光纤通信系统
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。
12
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。
27
2．光接收机
• 图4-10 时钟恢复电路方框图
28
2．光接收机
• 图4-11 时钟恢复电路波形图
29
2．光接收机
• 图4-12 NRZ码的功率谱密度分布图
30
2．光接收机
• 图4-13 RZ码功率谱密度分布图
31
2．光接收机
• 图4-14 一种非线性处理电路
32
2．光接收机
• 图4-15 非线性处理电路中的波形图
24
2．光接收机
• 图4-8 单个脉冲均衡前后波形的比较
25
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
26
2．光接收机
• 图4-9 信号再生示意图
48
（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。
光纤通信系统模型介绍课件
更宽频带：光纤通信系 统正在向更宽频带的方 向发展，以满足各种不 同应用的需求。
03
02
更长距离：光纤通信系 统正在向更长距离的方 向发展，以满足全球范 围内的通信需求。
04
更智能化：光纤通信系 统正在向更智能化的方 向发展，以满足网络管 理和维护的需求。
光纤通信系统的挑战与机遇
D
机遇：光纤通信技术不断发展，未来应用前景广阔
03
力、振动等物理量 光纤激光器：用于医疗、科研、
04
工业等领域的高精度激光设备
团队协作：鼓励学生组成团队，共同完成光纤 通信系统的设计和实施，培养团队协作能力。
光纤通信系统的研究方法
01
理论研究：研究光纤通信系 统的原理、技术、应用等
03
仿真研究：利用计算机仿真 技术，模拟光纤通信系统的 运行情况
05
跨学科研究：结合其他学科 的知识和技术，提高光纤通 信系统的性能和可靠性
02
光纤通信系统广泛应用于电信、互 联网、广播电视等领域。
光纤通信系统的组成
01
光源：产生光信号的设备，如激光 器或发光二极管
02
光纤：传输光信号的介质，如单模 光纤或多模光纤
03
光信号处理设备：对光信号进行放 大、调制、解调等处理的设备，如 光放大器、光调制器、光解调器等
05
网络设备：实现光纤通信系统互联 互通的设备，如交换机、路由器等
C 挑战：光纤网络的建设和维护成本较高
B 机遇：高速传输、大容量、长距离传输等优势
A 挑战：光纤损耗、传输距离、信号衰减等问题
光纤通信系统的教学策略
理论与实践相结合：讲解光纤通信系统的基本 原理，并让学生动手实践操作。
光纤通信系统
系统中仅具有原则旳电接口，而无原则旳光接口。 • 但在SDH系统中，SDH信号速率与其线路速率是相同
旳。
4
4.1.2 IM-DD光纤通信系统旳构 造
1．光发射机 2．光接受机 3．光纤通信系统
5
1．光发射机
(1) 光源旳调制特征 • 光源所采用旳调制方式涉及内调制和外调制
第4章 光纤通信系统
4.1 IM-DD光纤通信系统 4.2 衰减和色散队中继距离旳影响 4.3 噪声及敏捷度分析
1
4.1 IM-DD光纤通信系统
4.1.1 光纤通信中旳线路码型 4.1.2 IM-DD光纤通信系统旳构造
2
4.1.1 光纤通信中旳线路码型
• 在数字光纤通信系统中所传播旳信号是数字信 号，而由互换机送来旳电信号符合ITU-T所要求 旳脉冲编码调制(PCM)通信系统中旳接口码速 率和码型 。
36
2．光接受机
⑥ 光接受机旳动态范围和自动增益控制 • 光接受机旳自动增益控制(AGC)就是用反馈环路来控
制主放大器旳增益，在采用雪崩管旳光接受机中还经 过控制雪崩管旳高压来控制雪崩管旳雪崩增益。
37
2．光接受机
• 图4-23 自动增益控制工作原理方框图
38
2．光接受机
⑦ 解扰、解复用和码型变换电路 • 在光发射机中首先进行码型变换。 • 在光发射机中对数字码流进行扰码处理。 • 还需将判决器输出旳信号进行解扰码和码型变
21
2．光接受机
② 前置放大器 • 因为这个放大器与光电检测器紧紧相连，故称前置放
大器。 • 对多数放大器旳前级提出尤其旳要求是非常必要旳，
它应具有低噪声、高增益旳特征，这么才干得到较大 旳信噪比。 • 因为跨阻型前置放大器不但具有宽频带、低噪声旳优 点，而且其动态范围也比高阻型前置放大器改善诸多， 所以在光纤通信中得到广泛旳使用。
第三章 光纤通信系统
(4) 带状式光缆。
它是将4～12根光纤芯线排列成行, 构成带状光纤单元, 再将多个带状单元按一定方式排列成缆, 如图3-7(d)所示。
第三章 光纤通信系统
光纤 加强件 加强件 光纤
(a) 光纤 塑料骨架 隔热层
(b)
加强件 护套
综合护套 (c)
带状光纤 (d)
图 3-7 光缆的基本结构 (a) 层绞式; (b) 单位式; (c) 骨架式; (d) 带状
第三章 光纤通信系统 (1) 层绞式光缆。 这种光缆机械性能好, 具备优异的抗机械损伤能力, 特 别适用于架空敷设方式， 如图3-7(a)所示。
