光纤通信技术课件
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《光纤通信技术》课件
3 更高密度
光纤连接器和光纤组件将变得更小型化和高密度，提高光纤通信系统的灵活性。
光纤通信技术的挑战和解决方案
信号衰减
长距离传输会导致信号衰减， 引入光纤放大器和衰减补偿 器解决。
色散
不同波长的光信号在光纤中 传输速度不同，引入分波复 用和调制解调技术解决。
光纤损伤
光纤损伤会导致传输质量下 降，引入纤芯修复和保护技 术解决。
光纤通信
光纤通信技术通过光信号传输语音、图像和数 据，使信息传输更可靠和高效。
光纤通信的工作原理
全内反射
光纤内部采用全内反射原理，使光信号在光纤中传输。
光纤传输模式
光纤可以传输单模式和多模式信号，以适应不同的通信需求。
光纤连接和接收
光纤连接器和光接收器是实现光纤通信的关键组成部分。
光纤通信系统的组成
《光纤通信技术》课件
欢迎来到《光纤通信技术》课件！通过本课程，我们将探索光纤通信技术的 发展、应用和挑战，了解这Байду номын сангаас革命性技术的工作原理和优势。
光纤通信技术概述
光纤传输
光纤通过内部的光信号传输数据，提供更高的 带宽和更快的传输速度。
光纤网络
光纤网络可以覆盖较长的距离，并支持大量的 数据传输，是现代通信的基础设施。
总结和展望
光纤通信技术的发展给我们带来了前所未有的通信体验和行业变革。我们期 待光纤通信在未来继续推动信息社会的发展。
2
低延迟
光信号在光纤中传播速度快，减少了通信的延迟。
3
抗干扰
光纤对电磁干扰和噪声具有很强的抵抗能力。
光纤通信广泛应用于电信、互联网、医疗、军事等领域，推动了信息社会的发展。
光纤通信的发展趋势
光纤连接器和光纤组件将变得更小型化和高密度，提高光纤通信系统的灵活性。
光纤通信技术的挑战和解决方案
信号衰减
长距离传输会导致信号衰减， 引入光纤放大器和衰减补偿 器解决。
色散
不同波长的光信号在光纤中 传输速度不同，引入分波复 用和调制解调技术解决。
光纤损伤
光纤损伤会导致传输质量下 降，引入纤芯修复和保护技 术解决。
光纤通信
光纤通信技术通过光信号传输语音、图像和数 据，使信息传输更可靠和高效。
光纤通信的工作原理
全内反射
光纤内部采用全内反射原理，使光信号在光纤中传输。
光纤传输模式
光纤可以传输单模式和多模式信号，以适应不同的通信需求。
光纤连接和接收
光纤连接器和光接收器是实现光纤通信的关键组成部分。
光纤通信系统的组成
《光纤通信技术》课件
欢迎来到《光纤通信技术》课件！通过本课程，我们将探索光纤通信技术的 发展、应用和挑战，了解这Байду номын сангаас革命性技术的工作原理和优势。
光纤通信技术概述
光纤传输
光纤通过内部的光信号传输数据，提供更高的 带宽和更快的传输速度。
光纤网络
光纤网络可以覆盖较长的距离，并支持大量的 数据传输，是现代通信的基础设施。
总结和展望
光纤通信技术的发展给我们带来了前所未有的通信体验和行业变革。我们期 待光纤通信在未来继续推动信息社会的发展。
2
低延迟
光信号在光纤中传播速度快，减少了通信的延迟。
3
抗干扰
光纤对电磁干扰和噪声具有很强的抵抗能力。
光纤通信广泛应用于电信、互联网、医疗、军事等领域，推动了信息社会的发展。
光纤通信的发展趋势
现代通信技术课件第9章光纤通信技术
多样化的需求。
光纤通信在城域网和接入网中的 应用，有助于提升城市信息化水
平和公共服务能力。
电力通信网
电力通信网是光纤通信的重要应用场 景之一，主要用于保障电力系统的安 全稳定运行。
光纤通信在电力通信网中的应用，有 助于提升电力系统的智能化水平和安 全防护能力。
电力通信网采用光纤传输技术，能够 提供高带宽、低时延、高可靠性的通 信服务，满足电力系统对实时监控和 数据传输的需求。
THANK YOU
感谢观看
光缆和光耦合器
光缆
传输光信号的介质，由多根光纤组成 。
光耦合器
将多路光信号合成为一路或从一路光 信号中分离出多路光信号。
03
光纤通信的关键技术
波分复用技术
总结词
提高光纤通信容量
详细描述
波分复用技术是一种将多个不同波长的光信号复合到同一根 光纤中传输的技术。通过将多个信号调制在不同波长上，可 以实现多路复用，大幅提高光纤的通信容量。
超高速光纤通信系统
要点一
总结词
随着技术的不断进步，超高速光纤通信系统正在成为现实 ，能够提供更高的数据传输速度和更大的带宽。
要点二
详细描述
超高速光纤通信系统通过采用先进的调制解调技术、光放 大技术和复用技术，实现了数据传输速度的大幅提升。这 将为高清视频、大数据和云计算等应用提供更好的支持。
光子计算机和光子路由器
总结词
光子计算机和光子路由器是光纤通信技术的 重要发展方向，它们利用光子代替电子进行 信息处理和路由，具有高速、低功耗和低延 迟等优势。
详细描述
光子计算机利用光子代替电子进行信息处理 ，能够实现更快的运算速度和更低的功耗。 而光子路由器则利用光子进行路由选择，能 够实现更低延迟和更高的路由效率。这些技 术的发展将为未来的云计算、物联网和人工
光纤通信在城域网和接入网中的 应用，有助于提升城市信息化水
