光纤通信技术第四章
第4章光纤通信系统介绍
1．光发射机
(3) 光发射机的组成方框图和各部分功能 ⑥ 调制(驱动) • 经过扰码后的数字信号通过调制电路对光源进 行调制，让光源发出的光信号强度跟随信号码 流的变化，形成相应的光脉冲送入光纤。
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1．光发射机
(3) 光发射机的组成方框图和各部分功能 ⑦ 自动功率控制 • 由于老化等因素的影响，使得光发射机的光源 在使用一段时间之后，出现输出光功率降低的 • 为了保持光源输出功率的稳定，在光发射机中 常使用自动功率控制(APC)电路。
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2．光接收机
• 图4-10 时钟恢复电路方框图
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2．光接收机
• 图4-11 时钟恢复电路波形图
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2．光接收机
• 图4-12 NRZ码的功率谱密度分布图
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2．光接收机
• 图4-13 RZ码功率谱密度分布图
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2．光接收机
• 图4-14 一种非线性处理电路
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2．光接收机
• 图4-15 非线性处理电路中的波形图
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2．光接收机
• 图4-8 单个脉冲均衡前后波形的比较
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2．光接收机
⑤ 判决器和时钟恢复电路 • 判决器由判决电路和码形成电路构成。 • 判决器和时钟恢复电路合起来构成脉冲再生电 路。 • 脉冲再生电路的作用是将均衡器输出的信号恢 复成理想的数字信号
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2．光接收机
• 图4-9 信号再生示意图
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（1）衰减对中继距离的影响
• 一个中继段上的传输衰减包括两部分，其一是 光纤本身的固有衰减，再者就是光纤的连接损 耗和微弯带来的附加损耗。 • 构成光纤损耗的原因很复杂，归结起来主要包 括两大类：吸收损耗和散射损耗。 • 引起光纤损耗的因素还有光纤弯曲和微弯产生 的损耗以及纤芯与包层中的损耗等等。
光纤通信技术(第2版)答案
6.试推导渐变型光纤子午线的轨迹方程 答：P15 如式：2-2-18 7. 什么是单模光纤？其单模传输条件是什么？ 答：单模光纤是在给定的工作波长上，只传输单一基模的光纤 在阶跃单模光纤中，只传输LP01 （或称HE11 ）模。因为 LP01 模的归一化截至频率为
Vc(LP11)=2.40483
而模式的传输条件是V>Vc 可传，V≤Vc 截至，因此，要保证光纤中只传输LP01 一个模式则必须要求：
代入数据可得：
0
V 2 n1k0 a
2
2 n1k0 a 2.40483
0 2 0.01 1.5
0 得： 0 a 2.36358 ( m)
a 2.40483
18.渐变型光纤的折射指数分布为
求出光纤的本地数值孔径 解： NA( r ) n 2 ( r ) n 2 ( a )