(2) 单位式光缆。
它是将几根至十几根光缆芯线集合成一个单位, 再由数 个单位以强度元件为中心绞合成缆, 如图3-7(b)所示。
(3) 骨架式光缆。
在铝带与阻水带之间放置撕裂绳以便于护套开剥， 如图3-7(c) 所示。
(2) 光 输 出 功 率 自 动 控 制 电 路 (APC, Automatic
Power Control)。 (3) ATC(自动温度控制电路)。 (4) 光监测。
第三章 光纤通信系统 4.光发射机的指标 (1) 有合适的输出光功率。
(2) 较好的消光比Ext。
(3) 调制特性要好。 3.3.2 光接收机 光接收机的作用是接收经光纤传输衰减后的十分微 弱的光信号, 从中检测出传送的信息, 放大到足够大后,
第三章 光纤通信系统
3.3 光端机的组成
3.3.1 光发射机 光发射机的作用是将电信号变成光信号, 然后送 入光纤中传输出去。 光发射机主要由光源、光源驱动 与调制以及信道编码电路三部分组成, 如图3-10所示。
第三章 光纤通信系统
AJC
光纤通信系统
形成光缆
5
中继器
中继器
由于光纤的传输损耗和散射 效应，光信号在传输过程中 会逐渐衰减，因此需要使用 中继器来放大和整形光信号，
以实现长距离传输
中继器通常由掺铒光纤放大 器(EDFA)和光-电-光转换器
组成
掺铒光纤放大器可以对光信 号进行放大，提高光信号的 能量
光纤通信系统主要由光发信机、 光收信机、光缆、中继器等组
成
2
光发信机
光发信机
光发信机是实现电信 号转换为光信号的设 备，主要由光源、驱 动电路和调制电路组
成
光源是发信机的核 心器件，目前常用 的光源有半导体激 光器和发光二极管
驱动电路的作用是 为光源提供足够的 电流，使其发出稳
定的光信号
调制电路的作用是 将电信号加载到光 信号上，实现电信
的可靠性和效率
5
绿色光纤：在光纤的制造和使用过程中，需要注重环保和 节能，推动光纤通信系统的绿色发展
光纤通信系统的关键技术和发展趋势
总的来说，光纤通信系统将继续向着高速、大容量、智 能化、环保等方向发展
未来，随着技术的不断进步和应用需求的不断增加，光 纤通信系统将会得到更加广泛的应用和推广，为人们提
光纤通信系统
-
1 概述 2 光发信机 3 光收信机 4 光缆 5 中继器 6 光纤通信系统的优点和缺点 7 光纤通信系统的应用和发展趋势 8 光纤通信系统的前景展望 9 光纤通信系统的关键技术和发展趋势
1
概述
概述
光纤通信系统是一种利用光波 在光纤中传输信息的通信方式
由于光纤具有传输容量大、抗 干扰能力强、传输距离长等优 点，光纤通信系统已成为现代 通信网的主要传输方式之一
光纤通信系统
第一章概论光纤通信系统是以光纤为传输媒介，光波为载体的通信系统，主要由光发电机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。
光线通信系统可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。
不管是数字系统，还是模拟系统，输入到光发射机的带有信息的电信号，都可以调制转换为光信号。
光载波经过光纤线路传输到接收端。
再由光接收机把光信号转换为电信号。
光纤的主要作用：利用光的全反射原理传递光学信号，其优点是信号损耗小，抗干扰能力强。
与电缆或微波等电通信方式相比，光通信优点：（1）通信容量大（2）中继距离长（3）保密性能好（4）适应能力强（5）体积小、重量轻，便于施工维护（6）原材料资源丰富，节约有色金属和能源，潜在价格低廉。
光纤通信中常用的三个低功耗窗口的中心波长为：0.85微米 1.31微米 1.55微米其中后两个的应用更为广泛。
基本光纤传输系统作为独立的“光信道”单元，若配置适当的接口设备，则可以插入现有的数字通信系统或模拟通信系统，有线通信系统或无线通信系统的发射与接收之间。
光发射机、光纤线路和光接收机，若配置适当的光器件，可以组成传输能力更强、功能更完善的光纤通信系统。
光发射机的功能是把输入的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。
其中，光源是光发射机的核心。
光发射机的性能基本上取决于光源的特性，对光源的要求是输出光功率足够大，调制频率足够高，谱线宽度和光束发散角尽可能小，输出功率和波长稳定，器件寿命长。
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。
光纤是光纤线路的主体，接头和连接器是不可缺少的器件。
实际工程中使用的是容纳多根光纤的光缆。
光接收机的功能是把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号，并经放大和处理后恢复成发射前的电信号。
光接收机由光检测器、放大器和相关电路组成，光检测器是光接收机的核心，对光检测器的要求是响应度高、噪声低和响应速度快。
光纤通信系统
什么是光纤通信系统什么是光纤通信系统？本文将从光纤通信系统的构成,发展,优点,光纤通信技术的发展趋势方面来进行阐述。
