3.1光 纤 通 信
现代光纤通信技术
第一章现代光纤通信技术1.1概述1.2通信设备构成通信网的最全然的设备是用户端设备、传输链路设备和转接交换设备。
1.3广域网分类1.4通信协定1.4.1 协定平日将收集分层构造以及各层协定的集合称为收集体系构造。
比较有名的收集体系构造有国际标准化组织ISO(International for Standardization)提出的开放体系体系构造OSI(Open System Interconnection);美国国防部提出的传输操纵协定TCP/IP；国际电信联盟提出的公共数据网X系列协定；IBM公司提出的体系收集体系构造SNA等。
1.4.2 标准化组织1. 国际标准化组织ISO2. 国际电信联盟-电信标准化部ITU-T(International Telecommunication Union)一向负责制订电信网的标准系列。
3. 因特网工程义务组IETF(Internet Engineering Task Force)负责研究因特网的体系构造以及新一代因特网标准规范的研究和制订第二章数字通信技巧第三章光纤通信技巧3.1 光纤通信3.1.1光纤通信的成长3.1.2 光纤通信的特点1. 传输频带宽，通信容量大年夜。
由信息理论明白，载波频率越高，通信容量就越大年夜。
2. 损耗低。
今朝有用的光纤均为石英系光纤，要减小损耗，主假如靠进步玻璃纤维的纯度。
3. 在应用频带内，光线对每一频率成分的损耗几乎一样。
是以，体系中才去的均衡方法比传统的电信体系简单，甚至能够不必采取。
4. 光纤内传播的光能几乎不辐射，是以专门难被窃听，也可不能造成同一光缆中各光纤之间串扰5. 不受电磁干扰。
因为光纤长短金属的介质材料。
6. 线径细、重量轻，便于敷设。
7. 资本丰富。
制造玻璃光纤的原料是适应，其来源十分丰富。
3.1.3 通信体系中重要技巧指标1.分贝dB分贝dB 是以常用对数表示的两个电压或两个功率之比的一种计量单位。
以0p 作为基准功率，那么在某一点的功率1p 的测试点上的功率电平为 D=10lg01p p (dB) 光纤放大年夜器的功率增益为功率增益G=10lg 输入光功率输出光功率(dB) 若损耗沿光纤是平均的，光纤的损耗常用衰减常数A 表示衰减常数A=-L 10lg 输入光功率输出光功率(dB/km) 光纤连接器反射损耗系数为反射损耗系数R=-10lg 输入光功率率反射回到输入端的光功(dB) 2. 绝对功率dBmdB 表示相关于某一据准功率的相对功率电平数。
光纤通信技术-第三章-光源与光发射系统-电子教案 (3)
10.什么是张弛振荡？简述张弛振荡产生的原因。
11.什么是码型效应？如何消除码型效应。
12.什么是自脉动现象？自脉动现象有哪些特点？
13.光源的间接调制方法有哪些？
14.光纤通信系统对光发射机的基本要求有哪些？
15.光发射机为什么要进行自动温度控制？
16.光纤通信系统对光源器件的基本要求有哪些？
17.简述激光器的结发热效应。
18.何谓激光器的偏置电流？应如何选择偏置电流？
120.构成激光器必须具备的条件有哪些？
21.在光纤通信系统中，光源为什么要加正向电压？
22.简述半导体激光器的特性。
23.简述F-P腔半导体激光器的结构。
24.光发射机主要有哪些部分组成？简述各部分的作用。
4、课后作业：6。
3.4新型半导体激光器
重点介绍分布式反馈激光器的结构特点，引出在此特点基础上的发光原理，并指明它所具有的独特优点；简要介绍耦合腔半导体激光器与量子阱激光器的结构与特点。
3.5光源的调制
重点介绍光源的直接数字调制以及可能产生的效应：电光延迟、张弛振荡、自脉动、码型效应等。简要介绍光源的三种间接调制方式，包括：声光调制、热光调制和磁光调制。
3.6光发射机
首先介绍通信系统对光发射机的基本要求；重点介绍光发射机的组成与功能，包括：输入电路、光源和控制电路。
1：计划学时：2学时
2：讲授要求：
注意区分新型激光器与F-P腔激光器在结构和性能上的不同，使学生能够对前后学习的知识有一个连贯性的认识；详细介绍光发射机的三个组成部分，使学生清楚各部分的主要功能。
课程
光纤通信技术
章节
第三章
学期
2013/2014学年第一学期
光通信原理与技术
光通信原理与技术
一、光通信的背景和定义
1.1 背景
1.2 定义
二、光通信的基本原理
