光纤通信技术完整版课件全套ppt教程
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《光纤通信技术》课件
3 更高密度
光纤连接器和光纤组件将变得更小型化和高密度，提高光纤通信系统的灵活性。
光纤通信技术的挑战和解决方案
信号衰减
长距离传输会导致信号衰减， 引入光纤放大器和衰减补偿 器解决。
色散
不同波长的光信号在光纤中 传输速度不同，引入分波复 用和调制解调技术解决。
光纤损伤
光纤损伤会导致传输质量下 降，引入纤芯修复和保护技 术解决。
光纤通信
光纤通信技术通过光信号传输语音、图像和数 据，使信息传输更可靠和高效。
光纤通信的工作原理
全内反射
光纤内部采用全内反射原理，使光信号在光纤中传输。
光纤传输模式
光纤可以传输单模式和多模式信号，以适应不同的通信需求。
光纤连接和接收
光纤连接器和光接收器是实现光纤通信的关键组成部分。
光纤通信系统的组成
《光纤通信技术》课件
欢迎来到《光纤通信技术》课件！通过本课程，我们将探索光纤通信技术的 发展、应用和挑战，了解这Байду номын сангаас革命性技术的工作原理和优势。
光纤通信技术概述
光纤传输
光纤通过内部的光信号传输数据，提供更高的 带宽和更快的传输速度。
光纤网络
光纤网络可以覆盖较长的距离，并支持大量的 数据传输，是现代通信的基础设施。
总结和展望
光纤通信技术的发展给我们带来了前所未有的通信体验和行业变革。我们期 待光纤通信在未来继续推动信息社会的发展。
2
低延迟
光信号在光纤中传播速度快，减少了通信的延迟。
3
抗干扰
光纤对电磁干扰和噪声具有很强的抵抗能力。
光纤通信广泛应用于电信、互联网、医疗、军事等领域，推动了信息社会的发展。
光纤通信的发展趋势
光纤连接器和光纤组件将变得更小型化和高密度，提高光纤通信系统的灵活性。
光纤通信技术的挑战和解决方案
信号衰减
长距离传输会导致信号衰减， 引入光纤放大器和衰减补偿 器解决。
色散
不同波长的光信号在光纤中 传输速度不同，引入分波复 用和调制解调技术解决。
光纤损伤
光纤损伤会导致传输质量下 降，引入纤芯修复和保护技 术解决。
光纤通信
光纤通信技术通过光信号传输语音、图像和数 据，使信息传输更可靠和高效。
光纤通信的工作原理
全内反射
光纤内部采用全内反射原理，使光信号在光纤中传输。
光纤传输模式
光纤可以传输单模式和多模式信号，以适应不同的通信需求。
光纤连接和接收
光纤连接器和光接收器是实现光纤通信的关键组成部分。
光纤通信系统的组成
《光纤通信技术》课件
欢迎来到《光纤通信技术》课件！通过本课程，我们将探索光纤通信技术的 发展、应用和挑战，了解这Байду номын сангаас革命性技术的工作原理和优势。
光纤通信技术概述
光纤传输
光纤通过内部的光信号传输数据，提供更高的 带宽和更快的传输速度。
光纤网络
光纤网络可以覆盖较长的距离，并支持大量的 数据传输，是现代通信的基础设施。
总结和展望
光纤通信技术的发展给我们带来了前所未有的通信体验和行业变革。我们期 待光纤通信在未来继续推动信息社会的发展。
2
低延迟
光信号在光纤中传播速度快，减少了通信的延迟。
3
抗干扰
光纤对电磁干扰和噪声具有很强的抵抗能力。
光纤通信广泛应用于电信、互联网、医疗、军事等领域，推动了信息社会的发展。
光纤通信的发展趋势
光纤通信原理和技术PPT课件
波长（µm） 系统类型
0.85
IM/DD
光纤 多模
BL(Gb/s·km) 年代
2
1978
1.3
IM/DD
单模
第1章 绪论
1.1 光通信发展史 1.2 国内外光纤通信技术发展概况 1.3 光纤通信系统的基本构成
