第1章光纤通信系统
西北工业大学_光纤通信作业答案
答案第一章：光纤通信1、什么是光纤通信？光纤通信及系统的组成光纤通信使用光导纤维作为传输光波信号的通信方式。
光纤通信系统通常由电发射机、光发射机、光接收机、电接收机和由光纤构成的光缆等组成。
2、什么事光通信光通信就是以光波为载波的通信。
3、光纤通信的优点？①传输频带宽，通信容量大。
②传输衰减小，传输距离长。
③抗电磁干扰，传输质量好。
④体积小、重量轻、便于施工。
⑤原材料丰富，节约有色金属，有利于环保4、光纤通信的工作波长？光源：近红外区波长：0.8—1.8μm频率：167—375THz5、WDM是指什么？DWDM指什么？WDM：波分复用DWDM：密集波分复用6、光纤从材料上可以分为哪几种？从材料上分为石英光纤、多组份玻璃光纤、氟化物光纤、塑料光纤等7、光纤活动连接器从连接方式来看分为哪几种？常见的插针端面有哪几种？PC、APC、SPC（球面、斜面、超级抛光端面呈球面的物理接触）8、按缆芯结构分，光缆分为哪几种？层绞式、单位式、骨架式、带状式9、光线的制造分哪几个步骤？I 材料准备与提纯II 制棒III 拉丝、涂覆IV 塑套其中制棒分为：（1）MCVD改进的化学气相沉淀法（2）PCVD等离子化学气相沉淀法10、按材料光纤分几种？同611、无源器件的种类连接器、分路器与耦合器、衰减器、隔离器、滤波器、波分复用器、光开关和调制器等第二章：光纤通信的物理学基础1、通过哪些现象可以证明光具有波动性？光的波动性可以从光的干涉、光的衍射和光的偏振等现象证明2、什么叫光电效应？光电效应具有哪些试验规律？由于光的照射使电子从金属中溢出的现象称为光电效应⑴ 每种金属都有一个确定的截止频率γ0，当入射光的频率低于γ0 时，不论入射光多强，照射时间多长，都不能从金属中释放出电子。
⑵ 对于频率高于γ0的入射光，从金属中释放出的电子的最大动能与入射光的强度无关，只与光的频率有关。
频率越高释放出的电子的动能就越大。
⑶ 对于频率高于γ0的入射光，即使入射光非常微弱，照射后也能立即释放出电子。
光纤通信行业光纤传输与数据通信方案
光纤通信行业光纤传输与数据通信方案第一章光纤通信概述 (2)1.1 光纤通信的发展历程 (2)1.2 光纤通信的基本原理 (2)1.3 光纤通信的优势与挑战 (3)第二章光纤传输系统 (3)2.1 光纤的类型与特性 (3)2.2 光纤传输系统的构成 (4)2.3 光纤传输系统的功能指标 (4)第三章光源与探测器 (4)3.1 光源的工作原理及分类 (4)3.2 探测器的工作原理及分类 (5)3.3 光源与探测器的功能参数 (5)第四章光放大器技术 (6)4.1 光放大器的原理与分类 (6)4.2 光放大器的设计与优化 (6)4.3 光放大器的功能评估 (7)第五章波分复用技术 (7)5.1 波分复用技术的原理 (7)5.2 波分复用系统的设计 (7)5.3 波分复用技术的应用 (8)第六章光纤通信网络 (8)6.1 光纤通信网络的拓扑结构 (8)6.1.1 星型拓扑 (8)6.1.2 环型拓扑 (9)6.1.3 总线型拓扑 (9)6.1.4 树型拓扑 (9)6.1.5 网状拓扑 (9)6.2 光纤通信网络的规划与优化 (9)6.2.1 网络规划 (9)6.2.2 网络优化 (9)6.3 光纤通信网络的故障处理 (10)6.3.1 故障分类 (10)6.3.2 故障处理流程 (10)6.3.3 故障处理方法 (10)第七章数据通信协议 (10)7.1 数据通信协议概述 (10)7.2 常见数据通信协议介绍 (11)7.2.1 以太网协议（Ethernet） (11)7.2.2 传输控制协议/互联网协议（TCP/IP） (11)7.2.3 用户数据报协议（UDP） (11)7.2.4 虚拟专用网络（VPN）协议 (11)7.3 数据通信协议的选择与优化 (11)第八章数据加密与安全 (12)8.1 数据加密的基本原理 (12)8.2 常见数据加密算法 (12)8.2.1 对称加密算法 (12)8.2.2 非对称加密算法 (12)8.2.3 混合加密算法 (13)8.3 光纤通信数据安全策略 (13)第九章光纤通信设备的维护与管理 (13)9.1 光纤通信设备的日常维护 (13)9.2 光纤通信设备的故障处理 (14)9.3 光纤通信设备的管理策略 (14)第十章光纤通信行业的发展趋势与展望 (15)10.1 光纤通信行业的发展现状 (15)10.2 光纤通信行业的发展趋势 (15)10.3 光纤通信行业的未来展望 (15)第一章光纤通信概述1.1 光纤通信的发展历程光纤通信作为现代通信技术的重要组成部分，其发展历程可追溯至20世纪60年代。
光纤通信课后习题参考答案-邓大鹏
光纤通信课后习题参考答案-邓大鹏第一章习题参考答案1、第一根光纤是什么时候显现的？其损耗是多少？答：第一根光纤大约是1950年显现的。
传输损耗高达1000dB/km左右。
2、试述光纤通信系统的组成及各部分的关系。
答：光纤通信系统要紧由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。
系统中光发送机将电信号转换为光信号，并将生成的光信号注入光纤光缆，调制过的光信号通过光纤长途传输后送入光接收机，光接收机将光纤送来的光信号还原成原始的电信号，完成信号的传送。
