电信网络中的应用8.3 光纤传感器与光纤测量技术8.4 光纤医疗成像与治疗技术第九章：光纤通信技术的标准化与协议9.1 光纤通信标准化的意义与过程9.2 主要的光纤通信协议与标准9.3 光纤通信协议的发展趋势第十章：光纤通信技术的未来发展10.1 新型光纤材料与器件的研究10.2 量子光纤通信技术10.3 光纤通信在物联网中的应用10.4 光纤通信在未来通信网络中的挑战与机遇教学方法：6. 结合案例分析，深入探讨光纤通信系统的性能优化技术及其在实际应用中的作用。
光纤通信(第三版)教学教材
光纤通信(第三版)教学教材光纤通信(第三版)第一章1用光导纤维进行通信最早在哪一年由谁提出？用光导纤维进行通信最早在1966年由英籍华人高锟提出 2光纤通信有哪些优点？光纤通信的优点是：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简述通信网络的份层结构. 4比较光在空气和光纤中传输的速度，哪个传输得快？光在光纤中传输的速度比在空气中传输得慢，慢n 倍，n 是光纤纤芯折射率。
5简述抗反射膜的工作原理/复接层层) /网络层 OADM: OXC ：o 光分插复用光交叉连接当光入射到光电器件的表面时总会有一些光被反射回来，除增加耦合损耗外，还会对系统产生不利的影响，为此需要在器件表面镀一层电介质材料，以便减少反射 6简述电介质镜的工作原理电介质镜由数层折射率交替变化的电介质材料组成，从界面上反射的光相长干涉，使反射光增强，如果层数足够多，波长为的反射系数接近17简述分光镜的工作原理两个三角棱镜A 和C 被一层低折射率薄膜B 分开，此时A 中的一些光线穿过薄膜B 进入C ，然后从立方棱镜出去。
由于A 镜斜面阻止全反射的作用，导致产生透射光束，因此入射光束被分成两束。
两种光束能量分配的比例取决于薄膜层厚度和它的折射率。
8说明为什么布拉格衍射的条件是sin d m θλ=?假定入射光束是平行波，因此裂缝变成相干光源。
并假定每个裂缝的宽度a 比把裂缝分开的距离d 更小，从两个相邻裂缝以角度θ发射的光波间的路经差是d sin θ9说明半波片相位延迟的工作原理假如 L 是晶体片的厚度，寻常光（o ）和非寻常光（e ）通过晶体经历的相位变化不同。
于是出射光束和分量通过相位延迟片产生的相位差是φ = π是半波长延迟10说明平面介质波导传输单模光线的条件波导中有一个允许在其中传输的最大模数。
最大模数m 必须满足等式A:()φ-≤V m 2 等式B ：()2122212n n aV -=λπV 数也叫V 参数，或归一化频率，在平面波导中也叫归一化厚度。
光纤通信技术教案
第1章 光纤通信概述1.1光纤通信的基本概念 1.光纤通信光纤通信是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。
2.光波特性 （1）光速：① 在真空中：v f ，oc f （8c 310m /s ）② 在介质中：v c /n （n 是折射率） （2）光是电磁波：TM、TE、TEM （3）光具有二重性① 波动性（宏观）：光具有反射、折射、衍射和干涉等。
② 粒子性（微观）：光具有能量、 动量和质量等。
3.电磁波谱1.1光纤通信的特点 1.优点（1）传输频带宽，通信容量大 （2）传输损耗小 （3）抗电磁干扰（4）光纤线径细、重量轻 （5）制作光纤的资源丰富 2.缺点（1）光纤弯曲半径不宜过小（2）光纤的切断和连接操作技术要求高 （3）分路、耦合操作繁琐1.3 光纤通信系统的基本组成目前光纤通信系统多采用强度调制/直接检波（IM/DD）。
1.光发射机光发射机的主要作用是将电信号转换成光信号耦合进光纤。
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激光器（LD）或半导体发光二极管（LED）。
2.光接收机光接收机中的重要部件是能够完成光/电转换任务的光电检测器，目前主要采用光电二极管（PIN）和雪崩光电二极管（APD）。
3.光中继器光纤通信中光中继器的形式主要有两种，一种是光-电-光转换形式的中继器，另一种是在光信号上直接放大的光放大器。
1.4 光纤通信的发展趋势1.向超高速光纤系统发展2.向超大容量WDM系统发展3.向光传送网方向发展4.向G.655光纤发展5.向宽带光纤接入网方向发展（FTTH）第2章 光导纤维2.1 光纤的结构和分类2.1.1 光纤的结构1.纤芯层（1）位置：光纤的中心部位，折射率为n1。