9.简述EDFA的工作原理 答： P81-P82 （2）EDFA的工作原理中内容 10. EDFA的主要特征指标是什么？说明其含义。 答： P83 “3.EDFA的主要特征参数” 这一部分 11.为什么说F-P腔型滤波器具有频率选择性？ 答： P91 第六段 由于两反射镜的反射系数…… 12.简述光定向耦合器、光隔离器、光环行器以及光开关在光纤通信系统中的作用 答： 光定向耦合器：P88 倒数第二段 光隔离器：P89 倒数第二段 光环行器：P90 最后一段 13.试用图说明光波长转换器的工作原理。 答： P92 图3-45 P93 图3-46 14.什么是波分复用技术？ 答：P93 第一段 15.简述光波分复用器的工作原理。 答：P94 “（1）光波分复用器的工作原理”的内容 16.简述RFA的工作原理。 答：P86 “（2）RFA的工作原理”的内容 17.RFA具有哪些特点？ 答：P85 “1.RFA的特点”的内容
光纤通信2011_第4章 ULH
光放大器类型光纤放大器掺稀土元素放大器非线性效应放大器特性。
泵浦和增益系数光放大器的能源是由外界泵浦提供的。
根据掺杂物能级结构的不同，泵浦可以分为三能级系统和四能级系统。
在两种系统中，掺杂物都是通过吸收泵浦光子而被激发到较高能态，再快速驰豫到能量较低的激发态，使储存的能量通过受激辐射被释放出来放大光信号。
两种泵浦原理示意图泵浦激光发射放大器增益随输出功率的变化放大器噪声所有光放大器在放大过程中都会把自发辐射（或散射）叠加到信号光上，导致被放大信号的信噪比（低，其降低程度通常用噪声指数式中的SNR 是由光接收机测得的，因此所得n F =铒的吸收和辐射特性EDFA 增益特性增益特性表示了放大器的放大能力，其定义为输出功率与输入功率之比。
EDFA的增益大小与多种因素有关，通常为15～EDFA 噪声特性EDFA的输出光中，除了有信号光外，还有自发辐射光，它们一起被放大，形成了影响信号光的噪声源，的噪声主要有以下四种：①信号光的散粒噪声；②被放大的自发辐射光的散粒噪声；③自发辐射光谱与信号光之间的差拍噪声；④自发辐射光谱间的差拍噪声。
以上四种噪声中，后两种影响最大，尤其是第三种噪EDFA基本结构EDFA的内部按泵浦方式分，有三种基本的结构：即同向泵浦、反向泵浦和双向泵浦。
同向泵浦信号光与泵浦光以同一方向从掺铒光纤的输入端注入的结构，也称为前向泵浦。
反向泵浦泵浦光WDM系统中的增益带宽增益平坦增益特性优化噪声系数和饱和输出功率EDFA对光纤传输系统的影响非线性问题光浪涌问题色散问题光纤线路的长期可靠性问题受激拉曼散射原理FRA工作原理在许多非线性介质中，受激拉曼散射将一小部分入射功率由一光束转移到另一频率下移的光束，频率下移量由介质的振动模式决定，此过程称为受激拉曼效应。
量子力学描述为入射光波的一个光子被一个分子散射成为另一个低频光子，同时分子完成振动态之间的跃迁，入射光作为泵29混合拉曼/掺铒光纤放大器拉曼放大器和掺铒光纤放大器各有其独特的特点，将FRA 和EDFA 结合起来构成混合拉曼大器（HFA ），也是提高拉曼放大器性能的一种重要方法。
光纤通信系统的设计与调制技术研究
光纤通信系统的设计与调制技术研究第一章引言随着信息时代的到来，通信技术迅速发展，光纤通信系统成为了传输大容量信号的重要技术。
光纤通信系统的设计与调制技术研究对于实现高速、稳定和可靠的数据传输至关重要。
本章将介绍本文的研究背景和目的，并提出本文的结构。
第二章光纤通信系统的基本原理光纤通信系统的基本原理是利用光纤将信号转化为光信号进行传输。
光纤通信系统由光源、调制器、光纤传输介质、光接收器和信号处理器等组成。
光源发出的光信号经过调制器调制后在光纤中传输，然后由接收器接收，并经过信号处理器进行处理。
本章将详细介绍光纤通信系统的基本原理和各个组成部分的功能。
第三章光纤通信系统的设计光纤通信系统的设计涉及到多个方面，包括系统的架构设计、光源的选择、调制器的设计以及信号处理器的性能等。
本章将针对光纤通信系统的设计过程进行详细介绍，并分析各个方面的考虑因素和设计方法。
第四章光纤通信系统的调制技术光纤通信系统的调制技术是实现信号在光纤中传输的关键。
调制技术可以将电信号转化为光信号，并在光纤中进行调制。
常用的调制技术包括直接调制技术、外差调制技术和间接调制技术等。