中继器确实是用于长途传输时延长光信号的传输距离。
3、光纤通信有哪些优缺点？答：光纤通信具有容量大，损耗低、中继距离长，抗电磁干扰能力强，保密性能好，体积小、重量轻，节约有色金属和原材料等优点；但它也有抗拉强度低，连接困难，怕水等缺点。
第二章光纤和光缆1．光纤是由哪几部分组成的？各部分有何作用？答：光纤是由折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和不处的涂覆层组成的。
纤芯和包层是为满足导光的要求；涂覆层的作用是爱护光纤不受水汽的腐蚀和机械擦伤，同时增加光纤的柔韧性。
2．光纤是如何分类的？阶跃型光纤和渐变型光纤的折射率分布是如何表示的？答：（1）按照截面上折射率分布的不同能够将光纤分为阶跃型光纤和渐变型光纤；按光纤中传输的模式数量，能够将光纤分为多模光纤和单模光纤；按光纤的工作波长能够将光纤分为短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤；按照ITU-T 关于光纤类型的建议，能够将光纤分为G .651光纤（渐变型多模光纤）、G .652光纤（常规单模光纤）、G .653光纤（色散位移光纤）、G .654光纤（截止波长光纤）和G .655（非零色散位移光纤）光纤；按套塑（二次涂覆层）能够将光纤分为松套光纤和紧套光纤。
（2）阶跃型光纤的折射率分布 () 21⎩⎨⎧≥<=a r n a r n r n渐变型光纤的折射率分布 () 2121⎪⎩⎪⎨⎧≥<⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∆-=a r n a r a r n r n c m α 3．阶跃型光纤和渐变型光纤的数值孔径NA 是如何定义的？两者有何区不？它是用来衡量光纤什么的物理量？答：阶跃型光纤的数值孔径 2sin 10∆==n NA φ渐变型光纤的数值孔径 ()() 20-0sin 220∆===n n n NA c φ 两者区不：阶跃型光纤的数值孔径是与纤芯和包层的折射率有关；而渐变型光纤的数值孔径只与纤芯内最大的折射率和包层的折射率有关。
光纤通信原理-(全套)课件
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)，因此光纤具有很大的通信 容量。
2. 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0.18dB/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。
光纤通信原理
1
第一章 概 述
1.1 光纤通信的发展与现状 1.2 光纤通信的主要特性 1.3 光纤通信系统的组成和分类
1.1 光纤通信的发展与现状
1.1.1 早期的光通信
到了1880年，贝尔发明了第一个光电 话，这一大胆的尝试，可以说是现代光通 信的开端。
在这里，将弧光灯的恒定光束投射在 话筒的音膜上，随声音的振动而得到强弱 变化的反射光束，这个过程就是调制。
式中：R、T都是复数，包括大小及相
位。其模值分别表示反射波、传递波与入
射波幅度的大小之比；2Ф1、2Ф2是R和T的
相角，分别表示在介质分界面上反射波、 传递波比入射波超前的相位。
3. 平面波的全反射
全反射是一种重要的物理现象，当光 波从光密介质射入光疏介质，且入射角大 于临界角时才能产生全反射，即全反射必
1. 子午射线在阶跃型光纤中的传播
阶跃型光纤是由半径为a、折射率为常 数n 1的纤芯和折射率为常数n2的包层组 成，并且n1>n2，如图2.6所示。
图2.6 光线在阶跃型光纤中的传播
2. 子午射线在渐变型光纤中的传播
渐变型光纤与阶跃型光纤的区别在于 其纤芯的折射率不是常数，而是随半径的 增加而递减直到等于包层的折射率。
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。
光纤通信系统 第一章 概述
制造中造成强度下降的原因
（1）预制棒在制造中可能存在杂质和气泡，会 转移到光纤中。由于杂质的膨胀系数与周围玻 璃不同，可能导致裂纹，造成强度的下降；气 泡对强度的影响将更大。 （2）拉丝过程中，拉丝炉的温度稳定性、周围环 境中的粉尘及拉丝卷绕等有可能使光纤表面出 现划痕、裂纹等机械损伤，影响光纤的强度。 环境中的水分等有害物质将对光纤造成腐蚀， 使光纤表面的裂纹扩展，降低光纤强度。
光纤简介
光纤通信的发展概况
光纤通信的主要特点
光纤通信系统的基本组成（重点）
光纤通信要解决的基本问题
一、光纤简介
光纤结构
光纤材料
玻璃光纤
塑料光纤
专用光纤（氟化物光纤，光敏光纤等）
光纤的制造
目前通信用光纤主要是以石英玻璃 （SiO2）为主的石英光纤。 制造光纤流程：
涂覆和套塑流程
光纤预制棒生产企业有五家：长飞、法尔 胜光子、烽火通信、杭州富通和特恩弛，5 家企业的生产能力是2000万公里／年。 光纤拉丝生产企业有19家：长飞、上海光 纤、南京华新藤仓、深圳特发、成都中住、 杭州富通、法尔胜光子、西古、烽火通信、 天大天财、特恩弛、亨通阿尔法、中天科 技、华伦光纤、富春江、上海华源、山东 太平洋、海南韩国三星、海南睿丰，这19 家企业的生产能力是3500万公里／年。
