光纤传输技术ppt课件
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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。
第四章 光波导(光纤)传输理论PPT课件
概况一
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01
概况二
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02
概况三
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03
2
光波 ？是高频率的电磁波，其频率 为1014HZ量级，波长为微米量级。 光纤 ？是工作在光频的一种介质波 导，它引导光沿着与轴线平行的方 向传输。 电磁波的频谱图
3
图4.1 电磁波谱图4
可得光纤中导波特征方程：
[n12 1J'm(U)1K'm(W)][1J'm(U)1K'm(W)] n22UJm(U) WKm(W) UJm(U) WKm(W)
m2(11)(n12 11) U2 W2 n22U2 W2
(4.15) 35
对于弱导波光纤n2≈n1 ，则特征方程可简化为：
U 1J J'm m ((U U ))W 1K K 'm m ((W W )) m (U 1 2W 12) (4.16)
25
贝塞尔函数曲线 第二类修正贝塞尔函数曲26 线
2. U、W、V和β作用
（在光纤中引入的几个重要参数）
U叫导波径向（r向）归一化相位常数，它描述 了导波电场和磁场在纤芯横截面上的分布； W叫导波径向（r向）归一化衰减常数，它描述 了导波电场和磁场在包层横截面上的分布； V叫归一化频率，它是表示光波频率大小的无量 纲的量； β为导波沿光纤轴向传输时的相位常数。
(4.4) 24
在纤芯中应为振荡解，故其解取贝塞尔函数；在 包层中应是衰减解，故其解取第二类修正的贝塞 尔函数解。于是R(r)可写为：
R(r)Jm[n21k202]1/2r
R (r)K m [ 2n22k20]1/2r
ra
现代通信技术光纤通信技术 ppt课件
▪ 光纤色散的表示法：
• 光纤的色散系数D(λ) ——定义为单位光谱线宽光源在单位
长度光纤上所引起的时延差
D pk s m nm
• 最大时延差Δτ(群时延差）——描述光纤中速度最快和最慢
的光波成分的时延之差。时延差越大，色散就越严重。
• 光纤带宽——用光纤的频率特性来描述光纤的色散。
ppt课件
• 衡量光纤损耗特性的参数为衰减系数（损耗系数）α，定义为单位 长度光纤引起的光功率衰减
10lgPi dBk m
L Po
α(λ)为在波长λ处的衰减系数；Pi为输人光纤的光功率；Po为光纤输出的 光功率；L为光纤的长度
• 光纤的损耗特性是光纤的一个很重要的传输参数，它对于评价光纤 质量和确定光纤通信系统的中继距离有着决定性的作用。
n0
1
nrn012ar g
2
n2
r 0 r a r a
g是折射率分布指数;a是纤芯 半径；r是纤芯中任意一点到轴 心的距离。
g GI F SIF
使群时延差减至最小的最佳 折射率分布指数g为2左右
ppt课件
8
10lgPi dBk m
L Po
9.2.3 光纤的传输特性
光纤的损耗特性
• 光波在光纤中传输时，随着传输距离的增加，光功率会不断下降。 光纤对光波产生的衰减作用称为光纤的损耗。
▪ 瑞利(Relay)散射——由纤芯材料的微小颗粒或气孔等分子级的结构不均 匀引起的，瑞利散射系数与波长的四次方(λ4)成反比。
▪ 非线性散射：受激Raman散射；受激Brillouin散射。
• 其它损耗：
▪ 弯曲损耗：微弯损耗；宏弯损耗
▪ 连接损耗
▪ 耦合损耗
ppt课件
• 光纤的色散系数D(λ) ——定义为单位光谱线宽光源在单位
长度光纤上所引起的时延差
D pk s m nm
• 最大时延差Δτ(群时延差）——描述光纤中速度最快和最慢
的光波成分的时延之差。时延差越大，色散就越严重。
• 光纤带宽——用光纤的频率特性来描述光纤的色散。
ppt课件
