光纤通信第五章光纤线路技术原理及器件波分复用器件
光纤通信-第五章-光纤线路技术与器件-光环形器
偏振相关型光隔离器
由起偏器、检偏器和旋光器三部分组成。
偏振无关型光隔离器
主要技术指标
插入损耗 回波损耗 隔离度
偏振相关损耗（PDL） 偏振模色散（PMD）
插入损耗(IL)
指在光隔离器通光方向上传输的光信号由 于引入光隔离器而产生的附加损耗。
无源器件和有源器件
无源器件(passive device)：本身不发生 光电或电光转换的器件。如光隔离器、 光耦合器、光环形器等实现连接光路、 分配光功率以及合波和分波等作用。
有源器件(active device)：本身会发生光 电或电光转换的器件，如激光器、光电 检测器、光放大器等。
光隔离器(isolator)
套管结构
由插针和套管组成，都是精密的机械结 构和光学结构
光纤固定在插针里，两个插针在套管中 对接并保证两根光纤的对准 套管 插针
光纤
光纤
插针
可用不锈钢、陶瓷、玻璃、塑料等材料制作
陶瓷材料具有极好的温度稳定性，线膨胀系 数很小，且与石英光纤的线膨胀系数接近，
使用最多
f 2.499±0.0005 f 0.125±0.001
由端口2>端口3;
…… 若端口N输入的光可由
端口1输出，称为环行 器，若不可以，称为准 环行器
应用
双向通信中的重要器件，完成正反向传 输光的分离
单纤双向通信、上/下话路、合波/分波 及色散补偿等
结构
光 分 偏 光 偏分 光 纤 束 振 束 振束 纤 准 合 旋 变 旋合 准 直 束 转 换 转束 直 器 镜 镜 器 镜镜 器
第五章 光纤线路技术及器件
主要内容
一、光隔离器和光环形器 二、光纤的连接 三、光衰减器和光开关 四、光纤耦合器 五、光纤光栅 六、波分复用器件 七、平面及矩形光波导技术及器件 八、光放大器 九、色散补偿技术
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％。
光纤通信复用技术
OTDM可分为比特间插OTDM和分组间插OTDM
1 010 Ⅰ
t
Ⅱ 1 00 1 t
0 10 1 Ⅲ
t
1 11 0 Ⅳ
t
比特交错 光时分复
用器
ⅠⅡⅢⅣ
帧同步信号
比特间插
1 010 Ⅰ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
t
Ⅱ 1 00 1 t
分组交错 光时分复
0 10 1 Ⅲ
t
用器
1 11 0 Ⅳ
t
分组间插
比特间插 OTDM主要 用于电路交 换业务。
频率 f7 f6 f5 f4 f3 f2 f1 f0
t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 时间
OCDM技术具有如下优势：
能实现光信号的直接复用与交换； 实现点到点、点到多点的通信，并且一个节点的故障不影响系
统中的其他节点； 具有很高的保密性、安全性； 光信号处理简单，大大降低了收发设备的成本。
问题的提出
电时分复用（TDM）存在的问题：
“电子瓶颈”限制： 10Gb/s→40Gb/s…
光纤色散限制 单波长通信系统远不能有效利用光纤带宽
101 1
signal1
TDM signal
1 1001011
100 1
signal2
15
问题的提出
波分复用（WDM）
一根光纤同时传输几个不同波长的光载波，每个光载波携 带不同的信息--波分复用（WDM）
光纤放大器
1
光接收机
分 波
器
光接收机
n
9.2.2 光波分复用技术的主要特点
超大容量传输。 传输多种不同类型信号。 多种网络应用形式。 扩充网络容量、减少投资。 组网灵活可靠。 实用高效、性能优良、业务透明。 降低器件的超高速要求。 光波分复用器结构简单、体积小、可靠性高。
光纤知识点总结(5-9章)
光纤知识点（5-9章）第五章知识点1.数字传输体制有两种：是不同的传输体制协议。
SDH（同步数字传输体制）PDH（准同步数字传输体制）2. SDH对模型的下列几个方面做了规定：（1）网络节点接口（2）同步数字体系的速率（3）帧结构。
（1）网络节点接口传输设备：光缆传输系统设备；微波传输系统设备；卫星传输系统设备。
网络节点：只有复用功能（简单）；复用、交叉连接多种功能（复杂）。
（2）速率：同步传输模块：STM-N，N＝1、4、16 等。