衰减、色散对脉冲的影响示意
3. 非线性效应
光波间或光波与其中传输的材料之间 的相互作用，从而对光信号产生影响。能 引起噪声和串扰。
光缆
1. 要求： 避免受到破坏力 防止光纤传输特性的劣化 易于操作 2. 构造: 缆芯，加强元件，护层
缆芯 缆芯由光纤的芯数决定，有单芯、多 芯。 多芯光缆要对光纤进行着色以便于识 别。 为防止气体和水分子浸入， 光纤中应 具有各种防潮层并填充油膏。
光纤通信系统
第一章概论光纤通信系统是以光纤为传输媒介，光波为载体的通信系统，主要由光发电机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。
光线通信系统可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。
不管是数字系统，还是模拟系统，输入到光发射机的带有信息的电信号，都可以调制转换为光信号。
光载波经过光纤线路传输到接收端。
再由光接收机把光信号转换为电信号。
光纤的主要作用：利用光的全反射原理传递光学信号，其优点是信号损耗小，抗干扰能力强。
与电缆或微波等电通信方式相比，光通信优点：（1）通信容量大（2）中继距离长（3）保密性能好（4）适应能力强（5）体积小、重量轻，便于施工维护（6）原材料资源丰富，节约有色金属和能源，潜在价格低廉。
光纤通信中常用的三个低功耗窗口的中心波长为：0.85微米 1.31微米 1.55微米其中后两个的应用更为广泛。
基本光纤传输系统作为独立的“光信道”单元，若配置适当的接口设备，则可以插入现有的数字通信系统或模拟通信系统，有线通信系统或无线通信系统的发射与接收之间。
光发射机、光纤线路和光接收机，若配置适当的光器件，可以组成传输能力更强、功能更完善的光纤通信系统。
光发射机的功能是把输入的电信号转换为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。
光发射机由光源、驱动器和调制器组成。
其中，光源是光发射机的核心。
光发射机的性能基本上取决于光源的特性，对光源的要求是输出光功率足够大，调制频率足够高，谱线宽度和光束发散角尽可能小，输出功率和波长稳定，器件寿命长。
光纤线路的功能是把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变（失真）和衰减传输到光接收机。
光纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。
光纤是光纤线路的主体，接头和连接器是不可缺少的器件。
实际工程中使用的是容纳多根光纤的光缆。
光接收机的功能是把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号，并经放大和处理后恢复成发射前的电信号。
光接收机由光检测器、放大器和相关电路组成，光检测器是光接收机的核心，对光检测器的要求是响应度高、噪声低和响应速度快。
通信专业实务——传输与接入(有线)串讲
●第一章光纤通信概述1.光纤通信是利用光导纤维（光纤）传输光波信号的通信方式2.光纤通信的优点：1传输频带宽，通信容量大2传输损耗小，中继距离长3抗电磁干扰的能力强3.光纤的折射率分布的形状有：阶跃、高斯、三角形等4.光纤按照折射分布分为阶跃型光纤和渐变型光纤5.光纤按照传输模式数目分为多模光纤和单模光纤6.光纤的传输特性：色散和损耗。
色散直接影响到传输系统的最大中继传输距离7.光波在光线中传输一段距离后能量会衰减，导致光功率下降，这就是光纤损耗8.光纤损耗计算公式一： ‴㜲 ݀ ܤ Ȁ 公式二： ݀ Ȁ log Ȁ Ȁ9.光纤材料固有损耗产生的原因大致分为：吸收损耗和散射损耗10.光纤三个低损耗窗口：第1低损耗窗口位于0.85μm附近第2低损耗窗口位于1.31μm附近（S波段）第3低损耗窗口位于1.55μm附近（C波段）11.光纤色散分为模式色散和频率色散，多模光纤中模式色散占主要地位，频率色散分为材料色散和波导色散12.常用的单模光纤：G.652,G.653,G,655,色散平坦型单模光纤，色散补偿光纤。
13.G.652零色散波长在1310nm附近，最低损耗在1550nm附近，是目前城域网使用最多的光纤。
可用在2波长（1310nm和1550nm）的WDM系统，使用色散补偿技术可用于短距离的DWDM系统中14.G.653非常适合单波长远距离传输的光纤通信系统，不适合于DWDM系统15.G.655在1550nm窗口处色散不为零，具有较小色散和最低损耗，能够避免FWM的影响，最适合用于DWDM环境16.数字光纤通信系统采用点对点的强度调制/直接检波（IM/DD）的形式，主要由光纤、光发射机、光接收机一级长途干线上必须设置的光中继器组成17.数字光纤通信系统包括三大组成部分：发送部分、传输部分和接收部分。
光发射机的作用是将电信号转换成光信号耦合进光纤，光接收机的作用是将传送过来的光信号转换成电信号，对于长距离的传输，需要进行中继放大18.光信号的调制方法分为直接调制和间接调制。
光纤通信复习
新型的G.
