光纤通信概论
《光纤通信概论》课件
本课程探讨光纤通信的定义、原理、应用领域、优势、挑战、发展历程、基 本元件、系统组成和未来趋势。
定义和原理
1 定义
2 原理
光纤通信是利用光信号在光纤中传输信息 的通信方式。
光在光纤中的传输是通过光纤芯与包层的 不断反射实现的。
3 优势
4 应用领域
传输量大、速度快、距离远、抗干扰能力 强、安全可靠。
光纤通信开始向更高速度、更大带宽、更小尺 寸、更低成本方向发展子力学原理实现通信，具有超高安全性。
2
光互联
采用光模块、光二极管、光收发器等新元器件实现多种设备之间的高速光纤传输。
3
光计算
将光信号作为信息处理和存储的媒介，实现高速计算。
优势和挑战
优势
• 传输速度快、带宽宽 • 信号传输距离远、抗干扰能力强 • 信号安全可靠、节省能源
挑战
• 光纤制造成本高 • 光纤连接技术成熟度有限 • 光纤传输信号需要光发射器和光接收器
等元器件，仍需进一步提升性能和小型 化。
结论
光纤通信是未来通信技术的发展方向，尽管仍然存在一些技术和经济方面 的挑战，但光纤通信的优势和潜力使其具有无限的发展前景。
将不同的光信号进行分离 或合并，实现多路光信号 传输。
光纤跳纤盒
用于连接和调整光纤线路 组合。
光纤通信的发展历程
1960s
研制光导纤维，形成基本技术。
1970s-1980s
核磁共振、聚变、半导体、通讯等领域开始使 用光导纤维。
1990s-2000s
全球互联网的广泛应用推动了光纤通信技术的 发展。
2010s- 至今
通讯、制造业、娱乐、医疗、国防等领域 均有广泛应用。
基本元件和系统组成
光纤通信概述通信原理论文(一)
光纤通信概述通信原理论文(一)光纤通信概述通信原理论文光纤通信是一种传输信息的方法，通过利用光纤传输光的方式来传输信息。
相较于传统的电缆传输方式，光纤传输方式有着更高的传输速度和更大的传输容量，因此已经被广泛应用于很多领域之中。
光纤通信的传输原理由两部分构成：信号的传输和光波的传输。
信号的传输是指电子信号通过光纤中的信号处理器进行数字化，然后通过调制器将其转换为光信号。
光信号的传输是指在光纤中的光信号的传输。
这两部分共同构成了光纤通信的传输原理。
光纤通信的传输速率是指可以在单位时间内传输的数据量。
它的速率一般用每秒钟传输的比特数（bps）来表示。
光纤通信的传输速率很高，可以达到1Gbps或更高。
由于传输速率越高，传输的数据量越大，因此光纤通信的传输容量也很大。
光纤通信的传输容量是指在单位时间内可以传输的最大数据量。
传输容量决定了光纤通信可以传输多少数据，传输速率决定了将这些数据传输到目的地所需的时间。
光纤通信主要有两个部分构成：发送端和接收端。
发送端是指发送信息的终端设备，它通常由一个数字到模拟转换器、一个调制器和一个激光二极管组成。
接收端是指接收信息的终端设备，它通常由一个接收器和一个放大器组成。
在光纤通信中，发送端的任务是将信号转换为光信号，并将其通过光纤发送到接收端。
接收端的任务是收集光信号并将其转换为电信号，然后将其发送到接收端的终端设备。
总的来说，光纤通信是一种高速、高容量的通信方式。
它的传输原理由信号的传输和光波的传输构成，传输速率和传输容量都很高。
通过发送端和接收端的协调工作，光纤通信可以将信息准确、快速地传输到目的地。
随着技术的不断改进，光纤通信在未来的通信领域中有着广阔的发展前景。
光纤通信第1章概论.pptx
1.2.3 光纤通信的应用 1·3 光纤通信系统的基本组成
1.3.1 发射和接收 1.3.2 基本光纤传输系统 1.3.3 数字通信系统和模拟通信系统
1.1 光纤通信发展的历史和现状
1.1.1 探索时期的光通信
原始形式的光通信:中国古代用“烽火 台”报警，欧洲人用旗语传送信息。 1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用 光波作载波传送话音的“光电话”。贝 尔光电话是现代光通信的雏型。
第三阶段(1986~1996年)，这是以超大容
量超长距离为目标、全面深入开展新技术研
究的时期。
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1.1.3
1976年美国在亚特兰大进行的现场试验， 标志着光纤通信从基础研究发展到了商业应用 的新阶段。
此后，光纤通信技术不断创新：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(短波长向长波长），传输速率从 几十Mb/s发展到几十Gb/s。
1976年，日本电报电话公司研制成功发 射波长为1.3 μm的铟镓砷磷(InGaAsP) 激光器。
1977 年，贝尔实验室研制的半导体激光 器寿命达到10万小时。
1979年美国电报电话(AT&T)公司和日 本电报电话公司研制成功发射波长为 1.55 μm的连续振荡半导体激光器。
由于光纤和半导体激光器的技术进步，使 1970 年成为光纤通信发展的一个重要里程碑。
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1.2.2 光纤通信的优点
容许频带很宽，
损耗很小， 中继距离很长且误码率很小
重量轻、 体积小
抗电磁干扰性能好
泄漏小，
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节约金属材料， 有利于资源合理使用
光纤通信原理ppt课件教学教程
1.3
传输频带宽，通信容量大。 中继距离远。 抗电磁干扰能力强，无串话。 光纤细，光缆轻。 资源丰富，节约有色金属和能源。 均衡容易。 经济效益好。 抗腐蚀、不怕潮湿。