STM-1 155.520Mbit/s 155Mbit/sSTM-4622.080Mbit/s 622Mbit/sSTM-16 2488.320Mbit/s 2.5Gbit/sSTM-64 9953.280Mbit/s 10Gbit/sSTM-256 39813.12Mbit/s 40Gbit/s（3）帧结构：SDH 帧为块状帧结构，共有9 行，270 列，以字节为单位。
一个STMN 帧有9 行，每行由270×N 个字节组成。
这样每帧共有9×270×N 个字节，每字节为8 bit。
帧周期为125μs，即每秒传输8000 帧。
对于STM1 而言，传输速率为9×270×8×8000=155.520 Mb/s 。
字节发送顺序为：由上往下逐行发送，每行先左后右。
（结构图见书127页，重点）3.STM-N 帧包括三个部分：SOH、AU-PTR、PAYLOAD（结构图见书127页，重点）（1）段开销SOH：RSOH，再生段开销：1～3 行。
MSOH，复用段开销：5～9 行。
区别：监管范围不同。
如：若光纤上传输2.5G 信号，RSOH 监控STM-16 整体的传输性能。
MSOH 监控每一个STM-1 的传输性能。
（2）管理指针AU-PTR：指示净负荷PAYLOAD 中信息的起始字节位置，便于接收端从正确的位置分解出有效传输信息。
光纤通信实验
实验地点：信息楼10314在实验过程中注意以下几点：1、在实验过程中切勿将光纤端面对着人，切勿带电进行光纤的连接。
2、光电器件是静电敏感器件，请不要用于触摸。
3、做完实验后请将光纤用相应的防尘帽罩住。
4、在使用信号连接导线时应捏住插头的头部进行插拔，切勿直接拽线。
5、不能带电进行信号连接导线的插拔！6、光纤器件属易损件，应轻拿轻放，插光纤的时候要先对准，用力要轻，切忌倾斜、用力过大或弯折。
7、实验完成后整理好设备、接线。
实验光接收机的动态范围及眼图观测一、实验目的1.了解光收端机动态范围的指标要求。
2.掌握光收端机眼图的观测方法。
二、实验内容1.了解光收端机眼图的观测方法。
2.用示波器观察眼图。
三、实验仪器1.光纤通信实验系统1台。
2.示波器1台。
3.万用表1部。
4.光纤跳线1根。
四、实验原理（一）动态范围在实际的光纤通信线路中，光接收机的输入光信号功率是固定不变的，当系统的中继距离较短时，光接收机的输入光功率就会增加。
一个新建的线路，由于新器件和系统设计时考虑的富余度也会使光接收机的输入光功率增加。
为了保证系统的正常工作，对输入信号光功率的增加必须限制在一定的范围内，因为信号功率增加到某一数值时将对接收机性能产生不良影响。
在模拟通信系统中，输入信号过大将使放大器超载，输出信号失真，降低信噪比。
在数字通信系统中，当输入信号功率增加到某一数值时，将使系统出现误码。
应该指出，在 数字通信系统中，放大器输出信号的失真在测试时应与模拟系统区别开来。
为了保证数字通信系统的误码特性，光接收机的输入光信号只能在某一定范围内变化， 光接收机这种能适应输入信号在一定范围内变化的能力称为光接收机的动态范围，它可以表 示为：D = 10lg —max（dB ）min 式中，Pmax 是光接收机在不误码条件下能接收的最大信号平均光功率；Pmin 是光接收 机的灵敏度，即最小可接收光功率。
一般来说，要求光接收机的动态范围大一点较好，但如 果要求过大则会给设备的生产带来一些困难。
光纤通信
华裔科学家高锟(左)因1960’ 在英国读博士时 发明光纤、提出光纤通信理论而获得2009年诺 贝尔物理学奖。
1970年，光纤研制取得了重大突破
1970年，美国康宁(Corning)公司研制成功损耗 20dB/km 的石英光纤。把光纤通信的研究开发推向一 个新阶段。 1972年，康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到4 dB/km。 1973 年， 美国贝尔(Bell) 实验室的光纤损耗降低到 2.5dB/km。1974 年降低到1.1dB/km。 1976年，日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗降低到 0.47 dB/km(波长1.2μm)。 1979年是0.20 dB/km，1984年是0.157 dB/km， 1986 年是0.154 dB/km， 接近了光纤最低损耗的理 论极限。