光纤损耗的计算: Loss= P i / P o 谱线宽 20-50nm
调制是用数字或模拟信号改变载波的幅度、频率或相位的过程。
P i — 为输入功率 即：L(km)= （Pout-Prec-Ac-Pm）/Af
发散角大，与光纤的耦合效率低 （5-10%）
P o —为输出功率
常以分贝dB来表示 Ltot 所有损耗
DWDM技术 DWDM当前水平：
目前1.6Tbit/s WDM系统已经大量商用。
100km 10.9Tbit/s（273x40Gbit/s） 50GHz S、C和L波段
100km 10.2Tbit/s（256x40Gbit/s）交替75和 50GHz ，C和L波段
CWDM技术 技术参数：
波长组合：三种，即4、8和16个 波长通路间隔：20nm 允许波长漂移±6.5nm
LD特点 ： 受激辐射、相干光、谱线窄、功率高 发光面小、发散较小，与光纤耦合效率高 寿命和可靠性比LED稍低
Table - Comparison of LEDs and Lasers
Characteristic
LEDs
Lasers
Output Power
Pr=10 μW=10log(10μ W/1mW)
<0.1
光检测器和光接收机
PIN光电二极管是在掺杂浓度很高的P型、N型半导 体之间，加一层轻掺杂的N型材料，称为I（本征 层）。由于是轻掺杂，电子浓度很低，经扩散后形 成一个很宽的耗尽层。这样可以提高其响应速度和 转换效率。
PIN光电二极管的优点
提高了响应速度
提高了长波的量子效率
噪声小
APD光电二极管 雪崩光电二极管，又称APD（Avalanche
光纤通信资料
光纤通信系统第一章所谓光纤通信，就是用光作为信息的载体、以光纤作为传输介质的一种通信方式。
通信系统的容量通常用比特率一距离积BL表示，B为比特率丄为中继间距。
三种低损耗窗850nm、3dB/km ；1310nm、0.4dB/km ；1550nm、0.2dB/km4、PDH和SDH各表示什么？其速率等级标准是什么？答：PDH表示准同步数字序列，即在低端基群采用同步，高次群复用采用异步；SDH 表示同步数字序列。
PDH速率等级标准：SDH速率等级标准：STM-1：155.520Mbit/sSTM-4: 622.080 Mbit/sSTM-16: 2.5 Gbit/STM-64：10 Gbit/s3、光纤通信有哪些优点？答：1、频带宽，通信容量大2、损耗低，中继距离长3、抗电磁干扰4、无串音干扰，保密性好5、光纤线径细、重量轻、柔软6、光纤的原材料资源丰富，用光纤可节约金属材料7、光纤具有耐腐蚀力强、抗核幅射、能源消耗小等优点。
5、图示光纤通信系统，解释系统基本结构。
答：光纤通信系统由光发送机、光纤光缆与光接收机等基本单元组成。
系统中包含一些互连与光信号处理部件，如光纤连接器、隔离器、调制器、滤波器、光开关及路由器等。
在长距离系统中还设置有中继器（混合或全光）。
1.光纤由哪几部分构成？从横截面上看由三部分构成：纤芯、包层、涂敷层;2、光纤中的纤芯折射率与包层折射率的关系？单模光纤和多模光纤中中两者的芯经一般分别为多少？答：纤芯折射率大于包层折射率；单模光纤纤芯直径：2a=8ym〜12 ym,包层直径：2b=125^m;多模光纤纤芯直径：2a=50ym,包层直径：2b=125^m。
3、根据芯、包折射率分布及模式传播情况，指出有哪些典型形式光纤？答：按照折射率：折射率在纤芯与包层介面突变的光纤称为阶跃光纤；折射率在纤芯内按某种规律逐渐降低的光纤称为渐变光纤。
按照传输模式：单模光纤和多模光纤。
5、数值孔径NA的物理意义？表达式是什么？答：光纤的数值孔径NA,它的含义是反映光纤对光信号的集光能力（接收能力），NA = sin Cn0 sin Q n°sin o n1 sin(90 01n1 cos c① J1 sin 2n2或c)n11#n2NA值越大，对光信号集光（接收）能力越强。
光纤通信系统(第2版)杨祥林 第一章答案(仅供参考)
《光纤通信系统》（第2版）杨祥林 主编第1章 导论 课后习题答案 维E 的常客 编（仅供参考，如有不足之处，请指正）1.1设光信号在损耗分别为0.2dB/km 、20dB/km 、2000dB/km 的3种光纤中传输，试求光功率衰减至1/10时的传播距离。
假定光功率按exp(−αL)减少，计算3种光纤的α(cm −1)值。