光纤即为光导纤维的简称。
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。
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。
光纤通信就是利用光导纤维传输信号，以实现信息传递的一种通信方式。
光导纤维通信简称光纤通信。
可以把光纤通信看成是以光导纤维为传输媒介的“有线”光通信。
实际上光纤通信系统使用的不是单根的光纤，而是许多光纤聚集在一起的组成的光缆。
光纤通信系统的构成一个实用的光纤通信系统，配置各种功能的电路、设备和辅助设施，如接口电路、复用设备、管理系统以及供电设施等，才能投入运行。
要根据用户需求、要传输的业务种类和所采用传输体制的技术水平等来确定具体的系统结构。
因此，光纤通信系统结构的形式是多种多样的，但其基本结构仍然是确定的。
有种通信系统主要是由3部分组成：光发射机、光纤光缆和光接收机。
由于光纤只能传光信号不能传电信号，因此，这种通信系统在发送端必须先把电信号变成光信号，在接收端再把光信号变为电信号，即电/光和光/电变换。
其电/光和光/电变换的基本方式是直接强度调制和直接检波。
实现过程如下：输入的电信号既可以是模拟信号(如视频信号、电视信号)，也可以是数字信号(如计算机数据、PCM 信号);调制器将输入的电信号转换成适合驱动光源器件的电流信号并用来驱动光源器件，对光源器件进行直接强度调制，完成电/光变换的功能;光源输出的光信号直接耦合到传输光纤中，经一定长度的光纤传输后送达接收端;在接收端，光电检测器对输入的光信号进行直接检波，将光信号转换成相应的电信号，再经过放大恢复等电处理过程，弥补线路传输过程中带来的信号损伤(如损耗、波形畸变)，最后输出和原始输入信号相一致的电信号，从而完成整个传输过程。
简述光纤通信系统的结构和各部分功能
简述光纤通信系统的结构和各部分功能光纤通信系统是一种基于光纤传输信号的通信系统，由多个部分组成，每个部分都有各自的功能。
下面将对光纤通信系统的结构和各部分功能进行简述。
一、光纤通信系统的结构光纤通信系统一般由光发射器、光纤传输介质、光接收器和光网络设备组成。
1. 光发射器：光发射器是光纤通信系统中的发送端，它将电信号转换成光信号并通过光纤传输介质发送出去。
光发射器的主要功能是将电信号转换为适合光纤传输的光信号，并能够调节光信号的强度和频率。
2. 光纤传输介质：光纤传输介质是光纤通信系统中的传输媒介，它能够将光信号传输到目标地点。
光纤传输介质具有高带宽、低损耗和抗干扰等特点，使得光信号能够在长距离传输过程中保持较高的质量。
3. 光接收器：光接收器是光纤通信系统中的接收端，它接收光纤传输介质中传输的光信号，并将其转换为电信号。
光接收器的主要功能是将光信号转换为电信号，并能够对电信号进行放大和解调等处理。
4. 光网络设备：光网络设备包括光纤交换机、光开关等，它们用于光纤通信系统的网络管理和控制。
光网络设备的主要功能是实现光信号的路由选择、调度和管理，以及对光信号进行调制和解调等处理。
二、各部分功能的详细描述1. 光发射器的功能：光发射器主要负责将电信号转换为适合光纤传输的光信号，并能够调节光信号的强度和频率。
它包括以下几个主要功能：- 光源发生器：产生光信号的光源，常见的有激光二极管、LED等。
- 调制电路：对电信号进行调制，将其转换为光信号。
- 驱动电路：控制光源的开关和调节光信号的强度。
2. 光纤传输介质的功能：光纤传输介质主要负责将光信号传输到目标地点，具有高带宽、低损耗和抗干扰等特点。
其主要功能包括：- 光纤芯：传输光信号的核心部分，由高折射率的材料构成。
- 光纤包层：包裹光纤芯，起到保护和传导光信号的作用。
- 光纤护套：保护光纤传输介质免受外界环境的影响。
3. 光接收器的功能：光接收器主要负责接收光纤传输介质中传输的光信号，并将其转换为电信号。
光纤通信系统
光纤通信系统光纤是光导纤维的简称,光纤通信系统是一光波为载波,以光纤为传输介质的一种通信方式.目前使用的二氧化硅光纤,在光波波长λ=1550nm时,其损耗在0.2db/km以下,由于损耗底,因此中继距离可达到50km以上,而传输同样数率的同电缆,其中继距离只能达到约1.5km左右.一、光纤通信具有以下的特点:1、不受电磁干扰。
2、光纤线径细，重量轻，便于施工和运输。
3、资源丰富，成本底。
4、损耗底、中继距离长。
5、因为光纤完全可以由非金属的介质材料制成，因此它既不受电磁干扰，也无串音干扰，并且保密性强。
二、光纤的分类光纤的分类方法大致有四种，既按套塑类型、光纤传播模式、工作波长和光折射率分布分类。
1、按光纤的构成材料不同来分：以二氧化硅为主要成分的石英光纤多种成分构成的光纤液体纤芯光纤以塑料为主要成分的塑料光纤2、按光纤折射率分布不同来分：均匀光纤（阶跃光纤SI）不均匀光纤W型光纤3、按传输总模数不同来分：多模光纤单模光纤4、按光纤工作波长不同来分：短波长光纤长波长光纤5、按照传输总模数分类所谓模式是光纤纤芯中电磁场的一种分布形式。