发展前景十分广阔。
1.2
我国古代使用的烽火台就是大气光通信的最好例子。后来的手旗、 灯光甚至交通红绿灯等均可划入光通信的范畴。
近代光通信的雏形可追朔到1880年Bell发明的光电话。 但通信光电话未能像其它电通信方式那样得到发展。
1966年英籍华人高琨博士提出光导纤维的概念在全世界范 围内掀起了发展光纤通信的高潮。
第五代光波通信系统的研究与发展也经历了20多年历程， 已取得突破性进展。它基于光纤非线性压缩抵消光纤色散 展宽的新概念产生的光孤子，实现光脉冲信号保形传输。
从通信网来看
第一代为纯电信网
第二代通信网仅仅是用光纤代替铜线，使通信网的性能得到了某 种改善，而网络的拓扑骨架基本上之前的模式，光波通信的潜力 尚未完全发挥。
第一章：光纤通信概述
1.1什么是光纤通信 1.2光纤通信的发展史 1.3光纤通信的特点 1.4光纤通信系统的组成 1.5光纤通信的发展趋势
1.1什么是光纤通信
利用光导纤维传输光波信号的通信方式，称为光纤通信。 光纤通信是工作在近红外区，其波长是0.8～1.8μm，对应的频 率为167～375THz。 光纤通信技术的发展十分迅速，已经起到了举足轻重的地位，
1.4光纤通信系统的组成
概论：光纤通信技术
概论：光纤通信技术
3
1.1、光纤通信－基本概念
• 光纤通信：
– 利用光波为载波、以光导纤维作为传输 媒质的通信方式
• 载波：
– 位于电磁波谱的近红外区，范围为 1014～1015Hz
• 特点
– 潜在通信容量极大,带宽近1015Hz
概论：光纤通信技术
4
1.2、光纤通信—诞生历史
最早的光通信：
用于传递信息的烽火台
光通信的基本要素：
光源 —— 烽火
发送 —— 点火或燃烟
接收 —— 人的眼睛
传播媒介 —— 大气
传送信息 —— 有无敌情
协议 —— 有信号则救援
概论：光纤通信技术
5
贝尔的光电话原Hale Waihona Puke 示意图：贝 尔弧光灯
送 话 器
受话器
抛 物 面 镜 光探测器
概论：光纤通信技术
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1.2、光纤通信—诞生历史
由于19世纪先后发明了电报、电话 等电信设备，使光通信方法受到冷 落。虽然人们意识到如果采用光波 作为载波，通信容量可望提高几个 数 量 级 ， 但 直 到 20 世 纪 50 年 代 末 仍然找不到通信所必须的相干光源 和合适的传输介质。
受激辐射式光频放大器
知识产权：古尔德 (激光一词的始创者)
汤 司（书面工作早于前者）
梅 曼（激光发明权无可争议）
激光器的发明是20世纪科学技术的一 项重大成就，它使人们终于有能力驾驭尺 度极小、数量极大、运动极混乱的分子和
原子的发光过程 概论：光纤通信技术
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通信光纤
• 一个意外发现
希腊的一位制玻璃 工人意外地发现，光能 毫无散射地从玻璃棒的 一端传到另一端。这已 经初步揭示了光在玻璃上的传播规 律。
光纤通信概论课件
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光纤放大技术
总结词
简化网络结构
详细描述
光纤放大技术简化了网络结构，减少了中继 站的数量，降低了网络的复杂性和成本。这 有助于提高网络的可靠性和可维护性，降低 运营和维护成本。
光纤放大技术
总结词
推动光网络发展
详细描述
光纤放大技术是推动光网络发展的重要支撑 技术之一。它促进了光网络的规模应用和发 展，使得光网络成为现代通信网络的主流技
光的衍射
光波在传播过程中遇到障碍物或孔隙时，会绕过障碍物或孔隙继续传播的现象。 衍射是光波的波动性的另一重要表现，它也是光学仪器和光通信中常用的技术手 段。
光的全反射
• 光的全反射：当光从光密介质射向光疏介质时，如果入射角大 于某一临界角，光波将在界面上完全反射回光密介质，而不能 进入光疏介质的现象。全反射是光纤通信中的重要原理之一， 它使得光波能够在光纤中实现低损耗、长距离的传输。
光纤通信面临的挑战
技术成熟度
虽然光纤通信技术已经取得了长 足的进步，但在一些特殊环境和 应用场景中，技术成熟度仍需进
一步提高。
成本与投资
光纤通信系统的建设和维护成本较 高，需要大量的资金投入，同时也 需要探索更加有效的商业模式。
网络安全与隐私
随着光纤通信网络的普及，网络安 全和隐私保护问题也日益突出，需 要加强技术和管理措施，保障网络 的安全和用户的隐私。
军事领域
光纤通信在军事领域中具有保 密性好、抗电磁干扰等优点， 广泛应用于军事通信。
企业和校园网络
光纤通信也广泛应用于企业和 校园网络的建设，提供高速、 稳定的数据传输服务。
02
光纤通信系统组成
光源和光发送机
光源
光纤通信概述通信原理论文-V1
光纤通信概述通信原理论文-V1光纤通信概述及通信原理随着时代的进步，现代化的通信工具越来越成为人们生活中必不可少的一项。
而光纤通信作为现代通信技术的代表之一，快速发展并被广泛使用。
本文将对光纤通信的概念、原理、特点和优势等进行详细介绍。
一、光纤通信的概念和定义光纤通信是指利用光纤作为信号传输介质，通过调制光波来传送信息的一种通信方式。
光纤通信是一种先进的数字通信技术，它使大量信息能够通过同一根光纤传输，不仅传输距离长、传输速度快，而且抗干扰、保密性强。
二、光纤通信的原理1. 发送端发送端一般由调制器、激光器、驱动电路和热控制器等组成。
调制器将送入的电信号转换为模拟光信号，并将其输入到激光器中。