解：光的传输距离L =−10lg |p i p 0|/αdB ;0.2dB/km L =−10lg 1100.2=50km20dB/km L =−10lg 11020=0.5km2000dB/km L =−10lg 1102000=0.005km光功率p i =p 0exp(−αL)衰减系数α=ln (p 0p i )∗αdB 10lg (p 0p i )=αdB 10lge ≅αdB 4.343 则α(cm −1)=αdB10lge ×10−5cm −10.2dB/km α=4.61×10−7cm −1 20dB/km α=4.61×10−5cm −12000dB/km α=4.61×10−3cm −11.2假设数字通信系统能够在高达1%的载波频率的比特率下工作，试问在5GHz 的微波载波和1.55μm 的光载波上能传输多少路64Kb/s 音频信道？ 解：根据题意得5GHz 的微波载波上，数字通信系统的比特率为5×109×1%=5×107b/s ，能传输的音频信道的路数为5×10764×103≅781路；1.55μm 的光载波上，数字通信系统的比特率为3×1081.55×10−6×1%≅1.935×1012b/s ， 能传输的音频信道的路数为1.935×101264×103≅30241935路。
1.3以ASCII 格式存在于计算机硬盘的1h 演讲稿，假定传送速率为200字/min ，平均每字5个字母，试估计总比特数。
光纤通信第三版习题答案
光纤通信第三版习题答案光纤通信第三版习题答案光纤通信是一种高速传输信息的技术，它利用光信号在光纤中传输数据。
光纤通信的发展已经进入到第三版，为了帮助读者更好地理解和掌握相关知识，本文将提供一些光纤通信第三版习题的答案。
第一章：光纤通信基础知识1. 什么是光纤通信？光纤通信是利用光纤作为传输介质，将信息以光信号的形式传输的一种通信方式。
2. 光纤通信的优点有哪些？光纤通信具有大带宽、低损耗、抗干扰能力强等优点。
3. 光纤通信的基本组成部分有哪些？光纤通信的基本组成部分包括光源、调制器、光纤、解调器和接收器等。
4. 光纤通信的工作原理是什么？光纤通信的工作原理是利用光的全反射特性将光信号在光纤中传输，通过调制器和解调器的处理，将光信号转换为电信号进行传输和接收。
第二章：光纤通信系统设计1. 光纤通信系统的设计包括哪些方面？光纤通信系统的设计包括光源的选择、光纤的布线和连接、调制器和解调器的设计等方面。
2. 光纤通信系统中如何选择合适的光源？选择合适的光源需要考虑光源的功率、频率范围和调制方式等因素。
3. 光纤通信系统中如何设计光纤的布线和连接？光纤的布线和连接需要考虑光纤的长度、弯曲半径和连接方式等因素，以保证光信号的传输质量。
4. 光纤通信系统中如何设计调制器和解调器？调制器和解调器的设计需要考虑调制方式、解调方式和信号处理的算法等因素，以实现光信号的调制和解调。
第三章：光纤通信的性能评估1. 光纤通信系统的性能评估指标有哪些？光纤通信系统的性能评估指标包括传输速率、误码率、信噪比和带宽等。
2. 如何评估光纤通信系统的传输速率？光纤通信系统的传输速率可以通过测量单位时间内传输的比特数来评估。
3. 如何评估光纤通信系统的误码率？光纤通信系统的误码率可以通过发送和接收的比特数之间的差异来评估。
4. 如何评估光纤通信系统的信噪比？光纤通信系统的信噪比可以通过测量信号和噪声的功率之间的比值来评估。
第四章：光纤通信的应用1. 光纤通信在哪些领域得到了广泛应用？光纤通信在通信、互联网、电视传输和医疗等领域得到了广泛应用。
精品课件-光纤通信(第二版)(张宝富)-第1章 概述
第1章 概述
图 1.1 电 磁 波 频 谱 图
第1章 概述
红外线（波长＞0.76 μm）： 这一波段的波 长比人眼实际可见的光的波长要长得多， 可细分为近红 外（波长为0.76 ～15 μm）、 中红外（波长为15～25 μm）和远红外（波长为 25～300 μm）。 这一波段的 信号主要用于光波通信、 红外制导、 电子摄像及天文学。
第1章 概述
1.1.1
光波实际上是一高频的电磁波。 在讨论高频
电磁波时，我们习惯采用波长来代替频率描述。 波长与
频率的关系为
c
f
（ 1.1 ）
其中： λ为电磁波的波长， 其物理含义是电磁波在时间上变 化一周， 其波前在空间变化一周所行进的长度; c为光波在自 由空间中传播的速度， 其值为 3×108 m/s； f为电磁波的频 率，其物理含义是交变电磁波在单位时间（每秒）变化的周期 数。
第1章 概述
第1章 概 述
1.1 光通信的基本概念 1.2 光纤通信的优点 1.3 光纤通信的系统组成 1.4 光纤通信的回顾与展望 1.5 光波技术基础 习题一
第1章 概述
1.1 光通信的基本概念
光通信是利用光波来传送信息的。光波的频率比目前电通 信使用的频率高得多，因而其通信容量很大。
通信系统的通信容量与系统的带宽成正比。为了比较方便， 通常系统的带宽用载频的百分比，即带宽利用系数来表示。例 如，一个载波频率为100 MHz的无线电通信系统，如果带宽利 用系数为10%，则系统带宽为10 MHz； 而对于载仍为10%，则系统带宽为1 GHz。 光波的频率一般在1×1014～4×1014 Hz范围内，在带宽利用率 仍为10%的情况下，系统的利用带宽在10 000～40 000GHz范围 内， 这是电通信无法比拟的。