根据光纤所能传输总模式数量，可将光纤分成多模光纤和单模光纤。
1）单模光纤当光纤中只有一种电磁场分布形式或只能传输一种模式时，称此光纤为单模光纤。
单模的纤芯直径很小。
由于单模光纤只能传输主模，故无模式色散，使得这种光纤的传输频带很宽，传输能量很大，适用于大容量、长距离的光纤通信。
目前，在国内外各级通信网中，使用最多的就是单模光纤。
2）多模光纤（MM）在一定的工作波长下，当有多个多模光纤在光纤中传输时，称这种光纤为多模光纤。
多模光纤在光纤通信的初期用的较多，目前使用的场合就较少了。
三、光纤的传输特性光纤的传输特性主要包括传输损耗和色散.1、传输损耗在光纤内传输的光，由于光纤的散射、吸收和辐射等原因而受到衰减,光功率随着距离的增加按指数规律减小，这就是光纤的损耗。
光纤的每单位长度上的传输损耗直接关系到光纤通信系统传输距离的长短。
光纤通信系统概述
第一章概述1.1 光纤通信的发展概况1.2 光纤通信的优点和应用1.3 光纤通信系统的组成21.1 光纤通信发展概况通信是指两个或多个实体之间交换信息的过程，而通信系统是该过程的具体实现。
一个实际的通信系统包括信息的采集、格式变换、传输和交换等过程所涉及的所有实体。
光通信是指利用某种特定波长（频率）的光波信号承载信息，并将此光信号通过光纤或者大气信道传送到对方，然后再还原出原始信息的过程。
广义上的光通信（Lightwave Communication）包括光纤通信（Optical Fiber Communication）和大气光通信/空间光通信（Free Space Optics）两大类，目前在通信领域内主要采用的是光纤通信方式。
3光纤通信发展主要历程远古时代；烽火台，狼烟传讯近代：旗语，灯光1880，A.G.Bell发明光电话60年代初，激光器的诞生70年代——面临挑战光源：能否制造出室温下连续工作的激光器？媒质：能否找到损耗足够低的传输媒质？4光纤通信的奠基人——高锟1966年，在英国标准电信实验室工作的华裔科学家高锟（C. K.Kao）首先提出用石英玻璃纤维作为光纤通信的媒质，为现代光纤通信奠定了理论基础。
高锟（Charles K. Kao）51970：光纤通信实用化的开端1970 年，美国康宁公司用超纯石英为材料，首先拉制出损耗为20dB/km 的光纤1970 年，美国贝尔实验室研制成功可在室温下连续振荡的镓铝砷（GaAlAs）半导体激光器，为光纤通信找到了合适的光源1977 年，GaAlAs激光器的寿命可达100 万小时，为光纤通信的商用化奠定了基础70 年代光源和光纤技术的快速成熟，为光纤通信的商用化打下了坚实的基础6光纤通信系统的发展第一代光纤通信系统850/1310 nm 多模系统，140Mb/s，30km第二代光纤通信系统1310nm 单模系统，1Gb/s，50km第三代光纤通信系统1550 nm 单模系统，2.5Gb/s，100km第四代光纤通信系统光放大器引入，数千km第五代光纤通信系统光孤子系统71.2 光纤通信的优点和应用1.2.1 光纤通信的优点1.2.2 光纤通信的应用81.2.1 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.泄漏小，保密性好4.节省有色金属5.抗电磁干扰能力强6.重量轻，可扰性好，易于施工9光纤通信系统具有巨大的传输容量光是频率极高的电磁波，传输中可以获得极高的信号频谱。
光纤通信系统
第一节 光纤通信的发展概况
光波的波长在微米级,频率为10＾14 HZ数量 级．由电磁波谱中可以看出,紫外线、可见光、红 外线均属于光波的范畴．
目前光纤通信使用的波长范围是在近红外区 内,即波长为0．8～1．8um．可分为短波长和长波 长波段,短波段是指波长为0．85um,长波长段是指 1．31um和1．55um,这是目前所采用的三个通信窗 口．
一．对光源的要求是：寿命长；有足够的
输出光功率；电光转换效率应不低于当前
半导体电子器件的转换率约10﹪；发射波长
必须在低损耗传输窗口附近；发光面积和
光束的发散角要小,谱线宽度要狭窄．
二、目前广泛使用的光源有半导体发光二极管和半 导体激光器,半导体光源有如下特点：
1、体积小,发光面积可以与光纤相比较,从而有较 高的耦合效率；
分路耦合不方便
第三节 光纤通信的基本组成
光纤通信是以光波做载波,以光缆作为
传输的通信系统．目前实用的光纤通信系
统,普遍采用的是数字编码、强度调制—直
接检波通信系统．它由常规的电端机、光
端机、光中继器及光缆传输线路组成,如图
2—2所示．该系统分为三大部分：光发送、
光传输和光接收,光发送完成电光转换任务,
2、光纤数字系统,它是用PCM数字电信号直接对光源进行强度调
制的系统．其通信距离长,传输质量高,是被广为采用的系统．
四、按传输的速率分类 1、低速光纤通信系统,一般传输信号为2Mbit/s或
8MBit/s． 2、高速光纤通信系统,它的传输信号速率为