第1章 绪论
1.1 光通信发展史
1.1.1 现代通信的发展
人类社会出现后，人与人之间就需要信息交流。原始社会 人们可以靠声音（语言）、肢体动作（肢体语言）或面部表情 等交流信息，这就是原始的通信，是人们面对面的交流。
60年代最好的光纤传输衰减为1000dB/km，即传输1km， 光功率降到原来的1/10100≈0，因而这种光纤不可能用作通 信媒质。当时没有人相信光纤可以用于通信，也没有人从 事光纤用于通信的研究。英藉华人学者高锟博士的贡献在 于理论上证明这样大的传输衰减是由于光纤中杂质吸收和 散射引起的。如将光纤提纯，则传输衰减可以降到可在通 信中实用的程度（最初提出的指标是20dB/km）[1].这一贡 献具有深远意义，完全改变了通信容量不适应社会发展的 需求，推动了信息社会更快地到来。由于这一贡献，高锟 博士获得了2009年诺贝尔物理学奖。
第1章 绪论
2.半导体激光器性能的突破
1960年发明的第一个激光器是红宝石(固体)激光器，不久 （1961年）半导体激光器研制成功，但当时需要在低温(液氮) 下脉冲工作。后来采用异质结技术使激光器可在常温下连续 工作，但开始只有数小时甚至数分钟的寿命，由于寿命极短 不能实用化。经过一段时间的努力，才研制成功可实用的半 导体激光器。现在的半导体激光器的性能有了极大的提高， 其寿命可达106小时，甚至达108小时，功率可达10 毫瓦量级 (泵浦激光器可达几百毫瓦),可调谐范围几百GHz,线宽低到 1―10MHz(外腔激光器能达几十kHz)，适用于各种光通信系统， 为光纤通信实用化打下了基础。激光器价格也在不断下降， 干线通信系统所用激光器已降到千美元量级；几十美元，甚 至几美元的半导体激光器可用于接入网系统。
《光纤通信技术》课件第1章
第1章 光纤通信概论
1.1 光纤通信发展历程 1.2 光纤通信的系统构成 1.3 光纤通信的特点 1.4 光纤通信新技术
1.1 光纤通信发展历程
1.1.1 光纤通信的产生与发展 1.目视光通信 人类社会发展中的远距离通信的主流是光通信，电气通信
的历史不过一百多年。从古埃及、古中国、古希腊和古罗马时 代至发明莫尔斯电报的数千年间，远距离通信主要为目视光通 信。三千多年前我国周朝就利用烽火台的火光传送敌情消息， 到了近现代，战争中用信号弹指挥作战、城市使用信号灯指挥 交通等传递信息的方式均可称为目视光通信。我们现在经常提 到的光纤通信与这些简单的视觉光通信完全不同，光纤通信是 由光通信逐步发展、演变而来的，是指以光波作载波传送信息 的通信方式。
2）光纤通信迅速发展 1974年贝尔实验室发明了制造低损耗光纤的方法，使光 纤损耗下降到1dB/km；而日本电话电报公司研制出了更低 损耗的光纤，损耗下降到0.5dB/km。美国于1976年在亚特兰 大成功地进行了码速为44.7Mb/s的光纤通信系统试验；日本 也于同年开始了64km、32Mb/s光纤通信系统的室内试验。
1.1.2 光纤通信发展趋势 1.宽带通信业务需求激增、光纤通信向超高速系统发展 光纤产品的大规模采用成为全球宽带通信网络飞速发展
的有力基础。网络的扩张又带来全球性传送业务的大增长， 这些业务需求包括Internet的蓬勃发展、大量的全球数据传 送，以及其他一些不断增长的先进业务。
视频娱乐节目：采用速率高达几十兆比特的数字电视， 提供同实物一样大的高分辨率、3D、真彩色视频娱乐节目。
