光纤通信系统第一章概述PPT
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第1章 光纤通信系统优秀课件
§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
图1.2 部分导体传输线
§1.2 基本通信系统
图1.3 一般的光纤通信系统
§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
出来
§光纤通信系统最常用的检测器：半导体光电
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
§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
§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
之前都必定是电形态。
§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
§1.2 基本通信系统--1.2.2调制器
图1.4 模拟调制
§1.2 基本通信系统--1.2.2调制器 §数据速率
ubps—比特每秒
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
§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
§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
§1.1 历史回顾
§1960年激光器的发明，是实现大容量光通
光纤通信系统讲义第一章
0
3
5
•Electric phone
•Radio TV
•micro wave
•AM无线电 •FM无线电 •卫星/微波
•同轴电缆
•双铰线
•infra •Visible
red
light
•光纤
•107 •106 •105 •104 •103 •102 •101 •100 •10-1 •10-2 •10-3 •10-4 •10-5 •10-6
光纤通信系统讲义第一 章
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2020/11/5
光纤通信系统讲义第一章
第一章 概述
1.1. 光纤通信的发展概况 • 光通信就是发出包含了某种信息在内的光，
将这种光通过媒质光纤传到对方，然后在 这种光中取出原来的信息，这就是光纤通 信。
• 古代，我们的祖先已经利用光来传递信息。 建造烽火台，用烟和火花来报警，用旗语 来传送信息等。
在我国青岛和韩国泰安登陆、全长549公里
•
光纤通信系统讲义第一章
照Pioneer公司预测，海底光缆系统的建设资金（包 括新建和升级改造），2003年为最低点，2007年 则可恢复到2001年的水平。略高于140亿美元)。 而Terabit Consulting公司认为，2004年后海底光 缆建设将开始复苏，2004-2009年海底光缆的投 资总额可达496亿美元（这段时间每年平均80多 亿美元）。但日本KDDI公司认为，从现时的市场 感觉以及根据IT泡沫发生前的长时期内市场的发 展趋势来判断，Consulting公司的预测将很难成 为现实。KDDI还认为，2004年后海底光缆建设每 年的投资额充其量也就是40亿美元左右。
•2 dB/cm
•Fourth Generation, 1996, 1.55 mm
一章光纤通信概述ppt课件
光纤、光缆弯曲半径不能过小(>20CM) 在偏僻地区存在有供电困难问题
由于光纤具备一系列优点，所以广泛应用于公用 通信、有线电视图像传输、计算机、空航、航天、船 舰内的通信控制、电力及铁道通信交通控制信号、核 电站通信、油田、炼油厂、矿井等区域内的通信
2020/4/26
图1-1电磁波波谱图
1.11 光纤通信使用波段
2020/4/26
第一章：光纤通信概述
1.1 光纤传输系统的基本组成
光纤通信：以光导纤维（光纤）为传输媒 质，以光波为载波，实现信息传输。
光纤传输系统的基本组成
光发射机
光源
光调制器
已调光 光纤线路
信号
调制电信号
基带处理
光接收机
光检测器 解调电信号 基带处理
2020/4/26
基带电信号
基带电信号
1.1 光纤传输系统的基本组成
第三阶段（1986年～），全面深入开展新技术研究，实现 了1.55 μm单模光纤通信系统（SDH） ，速率达2.5~10Gb/s, 无中继距离为100～150km；2019年后，研发波分复用光纤 2020/4/通26 信系统，每波长传输速率10或40G及光波网络。
1.9 光纤通信的特点与应用
传输容量很大：2.5G～10G/波长；每光纤采用波分复用
1.4 光纤传输特性
传输损耗：由材料吸收和杂质散射等因素引起有 三个低损耗窗口：（1）0.85μm附近，损耗2~4dB/km;（2）
1.31 μm附近，损耗约0.5dB/km;（3）1.55 μm附近，损耗约0.2dB/km。
色散（Dispersion）：一般包括材料色散、模式色 散、波导色散等，引起接收的信号脉冲展宽，从 而限制了信息传输速率。
由于光纤具备一系列优点，所以广泛应用于公用 通信、有线电视图像传输、计算机、空航、航天、船 舰内的通信控制、电力及铁道通信交通控制信号、核 电站通信、油田、炼油厂、矿井等区域内的通信
2020/4/26