二、现代光纤通信
1966年，高锟和霍克哈姆发表的《用于光频的光纤表 面波导》奠定了现代光通信的基础。高锟被尊为光纤 之父。 工作地点：英国标准电信研究所 研究对象：光在石英玻璃纤维中的严重损耗问题损耗 原因：1) 玻璃纤维中含有过量的铬、铜、铁与锰等金 属离子和其他杂质；2) 拉制光纤工艺造成芯、包层分 界面不均匀及其所引起的折射率不均匀 新的发现：一些玻璃纤维在红外光区的损耗较小现代 光纤通信
光纤通信的四个发展阶段
第四阶段：以提高传输速率和增加传输距离为 研究目标和大力推广应用的大发展时期(1996 至今) 采用超大容量的波分复用技术和光放大 技术，正在研究超长距离的光孤子技术。
我国光纤通信的发展
1961年9月中国科学院长春光学精密机械研究所研制成功第一台红 宝石激光器。 1977年，武汉邮电研究院研制成功中国第一根阶跃折射率分布的， 波长为0.85μm多模光纤。 1976年建成了约为5.7km的光纤数字通信试验系统，此后又分别 在北京，上海，武汉，天津等地建立了现场试验系统。 20世纪80年代主要进行实用化攻关，完成了武汉市话中继实用化 工程、武汉-荆州多模光缆34Mbit/s省内干线工程，扬州-高邮、成 都-灌县单模光缆34Mbit/s省内干线工程和合肥-芜湖140Mbit/s单模 光缆一级干线工程，为大规模推广应用打下了基础； 1998年建成“八纵八横”国家干线，覆盖了除台湾外所有省会城 市和75％地市。 从1995年起，我国在全球光纤光缆市场一直居第三位。
光纤波分复用技术及WDM工作原理
λ1 λ2 λ3 λn 波 分 复 用 器
光纤 解 复 用 器
λ1 λ2 λ3
为帮助了解WDM的潜在通信容量，我们回忆一下普通单模石英光纤中光传输 损耗与波长的关系（见图1.1.3）。根据此图我们知道，在长波长波段，光纤有 两个低损耗传输窗口即1310nm和1550nm窗口。这两个窗口的波长范围分别从 1270nm 到1350nm和1480nm到1600nm，分别对应着80nm和120nm的谱宽范 围。而目前光纤通信系统中所使用的高质量的1550nm的光源，其调制后的输 出谱线宽度最大不超过0.2nm，考虑到老化及温度引起的波长漂移，给出约 0.4nm~1.6nm的谱宽富余量，应是合乎情理的。即使这样，单个系统的谱宽也 只占用了光纤传输带宽的几十分之一到几百分之一。为充分利用单模光纤的低 损耗区的巨大带宽资源，在光纤低损耗窗口采用多个相互间有一定的波长间隔 的激光器作为光源，经各光源调制的信号同时在光纤中传播，这就是WDM技 术。可以说，WDM技术使得光纤具有巨大带宽这一优点得以充分体现。以一 种工作在1550nm的窄线宽DFB激光器为例，它可在0.8nm的谱带内发射信号， 因此在1525nm~1565nm共40nm的范围内，WDM系统可传送50个信道。若每 个信道的传输速率为10Gbit/s，则系统总的传输速率即为50×10Gbit/s，比单 信道传输的容量增加了50倍。
3 WDM系统中的关DM系统对光源的要求 目前的光纤通信系统所采用的光源一般有半导体发光二极管(LED)和 半导体激光器(LD)。通过学习第一章和第三章的内容我们已经知道， LED与LD的特性有很大的不同。LED所产生的光不是单波长的光，谱 线很宽，约为50~100nm；LED的输出功率比激光器低很多；LED的最 高调制速率约为几百Mbit/s。因此，LED不适合作为WDM系统的光源。 LD输出虽然不是理想的单波长的光，但其谱线宽度却可以达到很窄。 虽然普通的F-P腔LD的谱宽约为8nm，但具有布拉格光栅的高质量的 DFB或DBR LD的谱宽可达10-3nm，即使考虑因调制而产生的啁啾所导 致的谱线展宽，其调制后的输出谱线宽度最大也不超过0.2nm。所以， 只有LD才能满足WDM系统对于光源波长的要求。另一方面，LD的调制 频率可达数Gbit/s，特别适合于高速传输系统。与此同时，LD输出的光 功率要比LED高很多，而且由于输出的光为相干光，大部分光能量很容 易被耦合进光纤中，因而信号可以传输更远的距离。
7.2光波分复用技术
(6) 信道宽度 信道宽度是指各光源之间为避免串扰应具有的波长间隔。