• 衡量光纤损耗特性的参数为衰减系数（损耗系数）α，定义为单位 长度光纤引起的光功率衰减
10lgPi dBk m
L Po
α(λ)为在波长λ处的衰减系数；Pi为输人光纤的光功率；Po为光纤输出的 光功率；L为光纤的长度
• 光纤的损耗特性是光纤的一个很重要的传输参数，它对于评价光纤 质量和确定光纤通信系统的中继距离有着决定性的作用。
n0
1
nrn012ar g
2
n2
r 0 r a r a
g是折射率分布指数;a是纤芯 半径；r是纤芯中任意一点到轴 心的距离。
g GI F SIF
使群时延差减至最小的最佳 折射率分布指数g为2左右
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8
10lgPi dBk m
L Po
9.2.3 光纤的传输特性
光纤的损耗特性
• 光波在光纤中传输时，随着传输距离的增加，光功率会不断下降。 光纤对光波产生的衰减作用称为光纤的损耗。
▪ 瑞利(Relay)散射——由纤芯材料的微小颗粒或气孔等分子级的结构不均 匀引起的，瑞利散射系数与波长的四次方(λ4)成反比。
▪ 非线性散射：受激Raman散射；受激Brillouin散射。
• 其它损耗：
▪ 弯曲损耗：微弯损耗；宏弯损耗
▪ 连接损耗
▪ 耦合损耗
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光纤通信技术ppt课件
12
3．按光纤构成的原材料分类
（1）石英系光纤
石英系光纤主要是由高纯度的 SiO2 并掺有适当的
. 杂质制成，如用 GeO2 SiO2 和 P2O5.SiO2
作芯子，用 B2O3.SiO2作包层。目前这种光纤损耗最低、
强度和可靠性最高、应用最广泛。
（2）多组分玻璃光纤
例如用钠玻璃掺有适当杂质制成的光纤。这种光纤 的损耗较低，但可靠性不高。
3-30MHz 100—10m
同轴电缆短波无线电
30—300MHz 同轴电缆超短波无线电 10～lm
0.3—3 GHz 波导分米波无线电 lO—l cm
3—30GHz 10—1cm
波导厘米波无线电
30一300GHz 10一lm
105—107 GHz O．3～3×10-6 cm
波导毫米波无线电 光纤激光空间传播
30
光纤的损耗特性是光纤的一个很重要的传输参数，
它对于评价光纤质量和确定光纤通信系统的中继距离
有着决定性的作用。目前光纤在 1.55μm处的损耗可以 做到0.2dB／km左右，接近光纤损耗的理论极限值。
光通信
4
9.1.2 光纤通信系统基本结构与特点
光纤通信是以光波为载频、以光纤（光导 纤维）为传输媒质的通信方式。
光纤通信系统的基本组成如图9.2所示， 它包括了电收发端机、光收发端机、光纤光缆 线路、中继器等。
LD/LED
PIN/APD
图9.2 光纤通信系统组成
5
光纤通信系统由于采用了光纤传输信号 实现通信，因此，和其他通信系统相比，具 有一系列独特的优点： （1）频带宽，通信容量大 （2）传输损耗低，无中继距离长 （3）抗电磁干扰 （4）光纤通信串话小，保密性强，使用安全 （5）体积小，重量轻，便于敷设 （6）材料资源丰富
3．按光纤构成的原材料分类
（1）石英系光纤
石英系光纤主要是由高纯度的 SiO2 并掺有适当的
. 杂质制成，如用 GeO2 SiO2 和 P2O5.SiO2
作芯子，用 B2O3.SiO2作包层。目前这种光纤损耗最低、
强度和可靠性最高、应用最广泛。
（2）多组分玻璃光纤
例如用钠玻璃掺有适当杂质制成的光纤。这种光纤 的损耗较低，但可靠性不高。
3-30MHz 100—10m
同轴电缆短波无线电
30—300MHz 同轴电缆超短波无线电 10～lm
0.3—3 GHz 波导分米波无线电 lO—l cm
3—30GHz 10—1cm
波导厘米波无线电
30一300GHz 10一lm
105—107 GHz O．3～3×10-6 cm
波导毫米波无线电 光纤激光空间传播
30
光纤的损耗特性是光纤的一个很重要的传输参数，
它对于评价光纤质量和确定光纤通信系统的中继距离
有着决定性的作用。目前光纤在 1.55μm处的损耗可以 做到0.2dB／km左右，接近光纤损耗的理论极限值。
