光纤通信原理与技术2版(吴德明主编)思维导图
通信基础9页知识点思维导图(纯洁版)
【T-MPLS/MPLS-TP】技术，我国用 PTN以【IP】为内核，最重要的特性【分组】+【传送】 PTN 分组传送网 Packet Transport Network P19---分组交换系统中路由器也以ip为内核
“量子交换” 分层达到可扩展 PTN 关键技术 QoS 同步以太网（基于物理层） 频率时间 同步技术 TOP（基于分组包） 分类 只传频率，不传时间 只传频率，不传时间 高质量时间同步，大大降低【3G】基站时间同 步问题，减少对【卫星】的依赖，【减少天馈 线】 SDH、OTN
通信基础
课本章节标题 努力要记住的内容 仪器名 一段话里的【关键字】 图例 喵喵喵喵喵喵喵喵喵喵喵喵
备注：多为口诀和理解
高频考点 说明 次高频考点 P111-----写不下了，去翻书本吧
交换的信息：
“控制用户网络”
用户信息 控制信息 网络管理信息 终端节点 构成：--通信网核心设备 交换节点 构成：---
反过来：近端串音增大
光缆、电缆 特点应用 P70
束管式 骨架式 接入网用蝶形引入光纤
【近端串音、衰减、结构回波损耗】等指标油提高
PTN 分组传送网 Packet Transport Network
跳转 【波长1mm-1m】【频率300M-300GHz】 视距传播 50km 端站 SDH微波中继通信组成 枢纽站 分路站 中继站 天线增益 微波天线参数 （一般是个锅盖）
优越的【偏振模色散系数】
G653
日本人使用
3-安倍晋三-日本
1550nm色散为零==》不利于WDM传输
有微量色散是好事儿，四波混频会减小
G654 单模光纤
海底光缆
4-海四
1310nm色散为零 1550nm衰减最小，为工作波长 适合长距离
《光纤通信技术》 (2)幻灯片
• 光纤通信系统中复用技 术的原理、方法和实际 应用
学 熟等习悉基要光本求纤知的识参数、分类
熟悉几何光学分析光信 号在光纤中传输的相关 结论
熟悉波动理论分析光信 号在光纤中传输的相关 结论
掌握光纤的损耗及色散 的分析、计算、测量、 补偿以及其他相关应用。
5.1.1 光纤的发5明.1和光发纤展基本知识
光纤是光导纤维（optical fiber）的简写，是 一种利用光介质分界面上可能发生全反射的原理 传输光能的工具。
1870 庭达尔
光导纤维
1966 高锟
低损耗光纤的可能性
1970 美国康宁公司
20db/km的光纤
1971此后光纤通信系统进入快速发展
5.1.1 光纤的发5明.1和光发纤展基本知识
光纤的优点
➢ 频带宽，传输容量大。 ➢ 损耗低，传输距离远，损耗受温度影响小，同时
在部分频段内损耗和频率无关，无须引入均衡器。 ➢ 重量轻，体积小，不易受到电磁干扰，且安全性、
保真性都远好于电缆。 ➢ 成本低，生产光纤的原料石英来源广泛，储量远
远大于铜和铝等金属材料，价格上要便宜得多。
5.1.1 光纤的发5明.1和光发纤展基本知识
《光纤通信技术》 (2)幻灯 片
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学 • 掌习握目光标纤通信的原理
• 掌握光纤的相关参数， 光纤中损耗和色散的相 关知识
最后光纤应用时还 要做成光缆 。
5.1.5 光纤通信5系.1统光纤基本知识
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％。
光纤通信原理[1]
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光纤通信原理[1]
护层
是有护套和外护层构成的多层组合 体，进一步保护光纤，能适应各种场地 敷设（架空、管道、直埋、室内、过河、 跨海）。
护层必须防潮防水。水进入光缆后， 会产生OH-吸收损耗，总损耗大大增加, 甚至使通信中断。
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光纤通信原理[1]
光缆的典型结构
1、层绞式：加强元件位于中心，其中 光纤数量较少（12芯以下）。