(7) 偏振相关损耗 偏振相关损耗(PDL: Polarization dependent Loss)是指由 于偏振态的变化所造成的插入损耗的最大变化值。
⑦ 美国Qtera 和Qwest: 两个波带4路×10Gb/s和2路×10Gb/s 沿NZDF光纤传输23×105km=2415km, 这个试验虽然WDM路数不 多，但在陆地光缆中却是最长距离。
7.2.3 WDM技术的主要特点
所以双向WDM系统的开发和应用相对说来要求较高，但与 单向WDM系统相比，双向WDM系统可以减少使用光纤和线路 放大器的数量。
3. 光波分复用器的性能参数 光波分复用器是波分复用系统的重要组成部分，为了确保
波分复用系统的性能，对波分复用器的基本要求是： • 插入损耗小 • 隔离度大 • 带内平坦，带外插入损耗变化陡峭 • 温度稳定性好 • 复用通路数多 • 尺寸小等
(1) 插入损耗 插入损耗是指由于增加光波分复用器/解复用器而产生的附 加损耗；
(2) 串扰抑制度 串扰是指其他信道的信号耦合进某一信道，并使该信道传 输质量下降的影响程度，有时也可用隔离度来表示这一程度；
(3) 回波损耗 回波损耗是指从无源器件的输入端口返回的光功率与输入 光功率的比；
(4) 反射系数 反射系数是指在WDM器件的给定端口的反射光功率与入射 光功率之比；
③ 日本富士通(Fujitsu): 128路×10.66Gb/s， 经过C和L波带 （注：C波带为1525～1565nm，L波带为1570～1620nm），用分 布喇曼放大(DRA: Distributed Raman Amplification), 传输距离达 6×140km=840km;
光纤通信复习资料必看
复习提纲第一章知识点小结：1.什么是光纤通信？3、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光纤通信复习第一章1.什么是光纤通信?光纤通信,是指利用光纤来传输光波信号的一种通信方式2。
光通信原理及光器件介绍
1400
光波长（nm）
全波光纤
1600
1800
9
光纤通讯系统知识介绍－光纤结构
光纤
光纤的结构
涂敷层
包层 纤芯
10
光纤结构
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。
突变型多模光纤（Step-Index Fiber, SIF） 渐变型多模光纤（Graded-Index Fiber, GIF） 单模光纤（Single-Mode Fiber, SMF） 相对于单模光纤而言，突变型光纤和渐变型光纤的纤芯直径 都很大，可以容纳数百个模式，所以称为多模光纤。
13
横截 面
偏振保持光纤用在外差接收方式的相干光系统， 这种系统 最大优点是提高接收灵敏度，增加传输距离。
17
光纤传输优点
1、通信容量大 从理论上讲，一根仅有头发丝粗细的光纤可以同时传输1000 亿个话路 2、中继距离长 3、保密性能好 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、适应能力强 适应能力强是指，不怕外界强电磁场的干扰、耐腐蚀，可挠性强 5、体积小、重量轻、便于施工维护 光缆的敷设方式方便灵活，既可以直埋、管道敷设，又可以水底和架空 6、原材料来源丰富，潜在价格低廉 制造石英光纤的最基本原材料是二氧化硅即砂子，而砂子在大自然界中 几乎是取之不尽、用之不竭的。因此其潜在价格是十分低廉的
DFB LD module
Dual-baalog)
DFB LD module
1x4 Splitter
光纤通信原理
信 息 源
电 电信号 光
发
发
射
射
机
机
光信号
光 电信号 电
接
发
收
射
Hale Waihona Puke 机机信 息 源
光纤通信系统的基本组成
• 光纤通信系统包括发射、传输、接收等基本功能模块。信息 源将用户信息（话音、图象、数据等）转化为原始电信号， 这种信号称为基带信号。电发射机把基带信号转换为适合信 道传输的信号。
• 输入到光发射机带有信息的电信号，都是通过调制转换为 光信号的。光载波经光纤传输到远方接收端，再经过适当的 解调从载波中取出用户需要的信息。
• CMI码的编码规则：输入码型“1”交替地以“00”和“11” 表示，而“0”固定用“01”表示。CMI解码与编码过程相反： 如果输入的是“11”或“00”则输出为“1”，如果输入为“10” 或“01”，则输出为“0”。
