光纤通信的特点和概念

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光纤通信知识点归纳

第1章概述1、光纤通信的基本概念：利用光导纤维传输光波信号的通信方式。

光纤通信工作波长在于近红外区：0.8～1.8μm的波长区，对应频率: 167～375THz。

对于SiO2光纤，在上述波长区内的三个低损耗窗口，是目前光纤通信的实用工作波长，即0.85μm、1.31μm及1.55μm。

2、光纤通信系统的基本组成：（P2图1-3）目前采用比较多的系统形式是强度调制/直接检波（IM/DD）的光纤数字通信系统。

该系统主要由光发射机、光纤、光接收机以及长途干线上必须设置的光中继器组成。

1）在点对点的光纤通信系统中，信号的传输过程：由电发射机输出的脉码调制信号送入光接收机，光接收机将电信号转换成光信号耦合进光纤，光接收机将光纤送过来的光信号转换成电信号，然后经过对电信号的处理以后，使其恢复为原来的脉码调制信号送入电接收机，最后由信息宿恢复用户信息。

2）光发射机中的重要器件是能够完成电-光转换的半导体光源，目前主要采用半导体发光二极管(LED)和半导体激光二极管（LD)。

3）光接收机中的重要部件是能够完成光-电转换的光电检测器，目前主要采用光电二极管（PIN）和雪崩光电二极管（APD）。

特性参数：灵敏度4）一般地，大容量、长距离光纤传输: 单模光纤+半导体激光器LD小容量、短距离光纤传输: 多模光纤+半导体发光二极管LED5）光纤线路系统：功能：把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机。

组成：光纤、光纤接头和光纤连接器要求：较小的损耗和色散参数3、光纤通信的特点：优点：（1），传输频带宽，通信容量大。

（2）传输损耗小，中继距离长：石英光纤损耗低达0.19 dB/km，用光纤比用同轴电缆或波导管的中继距离长得多。

（3）保密性能好：光波仅在光纤芯区传输，基本无泄露。

（4）抗电磁干扰能力强：光纤由电绝缘的石英材料制成，不受电磁场干扰。

（5）体积小、重量轻。

（6）原材料来源丰富、价格低廉。

缺点：1）不能远距离传输；2）传输过程易发生色散。

《光纤通信技术》复习题答案

《光纤通信技术》复习题一．基本概念1．什么样的电磁波叫做“光”？目前的光纤通信用的是什么光？波长是多少？答：光是一种电磁波，光频为10E14HZ量级，波长为μm 量级。

可见光大约指0.4μm ~0.76μm 波长范围的电磁波。

光通信采用的波长0.85μm、1.31μm和1.55μm。

即在电磁波近红外区段。

2．光纤通信的特点？答：一、传输频带宽，通信容量大二、传输损耗低，中继距离长三、不怕电磁干扰四、保密性好，无串音干扰五、光纤尺寸小,重量轻,利于敷设和运输六、节约有色金属和原材料七、抗腐蚀性能好3．光纤的NA和LNA各是什么意义？什么是光线模式的分立性？答：入射最大角称为孔径角，其正弦值称为光纤的数值孔径。

数值孔径表示光纤采光能力的大小。

在光纤端面上芯区各点处允许光线射入并形成导模的能力是不一样的，折射率越大的位置接收入射光的能力越强。

为了定量描述光纤端面各点位接受入射光的能力，取各点位激发最高次导模的光线入射角度为局部孔径角θ’C (r) ，并定义角的正弦值为该点位的局部数值孔径LNA。

光是有一定波长的，将光线分解为沿轴向和径向的两个分量，传输光波长λ也被分为λZ和λr。

沿径向传输的光波分量是在相对的芯/包层界面间（有限空间）往返传输，根据波形可以稳定存在的条件——空间长度等于半波长的整数倍，而空间长度已由光纤结构所确定，所以径向波长分量λr不能随意了，从而导致它们夹角不能随意也即不能连续变化，即光线模式的分立性。

4．什么是光纤的色散？光纤的色散分为哪几种？在单模光纤中有哪些色散？答：脉冲信号在光纤中传输时被展宽的现象叫光纤的色散。

分为模间色散和模内色散。

模内色散又分为材料色散和波导色散。

多模光纤：模式色散和材料色散；单模光纤：材料色散和波导色散。

5．归一化频率V和截止频率VC各如何定义？有何区别和联系？答：归一化频率见书28页，截止频率见27页。

实际光纤中能够传输的导模模式必须满足V>Vc。

(完整版)光纤通信基本知识

一、光纤通信的基本知识（一）光纤通信的概念1870年的一天，英国物理学家丁达尔到皇家学会的演讲厅讲光的全反射原理，他做了一个简单的实验：在装满水的木桶上钻个孔，然后用灯从桶上边把水照亮。

结果使观众们大吃一惊。

人们看到，放光的水从水桶的小孔里流了出来，水流弯曲，光线也跟着弯曲，光居然被弯弯曲曲的水俘获了。

这些现象引起了丁达尔的注意，经过他的研究，发现这是由于全反射的作用，由于水等介质密度由于比周围的物质（如空气）大，即光从水中射向空气，当入射角大于某一角度时，折射光线消失，全部光线都反射回水中。