图1-1电磁波波谱图
1.11 光纤通信使用波段
2020/4/26
第一章：光纤通信概述
1.1 光纤传输系统的基本组成
光纤通信：以光导纤维（光纤）为传输媒 质，以光波为载波，实现信息传输。
光纤传输系统的基本组成
光发射机
光源
光调制器
已调光 光纤线路
信号
调制电信号
基带处理
光接收机
光检测器 解调电信号 基带处理
2020/4/26
基带电信号
基带电信号
1.1 光纤传输系统的基本组成
第三阶段（1986年～），全面深入开展新技术研究，实现 了1.55 μm单模光纤通信系统（SDH） ，速率达2.5~10Gb/s, 无中继距离为100～150km；2019年后，研发波分复用光纤 2020/4/通26 信系统，每波长传输速率10或40G及光波网络。
1.9 光纤通信的特点与应用
传输容量很大：2.5G～10G/波长；每光纤采用波分复用
1.4 光纤传输特性
传输损耗：由材料吸收和杂质散射等因素引起有 三个低损耗窗口：（1）0.85μm附近，损耗2~4dB/km;（2）
1.31 μm附近，损耗约0.5dB/km;（3）1.55 μm附近，损耗约0.2dB/km。
色散（Dispersion）：一般包括材料色散、模式色 散、波导色散等，引起接收的信号脉冲展宽，从 而限制了信息传输速率。
-光纤通信系统课件 (一)
-光纤通信系统课件 (一)本文针对光纤通信系统课件进行详细介绍。
文章共分为三部分，第一部分简介光纤通信系统的概念和发展历程；第二部分详细介绍光纤通信系统的原理、构成和基本参数；第三部分讨论光纤通信系统的应用和未来发展趋势。
一、光纤通信系统概述光纤通信系统是一种以光纤传送数据信号的通信系统，其核心部分是利用光纤来传递数据信号。
与传统的电缆通信系统相比，光纤通信系统具有带宽大、传输距离远、受电磁干扰小等优点。
光纤通信系统的发展历程可以追溯到20世纪60年代。
1966年，美国斯坦福大学研究人员利用光纤进行了第一次实验，发现光纤具有很好的传输性能。
1980年代初期，随着半导体激光器的发展，光纤通信系统得到了进一步发展。
二、光纤通信系统原理、构成和基本参数1、光纤通信系统原理光纤通信系统利用光纤的波导特性将信号进行扩散、传递、集中和分配。
光纤通信系统的核心设备是光纤传输器和光接收器，其中光纤传输器将电信号转换为光信号进行传输，光接收器将光信号转换为电信号进行解码。
2、光纤通信系统构成光纤通信系统由三个基本部分组成：发射系统、传输介质和接收系统。
其中，发射系统包括发射器、波分复用器、波长分复用器等设备，用来将电信号转换成光信号并进行分布式放大增益。
传输介质就是光纤，光纤的质量决定着整个光纤通信系统的质量和稳定性。
接收系统包括光接收器、放大器、解码器等设备，用于将接收到的光信号恢复成电信号并传输到目的地。
3、光纤通信基本参数（1）带宽光纤通信系统的带宽最重要的参数，决定了系统最大的传输速率。
光纤通信的带宽一般表示为光纤的带宽长度乘以光纤的折射率。
（2）传输距离光纤通信系统的传输距离主要受到传输器件和光纤本身的损耗影响。
光纤通信系统的传输距离一般取决于传输功率和传输距离之间的比值。
（3）波长波长是指信号波长的长短，通信中常用的波长有850nm、1300nm和1550nm。
其中，1550nm的光波长是光纤通信最常用的波长，也是光纤通信系统的主流波长。
光纤通信原理ppt课件教学教程
第三代通信网为全光通信网。1990年后，随着光纤与光波电子技 术的发展，新颖光纤与半导体功能光器件相继问世，掀起了发展 全光通信网的潮流。这种通信网中，不仅用光波系统传输信号， 交换、复用、控制与路由选择等亦全部在光域完成，由此构建真 正的光波通信网。
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
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
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。
光纤通信原理及基础知识ppt课件
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
光纤的基本结构和分类
光纤的结构及组成
纤芯 (SiO2+Ge+F) (掺锗二氧化硅) 8.6-9.5 µm
纤芯
(掺锗二氧化硅) 50 µm / 62.5 µm / 100 µm 纤芯 (聚甲基丙烯酸甲酯 ) 980 µm
衰减单 模光纤 G655光纤：在1550nm窗口给定波长区间内色散不为零的色 散位移单模 光纤， 称为非零色散位移光纤 G655A ：单信道光纤(1995)
G655B、 G655C ：DWDM光纤(2000.10,2003.1) G656光纤：使用于DWDM 系统S+C+L波带的非零色散位移光纤 (2003.10提出，2004.4争取会议同意)
1 2
媒质1
折射率n1
1
媒质1 折射率n1
媒质2 折射率n2
2
媒质2 折射率n2
1=2
n1· Sin1=n2· Sin2
光纤通信的基本原理
光的全反射定律
折射率 n＝光在真空中的传播速度/光在该媒质中的传播速度
媒质 折射率 真空 空气 水 多模光纤 单模光纤
玻璃
钻石
1.0
1.0003 1.33
光纤的基本结构和分类
单模光纤的特性
单模光纤特性
G.652光纤 G.653光纤 G.654光纤 最成熟的单模光纤，但未把最小的衰 减与最小的色散有效的结合在一起。 过渡性的单模光纤，把零色散点移到 了衰减最小的波长。