平和公共服务能力。
电力通信网
电力通信网是光纤通信的重要应用场 景之一，主要用于保障电力系统的安 全稳定运行。
光纤通信在电力通信网中的应用，有 助于提升电力系统的智能化水平和安 全防护能力。
电力通信网采用光纤传输技术，能够 提供高带宽、低时延、高可靠性的通 信服务，满足电力系统对实时监控和 数据传输的需求。
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光缆和光耦合器
光缆
传输光信号的介质，由多根光纤组成 。
光耦合器
将多路光信号合成为一路或从一路光 信号中分离出多路光信号。
03
光纤通信的关键技术
波分复用技术
总结词
提高光纤通信容量
详细描述
波分复用技术是一种将多个不同波长的光信号复合到同一根 光纤中传输的技术。通过将多个信号调制在不同波长上，可 以实现多路复用，大幅提高光纤的通信容量。
超高速光纤通信系统
要点一
总结词
随着技术的不断进步，超高速光纤通信系统正在成为现实 ，能够提供更高的数据传输速度和更大的带宽。
要点二
详细描述
超高速光纤通信系统通过采用先进的调制解调技术、光放 大技术和复用技术，实现了数据传输速度的大幅提升。这 将为高清视频、大数据和云计算等应用提供更好的支持。
光子计算机和光子路由器
总结词
光子计算机和光子路由器是光纤通信技术的 重要发展方向，它们利用光子代替电子进行 信息处理和路由，具有高速、低功耗和低延 迟等优势。
详细描述
光子计算机利用光子代替电子进行信息处理 ，能够实现更快的运算速度和更低的功耗。 而光子路由器则利用光子进行路由选择，能 够实现更低延迟和更高的路由效率。这些技 术的发展将为未来的云计算、物联网和人工
光纤通信技术Chapter课件1
在受激散射过程中，新产生的斯托克斯光子与受激态粒子同原斯托克斯光子 与受激态粒子是同相位的。
因此，受激喇曼散射是在激励场和斯托克斯场的同时作用下产生的受激过程， 是非线性光学效应。
19
第1 章光纤的基本理论
受激喇曼散射的条件： 受激喇曼散射的阈值 受激喇曼散射的增益阈值
20
第1 章光纤的基本理论
1.6.1 受激散射效应 • 布里渊散射
在一般情况下，任何光学介质内部均存在着由大量质点统计热运动所形成的 自发的弹性力学的声波场，这种声波场可分解为无数多个单色简谐平面声波之和，每 一种单色平面声波场将引起介质密度随时间和空间的周期性变化，因此将引起对入射 光波的“衍射”效应，并且“衍射”光的频率将随声波场的速度和传播方向的不同而 产生变化，这就是普通布里渊散射的经典物理过程。
W 2 k02n22 2 a 0
k0n2
2 0
n2
传播常数与自由空间的一样，因此，LP01模式对波长没有限制，即没有截止现象。
11
第1 章光纤的基本理论
d. 单模光纤，保证LP01模式存在，阻止或截止其它高阶模式振荡，比较LP02和 LP11模式，得到只要使归一化频率V小于二阶模LP11模的归一化频率即可。
16
第1 章光纤的基本理论
喇曼散射量子理论的观点：
在拉曼散射过程中，光子与微观粒子（原子、分子、电子及声子等）发生非弹性碰
撞，结果是入射光子散射成为一个能量和方向都与入射光子不同的散射光子，同时相
应的引起了粒子由初始态向终止态的跃迁。这种跃迁包括两种过程：一种是初始处于
较低能级 上的粒Eb子，在散射后跃迁到较高的能级 (分子内能E增a 加），而散射光
Km K
m
Wr a
因此，受激喇曼散射是在激励场和斯托克斯场的同时作用下产生的受激过程， 是非线性光学效应。
19
第1 章光纤的基本理论
受激喇曼散射的条件： 受激喇曼散射的阈值 受激喇曼散射的增益阈值
20
第1 章光纤的基本理论
1.6.1 受激散射效应 • 布里渊散射
在一般情况下，任何光学介质内部均存在着由大量质点统计热运动所形成的 自发的弹性力学的声波场，这种声波场可分解为无数多个单色简谐平面声波之和，每 一种单色平面声波场将引起介质密度随时间和空间的周期性变化，因此将引起对入射 光波的“衍射”效应，并且“衍射”光的频率将随声波场的速度和传播方向的不同而 产生变化，这就是普通布里渊散射的经典物理过程。
W 2 k02n22 2 a 0
k0n2
2 0
n2
传播常数与自由空间的一样，因此，LP01模式对波长没有限制，即没有截止现象。
11
第1 章光纤的基本理论
d. 单模光纤，保证LP01模式存在，阻止或截止其它高阶模式振荡，比较LP02和 LP11模式，得到只要使归一化频率V小于二阶模LP11模的归一化频率即可。
16
第1 章光纤的基本理论
喇曼散射量子理论的观点：
在拉曼散射过程中，光子与微观粒子（原子、分子、电子及声子等）发生非弹性碰
撞，结果是入射光子散射成为一个能量和方向都与入射光子不同的散射光子，同时相
应的引起了粒子由初始态向终止态的跃迁。这种跃迁包括两种过程：一种是初始处于
较低能级 上的粒Eb子，在散射后跃迁到较高的能级 (分子内能E增a 加），而散射光
Km K
m
Wr a
现代通信技术课件第9章光纤通信技术
9.3 光发送机与光接收机
光发送机与光接收机统称为光端机。
光发送机的主要作用是将电端机送来的电信号变换为光信号，并耦合进光纤中进行传输。光发送机中的光源是整个系统的核心器件，它的性能直接关系到光纤通信系统的性能和质量指标。