表面上看，光好像在水流中弯曲前进。

后来人们造出一种透明度很高、粗细像蜘蛛丝一样的玻璃丝──玻璃纤维，当光线以合适的角度射入玻璃纤维时，光就沿着弯弯曲曲的玻璃纤维前进。

由于这种纤维能够用来传输光线，所以称它为光导纤维。

（视频）光纤通信的原理是：在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。

（视频）（二）光纤通信的发展光纤通信是现代通信网的主要传输手段，它的发展历史只有一二十年，已经历三代：短波长多模光纤、长波长多模光纤和长波长单模光纤。

采用光纤通信是通信史上的重大变革，美、日、英、法等20多个国家已宣布不再建设电缆通信线路，而致力于发展光纤通信。

中国光纤通信已进入实用阶段。

（三）光纤通信的优缺点1、光纤通信的优点现代通信网的三大支柱是光纤通信、卫星通信和无线电通信，而其中光纤通信是主体，这是因为光纤通信本身具有许多突出的优点：①频带宽，通信容量大。

光纤可利用的带宽约为50000GHz，1987年投入使用的1.7Gb/s光纤通信系统，一对光纤能同时传输24192路电话，2.4Gb/s系统，能同时传输30000多路电话。

频带宽，对于传输各种宽频带信息具有十分重要的意义，否则，无法满足未来宽带综合业务数字网(B-ISDN)发展的需要。

光纤通信基础知识

பைடு நூலகம்
同步 TDM A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2
周期1 周期周期2 周期
可用带宽
异步TDM 异步 A1 B1
周期1 周期
B2
周期2 周期
C2
ATM是一项数据传输技术。ATM是以信元为基础的一种分组交换和复用技术，它是一种是一项数据传输技术。是以信元为基础的一种分组交换和复用技术，是一项数据传输技术是以信元为基础的一种分组交换和复用技术为了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式。为了多种业务设计的通用的面向连接的传输模式。 ATM的传送单元是固定长度的传送单元是固定长度53byte的CELL（信元）的传送单元是固定长度的（信元） ATM适配层（AAL）是把一特定的数据源转换成ATM通讯量的特定类型的服务，也就是说适配层（）是把一特定的数据源转换成通讯量的特定类型的服务，适配层通讯量的特定类型的服务处理建立用户所要求的服务质量的机制。有四个被定义的类：它处理建立用户所要求的服务质量的机制。有四个被定义的类： A 级 - 固定比特率固定比特率(CBR)业务业务:ATM适配层适配层1(AAL1),支持面向连接的业务其比特率固支持面向连接的业务,其比特率固业务适配层支持面向连接的业务常见业务为64Kbit/s话音业务固定码率非压缩的视频通信及专用数据网的租用电话音业务,固定码率非压缩的视频通信及专用数据网的租用电定,常见业务为常见业务为话音业务路。 B 级 - 可变比特率可变比特率(VBR)业务业务:ATM适配层适配层2(AAL2)。支持面向连接的业务适配层。业务, 其比特率是可变的。常见业务为压缩的分组语音通信业务比特率是可变的。和压缩的视频传输。该业务具有传递介面延迟物性, 和压缩的视频传输。该业务具有传递介面延迟物性其原因是接收器需要重新组装原来的非压缩语音和视频信息。接收器需要重新组装原来的非压缩语音和视频信息。 C 级 - 面向连接的数据服务面向连接的数据服务:AAL3/4。该业务为面向连接的业务适。该业务为面向连接的业务,适用于文件传递和数据网业务,其连接是在数据被传送以前建立用于文件传递和数据网业务其连接是在数据被传送以前建立的。它是可变比特率的,但是没是介面传递延迟。它是可变比特率的但是没是介面传递延迟。但是没是介面传递延迟 D 级 - 无连接数据业务常见业务为数据报业务和数据网业务。在无连接数据业务:常见业务为数据报业务和数据网业务常见业务为数据报业务和数据网业务。传递数据前, 其连接不会建立。均支持此业务。传递数据前其连接不会建立。AAL3/4或AAL5均支持此业务。或均支持此业务

光纤通信名词解释

光纤通信名词解释
光纤通信，也称为光纤通讯，是一种利用光与光纤传递资讯的方式，属于有线通信的一种。

光经过调变（modulation）后便能携带资讯，然后通过光纤传送至目的地。

光纤通信因其传输频带宽、容量大、损耗低、不受电磁干扰等优点而成为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中起着举足轻重的作用。