过渡性的单模光纤，通过对光纤的截 止波长进行位移而获得极低的衰减。
一种新型的单模光纤，把最小的衰减 与小的色散结合在一起。
《光纤通信概述》PPT课件 (2)
2021/7/9
20
§1-3 光纤通信系统的基本组成与应用
一、光纤通信系统的基本组成 光纤通信，就是利用光纤来传输携带信息的光
波以达到通信的目的。其基本组成如下：
光放大器
2021/7/9
21
§1-3 光纤通信系统的基本组成与应用
1. 信道（光纤线路） 完成光信号（携带信息）的传输，由光纤/光缆、
5. 光孤子通信；
6. 光纤放大器；
7. 全光通信（两个含义）。
2021/7/9
29
§1-4 光纤通信的新发展
2021年，单根光纤每秒106或101兆兆位（美国和日 本），每秒钟传输时长三个月的高清电视视频，165公 里，380个激光器发送光脉冲。
单路速率不断提升， 已达到10、20、40Gb/s
2021/7/9
32
思考题
➢光纤通信最早在哪一年、由谁提出? ➢光纤通信的里程碑事件有哪些？ ➢光纤通信有哪些优点? ➢光纤的通信的发展阶段？ ➢光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分作用。
2021/7/9
33
光纤接头、光纤连接器组成，其中光纤具有两个重 要的特性参数：损耗和色散。
0.85µm的约2dB/km，1.31µm的约0.5dB/km， 1.55µm的约0.2dB/km。 2. 光发射机
功能：完成电信号→光信号的转换，并把光信 号流耦合进光纤进行传输；由光源、驱动电路以及 其他辅助电路组成。核心部件：LED或LD光源。 通过电信号对光源的调制实现电光转换。
1. optisys/optisystem：光通讯系统、放大器仿真软 件包；
2. Fiber-CAD；
3. Attolight：光纤光栅设计软件；
4. Optigrating：光纤、波导光栅仿真设计软件；
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➢ 光纤通信（第三版）, [美]Gerd Keiser著，李玉 权、崔敏、蒲涛等译，电子工业出版社，2002年 7月；高等教育出版社(影印版) ，2002年9月
➢ Fiber-Optic Communication Systems(3rd Edition), GOVIND P. AGRAWAL,清华大学出版 社(影印版), 2004年7月
P2O5-SiO2纤芯
SiO2包层
SiO2纤芯
B2O3-SiO2包层来自GeO2-B2O3-SiO2纤芯 B2O3-SiO2包层
25
光纤预制棒的制造工艺（1）
➢ 管内化学气相沉积法 ➢ 改进的化学气相沉积法(MCVD)
Modified chemical-vapor deposition ➢ 等离子体激活化学气相沉积法(PCVD)
制造光纤流程：
制作 光 纤 拉丝 预制棒
涂覆 套塑
成缆
20
1.光纤预制棒的制造
➢ 预制棒（preform）:拉制光纤的原始棒 体材料,具有与光纤相似结构和折射率分 布。 ➢ 预制棒制造的关键：
（1）如何制作出光纤材料 （2）如何控制光纤纤芯、包层的折射率
21
制作石英光纤材料的反应
以SiCl4、GeCl4、CF2Cl2等物质为原材料高温 (1400-1600ºC)下与氧气反应： ➢ SiCl4+O2SiO2+2Cl2 ➢ GeCl4+O2GeO2+2Cl2 ➢ 2CF2Cl2+4SiCl4+2O2SiF4+2Cl2+2CO2
FSO: Free Space Optical Communication
用激光作为载体传输数据，提供无线高速点对点或 点对多点通信的一种方式，其传播介质不是光纤而是空 气，因此FSO也称之为“虚拟光纤”通信。FSO系统可 传输数据、视频、语音等的信息，具有抗干扰能力强、 极高的带宽、安装简便快捷、安全及成本低的特点。它 同光纤通信一样可以构建高质量的通信系统，可广泛应 用于军事保密通信、城域网路由保护和接入、基站连接 等。
光纤通信
Fiber-Optic Communication Technology
2010/2011学年第一学期 王烨
1
课程特点：涉及光学、半导体及通信等
学科内容，面广。
要求：掌握光纤通信系统所涉及的各种器
件、技术的功能及作用；掌握重要 器件、技术的原理。
2
参考书目
➢ 光纤通信工程(修订版)，赵梓森著， 人民邮电出 版社
Plasma-activated chemical-vapor deposition
26
光纤预制棒的制造工艺（2）
➢ 管外化学气相沉积法
➢ 气相轴向沉积法(VAD) Vapor-axial deposition (VAD)
➢ 棒外气相沉积法 Outside vapor-phase oxidation (OVPO) Outside vapor-phase deposition (OVD)
近代光通信的发展就是上述两个方面的制约因素 的解决过程：
1960年，美国人梅曼发明红宝石激光器，获得高 强的、频率和相位都稳定（即相干的）光---激光。引 起了新一轮的光通信研究热潮---激光大气通信。
但是，仍然由于自然气象条件的影响而没有进展。
11
光
话
机
原
L
理
图
M A
弧光灯 送话器
B N
12
自由空间光通信(无线光通信)
22
光纤折射率的控制
➢ 通过掺杂实现光纤折射率增加或减小 （纤芯掺杂折射率稍高的Ge、P等元素；包