光接收机的主要作用是将光纤传输后的幅度被衰减的、波形产生畸变的、微弱的光信号变换为电信号，并对电信号进行放大、整形、再生后，再生成与发送端相同的电信号，输入到电接收机。光接收机中的关键器件是半导体光检测器，它和接收机中的前置放大器合称光接收机前端。前端的性能是决定光接收机的主要因素。
光纤色散的种类 根据色散产生的原因，光纤色散的种类主要可以分为模式色散、材料色散和波导色散3种。 模式色散（模间色散）——在多模光纤中存在许多传输模式，即使在同一波长，不同模式沿光纤轴向的传输速度也不同，到达接收端所用的时间不同，产生了模式色散。 材料色散——由于光纤材料的折射率是波长λ的非线性函数，从而使光的传输速度随波长的变化而变化，由此而引起的色散。 波导色散——同一模式的相位常数β随波长λ而变化，从而引起色散。波导色散主要是由光源的光谱宽度和光纤的几何结构所引起的。 偏振模色散(PMD: Polarized Mode Dispersion) ——由沿着光纤两个不同方向偏振的同一模式的相位常数不同，从而导致这两个模式传输不同步，形成色散。
两个端面为自然解理面形成平 行反射镜，构成光学谐振腔。
有源区为光提供增益，而谐振 腔的作用是提供光学正反馈。
半导体激光器的稳态特性
发射波长：构成半导体激光器的材料决定激光器的发射波长。
温度特性：半导体激光器是对温度敏感的器件，它的输出光功率随温度而变化。
P-I特性：输出光功率P随注入电流I的变化关系。
半导体激光器(LD: Laser Diode) 基本原理 受激辐射(Stimulated Emission)是半导体激光器的基本工作原理。 在半导体材料中，原子是紧密地按一定规则排列的。由于电子的共有化运动，使能级产生了分裂，并形成了能带，如图9.9所示。 产生激光的条件：粒子数反转分布；光学谐振腔
《光纤通信技术》课件第1章
第1章 光纤通信概论
1.1 光纤通信发展历程 1.2 光纤通信的系统构成 1.3 光纤通信的特点 1.4 光纤通信新技术
1.1 光纤通信发展历程
1.1.1 光纤通信的产生与发展 1.目视光通信 人类社会发展中的远距离通信的主流是光通信，电气通信
的历史不过一百多年。从古埃及、古中国、古希腊和古罗马时 代至发明莫尔斯电报的数千年间，远距离通信主要为目视光通 信。三千多年前我国周朝就利用烽火台的火光传送敌情消息， 到了近现代，战争中用信号弹指挥作战、城市使用信号灯指挥 交通等传递信息的方式均可称为目视光通信。我们现在经常提 到的光纤通信与这些简单的视觉光通信完全不同，光纤通信是 由光通信逐步发展、演变而来的，是指以光波作载波传送信息 的通信方式。
2）光纤通信迅速发展 1974年贝尔实验室发明了制造低损耗光纤的方法，使光 纤损耗下降到1dB/km；而日本电话电报公司研制出了更低 损耗的光纤，损耗下降到0.5dB/km。美国于1976年在亚特兰 大成功地进行了码速为44.7Mb/s的光纤通信系统试验；日本 也于同年开始了64km、32Mb/s光纤通信系统的室内试验。
1.1.2 光纤通信发展趋势 1.宽带通信业务需求激增、光纤通信向超高速系统发展 光纤产品的大规模采用成为全球宽带通信网络飞速发展
的有力基础。网络的扩张又带来全球性传送业务的大增长， 这些业务需求包括Internet的蓬勃发展、大量的全球数据传 送，以及其他一些不断增长的先进业务。
视频娱乐节目：采用速率高达几十兆比特的数字电视， 提供同实物一样大的高分辨率、3D、真彩色视频娱乐节目。
3.实现光联网 波分复用系统技术尽管具有巨大的传输容量，但基本上是以点到点 通信为基础的系统，其灵活性和可靠性还不够理想。如果在光路上也能 实现类似SDH在电路上的分插功能和交叉连接功能的话，无疑将增加新 的威力。 根据这一基本思路，光的分插复用器（OADM）和光的交叉连接设 备（OXC）均已在实验室研制成功，前者已投入商用。鉴于光联网具有 潜在的巨大优势，发达国家投入了大量的人力、物力和财力进行研究， 特别是美国国防部预研局（DARPA）资助了一系列光联网项目，如以 Be11core为主开发的“光网技术合作计划（ONTC）”，以朗讯公司为 主开发的“全光通信网”预研计划，“多波长光网络（MONET）”和 “国家透明光网络（NTON）”等，在欧洲和日本，也分别有类似的光 联网项目在进行。
1.1 光纤通信发展历程 1.2 光纤通信的系统构成 1.3 光纤通信的特点 1.4 光纤通信新技术
1.1 光纤通信发展历程
1.1.1 光纤通信的产生与发展 1.目视光通信 人类社会发展中的远距离通信的主流是光通信，电气通信
的历史不过一百多年。从古埃及、古中国、古希腊和古罗马时 代至发明莫尔斯电报的数千年间，远距离通信主要为目视光通 信。三千多年前我国周朝就利用烽火台的火光传送敌情消息， 到了近现代，战争中用信号弹指挥作战、城市使用信号灯指挥 交通等传递信息的方式均可称为目视光通信。我们现在经常提 到的光纤通信与这些简单的视觉光通信完全不同，光纤通信是 由光通信逐步发展、演变而来的，是指以光波作载波传送信息 的通信方式。