34Mbit/s,140Mbit/s,以上的系统,有时把速率等于和高于 140Mbit/s的系统才称为高速光纤通信系统． 五、按应用范围分类 1、公用光纤通信系统,邮电部门应用的光纤系统称为公用 光纤通信系统．它包括光纤市话中继通信系统,光纤长途 通信系统,光纤用户环路系统． 2、专用光纤通信系统,指邮电部门以外的各部门应用的光 纤通信系统,例如电力、铁路、石油、广播电视,交通,军事 等的应用都称为专用光纤通信系统．
光纤通信系统的组成及各部分功能
光纤通信系统的组成及各部分功能1. 光源（Light source）：光源是将电能转化为光能的装置，其主要功能是产生具有特定频率和波长的光信号。
常用的光源有雷射器、电晕放电光源、发光二极管等。
不同光源产生的光信号有不同的功率和光频谱特性。
2. 光纤（Optical fiber）：光纤是将光信号进行传输的介质，它由一根细长的光学纤维组成，具有高折射率和低传输损耗的特点。
光纤主要有芯、包层和包覆层组成，其主要功能是将光信号通过全内反射的方式进行传输。
3. 光纤连接器（Optical fiber connector）：光纤连接器是用于连接光纤的装置，它将光纤的末端与光接收器或光源进行连接，以保证光信号的传输质量和稳定性。
光纤连接器一般包括光纤连接头和接插件两部分。
4. 光纤传输系统（Optical fiber transmission system）：光纤传输系统是指将光信号在光纤中进行传输的装置和设备，它包括光纤放大器、光纤衰减器、光纤耦合器、光纤收发器、光纤开关等。
光纤传输系统的主要功能是对光信号进行放大、传输、分光和选择等处理。
5. 光接收器（Optical receiver）：光接收器是将光信号转化为电信号的装置，其主要功能是将光信号转换为电流信号，并经过放大、滤波等处理，以恢复原始信号。
光接收器一般由光电转换器、放大器、滤波器和接收电路等组成。
6. 光纤终端设备（Optical fiber terminal equipment）：光纤终端设备是指使用光纤进行通信的终端设备，包括光纤通信交换机、光纤调制解调器、光纤路由器、光纤终端机等。
光纤终端设备的主要功能是进行信号调制、解调、编码、解码和路由等操作，以实现数据的传输和交换。
除了以上主要组成部分外，光纤通信系统还包括光纤分配系统、光纤保护系统和光纤安全系统等。
光纤分配系统用于将光信号分配到不同的用户或设备上；光纤保护系统用于提供光路备份和故障切换功能，以确保通信的可靠性；光纤安全系统用于加密和保护传输的数据，以防止数据泄露和攻击。
光纤通信系统原理与设计
光纤通信系统原理与设计光纤通信系统是一种利用光纤作为传输介质进行信息传输的通信系统。
它利用光的全反射特性，并通过光信号的调制与解调实现传输数据。
在现代通信领域中，光纤通信系统已经成为主流的通信方式之一。
本文将介绍光纤通信系统的原理与设计。
一、光纤通信系统的工作原理光纤通信系统的工作原理可以简单分为三个步骤：光信号的发射、传输和接收。
1. 光信号的发射光信号的发射是指将电信号转换为光信号的过程。
在光纤通信系统中，通常采用光电转换器将电信号转换为光信号。
光电转换器由激光器和调制器组成。
激光器产生一束强度和频率稳定的光，而调制器则根据输入的电信号对光信号进行调制。
2. 光信号的传输光信号的传输是指将调制后的光信号通过光纤传输至目标地点的过程。
光纤是一种由高纯度的玻璃或塑料材料制成的细长棒状结构。
它具有很好的光导性能，可以将光信号以全内反射的方式沿光纤传输。
在传输过程中，光信号会经过多次全内反射，几乎不受损失。
3. 光信号的接收光信号的接收是指将传输过来的光信号转换为电信号的过程。
光纤通信系统中，接收端通常采用光电转换器将光信号转换为电信号。
光电转换器由光探测器和解调器组成。
光探测器将光信号转换为电信号，解调器则对电信号进行解调得到原始信号。
二、光纤通信系统的设计要点在进行光纤通信系统的设计时，需要考虑以下几个关键要点。
1. 光纤的选择光纤的选择是设计光纤通信系统时的关键因素之一。
根据通信距离的不同，可选择不同类型的光纤，如单模光纤或多模光纤。
同时还需要考虑光纤的直径、材料和信号传输损耗等因素。
2. 光源的选择光源是指光信号的发射装置，激光器是光纤通信系统中常用的光源。
在选择光源时，需要考虑发射功率、频率稳定性和调制性能等因素。
3. 光电转换器的设计光电转换器是光信号的发射和接收装置。
设计光电转换器时，需要考虑调制方式、频率响应和转换效率等因素。
4. 解调器的设计解调器是光信号接收后将其转换为原始信号的装置。
光纤通信系统的基本概念
光纤通信系统的基本概念光纤通信系统是一种利用光纤作为传输介质的通信网络。
光纤通信系统具有传输距离远、带宽大、抗干扰能力强等优点，因此在现代通信中得到广泛应用。
本文将介绍，包括光纤的结构和工作原理、信号传输过程、光纤通信系统的组成部分以及其在大数据传输、互联网、通信等领域中的应用。
一、光纤结构和工作原理光纤是一种由高纯度的玻璃或塑料制成的细长柔软的材料。
光纤由纤芯和包层组成，其中纤芯是光信号传输的区域，包层是保护和引导光信号的区域。
光源产生的光信号通过光纤传输，利用光的全内反射特性，在光纤中沿纤芯传输。