本章将介绍各种调制技术的原理和特点，并分析它们在光纤通信系统中的应用。
第五章光纤通信系统的性能分析与优化光纤通信系统的性能分析与优化是提高系统传输能力和可靠性的重要手段。
本章将介绍光纤通信系统的性能指标，如位错率、传输速率和信噪比等，并针对这些指标进行系统性能的分析和优化方法的研究。
同时，我们还将讨论如何在系统设计和调制技术中优化性能。
第六章光纤通信系统的应用前景与展望光纤通信系统在当前和未来的通信领域中有着广阔的应用前景。
本章将介绍光纤通信系统在数据通信、视频传输、远程监控和军事通信等领域的应用，同时也对光纤通信系统未来的发展方向进行展望，包括纳米光纤技术、多波长通信技术以及量子通信技术等。
第七章总结与展望本文通过对光纤通信系统的整体设计和调制技术的研究，对光纤通信系统的基本原理、设计方法和性能分析进行了全面深入的探讨。
《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 光纤通信的定义和发展历程1.2 光纤通信的优势和局限性1.3 光纤通信的应用领域1.4 光纤通信的发展趋势第二章：光纤的基础知识2.1 光纤的组成和结构2.2 光纤的种类和特性2.3 光纤的传输原理2.4 光纤的耦合和衰减第三章：光纤通信系统的组成3.1 光源和光发射器3.2 光接收器和解调器3.3 光放大器和光纤放大器3.4 光波分复用器和光开关第四章：光纤通信系统的性能评估4.1 系统性能指标4.2 信道容量和误码率4.3 系统噪声和损耗4.4 系统优化和升级第五章：光纤通信技术的应用5.1 光纤通信在通信领域的应用5.2 光纤通信在数据传输中的应用5.3 光纤通信在有线电视中的应用5.4 光纤通信在互联网和数据中心中的应用第六章：光纤通信系统的传输技术6.1 直接序列扩频传输技术6.2 频率分割复用传输技术6.3 时间分割复用传输技术6.4 波长分割复用传输技术第七章：光纤通信系统的网络架构7.1 点对点光纤通信网络7.2 星型光纤通信网络7.3 环型光纤通信网络7.4 光纤通信网络的规划和设计第八章：光纤通信系统的保护与恢复8.1 光纤通信系统的保护技术8.2 光纤通信系统的恢复技术8.3 故障检测与定位技术8.4 系统冗余设计第九章：光纤通信技术的最新进展9.1 光量子通信技术9.2 光纤激光器技术9.3 光纤传感器技术9.4 光纤通信技术的未来发展趋势第十章：实验与实践10.1 光纤通信系统的基本实验10.2 光纤通信系统的性能测试与评估10.3 光纤通信网络的搭建与维护10.4 实际案例分析与讨论第十一章：光纤通信系统的维护与管理11.1 光纤通信设备的维护与管理11.2 光纤通信网络的监测与维护11.3 光纤通信系统的安全与保护11.4 光纤通信技术的标准化与规范第十二章：光纤通信技术在特定领域的应用12.1 光纤通信在军事通信领域的应用12.2 光纤通信在航空航天领域的应用12.3 光纤通信在海洋探测领域的应用12.4 光纤通信在医疗健康领域的应用第十三章：光纤通信技术的国际化发展13.1 国际光纤通信技术的标准与协议13.2 跨国光纤通信网络的构建与运营13.3 国际合作与竞争在光纤通信领域的影响13.4 光纤通信技术在全球范围内的普及与发展第十四章：光纤通信技术的创新与研发14.1 新型光纤材料与技术的研发14.2 光纤通信设备的创新设计14.3 光纤通信系统的智能化与自动化14.4 光纤通信技术在未来的挑战与机遇第十五章：课程总结与展望15.1 光纤通信技术课程回顾15.2 光纤通信技术的关键问题和挑战15.3 光纤通信技术的未来发展趋势15.4 学生实践和研究的方向与建议重点和难点解析本文档详细介绍了《光纤通信技术》课程的教学大纲、教案和课程日历，涵盖了光纤通信的概述、基础知识、系统组成、性能评估、应用领域、传输技术、网络架构、保护与恢复、最新进展、实验与实践、维护与管理、特定领域应用、国际化发展、创新与研发以及课程总结与展望等十五个章节。
光纤通信系统中的信号调制技术
光纤通信系统中的信号调制技术第一章光纤通信系统概述光纤通信系统是一种高速、大容量、低损耗的通信传输方式，已被广泛应用于现代通信网络中。