2.1 光信号的发射与接收
2.2 光纤的传输特性
2.3 光信号的调制与解调
三、光通信的关键技术
3.1 光纤的材料和结构
3.2 光纤的制备工艺
3.3 光纤的光学特性
3.4 光纤的连接和耦合技术
四、光通信的发展趋势
4.1 高速率的需求
4.2 光通信技术的创新
4.3 光通信在未来的应用
五、光通信的优点和挑战
5.1 优点
5.2 挑战
六、光通信在实际应用中的案例分析
6.1 光纤通信的应用场景
6.2 光通信技术的发展历程
6.3 光通信的实际效果和成果
七、光通信的前景和展望
7.1 市场前景
7.2 技术展望
7.3 光通信的未来发展方向
八、结论
在信息时代的大背景下，光通信作为一种高速、大容量、低损耗的通信技术，对实现现代通信网络的可靠性和稳定性起到了不可替代的作用。
通过深入研究光通信的原理和技术，我们可以更好地理解光通信系统的运行机制，为实现高效、安全、稳定的通信网络提供技术支持。
未来，随着科技的发展和需求的增加，光通信技术有望迎来更广阔的前景和更多的创新。
光纤通信的感想
学习《光纤通信》的感想近年来，通信行业在我国超常发展，取得了举世瞩目的进步。
通信工程以及相关专业成为高等院校中发展最快的工科专业。
光纤通信是构建现代通信网最主要的传输手段，所以光纤通信也就成为这类专业的必修课程。
正因如此学习这门课程前，对《光纤通信》充满了好奇与期待，步入大学第一次接触通信工程的专业，好奇心，求知心驱使我去学习，深入的了解它。
通过几节课《光纤通信》的学习和老师的讲解，我对这一专业也有了初步的认识，并且由此产生了一些自己的想法和见解。
一、光纤通信的起始在日常生活中，我们时常听到「光纤通讯(Optical Fiber Communications)」，利用光进行信息传递的历史至少可以追溯到我国古代的峰火台，当时是用火光来传递讯号作为警戒用途，至今已有七百多年的历史。
后来则是在海上航行的船只利用灯号来作为通讯用途，比如：海军旗语、信号弹。
乃至现在在大城市仍然使用的红绿灯都是利用光进行通信的。
从近代科技的发展史来看，「光通讯」重大发明则是在公元1880年由贝尔(Alexander Graham Bell)发明的「光话机」(Photophone)所获得。
二、光纤通信的基本概念光纤通信技术和计算机技术是信息化的两大核心支柱，计算机负责把信息数字化，输入网络中去；光纤则是担负着信息传输的重任。
当代社会和经济发展中，信息容量日益剧增，为提高信息的传输速度和容量，光纤通信被广泛的应用于信息化的发展，成为继微电子技术之后信息领域中的重要技术。
2.1光纤通信技光纤通信基本光纤通信系统最基本的光纤通信系统由数据源、光发送端、光学信道和光接收机组成。
其中数据源包括所有的信号源，它们是话音、图象、数据等业务经过信源编码所得到的信号；光发送机和调制器则负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号，先后用过的光波窗口有0.85、1.31和1.55。
光学信道包括最基本的光纤，还有中继放大器EDFA等；而光学接收机则接收光信号，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。
现代光纤通信传输技术的综合应用
现代光纤通信传输技术的综合应用摘要随着光纤技术的进一步发展,现代通信更加快捷、方便。
使得光纤通信的技术更加趋于复杂化,要想掌握好更多的技术要领,为现代通信服务,就必须在整体框架的统一安排下,做更多的理论性的研究与实践相结合的探讨。
在不久的未来,光纤的应用将更加广泛,也更加便捷。
关键词光纤;通信;系统中图分类号tn91 文献标识码a 文章编号1674-6708(2010)18-0146-021 基本光纤传输系统1.1光发射机光发射机的功能是把输入电信号转换为光信号,并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。
光发射机由光源, 驱动器和调制器组成,光源是光发射机的核心。
目前广泛使用的光源有半导体发光二极管(led)和半导体激光二极管(或称激光器)(ld), 以及谱线宽度很小的动态单纵模分布反馈(dfb)激光器。
有些场合也使用固体激光器,例如大功率的掺钕钇铝石榴石(nd:yag)激光器。
光发射机把电信号转换为光信号的过程(简称为电/光或e/o转换),是通过电信号对光的调制实现的。