3.实现光联网 波分复用系统技术尽管具有巨大的传输容量，但基本上是以点到点 通信为基础的系统，其灵活性和可靠性还不够理想。如果在光路上也能 实现类似SDH在电路上的分插功能和交叉连接功能的话，无疑将增加新 的威力。 根据这一基本思路，光的分插复用器（OADM）和光的交叉连接设 备（OXC）均已在实验室研制成功，前者已投入商用。鉴于光联网具有 潜在的巨大优势，发达国家投入了大量的人力、物力和财力进行研究， 特别是美国国防部预研局（DARPA）资助了一系列光联网项目，如以 Be11core为主开发的“光网技术合作计划（ONTC）”，以朗讯公司为 主开发的“全光通信网”预研计划，“多波长光网络（MONET）”和 “国家透明光网络（NTON）”等，在欧洲和日本，也分别有类似的光 联网项目在进行。
1.1 光纤通信发展历程 1.2 光纤通信的系统构成 1.3 光纤通信的特点 1.4 光纤通信新技术
1.1 光纤通信发展历程
1.1.1 光纤通信的产生与发展 1.目视光通信 人类社会发展中的远距离通信的主流是光通信，电气通信
的历史不过一百多年。从古埃及、古中国、古希腊和古罗马时 代至发明莫尔斯电报的数千年间，远距离通信主要为目视光通 信。三千多年前我国周朝就利用烽火台的火光传送敌情消息， 到了近现代，战争中用信号弹指挥作战、城市使用信号灯指挥 交通等传递信息的方式均可称为目视光通信。我们现在经常提 到的光纤通信与这些简单的视觉光通信完全不同，光纤通信是 由光通信逐步发展、演变而来的，是指以光波作载波传送信息 的通信方式。
2）光纤通信迅速发展 1974年贝尔实验室发明了制造低损耗光纤的方法，使光 纤损耗下降到1dB/km；而日本电话电报公司研制出了更低 损耗的光纤，损耗下降到0.5dB/km。美国于1976年在亚特兰 大成功地进行了码速为44.7Mb/s的光纤通信系统试验；日本 也于同年开始了64km、32Mb/s光纤通信系统的室内试验。
1.1.2 光纤通信发展趋势 1.宽带通信业务需求激增、光纤通信向超高速系统发展 光纤产品的大规模采用成为全球宽带通信网络飞速发展
的有力基础。网络的扩张又带来全球性传送业务的大增长， 这些业务需求包括Internet的蓬勃发展、大量的全球数据传 送，以及其他一些不断增长的先进业务。
视频娱乐节目：采用速率高达几十兆比特的数字电视， 提供同实物一样大的高分辨率、3D、真彩色视频娱乐节目。
3.实现光联网 波分复用系统技术尽管具有巨大的传输容量，但基本上是以点到点 通信为基础的系统，其灵活性和可靠性还不够理想。如果在光路上也能 实现类似SDH在电路上的分插功能和交叉连接功能的话，无疑将增加新 的威力。 根据这一基本思路，光的分插复用器（OADM）和光的交叉连接设 备（OXC）均已在实验室研制成功，前者已投入商用。鉴于光联网具有 潜在的巨大优势，发达国家投入了大量的人力、物力和财力进行研究， 特别是美国国防部预研局（DARPA）资助了一系列光联网项目，如以 Be11core为主开发的“光网技术合作计划（ONTC）”，以朗讯公司为 主开发的“全光通信网”预研计划，“多波长光网络（MONET）”和 “国家透明光网络（NTON）”等，在欧洲和日本，也分别有类似的光 联网项目在进行。
光纤通信原理-(全套)PPT课件
为了描述光纤中传输的模式数目，在
此引入一个非常重要的结构参数，即光纤
的归一化频率，一般用V表示，其表达式 如下：
V k 0 n m a2 2 0n m a2 C n m a2
1. 多模光纤
顾明思义，多模光纤就是允许多个模 式在其中传输的光纤，或者说在多模光纤 中允许存在多个分离的传导模。
光纤的作用是为光信号的传送提供传 送媒介(信道)，将光信号由一处送到另一 处。
中继器分为电中继器和光中继器(光放 大器)两种，其主要作用就是延长光信号的 传输距离。