光纤通信系统的核心技术之一就是信号调制技术，通过将信号转换为光信号，再通过光纤传输，实现远距离的高速数据传输和通信。
第二章信号调制技术的分类在光纤通信系统中，信号调制技术可以分为两大类：直接调制和间接调制。
直接调制是指将电信号直接转换为光信号，而间接调制则是通过在电信号上叠加调制信号，在接收端解调还原为原始信号。
第三章直接调制技术直接调制技术在光纤通信系统中被广泛应用。
其中，振荡器技术是最主要的一种直接调制技术。
通过使用振荡器驱动半导体激光器，产生高频光信号，并将其与电信号直接叠加，实现信号的传输。
此外，还有脉冲调制、频率调制等直接调制技术，它们的原理和应用也有相应的特点。
第四章间接调制技术间接调制技术相对于直接调制技术更为复杂，但在一些特定的应用场景中，更加灵活和高效。
其中，消频调制技术是一种常见的间接调制技术，它能够将基带信号转换为带通频率信号，再通过光纤传输。
此外，还有相位调制、振幅调制等间接调制技术，它们都有自己的特点和应用领域。
第五章信号调制技术的应用信号调制技术在光纤通信系统中有着广泛的应用。
在长距离光纤通信系统中，直接调制技术通常用于高速数据传输；而在短距离的光纤通信系统中，间接调制技术更加常见。
此外，在光纤传感等领域，信号调制技术也有着重要的应用。
第六章信号调制技术的发展趋势随着通信技术的不断进步和发展，信号调制技术也在不断演化和改进。
目前，越来越多的研究者关注于提高信号调制技术的传输速率、抗噪声性能和兼容性，以满足日益增长的通信需求。
结语光纤通信系统中的信号调制技术是实现高速、大容量、低损耗通信传输的重要一环。
通过本文对信号调制技术的分类、原理和应用进行了系统介绍，可以更好地理解光纤通信系统中信号调制技术的作用和意义。
相信随着科学技术的不断发展，信号调制技术将在光纤通信系统中发挥更加重要的作用，并引领通信行业的未来发展。
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。
梁瑞生《现代光纤通信技术及应用》课后习题及参考答案
第1章概述1－1、什么是光纤通信？参考答案：光纤通信(Fiber-optic communication)是以光作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式，其先将电信号转换成光信号，再透过光纤将光信号进行传递，属于有线通信的一种。
光经过调变后便能携带资讯。
光纤通信利用了全反射原理，即当光的注入角满足一定的条件时，光便能在光纤内形成全反射，从而达到长距离传输的目的。
1－2、光纤通信技术有哪些特点？参考答案：(1)无串音干扰，保密性好。
(2)频带极宽，通信容量大。
(3)抗电磁干扰能力强。
(4)损耗低，中继距离长。
(5)光纤径细、重量轻、柔软、易于铺设。
除以上特点之外，还有光纤的原材料资源丰富，成本低;温度稳定性好、寿命长等特点。
1－3、光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分作用。
参考答案：光纤通信系统最基本由光发送机、光接收机、光纤线路、中继器以及无源器件组成。
其中光发送机负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号，光纤线路负责传输信号，而光接收机负责接收光信号，并从中提取信息，然后转变成电信号，最后得到对应的话音、图象、数据等信息。
(1)光发送机：由光源、驱动器和调制器组成，实现电/光转换的光端机。
其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。
(2)光接收机：由光检测器和光放大器组成，实现光/电转换的光端机。
其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端机去。
(3)光纤线路：其功能是将发信端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。