层掺杂折射率稍低的F、B元素等）
➢ 通过载运气体（氧气、氩气）流速控制掺 杂量的多少，从而控制折射率变化的大小
23
SiO2折射率随掺杂浓度的变化
24
光纤的组成
如：
GeO2-SiO2纤芯
SiO2包层
27
MCVD工艺流程
MCVD法制备光纤预制棒的工艺流程示意图
28
VAD
VAD法制备光纤预制棒的工艺流程示意图
29
PCVD MACHINE 30
PCVD MACHINE
31
2. 光纤的拉制工艺
32
拉丝塔
33
3. 光纤的涂覆和套塑
➢ 从预制棒拉出的光纤还不能直接使用，是 脆性断裂材料，达不到实际使用的强度要 求，抗拉和抗弯能力都较差。
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
电磁波谱图 6
通信系统框图
发送机
载波：射频波 微波 毫米波 光波
信道
接收机
信道： 金属导线 同轴电缆 金属波导 大气、光纤
？ 光通信和光纤通信
7
8
9
10
13
14
15
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
16
一、光纤简介
17
光纤结构
18
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）
19
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。
➢ 由于制造工艺的不完善，光纤强度将进一 步下降。
➢ 为保护光纤表面，提高抗拉强度和抗弯曲 强度，还要对光纤进行涂覆和套塑处理。
34
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。
近代光通信：1880年Bell发明光电话，传输距离 213m，但是并不实用，因为存在两个方面的制约：
一)信道：Bell的光电话利用大气作为传输介质， 损耗非常大，同时自然界气象条件变化万千，对光信 号的干扰很大。
二)光源： Bell的光电话利用自然光作为载波，这 种光的频率和相位杂乱无章，不能用于大容量的通信。
3
第一章 概述
？什么是光纤通信
（传输煤质、载波）
4
5
f (Hz) 100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024
无线电 微波 红外
X 射线
γ 射线
可见光 紫外线
f (Hz) 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 10 9 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016
➢ Fiber-Optic Communication Systems(3rd Edition), GOVIND P. AGRAWAL,清华大学出版 社(影印版), 2004年7月
P2O5-SiO2纤芯
SiO2包层
SiO2纤芯
B2O3-SiO2包层来自GeO2-B2O3-SiO2纤芯 B2O3-SiO2包层
25
光纤预制棒的制造工艺（1）
➢ 管内化学气相沉积法 ➢ 改进的化学气相沉积法(MCVD)
Modified chemical-vapor deposition ➢ 等离子体激活化学气相沉积法(PCVD)
制造光纤流程：
制作 光 纤 拉丝 预制棒
涂覆 套塑
成缆
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1.光纤预制棒的制造
➢ 预制棒（preform）:拉制光纤的原始棒 体材料,具有与光纤相似结构和折射率分 布。 ➢ 预制棒制造的关键：
（1）如何制作出光纤材料 （2）如何控制光纤纤芯、包层的折射率
21
制作石英光纤材料的反应
以SiCl4、GeCl4、CF2Cl2等物质为原材料高温 (1400-1600ºC)下与氧气反应： ➢ SiCl4+O2SiO2+2Cl2 ➢ GeCl4+O2GeO2+2Cl2 ➢ 2CF2Cl2+4SiCl4+2O2SiF4+2Cl2+2CO2
FSO: Free Space Optical Communication
用激光作为载体传输数据，提供无线高速点对点或 点对多点通信的一种方式，其传播介质不是光纤而是空 气，因此FSO也称之为“虚拟光纤”通信。FSO系统可 传输数据、视频、语音等的信息，具有抗干扰能力强、 极高的带宽、安装简便快捷、安全及成本低的特点。它 同光纤通信一样可以构建高质量的通信系统，可广泛应 用于军事保密通信、城域网路由保护和接入、基站连接 等。
光纤通信
Fiber-Optic Communication Technology
2010/2011学年第一学期 王烨
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课程特点：涉及光学、半导体及通信等
学科内容，面广。
要求：掌握光纤通信系统所涉及的各种器
件、技术的功能及作用；掌握重要 器件、技术的原理。
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参考书目
➢ 光纤通信工程(修订版)，赵梓森著， 人民邮电出 版社
Plasma-activated chemical-vapor deposition
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光纤预制棒的制造工艺（2）