2）光纤通信迅速发展 1974年贝尔实验室发明了制造低损耗光纤的方法，使光 纤损耗下降到1dB/km；而日本电话电报公司研制出了更低 损耗的光纤，损耗下降到0.5dB/km。美国于1976年在亚特兰 大成功地进行了码速为44.7Mb/s的光纤通信系统试验；日本 也于同年开始了64km、32Mb/s光纤通信系统的室内试验。
1.1.2 光纤通信发展趋势 1.宽带通信业务需求激增、光纤通信向超高速系统发展 光纤产品的大规模采用成为全球宽带通信网络飞速发展
的有力基础。网络的扩张又带来全球性传送业务的大增长， 这些业务需求包括Internet的蓬勃发展、大量的全球数据传 送，以及其他一些不断增长的先进业务。
视频娱乐节目：采用速率高达几十兆比特的数字电视， 提供同实物一样大的高分辨率、3D、真彩色视频娱乐节目。
3.实现光联网 波分复用系统技术尽管具有巨大的传输容量，但基本上是以点到点 通信为基础的系统，其灵活性和可靠性还不够理想。如果在光路上也能 实现类似SDH在电路上的分插功能和交叉连接功能的话，无疑将增加新 的威力。 根据这一基本思路，光的分插复用器（OADM）和光的交叉连接设 备（OXC）均已在实验室研制成功，前者已投入商用。鉴于光联网具有 潜在的巨大优势，发达国家投入了大量的人力、物力和财力进行研究， 特别是美国国防部预研局（DARPA）资助了一系列光联网项目，如以 Be11core为主开发的“光网技术合作计划（ONTC）”，以朗讯公司为 主开发的“全光通信网”预研计划，“多波长光网络（MONET）”和 “国家透明光网络（NTON）”等，在欧洲和日本，也分别有类似的光 联网项目在进行。
光纤通信基础知识ppt课件
应用场景
光检测器广泛应用于光纤通信、光传 感、激光雷达等领域，特别是在高速、 长距离的光纤通信系统中，光检测器 的作用尤为关键。
光放大器
光放大器是光纤通信系统中的关键器件之一，主要分 为掺铒光纤放大器（EDFA）和拉曼光纤放大器（RA）
两类。
输入 标题
作用
光放大器的作用是对光信号进行放大，补偿光纤传输 过程中的光信号损耗，提高光纤通信系统的传输距离 和稳定性。
光检测器
分类
光检测器是光纤通信系统中的另一重 要器件，主要分为光电二极管（PIN） 和雪崩光电二极管（APD）两类。
性能参数
光检测器的性能参数包括响应度、带 宽、噪声等，这些参数直接影响着光 纤通信系统的接收灵敏度和动态范围。
作用
光检测器的作用是将光信号转换为电 信号，从而实现光信号的接收和检测。
模拟光纤通信系统的应用
03
在音频广播、视频传输等领域得到广泛应用。
光纤通信系统设计
01
光纤通信系统设计的基本原则
确保系统的传输性能、稳定性、可靠性和经济性。
02
光纤通信系统设计的主要内容
包括光源、光检测器、光纤、中继器和放大器等器件的选择和配置。
03
光纤通信系统设计的优化
通过采用先进的调制技术、编码技术等手段，提高系统的传输性能和容
性能参数
光源的性能参数包括波长、光谱宽度、输出功率、阈值电 流等，这些参数对光纤通信系统的性能和稳定性有着重要 影响。
作用
光源的作用是将电能转换为光能，为光纤通信系统提供光 信号。
应用场景
光源广泛应用于光纤通信、光传感、光谱分析等领域，特 别是在长距离、大容量的光纤通信系统中，光源的作用尤 为重要。
光纤通信发展历程
光检测器广泛应用于光纤通信、光传 感、激光雷达等领域，特别是在高速、 长距离的光纤通信系统中，光检测器 的作用尤为关键。
光放大器
光放大器是光纤通信系统中的关键器件之一，主要分 为掺铒光纤放大器（EDFA）和拉曼光纤放大器（RA）
两类。
输入 标题
作用
光放大器的作用是对光信号进行放大，补偿光纤传输 过程中的光信号损耗，提高光纤通信系统的传输距离 和稳定性。
光检测器
分类
光检测器是光纤通信系统中的另一重 要器件，主要分为光电二极管（PIN） 和雪崩光电二极管（APD）两类。
性能参数
光检测器的性能参数包括响应度、带 宽、噪声等，这些参数直接影响着光 纤通信系统的接收灵敏度和动态范围。
作用
光检测器的作用是将光信号转换为电 信号，从而实现光信号的接收和检测。
模拟光纤通信系统的应用
03
在音频广播、视频传输等领域得到广泛应用。
光纤通信系统设计
01
光纤通信系统设计的基本原则
确保系统的传输性能、稳定性、可靠性和经济性。
02
光纤通信系统设计的主要内容
包括光源、光检测器、光纤、中继器和放大器等器件的选择和配置。
03
光纤通信系统设计的优化
通过采用先进的调制技术、编码技术等手段，提高系统的传输性能和容
性能参数
光源的性能参数包括波长、光谱宽度、输出功率、阈值电 流等，这些参数对光纤通信系统的性能和稳定性有着重要 影响。
作用
光源的作用是将电能转换为光能，为光纤通信系统提供光 信号。
应用场景
光源广泛应用于光纤通信、光传感、光谱分析等领域，特 别是在长距离、大容量的光纤通信系统中，光源的作用尤 为重要。
光纤通信发展历程
通信概论课件光纤通信技术
光中继器
光中继器用于对光信号进行整形、再生和放大，以延长通信距离和提高通信质量。
光缆与光缆线路
光缆
光缆是光纤通信系统中的传输介质，由多根光纤和保护层组成，具有传输容量大、传输距离长等优点 。
光缆线路