输入信号
取样
量化 编码
37 2
7 32
0011 0111 0010 0111 0011 0010
基带信号——取样——量化——脉冲编码——CMI码（线路码）
时钟
伪随机码
1
1
1
0
1
0
CMI码
11
00
11
0
1
000
1
伪随机码的CMI 1B2B码 码型变换过程
• mBnB码是把输入的二进制原始码流进行分组，每组有m个 二进制码，记为mB，称为一个码字。然后把一个码字变换为n 个二进制码，记为nB。最简单的mBnB码是1B2B码（曼彻斯 特码）。
《光纤接入技术》PPT课件
09.01.2021
编辑ppt
30
－第5章 光纤接入网技术－
光分配网ODN全部由有源器件组成（光放大
器等） ▪ 可分为基于PDH和基于SDH的AON ▪ 现通常是基于SDH的AON
特点
▪ 传输容量大：155Mb/s或622Mb/s的接入速率 ▪ 传输距离远：不加中继器，距离为70多公里 ▪ 技术成熟：无论PDH设备还是SDH设备，都已广
09.01.2021
编辑ppt
14
－第5章 光纤接入网技术－
UNI T
用户侧 09.01.2021
光接入网的参考配置
Q3 AN 系统管理功能
(PON)
R/S
S/R
ONU
…
ODN
OLT
AF a
(AON)
ONU
ONU
…
ODT
OLT
AF
ONU
接入链路
SNI SN 功能
V
SN 功能 网络侧
图5-1 光接入网的参考配置
光有源器件包括： 光源（激光器） 光接收机（光检测器） 光收发模块 光放大器
光无源器件包括： 光纤和光缆 无源光衰减器 光连接器 光耦合器 无源光分路器 掺铒光纤放大器
09.01.2021
编辑ppt
26
－第5章 光纤接入网技术－
光接入网的拓扑结构
光纤接入网的拓扑结构，是指网络的空 间布局和几何形状，表示了网络中各节点的 相互位置与相互连接的情况。网络的拓扑结 构对网络功能、造价及可靠性等具有重要影 响。其基本的拓扑结构是: ▪ 星形 ▪ 总线形 ▪ 树形 ▪ 环形
编辑ppt
15
－第5章 光纤接入网技术－
SNI为业务节点接口，UNI为用户网络接 口，Q3为网络管理接口；S为光发送参考点， 与ONU/OLT光发送端相邻；R为光接收参考 点，与ONU/OLT光接入端相邻；V为业务网 络接口参考点；T为用户网络接口参考点；a 为AF与ONU间的参考点。
光波分复用(WDM)技术
光波分复用(WDM)技术一、波分复用技术的概念波分复用(WDM)是将两种或多种不同波长的光载波信号(携带各种信息)在发送端经复用器(亦称合波器，Multiplexer)汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术；在接收端，经解复用器(亦称分波器或称去复用器，D emultiplexer)将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。
这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，称为波分复用。
通信系统的设计不同，每个波长之间的间隔宽度也有不同。
按照通道间隔的不同，WDM可以细分为CWDM（稀疏波分复用）和DWDM（密集波分复用）。
CWDM 的信道间隔为20nm，而DWDM的信道间隔从0.2nm 到1.2nm，所以相对于DWDM，CWDM称为稀疏波分复用技术。
CWDM和DWDM的区别主要有二点：一是CWDM载波通道间距较宽，因此，同一根光纤上只能复用5到6个左右波长的光波，“稀疏”与“密集”称谓的差别就由此而来；二是CWDM调制激光采用非冷却激光，而DWDM采用的是冷却激光。
冷却激光采用温度调谐，非冷却激光采用电子调谐。
由于在一个很宽的波长区段内温度分布很不均匀，因此温度调谐实现起来难度很大，成本也很高。
CWDM避开了这一难点，因而大幅降低了成本，整个CWDM系统成本只有DWDM的30%。
CW DM是通过利用光复用器将在不同光纤中传输的波长结合到一根光纤中传输来实现。
在链路的接收端，利用解复用器将分解后的波长分别送到不同的光纤，接到不同的接收机。
二、波分复用技术的优点WDM技术之所以在近几年得到迅猛发展是因为它具有下述优点：(1) 传输容量大，可节约宝贵的光纤资源。