1.2 直接调制和间接调制用电信号直接调制半导体激光器或发光二极管的驱动电流,使输出光随电信号变化而实现的。
这种方案技术简单,成本较低,容易实现,但调制速率受激光器的频率特性所限制。
间接调制(外调制)把激光的产生和调制分开,用独立的调制器调制激光器的输出光而实现的。
目前有多种调制器可供选择,最常用的是电光调制器。
这种调制器是利用电信号改变电光晶体的折射率,使通过调制器的光参数随电信号变化而实现调制的。
外调制的优点是调制速率高,缺点是技术复杂,成本较高,因此,只有在大容量的波分复用和相干光通信系统中使用。
1.3 光接收机光接收机最重要的特性参数是灵敏度。
灵敏度是衡量光接收机质量的综合指标,它反映接收机调整到最佳状态时, 接收微弱光信号的能力。
灵敏度主要取决于组成光接收机的光电二极管和放大器的噪声,并受传输速率,光发射机的参数和光纤线路的色散的影响,还与系统要求的误码率或信噪比有密切关系。
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
通信专业实务：传输与接入(有线)
6.5.1 ASON的分层络结构 6.5.2 ASON的演进 6.5.3 ASON与传统光络的混合组
7.1 PTN的基本概念 7.2 PTN的体系结构
7.3 PTN的实现技术 7.4 PTN的关键技术
7.5 PTN设备 基本功能
7.6 PTN组模 式及业务定位
7.1.1 PTN的产生背景 7.1.2 PTN的概念及特点
9.2.1 HFC接入的概念 9.2.2 HFC接入的络结构 9.2.3 HFC接入的工作过程 9.2.4 HFC接入双向传输的实现 9.2.5 HFC接入的优缺点
9.3.1光纤接入的基本概念 9.3.2以太无源光络 9.3.3吉比特无源光络
9.4.1 FTTx+LAN接入的概念及络结构 9.4.2 FTTx+LAN接入的管理 9.4.3 FTTx+LAN接入的接入业务控制管理 9.4.4 FTTx+LAN接入的优缺点
8.1 IP RAN 概述
2
8.2 IP RAN 的路由部署
3
8.3 IP RAN 的业务承载
4 8.4 IP RAN
的保护与同步 技术
5
8.5 IP RAN 组方案
8.1.1 IP RAN的产生背景 8.1.2 IP RAN的概念及特点 8.1.3 IP RAN的分层结构 8.1.4 IP RAN与PTN的比较
5.2 OTN的分层模型 与接口信息结构
5.3 OTN的帧结构
5.4 OTN的复用和映 射结构
5.6 OTN的保护方 式
5.5 OTN的关键设 备
5.7 OTN的组应用 及技术发展
5.1.1 OTN的概念 5.1.2 OTN的特点与优势
5.2.1 OTN的分层模型 5.2.2 OTN的接口信息结构
光纤通信答案
1.1.光纤通信：以光波为载频，以光纤为传播媒介的通信方式。
2.工作区域：近红外区，波长0.8～1.8μm ，对应的频率为167～375THz 。
3.光纤通信的优点：传输频带宽，通信容量大；损耗低，中继距离远；抗电磁干扰能力强，无串话；保密性好；光纤细，光缆轻；资源丰富，节约有色金属和能源；经济效益好；抗腐蚀、不怕潮湿。
4.光纤通信系统结构图及各部分作用：电端机对来自信源的信号进行处理，如模/数变换、多路复用处理。
光发送机吧输入电信号转换为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。
光纤光缆把来自光发送机的光信号以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机。
2.1光纤结构：折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层。
2.光纤的分类及每类光纤的特点：按光纤中传输的模式数量，分为多模光纤（芯径大，容易注入光功率，可以使用LED 作为光源。
但存在模间色散，只能用于短距离传输）和单模光纤（单模光纤只能传输基模，它不存在模间时延差，色散小，这对于高码速长途传输是非常重要的。
但是芯径小，较多模光纤而言不容易进行光耦合，需要使用半导体激光器LD 激励）。
按光纤截面上折射率分布，阶跃型（光纤纤芯及包层的折射率都为一常数，为满足全反射条件，纤芯的折射率高于包层的）和渐变型（减少了模式色散，提高光纤带宽，增加传输距离）。