光缆线路是指由光缆组成的通信链路，它包括光缆线路的敷设、连接和保护等环节。
05
光纤通信系统的性能指 标
色散容限
指光纤通信系统对信号色散的容忍程度。色 散会导致信号畸变，影响通信质量。光纤通 信系统的色散容限通常很高，可达数百至数 千公里。
06
光纤通信技术的发展趋 势
超高速光纤通信技术
总结词
随着信息社会的快速发展，对通信容量的需 求不断增加，超高速光纤通信技术成为研究 热点。
详细描述
超高速光纤通信技术通过提高信号传输速率 来提升通信容量，目前已经实现Tbps级别
散射损耗
光在光纤中传播时，由于光波与光纤中的物质发生相互作用而产生的损耗。包括 瑞利散射和米氏散射等。
光纤的色散特性
材料色散
由于不同波长的光在光纤材料中的传播速度不同而引起的色散。 通常只在短波长范围内显著。
波导色散
由于光纤的几何结构导致的不同波长的光在光纤中的传播常数不同 而引起的色散。主要影响多模光纤。
光子晶体光纤与光子束纤维
总结词
光子晶体光纤和光子束纤维是新型的光纤结构，具有独 特的光学特性和应用前景。
详细描述
光子晶体光纤是一种具有周期性折射率变化的光纤，可 以实现光的带隙传导和低散射损耗。光子束纤维则是一 种将光束约束在细小空间内的光纤结构，可以实现高功 率的光传输和激光加工。这两种光纤结构在光通信、光 学传感和激光雷达等领域具有广泛的应用前景。
THANKS FOR WATCHING
光中继器用于对光信号进行整形、再生和放大，以延长通信距离和提高通信质量。
光缆与光缆线路
光缆
光缆是光纤通信系统中的传输介质，由多根光纤和保护层组成，具有传输容量大、传输距离长等优点 。
光缆线路
光缆线路是指由光缆组成的通信链路，它包括光缆线路的敷设、连接和保护等环节。
05
光纤通信系统的性能指 标
色散容限
指光纤通信系统对信号色散的容忍程度。色 散会导致信号畸变，影响通信质量。光纤通 信系统的色散容限通常很高，可达数百至数 千公里。
06
光纤通信技术的发展趋 势
超高速光纤通信技术
总结词
随着信息社会的快速发展，对通信容量的需 求不断增加，超高速光纤通信技术成为研究 热点。
详细描述
超高速光纤通信技术通过提高信号传输速率 来提升通信容量，目前已经实现Tbps级别
散射损耗
光在光纤中传播时，由于光波与光纤中的物质发生相互作用而产生的损耗。包括 瑞利散射和米氏散射等。
光纤的色散特性
材料色散
由于不同波长的光在光纤材料中的传播速度不同而引起的色散。 通常只在短波长范围内显著。
波导色散
由于光纤的几何结构导致的不同波长的光在光纤中的传播常数不同 而引起的色散。主要影响多模光纤。
光子晶体光纤与光子束纤维
总结词
光子晶体光纤和光子束纤维是新型的光纤结构，具有独 特的光学特性和应用前景。
详细描述
光子晶体光纤是一种具有周期性折射率变化的光纤，可 以实现光的带隙传导和低散射损耗。光子束纤维则是一 种将光束约束在细小空间内的光纤结构，可以实现高功 率的光传输和激光加工。这两种光纤结构在光通信、光 学传感和激光雷达等领域具有广泛的应用前景。
THANKS FOR WATCHING
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
《光纤通信技术》课件第2章
n1sinic=n2
sin ic
n2 n1
cosic
1
n2 n2
2
定义
n12 n22 2n12
由于实际光纤芯层与包层的折射率相差并不大，因此
n12 n22 (n1n2 )(n1 n2 ) n1 n2
2n12，便可写出
NA sin in n1 cosic n1 2 n12 n22
图2.6 光的反射和折射
1.反射定律和折射定律
反射定律是指反射光线位于入射光线和法线所决定的平
面内，反射光线和入射光线分居法线两侧，反射角i1′等于入
射角i1，即
i1 = i1
（2－6）
折 射定 律 是指 折 射光 线 和入 射 光线 分 居法 线 两侧 ， 不
论入 射角 怎样 改变 ，入射角 的正 弦值 和折射 角的 正弦 值之 比
nosini0=n1sini
图2.8 光信号在突变型光纤中的传播
n0 为空气折射率。三条光线的入射角不同，折射角也不 同 。折 射 光 在 芯 层 中 沿 直 线 传 播 。它 们 传 播 到 芯 层 与 包 层 的 分 界 面 上 时 ，光 线 3 对 于 n1— n2 界 面 的 入 射 角 较 小 ， 将 在 界 面 处 同 时 产 生 反 射 和 折 射 。反 射 光 能 量 只 占 入 射 光 能 量 百 分 之 几 的 比 率 。折 射 光 进 入 包 层 然 后 再 折 射 入 高衰耗的涂复层而被吸收。其反射光（图上未画出）在 下 面 的 n1— n2 界 面 处 又 将 有 一 部 分 被 折 射 出 光 纤 ，所 以 光线 3 很快被衰耗掉，不能在光纤中向远端传播。光线
5.按照波长分类 按照波长分类则可分为短波长光纤、长波长光纤和超长 波长光纤。目前主要使用1.55μm的长波长光纤。 目前在通信上使用的光纤主要有：突变型多模光纤 （SIF）、渐变型多模光纤（GIF）和单模光纤（SMF）三 种，如图2.4所示。三种光纤的主要区别如表2.1所示。