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。

光纤通信系统的基本概念、组成及特点。

光纤通信系统是以光为载波，利用纯度极高的玻璃拉制成极细的光导纤维作为传输媒介，通过光电变换，用光来传输信息的通信系统。

光纤通信系统由三部分组成：光发射机、光接收机和光纤链路。

光发射机由模拟或数字电接口、电压—电流驱动电路和光源组件组成。

模拟或数字电接的作用是实现口阻抗匹配和信号电平匹配（限制输入信号的振幅）作用。

光源—光纤耦合器的作用是把光源发出的光耦合到光纤或光缆中。

光接收机由光检测器组件、放大电路和模拟或数字电接口组成。

光检测器组件包括一段光纤（尾纤或光纤跳线）、光纤—光检波器耦合器、光检测器和电流—电压转换器。

光检测器将光信号转化为电流信号。

然后再通过电流—电压转换器,变成电压信号输出。

模拟或数字电接口对输出电路其阻抗匹配和信号电平匹配作用。

光纤链路由光纤光缆、光纤连接器、光缆终端盒、光缆线路盒和中继器等组成。

光纤光缆由石英或塑料光纤、金属包层和外套管组成。

光纤通信系统的特点有：1.频带宽、传输容量大，损耗小、中继距离长，重量轻、体积小，抗电磁干扰性能好，泄漏小、保密性好，节约金属材料，有利于资源合理使用。

2.传输损耗小：在光纤通信系统中，由于采用了石英等材质作为光纤材料，其传输损耗比普通金属线要小得多。

3.传输容量大：由于光纤通信系统采用光信号传输，因此其传输容量比普通金属线要大得多。

4.抗电磁干扰性能好：由于光纤通信系统采用光信号传输，因此其抗电磁干扰性能比普通金属线要好得多。

5.保密性好：由于光纤通信系统采用光信号传输，因此其保密性比普通金属线要好得多。

6.节约金属材料：由于光纤通信系统采用石英等材质作为光纤材料，因此可以节约大量的金属材料。

7.易于安装和维护：由于光纤通信系统采用光信号传输，因此其安装和维护相对容易。

8.适用于远距离传输：由于光纤通信系统采用石英等材质作为光纤材料，因此可以适用于远距离传输。

9.适用于大规模网络：由于光纤通信系统采用光信号传输，因此可以适用于大规模网络。

光纤通信系统

激光具有波谱宽度窄，方向性极好，亮度极高的良好特性。激光是一种高度相干光，它的特性和无线电波相似，是一种理想的光载波。
激光器的发明和应用，使沉睡了80年的光通信进入一个崭新的阶段。
大气光通信激光器一问世，人们就模拟无线电通信进
行了大气激光通信的研究。
实验证明：用承载信息的光波，通过大气的传播，实现点对点的通信是可行的，但是通信能力和质量受气候影响十分严重。
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。
由于当时没有理想的光源和传输介质，这种光电话的传输距离很短，并没有实际应用价值，因而进展很慢。
然而，光电话仍是一项伟大的发明，它证明了用光波作为载波传送信息的可行性。
因此，可以说贝尔光电话是现代光通信的雏型。
红宝石激光器
• 1960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红宝石激光器，给光通信带来了新的希望。
1000 km内中继器个数
20
小同轴
960
4
250
中同轴
1800
6
1600
光缆
1920
30
33
光缆
14000(1Gb/s)
84
11
光缆
6000(445MB/S)
134
7
2. 损耗很小，中继距离很长且误码率很小。
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0.18dB/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。

光纤通信系统原理

4 信号调制
信号调制是指信号的数字、模拟和复合形式通过调制器装置发送到光纤上。
光纤通信系统的基本组成部分
光纤
光纤是光信号传输的核心媒介，具有高速传输、低损耗、大带宽等特点。
Hale Waihona Puke 设备连接器设备包括光纤传输设备、路由器、交换机和中继器等。
连接器是用于光纤之间的连接和衔接的一种重要设备。
光纤通信的工作原理
未来
• 城市照明 • 医疗应用 • 海底通信
1
发光源
电流输入LED或激光器，产生有源信号光波。
2
传输信号
光波沿光纤传输，根据传输距离和信号强度会发生衰减、散射等。
3
光电转换
光信号到达接收器，转换为电信号供显示、储存等使用。
光纤通信系统的优势和应用领域
高速传输
光纤可以传输海量数据，速度比铜线快得多。
应用领域广
光纤通信已应用于通信、医疗、军事等众多领域。
安全性高
光纤传输是通过光信号进行传输的，不会受到电磁干扰。
保密性强
光纤传输不会发射电磁辐射，信息更不容易被窃听和干扰。
光纤通信系统的挑战和限制
• 光纤通信传输受制于距离和强度的影响。 • 光纤传输硬件和设备成本更高。 • 光纤传输系统故障更难以检测和维修。
光纤通信系统的未来发展趋势
城市照明
医疗应用
光纤技术正在用于提高城市照明，包括路灯、停车场、广场等的智能化和互联网化。
光纤技术正在被应用于医疗成像和手术领域。
海底光缆
光纤技术正在被用于海底通讯线路，解决了长距离、高带宽的需求。
总结
优势
• 高速传输 • 安全性高 • 保密性强 • 应用领域广