按ITU-T 建议分类，G.652光纤：在1310 nm 工作时，理论色散值为零。
在1550 nm 工作时，传输损耗最低。
G.653：零色散点从1310 nm 移至1550 nm ，同时1550 nm 处损耗最低。
G.654：纤芯纯石英制造，在1550 nm 处衰减最小(仅0.185dB/km)，用于长距离海底传输。
G.655：引入微量色散抑制光纤非线性，适于长途传输。
3.制造光纤的两种方法：直接熔化法、汽相氧化法。
4.光纤的两种传输原理方法：波动理论法，射线法。
5.光纤的光学特性：光纤的光学特性有折射率分布、最大入射角、最大理论数值孔径、模场直径及截止波长等。
光纤通信Fiber-optic communications
3.1 调制变量
场调制：
由电磁波，微波通讯发展而来。分为振幅调制（AM），相位调制（PM）， 频率调制（FM）。 相对困难： 1：光源要求性高。需要一个具有稳定的振幅，相位或者频率并且能够自由 变化调制的具有高度相干性的光源。 2：直接调制通常比较困难，需要额外的电光调制器。 3：检测器件要求高。(外差检测系统)
从端口形式上：T型，X型，星型，树形耦合器。 从传导模式上：单模耦合器，多模耦合器。
主要原理：
光纤溶拉，衍射，梯度折射率，滤波器，分束器等
光纤耦合
光纤通信
Fiber-optic communications
5. 光纤耦合器
1
技术发展
2
3 4 5
基本器件
光 调 制 复用技术
光纤耦合
光纤通信
Fiber-optic communications
光纤耦合
光纤通信
Fiber-optic communications
2.2 光纤
传递函数 响应时间与带 5
基本器件
光 调 制 复用技术
衰减函数
光纤耦合
光纤通信
Fiber-optic communications
2.2 光纤
传递函数 响应时间与带宽：
1
技术发展
2
2
3 4 5
基本器件
光 调 制 复用技术
光纤耦合
这个现象叫做光纤的模式色散
光纤通信
Fiber-optic communications
2.2 光纤 渐变型多模光纤：
相对折射率差Δ ：用来描述折射率相对变化 数值孔径NA ：用来描述光纤集光能力的大小 归一化频率V：用来描述光纤中传播模式 多模光纤中有不同模式的存在，具有不同的群速度。 把由不同速度造成的时延叫做光纤的响应时间
光纤通信系统第三版沈建华机械工业出版社
1.1 光纤通信有哪些特点？1、光纤通信的优点：（1）传输容量大。
（2）传输损耗小，中继距离长。
（3）信号泄漏小，保密性好。
（4）节省有色金属。
（5）抗电磁干扰性能好。
（6）重量轻，可挠性好，敷设方便。
2、光纤通信的缺点：（1）抗拉强度低。
（2）连接困难。
（3）怕水。
1.2 简述光纤通信系统的主要组成部分。
光纤通信系统的主要组成部分为：（1）光纤光缆、（2）光源（光发送机）、（3）光检测器（光接收机）、（4）无源器件、（5）光放大器（光中继器）。
1.4为什么使用石英光纤的光纤通信系统中，工作波长只能选择850nm、1310nm、1550nm三种？由于目前使用的光纤均为石英光纤，而石英光纤的损耗——波长特性中有三个低损耗的波长区，即波长为850nm、1310nm、1550nm 三个低损耗区。
为此，光纤通信系统的工作波长只能是选择在这三个波长窗口。
2.1 光纤传输信号产生能量衰减的原因是什么？光纤的损耗系数对通信有什么影响？1、光纤产生能量衰减的原因包括：（1）吸收、（2）散射和（3）辐射。
2、光纤的损耗系数会导致信号功率损失，造成信号接收困难。
2.2 在一个光纤通信系统中，光源波长为1550nm，光波经过5km 长的光纤线路传输后，其光功率下降了25%，则该光纤的损耗系数为多少？2.3 光脉冲在光纤中传输时，为什么会产生瑞利散射？瑞利散射损耗的大小与什么有关？瑞利散射是由于光纤内部的密度不远匀引起的，从而使折射率沿纵向产生不均匀，其不均匀点的尺寸比光波波长还要小。
光在光纤中传输时，遇到这些比波长小，带有随机起伏的不均匀物质时，改变了传输方向，产生了散射。
2、瑞利散射损耗的大小与成正比。
2.4 光纤中产生色散的原因是什么？色散对通信有什么影响？1、光纤的色散是由于光纤中所传输的光信号不同的频率成分和不同模式成分的群速度不同而引起的传输信号畸变的一种物理现象。
