光纤技术及应用 讲课教案
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模拟信号转成数字信号的取样频率fs满足奈奎斯特准则 fs 2f
为模拟f信号带宽
概论
二、光纤通信的特点 （一）光纤通信与电通信
动态范围：模拟信号的最大幅值Amax与模拟信号的均方根噪声幅度
An之比。量化信号值M必须满足 MAm a/xAn
信噪比：
SN 2R l0 g A m (/aA n x)
m为二进制码的位数， 量化信号值为M
(7) 保密。由于光纤不向外辐射能量，很难用金属感应器对光缆进行窃 听，对军事应用具有吸引力的又一个方面。
(8) 寿命长。因为光缆具有更强的适应环境变化和抗腐蚀的能力。
概论
二、光纤通信的特点 （三）光纤通信存在的不足:
(1) 接口昂贵。 在实际使用中，需要昂贵的接口器件将光纤接 到标准的电子设备上。
第一章 光纤传输原理和传输特性（9学时）
(光纤组成、导光原理，光纤的损耗特性、色散特性、非线性效应、光缆结构)
第二章 光纤通信器件（8学时）
(有源器件包括光源、光纤放大器和光检测器等，这些器件是光发射机、光接收 机和光中继器的关键器件，决定整个系统的水平。无源器件主要有连接器、耦 合器、波分复用器、调制器、光开关、隔离器、环形器和衰减器等。)
第三章 光纤通信系统 （3学时） （系统结构 光发射机 光接收机、）
第四章 模拟光纤和数字光纤通信系统（7学时）
第五章 光纤传感技术（10学时） 总结课（2学时）
导论 ➢ 作业及考试方式
本门课程是考试课，成绩包括三个部分： 平时表现（预习、回答问题、出席情况）占总成 绩的10%； 作业（1、调研报告；2、设计一个无源器件；3、 设计一个传感型光纤传感器；占总成绩的30%；
概论
二、光纤通信的特点 （一）光纤通信与电通信
待发 消息
发射机
信道
通信系统模型图
接收机
接收 消息
通信系统追求的最终技术目标 信息：1.传输容量 2.传输距离
传输容量——取决载波调制的频带宽度，频率越高，频带越宽。
传输距离——取决损耗和（色散），损耗越小，（色散越小）， 传输距离越长。
概论
8
6
4
二、光纤通信的特点
非归零码(NRZ)：表示1的光脉冲时间等于比特时间。 光脉冲宽度随信号而变。脉冲展宽容易产生误码。
RZ
时间
NRZ
时间
01 0 1 1
概论
二、光纤通信的特点 （一）光纤通信与电通信
2、光信号 对光载波的调制有三个方式：
模拟信号调制：调幅(AM)、调频(FM)、调相(PM)
数字信号调制：移幅键控(ASK)、移频键控(FSK)、 移相键控(PSK)
期末考试占60%。不进行期中考试。
导论
授课方式及要求
1、采用课堂教学与预习、查阅资料、课堂回答问题相 结合,充分调动同学们学习的自觉性和积极性。
2、通过设计型大作业培养学生创新思维和解决实际 问题的能力。
3、本课程是专业课，除学习掌握基本原理、基础知识 和单元技术外，还要注意学以致用，系统地将所学知识、 技术用于实践。
(2) 强度差。 光缆本身与同轴电缆相比抗拉强度要低得多。 这 可以通过使用标准的光纤包层PVC得到改善。
(3) 不能传送电力。有时需要为远处的接口或再生的设备提供 电能，光缆显然不能胜任，在光缆系统中还必须额外使用金属电 缆。
最简单的一种(ASK)称开关调制(OOK)
概论
二、光纤通信的特点 （二）光纤通信的优点：
(1) 通信容量大。由于光纤的可用带宽较大，一般在10 GHz以上，使 光纤通信系统具有较大的通信容量。
(2) 传输距离长。光缆的传输损耗比电缆低，因而可传输更长的距离。
(3) 抗电磁干扰。 光纤通信系统避免了电缆间由于相互靠近而引起的 电磁干扰。
概论
二、光纤通信的特点 （二）光纤通信的优点：
(5) 适应环境。 光纤对恶劣环境有较强的抵抗能力。它比金属电缆更 能适应温度的变化，而且腐蚀性的液体或气体对其影响较小。
(6) 重量轻，安全，易敷设。光缆的安装和维护比较安全、简单，这是 因为：首先，玻璃或塑料都不导电，没有电流通过或电压的干扰；其次， 它可以在易挥发的液体和气体周围使用而不必担心会引起爆炸或起火； 第三，它比相应的金属电缆体积小,重量轻,更便于机载工作，而且它占 用的存储空间小，运输也方便。
2 0
（一）光纤通信与电通信
8
6