光纤通信系统的建模与仿真
光纤通信系统的建模与仿真第一章：光纤通信系统的基本原理光纤通信是一种高速传输数据的方式，其基本原理是利用光的全内反射特性在光纤中传输信息。
光纤通信系统由三部分组成：光源、光纤和接收器。
光源是发出光信号的设备，光纤则是把光信号传输到接收器的载体，接收器则把光信号转换为电信号，经过一定处理后输出信息。
在光纤传输过程中，光信号不断衰减，同时还会受到色散、非线性等影响，因此需要建立相应的光纤传输模型进行仿真分析。
第二章：光纤通信系统建模光纤通信系统建模的核心是光纤传输模型，其目的是描述光信号在光纤中的传输过程。
光纤传输模型有两种常见的描述方式：一种是时域描述方法，也就是在时间域内研究光信号的传输规律；另一种是频域描述方法，也就是在频域内研究光信号的传输规律。
时域描述模型主要包括传输矩阵法和传输线法等。
传输矩阵法通过矩阵运算来描述光纤中光信号的传输过程，求得出射光强度与入射光强度的比值，从而得到光信号的传输特性。
传输线法则是通过建立微小元件的等效模型来描述光信号的传输规律。
频域描述模型则主要包括功率谱密度法和传递函数法等，其基本思路是将复杂的光信号分解为一系列频率分量，在频域内研究光信号的传输规律。
第三章：光纤通信系统仿真光纤通信系统的仿真工作是在光纤传输模型的基础上进行的。
光纤传输模型可以借助各种数学工具进行仿真，如MATLAB、OptiSystem等仿真软件。
MATLAB是一种功能强大的数值计算软件，可以用于各种数学建模分析问题，包括光纤传输模型的仿真。
利用MATLAB进行光纤传输模型的仿真，可以结合其MATHEMATICA工具箱来进行高级数学运算，以及各种数值模拟方法进行算法实现。
OptiSystem是一种专业的光学系统仿真软件，可以有效地模拟光学元件的特性，包括光源、光纤、接收器等，同时还支持频域和时域的仿真模式。
第四章：光纤通信系统仿真案例光纤通信系统的仿真可以应用于各种实际场景，以下是一些典型的仿真案例。
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。
光纤通信课件刘增基第二版第1章
第1章 概论
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。
在这个时期，实现了1.55 μm色散移位单模光纤通信系 统。采用外调制技术，传输速率可达2.5－10 Gb/s， 无中继传输距离可达150－100km。实验室可以达到 更高水平。
目前，正在开展研究的光纤通信新技术，例如，超 大 容 量 的 波 分 复 用 (Wavelength Division Multiplexing, WDM)光纤通信系统（实现）和超长 距离的光孤子(Soliton)通信系统，将在第 7章作介绍。
1972年，康宁公司高纯石英多模光纤将损耗降低到4 dB/km。
1973 年，美国贝尔(Bell)实验室将光纤损耗降低到2.5dB/km。 1974 年降低到1.1dB/km。
1976 年，日本电报电话(NTT)公司等单位将光纤损耗降低到0.47 dB/km(波长1.2μm)。
1986 年是0.154 dB/km， 接近了光纤最低损耗的理论极限。
因此还有3个数量级以上的带宽潜力可以挖掘。
第1章 概论
传 输 损 /耗(dB·km － 1)
10 00
10 0 10
标38准mm同海轴底同轴
1
51 mm波导器
光纤
0.1 10 M 100 M 1 G
10 G 100 G 1 T 10 T 100 T 1000 T
第1 光纤通信系统2
10
1.4 光纤的优点
抗电磁干扰能力强 任何的通信系统都应具有一定的抗干 扰能力主要有两个原因：第一是光纤是绝 缘体，不怕雷电和高压，不受电磁干扰； 第二是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
11
1.4 光纤的优点
光纤通信系统的抗干扰能力强，泄露小， 光纤通信系统的抗干扰能力强，泄露小， 保密性能好, 使用安全。 保密性能好 使用安全。
直接调制：电信号调制器件的驱动电流， 使输出光随电信号变化而实现。特点：技 术简单，成本较低，容易实现，但是调制 速率受激光器的频率特性所限制。 间接调制：激光的产生和调制分开。目前 有多种调制器可供选择，最常用的是电光 调制器。它是利用光信号改变电光晶体的 折射率，使通过调制器的光参数随电信号 变化而实现调制的。特点：调制速率高， 缺点是技术复杂，成本较高。
1