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光纤通信原理[1]
3-3 成缆对光纤特性的影响
3-3-1 光缆特性 1、 拉力特性
光缆能承受的最大拉力取决于加强构 件的材料和横截面积，一般要求大于1公 里光缆的重量，多数光缆在100~400公斤 范围。
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光纤通信原理[1]
2、压力特性
光缆能承受的最大侧压力取决于护套的材料
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光纤通信原理[1]
3-2 光纤的色散特性
3-2-1 色散的概念
在物理光学中，色散是指由于某种 物理原因使具有不同波长的光经过透明 介质后被散开的现象。
在光纤传输理论中，借用了这一古 老的术语表达了新的内容。在光纤中， 光信号是由许多不同的成分（模式、频 率）组成的，其传播速度不同，经过一 段距离后，出现了时延差，从而引起信 号畸变，这种现象称为色散。
5、体积小，重量轻
目前常用的光纤纤芯直径只有几微米， 加上包层直径是125微米，500米只有50 克。一公里四管同轴电缆重4400公斤， 而一公里四芯光缆只200公斤，是电缆的 二十分之一也不到。
6、节约有色金属和原材料
光纤的主要成分是二氧化硅，占地球 重量的24%，而生产电缆需要大量的铜 和铅，在地球上快成为“稀有金属”了。
光纤通信技术(第2版)__课后答案国脉信息学院
7. 什么是单模光纤？其单模传输条件是什么？ 答：单模光纤是在给定的工作波长上，只传输单一 基模的光纤 在阶跃单模光纤中，只传输LP01（或称HE11）模。 因为 LP01模的归一化截至频率为 Vc(LP11)=2.40483 而模式的传输条件是V>Vc可传，V≤Vc截至，因 此，要保证光纤中只传输LP01一个模式则必须要求： VC(LP01)<V<VC(LP11) 即： 0<V<2.40483
17.RFA具有哪些特点？ 答：P85 “1.RFA的特点”的内容
10.什么是模式色散？材料色散？波导色散？ 答：模式色散：光纤中的不同模式，在同一波长下 传输，各自的相位常数βmn不同所引起的色散 材料色散：由于光纤材料本身的折射指数n和波 长λ呈非线性关系，从而使光的传播速度随波长而 变化所引起的色散 波导色散：光纤中同一模式在不同的频率下传输 时，其相位常数不同所引起的色散
V 2 n1k0 a
又
k0
2
代入数据可得归一化频率为：
V 32.3216
0
M max
V 4
2
代入数据可得：
M max 261
17.阶跃型光纤，若n1=1.5，λ0=1.31μm， （1）若 0.01 ，当保证单模传输时，纤芯半径a 应取多大？ （2）若去纤芯半径a=5μm，保证单模传输时， 应怎样选择？ 解：（1） 要保证单模传输，则要求： 0<V<2.40483
可用公式：
n1 n 2 n1
代入n1，n2得： 0.0333
（2）
NA n1 n2 n1 2
2 2
代入（1）中的
光纤通信原理及基础知识ppt课件
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0
光纤的通信原理及基础知识
第一章 光纤通信的基本原理 第二章 光纤的基本结构和分类 第三章 光纤的基本参数 第四章 光纤的制造方法
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1
第一章 光纤、光缆的基本知识
§1.1 光纤通信的基本原理
信号 处理
发送端
光波导
信号 处理
接收端
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2
光纤通信的基本原理
1.0
1,600 km
100 km
6km
0.5
6,400 km
400 km
25km
0.2
40,000 km 2,500 km 156km
• 当比特率大于10Gb/s, 偏振模色散必须考虑.