2、色散会导致传输光脉冲的展宽，继而引起码间干扰，增加误码。
数据通信_3_1(光纤通信及SDH)
2. 按传播模式分类--多模光纤与单模光纤 传播模式概念
光是一种频率极高（3×1014 赫兹）的电磁波， 当它在光纤中传播时，根据波动光学理论和电磁场 理论，需要用麦克斯韦式方程组来解决其传播方面 的问题 而通过繁琐地求解麦氏方程组之后就会发现， 当光纤纤芯的几何尺寸远大于光波波长时，光在光 纤中会以几十种乃至几百种传播模式进行传播，如 TMmn模、TEmn模、HEmn模等等（其中m、n=0、 1、2、3、……） 其中HE11模被称为基模，其余的皆称为高次模
20
3.2 光纤通信的优点
3. 通信串话小，保密性强
光波在光纤中传输时只在其芯区进行，基本上没有 光“泄露”出去，因此其保密性能极好。
4. 抗电磁干扰
不怕外界强电磁场的干扰 (光纤是用石英制成的) 不受外界光的影响，强电、雷电等不会影响光纤传 输性能 在核辐射环境，也能正常进行通信
21
3.2 光纤通信的优点
7
3.1 光纤通信的历史
光纤通信的里程碑：1966年7月，英藉、华裔学者 高锟博士（K.C.Kao）在PIEE 杂志上发表了一篇文 章《用于光频的光纤表面波导》 该文从理论上分析证明了用光纤作为传输媒体实现 光通信的可能性。只要解决好玻璃纯度和成分等问 题，就能够利用玻璃制作光学纤维，从而高效传输 信息。 更重要的是科学地予言了制造通信用的超低耗光纤 的可能性，即加强原材料提纯，加入适当的掺杂剂， 可以把光纤的衰耗系数降低到20dB/km 以下（当时 世界上用于工业、医学方面的光纤，其衰耗在 1000dB/km 以上）
光纤的最外层是由丙烯酸酯、硅橡胶和尼龙组成的涂敷 层，其作用是增加光纤的机械强度与可弯曲性。一般涂 敷后的光纤外径约1.5 厘米。
光钎通信各章知识点
第一章 概述1、 **什么是光纤通信？主要优点？答：所谓光纤通信，是指利用光导纤维（简称光纤）传输光波信号的一种通信方式。
主要优点有：（1）传输频带宽、通信容量大。
（2）传输损耗小。
（3）抗电磁干扰能力强。
（4）线径细、重量轻。
（5）资源丰富。
2、 **光纤通信与电通信的比较？答：光纤通信与电通信的主要差异有两点：一是用光作为传输信号；二是用光缆作为传输线路。
3、 **光纤通信的调制、检测方式？答：目前采用比较多的一种基本方式，即是强度调制——直接检波（IM/DD ）方式。
4、 **光纤通信的组成？答：光纤数字通信系统主要由光发射端机、光纤、光中继器、光接收端机、监控及电源系统组成。
第二章 光纤与光缆 2．1 光纤的结构与分类一、 结构光纤由纤芯、包层、一次涂覆层和二次涂覆层组成。
二次涂覆层 二、 分类1、 按折射率分布（1） 突变型（均匀型、阶跃型） （2） 渐变型（非均匀型、梯度型） 2、 **按传输模式（1） 单模光纤（给定工作波长上，允许传输单一导模的光纤）。
（2） 多模光纤（给定工作波长上，允许传输多个导模的光纤）。
2．2 阶跃型光纤 一、预备知识（1）1、 介质折射率nvc n =真空中的光速介质中的光速2、 反射定律：r i θθ=3、 折射定律：12sin sin n n t i =θθ 即 t i n n θθsin sin 21⋅=⋅ 4、 全反射：条件：① 21n n > （光密→光疏）② c i θθ≥>090c θ为全反射的临界角，121sinn n c -=θ 现象为只有反射光，没有折射光。
预备知识（2）∆：相对折射率差2122212n n n -=∆ **弱导光纤21n n ≈ 121n n n -≈∆ 二、阶跃光纤光射线的理论分析几何光学对应射线理论；波动光学对应麦克斯韦方程。
1、 相对折射率差：121n n n -≈∆ 2、 射线的种类：**子午面：通过光纤轴线的平面。
光通信的原理
光通信的基本原理1. 光通信简介光通信是指利用光作为信息传输的媒介，将信息从一个地方传输到另一个地方的通信方式。
与传统的电信方式相比，光通信具有带宽大、传输速度快、抗干扰能力强等优势，被广泛应用于长距离通信、高速数据传输等领域。
光通信的基本原理是利用光纤作为传输介质，通过调制光信号来实现信息的传输。
下面将详细介绍光通信涉及到的基本原理。
2. 光纤的工作原理2.1 光纤结构光纤是由两个主要部分组成：芯和包层。