光通信
4
9.1.2 光纤通信系统基本结构与特点
光纤通信是以光波为载频、以光纤（光导 纤维）为传输媒质的通信方式。
光纤通信系统的基本组成如图9.2所示， 它包括了电收发端机、光收发端机、光纤光缆 线路、中继器等。
LD/LED
PIN/APD
图9.2 光纤通信系统组成
5
光纤通信系统由于采用了光纤传输信号 实现通信，因此，和其他通信系统相比，具 有一系列独特的优点： （1）频带宽，通信容量大 （2）传输损耗低，无中继距离长 （3）抗电磁干扰 （4）光纤通信串话小，保密性强，使用安全 （5）体积小，重量轻，便于敷设 （6）材料资源丰富
《光纤技术及应用》课件
光纤传感的主要 技术难点和解决 方案
探讨光纤传感技术 面临的挑战和解决 方案。
光纤传感的未来 发展方向
展望光纤传感技术 的未来发展方向。
第四部分：光纤仪表及其他应用领域
光纤仪表的基本原理和分类
详细介绍光纤仪表的基本原理和常见分类。
光纤仪表的应用领域
探讨光纤仪表在各个行业中的广泛应用。
光纤仪表的优势和不足
解释光纤的组成结构和 材料特性。
4 光纤的基本工作原理
详细讲解光纤传输光信号的工作原理。
5 光纤技术的优势和应用场景
探讨光纤技术相对于其他传输媒介的优势 和广泛应用领域。
第二部分：光纤通信
1
光纤通信系统相关术语
2
介绍与光纤通信相关的术语和概念。
3
光纤通信的网络拓扑结构
4
解释光纤通信的网络拓扑结构及其特
《光纤技术及应用》PPT 课件
本课件将介绍光纤技术及其应用。涵盖光纤技术基础、光纤通信、光纤传感 技术、光纤仪表及其他应用领域等内容，帮助您了解光纤技术的发展和应用 场景。
第一部分：光纤技术基础
1 什么是光纤技术
介绍光纤技术的定义和 基本概念。
2 光纤技术的发展历程 3 光纤的主要构成
回顾光纤技术从诞生到 现在的发展历程。
点。
5
光纤通信系统概述
概述光纤通信系统的组成和基本原理。
光纤通信的传输方式和速度
探讨光纤通信的传输方式及其速度性 能。
光纤通信的故障排除和维护
介绍光纤通信故障排除和维护的基本 方法与注意事项。
第三部分：光纤传感技术
光纤传感原理及 分类
解析光纤传感的基 本工作原理和常见 分类。
光纤传感应用场 景
《光传输系统》PPT课件
单模光纤〔A级〕 / ≤0.35dB/km ≤0.25dB/km 多模光纤 3~3.5dB/km 0.6~2.0dB/km /
光纤知识
光 缆：由假设干根光纤组成，加有护套及外护层和加 强构件，具有较强的机械性能和防护性能。种类有室外 光缆、室内光缆、软光缆、设备内光缆、海底光缆、特 种光缆等。
尾 纤：一端带有光纤连接器的单芯光缆。
高速 电信号
光发送 单元
光发送/接收单元 光纤光缆
光信号
光信号
光接收 单元
高速 电信号
低速 电信号
解复用
低速 电信号
高速 电信号
解复用
光接收 单元
光信号 光信号
光发送 单元
高速 电信号
低速 电信号 复用
光纤知识
光功率：衡量光信号的大小，可用光功率计直接测试，常用 dBm表示。 光端机：主要由光发送机和光接收机组成，功能是将要传送 的电信号及时、准确的变成光信号并输入进光纤中进展传播 〔光发送机〕；在接收端再把光信号及时、准确的恢复再现 成原来的电信号〔光接收机〕。由于通信是双向的，所以光 端机同时完成电/光〔E/O〕和光/电〔O/E〕转换。
光纤知识
光法兰头：光法兰头又称光纤连接器。实现两根光纤连接的器 件，目前公司采用的有FC型和SC型两种活动连接器，既可以连 接也可以别离。 光 纤：传输光信号的光导纤维，分多模光纤、单模光纤两大 类。光纤材料是玻璃芯/玻璃层，多模光纤的标准工作波长为 850/1310nm，单模光纤的标准工作波长为1310/1550nm， 衰减 常数为：工作波长 850nm 1310nm 1550nm
OBSAI组织成员(排名顺序不分先后)：
Nokia ZTE Hyundai
LGE Samsung
光纤知识
光 缆：由假设干根光纤组成，加有护套及外护层和加 强构件，具有较强的机械性能和防护性能。种类有室外 光缆、室内光缆、软光缆、设备内光缆、海底光缆、特 种光缆等。