对单波长光纤系统而言，收发一个信号需要使用一对光纤，而对于WDM系统，不管有多少个信号，整个复用系统只需要一对光纤。
例如对于16个2.5Gb/s系统来说，单波长光纤系统需要32根光纤，而WDM系统仅需要2根光纤。
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)。
光纤通信原理实验
光纤通信原理实验一、实验目的：1、了解光纤通信系统的工作原理；2、了解光纤通信的基本特点；3、通过波分复用解复用器件（WDM）实现双波长单纤单向音频视频通信传输；二、光纤通信的发展过程：到了20世纪中页，出身上海的英藉华人高锟（K.C.Kao）博士，通过在英国标准电信实验室所作的大量研究的基础上，对光波通信作出了一个大胆的设想。
他认为，既然电可以沿着金属导线传输，光也应该可以沿着导光的玻璃纤维传输。
并大胆地预言，只要能设法降低玻璃纤维的杂质，就有可能使光纤的损耗从每公里1000分贝降低到20分贝／公里，从而有可能用于通信。
从此揭开了光纤通信的帷幕。
光纤通信的发展过程如表1所示。
三、光纤通信优点：1．光波频率很高，光纤传输的频带很宽，故传输容量很大，理论上可通上亿门话路或上万套电视，可进行图像、数据、传真、控制等多种业务；目前的通信材料主要电缆、波导管、微波和光缆，电缆、波导管、微波和光缆通信容量的对比如表2所示。
可以看出光缆的通信容量远远大于其它的通信材料。
表2电缆、波导管、微波和光缆通信容量的对比2．不受电磁干扰，保密性好；损耗小，中继距离远。
光纤是由非金属的石英介质材料构成的，它是绝缘体，不怕雷电和高压，不受电磁干扰，甚至包括太阳风暴也影响不到光纤通信，2000年6月8日的太阳风暴，差点使俄罗斯的一颗导航卫星失去方向。
太阳风暴还会造成人造卫星的短路，许多靠卫星传播的通信业务可能因此停顿。
1998 年5月，美国银河4号卫星因受太阳风暴影响而失灵，造成北美地区80%的寻呼机无法使用，金融服务陷入脱机状态，信用卡交易也中断了，有试验表明，在核爆炸发生时，地球上所有的电通信将中断，而唯有光通信几乎不受影响；光纤中传输的是频率很高的光波，而各种干扰的频率一般都比较低，所以它不能干扰频率比它高的多的光波。
打个比方说，光纤中的光波好比是在万丈高空飞行的飞机，任凭地上行驶的火车、汽车如何得多，也不会影响到它的飞行。
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1.6nm 100G 0.8nm 50G 0.4nm 25G
光纤通信第五章光纤线路技术原理 及器件波分复用器件
光纤通信第五章光纤线路技术原理 及器件波分复用器件
Frequency Wavelength Frequency Wavelength
(THz)
(nm)
(THz)
(nm)
196.1
基于偏振干涉的光梳状滤波器
偏振干涉系统：起偏器P1、双折射晶体平行 平板及检偏器P2
FX
X
X
P1
S
Z
45°
Y
Y
P1
P2
光纤通信第五章光纤线路技术原理 及器件波分复用器件
透过起偏器的光场的振幅为A0，光通过 双折射晶体平行平板后在X、Y方向的分 量分别为
AxA0co4s5ex pj2(Lon/l) AyA0si4n5ex pj2(Len/l)
闪耀光栅剖面图
BOE1
l1 ln
l┋1
F1
ln
L1 L2 透射式二元光学波分复用器件
光纤通信第五章光纤线路技术原理 及器件波分复用器件
光纤通信第五章光纤线路技术原理 及器件波分复用器件
干涉滤波片型
采用干涉滤波片来实现不同波长的光的 分离，实现分/合波功能。
由于采用了微等离子体镀膜技术，介质 膜窄带滤光片的光学性能有了很大改善， 工艺也较为成熟。透过率高，带宽窄，
1528.77 193.1
1552.52
196.0
1529.55 193.0
1553.33
195.9
1530.33 192.9
1554.13
195.8
1531.12 195.8
ห้องสมุดไป่ตู้
1554.94
195.7
1531.9 192.7
1555.75
光纤通信第五章光纤线路技术原理 及器件波分复用器件
CWDM
Coarse Wavelength Division Multiplexer 稀疏波分复用、粗波分复用 信道间隔： 20nm 常用的波长为1470nm、1490nm、