光纤通信的概念

光纤通信的概念随着信息技术的快速发展，人们对于通信的需求也越来越高。

而光纤通信作为一种高速、稳定、可靠的通信方式，已经成为了现代通信领域的重要组成部分。

本文将从光纤通信的概念、原理、应用、发展等方面进行阐述。

一、光纤通信的概念光纤通信是一种利用光纤作为传输介质，将信息以光信号的形式传输的通信方式。

光纤通信的本质是将信息信号转换成光信号，然后通过光纤进行传输，最后再将光信号转换成信息信号。

光纤通信的优点在于传输速度快、传输距离远、传输质量高、抗干扰能力强等。

二、光纤通信的原理光纤通信的核心在于光纤的传输原理。

光纤通信采用的是全内反射原理，即当光线从一种密度较高的介质射向密度较低的介质时，光线会被全部反射回来。

在光纤中，光线被反射的次数越多，传输距离就越远，传输质量也就越好。

因此，光纤通信的传输质量与光纤的品质和制作工艺有着密切的关系。

三、光纤通信的应用光纤通信的应用非常广泛，涉及到电信、网络、广播电视、医疗、工业、军事等多个领域。

其中，电信领域是光纤通信的主要应用领域，包括电话、宽带、移动通信等。

网络领域也是光纤通信的重要应用领域，包括数据中心、云计算、物联网等。

广播电视领域则是光纤通信的新兴应用领域，通过光纤的高速传输和高清画质，可以实现更加高效、精准的广播电视服务。

四、光纤通信的发展随着信息技术的不断发展，光纤通信也在不断的发展和完善。

首先，光纤通信的传输速度和传输距离不断提高，传输速度已经达到了数十个Gbps，传输距离也已经超过了数百公里。

其次，光纤通信的应用领域不断扩展，应用范围不断拓宽。

最后，光纤通信的技术不断革新，新型光纤材料和制作工艺不断涌现，使得光纤通信的质量和性能不断提高。

总之，光纤通信作为一种高速、稳定、可靠的通信方式，已经成为了现代通信领域的重要组成部分。

随着信息技术的不断发展，光纤通信的应用前景将会更加广阔，也将会为人们的生活和工作带来更多的便利和效益。

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

光纤通信基本概念和分类

光纤通信基本概念和分类在现代信息社会中，通信发挥着重要的作用，而光纤通信作为一种高效的传输方式，正逐渐成为主流。

本文将从光纤通信的基本概念和分类两个方面进行探讨。

一、光纤通信的基本概念光纤通信是一种利用光信号进行信息传输的技术。

它基于光的全反射原理，通过光纤将信息信号转换为光信号，并在光纤中进行传输。

与传统的电信号传输方式相比，光纤通信具有带宽大、传输距离远、抗干扰性强等优势。

在光纤通信中，主要涉及三个关键组件：光源、光纤和接收器。

光源负责产生光信号，光纤则负责将光信号传输至目标地点，接收器则将光信号转换为电信号进行解码。

这三个组件协同工作，实现了信息的快速传输。

光纤通信的工作原理是基于光信号的调制与解调过程。

调制是将信息信号转换为光信号的过程，而解调则是将光信号转换为电信号并恢复原始信息的过程。

这一过程中，采用的调制解调技术主要有振幅调制、频率调制和相位调制等。

二、光纤通信的分类根据传输介质的不同，光纤通信可以分为单模光纤通信和多模光纤通信两种。

1. 单模光纤通信单模光纤通信使用的是单模光纤进行信息传输。

所谓单模光纤，是指光的传播只有一种模式，即仅能在光纤中传播一束光。

单模光纤的直径较小，常用0.8μm和0.2μm两种规格。

单模光纤通信具有传输距离远、带宽大、衰减小等优点，因此在远距离通信中得到广泛应用。

例如，长距离电话线路、地理信息传输等领域都采用了单模光纤通信技术。

2. 多模光纤通信多模光纤通信则使用的是多模光纤。

多模光纤是指光的传播存在多种模式，即可以在光纤中传播多束光。

多模光纤的直径较大，常见规格为50μm和62.5μm。

相比于单模光纤通信，多模光纤通信的传输距离较短，衰减较大，但其制造成本较低，适用于距离较短、带宽要求不高的通信场景。

例如，局域网、广域网等都常采用多模光纤通信技术。

三、结语光纤通信作为现代通信领域的重要技术之一，改变了人们信息传输的方式，提升了通信网络的效率和可靠性。

光纤通信的概念及优点分析

光纤通信的概念及优点分析光纤通信是利用光纤作为传输介质，通过光的全内反射和衍射原理，将信息以光的形式传输的通信方式。

光纤通信具有以下几个优点：1. 高传输速度：光纤通信的传输速度非常快，理论上可以达到光速的百分之九十九左右。

相对于传统的铜缆通信，光纤通信的传输速度要快几十倍，能够满足大容量数据和高速传输的需求。

2. 宽带传输：光纤通信具有宽带传输的特点，可以同时传输多个频段的信号，满足不同业务的需求。

与传统的铜缆通信相比，光纤通信能够更好地适应数字化、宽带化的通信需求。

3. 低损耗：光纤通信中，光信号在光纤中传输时的能量损耗非常小，损耗率为每公里0.2dB以下。

这使得光纤通信可以实现长距离的传输，有效解决了传统信号在长距离传输时的衰减问题。

4. 抗干扰能力强：光纤通信的光信号在传输过程中不受电磁干扰的影响，可以保持较高的信号质量。

相比之下，传统的铜缆通信容易受到电磁干扰的影响，导致信号质量下降。