【大学课件】光纤通信技术PPT46页PPT
docin/sundae_meng
1.1光纤发展简史
• 利用太阳光作光源，用硒晶体作为光接收器件， 成功进行了光电话的实验 ，传输距离200多米。
• 由于没有合适的光源及传输媒质，未得到发展。 • 意义：利用光波作为载波传送信息是可行的。
docin/sundae_meng
1.1光纤发展简史
• 要解决两个问题 1.有稳定的、低损耗的传输媒质 光在大气中的传送要受到气象条件的很大限制 使信号传输受到很大阻碍。 2.高强度的、可靠的光源 太阳光、灯光等普通的可见光源，都不适合作 为通信的光源。
子，而砂子在大自然界中几乎是取之不尽、用之 不竭的，而且1公斤高纯度的石英玻璃可以制成上 万公里的光纤，而制造1公里18管的同轴电缆需 120公斤的铜，或500公斤的铝。
docin/sundae_meng
1.2 光纤通信的特点
• 光纤通信的缺点 1.光纤性质脆，需涂覆保护层 2.机械强度低 3.分路耦合不方便 4.光纤不能输送中继器所需要的电能 5.光纤切断和连接需用高精度技术和仪表器具。
docin/sundae_meng
1.1光纤发展简史
• 在通信系统中，传输的信息量与已调载频的带宽有关，提高载频频率
理论上可增加有效传输带宽及系统的信息量。未来发展应尽可能提高
波段频率。
频率
波长
名称
10 0 TH z 10 THz 1 THz 100 GH z 10 GHz 1 GHz 10 0 MHz 10 MHz 1 MHz
紫外 线
1 m
可见 光线 (光 纤通信 用）
10 m
近红 外线
10 0m
远红 外线
亚毫 米波
1 mm
毫米波(E H F)
1.1光纤发展简史
• 利用太阳光作光源，用硒晶体作为光接收器件， 成功进行了光电话的实验 ，传输距离200多米。
• 由于没有合适的光源及传输媒质，未得到发展。 • 意义：利用光波作为载波传送信息是可行的。
docin/sundae_meng
1.1光纤发展简史
• 要解决两个问题 1.有稳定的、低损耗的传输媒质 光在大气中的传送要受到气象条件的很大限制 使信号传输受到很大阻碍。 2.高强度的、可靠的光源 太阳光、灯光等普通的可见光源，都不适合作 为通信的光源。
子，而砂子在大自然界中几乎是取之不尽、用之 不竭的，而且1公斤高纯度的石英玻璃可以制成上 万公里的光纤，而制造1公里18管的同轴电缆需 120公斤的铜，或500公斤的铝。
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1.2 光纤通信的特点
• 光纤通信的缺点 1.光纤性质脆，需涂覆保护层 2.机械强度低 3.分路耦合不方便 4.光纤不能输送中继器所需要的电能 5.光纤切断和连接需用高精度技术和仪表器具。
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1.1光纤发展简史
• 在通信系统中，传输的信息量与已调载频的带宽有关，提高载频频率
理论上可增加有效传输带宽及系统的信息量。未来发展应尽可能提高
波段频率。
频率
波长
名称
10 0 TH z 10 THz 1 THz 100 GH z 10 GHz 1 GHz 10 0 MHz 10 MHz 1 MHz
紫外 线
1 m
可见 光线 (光 纤通信 用）
10 m
近红 外线
10 0m
远红 外线
亚毫 米波
1 mm
毫米波(E H F)
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1970年开始，光纤研制取得了重大突破
1972年，康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到4dB/km。 1973年，美国贝尔(Bell)实验室的光纤损耗降低到2.5dB/km。 1974 年降低到1.1dB/km。 1976年，日本电报电话（NTT）公司将光纤损耗降低到0.47dB/Km （波长1.2 μm ）。
先修课程
《通信系统原理》 《模拟电路》 《电磁场与微波技术》
目录
1
第一章 通信基础知识 第二章 光纤
2
3 4 5 6
第三章 光缆 第四章 第五章 第六章 光器件 光纤传输系统 光网络
第一章 通信基础知识
学习目标 1.了解通信技术发展简史。 2.掌握通信基本概念 3.掌握业务传输技术特点。 4.理解通信系统组成、分类和系统性能。 5.掌握光纤通信系统及其组成的光网络演进
在以后的 10 年中，波长为1.55 μ m的光纤损耗：
1979 年是0.20 dB/km， 1984年是0.157 dB/km，
1986 年是0.154 dB/km，
接近了光纤最低损耗的理论极限。
在光纤突飞猛进的同时，光源的研究工作也有了起色
1960年，美国人梅曼(T. H. Maiman)发 明了世界上第一台红宝石激光器。梅曼利用 红宝石晶体做发光材料，用发光度很高的脉 冲氙灯做激发光源，获得了人类有史以来的 第一束激光。
1965年，第一台可产生大功率激光的器 件--二氧化碳激光器诞生。 1967年，第一台Ｘ射线激光器研制成功。
激光器的发明和应用，使沉睡了80年的 光通信进入到了一个崭新的阶段。