（2）尺寸：单模光纤的直径d1=2a=4μm～10μm，多模光纤的直径d1=50μm。
（3）材料：高纯度SiO2，掺有极少量的掺杂剂。
2.包层（1）位置：位于纤芯的周围，折射率为n2。
第6章 光纤通信PPT课件
新疆呼图壁县境内的烽火台
*
10
7.1.2 光纤通信发展历史
欧洲人的旗语 1650年，望远镜，极大地延长了这种目视光通信的距离。 1791年，法国人发明了灯信号和“灯语” 虽然人类社会的文明程度和科学技术得到了很大的提高，
但是简单的利用光传递信息的方式仍然在广泛使用，例如 ：红、黄、绿交通灯。
SiO2，就是随处可见的沙子，而且1公斤高存度的石英玻璃可以制 成上万公里的光纤，而制造1公里18管的同轴电缆需120公斤的铜， 或500公斤的铅。
34Mb/s以上光纤通信系统的价格比同轴电缆便宜30%以上。所以采 用光纤通信系统在经济上有重大意义。
白玉微瑕、质地脆、机械强度低、需要比较好的切割及连接技术、分 路耦合比较麻烦
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。
1960年7月，梅曼在加利福尼亚的休斯空军试验室进行了人造激 光的第一次试验，当按钮按下时，第一束人造激光就产生了。
这束仅持续了3亿分之一秒的红色激光标志着人类文明史上一个新时刻 的来临。
也就是说，这些光的频率不稳定、不单一，光的性质也很复杂；一句话， 就是光不纯。
因此，若要用光来通信，必须要解决两个最根本的问题： 一是必须有稳定的、低损耗的传输媒质； 另一个问题是必须要找到高强度的、可靠的光源。
可以说贝尔光电话是现代光通信的雏型
*
13
光纤通信发展历史
（2）光源的探索阶段
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4
7.1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
第六章光纤通信
n
2
n
1
设纤芯和包层的折射率分别为n1和 n2，光 在光纤中传输的必要条件是n1＞n2。
相对折射指数差（Δ）
Δ n12 n2 2 2n12
Δ n1 n2 n1
渐变型光纤（GIF）
– 纤芯折射率呈非均匀分布，在轴心处最大，而在光 纤横截面内沿半径方向逐渐减小，在纤芯与包层的 界面上降至包层折射率n2。
W型光纤（双包层光纤）
– 在纤芯与包层之间设有一折射率低于包层的缓冲层， 使包层折射率介于纤芯和缓冲层之间。
6.2.2 光纤的导光原理
分析光纤的导光原理，一般可采用两种方 法：一种是波动理论法，另一是射线法。
6.2.1 光纤的结构与分类 6.2.2 光纤的导光原理 6.2.3 单模传输条件 6.2.4 光纤的传输特性 6.2.5 光缆
6.2.1 光纤的结构与分类
1．光纤的结构
– 光纤是由中心的纤芯和外面的包层构成的，一般为 双层或多层的同心圆柱体，为轴对称结构。
– 纤芯位于光纤中心，作用是传输光波。包层位于纤 芯外层，作用是将光波限制在纤芯中，同时还起到 一定的机械保护作用。
– 波动理论法是根据电磁场理论，分析其传输 特性。
– 光可用一条表示光的传播方向的几何线来表 示，这条几何线就称为光射线。用光射线来 研究光波传输特性的方法，称为射线法。
1．光的反射和折射
当光射线射到两种介质交界面时，将发生 反射和折射。
入 射
θ1
θ3
反射
n1
n2
n1＞n2
θ2
折
射
光纤通信简明教程参考答案
光纤通信简明教程参考答案第一章习题1-1 什么是光纤通信?目前使用的通信光纤大多数采用基础材料为SiO2的光纤,它是工作在电磁波的哪个区?波长范围是多少?对应的频率范围是多少?光纤通信是利用光导纤维传输光波信号的通信方式。
目前使用的通信光纤大多数采用基础材料为SiO2的光纤。
它是工作在近红外区，波长为0.8～1.8μm，对应的频率为167～375THz。
1-2 试画出光纤通信系统组成的方框图。
一个光纤通信系统通常由电发射机、光发射机、光接收机、电接收机和由光纤构成的光缆等组成。
1-3 通信系统的容量用BL积表示，B和L分别是什么含义?系统的通信容量用比特率—距离积表示，B为比特率，L为中继间距。