光纤采用全内反射的原理传输光信号。
当光信号由高折射率介质进入低折射率包层时，会发生全内反射。
这使得光信号能够在光纤中沿一定角度传输，并且基本不损失信号的强度和质量。
光纤的包层还能够防止光信号的外部干扰。
二、信号传输过程光纤通信系统中，光信号通过调制的方式进行传输。
首先，光源将电信号转换为光信号，例如采用激光器产生的窄谱光信号。
接着，将光信号输入光纤，通过光纤的全内反射传输。
在光纤的整个传输过程中，光信号不断发生衰减，但在一定距离内，衰减并不显著。
在光纤传输的过程中，由于光信号频率较高，会发生色散现象和衰减现象。
色散现象会导致光信号的频率和相位发生变化，从而影响信号质量。
而衰减现象会使光信号的强度逐渐降低。
因此，在长距离的光纤传输中，需要采用一些调制和放大技术来补偿这些影响。
三、光纤通信系统的组成部分光纤通信系统由光源、调制器、光纤、接收器和控制系统等组成。
光源是发光二极管或激光器等能够产生光信号的设备。
调制器用于将电信号转换为光信号，并控制光信号传输的强度、频率等参数。
光纤用于传输光信号。
接收器接收传输过来的光信号，并将其转换为电信号。
控制系统用于控制整个通信系统的运行和管理。
四、光纤通信系统的应用光纤通信系统在现代通信中得到广泛应用。
与传统的铜缆通信相比，光纤通信具有很多优势。
首先，光纤通信的传输距离更远，可以达到几十公里甚至上百公里。
光纤通信系统
光纤通信系统
光纤通信系统是一种基于光纤传输技术的通信系统，它利用光纤传输光信号进行通信。
光纤通信系统已经成为现代通信领域中最重要的技术之一，被广泛应用于电话、互联网、电视等各个领域。
本文将介绍光纤通信系统的基本原理、技术特点以及未来发展趋势。
光纤通信系统的基本原理
光纤通信系统主要由光源、光纤、光探测器等几个基本部分组成。
光源通过调制产生光信号，然后经过光纤传输到接收端，最终被光探测器接收并解调还原成原始信号。
光信号在光纤中传输时会受到衰减和色散等影响，需要经过光放大器和光衰减器进行补偿和控制，以确保信号的传输质量。
光纤通信系统的技术特点
光纤通信系统具有传输速度快、带宽大、抗干扰能力强、安全性高等一系列优点。
光纤的传输速度可以达到数十亿比特每秒，远远超过了传统的铜缆传输速度。
光纤的带宽也非常宽，可以同时传输多个信号，满足不同应用的需求。
此外，光信号在传输过程中不会受到电磁干扰，保障通信质量稳定。
光纤通信系统的未来发展趋势
随着信息通信技术的不断发展，光纤通信系统也在不断进化。
未来，光纤通信系统将更加智能化和自适应化，能够更好地适应不同环境下的传输需求。
同时，光纤通信系统将更加绿色环保，采用更加节能的光源和光探测器，减少能源消耗。
未来，光纤通信系统将更加普及，为人们的生活和工作带来更多便利和创新。
综上所述，光纤通信系统是一种重要的通信技术，具有速度快、带宽大、抗干扰能力强、安全性高等优点。
未来，光纤通信系统将继续发展，为人们的生活和工作带来更多便利和创新。
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• 基本波导方程式
2020/4/7
– 1.2.2 对称介质平板波导的传输模式
1. 对称介质平板波导中的波导方程式和模式
2. TE模式
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3. 偶TE模式和奇TE模式
1. 偶TE模式
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2. 奇TE模式
2020/4/7
4. 传输常数的确定
2020/4/7
1. 单模光纤的极化演化
2. 极化色散
2020/4/7
3. 单模单极化光纤
2020/4/7
– 1.5.5 单模光纤的发展与演变
2020/4/7
第2章 光源和光调制
• 2.1 激光原理的基础知识
– 原子能级的跃迁
1. 原子的能级
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2. 能级的跃迁
原子中的电子可以通过和外界交换能量的方式发生量子跃迁， 或称能级跃迁。若电子跃迁中交换的能量是热运动的能量 ，称为热跃迁；若交换的能量是光能，则称为光跃迁。
自发发射
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2. 受激辐射和受激吸收
2020/4/7
– 2.1.2 半导体中载流子的统计分布 1. 晶体的能带
2020/4/7
2.费米-荻拉克统计
电子是费米子，它在各能级上的分布，要受泡里不相容原理的限制， 即每个单电子量子态中最多只能容纳一个电子，它们或者被一个电 子占据，或者空着。电子在各能级中的分布服从费米-荻拉克统计。
2. 制作激光器的材料
2020/4/7
– 2.2.2 F-P腔半导体激光器的结构与分类
1. F-P腔的作用 2. F-P腔激光器的结构与分类
1. 按垂直于PN结方向的结构分类