(4)中继器：由光检测器、光源和判决再生电路组成。
它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减;另一个是对波形失真的脉冲进行整形。
(5)无源器件：包括光纤连接器、耦合器等，完成光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合。
光通信技术课后答案-第四章
第4章光检测器与光放大器
代高凯201027209 通信103班
4-8.EDFA的泵浦方式有哪些，各有什么优缺点？
答：目前商用化的光放大器一般都采用如下3中泵浦方式：同向泵浦、反向泵浦和双向泵浦。
①同向泵浦——优点：构成简单、噪声性能较好；
缺点：在同样的泵浦方式下，同向泵浦光的输出最低。
②反向泵浦——优点：当光信号放大到很强的时候，泵浦光也强，不易达到饱和，
因而具有较高的输出功率；
缺点：随着输出功率或者光线长度的增加，反向泵浦的噪声系数
递增较快且比另外两种方式较大；
③双向泵浦——优点：这种方式结合了同向泵浦和反向泵浦的优点，使得泵浦光
在光纤中均匀分布，从而使其增益在光纤中也均匀分布。
这种配置具有更高的输出信号功率，最多可以比上述单向
泵浦型高6dB，而且EDFA的性能与信号传输方式无关；
缺点：由于增加了一个泵浦激光器及相应的控制电路，成本较高。
4-12.EDFA在光纤通信系统中的应用形式有哪些？
答：EDFA在光纤通信系统中的应用形式可以分为3种：
①中继放大器（LA）—在光纤线路上每隔一定距离设置一个光纤放大器，以延长干线网的传输距离。
②前置放大器（PA）—此放大器置于光接收机前面，放大非常微弱的光信号，以改善接收灵敏度，作为前置放大器，对噪声要求非常苛刻。
③后置放大器（BA）—此放大器置于光发射机后面，以提高发射光功率，对后置放大器噪声要求不高，而饱和输出光功率是主要参数。
通工专业-光纤通信技术-第四章-光探测器与光接收机
光纤通信系统对光探测器的要求
（1）灵敏度高：灵敏度高表示探测器把 光功率转变为电流的效率高。在实际的光接 收机中，光纤传来的信号极其微弱，有时只 有1nw左右。为了得到较大的信号电流，人 们希望灵敏度尽可能的高。
（2）响应速度快：指射入光信号后，马上就有 电信号输出；光信号一停，电信号也停止输出， 不要延迟。这样才能重现入射信号。实际上电信 号完全不延迟是不可能的，但是应该限制在一个 范围之内。随着光纤通信系统的传输速率的不断 提高，超高速的传输对光电检测器的响应速度的 要求越来越高，对其制造技术提出了更高的要求。
RC 2.2RT CT （4.6）
式中，CT为电路的总电容，RT为电路的总电阻。
考虑上述三个因素的影响，总的上升时间为
(
2 RC
2 d
2 i
)1/ 2
PIN-PD特性参数(3)噪声
•噪声
噪声直接影响光接收机的灵敏度。
散粒噪声（信号电流和暗电流产生）
暗电流是器件在反偏压0.9UB条件下，没有入射光时 产生的反向电流，与光电二极管的材料和结构有关
I层较厚，几乎占据了整个耗 尽区。绝大部分的入射光在I层 内被吸收并产生大量的电子-空 穴对。在I层两侧是掺杂浓度很 高的P型和N型半导体，P层和 N层很薄，吸收入射光的比例 很小。因而光产生电流中漂移 分量占了主导地位，这就大大 加快了响应速度。另外，可通 过控制耗尽层的宽度w，来改 变器件的响应速度。
4.1 光探测器
4.1.1光电检测原理——PN结的光电效应
光电二极管(PD)把光信号转换为电信号的功能， 是由半导 体PN结的光电效应实现的。
当光照射到光电二极管的光敏面 上时，能量大于或等于带隙能量 Eg的光子将激励价带上的电子吸 收光子的能量而跃迁到导带上 （受激吸收），可以产生自由电 子-空穴对（称为光生载流子）。 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， 形成漂移电流。
光纤通信技术电子教案