1-4 光纤通信的主要优点是什么?光纤通信之所以受到人们的极大重视，是因为和其他通信手段相比，具有无以伦比的优越性。
(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。
光纤还具有均衡容易、抗腐蚀、不怕潮湿的优点。
因而经济效益非常显著。
1-5 请查阅最新资料论述光纤通信的发展趋势。
略第二章习题2-1 一个频率为14106⨯Hz 的光源，其发射功率为10W ，它一秒内发射多少个光子?解： 191434141052.210610626.610106,10⨯=⨯⨯⨯==⨯==-ννh P N HzW P2-2 如下两种光纤，临界角满足什么条件可以保持光在纤芯中传播?（1） 对于石英光纤，纤芯的折射率48.11=n ，包层的折射率46.12=n 。
（2） 对于塑料光纤，纤芯的折射率495.11=n ，包层的折射率402.12=n 。
解：由 12sin n n c =ϑ 得 121sin n n c -=ϑ （1）︒==-57.8048.146.1sin 1c ϑ （2）︒==-94.73495.1402.1sin 1c ϑ2-3 一单色光垂直照在厚度均匀的薄油膜上。
(完整版)《光纤通信》教学大纲
《光纤通信》教学大纲一、课程描述光纤通信是20世纪70年代开始发展起来的一种通信新技术。
80年代以后，随着我国通信技术的迅速发展，光纤通信有了长足的发展，成为社会信息基础设施中不可缺少的一部分，广泛应用于各个领域。
《光纤通信》是结合光纤通信的发展，系统地介绍光纤通信系统的基本原理、基本概念、基本技术和基本分析设计方法，全面反映全光通信技术概貌的课程，为学生学习后续的光纤通信设备、光缆线路工程、综合布线工程、宽带接入技术及现代通信技术等通信专业课程奠定基础。
《光纤通信》是通信工程专业的一门专业任选课，包括光纤通信传输理论，光纤与光缆，光源与光发送机，光检测器与光接收机，无源光器件与集成光路，光纤系统中的信号传输和光纤通信系统等内容。
先修课程是通信原理、信号与系统、高频电路。
二、课程目标1、使学生掌握光纤通信的基本概念和基本原理，理解光发射机和光接收机的基本理论和特性。
2、理解和掌握光纤通信系统的构成、性能指标及光纤通信新技术。
三、课程内容和教学要求这门学科的知识与技能要求分为知道、理解、掌握、学会四个层次。
这四个层次的一般涵义表述如下：知道——是指对这门学科的基本知识、基本理论的认知。
理解——是指运用已了解的基本原理说明、解释一些现象。
掌握——是指利用掌握的理论知识对一些较复杂的功能线路进行解释，说明其工作过程，估计有关参数。
学会——是指在利用仪表和工具完成对某些功能线路的设计、组装、参数测量，并根据理论知识计算相关参数，理论与实验作比较。
能识别操作中的一般差错。
教学内容和要求表中的“√”号表示教学知识和技能的教学要求层次。
本标准中打“*”号的内容可作为自学，教师可根据实际情况确定要求或不布置要求。
教学内容及教学要求表四、课程实施（一）课时安排与教学建议一般情况下，本课程共54学时，其中讲授54学时，具体课时安排如下：（二）教学组织形式与教学方法要求1.主要的教学组织形式是班级授课。
有时也可以采用分组教学。
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DP是LED发射光功率P和驱动电流I的相位延迟差，其定 义为 DP=［φ(I2) -φ(I1)］ 式中, I1和I2为LED不同数值的驱动电流，一般取I2>I1。
6.2.2光端机
光端机包括光发射机和光接收机。
1. 光发射机
模拟基带直接光强调制光纤电视传输系统光发射机的功 能是，把模拟电信号转换为光信号。对这种光发射机的基本 要求是： (1) 发射(入纤)光功率要大，以利于增加传输距离。 在光 纤损耗和接收灵敏度一定的条件下，传输距离和发射光功率 成正比。 发射光功率取决于光源，LD优于LED。 (2) 非线性失真要小，以利于减小微分相位(DP)和微分增 益(DG)，或增大调制指数m(mTV)。LED线性优于LD。
6.2.1 特性参数
评价模拟信号直接光强调制系统的传输质量的最重要的特
性参数是信噪比(SNR)和信号失真(信号畸变)。
1. 信噪比
正弦信号直接光强调制系统的信噪比主要受光接收机性能