1.3.2 光纤通信系统的分类
根据调制信号的类型，光纤通信系统 可以分为模拟光纤通信系统和数字光纤通 信系统。
根据光源的调制方式，光纤通信系统 可以分为直接调制光纤通信系统和间接调 制光纤通信系统。
1.2 光纤通信的主要特性
1.2.1 光纤通信的优点
1. 光纤的容量大
光纤通信是以光纤为传输媒介，光波为载 波的通信系统，其载波—光波具有很高的 频率(约1014Hz)损耗低、中继距离长
目前，实用的光纤通信系统使用的光 纤多为石英光纤，此类光纤在1.55μm波长 区 的 损 耗 可 低 到 0 . 1 8 dB/km， 比 已 知 的 其 他通信线路的损耗都低得多，因此，由其 组成的光纤通信系统的中继距离也较其它 介质构成的系统长得多。
图2.2 光纤的折射率分布
光纤的折射率变化可以用折射率 沿半径的分布函数n(r)来表示。
n r n n 1 2
r a r a
2. 按传输模式的数量分类
按光纤中传输的模式数量，可以将光 纤分为多模光纤(Multi-Mode Fiber，MMF) 和单模光纤(Single Mode Fiber，SMF)。
最新第9章 光纤通信技术课件.ppt
这一参数直接影响光纤的性能。光纤通信 中所用的光纤的△一般小于1％，所以△可近 似表示为
精品
由光纤中光线在界面的全反射条件。可以推出临
界角 c为
那么光在纤芯端面的最大入射角 max应满足
由此可以定义光纤的数值孔径为
数值孔径表征了光纤的集光能力。由此看出n1,n2差别 越大，即△ 越大，光纤的集光能力越强。通信用光 纤的数值孔径是较小的。
3-30MHz 100—10m
同轴电缆短波无线电
30—300MHz 同轴电缆超短波无线电 10～lm
0.3—3 GHz 波导分米波无线电 lO—l cm
3—30GHz 10—1cm
波导厘米波无线电
30一300GHz 波导毫米波无线电 10一lm
105—107 光纤激光空间传播
GHz
O．3～3×10-6
多模渐变折射率光纤纤芯中的折射率是连续变化 的。它随纤芯半径r的增加按一定规律减小，如前图 9．4所示。采用渐变光纤的目的是减小多模光纤的模 式色散。 在多模渐变折射率光纤中，相对折射率差定义为
渐变折射光纤的折射率分布可以表示为
精品
如图9．7所示的渐变光纤中的子午射线，以不 同入射角进入纤芯的光射线在光纤中传过同一距离 时，靠近光纤轴线的射线所走的路程短，而远离轴 线所走的路程长。由于纤芯折射率是渐变的，所以 近轴处的光速慢，远轴处的光速快。当折射率分布 指数g取最佳时，就可以使全部子午射线以同样的轴 向速度在光纤中传输。
（3）塑料包层光纤
光纤的芯子是用石英制成，包层是硅树脂。
（4）全塑光纤
光纤的芯子和包层均由塑料制成，其损耗较大，可
靠性也不高。
精品
4．按光纤的套塑层分类
（1）紧套光纤
精品
由光纤中光线在界面的全反射条件。可以推出临
界角 c为
那么光在纤芯端面的最大入射角 max应满足
由此可以定义光纤的数值孔径为
数值孔径表征了光纤的集光能力。由此看出n1,n2差别 越大，即△ 越大，光纤的集光能力越强。通信用光 纤的数值孔径是较小的。
3-30MHz 100—10m
同轴电缆短波无线电
30—300MHz 同轴电缆超短波无线电 10～lm
0.3—3 GHz 波导分米波无线电 lO—l cm
3—30GHz 10—1cm
波导厘米波无线电
30一300GHz 波导毫米波无线电 10一lm
105—107 光纤激光空间传播
GHz
O．3～3×10-6
多模渐变折射率光纤纤芯中的折射率是连续变化 的。它随纤芯半径r的增加按一定规律减小，如前图 9．4所示。采用渐变光纤的目的是减小多模光纤的模 式色散。 在多模渐变折射率光纤中，相对折射率差定义为