芯是光纤中心的一条细长区域，其折射率较高；包层则包围在芯外部，其折射率较低。
这种结构使得在一定条件下，光可以沿着芯进行多次反射而不发生损耗。
2.2 全内反射当光从高折射率介质（如芯）射入低折射率介质（如包层）时，若入射角小于一个临界角，光线会被全内反射，并沿着高折射率介质传播。
这就是光纤中光信号的传输原理。
2.3 多模光纤和单模光纤根据芯的直径不同，光纤可分为多模光纤和单模光纤。
多模光纤的芯较粗，能够容纳多条不同路径的光信号传输；而单模光纤的芯较细，只能容纳一条路径的光信号传输。
在实际应用中，多模光纤适用于短距离通信，而单模光纤适用于长距离通信。
3. 光信号调制与解调3.1 光信号调制在发送端，将要传输的信息转化为电信号，并利用调制技术将电信号转化为可以携带信息的光信号。
常见的调制方式有强度调制、频率调制和相位调制。
•强度调制：通过改变输入到激光器中的电流来改变激光器输出的强度。
•频率调制：通过改变输入到激光器中的电流来改变激光器输出的频率。
•相位调制：通过改变输入到激光器中的电流来改变激光器输出的相位。
3.2 光信号解调在接收端，利用解调技术将接收到的光信号转化为电信号，并提取出原始信息。
常见的解调方式有直接检测法、相干检测法和差分相干检测法。
•直接检测法：利用光电二极管或光敏二极管将光信号转化为电信号，然后通过放大和滤波等处理得到原始信息。
•相干检测法：利用光学材料的非线性特性，将光信号与参考光进行干涉，从而得到原始信息。
电力系统光纤通信运行管理规程
DL/T 547—94中华人民共和国电力行业标准电力系统光纤通信运行管理规程DL/T 547—941 总则1.1 光纤通信是通信技术发展的重要方向，是电力系统专用通信网一种先进实用的通信手段。
在电力系统运用光纤通信具有其它通信方式不能经拟的一些优点。
鉴于电力系统光纤电路日益增多，为了加强电力系统专用通信网光纤通信的管理，更有效地为电网服务，特制定本规程。
1。
2 本规程适用于直埋光缆、管道光缆（含利用缆沟、廊道敷设方式的光缆)、架空光缆(含同杆架挂、自承式光缆)、架空地线复合光缆（OPGW）、架空地线缠绕光缆（GWWOP)、架空地线加绑光缆等敷设方式的光纤通信电路、设备的运行维护和管理。
1。
3 制定本规程的目的在于采用专业技术管理手段，提高光纤通信的运行管理水平，保证运行设备和电路传输性能符合技术标准，确保人身及设备安全,为电力调度、继电保护、安全稳定控制装置、电网调度自动化及企业管理和行政管理提供稳定可靠的信息传输通道。
1。
4 本规程是电力工业规程的一部分，各级电业部门均须遵照执行。
2 光纤通信电路管理体制及职责分工2.1 管理体制2.1.1 光纤通信电路是电力系统专用通信网的组成部分，各级通信管理部门必须严格执行局部服从整体、下级服从上级、区段服从全程、支线服从干线的原则，努力做好本单位所辖电路的运行维护和管理工作，确保电路畅通.2.1.2 光纤通信电路实行部、网局、省(自治区、直辖市）局、地区局分级管理的原则。
根据所辖范围内光纤通信电路的实际情况，可分别设置光纤通信总站、光纤通信中心站、光纤通信枢纽站和光纤通信站.2。
1.3 在光纤通信站较少的网局、省局、地区局，可暂不设光纤通信总站和中心站，但应指定有关部门，并配备专职或兼职人员予以管理。
2.2 职责划分2.2。
1 国电通信中心负责部属光纤通信电路及部属北京地区光纤通信电路的管理指挥和运行维护.2.2.2 光纤通信总站应负责全网、全省光纤通信电路的运行维护、管理指挥。
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第3章
现代传输技术
3.1.1 数字光纤通信系统概述
◇ 基本概念 数字光纤通信, 是以光波为载波，以光导纤维为传输媒介 的数字通信方式。 1996年，英籍华人“光 通 信 之 父 ” 高 锟 (C.K.Kilo)博士根据介质 波导理论提出了光纤通 信 的 概 念 。
第3章
瑞利散射损耗
光纤的结构不完善引起的散射损耗
第3章
现代传输技术
⑴ 瑞利散射损耗 机理：密度不均匀的微粒产生的瑞利散射 影响： 对短波长的光影响较大（与λ4 呈反比）
损耗 dB/km
瑞利散射 紫外吸收 红外吸收
0.8
1.0
1. 2
1.4
1. 6 1.8
波长
um
第3章
现代传输技术