1970年，光纤通信用光源取得了实质性的进展
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 0.850μ m)。虽然寿命只有几个小时，但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。 1976年，日本电报电话公司研制成功发射波长为1.3μ m的铟镓砷磷 (InGaAsP)激光器。 1977 年，贝尔研究所和日本电报电话公司几乎同时研制成功寿命达 100万小时（实用中10年左右）的半导体激光器。 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1.55μ m的连续振荡半导体激光器。
光纤通信发明家高锟(左) 1998年在英国接受IEE授予的奖章；并于2009年， 获得诺贝尔物理学奖。
1970年，光纤研制取得了重大突破
美国康宁玻璃公司1970年首 先研制出衰耗20dB/km的光纤。光 纤通信正式开始！ 据说康宁公司花费3000万美 元，得到30米光纤样品，认为非 常值得。这一突破，引起整个通 信界的震动，世界发达国家开始 投入巨大力量研究光纤通信。
1976年和1978年，日本先后进行了速率为34Mbps的突变型多模光纤通信系 统，以及速率为100Mbps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。
随后，由美、日、英、法发起的第一条横跨大西洋TAT-8海底光缆通信系统于 1988年建成。
第一条横跨太平洋TPC-3/HAW-4海底光缆通信系统于1989年建成。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。
2、另外，Bell的光电话是利用自然光（光源）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、能否建立“光通道”如“波导管”式的东西以减少损失（损耗）呢？ 是否可以找到新型的光源呢？
研究人员曾经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，但 由于造价太高而出现了夭折，致使光通信发展一度出现 长期的低迷状态。
1.1
1.1.1 科学事物存在及其相关规律的学说”能为自己所 用，为大家所用的知识。 人类的科学技术发展史经历了古代、近代和现代三个阶段。 古代科学技术的代表是材料科学技术 它的本质是利用物质资源制造质料工具，如锄头、镰刀、弓箭、棍棒等，扩展 人类的体质能力。 近代科学技术的代表是能量（源）科学技术 它的本质是使用能源或者动力为资源创造动力工具，如机车、汽车、轮船、飞 机等，扩展人类的体力能力。 现代科学技术是建立在材料科学技术和能源科学技术基础上的信息科学技术 它的本质是利用信息资源创造智能工具，如人工智能专家系统、智能机器人等， 拓展人类的智能能力。
什么是“电信”？
电信是利用有线、无线、光或者其它电磁系统传 输、发送或者接收代表符号、书写、影像和声音 或者其他任何性质情报的信号。
通信和电信的区别：
通信是按照约定传递信息； 电信是利用电磁系统（广义泛指）传递代表媒体的信号，电磁系统完 成信号传递功能。 通信是一个广义的概念，而电信则是一个狭义的概念。 图1-3揭示了通信涵盖了电信之间的关系。
1999年，具有宽带综合业务能力的第三代移动通信系统投入应用。
2010年1月13日，在国务院常务会议上提出了电信网、 电视网和因特网三网融合。 统一通信概念： 使任何人在任何时间、任何地点都可以通过任何设备、 任何网络，与任何人进行语音、数据和图像的自由通信。
未来通信发展趋势 数字化 综合化
个人化
1966年，英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)及 其同事霍克哈姆(C.A.Hockham)在其发表的研究 论文中指出，“玻璃纤维”的严重损耗是由其 里面所含杂质（如铜、铁、铬等金属离子）太 多及石英玻璃拉制工艺的不均匀性产生的。论 文《介质纤维表面光频波导》明确提出： 1、如果能将光纤中过渡金属离子减少到最低限 度，并改进制造工艺，有可能使光纤损耗降到 最低（预见可减小到20dB/km以下）； 2、光纤可以实现高速通信； 3、给出了光纤原始结构。 高锟(C.K.Kao)博士上述发现的重要意义在 于：指出了光纤高损耗的真正来源以及研制通 信光纤的正确方向。这一发现直接导致了在其 后数年内通信光纤制造领域所发生的质的飞跃， 以及光纤通信产业的迅速兴起。
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。
实用光纤通信系统的前期发展
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（GaALAs LD、多模光纤、10Km、44.7Mbps）。
1980年，美国标准化FT-3光纤通信系统投入商业应用。
统一通信
移动化 宽带化
1.2 通信基本概念
1.2.1 通信 什么是“通信”?