2. 光纤传输利用光纤作为信号传输介质，通过调制光波来传送信息。
光纤内部有一个非常高的折射率，从而使得光线可以有效地沿光纤传输。
另外，由于光速非常快，也是在光线传输方面优秀表现的一个方面。
3. 接收端接收端由检测器、前置放大器、数字处理器等组成。
检测器将光信号转换成电信号，前置放大器将信号放大，数字处理器则将信号整形、滤波并进行解码。
三、光纤通信的特点和优势1. 传输速度快相较于传统通信方式，光纤通信具有非常高的传输速度，能够实现Gb/s级别的高速传输，从而大大提高信息传输的效率。
2. 传输距离长光纤通信具有非常长的传输距离，一般可达到几十公里甚至更远。
而且即使是在传输距离非常远的情况下，它的传输质量也能够保持良好。
3. 阻止干扰光纤通信利用光传输信号，因此光信号不会伴随着磁场和电场，所以不易受到干扰。
4. 安全保密光纤通信的传输过程由于是利用光信号进行传输，难以被窃听和截获，从而保证信息的安全性。
总结：本文简要介绍了光纤通信的概念、原理、特点和优势。
通过阐述，希望能够更好地加深大家对于现代通讯技术的认知。
在未来，随着通信技术的不断发展与升级，“光纤通信”将会继续引领未来通信技术的发展趋势。
光纤通信概论考试题及答案
光通信概论总复习1、原子的三种基本跃迁过程是：1、2、4（1）自发辐射；（2）受激辐射；（3）自发接受；（4）受激吸收;2、光纤型光放大器可分为：1、2、3（1）光纤拉曼放大器（2）掺铒光纤放大器（3）光纤布里渊放大器（4）半导体光放大器3、下面说法正确的是：3（1）为了使光波在纤芯中传输,包层的折射率必须等于纤芯的折射率；（2）为了使光波在纤芯中传输,包层的折射率必须大于纤芯的折射率；（3）为了使光波在纤芯中传输,包层的折射率必须小于纤芯的折射率；（4）为了使光波在纤芯中传输,包层的折射率必须大于涂覆层的折射率;4、光纤的单模传输条件是归一化频率满足：1（1）V<；（2）V>；（3）V<；（4）V>;5、STM-4一帧的传输速率是1;19×270×8×8000；29×270×8×8000×4；39×270×8；49×270×8×4;6、光纤通信主要应用的3个波长是：1、2、3、4（1） 850nm；（2） 1310nm；（3） 1550nm；（4）上述全部7、下面说法正确的是：1、3（1） F-P激光器的谱线宽度大于DFB激光器的线宽；（2） DFB激光器的线宽大于LED的线宽；（3）白炽灯的线宽大于DFB激光器的线宽；（4） LED的线宽小于DBR激光器的线宽;8、下面说法正确的是：11损耗对光纤通信系统传输距离的限制可用光纤放大器克服；2当损耗限制比色散限制距离短时,称这种光纤通信系统为色散限制系统；3色散对光纤通信系统传输距离的限制可用光纤放大器克服；4色散对光纤通信系统传输距离的限制可用光纤非线性克服;9、多模光纤中存在的色散：1、2、3、4（1）模间色散；（2）材料色散；（3）波导色散；（4）偏振模色散;10、作为光中继器使用的掺饵光纤放大器在传输系统中的主要作用是3（1）提高光纤中的信噪比；（2）消除传输光脉冲的相位抖动；（3）补偿光纤损耗；（4）调节光纤色散;11、EDFA泵浦光源的典型工作波长是2;（1）μm；（2）μm；（3）μm；（4）μm;12、半导体激光器是通过受激辐射产生光的器件；半导体激光器的激射条件为：粒子数反转、受激辐射和正反馈;13、光纤色散的种类有:模间色散、材料色散、波导色散、偏振模色散等;14、引起光纤损耗的主要因素有:吸收损耗、散射损耗、弯曲损耗等;15、掺铒光纤放大器主要由掺铒光纤、波分复用器、光隔离器和泵浦激光器等光电器件构成;16、000100101,偶校验码时的码流信号为000100100;17、石英光纤的三个低损耗窗口的中心波长分别位于850nm、1310nm和1550nm;18、光接收机的主要作用是光电变换、信号再生和信号放大;19、根据增益介质的不同,目前主要有两类光发大器：一类是,如半导体材料和掺稀土元素光纤,利用受激辐射机制实现光的直接放大,如半导体光放大器和掺杂光纤放大器；另一类,利用受激散射机制实现光的直接放大,如光纤拉曼放大器和光纤布里渊放大器;20、STM-1帧结构信息净负荷位置在1-9行中的第10~270列;21、SDH信号“组装”为标准的同步传输模块STM-N,主要步骤是：指针处理、映射、复用和定位校准;22、画出数字光发射机各组成部分方框图,并简要说明各所填方框的主要功能; 线路编码功能：将数字码流转换成适合于光纤传输的码型、送入光纤线路;调制电路功能：把要传送的信息转变为电流信号注入LD,从而获得相应的光信号; LD功能：实现信号的光电转换;控制电路的功能：控制激光器的直流偏置电流,使其自动跟踪阈值的变化,从而使LD 总是偏置在最佳工作状态;23、画出数字光接收机各组成部分方框图,并简要说明各所填方框的主要功能;光电变换——光电检测器把光信号转换成电流信号;前置放大器——前置放大器的噪声对整个放大器的输出噪声影响甚大;主放大器及AGC电路——主放大器的作用除提供足够的增益外,它的增益还受AGC 