的影响，因而输入到光检测器的信号非常微弱， 所以对系统 的SNR影响很大。 SNR=接收信号功率/噪声功率 图6.2示出对发光二极管进行正弦信号直接光强调制的原理。
2、脉冲频率调制（PFM）
3、方波频率调制（SWFM）
• 1. 频率调制(FM)
•
频率调制方式是先用承载信息的模拟基带信号 对正弦载波进行调频，产生等幅的频率受调的 正弦信号，其频率随输入的模拟基带信号的瞬
时值而变化。
• 2、再用这个正弦调频信号对光源进行光强调制， 形成FM—IM光纤传输系统。
2. 脉冲频率调制(PFM)
极限灵敏度（量子极限）：假设系统除量子噪声外，没 有其他噪声存在，此时，灵敏度只有平均信号电流决 定，这样确定的灵敏度称为（最高）极限灵敏度。
正弦信号直接光强调制系统的信噪比为
(mgpb ) 2 / 2 SNR 10lg B(2epb g 2 x 2eId g 2 x 4kTF / RL )
第 6 章 模拟光纤通信系统
6.1 调制方式
6.2 模拟基带直接光强调制光纤传输系统 6.3 副载波复用光纤传输系统
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1、 模拟光纤通信系统：一种通过光纤信道 传输模拟
信号的通信系统。 2、适用场合：模拟电视传输。 3、与数字光纤通信系统相比：模拟光纤通信系统采 用参数大小连续变化的信号来代表信息 。 4、要求：在光 /电转换过程中信号和信息存在 线性 对应关系。因此，对于光源功率特性的线性要求、 对系统信噪比的要求，都比较高。
其中e为电子电荷，B为噪声带宽（一般等于信号带宽）， Id为暗电流，k=1.38×10-23J/k为玻尔兹曼常数，T为热力 学温度，m为调制指数，ρ为光检测器的响应度，Pb为输
入光检测器的平均光功率， g为APD的倍增因子。
若使用PIN-PD, g=1。F为前置放大器的噪声系数。 RL为 光检测器负载电阻。
(mpb ) 2 / 2 SNR 10lg B(2epb 2eId 4kTF / RL )
PS ,min 2 2
Be
SNR
Ps，min ]( dBm ) Pr=10lg [ 3 10
2. 信号失真 定义：模拟信号经直接光强调制系统输出光信号不能真实 地反映输入电信号，即系统输出光功率与输入电信号不能成比 例地随时间变化。 信号失真的原因：一般说，实现电/光转换的光源， 由于在大 信号条件下工作，线性较差，所以发射机光源的输出功率特性 是D-IM系统产生非线性失真的主要原因。 故略去光纤传输和光检测器在光 / 电转换过程中产生的非 线性失真， 只讨论光源LED的非线性失真。
• (2) SCM 系统灵敏度较高，又无需复杂的定时 技术， FM/SCM可以传输60～120路模拟电视节 目，制造成本较低。 因而在电视传输网中竞争 能力强，发展速度快。
（3）在数字电视传输系统未能广泛应用的今 天，线性良好的大功率LD已能得到实际应用， 因而发展 SCM 模拟电视传输系统是适时的选择。 （4）SCM系统不仅可以满足目前社会对电视 频道日益增多的要求，而且便于在光纤与同轴 电缆混合的有线电视系统(HFC)中采用。
由于噪声的累积，和数字光纤通信系统相比，模拟 光纤通信系统的 传输距离较短。
Chapter 6 模拟光纤传输系统 6
• 但是目前采用频分复用（FDM）技术， 实现了一根光纤传输 100多路电视节目， 在有线电视（CATV）网络中，有巨大的 竞争能力。 • 重点：（1）基本的模拟电视传输系统 • （2）副载波复用（SCM）模拟
基本要求是：
(1) 信噪比(SNR)要高； (2) 幅频特性要好； (3) 带宽要宽
模拟基带 DIM 光纤电视传输系统光接收机方框图如图 6.8 所示。 光检测器把输入光信号转换为电信号，经前置放大器和主放大 器放大后输出，为保证输出稳定，通常要用自动增益控制 (AGC)。 光检测器可以用PIN-PD或APD。
• 副载波复用的实质：利用光纤传输系统 很宽的带宽换取有限的信号功率，也就 是增加信道带宽，降低对信道载噪比 ( 载 波功率/噪声功率)的要求，而又保持输出 信噪比不变。
• 在副载波系统中，预调制是采用调频还 是调幅，取决于所要求的信道载噪比和 所占用的带宽。
6.2 模拟基带直接光强调制光纤传输系统