渐变折射光纤的折射率分布可以表示为
精品
如图9．7所示的渐变光纤中的子午射线，以不 同入射角进入纤芯的光射线在光纤中传过同一距离 时，靠近光纤轴线的射线所走的路程短，而远离轴 线所走的路程长。由于纤芯折射率是渐变的，所以 近轴处的光速慢，远轴处的光速快。当折射率分布 指数g取最佳时，就可以使全部子午射线以同样的轴 向速度在光纤中传输。
（3）塑料包层光纤
光纤的芯子是用石英制成，包层是硅树脂。
（4）全塑光纤
光纤的芯子和包层均由塑料制成，其损耗较大，可
靠性也不高。
精品
4．按光纤的套塑层分类
（1）紧套光纤
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光纤通信的特点：
(1)通信容量极大 光纤通信采用光波频率在1.67×1014～3.75×1014Hz范围，如果在带宽利用在10%的情况，系统
可用带宽为16700～37500GHz，如此高的频率范围内，可获得极大的通信容量。 (2)传输损耗小
光纤损耗低，可实现几十公里无中继传输，相同传输距离下光纤通信系统所需的中继设备少于 电通信系统，这样网络建设总成本会降低。
光纤 松套管
纤膏 缆膏
图1-5 24芯松套层绞式光缆
缆芯
②骨架式： 把紧套光缆或一次被覆光纤放入
中心加强件周围的螺旋形塑料骨架凹 槽内而构成。这种结构的缆芯抗侧压 力性能好，有利于对光纤的保护。骨 架材料用低密度聚乙烯，加强芯采用 多古稀钢丝或增强型塑料，如图1-6 所示。
加强件
外护套 骨架 绑带
光纤通信的特点：
(3)抗电磁干扰， 无串音 由于光纤中传送的是光信号不受电力线、雷电等的电磁影响，也不会发生光缆线路中的串扰问题，
系统的稳定性好。
(4) 重量轻 制作光纤主要材料是石英，石英的比重约为铜的四分之一，再加上光纤很细，连护层在内总的直径
约为1mm，因此光缆要比电缆轻得多。光纤常用于飞机、船舶、宇宙飞船上以减轻机身或船体的重量。
1.2.2什么是光缆
光缆是由多根光纤或光纤束制造成的符合光学、机械和环境特性的物体。 光纤本身的质地比较脆弱，为了使得光纤能在实际的通信线路上使用，经受住一定的机械应力 和化学环境的侵蚀我们需要将光纤成缆，就形成了光缆。
1.光缆的结构
光缆结构直接影响着通信系统的传输质量。不同结构和性能的光缆在工程施工、维护中的操作方式 也不尽相同，必须了解光缆的结构、性能，才能确保光缆的正常使用寿命。
光缆一般由缆芯、加强件、护层三大部分组成。
缆芯
缆芯由单根或多根光纤芯线组成，有紧套和松套两种结构。被覆光纤是光缆的核心，决定
着光缆的传输特性。
紧套管 涂覆层 包层 纤芯
松套管 纤膏
光纤
图1-3 紧套缆芯结构
图1-4 松套缆芯结
紧套光缆中光纤在套管内不能自由活动，如图1-3所示。 松套光缆中光纤可以在套管内自由活动，如图1-4所示。
缆芯
根据缆芯结构的特点，光缆可分为四种基本结构。
①层绞式： 由多根容纳光纤的套管绕中心的加
强构件绞合成圆整的缆芯。金属或非金 属加强件位于光缆的中心，容纳光纤的 套管围绕加强件排列。
一般松套层绞光缆在工程中较常见， 如图1-5所示，把松套光纤绕在中心加强 件周围绞合而构成。
填充绳 加强件
外护套 阻水层
（a）裸纤
（b）光纤
图1-2 裸纤和光纤的外形
ห้องสมุดไป่ตู้
1.2.1 什么是光纤
光纤中传输光信号波长大约为1μm，主要位于近红外波段。通常将小于1μm的红外波长称为短 波长，大于1μm的红外波长称为长波长。