5. 安全性高：由于光纤通信是利用光信号进行传输，而光信号是不易被窃听和干扰的，因此光纤通信具有较高的安全性。

相比之下，传统的电信号容易被窃听和干扰，安全性较低。

6. 省空间：光纤的直径非常小，可以实现大容量数据传输的同时占用很小的空间。

这对于狭小的通信线路空间是非常有益的，可以节约资源。

光纤通信具有上述优点，因此在现代通信领域得到广泛的应用。

随着互联网的快速发展和大数据时代的到来，人们对通信速度和传输容量的要求越来越高，而光纤通信正是满足这些要求的有效方式之一。

尽管光纤通信设备的价格相对较高，但随着技术的不断发展和应用规模的扩大，其成本也在逐渐降低。

可以预见，在未来的通信领域，光纤通信将继续得到广泛应用，为人们的生活带来更快捷和高质量的通信体验。

光传输通信基本原理

第一部分光传输通信基本原理第一章、光纤通信原理第一节、光纤通信的概念一、光纤通信的概念光纤通信概念：利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的; 典型的光纤通信系统方框图如下：数字光纤通信系统方框图从图中可以看出,数字光纤通信系统基本上由光发送机、光纤与光接收机组成;发送端的电端机把信息如话音进行模/数转换,用转换后的数字信号去调制发送机中的光源器件LD,则LD就会发出携带信息的光波;即当数字信号为“1”时,光源器件发送一个“传号”光脉冲；当数字信号为“0”时,光源器件发送一个“空号”不发光;光波经低衰耗光纤传输后到达接收端;在接收端,光接收机把数字信号从光波中检测出来送给电端机,而电端机再进行数/模转换,恢复成原来的信息;就这样完成了一次通信的全过程;其中光发送机的调制方式有两种：直接调制也称内调制一般速率小于等于S时；间接调制也称外调制一般速率大于S时;二、光纤通信的特点1、通信容量大2、中继距离长3、保密性能好2、适应能力强5、体积小、重量轻、便于施工和维护6、原材料来源丰富,潜在的价格低廉第二节、光纤的导光原理一、全反射原理我们知道,当光线在均匀介质中传播时是以直线方向进行的,但在到达两种不同介质的分界面时,会发生反射与折射现象,如图所示;图光的反射与折射根据光的反射定律,反射角等于入射角;根据光的折射定律：n Sin n Sin 1222θθ=其中n 1为纤芯的折射率,n 2为包层的折射率;显然,若n 1>n 2,则会有θ2>θ1;如果n 1与n 2的比值增大到一定程度,则会使折射角θ2≥90°,此时的折射光线不再进入包层,而会在纤芯与包层的分界面上掠过θ2=90°时,或者重返回到纤芯中进行传播θ2>90°时;这种现象叫做光的全反射现象,如图所示;图：光的全反射现象人们把对应于折射角θ2等于90°的入射角叫做临界角;很容易可以得到临界角θKSinnn=-121;不难理解,当光在光纤中发生全反射现象时,由于光线基本上全部在纤芯区进行传播,没有光跑到包层中去,所以可以大大降低光纤的衰耗;早期的阶跃光纤就是按这种思路进行设计的;第三节、光纤与光缆基本概念一、光纤的结构光纤呈圆柱形,由纤芯直径约9-50um、包层直径约125um与涂敷层直径约1.5cm三大部分组成,如下图：纤芯主要采用高纯度的SiO2二氧化硅,并掺有少量的掺杂剂,提高纤芯的光折射率n1；包层也是高纯度的二氧化硅,也掺杂一些掺杂剂,主要是降低包层的光折射率n2；涂敷层采用丙烯酸酯、硅橡胶、尼龙,增加机械强度和可弯曲性;二、光纤的分类方式光纤有以下的分类方式：1、按折射率分布分类A、阶跃光纤SI定义：在纤芯与包层区域内,折射率的分布分别是均匀的,其值分别是n1与n2,但在纤芯与包层的分界处,其折射率的变化是阶跃的;其折射率分布的表达式为：n1 r小于等于a1时nr=n2 r式中：n1为光纤纤芯区的折射率n2为包层区的折射率a1为纤芯半径a2为包层半经B、渐变光纤GI定义：光纤蛛心处的折射率最大,但随横截面的增加而逐渐变小,其变化规律一般符合抛物线规律,到了纤芯与包层的分界处,正好降到与包层区域的折射率相等的数值；在包层区域中其折射率的分布是均匀的;2、按传输的模式分类多模光纤定义：传输光波的模式不止一种;多模光纤纤芯的几何尺寸远大于光波波长,一般在50um左右,光信号是以多个模式方式进行传播的,光信号的波长以主纵模为准;不同的传播模式会具有不同的传播速度和相位,因此经过长距离的传播之后会产生时延,导致光脉冲变宽,叫做光纤的模式色散或模间色散;由于模式色散影响较严重,降低了多模光纤的传输容量和距离,多模光纤仅用于较小容量、短距离的光纤传输通信;单模光纤定义：传输光波的模式只有一种;目前主用当光纤的几何尺寸可以于光波长相比拟时,即纤芯的几何尺寸与光信号波长相差不大时,一般为5~10um,光纤只允许一种模式在其中传播,其余的高次模全部截止,这样的光纤叫做单模光纤;单模光纤只允许一种模式在其中传播,从而避免了模式色散的问题,故单模光纤具有极宽的带宽,特别适用于大容量的光纤通信;对于单模光纤,由于光纤的几何尺寸小,使V的值小于,这样N的值就为1,只有一种模式3、按工作波长分类短波长光纤定义：习惯上把波长在600-900nm范围内呈现低衰耗光纤称做短波长光纤;长波长光纤定义：习惯上把波长在1000-2000nm范围内的光纤称做短波长光纤;2、套塑类型分类A、紧套光纤定义：指二次、三次涂敷层与予涂敷层及光纤的纤芯、包层等紧密的结合在一起的光纤;目前居多;B、松套光纤定义：指经过予涂敷层的光纤松散的放在一塑料管中,不再进行二次、三次涂敷;三、光纤的种类以及应用状况①、光纤1310nm性能最佳光纤色散未移位光纤;它有二个波长工作区：1310nm与1550nm;在1310nm波长：色散最小未移位,小于；但损耗较大,为~km;在1550nm波长：色散较大,为20ps/；但损耗很小,为~km;在我国占99﹪以上;虽称1310nm性能最佳光纤,但绝大部分却用于1550nm,其原因是在1310nm无实用化光放大器;它可会传输2.5G或以2.5G为基群的WDM系统；但传输TDM的10G ,面临色散受限的难题色度色散与PMD;②、光纤1550nm性能最佳光纤色散移位光纤;它主要用于1550nm波长工作区;在1550nm波长,色散较小色散移位,为；损耗也很小,为~km;但它不能用于WDM方式,因会出现四波混频效应FWM;③、光纤1550nm损耗最小光纤;它主要用于1550nm波长工作区,其损耗为~km；主要用于海缆通信;④、光纤它是为克服光纤的FWM效应而设计的新型光纤;其性能与光纤类似,但既能用于WDM,又能传输TDM方式的10G;理想情况：A、低色散：2~10ps/；B、色散斜率小于,便于色散补偿；C、大的有效面积,可避免出现非线性效应;目前,光纤尚无国际统一规范;---大的有效面积,会有效地避免非线性效应,但将导致色散斜的增加;---小的色散斜率将会便于色散的补偿；但其有效面积却减小;四、光缆结构层绞式、骨架式、束管式、带状式第四节、光纤的特性与参数一、光纤的三大特性光纤的特性参数可以分为三大类即几何特性参数、光学特性参数与传输特性参数;二、光纤的衰耗①衰耗系数a衰耗系数是光纤最重要的特性参数之一;因为在很大程度上决定了光纤通信的中继距离;衰耗系数的定义为：每公里光纤对光功率信号的衰减值;其表达式为：apPiO10lg dB/km其中Pi为输入光功率值瓦特PO为输出光功率值瓦特如某光纤的衰耗系数为a=3dB/km,则这就意味着,经过一公里的光纤传输之后,其光功率信号减少了一半;长度为L公里的光纤的衰耗值为A = aL ;②光纤的衰耗机理使光纤产生衰耗的原因很多,但可归纳如下：本征吸收吸收衰耗：杂质吸收线性散射衰耗：散射衰耗：非线性散射结构不完整散射其它衰耗微弯曲衰耗本征吸收：定义：构成光纤材料本身所固有的吸收作用;纯二氧化硅对光的吸收作用所引起的光纤衰耗是比较小,在600-900NM波长范围稍大,但小于1dB/km,而在1000-1800波长范围,几乎为零;杂质吸收:光纤中的杂质对光的吸收作用,是造成光纤衰耗的主要原因;光纤中的杂质大致可以分为二大类,即过渡金属离子与氢氧根离子;过渡金属离子包括铜、铁、铬、钴、锰、镍离子等,这些离子在光的作用下会发生震动而吸收光能量；每种离子都有自己的吸收峰波长,上述过渡金属离子的吸收峰波长都落在600~1800nm波长范围;氢氧根离子对光的吸收峰波长落在1000~1800nm波长范围；因此在此波长范围氢氧根离子的含量多少对光纤的衰耗具有重大影响;散射衰耗:定义：所谓散射衰耗是指光在光纤中发生散射时所引起的衰耗;光的散射现象可分为线性散射与非线性散射;A.线性散射衰耗-----瑞利散射所谓线性散射,是指光波的某种模式的功率线性地与其功率成正比转换成另一种模式的功率,但光的波长不变;线性散射会把光功率辐射到光纤外部而引起衰耗;瑞利散射是典型的线性散射,它与波长的2次方成反比,即光波长越长,瑞利散射衰耗越小;光纤材料不均匀,会造成其折射率会布不均匀,易产生瑞利散射;B.非线性散射衰耗所谓非线性散射,是指某光波长模式的部分功率非线性地转换到其它的波长中;布里渊散射与拉曼散射是典型的非线性散射;如果光纤中的光功率过大,就会出现非线性散射现象;因此防止发生非线性散射的根本方法,就是不要使光纤中的光功率信号过大,如不超过+25dBm;其它衰耗其它衰耗包括微弯曲衰耗与连接衰耗等；它们占的比例很小;总之,在影响光纤衰耗的诸多因素中,最主要的是杂质吸收所引起的衰耗;光纤材料中的杂质如氢氧根离子与过渡金属离子对光的吸收能力极强,它们是产生光纤衰耗的主要因素;因此要想获得低衰耗光纤,必须对制造光纤用的原材料二氧化硅等进行非常严格的化学提纯,使其杂质的含量降到几个PPb以下;三、光纤的色散：当一个光脉冲从光纤输入,经过一段长度的光纤传输之后,其输出端的光脉冲会变宽,甚至有了明显的失真;这说明光纤对光脉冲有展宽作用,即光纤存在着色散色散是沿用了光学中的名词;光纤的色散是引起光纤带宽变窄的主要原因,而光纤带宽变窄则会限制光纤的传输容量;对于多模光纤引起色散的原因主要有三种：模式间色散、材料色散与波导色散;对于单模光纤,因只有一种传输模式HE11,LP01,所以没有模式间色散,而只有材料色散与波导色散;模式间色散因为光在多模光纤中传输时会存在着许多种传播模式,而每种传播模式具有不同的传播速度与相位,因此虽然在输入端同时输入光脉冲信号,但到达到接收端的时间却不同,于是产生了脉冲展宽现象;材料色散Δτλ所谓材料色散是指组成光纤的材料即二氧化硅本身所产生的色散;波导色散Δτw所谓波导色散是指由光纤的波导结构所引起的色散;对多模光纤而言,其波导色散的影响甚小;四、光纤的带宽带宽系数的定义为：一公里长的光纤,