尾 纤：一端带有光纤连接器的单芯光缆。
高速 电信号
光发送 单元
光发送/接收单元 光纤光缆
光信号
光信号
光接收 单元
高速 电信号
低速 电信号
解复用
低速 电信号
高速 电信号
解复用
光接收 单元
光信号 光信号
光发送 单元
高速 电信号
低速 电信号 复用
光纤知识
光功率：衡量光信号的大小，可用光功率计直接测试，常用 dBm表示。 光端机：主要由光发送机和光接收机组成，功能是将要传送 的电信号及时、准确的变成光信号并输入进光纤中进展传播 〔光发送机〕；在接收端再把光信号及时、准确的恢复再现 成原来的电信号〔光接收机〕。由于通信是双向的，所以光 端机同时完成电/光〔E/O〕和光/电〔O/E〕转换。
光纤知识
光法兰头：光法兰头又称光纤连接器。实现两根光纤连接的器 件，目前公司采用的有FC型和SC型两种活动连接器，既可以连 接也可以别离。 光 纤：传输光信号的光导纤维，分多模光纤、单模光纤两大 类。光纤材料是玻璃芯/玻璃层，多模光纤的标准工作波长为 850/1310nm，单模光纤的标准工作波长为1310/1550nm， 衰减 常数为：工作波长 850nm 1310nm 1550nm
OBSAI组织成员(排名顺序不分先后)：
Nokia ZTE Hyundai
LGE Samsung
图像光纤传输系统PPT课件
模 拟 信 号 源
信 号 处 理
光
光
发 光纤
接
送
收
器
器
件
件
信 号 处 理
测 试 端 口
摄像头采集的图像信号
图1 模拟信号光纤传输系统框图
实验的大致过程： 图像采集
传输
图像显示
怎样验证图像采集正确？ 将摄像头与电视直接相连调节直至有清晰的图像输出
6
2、熟悉实验箱
7
实验步骤
1）连线 连线顺序：从输入到输出 1、连接导线：摄像头视频输出端（黄色接口）与T95(视频输入)连接； 2、装上850nm光发端机和光收端机，并用ST-ST光纤跳线连接； 3、 T104(视频输出) 与电视机的视频输入端连接，组成850nm光纤传输系统。 2）设置拨码开关 将开关BM1、BM2拨到850nm ，K43和K30分别拨到 “模拟”和“通信”。 3）打开交流电源 打开交流电源开关，电源指示二极管D4，D5，D6，D7，D8亮。 4）观测实验结果 适当调节，观测实验结果，对出现的实验结果进行分析；若出现故障逐级及时排查。 图像若不清晰，此时调节电位器W9模拟驱动调节和W45幅值调节，直到图像清晰 为止。 5）关闭电源 依次关闭各直流电源、交流电源，拆除导线，拆除各光学器件，将实验箱还原。
8
注意：
光发射机（TX）和接收机(RX)不要接反 开关及调节旋钮调节正确
思考
本实验还可以怎么连接？ 多模光纤与单模光纤怎么辨别？ 各种光纤连接器的区别？
9
光纤连接器的种类 FC、 SC、 ST较常见。
FC：金属套，紧固方式为螺丝扣。 SC：高强度工程塑料压制而成，矩形的插拔式连接结构。 ST:卡口锁紧结构。
4
光通信技术PPT课件
光通信在中国的发展
光通信在中国的发展
光纤网络的分类
SST终ST终MSTM终端ST端MS-终T1-终端MST1终6M-端ST6M1终端S-T6端M1S-终T1-终6端MST1终6M-端ST6M1终端S-T6端M1S-终T1-终6端MST1终6M-端ST6M1终端-T6端M1-终1-6端M16-端61-616光光中(光3中(光R继3中(光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器R)继3中(器R)继3器R)继器)器光光中(光3中(光R继3中(光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器R)继3中(器R)继3器R)继器)器
光光中(光3中R继中)继器继器器 (光3(光R3中(光R)3中(光R)继3中(光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中器R)继中器)继器继器器 (光3(R3中R) )继器 (3R)