常用的光纤通信波长是850nm（短波长窗口）、1310nm（长波长窗口）、1550nm（长波长窗 口）。
图1-7 中心束管式光缆
缆芯
④带状式： 把带状光纤单元放入大套管内，形成中心束管式结构，也可以把带状光纤单元放入骨架凹槽内或
松套管内，形成骨架式或层绞式结构。带状式缆芯有利于制造容纳几百根光纤的高密度光缆，这种光 缆已广泛应用于接入网。
带状光纤使用紫外光固化粘结剂粘结光纤，其结构分为两类：粘边型和包封型，如图1-9所示。
“十二五”职业教育国家规划教材 经全国职业教育教材审定委员会审定
光纤通信技术 （第二版）
主编吴静
1.1 项目描述
光纤（光缆）是光纤通信系统中重要的组成部分，正是由于低损耗光纤获得重大突破性，从而带动 了光纤通信系统的发展，从小容量到大容量，从短距离到长距离的迅猛发展。在实际工作中我们经常会 使用到光纤、光缆，因此掌握正确使用光纤、光缆，掌握光纤、光缆主要性的测试能是非常重要的。
粘边型
包封型
图1-8 带状光纤结构
缆芯
（2）加强件 光缆在敷设和使用中可能产生的轴向应力，需要靠加强件来保证光缆的抗拉伸、压扁和弯曲
等机械性能。加强元件有两种设置方式，一种是放在缆芯中心的中心加强方式，常用于层绞式和 骨架式，另一种是放在护层中的外层加强方式，常用于带式和束管式。加强元件一般采用圆形钢 丝、扇形钢丝、钢绞线或钢管等。在强电磁干扰环境和雷区中可使用高强度的非金属材料玻璃丝 和芳纶纤维等。 （3）护层
光纤通信系统组成如图0-1所示，由光发送机、光接收机、光中继器、光纤等组成。
信号 输入
电发 送机
光发 送机
光中 继器
光接 收机
电接 收机
信号 输出
图0-1 光纤通信系统组成
光发送机把电发送机送来的电信号转换成光信号送入光纤，光纤负责光信号的传输，光中继器完成 光信号的放大送入下一段光纤继续传输，光接收机接收光纤上传送来的光信号，完成光信号转换成电信 号。
光纤
图1-6 骨架式光缆
缆芯
③中心束管式： 把一次被覆光纤或光纤束放
入大套管中，加强件配置在套管 周围而构成。这种结构的加强件 同时起着护套的部分作用，有利 于减轻光缆的重量。
对光纤的保护来说，束管式 结构光缆最合理。美国朗讯 （LUCENT）的LXE光缆，如图 1-7所示。
光纤 纤膏
加强件 松套管 阻水层 外护套
1.2 项目知识准备
1.2.1 什么是光纤
光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导 工具。
光纤由纤芯、包层和涂覆层3部分组成。
涂覆层
包层 n2 纤芯 n1 包层 n2
涂覆层 图1-1 光纤的结构
保 同包护 时括光 又一纤 增加不次了受涂光水覆纤汽层的侵、机蚀缓械和冲强机层度械与擦可伤， 弯和曲二性次，起涂着覆延层长光纤寿命的作用。
(5)耐高温
石英材料的熔点在1500℃以上，故光缆可用在耐高温耐腐蚀的场合。
1.1 项目描述
光纤通信系统是以光为载波，利用光纤作为传输媒介的通信系统。20世纪90年代以来，光纤 通信已成为各国电信业务传输的主要手段。随着国际互联网业务和通信业的飞速发展，信息化给世 界生产力和人类社会的发展带来了极大的推动。光纤通信作为信息化的主要技术支柱之一，将成为 21世纪最重要的战略性产业。
掺光杂波剂的的主作要用传是输提通高道纤，芯 对成光分的为折高射纯率度（的nS1）iO，2，以 传掺输杂光剂信（号如。GeO2， P2O5 ） 掺成杂分剂为的掺作有用极则少是量适杂当降 低质包的层高对纯光度的的折Si射O2率（n2）
1.2.1 什么是光纤
由纤芯和包层组成的光纤称为裸纤，裸纤的直径为125μm。通常所说的光纤是指这种经过涂覆后 的光纤。如图1-2所示。