光纤通信技术电子教案第一章：光纤通信概述1.1 光纤通信的定义与特点1.2 光纤通信的发展历程1.3 光纤通信的应用领域第二章：光纤与光波导2.1 光纤的基本原理与结构2.2 光纤的分类与性能2.3 光波导的类型与制备方法第三章：光纤通信系统的基本组成3.1 光源与光发射器3.2 光接收器与光检测器3.3 光纤传输系统与光纤通信设备第四章：光纤通信的关键技术4.1 光纤的耦合与连接技术4.2 光放大器与光滤波器4.3 光开关与光调制技术第五章：光纤通信系统的性能评估5.1 系统损耗与色散分析5.2 误码率与信道容量5.3 光纤通信系统的优化与升级第六章：光纤通信系统的应用6.1 数据通信与互联网6.2 电话通信与光纤电话6.3 广播与有线电视光纤传输第七章：光纤网络技术7.1 光纤传输网络的基本结构7.2 光纤接入网技术7.3 光纤传输网的构建与优化第八章：光电子器件8.1 光发射器件8.2 光接收器件8.3 光开关与光调制器件第九章：光纤通信技术的未来发展9.1 光纤通信技术的新发展9.2 光电子集成技术与光芯片9.3 量子通信与光纤通信的结合第十章：实验与实践10.1 光纤通信实验设备与方法10.2 光纤通信系统的搭建与调试10.3 光纤通信技术在实际应用中的案例分析第十一章：光纤通信系统的维护与管理11.1 光纤通信设备的日常维护11.2 光纤网络的故障诊断与处理11.3 光纤通信系统的安全管理与维护第十二章：光纤通信技术的标准与规范12.1 国际光纤通信技术标准简介12.2 国内光纤通信技术标准与规范12.3 光纤通信设备认证与质量检测第十三章：光纤通信技术在特定领域的应用13.1 光纤通信在军事通信中的应用13.2 光纤通信在电力系统中的应用13.3 光纤通信在医疗通信中的应用第十四章：光纤通信技术的产业化与市场分析14.1 光纤通信产业的发展现状与趋势14.2 光纤通信设备的市场分析14.3 光纤通信技术在国内外市场的竞争格局第十五章：复习与练习15.1 光纤通信技术的主要概念与技术指标15.2 光纤通信系统的基本组成与工作原理15.3 光纤通信技术在实际应用中应注意的问题重点和难点解析本文档是关于光纤通信技术电子教案的内容，涵盖了光纤通信的基本概念、关键技术、系统性能评估、应用领域、网络技术、光电子器件、未来发展、实验实践、维护管理、技术标准、产业化与市场分析以及复习练习等方面。
光纤通信第四版课后答案张德民胡庆
光纤通信课后答案第一章基本理论1、阶跃型折射率光纤的单模传输原理是什么?答:当归一化频率V小于二阶模LP11归一化截止频率，即O<V<2.40483时，此时管线中只有一种传输模式，即单模传输。
2、管线的损耗和色散对光纤通信系统有哪些影响?答:在光纤通信系统中，光纤损耗是限制无中继通信距离的重要因素之一，在很大程度上决定着传输系统的中继距离;光纤的色散引起传输信号的畸变，使通信质量下降，从而限制了通信容量和通信距离。
3、光纤中有哪几种色散?解释其含义。
答: (1）模式色散:在多模光纤中存在许多传输模式，不同模式沿光纤轴向的传输速度也不同，到达接收端所用的时间不同，而产生了模式色散。
(2）材料色散:由于光纤材料的折射率是波长的非线性函数，从而使光的传输速度随波长的变化而变化，由此引起的色散称为材料色散。
(3）波导色散:统一模式的相位常数随波长而变化，即群速度随波长而变化，由此引起的色散称为波导色散。
5、光纤非线性效应对光纤通信系统有什么影响?答:光纤中的非线性效应对于光纤通信系统有正反两方面的作用，一方面可引起传输信号的附加损耗，波分复用系统中信道之间的串话以及信号载波的移动等，另一方面又可以被利用来开发如放大器、调制器等新型器件。
6、单模光纤有哪几类?答:单模光纤分为四类:非色散位移单模光纤、色散位移单模光纤、截止波长位移单模光纤、非零色散位移单模光纤。
7、光缆由哪几部分组成?答:加强件、缆芯、外护层。
*、光纤优点:巨大带宽(200THz)、传输损耗小、体积小重量轻、抗电磁干扰、节约金属。
*、光纤损耗:光纤对光波产生的衰减作用。
引起光纤损耗的因素:本征损耗、制造损耗、附加损耗。
*、光纤色散:由于光纤所传输的信号是由不同频率成分和不同模式成分所携带的，不同频率成分和不同模式成分的传输速度不同，导致信号的畸变。