信号对方波进行调频，产生等幅、不等宽的方波
脉冲调频信号，其方波脉冲频率随输入的模拟基
带信号的幅度而变化。 • 2 、再用这个方波脉冲调频信号对光源进行光强 调制，形成SWFM-IM光纤传输系统。
• 模拟基带直接光调制和模拟间接光强调制的比较： • 模拟间接光调制优点：提高传输质量、增加传输 距离。 • 原因：模拟直接光调制（D-IM）光纤电视传输系 统的性能受到光源非线性的限制，一般只能使用 线性良好的LED作光源。 LED入纤功率很小，所 以传输距离很短。
模拟光纤传输系统调制方式
• （1）模拟基带直接光强调制 • （2）模拟间接光强调制 • （3）频分复用光强调制
6.1.1 模拟基带直接光强调制
模拟基带直接光强调制 (D-IM) 是用承载信息的模 拟基带信号（未经过调制前的视频信号），直接对发 射机光源(LED或LD)进行光强调制，使光源输出光功 率随时间变化的波形和输入模拟基带信号的波形成比 例。 特点：设备简单、 价格低廉，适用于短距离传输。
模拟基带直接光强调制 (D-IM) 光纤传输系统由光发射机 (光源通常为发光二极管)、光纤线路和光接收机(光检测器)组成， 这种系统的方框图如图6.1所示。
发光 二极管 基带信号 m(t) 调 制 器 发送机 光纤 接收机 光检测器 放大器 恢复原信号 m(t)
图 6.1 模拟信号直接光强调制系统方框图
f1 放 频道1 大 放 大 M1 f2 频道2 M2 BPF BPF
f1 s 组 f2 s 合 电 fN s 路 光发射机 LD 宽 放 驱 动 电 路 PIN 探 测 电 路 宽 放 光接收机 分
f1 s
D1
LPF
频道1
离 f 2s 电 路 f 3s
D2
LPF 频道2
光纤
…
fN MN BPF
…
放 频道N 大
DN
LPF
频道N
Mi 为调制器
Di 为解调器
BPF为带通滤波器
LPF为低通滤波器
图 6.１０ 副载波复用模拟电视光纤传输系统方框图
SCM模拟电视光纤传输系统的优点：
• (1) 一个光载波可以传输多个副载波，各个副 载波可以承载不同类型的业务，有利于数字和 模拟混合传输以及不同业务的综合和分离。
6.1.3 频分复用光强调制
1、用每路模拟电视基带信号，分别对某个指定的射频(RF)电信 号进行调幅(AM)或调频(FM)， 2、再用组合器把多个预调RF信号组合成多路宽带信号， 3、最后用这种多路宽带信号对发射机光源进行光强调制。
4、光载波经光纤传输后，由远端接收机进行光/电转换和信号 分离。
因为传统意义上的载波是光载波，为区别起见，把受模拟 基带信号预调制的RF电载波称为副载波，这种复用方式也称为 副载波复用(SCM)。
接收机的灵敏度Pr
光接收机的最小信号光功率
B S PS ,min 2 2hf NP
则，
把ρ=ηe/hf代入上式，
PS ,min 2 2
Be
SNR
则，接收机的灵敏度
Ps，min Pr=10lg [ 10 3 ]( dBm )
• 例1 某光接收机中的光检测器的负载电阻为1MΩ ，放 大器的带宽B=10MHZ，噪声系数为6dB，若采用PIN检 测器，已知PIN的暗电流Id=0.6nA，响应度ρ=0.4A/W,若 常温下温度T=300K，正弦信号直接光强调制的调制指 数m=1，信号的工作波长为0.85um,传输至光检测器出的 光信号功率P= -46dBm。 • 求（1）接收机输出信噪比SNR （2）此时的光接收机的极限灵敏度应为多少？
P
输出信号 Pb
0
Im in
Ib
Im ax
I
输入信号 Io m
图 6.2 发光二极管模拟调制原理
对于电视信号直接光强调制系统的信噪比有些不同， （假设传输的是阶梯形全电视信号）
1.44mTV Pb 则 SNR 20lg B(2epb 2eI d 4kTF / RL )
式中, mTV为电视信号的调制指数， g=1。
(3) 调制指数m(mTV)要适当大。m大，有利于改善SNR；
但m太大，不利于减小DP和DG。
(4) 光功率温度稳定性要好。 LED 温度稳定性优于 LD ， 用 LED 作光源一般可以不用自动温度控制和自动功率控制， 因而可以简化电路、降低成本。
2. 光接收机
光接收机的功能是把光信号转换为电信号。 对光接收机的
PIN-PD只需较低偏压(10～20 V)就能正常工作，电路简单， 但没有内增益，SNR较低。