• 降低光纤偏振模色散值:
– 改进光纤的几何形状
• 导致裸纤的旋转
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31
光纤的基本参数
偏振模色散 光纤的光学及传输特性参数之一------
8
1 非色散位移光纤 2 色散位移光纤 3 色散平坦光纤 4 非零色散位移光纤
1
4
2
4
3
0 1200
1400 1500 1600 1700 1800 nm
-4
色散D(ps/(nm•km))
-8
波长(nm)
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28
光纤的基本参数
偏振模色散 光纤的光学及传输特性参数之一------
定义：
基模包含两个正交的矢量，这两个偏振矢量在传播过 程中会产生时延，从而引入偏振模色散
928km
1550nm (G.655)
4528km
1310nm (G.652)
光纤通信技术(第二版)课件夏林中3
3
成本因素
光源的选择也要考虑成本因素。 LED 光源价格较低，激光器光源价格较高。 需要根据预算选择合适的方案。
4. 光电探测器
1
光电探测器的定义
光电探测器是一种将光信号转换为电信号的器件，它在光纤通信系统中扮演着至关重要的角色。
2
光电探测器的功能
光电探测器将接收到的光信号转化为电信号，以便进一步处理和放大，最终实现信号的还原和传输。
7.1 通信网络中的应用
核心网络
光纤通信网络的核心部分，实现高速数据传输。
接入网络
连接用户终端，提供高速宽带接入服务。
移动通信
支持移动通信网络，提供高速数据传输。
光纤到户
光纤连接到用户家中，提供高速互联网接入服务。
7.2 其他领域的应用
1
工业控制
光纤传感器用于工业自动化。
2
医疗领域
光纤内窥镜用于诊断和治疗。
LED 在光纤通信中的应用
LED 光源可用于短距离光纤通信系统，如局域网、光纤传感器等。
3.2 激光器光源
1
激光器简介
激光器是一种能够产生相干光束的装置。
2
激光器特点
激光器具有高方向性、高单色性、高亮度等特点。
3
激光器在光纤通信中的应用
激光器可用于长距离、高速光纤通信系统。
4
激光器类型
常见的激光器类型包括半导体激光器、气体激光器、固体激光器等。
4
纤芯直径
纤芯直径是光纤的重要参数，决定了光纤的传输模式和传输容量。
5
数值孔径
数值孔径是指光纤纤芯的聚光能力，反映了光纤的传输效率。
6
损耗
光纤损耗是指光信号在光纤中传播过程中衰减的程度，影响光纤的传输距离。
光纤通信课件第二演示文档
1.2.1 光通信与电通信
电缆通信和微波通信的载 波是电波，光纤通信的 载波是光波。虽然光波 和电波都是电磁波，但 是频率差别很大。
光纤通信用的近红外光(波 长约1μm)的频率(约 300 THz)比微波(波长 为0.1m－1 mm)的频率 (3－300 GHz)高3个数
频率
100 THz 10 THz 1 THz 100 G Hz 10 GHz 1 GHz 100 M Hz 10 MHz 1 MHz
光纤通信用激光器的发展进程
1970 年，美国、日本和前苏联先研制成功室温下连续振 荡的镓铝砷(GaAlAs)双异质结半导体激光器。
虽然寿命只有几个小时，但其意义是重大的，它为半导 体激光器的发展奠定了基础。
1973 年，半导体激光器寿命达到7000小时。
1977 年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到10 万小时(约11.4年)，外推寿命达到100万小时，完全满 足实用化的要求。
1.1.3 国内外光纤通信发展的现状
光纤通信技术发展历程：
光纤从多模发展到单模，工作波长从0.85 μm发展到1.31 μm和1.55 μm，传输速率从几十Mb/s发展到几十Gb/s。
另一方面，随着技术的进步和大规模产业的形成，光纤价格 不断下降，应用范围不断扩大：