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2. 按平行于PN结方向的结构分类
2020/4/7
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– 2.2.3 量子阱半导体激光器
2020/4/7
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5. 码型效应
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– 2.4.3 结发热效应
1.激光器的热方程式
QtCdtt
dt R
2.稳定电流注入时的情况
RVjII2Rs
3.脉冲调制时的结发热效应
2020/4/7
2020/4/7
• 2.5 半导体激光器的自脉动现象
– 2.5.1 自脉动现象
2020/4/7
3.APD的结构
2020/4/7
2020/4/7
2020/4/7
4. APD的过剩噪声
2020/4/7
• 3.2 放大器及其电路的噪声
– 3.2.1 噪声分析的一般方法
1. 噪声的统计性质
2020/4/7
2.随机过程的数字特征
1. 均值
EXx,t xfx,tdt
2. 方差和标准差
DXEXEX2 EX2EX2
• 3.1 光电检测器
– 3.1.1 光电二极管
1. 工作原理
2020/4/7
2. 光电二极管的波长响应
2020/4/7
3. 光电转换效率
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4. 响应速度
2020/4/7
– 3.1.2 雪崩光电二极管
1. 工作原理
2020/4/7
2.APD的平均雪崩增益
1
G1VIRs/VBm
– 1.3.2 阶跃折射率光纤中波动方程的解
1. 解的形式
1. 在纤芯中（r a），k＝k1＝k0n1
Ez1 Hz1
BAJuarei
2. 在包层里（r>a）， k＝k2＝k0n2
H Ezz22CDKwarei
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2. 边界条件和特征方程 3. 光纤中的各种导模
2020/4/7
2020/4/7
• 损耗和色散是光纤的两个主要的传输特性 1. 光纤的损耗
1. 石英光纤的固有损耗 2. 非固有损耗
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2. 光纤的色散
2020/4/7
• 1.2 介质平板波导
– 1.2.1 基本波导方程式
• 均匀波导中的波动方程
2Ek2E0
• 非均匀波导中的波动方程
2E()2t2E
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– 2.5.2 双区共腔激光器中的自脉动
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– 2.5.3 光丝耦合
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• 2.6 半导体激光器的直接调制和光发射机
– 2.6.1光源的调制方式
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– 2.6.2 光源的直接调制原理
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– 2.6.3 激光发射机
5. 模式截止条件
6. 对称介质板波导中的TM模
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– 1.2.3 介质板波导中的多模群时延
• 在多模传输的介质板波导中，也会产生多模群时延失 真，使传输的光脉冲展宽 。不同模式所产生的最大群 时延差可用最低次模和最高次模的传输时间之差来表 示：
d dLdH
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• 1.3 阶跃折射率光纤的模式理论
2020/4/7
目录
• 第1章 光纤的传输理论 • 第2章 光源和光调制 • 第3章 光接收机 • 第4章 光纤通信系统和通信网 • 第5章 光纤通信新技术
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第1章 光纤的传输理论
• 1.1 光纤的基本性质
– 1.1.1 光纤的结构、分类和光的传输
• 光纤的结构：
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• 光纤的分类：
由电磁场的边界条件（r＝a时，Ez，Hz，Eφ和Hφ分量应连续 ），可以确定出LP νm模的特征方程为
uJ1(u) wK1(w)
J(u)Biblioteka K(w)2020/4/7