光探测器实现 两种方式：直接检测和相干检测（外差检测） 两种方式：直接检测和相干检测（外差检测） 直接检测探测器直接把光信号转化为电信号。 直接检测探测器直接把光信号转化为电信号。 简单、经济。 简单、经济。是目前光纤通信系统普遍使用的方 法。 相干检测（外差检测） 相干检测（外差检测）要设置一个本地振荡器和 一个光混频器， 一个光混频器，使本地振荡光和光纤输出的信号 光在混频器中产生差拍而输出中频信号， 光在混频器中产生差拍而输出中频信号，再由光 探测器把中频信号转化为电信号。 探测器把中频信号转化为电信号。 难度大。高灵敏度 难度大。 2
18
光纤通信系统的评价
1、有效性，指信息的传输速度； 、有效性，指信息的传输速度； 2、可靠性，指信息的传输质量； 、可靠性，指信息的传输质量； 3、适应性，指环境使用条件； 、适应性，指环境使用条件； 4、标准性，指元件的标准性、互换性； 、标准性，指元件的标准性、互换性； 5、经济性，指成本是否低； 、经济性，指成本是否低； 6、保密性，指是否便于加密； 、保密性，指是否便于加密； 7、使用维修是否方便。 、使用维修是否方便。
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ubps—比特每秒
§模数转换器
u可将模拟信息转换成数字序列 u在接收端将数字信号转换成模拟形态
图1.5 数字调制
第1章光纤通信系统
11
§1.2 基本通信系统--1.2.3载波源
§载波源
u射频通信系统：电振荡器产生 u光纤通信系统：光振荡器LD、LED
§强度调制（IM）
u发送的信息包含在光功率的变化中 u信号电流有正、负部分，但光辐射输出 始终为正
§1970年，低损耗光纤的发明，使光纤通信
得以实现
第1章光纤通信系统
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§1.2 基本通信系统
▪ 基本通信系统
包括发送机、接收机和信道 信道可分为：非导引信道和被导引信道
图1.1 基本通信系统
第1章光纤通信系统
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§1.2 基本通信系统
▪ 被导引线路比大气信道成本更高 ▪ 但被导引信道有许多优点
匹配是实现光纤通信的重要条件。
第1章光纤通信系统
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§1.2 基本通信系统--1.2.4信道耦合器
§耦合器的功能：将功率送进信道
u无线电或电视广播系统：天线 u电缆导引系统：连接器 u大气光通信系统：透镜 u光纤通信系统：光耦合器
第1章光纤通信系统
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§1.2 基本通信系统--1.2.4信道耦合器
二极管 u通过检测器转换得到的电流与输入光波的 功率成比例 u检测得到的电流是驱动光源的电流的再现
第1章光纤通信系统
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§1.2 基本通信系统--1.2.6检测器
图1.10 模拟系统中不同参考点处的信号
第1章光纤通信系统
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§1.2 基本通信系统--1.2.7信号处理器
§模拟传输：信号处理器包括放大和滤波
图1.2 部分导体传输线
第1章光纤通信系统
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§1.2 基本通信系统
图1.3 一般的光纤通信系统
第1章光纤通信系统
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§1.2 基本通信系统--1.2.1信源
§信源有多种物理形式，最常见的是将非电信
号转化成电信号的变换器 u如麦克风、摄像头
§无论是在电通信还是光通信中，信息在传输
之前都必定是电形态。
第1章光纤通信系统
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§1.2 基本通信系统--1.2.5信道
图1.8 光脉冲的展宽
第1章光纤通信系统
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§1.2 基本通信系统--1.2.5信道
§大气电信系统：天线收集来自信道的信号，
并将其传送到接收机
§光纤通信系统：输出耦合器将来自光纤的
光对准到光检测器 u光的辐射方向与光纤的接收锥角相同。 一般的光检测器有大的表面积及大的接 收角，能实现有效耦合
第1章光纤通信系统