电路控制,输出信号的幅度在一定的范围内不受输入信号幅度的影响;均衡滤波——均衡滤波器的作用是保证判决时不存在码间干扰;判决及时钟恢复电路——对信号进行再生;译码器——如果在发射端进行了线路编码或扰乱,则在接收端需要有相应的译码或解扰电路;24、画出一个s单通道光纤通信系统点到点传输结构图光纤长度大于100公里;25、画出一个10Gb/s单通道光纤通信系统点到点传输结构图光纤长度大于100公里;26、画出双向泵浦掺铒光纤放大器的结构图,指出各器件的作用;27、画出波分复用光纤通信系统的原理图,指出各器件的作用;28、比较DWDM和OTDM光纤通信系统的特点,包括各自采用了哪些关键技术各自的优缺点是什么;DWDM的关键技术：激光器调制技术直接调制技术、外调制技术；波分复用/解复用器；光放大器增益带宽、带内增益平坦特性、噪声指数的饱和输出功率;DWDM的优点：充分利用光纤的低损耗波段,大大增加光纤的传输容量,降低成本；对各信道传输的信号的速率、格式具有透明性；节省光纤和光中继器；可提供波长选路;DWDM的缺点：WDM系统可复用的光波长数目和传输的距离都是有限的；WDM系统间的互操作性以及WDM系统与传统系统间互连互通太差;OTDM的关键技术:超短光脉冲产生,光脉冲压缩；超短光脉冲传输和色散管理；全光时钟恢复；全光解复用；全光采样；全光时分分插复用;OTDM的优点：使用极窄脉冲产生较大的带宽,可以更加有效地利用光纤的频谱资源；产生极高比特率的合成数据流；可实现多路信号同时接入到同一根光纤;OTDM的缺点：该技术不如WDM技术成熟,真正实用化还需时日;29、一单模光纤传输系统由两段光纤构成,在1310nm处,第一段光纤的损耗值为km,色散值为2＝15ps2/km；第二段光纤的损耗值为km,色散值为D＝150ps/kmnm;如果在光纤输入端的入纤功率为4mW,系统要求到达接收端的光功率不低于1W,同时脉冲的波形在输出端不能有任何畸变或展宽;试计算：1该系统所能达到的最大传输距离;2在达到最大传输距离的情况下,两段光纤的长度分别是多少km;c为真空中的光速,c=3×108m/s,λ是光信号的波长解：⑴先统一单位：4mW=6dBm,1W=-30dBm;群速度色散：2＝15ps2/km,则色散系数：⑵列光纤损耗等式：接收端的光功率=入纤功率第一段光纤的损耗值第二段光纤的损耗值；所以有：-30dBm=列光纤色散等式：第一段光纤的色散值=第二段光纤的色散值；所以有：=150L2⑷联立损耗和色散等式得：L1=;L2=该系统所能达到的最大传输距离为：L=L1+L2==+=。
第1章光纤通信概述
1960年，大气光波通信
图1.2 红宝石激光器[美国梅曼(Maiman)，1960]
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，它具有亮度高、谱线 窄、方向性好，但通信不稳定。
2020年4月20日7时34分
光波地下传输
在大气光通信受阻之后，人们将研究的重 点转入到地下光波通信的实验，先后出现过反 射波导和透镜波导等地下通信的实验。
➢1976年和1978年，日本先后进行了速率为34Mb/s的突变型多模 光纤通信系统， 以及速率为100Mb/s的渐变型多模光纤通信系统 的试验。
➢1983年敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线。
➢1988年由美、日、 英、法发起的第一条横跨大西洋 TAT-8海 底光缆通信系统建成。
➢1989年第一条横跨太平洋 TPC-3/HAW-4 海底光缆通信系统建 成。从此，海底光缆通信系统的建设得到了全面展开，促进了全 球通信网的发展。
160 Channels
Compressed (20Mb/s) 500 Channels
4. Gigabit Ethernet (1Gb/s) 8 Channels
2020年4月20日7时34分
3. 光通信的发展Fra bibliotek电信号 输入
E
半导体 激光器
E/O
fiber
光探测器
O/E
电信号 输出
E
几个里程碑：
激光的发明 主要是半导体激光器（60年代-） 光导纤维技术的发展（70年代--） 半导体探测器（60年代--） WDM技术的出现（90年代--） 光放大技术（90年代---）
电报、电话和电视都是用无线电或有线电传输信息，电通信作 为信息传输的有效通道，一直沿用了一个多世纪。
光纤通信 第一章 概论
1.为了实现越来越大的信息容量和长距离传输，必须使用低损耗和 低色散的单模光纤。目前在通信网光缆线路中广泛使用的是G·652常规 单模光纤,这种光纤1.55um波长,虽然损耗最小,但色散值较大,约为 18ps/(nm·km),因此,可以说常规单模光纤运用在1.55um波长时,传输性能 不理想。
纤 通 信
在1.55um 处, 损耗可降至0.2dB/km,这已接近SiO2光纤损耗的理 论极限值。习惯上，将0.85um称为光纤通信的短波波长;将 1.31um和1.55um称为光纤通信的长波波长,它们是目前光纤通信 中三个实用的低损耗工作窗口。
的
基
本
在数字光纤通信中，是以每一时隙中有无光信号的方式来传
纤
例的电场；反过来，电场变化也会产生相应的变化磁场。光的传播就是
通
通过电场，磁场的状态随时间变化的规律实现的。
信
通常，根据传播方向上的有无电场或磁场分量，可将电磁波的传播形
的
态分为以下三类：
基
TEM波：在传播方向上既没有电场也没有磁场分量，称为横电磁波。
本
TE波：在传播方向上有磁场分量但无电场分量，称为横电波。
点
（发送）
放大
放大
均衡
判决
电端机
图1-2 光纤数字通信系统
电端机
5
1.2
3 工作原理
光
在点对点的光纤通信系统中，信号的传输过程如下：送入
纤
光发射端机的输入信号，经过码型变换以后，变成可适合在光
通
纤中传输的码型结构，通过驱动电路对光源进行直接强度调制，
信
使得光源输出的光功率随输入信号电流的大小而变化，即光源
5.1.15.1光纤通信概述
一、光纤通信的定义
定义: 光纤即光导纤维的简称。 光纤通信：是以光波为载波，以光导纤维作为传输媒质的一种 通信方式.