引起光纤色散的因素:光信号不是单色光、光纤对于光信号的色散作用。
色散种类:模式色散(同波长不同模式)、材料色散(折射率)、波导色散(同模式，相位常数)。
光纤技术及应用--第四章概要PPT课件
2021/4/1
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图4.1-2，从石英光纤的损耗谱曲线可以看到光纤通信所 使用的三个低损耗“窗口”——三个低损耗谷，它们分别是 850 nm波段——短波长波段、1310nm波段和1550nm波段— —长波长波段。目前，光纤通信系统主要工作在1310nm波 段和1550nm波段上，尤其是1550nm波段，长距离大容量 的光纤通信系统多工作在这一波段。
第四章 光纤的传输特性
光纤作为光通信的传输介质，从通信角度来看，主要关心光纤 的以下几个传输特性：
(1)损耗：只有衰减小到一定程度才可能做长距离通信使用；
(2)色散：色散小，脉冲展宽小，从而要求光纤有较小的色散， 才可能以高速率传输信号或者说有较大的通信容量。
另外，随着光纤通信的发展，光纤的偏振特性和非线性效应对 光信号的传输也有较大的影响。
另外，水分子中OH－存在也产生吸收损耗，OH－的基本吸 收极峰在2.8μm红外附近，其中OH-离子的影响比较大，它的吸 收峰分别位于950nm，1240mm和1390nm，对光纤通信系统影 响较大。
解决方法：(1)光纤材料化学提纯，比如达到99.9999999%的 纯度。（2）制造工艺上改进，如避免使用氢氧焰加热。
3、 模间色散-----存在于多模光纤中，各导模的群速度不同，导 致各模式之间的群延时差，从而引起色散。
总之：色散将导致光脉冲在光纤中传输时的脉冲展宽，从而限 制了光纤通信的信息传输速率，即通信容量。
4.2.2 光信号在色散光纤中的传输
光纤中传输的信号光是指被适当调制的光频电磁波。对于
幅度调制，在输入端（z=0），信号光可以用幅度虽时间的变
化关系 f(t) 描述。由于光纤中的损耗和色散，信号光在光纤
中传输时，其形状将发生变化，并与传输距离有关，可以用
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自发发射和受激发射的特点
? 自发发射的同时总伴有受激发射发生。
? 在热平衡情况下，自发发注入（即电泵），打破热平衡状态，大量 粒子处于高能级，即 粒子数反转 后，在发光束方 向上的受激发射比自发发射的强度大几个数量级。
4.1.2 分布反馈激光器 DFB LD
? DFB LD 同F-P LD 的主要区别： DFB LD 没有集 总的谐振腔反射镜，它的反射机构是由有源区波 导上的Bragg 光栅提供的。
? 分布式反馈 ? 非常好的单色性和方向性
? 按结构分类 ： F-P LD 、 DFB LD 、 DBR LD 、 QW LD 、 VCSEL
? 按波导机制分类 ：增益导引 LD 和折射率导引 LD
? 按性能分类 ：低阈值 LD 、超高速LD 、动态单 模LD 、大功率 LD
4.1.1 法布里-珀罗型激光器F-P LD
? F-P LD 是最常见最普通的 LD. ? 由外延生长的有源层和有源层两边的限制层构成，
光纤通信技术第四章
激光器及光发射机
王建萍
信息光电子研究所 清华大学电子工程系
驱动电路
光源
调制器
光纤
中继器
光纤
光电二 极管
放大器 判决器
光发射机
将电信号转变为光信号
第四章 激光器及光发射机
4.1 半导体激光器
4.1.1 法布里-珀罗型激光器F-P LD 4.1.2 分布反馈激光器DFB LD 4.1.3 分布Bragg 反射型激光器DBR LD 4.1.4 量子阱激光器QW LD 4.1.5 垂直腔面发射激光器VCSEL
? LED 的主要工作原理对应光的自发发射过 程，因而是一种非相干光源。
? LED 发射光的谱线较宽、方向性较差，本 身的响应速度又较慢，所以只适用于速率 较低的通信系统。
? 在高速、大容量的光纤通信系统中主要采 用半导体激光器作光源。