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§1.2 基本通信系统--1.2.5信道
图1.9 由光纤到光检测器的高效率耦 合。检测器可以接收到由光纤辐射出 的绝大部分光波
第1章光纤通信系统
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§1.2 基本通信系统--1.2.6检测器
§解调：从信道接收到的信息从其载波上分离
出来
§光纤通信系统最常用的检测器：半导体光电
图1.7 将光波耦合进光纤
第1章光纤通信系统
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§1.2 基本通信系统--1.2.5信道
§信道：发送机和接收机之间的传输路径 §光放大器——适ห้องสมุดไป่ตู้于模拟和数字信号 §中继器（再生器）——只能用于数字系统，
重建数字信号的幅度和波形
§传输信号的失真限制了脉冲的发送速率
u较大的接收角与低的信号失真是一对相 互矛盾
第1章光纤通信系统
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§1.2 基本通信系统--1.2.3载波源
图1.6 光载波的模拟和数字调制
第1章光纤通信系统
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§1.2 基本通信系统--1.2.3载波源
§半导体LD和LED的结构使其在一定的
频段内辐射，在此频段上玻璃光纤 的衰减应该很低，这样才能有可能 实现光信号的有效传输。
§光源辐射频率和光纤低损耗区域的
从理论上讲，就可以通过一个截止频率为ωH的理想低通滤波
器将Ys(ω)中的第一个F(ω)滤出来，恢复出原始信号f(t)。
第1章光纤通信系统
27
§1.2 基本通信系统--1.2.9一些数据
第1章 光纤通信系统
——本章阐述有关光纤通信的主要内 容，探讨学习这些知识的方法，介绍所 选择技术的优点，并讨论其典型应用。
第1章光纤通信系统
1
§1.1 历史回顾 §1.2 基本通信系统 §1.3 光的属性 §1.4 光纤的优点 §1.5 光纤通信的应用 §1.6 总结和讨论
第1章光纤通信系统
2
§1.1 历史回顾
u滤除直流成分、同时阻止其他的频率成分，允许 传输信息所含有的频率成分通过 u信噪比（SNR）
§数字系统：放大器、滤波器、判决器
u误码率（BER）
第1章光纤通信系统
23
§1.2 基本通信系统--1.2.9一些数据
§表1.3：字首
u太、吉、兆、千、分、毫、微、纳、皮、 飞 u光波长量级：微米
§表1.4：常用的模拟系统的带宽
第1章光纤通信系统
24
§1.2 基本通信系统--1.2.9一些数据
§模拟信号采用数字传输时，其比特率取决
于模拟信号的抽样定理及编码体系
f (t)
y (t)
k (t)
0
t0
t
0
t
图 抽样概念示意图
第1章光纤通信系统
25
§1.2 基本通信系统--1.2.9一些数据
图 信号抽样编码及传输原理
第1章光纤通信系统
26
§1.2 基本通信系统--1.2.9一些数据
抽样定理示意图： f(t)
T(t)
f (t)
T(t)
ys(t) ys(t)
0
t
0 Ts
t
F()
T()
0 Ts
t
理想低通特性 Ys()
－m 0 m －2s －s 0 s 2s
－2s －s －m0 ms 2s
Ys(ω)的波形是由一连串的F(ω)波形组成。在ωs≥2ωH 的前提下，输出样值信号的频谱Ys(ω)就不会发生重叠现象，
§早期的光通信
u目视形式的光通信：太阳为光源、手的运 动改变或调制光波、眼睛是检测装置 u使用烟作为信息载体的光波系统：对远距 离传输十分有用 u1880年贝尔发明了“光电话”的光通信系统
第1章光纤通信系统
3
§1.1 历史回顾
§1960年激光器的发明，是实现大容量光通
信的一个主要突破 u非导引的光通信系统的发展，为光纤通信 提供了理论基础
第1章光纤通信系统
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§1.2 基本通信系统--1.2.2调制器
§调制器的功能
u将电信号转换成适合传输的形态 u将这种信号加载到由载波源产生的载波上
§调制格式
u模拟、数字
第1章光纤通信系统
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§1.2 基本通信系统--1.2.2调制器
图1.4 模拟调制
第1章光纤通信系统
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§1.2 基本通信系统--1.2.2调制器