为什么要采用光纤通信技术？. ·需要传输的信息量越来越大 ·对传输信息的质量要求越来越高
二、光纤通信的发展史
• 1、探索时期的光通信 • 原始形式的光通信: “烽火台”，“旗语”； • 1880年，美国人贝尔(Bell)发明了“光电话”； • 1960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红宝石激光器；
二、光纤通信的发展史
• 3光纤通信开始飞速发展
• 1980年,多模光纤通信系统投入商用。 • 1990年单模光纤通信系统进入商用化阶段。 • 2000年，总容量为320Gbit/s的密集型光波复用系统进入商用化。 • 光纤已成为宽带信息通信的主要媒质和现代通信网的重要基础设施。
三、光纤通信的工作波长来自四、光纤通信系统的基本组成
• (3)光接收机 • 作用是将光纤传送过来的光信号转变为电信号，然后进行进一步的处理。 • 光接收机的核心器件是光电检测器
四、光纤通信系统的基本组成
• (3)光中继器 • 对衰减了的光信号进行放大,恢复失真了的波形。 • 一类是光——电——光间接放大的光中继器 • 另一类是对光信号直接放大的光放大器，如掺铒光纤放大器(EDFA)。
五、光纤通信的特点
• 1.传输频带宽,通信容量大 • 2 中继距离长 • 3. 抗电磁干扰
五、光纤通信的特点
• 4信道串扰小、保密性好 • 5. 原材料资源丰富,节省有色金属 • 6. 体积小、重量轻、便于敷设和运输
本节结束
二、光纤通信的发展史
• 2 现代光纤通信
• 1966年，英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)发表了关于传
光纤通信概述
光纤通信概述
光纤通信是一种利用光纤传输信息的通信技术。
光纤是一种特殊的纤维，由高纯度的玻璃或塑料制成，具有非常高的折射率，可以将光信号进行高效传输。
光纤通信通过将信息转换为光信号，并在光纤中进行传输，最后再将光信号转换回电信号来实现数据的传送。
光纤通信具有许多优点。
首先，它具有非常高的传输带宽，能够支持大量的数据传输。
其次，光纤通信具有很低的传输损耗，可以实现长距离的传输而不会出现明显的信号衰减。
此外，光纤通信还具有抗电磁干扰、安全性高等特点，适用于各种应用场景，如电话通信、互联网接入、数据中心互连等。
光纤通信系统主要包括光源、调制器、光纤传输介质、光纤连接器和接收器等组成部分。
光源产生光信号，调制器将电信号转换为光信号。
光纤作为传输介质传输光信号，光纤连接器用于连接光纤。
接收器将光信号转换为电信号，最终实现信息的接收和解码。
在光纤通信中，常用的调制技术有强度调制、频率调制和相位调制等。
光纤通信系统还需要采用光纤放大器来增强光信号的强度，以确保信号能够在长距离传输时保持稳定。
总而言之，光纤通信作为一种高效、高带宽的通信技术，已经成为现代通信领域的重要基础设施，推动了信息社会的发展和进步。
光纤通信概论第一章 ppt课件
由于光纤和半导体激光器的技术进步，使 1970 年成为光
纤通信发展的一个重要里程碑。
1.1.3
自20世纪70年代，各种各样的光纤通信系统大体经过
了这样几个阶段：
1、第一代光纤通信系统在20世纪70年代末大量投入运
营。由0.85微米的光源和多模光纤构成。光纤损耗大，
激光光束的发散问题
光源与探测器之间的对准问题
建筑物与地球弧形表面对光的直线传播的影响
➢依靠大气介质无法建立商用化大容量光通信系统。
➢近年来，空间光通信在航空航天器之间、航空航天器与地面基站之间以及野
战条件下的军事通信等特殊领域的应用方面所具有的优势开始显现，正逐渐受
到通信研究领域重视并得到初步应用。
介质光波导
❖ 光沿水流传输并且能随之弯曲
❖ 此现象首次由英国物学家John Tyndall 于187
0年证明
❖ 在 1920-1950期间,纤细的有柔韧性的玻璃和
塑料光纤可以用于导光
❖ 这个时期的光纤称为“裸”光纤,因为光纤表
面直接暴露在空气中
➢ 用介质光波导可以实现对光的空间约束与定向导引
➢ 为实现光信号的长距离传输，需要研制出具有极低损耗的光导
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？
• 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我笨，
没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
精品资料
学习意义
于噪声，无法调制。
❖没有合适的传输介质，由于光频极高，透过障
光纤通信概论
双绞线
卫星通信
光纤
同轴电缆 无线电(AM) 无线电(FM)
地面微波 通信
电视频道
Band
LF MF HF VHF UHF SHF EHF THF
3
第1章 光纤通信概论
• 话音 （低）
• 长波 • 中波
频率
• 短波
• 微波 （高）
（小）
（小）
带宽
容量
C=B㏒2（1+S/N）
（大）
（大）
4
第1章 光纤通信概论
1988年，全长245km的武汉－长沙市34Mb/s多模 光缆通信系统工程通过邮电部鉴定验收。
1989年，汉阳——汉南40Mb/s单模光传输系统工 程通过邮电部鉴定验收。
1991年，研制出G.653色散位移光纤。最小衰减 达0.22dB/km。合肥——芜湖40Mb/s单模光传输系统 工程通过国家鉴定验收。
其实，人们早就利用玻璃纤维（光纤）进行光通信 了。利用光波导的原理，人们制造了内窥镜（胃镜）， 可以观测1m左右的距离。
但是，在60年代，最好的玻璃纤维的损耗在 1000dB/km以上。
每公里10dB/km损耗就是输入的信号传送1公里后 只剩下十分之一； 20dB/km 1/100； 30dB/km 1/1000； 1000dB/km ？
由1000dB/km 20dB/km，高琨的论文非同寻常！ 9
第1章 光纤通信概论