⑵ 光纤的结构不完善产生的损耗（波导散射损耗） 机理：制造工艺的缺陷引起的残留气泡或芯包交界面不均 匀造成的散射。 影响：对所有的波长一样
多模光纤小得多。
第3章
现代传输技术
(a) 突变型多模光纤； (b) 渐变型多模光纤； （c） 单模光纤
第3章
现代传输技术
光纤的截止波长 允许通过波导的最长波长称为截止波长。
2 an1 2 Δ 2 a 2 2 C n1 n2 2.045 2.045
对于给定的光纤(n1、n2和a确定)，存在一个临界波长λc， 当λ<λc时，是多模传输 当λ>λc时，是单模传输
模拟信号：带宽（bandwith）
色散对光纤传输系统的影响
数字信号：脉冲展宽(pulse broadening)
传输距离受限
第3章
现代传输技术
色散的表示
⑴ 时域
2 2 2 ( n m )1/2
式中Δτn、Δτm、Δτw分别为模式色散、材料色散和波导色散。 ⑵ 频域 光纤带宽 |H(f3dB)/H(0)|= 1/2
第3章
现代传输技术
直接光强数字调制
P
P
I
I
LED数字调制原理
LD的数字调制原理
第3章
现代传输技术
光发射机基本组成
输入 接口
将电端机送来 一般为发光二 到HDB3码变换 极管或半导体 为普通二进制 激光器，实现 码。 光电转换。
线路 编码
为光源提 供调制电 流。
光源
调制 电路
光接收机基本组成
主要是APC电 将普通二进制 路、ATC电路、 光源保护电路 码变换为适合 在光纤链路上 等。 传输的码型。
0.2 dB/km
光纤通信的三个低损耗窗口
第3章
现代传输技术
3.1.2 数字光纤通信系统的组成
数字光纤通信系统与一般通信系统一样, 它由发送设备、 传输信道和接收设备三大部分构成。
E/O变换 电信号 光发 送机 光源 光缆 光检测器 光纤连结器 O/E变换 光中继机 E/O变换 O/E变换 光接 收机 电信号
瑞利散射 紫外吸收 红外吸收 波导散射
0.8
1.0
1. 2
1.4
1. 6 1.8
波长
μm
0.85
1.31
1.55
第3章
现代传输技术
光纤色散
色散(Dispersion)：在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的时 间延迟不同而产生的一种物理效应。 模式色散 由于不同模式的时间延迟不同而产生的，它取决于光纤 的折射率分布，并和光纤材料折射率的波长特性有关。
0 －3
f
f3 dB
t Po (t)＝h (t) H2 ( f )＝H( f )
第3章
现代传输技术
现代传输技术
◇ 特点 1. 线径细, 重量轻 由于光纤的直径小, 只有0.1 mm左右, 所以制成光缆后与 电缆比要细得多, 因而重量轻, 有利于长途和市话干线布 放, 而且便于制造多芯光缆。
2. 损耗极低 现已制出的在光波导 1.55 mm窗口的衰耗低于 0.18 dB/km。 由于损耗极低, 所以传输的距离可以很长, 这就大大减少 了数字传输系统中中继站的数目, 既可降低成本, 也可提 高通信质量。
1 m 1 0 m 1 00m 1m m 10 m m 1 00 m m 1m 1 0m
毫米波 (EHF) 厘米波 (SHF) 分米波 (UHF) 米波(VHF) 短波(HF)
1 00m
中波(MF)
部分电磁波频谱
第3章
现代传输技术
0.85m
2dB/km
1.31m
0.4 dB/km
1.55m
现代传输技术
⑶ 原子缺陷吸收 机理：光纤制造过程中受到热激励或辐射使得一部分共 价键断裂，容易吸收光的能量。
影响：通过工艺和材料使之减少到忽略不记的程度。
第3章
现代传输技术
红外吸收 本征 吸收 紫外吸收 有色金属 吸收损耗： 杂质吸收 OH根的吸收
原子缺陷吸收
第3章
现代传输技术
2. 散射损耗
机理：由于光纤的折射率分布以及光纤材料的不均匀使 得光在光纤传播过程中发生散射，光向其他方向散开造 成的损耗。
损耗 dB/km
瑞利散射 紫外吸收 红外吸收 波导散射
0.8
1.0
1. 2
1.4
1. 6 1.8
波长
um
第3章
现代传输技术
3. 弯曲损耗 曲率比光纤的半径大得多的损耗。 4. 微弯损耗
光纤的轴产生的微米级的弯曲产生的损耗。
机理：侧压力使得纤芯微小弯曲产生模式变换。
第3章
现代传输技术
OH吸收
损耗 dB/km
控制电路
直接强度调制、直接检测方式的数字光接收机.