SST终ST终MSTM终S端TSM端终-T终1-SM端T终1M6-S端TM6终1S端-TSM端6终1-T终1-SM端6T终1M6-S端TM6终1S端-TSM端6终1-T终1-SM端6T终1M6-S端TM6终1端-TM端6终1-1-M端616-端61-616
G.655
20 10
G.653
0 -10 -20
1300
1400
波长(nm)
1500
1600
1700
光传输第10章 光纤通信新技术(OTN介绍)PPT课件
• OTN借鉴SDH的开销思想，引入丰富的开销，使OTN真正具有 OAM&P能力；
• OTN定义了OCH、OMSn、OTSn三个光层概念，其中OCH通过数字 域的三个子层OPUk、ODUk、OTUk来实现；
• OTN定义了网络接口（域内、域间）； • OTN引入了带外FEC，增强了线路的容差性；
OTN层次结构及接口
Reduced functionality OTM interface
OTN结构关联关
系 Client
OH
Client
Wrapper
Associate d overhead
OH
OPUk
OH
ODUk
OCh Payload Unit (OPUk) OCh Data Unit (ODUk) FEC OCh Transport Unit (OTUk)
12 3 4 56 78 1 23 4 56 7 81 2 34 56 7 8 12 3 4 5 67 81 23 4 5 67 8 1 23 4 5 6 7 8
O A 1
O A 1
O A 1
O A 2
O A 2
O A 2
T 1 5 4 2 5 1 0 - 0 0
• 复帧定位信号 － MFAS （1 Byte）, 256帧构成一
• 分层：OCH、OMSn、OTSn
Clients (e.g. STM-N, ATM, IP, Ethernet)
OCh substructure
• 接口：OTM-n.m、OTM-nr.m、OTM-0.m ➢ n表示最高容量时承载的波数； ➢ m表示速率，取值范围为1(OTU1)、2(OTU2)、
3(OTU3)、12(OTU1和OTU2混传)、23(OTU2和 OTU3混传)、123(OTU1、OTU2、OTU3混传)； ➢ r表示该OTM去掉了部分功能，这里表示去掉了 OSC功能；0表示单波； ➢ OTM-nr.m加上OSC信号就变成了OTM-n.m；
• OTN定义了OCH、OMSn、OTSn三个光层概念，其中OCH通过数字 域的三个子层OPUk、ODUk、OTUk来实现；
• OTN定义了网络接口（域内、域间）； • OTN引入了带外FEC，增强了线路的容差性；
OTN层次结构及接口
Reduced functionality OTM interface
OTN结构关联关
系 Client
OH
Client
Wrapper
Associate d overhead
OH
OPUk
OH
ODUk
OCh Payload Unit (OPUk) OCh Data Unit (ODUk) FEC OCh Transport Unit (OTUk)
12 3 4 56 78 1 23 4 56 7 81 2 34 56 7 8 12 3 4 5 67 81 23 4 5 67 8 1 23 4 5 6 7 8
O A 1
O A 1
O A 1
O A 2
O A 2
O A 2
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• 复帧定位信号 － MFAS （1 Byte）, 256帧构成一
• 分层：OCH、OMSn、OTSn
Clients (e.g. STM-N, ATM, IP, Ethernet)
OCh substructure
• 接口：OTM-n.m、OTM-nr.m、OTM-0.m ➢ n表示最高容量时承载的波数； ➢ m表示速率，取值范围为1(OTU1)、2(OTU2)、
3(OTU3)、12(OTU1和OTU2混传)、23(OTU2和 OTU3混传)、123(OTU1、OTU2、OTU3混传)； ➢ r表示该OTM去掉了部分功能，这里表示去掉了 OSC功能；0表示单波； ➢ OTM-nr.m加上OSC信号就变成了OTM-n.m；