1970年美国康宁玻璃公司制诚20dB/km的光纤。 1970年贝尔实验室制成了可以在室温下连续工 作的半导体激光器，只有米粒大小。 1970年由于在光源（激光器）和信道（光纤） 都有重大突破，称为光纤传输元年。 光纤的谱线特性中有3个低损耗的传输窗口，即 850nm短波长窗口和1300nm,1500nm的长波长窗口。 目前，单摸光纤在1550nm波长的损耗已小于 0.2dB/km，接近极限。
光纤通信概述(光纤通信课件)
四、 光纤通信系统的组成
（三）光纤
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。
四、 光纤通信系统的组成
（四）光接收机
光接收机
的作用是进行光/电转换，即将由光纤传来的 微弱光信号转换为电信号，经放大处理后，恢复 成发射前的电信号。 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，由电端机解复用后再进行数/模转换， 恢复成原来的模拟信息。
一、光纤通信的发展史
（三）光纤通信发展的里程碑
高锟 华裔物理学家
生于中国上海，祖籍江苏金山（今上海市金山区）， 拥有英国、美国国籍并持中国香港居民身份，目前 在香港和美国加州山景城两地居住。高锟为光纤通 讯、电机工程专家，华文媒体誉之为“光纤之父”、 普世誉之为“光纤通讯之父”（Father of Fiber Optic Communications），曾任香港中文大学校长。 2009年，与威拉德·博伊尔和乔治·埃尔伍德·史密斯 共享诺贝尔物理学奖。
五、光纤通信的特点与应用
（二）光纤通信的应用
4.特殊通信手段。如石油、煤矿等部门易燃易爆环境下使用的 光缆及飞机、导弹等内部的光缆系统。 5.各种专用通信网。如电力、公路、铁路等部门通信、 指挥调度、监控的光缆系统。 6.有线电视的干线及分配网；工业电视系统；自动控制系统的 数据传输。
《光纤通信概论》PPT课件
光源：
（1）1960年美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红宝石激光器 （2）氦—氖(He - Ne)激光器
（3）二氧化碳(CO2)激光器
激光具有波谱宽度窄，方向性极好， 亮度极高，以及频率和 相位较一致的良好特性。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。
（1）1976 年，美国在亚特兰大(Atlanta)进行了世界上第一个 实用光纤通信系统的现场试验，系统采用GaAlAs激光器作光源， 多模光纤作传输介质，速率为44.7 Mb/s，传输距离约10 km。
（2）1983年敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线，全长3400 km， 初期传输速率为400 Mb/s，后来扩容到1.6 Gb/s。
光纤通信
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1
主要内容：
第一章 概论 第二章 光纤和光缆 第三章 通信用光器件 第四章 光端机 第五章 数字光纤通信系统 第六章 光纤通信新技术
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2
什么叫通信？ 什么叫光纤通信？
利用光纤传输光波信号的通信方式。
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第1章概论
1·1 光纤通信发展的历史和现状 1·2 1·3 光纤通信系统的基本组成
二、光源研制的发展
（1）1970 年，美国贝尔实验室、日本电气公司(NEC)和前 苏联先后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(短波长)。寿命只有几个小时。
（2）1973 年，半导体激光器寿命达到7000小时。
（3）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。
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传输介质的探索：
美国麻省理工学院利用He - Ne激光器和CO2激光器进 行了大气激光通信试验。实验证明：通过大气的传播承载 信息的光波，实现点对点的通信是可行的。但是通信的距 离和稳定性都受到极大的限制，体现在以下两个方面：
光纤通信概论
光纤通信概论第一篇：光纤通信概论《光纤通信概论》的读书报告摘要：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。
光纤通信以其带宽、大容量、低损耗、抗电磁干扰、体积小、重量轻等一系列优点，成为现代通信的主要支柱之一。
范围很广：军事，经济，生活，铁路，公路，煤矿，铁矿，广电，移动，电信等领域。
几乎所用跟通信有关的都涉及到了光纤。
关键词：光纤通信技术发展现状发展趋势光纤通信是通信技术领域中的一个伟大的技术革命。
信息在光域上的传输、存储、交换技术的突破，为构建起全球光网络奠定了物质基础。
麦克斯韦早已揭示通信世界的巨大资源是电磁波谱。
通信技术的技术演进史，既说明了通信技术利用电磁波谱（频率范围）经历了由低频率到高频率端的发展，也阑述了人类对带宽资源需求日益提高。
各种通信技术的陆续诞生，充分证实人们在用各种方法利用电磁波谱创造巨大的财富。
光纤通信发展可以大致分为三个阶段：第一阶段是从基础研究到商业应用的开发时期。
第二阶段是以提高传输速率和增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期。
第三阶段是以超大容量超长距离为目标、全面深入开展新技术研究的时期。