1、电通信——
4 2
0
以电波作为信息载体，
以电缆作为传输媒介
模拟信号 数字信号
两者可以相互转换
A/D 或 D/A
5
7
6
1
00 1
5
101
7
111
TB
模拟信号
时间
取样量化
5
6
时间
6
110
5
101
6Biblioteka Baidu
110
编码
比特时间：每个码持续的时间TB 。比特率：每秒钟的比特数B=1/TB 。
光纤技术及应用
导论
➢ 教学目的 ➢ 课程主要内容 ➢ 教材及参考书
➢ 作业及考试方式 ➢ 授课方式及要求
导论
➢ 教学目的
通过“光纤技术及应用”这门课程向大家介绍光 纤技术应用领域所涉及的基础知识和相关技术。
主要包括两大部分。 1、光纤通信技术及系统
2、光纤传感技术
导论
课程主要内容
绪论：光纤技术发展趋势、光纤通信的特点、光纤通信系统的基本组成 （1学时）
概论
一、光纤通信发展历史及展望 二、光纤通信的特点 三、光纤通信系统的基本组成
概论
一、光纤通信发展历史及展望
教材第一章，课后查阅资料完成作业：调研报告
• 初期光通信的方式 • 简述现代光纤通信的起始时间及几个发展阶段
•光纤通信的新技术有哪些？ 选择其中一种你感兴趣或你认为有发展前景的新
技术进行比较详细地论述。
M2m或 mlo2M g
数字信号的比特率
（取样频率为fs）
B m s ( f2 f)lo 2M g ( f)S ( ) N /3R
概论
二、光纤通信的特点 （一）光纤通信与电通信
2、光信号——以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介
对数字信号有两种码型：归零码(RZ)和非归零码(NRZ) 归零码(RZ): 表示1的光脉冲时间小于比特时间， 光脉冲宽度不变。
(4) 抗噪声干扰。光纤不导电的特性还避免了光缆受到闪电、 电机、 荧光灯及其他电器源的电磁干扰（EMI）， 外部的电噪声也不会影响光 波的传输能力。此外，光缆不辐射射频（RF）能量的特性也使它不会干 扰其他通信系统， 这在军事上的运用是非常理想的，而其他种类的通信 系统在核武器的影响下（电磁脉冲干扰）会遭到毁灭性的破坏。
为模拟f信号带宽
概论
二、光纤通信的特点 （一）光纤通信与电通信
动态范围：模拟信号的最大幅值Amax与模拟信号的均方根噪声幅度
An之比。量化信号值M必须满足 MAm a/xAn
信噪比：
SN 2R l0 g A m (/aA n x)
m为二进制码的位数， 量化信号值为M
(7) 保密。由于光纤不向外辐射能量，很难用金属感应器对光缆进行窃 听，对军事应用具有吸引力的又一个方面。
(8) 寿命长。因为光缆具有更强的适应环境变化和抗腐蚀的能力。
概论
二、光纤通信的特点 （三）光纤通信存在的不足:
(1) 接口昂贵。 在实际使用中，需要昂贵的接口器件将光纤接 到标准的电子设备上。
第一章 光纤传输原理和传输特性（9学时）
(光纤组成、导光原理，光纤的损耗特性、色散特性、非线性效应、光缆结构)
第二章 光纤通信器件（8学时）
(有源器件包括光源、光纤放大器和光检测器等，这些器件是光发射机、光接收 机和光中继器的关键器件，决定整个系统的水平。无源器件主要有连接器、耦 合器、波分复用器、调制器、光开关、隔离器、环形器和衰减器等。)
第三章 光纤通信系统 （3学时） （系统结构 光发射机 光接收机、）
第四章 模拟光纤和数字光纤通信系统（7学时）
第五章 光纤传感技术（10学时） 总结课（2学时）
导论 ➢ 作业及考试方式
本门课程是考试课，成绩包括三个部分： 平时表现（预习、回答问题、出席情况）占总成 绩的10%； 作业（1、调研报告；2、设计一个无源器件；3、 设计一个传感型光纤传感器；占总成绩的30%；
概论
二、光纤通信的特点 （一）光纤通信与电通信
待发 消息
发射机
信道
通信系统模型图
接收机
接收 消息
通信系统追求的最终技术目标 信息：1.传输容量 2.传输距离
传输容量——取决载波调制的频带宽度，频率越高，频带越宽。
传输距离——取决损耗和（色散），损耗越小，（色散越小）， 传输距离越长。
概论
8
6
4
二、光纤通信的特点
非归零码(NRZ)：表示1的光脉冲时间等于比特时间。 光脉冲宽度随信号而变。脉冲展宽容易产生误码。
RZ
时间
NRZ
时间
01 0 1 1
概论