➢ 管外化学气相沉积法
➢ 气相轴向沉积法(VAD) Vapor-axial deposition (VAD)
➢ 棒外气相沉积法 Outside vapor-phase oxidation (OVPO) Outside vapor-phase deposition (OVD)
近代光通信的发展就是上述两个方面的制约因素 的解决过程：
1960年，美国人梅曼发明红宝石激光器，获得高 强的、频率和相位都稳定（即相干的）光---激光。引 起了新一轮的光通信研究热潮---激光大气通信。
但是，仍然由于自然气象条件的影响而没有进展。
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光
话
机
原
L
理
图
M A
弧光灯 送话器
B N
12
自由空间光通信(无线光通信)
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光纤折射率的控制
➢ 通过掺杂实现光纤折射率增加或减小 （纤芯掺杂折射率稍高的Ge、P等元素；包
层掺杂折射率稍低的F、B元素等）
➢ 通过载运气体（氧气、氩气）流速控制掺 杂量的多少，从而控制折射率变化的大小
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SiO2折射率随掺杂浓度的变化
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光纤的组成
如：
GeO2-SiO2纤芯
SiO2包层
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MCVD工艺流程
MCVD法制备光纤预制棒的工艺流程示意图
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VAD
VAD法制备光纤预制棒的工艺流程示意图
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PCVD MACHINE 30
PCVD MACHINE
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2. 光纤的拉制工艺
32
拉丝塔
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3. 光纤的涂覆和套塑
➢ 从预制棒拉出的光纤还不能直接使用，是 脆性断裂材料，达不到实际使用的强度要 求，抗拉和抗弯能力都较差。
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
电磁波谱图 6
通信系统框图
发送机
载波：射频波 微波 毫米波 光波
信道
接收机
信道： 金属导线 同轴电缆 金属波导 大气、光纤
？ 光通信和光纤通信
7
8
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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
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一、光纤简介
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光纤结构
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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）
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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。
➢ 由于制造工艺的不完善，光纤强度将进一 步下降。
➢ 为保护光纤表面，提高抗拉强度和抗弯曲 强度，还要对光纤进行涂覆和套塑处理。
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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。
近代光通信：1880年Bell发明光电话，传输距离 213m，但是并不实用，因为存在两个方面的制约：
一)信道：Bell的光电话利用大气作为传输介质， 损耗非常大，同时自然界气象条件变化万千，对光信 号的干扰很大。
二)光源： Bell的光电话利用自然光作为载波，这 种光的频率和相位杂乱无章，不能用于大容量的通信。
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第一章 概述
？什么是光纤通信
（传输煤质、载波）
4
5
f (Hz) 100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024
无线电 微波 红外
X 射线
γ 射线
可见光 紫外线
f (Hz) 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 10 9 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016