1.光纤通信的里程碑1966年7月，英籍华裔学者高锟博士在Proc.IEE杂志上发表了一篇十分著名的论文《用于光频的光纤表面波导》，该文从理论上分析证明了用光纤作为传输媒体以实现光通信的可能性，设计了通信用光纤的波导结构，更重要的是科学地予言了制造通信用低损耗光纤的可能性，即通过加强原材料提纯、加入适当的掺杂剂，可把光纤的衰减系数降低到20dB/km以下。
而当时世界上只能制造用于工业、医学方面的光纤，其衰减系数在1000dB/km以上。
在当时，对于制造衰减系数在20dB/km以下的光纤，被认为是可望而不可及的。
以后的事实发展雄辩地证明了高锟博士论文的理论性和科学大胆予言的正确性，所以该文被誉为光纤通信的里程碑。
2.导火线 1970年美国康宁公司根据高锟论文的设想，用改进型化学汽相沉积法（MCVD法）制造出当时世界上第一根超低损耗光纤，成为光纤通信爆炸性发展的导火线。
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《光纤通信概论》的读书报告摘要：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。
光纤通信以其带宽、大容量、低损耗、抗电磁干扰、体积小、重量轻等一系列优点，成为现代通信的主要支柱之一。
范围很广：军事，经济，生活，铁路，公路，煤矿，铁矿，广电，移动，电信等领域。
几乎所用跟通信有关的都涉及到了光纤。
关键词：光纤通信技术发展现状发展趋势光纤通信是通信技术领域中的一个伟大的技术革命。
信息在光域上的传输、存储、交换技术的突破，为构建起全球光网络奠定了物质基础。
麦克斯韦早已揭示通信世界的巨大资源是电磁波谱。
通信技术的技术演进史，既说明了通信技术利用电磁波谱（频率范围）经历了由低频率到高频率端的发展，也阑述了人类对带宽资源需求日益提高。
各种通信技术的陆续诞生，充分证实人们在用各种方法利用电磁波谱创造巨大的财富。
光纤通信发展可以大致分为三个阶段：第一阶段是从基础研究到商业应用的开发时期。
第二阶段是以提高传输速率和增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期。
第三阶段是以超大容量超长距离为目标、全面深入开展新技术研究的时期。
1. 光纤通信的里程碑1966年7月，英籍华裔学者高锟博士在Proc. IEE杂志上发表了一篇十分著名的论文《用于光频的光纤表面波导》，该文从理论上分析证明了用光纤作为传输媒体以实现光通信的可能性，设计了通信用光纤的波导结构，更重要的是科学地予言了制造通信用低损耗光纤的可能性，即通过加强原材料提纯、加入适当的掺杂剂，可把光纤的衰减系数降低到20dB/km以下。
而当时世界上只能制造用于工业、医学方面的光纤，其衰减系数在1000dB/km以上。
在当时，对于制造衰减系数在20dB/km以下的光纤，被认为是可望而不可及的。
以后的事实发展雄辩地证明了高锟博士论文的理论性和科学大胆予言的正确性，所以该文被誉为光纤通信的里程碑。
2. 导火线1970年美国康宁公司根据高锟论文的设想，用改进型化学汽相沉积法（MCVD法）制造出当时世界上第一根超低损耗光纤，成为光纤通信爆炸性发展的导火线。
虽然当时康宁公司制造出的光纤只有几米长，衰减系数约20dB/km，但它毕竟证明了用当时的科学技术与工艺方法制造通信用超低损耗光纤的可能性，也就是说找到了实现低衰耗传输光波的理想媒体，这是光纤通信的重大实质性突破。
3.爆炸性发展自1970年以后，世界各发达国家对光纤通信的研究倾注了大量的人力与物力，其来势之凶、规模之大、速度之快远远超出了人们的意料，从而使光纤通信技术取得了极其惊人的进展。
(1)光纤损耗1976年：0.5dB/km；1979年：0.2dB/km；1990年：0.14dB/km；它已经接近石英光纤的理论损耗极限值0.1dB/km。
(2)光器件1970年，美国贝尔实验室研制出世界上第一只在室温下连续波工作的砷化镓铝半导体激光器，为光纤通信找到了合适的光源器件。
后来逐渐发展到性能更好、寿命达几万小时的异质结条形激光器和现在的寿命达几十万小时分布反馈式单纵模激光器（DFB）以及多量子阱激光器（MQW）。
光接收器件也从简单的硅PD光电二极管发展到量子效率达90％以上的Ⅲ-Ⅴ族雪崩光电二极管APD。
(3)光纤通信系统正是光纤制造技术和光电器件制造技术的飞速发展，以及大规模、超大规模集成电路技术和微处理器技术的发展，带动了光纤通信系统从小容量到大容量、从短距离到长距离、从旧体制（PDH）到新体制（SDH）的迅猛发展。
1976年，美国在亚特兰大开通了世界上第一个实用化光纤通信系统，码速率仅为45Mbit/s，中继距离为10km。
1985年，140Mbit/s多模光纤通信系统商用化，并着手单模光纤通信系统的现场试验工作。
1990年，565Mbit/s单模光纤通信系统迅速进入商用化阶段，并着手进行零色散移位光纤、波分复用及相干光通信的现场试验，而且已经陆续制订了同步数字体系（SDH）的技术标准。
1993年，622Mbit/s的SDH产品进入商用化。
1995年，2.5Gbit/s的SDH产品进入商用化。
1998年，10Gbit/s的SDH产品进入商用化；同年，以2.5Gbit/s 为基群、总容量为20Gbit/s 和40Gbit/s的密集波分复用系统DWDM进入商用化。
2000年，以10Gbit/s 为基群、总容量为320Gbit/s 的DWDM系统进入商用化。
此外，在智能光网络ION、光分插复用器OADM、光交叉连接设备OXC等方面也正在取得巨大进展。
总之，从1970年到现在虽然只有短短三十年的时间，但光纤通信技术却取得了极其惊人的进展。
用带宽极宽的光波作为传送信息的载体以实现通信，这一百年来人们梦寐以求的幻想在今天已成为活生生的现实。
然而就目前的光纤通信而言，其实际应用仅是其潜在能力的2％左右，尚有巨大的潜力等待人们去开发利用。
因此，光纤通信技术并未停滞不前，而是向更高水平、更高阶段方向发展。
光纤通信之所以受到人们的极大重视，这是因为和其它通信手段相比，具有无以伦比的优越性。