半导体激光器LD
? 半导体激光器的优点 ：尺寸小，耦合效率高， 响应速度快，波长和尺寸与光纤尺寸适配，可 直接调制，相干性好。
Typical mode hopping behavior F-P LD 在高速调制下，或在温度和注入电流变化时，不再维 持原激射模式，而会出现模式跳跃和谱线展宽，这对高速应用 很不利。为了维持单模，减小光谱展宽，需研究动态单模激光 器? DFB LD 及DBR LD （光纤通信最有前途的实用化器件）
1. 光的自发发射、受激吸收和受激发射
? 工作物质和泵浦源 是实现光的自发发射、受激吸收 和受激发射的最基本条件。
? 自发发射：大量处于高能级的粒子，各自分别发射
一列一列频率为 ?=(E2 -E1) /h 的光波，但各列光波
之间没有固定的相位关系，可以有不同的偏振方向， 沿所有可能的方向传播。各光子 彼此无关。
4.2 半导体激光器的工作特性 4.3 光发射机
4.1 半导体激光器LD
? 激光器被视为20 世纪的三大发明（还有半 导体和原子能）之一，特别是半导体激光 器LD 倍受重视。
? 光纤通信中最常用的光源是半导体激光器 LD 和发光二极管LED 。
? 主要差别：
? 发光二极管输出非相干光； ? 半导体激光器输出相干光。
3. 振荡条件
? 当增益超过由部分反射和散射等多种因素引起的 总损耗，经过谐振腔的选频作用，特定频率的光 波在谐振腔内积累能量并通过反射镜射出，形成 激光（相干光）。
? 振幅条件
? ? 相位条件：2nL ? m
n-有源层折射率；L-腔长 m- 任意整数；? -波长
满足相位条件的频率有无限多个， 只有那些在谱线中心附近的频率 才能满足振荡条件，所以激光器 的振荡频率只能取有限个分立值。
F－P LD的结构
缺点：光功率增 大时，光斑尺寸 不稳定，模式稳 定性亦不高。
很难将光 导引到光
纤
增益导引半导体激光 器：沿激光长度方向 放置一个窄的条形电 极，将注入电流限制 在一个窄条里。
折射率导引半导体激 光器，引入折射率差。 结构简单，制造工艺 不太复杂，辐射光空 间分布稳定性高，被 大多数光波系统使用。
Modes produced in a Typical Fabry-Perot Laser
Spectral width and Linewidth at FWHM (Full Width Half Maximum)
Output spectrum changes as power is applied
发光二极管LED
? 对于光纤通信系统，如果使用多模光纤且 信息比特率在100 ～200Mb/s 以下，同 时只要求几十微瓦的输入光功率，那么 LED 是可选用的最佳光源。
? 比起半导体激光器，因为LED 不需要热稳 定和光稳定电路，所以LED 的驱动电路相 对简单，另外其制作成本低、产量高。
发光二极管LED
? 受激发射 ：处于高能级 E2的粒子受到光子能量为 ?
的光照射时，粒子会由于这种入射光的刺激而发射
出与入射光 一模一样的光子，并跃迁到低能级 E1上。
有相同的偏振方向和传播方向 。
双能级原子系统的三种跃迁
E2
h?
E1
自发发射跃迁
E2
h?
E1
受激吸收跃迁
E2
h?
h?
h?
E1
受激发射跃迁
受激发射的光子 与原光子具有相
谐振腔由晶体的两个解理面构成。通常为双异质 结（DH ）LD 。 ? 激光器实质上是一个受激发射的光振荡放大器。
F-P LD基本工作原理
? 实现F-P LD 激射工作的四个基本条件：
? 要有能实现电子和光场相互作用的工作物质 ? 要有注入能量的泵浦源（光泵或者电泵浦） ? 要有一个 F-P 谐振腔 ? 要满足振荡条件
? 总结激光发射的首要条件：
? 工作物质（即能实现粒子跃迁的晶体材料，如GaAs 和 InGaAsP ）
? 外界供给能量? 满足粒子数反转（常采用电流注入法）
2. F-P谐振腔
? 只有增益介质而无光学 反馈装置，便不能形成激光 ? 将已实现粒子数反转分布 的系统置于严格平行的一对 反射镜之间便形成 F-P 谐振腔。 光在两个反射镜之间往返多 次过程中，得到放大。