从初期的市话局间中继到长途干线进一步延伸到用户接入网， 从数字电话到有线电视(CATV)， 从单一类型信息的传输 到多种业务的传输。目前光纤已成为信息宽带传输的主要 媒质，光纤通信系统成为国家信息基础设施的支柱
波长
名称
1 m 10 m 100 m 1 mm 1 0 mm 1 00 mm 1m 10 m 100 m
紫外线 可见光线 (光 纤 通 信 用 ）
第六章光纤通信
n
2
n
1
设纤芯和包层的折射率分别为n1和 n2，光 在光纤中传输的必要条件是n1＞n2。
相对折射指数差（Δ）
Δ n12 n2 2 2n12
Δ n1 n2 n1
渐变型光纤（GIF）
– 纤芯折射率呈非均匀分布，在轴心处最大，而在光 纤横截面内沿半径方向逐渐减小，在纤芯与包层的 界面上降至包层折射率n2。
W型光纤（双包层光纤）
– 在纤芯与包层之间设有一折射率低于包层的缓冲层， 使包层折射率介于纤芯和缓冲层之间。
6.2.2 光纤的导光原理
分析光纤的导光原理，一般可采用两种方 法：一种是波动理论法，另一是射线法。
6.2.1 光纤的结构与分类 6.2.2 光纤的导光原理 6.2.3 单模传输条件 6.2.4 光纤的传输特性 6.2.5 光缆
6.2.1 光纤的结构与分类
1．光纤的结构
– 光纤是由中心的纤芯和外面的包层构成的，一般为 双层或多层的同心圆柱体，为轴对称结构。
– 纤芯位于光纤中心，作用是传输光波。包层位于纤 芯外层，作用是将光波限制在纤芯中，同时还起到 一定的机械保护作用。
– 波动理论法是根据电磁场理论，分析其传输 特性。
– 光可用一条表示光的传播方向的几何线来表 示，这条几何线就称为光射线。用光射线来 研究光波传输特性的方法，称为射线法。
1．光的反射和折射
当光射线射到两种介质交界面时，将发生 反射和折射。
入 射
θ1
θ3
反射
n1
n2
n1＞n2
θ2
折
射
光纤通信原理光纤传输原理图
光纤通信原理光纤传输原理图光纤通信原理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。
掺铒光纤是在石英光纤中掺入了少量的稀土元素铒(Er)离子的光纤，它是掺铒光纤放大器的核心。
从20世纪80年代后期开始，掺铒光纤放大器的研究工作不断取得重大的突破。
WDM技术、极大地增加了光纤通信的容量。
成为当前光纤通信中应用最广的光放大器件。
光纤放大器是光纤通信系统对光信号直接进行放大的光放大器件。
在使用光纤的通信系统中，不需将光信号转换为电信号，直接对光信号进行放大的一种技术。
掺铒光纤放大器(EDFA即在信号通过的纤芯中掺入了铒离子Er3 + 的光信号放大器)是1985年英国南安普顿大学首先研制成功的光放大器，它是光纤通信中最伟大的发明之一。
掺铒光纤放大器的工作原理：铒光纤放大器主要是由一段掺铒光纤（长约10-30m）和泵浦光源组成。
其工作原理是：掺铒光纤在泵浦光源（波长980nm或1480nm）的作用下产生受激辐射，而且所辐射的光随着输入光信号的变化而变化，这就相当于对输入光信号进行了放大。
研究表明，掺铒光纤放大器通常可得到15-40db的增益，中继距离可以在原来的基础上提高100km以上。
那么，人们不禁要问：科学家们为什么会想到在光纤放大器中利用掺杂铒元素来提高光波的强度呢？我们知道，铒是稀土元素的一种，而稀土元素又有其特殊的结构特点。
长期以来，人们就一直利用在我学器件中掺杂稀土元素的方法，来改善光学器件的性能，所以这并不是一个偶然的因素。
另外，为什么泵浦光源的波长选在980nm或1480nm呢？其实，泵浦光源的波长可以是520nm、650nm、980nm、和1480nm，但证明波长980nm的泵浦光源激光效率最高，次之是波长1480nm的泵浦光源。
掺铒光纤放大器的基本结构：EDFA的基本结构，它主要由有源媒质(几十米左右长的掺饵石英光纤，芯径3-5微米，掺杂浓度(25-1000)x10-6)、泵浦光源(990或1480nm LD)、光耦合器及光隔离器等组成。