波分复用技术的发展
1310nm/1550nm窗口的波分复用: 仍用于接入网，很少用于长距离传输
1550nm窗口的密集波分复用(DWDM): 广泛用于长距离传输
1550nm窗口的稀疏波分复用(CWDM): 用于城域网
光纤通信第五章光纤线路技术原理 及器件波分复用器件
DWDM
Dense Wavelength Division Multiplexer ITU-T G692 信道间隔： nm量级
它的优点是制作容易，使用方便，缺点是复 用的两波长差较大，不适合于密度波分复用。
光纤通信第五章光纤线路技术原理 及器件波分复用器件
光梳状滤波器(Interleaver)
一种三端口光分波/合波装置
光纤通信第五章光纤线路技术原理 及器件波分复用器件
50GHz
Interleaver
25GHz
Interleaver
1510nm、1530nm、1550nm、 1590nm以及1610nm。 正在考虑1290nm、1310nm、 1330nm、1350nm、1380nm、 1400nm、1420nm、1440nm
光纤通信第五章光纤线路技术原理 及器件波分复用器件
阵列光波导型(AWG)
Arrayed Waveguide Grating
光纤通信第五章光纤线路技术原理 及器件波分复用器件
熔锥型
利用消逝波耦合原理进行分波或合波，即通 过熔拉两根单模光纤使两根光纤的纤芯相互 充分靠近，两个基模通过消逝波变为耦合模， 因而光功率可互易地由一根光纤转移到另一 根光纤。
功率转移的大小与输入的两光波长和光纤的 纤芯间距以及相互作用长度有关。可以通过 调节纤芯距和耦合长度来实现合波与分波。
no和ne分别为寻常光和非常光的折射率
滤 波 器 的 传 输 /谱 d B
0 3腔
－ 10 2腔
－ 20 1腔
－ 30
－ 40
0.996
0.998
1
1.002
l0 / l
光纤通信第五章光纤线路技术原理 及器件波分复用器件
1.004
介质薄膜型波分复用器件
l1, …l8
公共端
l2
信道2
信道8 l8
窄带滤波器
l1
信道1
l7
信道7
光纤通信第五章光纤线路技术原理 及器件波分复用器件
中心波长温度系数可小于3pm/°C。同
时，DWDM系统市场的日益增长也使多 腔介质膜窄带滤光片的批量成本降低。
光纤通信第五章光纤线路技术原理 及器件波分复用器件
干涉滤波片
l0 , l1，…ln
l0
l1， …ln
n1 n2 L1 L2
光纤通信第五章光纤线路技术原理 及器件波分复用器件
介质薄膜滤波器的传输谱
光纤通信第五章光纤线路技术原理 及器件波分复用器件
光纤通信第五章光纤线路技术原理 及器件波分复用器件
A
B
光纤通信第五章光纤线路技术原理 及器件波分复用器件
单纤双向传输
光纤通信第五章光纤线路技术原理 及器件波分复用器件
棱镜型
光纤通信第五章光纤线路技术原理 及器件波分复用器件
光栅型
光栅是指具有周期性透射或反射结构的器件。 不同频率的光照射光栅时，由于衍射效应，透 射或反射光将以不同的空间角度传播，就可将 不同频率的光在空间进行合波或分波。
50GHz
Interleaver
100GHz
Interleaver
100GHz
Interleaver
100GHz
Interleaver
100GHz
Interleaver
200GHz Demux 200GHz Demux 200GHz Demux 200GHz Demux 200GHz Demux 200GHz Demux 200GHz Demux 200GHz Demux
波分复用器件(WDM)
波分复用技术是在一根光纤中传输多个 波长信号从而提高传输容量的一种技术。
波分复用器件包含光分波器和光合波器， 它的作用是将多个波长不一的信号光融 入一根光纤或者将融合在一根光纤中的 多个波长不一的信号光分路。
主要有光栅型、干涉滤波片型、阵列光 波导型和熔锥型四种基本形式。
0
功 率
-45 1547.7
1555.7
1562.1
波长(nm)
介质膜波分复用器件各信道上光传输特性 光纤通信第五章光纤线路技术原理 及器件波分复用器件
光纤通信第五章光纤线路技术原理 及器件波分复用器件
光纤通信第五章光纤线路技术原理 及器件波分复用器件
光纤通信第五章光纤线路技术原理 及器件波分复用器件