其输出光功率信号下降到其最大值直流光输入时的输出光功率值的一半时,此时光功率信号的调制频率就叫做光纤的带宽系数;如下图所示：需要注意的是,由于光信号是以光功率来度量的,所以其带宽又称为3dB光带宽;即光功率信号衰减3dB时意味着输出光功率信号减少一半;而一般的电缆之带宽称为6dB电带宽,因为输出电信号是以电压或电流来度量的;引起光纤带宽变窄的主要原因是光纤的色散;注意,单模光纤没有带宽系数的概念,仅有色散系数的概念;五、光纤的数值孔径NA数值孔径是多模光纤的重要参数,它表征光纤端面接收光的能力,其取值的大小要兼顾光纤接收光的能力和对模式色散的影响;CCITT建议多模光纤的数值孔径取值范围为～,其对应的光纤端面接收角θc=10°～13°;六、模场直径d模场直径表征单模光纤集中光能量的程度;由于单模光纤中只有基模在进行传输,因此粗略地讲,模场直径就是在单模光纤的接收端面上基模光斑的直径实际上基模光斑并没有明显的边界;七、截止波长λc要实现单模传输还必须使光波波长大于某个数值,即λ≥λc,这个数值就叫做单模光纤的截止波长;因此,截止波长λc的含义是,能使光纤实现单模传输的最小工作光波波长;也就是说,尽管其它条件皆满足,但如果光波波长不大于单模光纤的截止波长,仍不可能实现单模传输;第五节、光源对光器件的要求一、光纤通信对光源器件的要求1、发射光波长适中光源器件发射光波的波长,必须落在光纤呈现低衰耗的μm、μm和μm附近;2、发射光功率足够大光源器件一定要能在室温下连续工作,而且其入纤光功率足够大,最少也应有数百微瓦,当然达到一毫瓦以上odBm更好;在这里我们强调的是入纤光功率而不指单纯的发光功率;因为只有进入光纤后的光功率才有实际意义,由于光纤的几何尺寸极小单模光纤的芯径不足10微米,所以要求光源器件要具有与光纤较高的耦合效率;3、温度特性好光源器件的输出特性如发光波长与发射光功率大小等,一般来讲随温度变化而变化,尤其是在较高温度下其性能容易劣化;在光纤通信的初期与中期,经常需要对半导体激光器加致冷器和自动温控电路,而目前一些性能优良的激光器可以不需要任何温度保护措施;2、发光谱宽窄光源器件发射出来的光的谱线宽度应该越窄越好;因为若其谱线过宽,会增大光纤的色散,减少了光纤的传输容量与传输距离色散受限制时;例如对于长距离、大容量的光纤通信系统,其光源的谱线宽度应该小于2nm;5、工作寿命长光纤通信要求其光源器件长期连续工作,因此光源器件的工作寿命越长越好;光源器件寿命的终结并不是我们所想象的完全损坏,而是其发光功率降低到初始值的一半或者其阈值电流增大到其初始值的二倍以上;目前工作寿命近百万小时约100年的半导体激光器已经商用化;6、体积小重量轻光源器件要安装在光发送机或光中继器内,为使这些设备小型化,光源器件必须体积小、重量轻;目前,光纤通信中经常使用的光源器件可以分为二大类,即发光二极管LED和激光二极管LD;当然LD又可以包括异质结激光二极管、分布反馈型激光二极管和多量子阱式激光二极管等就结构而言;第六节、光发送机与光接收机的性能指标一、光发送机1、光功率单位顺便介绍一下3个单位之间换算关系;xdB=ydBm-zdBm=10lgymW/zmW dB是以dBm为单位的两个光信号功率的差值;xdBm=10lgymW/1mW dBm是以mW为单位光信号功率的一种换算单位2、发送光功率Ps在规定伪随机码序列的调制下,光发送机在参考点S的平均发光功率;如-3~+2dBm;二、光接收机1、接收灵敏度定义为R点处为达到1×10-10的BER值所需要的平均接收功率的最小值;一般开始使用时、正常温度条件下的接收机与寿命终了时、处于最恶劣温度条件下的接收机相比,灵敏度余度大约为2—2dB;一般情况下,对设备灵敏度的实测值要比指标最小要求值最坏值大3dB左右灵敏度余度;2、过载光功率定义为在R点处为达到1×10-10的BER值所需要的平均接收光功率的最大值;因为,当接收光功率高于接收灵敏度时,由于信噪比的改善使BER变小,但随着光接收功率的继续增加,接收机进入非线性工作区,反而会使BER下降,如图6-3所示;BER曲线图图中A点处的光功率是接收灵敏度,B点处的光功率是接收过载功率,A—B之间的范围是接收机可正常工作的动态范围;第七节、光接口特性一、光接口类型与代码①第一类光接口不含光放大器以及线路速率低于10G/s的接口;光接口代码：W:I-代表局内通信；S-代表短距离通信；L-代长距离通信；V-代表甚长距离通信；U-代表超长距离通信;Y:代表STM等级,Y=1、2、16、62;Z：代表使用光纤类型与工作窗口；光纤,工作波长为1310nm；光纤,工作波长为1550nm；光纤,工作波长为1550nm；光纤,工作波长为1550nm;例：：工作在光纤的1550nm波长区,传输速率为2.5G的长距离光接口;：工作在光纤的1310nm波长区,传输速率为2.5G的短距离光接口;应用代码：I 表示局内通信,S 表示短距离、L 表示长距离、V 表示甚长距离、U 表示超长距离局间通信;字母后第一位数字表示STM 等级,第二位数字表示光纤类型和工作波长;应用代码：I 表示局内通信,S 表示短距离、L 表示长距离、V 表示甚长距离、U 表示超长距离局间通信;字母后第一位数字表示STM 等级,第二位数字表示光纤类型和工作波长;。