二、光纤通信的特点 （一）光纤通信与电通信
2、光信号 对光载波的调制有三个方式：
模拟信号调制：调幅(AM)、调频(FM)、调相(PM)
数字信号调制：移幅键控(ASK)、移频键控(FSK)、 移相键控(PSK)
期末考试占60%。不进行期中考试。
导论
授课方式及要求
1、采用课堂教学与预习、查阅资料、课堂回答问题相 结合,充分调动同学们学习的自觉性和积极性。
2、通过设计型大作业培养学生创新思维和解决实际 问题的能力。
3、本课程是专业课，除学习掌握基本原理、基础知识 和单元技术外，还要注意学以致用，系统地将所学知识、 技术用于实践。
(2) 强度差。 光缆本身与同轴电缆相比抗拉强度要低得多。 这 可以通过使用标准的光纤包层PVC得到改善。
(3) 不能传送电力。有时需要为远处的接口或再生的设备提供 电能，光缆显然不能胜任，在光缆系统中还必须额外使用金属电 缆。
最简单的一种(ASK)称开关调制(OOK)
概论
二、光纤通信的特点 （二）光纤通信的优点：
(1) 通信容量大。由于光纤的可用带宽较大，一般在10 GHz以上，使 光纤通信系统具有较大的通信容量。
(2) 传输距离长。光缆的传输损耗比电缆低，因而可传输更长的距离。
(3) 抗电磁干扰。 光纤通信系统避免了电缆间由于相互靠近而引起的 电磁干扰。
概论
二、光纤通信的特点 （二）光纤通信的优点：
(5) 适应环境。 光纤对恶劣环境有较强的抵抗能力。它比金属电缆更 能适应温度的变化，而且腐蚀性的液体或气体对其影响较小。
(6) 重量轻，安全，易敷设。光缆的安装和维护比较安全、简单，这是 因为：首先，玻璃或塑料都不导电，没有电流通过或电压的干扰；其次， 它可以在易挥发的液体和气体周围使用而不必担心会引起爆炸或起火； 第三，它比相应的金属电缆体积小,重量轻,更便于机载工作，而且它占 用的存储空间小，运输也方便。
2 0
（一）光纤通信与电通信
8
6
1、电通信——
4 2
0
以电波作为信息载体，
以电缆作为传输媒介
模拟信号 数字信号
两者可以相互转换
A/D 或 D/A
5
7
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00 1
5
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TB
模拟信号
时间
取样量化
5
6
时间
6
110
5
101
6Biblioteka Baidu
110
编码
比特时间：每个码持续的时间TB 。比特率：每秒钟的比特数B=1/TB 。
光纤技术及应用
导论
➢ 教学目的 ➢ 课程主要内容 ➢ 教材及参考书
➢ 作业及考试方式 ➢ 授课方式及要求
导论
➢ 教学目的
通过“光纤技术及应用”这门课程向大家介绍光 纤技术应用领域所涉及的基础知识和相关技术。
主要包括两大部分。 1、光纤通信技术及系统
2、光纤传感技术
导论
课程主要内容
绪论：光纤技术发展趋势、光纤通信的特点、光纤通信系统的基本组成 （1学时）
概论
一、光纤通信发展历史及展望 二、光纤通信的特点 三、光纤通信系统的基本组成
概论
一、光纤通信发展历史及展望
教材第一章，课后查阅资料完成作业：调研报告
• 初期光通信的方式 • 简述现代光纤通信的起始时间及几个发展阶段
•光纤通信的新技术有哪些？ 选择其中一种你感兴趣或你认为有发展前景的新
技术进行比较详细地论述。
M2m或 mlo2M g
数字信号的比特率
（取样频率为fs）
B m s ( f2 f)lo 2M g ( f)S ( ) N /3R
概论
二、光纤通信的特点 （一）光纤通信与电通信
2、光信号——以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介
对数字信号有两种码型：归零码(RZ)和非归零码(NRZ) 归零码(RZ): 表示1的光脉冲时间小于比特时间， 光脉冲宽度不变。
(4) 抗噪声干扰。光纤不导电的特性还避免了光缆受到闪电、 电机、 荧光灯及其他电器源的电磁干扰（EMI）， 外部的电噪声也不会影响光 波的传输能力。此外，光缆不辐射射频（RF）能量的特性也使它不会干 扰其他通信系统， 这在军事上的运用是非常理想的，而其他种类的通信 系统在核武器的影响下（电磁脉冲干扰）会遭到毁灭性的破坏。