3. 模功率分布 4. 阶跃折射率光纤中导模数量的估算
2020/4/7
• 1.4 渐变折射率光纤的近似分析
– 1.4.1 渐变折射率光纤的近似解
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2. 喇曼-奈斯衍射和布喇格衍射
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3. 声光调制器 4. 磁光调制
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– 2.7.4 波导调制器和电吸收调制器
2020/4/7
第3章 光接收机
• 对强度调制的数字光信号，在接收端采用直接检测（ DD）方式时，光接收机的主要组成如图3.0所示。
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2. 结构和分类 3. 基本性质
1. 发射谱线和发散角 2. 响应速度 3. 热特性 4. 优点
2020/4/7
• 2.3 半导体激光器的模式性质
– 2.3.1 厄密-高斯模式的解 – 2.3.2 激光器的纵模
1. 纵模的概念
对于半导体激光器，当注入电流低于阈值时，发射光谱是 导带和价带的自发发射谱，谱线较宽；只有当激光器的注 入电流大于阈值后，谐振腔里的增益才大于损耗，自发发 射谱线中满足驻波条件的光频率才能在谐振腔里振荡并建 立起强场，这个强场使粒子数反转分布的能级间产生受激 辐射，而其他频率的光却受到抑制，使激光器的输出光谱 呈现出以一个或几个模式振荡，这种振荡称之为激光器的 纵模。
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2. 电光调幅
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3. 电光调相 4. 横向电光调制器
2020/4/7
5. 电光调制的频率特性
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– 2.7.2 声光调制
1. 声光效应
– 超声波是一种纵向机械应力波（弹性波），它在声光介质中传输时 会引起介质密度发生疏密交替的变化，使介质折射率也发生相应的 变化。因此，受超声波作用的晶体相当一个衍射光栅，光栅的条纹 间隔等于声波波长，当光波通过此介质时，将被介质中的弹性波衍 射，衍射光的强度、频率、方向等都随超声场变化。这个效应称为 声光效应，或弹光效应。
SI e0Igate
d iout2 df
2kK gm
na
C
2 t
g
2. 双极晶体管的噪声源
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– 3.2.4 前置放大器的设计
1. 低阻型前置放大器 2. 高阻型前置放大器 3. 跨（互）阻型前置放大器
1
f E eEEf /kK 1
3.各种半导体中电子的统计分布
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– 2.1.3 PN结的能带
1. PN结的形成
2020/4/7
2. PN结的能带
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• 2.2 半导体激光器和发光二极管
– 2.2.1 半导体激光器
1. 激射条件
有源区里产生足够的粒子数反转分布； 存在光学谐振机制，并在有源区里建立起稳定的振荡。
4. 模式的场型图
2020/4/7
– 1.3.3 近似解－－LP模
1. LP模是线偏振模
LP模的名称来自英文Linearly Polarized Mode，即线性偏振模 的意思，可以证明，若将HEν＋1，m模和EH ν－1，m线性叠加 ，得到的是直角坐标系中的线偏振模。
2020/4/7
2. LP模的特征方程
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2020/4/7
2. 由谐振条件求纵模的波长间隔
2020/4/7
3. 纵模的性质
2020/4/7
2020/4/7
– 2.3.3 激光器的横模
• 近场图样和远场图样
2020/4/7
• 2.4 半导体激光器的瞬态性质
2020/4/7
– 2.4.1 瞬态过程
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– 2.4.2 速率方程组及其解
– 2.2.4 分布反馈激光器
1. 结构特点
2020/4/7
2. 工作原理
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3. DFB激光器的优点
1. 单纵模振荡 2. 谱线窄，波长稳定性好 3. 动态谱线好 4. 线性度好
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