前端
线性通道
数据恢复
第3章
现代传输技术
3.1.3 光纤及其传输特性
◇ 光纤
光纤就是导光的玻璃纤维，是一种新型的信息传输介质。
相对折射率差 Δ=（n1-n2）/n1
单模光纤：0.3%~0.6% ； 多模光纤：1%~2%
第3章
现代传输技术
◇ 光纤的导光原理
1 2 光纤是利用光的全反射特性来导光的。 n1 sin 1 n2 sin 3
n2 n2 n2
3
1 2
n1 n1
1c
n1
第3章
现代传输技术
◇ 多模光纤与单模光纤 根据波导传输波动理论分析, 光纤的传播模式可分为 多模光纤和单模光纤 1) 多模光纤
多模光纤即能传输多模式电磁波的光纤。
1. 2
1.4
1. 6 1.8
波长
um
第3章
现代传输技术
⑵ 杂质吸收
机理：主要由于光纤材料的不纯净引起的。
Cu Al Fe Ni (可以消除) 0.9~1.0 OH – （影响较大） 1.2~1.3 1.33~1.5 Ge
损耗 dB/km
波长 0.8
1.0
1. 2
1.4
1. 6 1.8
μm
第3章
损耗 dB/km
影响：对长波光 通信 影响较大。
0.8
1.0
1. 2
1.4
1. 6 1.8
波长
um
第3章
现代传输技术
紫外吸收 机理：光纤中的光子流将光纤材料中的电子激发到高能级， 从而使得光子的能量发生转移。 吸收带：<1.6um, 向紫外延伸 影响：对短波长通信 影响较大
损耗 dB/km
0.8
1.0
数值孔径
温度特性
机械特性 几何特性 芯径 外径 偏心度
椭圆度
第3章
现代传输技术
光纤的损耗特性
Pin
Pout
衰减常数
10 Pin a lg( ) L Pout
(dB / km)
第3章
现代传输技术
引起光的损耗的机理是光纤对光的损耗
吸收损耗
1.本征吸收 2.杂质吸收 3.原子缺陷吸收
1.瑞利散射
散射损耗 2.机构不完善引起的散射 1.光纤弯曲 弯曲损耗
模式1
T1 T2
模式2 △T 移入脉冲
第3章
现代传输技术
材料色散
由于光纤的折射率随波长而改变，以及模式内部不同波长 成分的光(实际光源不是纯单色光)，其时间延迟不同而产 生的。这种色散取决于光纤材料折射率的波长特性和光源 的谱线宽度。
波导色散 由于波导结构参数与波长有关而产生的，它取决于波导尺 寸和纤芯与包层的相对折射率差。
第3章
现代传输技术
频率
波长ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
名称 紫外线 可见光线 (光纤通信用） 近红外线 远红外线 亚毫米波
光纤通信用的近红外光(波长为 0.7~1.7μm)频带宽度约为200THz.
1 00 THz 1 0 THz 1 THz 1 00 GHz 1 0 GHz 1 GHz 1 00 MHz 1 0 MHz 1 MHz
第3章
现代传输技术
3. 传输的频带宽、 信息容量大 由于光波频率高, 因此用光来携带信号则信息量大。现在 已经发展到几十千兆比特/秒的光纤通信系统, 它可传输几 万路电话和几千路彩色电视节目。
4. 不受电磁干扰、 防腐和不会锈蚀 因光纤是非金属材料, 它不会受到电磁干扰, 也不会发生 锈蚀,具有防腐的能力。
强度调制-直接检波数字光纤通信系统
第3章
现代传输技术
实用系统是双方向的, 其结构图如图 ：
数字 光端机 信号 模拟 信号 PCM 电 端 机 发送 接收 光信号 光中继机 接收 发送 发送 接收 光信号 光端机 接收 发送 数字 信号 PCM 电 端 机
模拟 信号
监控台
数字端机主要是把用户各种数字信号, 包括数字程控交换机和数字接口, 通过复用设备组成一定的数字传输结构(帧结构), 不同速率等级的数字 信号流送至光端机, 光端机把数字端机送来的数字信号进行处理, 变成光 脉冲送入光纤进行传输, 接收端进行相反的变换。