1. 通信容量大从理论上讲，一根仅有头发丝粗细的光纤可以同时传输100亿个话路。
虽然目前远未达到如此高的传输容量，但用一根光纤同时传输50万个话路（40Gbit/s）的试验已经取得成功，它比传统的同轴电缆、微波等要高出几千乃至几十万倍以上。
一根光纤的传输容量如此巨大，而一根光缆中可以包括几十根直至上千根光纤，如果再加上波分复用技术把一根光纤当作几十根、几百根光纤使用，其通信容量之大就更加惊人了。
2. 中继距离长由于光纤具有极低的衰减系数（目前已达0.25dB/km以下），若配以适当的光发射、光接收设备以及光放大器，可使其中继距离达数百公里以上甚至数千公里。
这是传统的电缆（1.5km）、微波（50km）等根本无法与之相比拟的。
3. 保密性能好光波在光纤中传输时只在其芯区进行，基本上没有光“泄漏”出去，因此其保密性能极好。
4. 适应能力强适应能力强是指它不怕外界强电磁场的干扰、耐腐蚀、可挠性强（弯曲半径大于250毫米时其性能不受影响）等。
5. 体积小、重量轻、便于施工和维护光缆的敷设方式方便灵活，既可以直埋、管道敷设，又可以水底或架空敷设。
6. 原材料来源丰富，潜在价格低廉制造石英光纤的最基本原材料是二氧化硅即砂子，而砂子在大自然界中几乎是取之不尽、用之不竭的，因此其潜在价格是十分低廉的。
目前光纤通信在众多领域都有应用。
如：通信网、构成因特网的计算机局域网和广域网、有线电视网的干线和分配网、综合业务光纤接入网。
应用于电力系统的监视、控制和管理由于使用了光纤，不受强电磁干扰，不仅信息传输量增大，而且工作更加可靠。
要想更加细致地了解光纤通信，就要了解光线的结构和各种光器件的功能和结构。
光纤是由中心的纤芯和外围包层同轴组成圆柱形细丝。
纤芯折射率比包层稍高，损耗比包层更低，光能量主要在纤芯内传输。
包层为光传输提供反射面和光隔离，并起一定机械保护作用。
光纤种类很多，本学期我们学习了作为信息传输波导用的油高纯度石英制成的光纤。
实用光纤主要有三种基本类型，第一：突变型多模光纤。
第二：渐变型多模光纤。
第三：单模光纤。
相对于单模光纤而言，突变型和渐变型光纤芯直径都很大，可容纳数百个模式，故称为多模光纤。
在本学期中我们学习的光通信用的光器件可分为有源器件和无源器件两类。
有源器件包括光源、光检测器和光放大器，这些器件是光发射机、光接收机和光中继器的关键器件，和光纤一起决定基本光纤传输系统水平。
光无源器件主要有连接器、耦合器、波分复用器、调制器、光开关和隔离器等，这些器件对光纤通信系统构成、功能扩展和性能提高都是不可缺少的。
光源是光发射机关键器件，其功能是把电信号转换为光信号。
目前光纤通信广泛使用光源主要有半导体激光二极管或称激光器和发光二极管，有些场合也使用固体激光器。
一个完整光纤通信系统，除光纤、光源和光检测器外，还需要许多其它光器件，特别是无源器件。
这些器件对光纤通信系统构成、功能扩展或性能提高都是不可缺少的。
虽然对各种器件的特性有不同的要求，但普遍要求插入损耗小、反射损耗大、工作温度范围宽、性能稳定、寿命长、体积小、价格便宜，许多器件还要求便于集成。
光纤和各种光器件一起组成一个光纤通信系统。
为了满足实际业务的需求和发展，不同的系统具有不同的功能。
光纤大容量数字传输目前用同步时分复用(TDM)技术，复用又分为若干等级，因而先后有两种传输体制：准同步(PDH)和同步数字系列(SDH)。
PDH早在1976年就实现了标准化，目前还大量使用。
随光纤通信技和网络发展，PDH遇到了许多困难。
SDH解决了PDH存在问题，是一种比较完善的传输体制，已得到大量应用。
组网光器件光纤具有巨大的宽带资源。
为了充分利用光纤中蕴藏的巨大的带宽资源，人们开发利用出了一种用波分复用光器件实现光波长的复用技术。
所谓波分复用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)技术是在一根光纤中同时传输几十至数百个光波长的技术，波分复用系统的组成，N个输入光（信号）波长经过合波器耦合后，注入光纤传输，再由光放大器补偿光信号传输损耗，进行长距离传输到达输出端的分波器，分解为N个输入光（信号）波长，送入各个通信终端设备。
WDM技术的主要特点如下：1、充分利用光纤的巨大资源；2、规避了高速光器件限制；3、可以同时承载多种业务；4、节约大量的线路投资；5、网络的灵活组网和高度的生存性。
因此，在光纤通信中WDM技术是继EDFA之后的又一次重大技术革命。
EDFA实现了长距离乃至全光传输，二WDM技术则使系统的容量得以几十乃至上百倍的提高。
按照波长选择机理不同，波分复用器可以分为耦合型波分复用器、衍射型波分复用器、干涉型波分复用器3大类多种型号。
耦合（熔锥）型波分复用器是利用耦合功率对波长具有选择性进行波长选择。
常用的耦合（熔锥）型波分复用器是光纤熔锥耦合器。
光纤衍射型波分复用器利用一个角色散元件（如一个衍射光栅）使入射的光信号在空间分离成多个不同波长的光。
常用的光纤衍射型波分复用器有阵列波导光栅波分复用器和衍射光栅波分复用器。
干涉型波分复用器则是利用光滤波器或光方向耦合器进行波长选择。
常用的干涉型波分复用器是由高、低折射率重叠而成的多层介质膜波分复用器。
光纤通信技术的问世和发展给通信业带来了革命性的变革，目前世界大约85%的通信业务经光纤传输，长途干线网和本地中继网也已广泛使用光纤。
特别是近几年，以IP为主的Internet业务呈现爆炸性增长，这种增长趋势不仅改变了IP网络层与底层传输网络的关系，而且对整个网络的组网方式、节点设计、管理和控制提出了新的要求。
一种智能化网络体系结构——自动交换光网络(Automatic Switched Optical Networks，ASON)成为当今系统研究的热点，它的核心节点由光交叉连接(Optical Cross-connect,OXC)设备构成,通过OXC,可实现动态波长选路和对光网络灵活、有效地管理。