光纤通信技术教案

第1章光纤通信概述1.1光纤通信的基本概念 1.光纤通信光纤通信是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。

2.光波特性（1）光速：① 在真空中：v f ，oc f （8c 310m /s ）② 在介质中：v c /n （n 是折射率）（2）光是电磁波：TM、TE、TEM （3）光具有二重性① 波动性（宏观）：光具有反射、折射、衍射和干涉等。

② 粒子性（微观）：光具有能量、动量和质量等。

3.电磁波谱1.1光纤通信的特点 1.优点（1）传输频带宽，通信容量大（2）传输损耗小（3）抗电磁干扰（4）光纤线径细、重量轻（5）制作光纤的资源丰富 2.缺点（1）光纤弯曲半径不宜过小（2）光纤的切断和连接操作技术要求高（3）分路、耦合操作繁琐1.3 光纤通信系统的基本组成目前光纤通信系统多采用强度调制/直接检波（IM/DD）。

1.光发射机光发射机的主要作用是将电信号转换成光信号耦合进光纤。

光发射机中的重要器件是能够完成电-光转换的半导体光源，目前主要采用半导体激光器（LD）或半导体发光二极管（LED）。

2.光接收机光接收机中的重要部件是能够完成光/电转换任务的光电检测器，目前主要采用光电二极管（PIN）和雪崩光电二极管（APD）。

3.光中继器光纤通信中光中继器的形式主要有两种，一种是光-电-光转换形式的中继器，另一种是在光信号上直接放大的光放大器。

1.4 光纤通信的发展趋势1.向超高速光纤系统发展2.向超大容量WDM系统发展3.向光传送网方向发展4.向G.655光纤发展5.向宽带光纤接入网方向发展（FTTH）第2章光导纤维2.1 光纤的结构和分类2.1.1 光纤的结构1.纤芯层（1）位置：光纤的中心部位，折射率为n1。

（2）尺寸：单模光纤的直径d1=2a=4μm～10μm，多模光纤的直径d1=50μm。

（3）材料：高纯度SiO2，掺有极少量的掺杂剂。

2.包层（1）位置：位于纤芯的周围，折射率为n2。

光纤通信的基本概念

摘要光纤通信系统是以光为载波，利用纯度极高的玻璃拉制成极细的光导纤维作为传输媒介，通过光电变换，用光来传输信息的通信系统。

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，必将成为21世纪最重要的战略性产业。

关键词：通信系统光导纤维AbstractOptical fiber communication system is based on the carrier, the use of high purity glass drawn into very fine optical fiber as a transmission medium by photoelectric conversion, light to transmit information in communication systems. With the Internet business and communications industry, the rapid development of information technology to the world's productive forces and the development of human society has brought great promotion. Optical fiber communication technology as the main pillars of information, one will become the 21st century's most important strategic industry.Keywords: optical fiber communication system目录一、光纤通信的基本概念1、光纤通信技光纤通信基本光纤通信系统2、数字光纤通信系统二、光纤通信技术的特点及应用1、光纤通信技术2、光纤通信技术的特点3、光纤通信技术在有线电视网络中的应用三、光纤通信的发展史四、光纤通信发展趋势1、向超高速系统的发展2、向超大容量WDM系统的演进3、实现光联网——战略大方向浅谈光纤通信系统的发展趋势一、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。