“通”就是传输和交换； “信”就是信息（话 音、图像、数据） 通信就是信息的传输和交换，通过电信号或者 光信号形式将信息由一方传输到另一方。
图1-2给出了一个最简单的通信系统的模型。 在这个过程中，通话的内容是由图中的“处理层”完成的。 信息的传输是由图中的“物理层”完成的。 在现代通信中，通信一般包括：信号的产生、传输和接收三个过程。
1.2.2 信号
1. 信号及其分类
信号是消息的物理载体。 消息则是信息的物理表现形式，如语音、文字、符号、 数据和图像等。 信息、消息和信号三者存在着十分紧密的关系。 信息是通过消息来表达，消息通过信号来传输。
在科学研究中，通常是将“信号”做为研究对象。
信号具有强度、频率、相位、能量等基本特征，信号可以表 示为时间的函数。 按照信号在时间坐标呈现连续变化或者阶跃变化，信号可以 分为模拟信号和数字信号。
受英国物理学家John Tyndal l（约翰）在1870年做的”光可 以在水流柱里传输”的影响， 在1920-1950期间,人们发现在 纤细的、有柔韧性的玻璃中和 塑料光纤可以用于导光。 终于在1950年，有人采用“玻 璃纤维”传输光，但损耗达到 了1000dB/Km，即在1Km的长度 上传输，损耗达到10100倍，这 个数值显然是太大了。 真正的奇迹是在1966年才出现。
因此，全球通信界业一直公认，1976年是光纤通信的元年。
1978年，模拟蜂窝移动通信系统投入使用（未商用）。 1980年，有线电视和综合业务数字业务。 1988年，宽带综合业务数字网。
1991年，全球移动通信系统进入商用。
1995年，美籍华裔科学家历鼎毅倡导利用波分复用技术，即利用简单的 光器件就可以在单根光纤中实现了大容量的传输，进而大大地降低了 传输系统的成本。 1998年，美国开通了数字电视业务，进一步提高电视业务清晰度和服务 质量。
2. 模/数变换
将模拟信号调制变换为数字信号， 叫“模/数”变换。它包括三个基 本步骤：抽样、量化和编码。
在接收端，装有一个抛 物面接收镜，它把经过大气 传送过来的载有话音信息的 光波反射到硅光电池上，硅 光电池将光能转换成电流 （这个过程叫解调）。电流 送到听筒，就可以听到从发 送端送过来的声音了。
反射镜 光源
透镜 震动片
接收镜 送话器
光敏电池
贝尔光电话是现代光通信的雏型
1、为什么光通信传输的距离非常有限，这主要是因为，这种传输方式里 面的传输介质是“大气”，损耗大，如果碰上雨、雪甚至雾霾天气， 信号甚至可能会中断。 更深层次的原因，我们现代人都已经知道了，是因为光是一种“波”， 且波长很短（0.4—0.7 μ m ），它很容易被大气中的“尘埃粒子” 所阻挡。
光纤通信技术
主要参考书目及网址
《光通信原理与应用》朱宗玖等 编著 清华大学出版社 《光纤通信技术》孙学康等著 人民邮电出版社
中国光纤通信 光纤在线 光电新闻网
学习意义
光纤通信技术在近30多年里得到了极大的发展， 目前它和移动通信、卫星通信已经成为电信领域 发展的基石。 掌握一些光纤通信技术有助于学习现代通信 技术和拓宽知识面,为以后的学习深造和工作做好 知识储备。 从事管理、销售工作； 从事技术开发、设备制造、科研、网络运营 及维护、工程施工及安装等工作或考研。
模拟信号是幅度连续时变的信号。模拟信号又称为连续信号， 如图1-4（a）所示连续信号的取值可用连续的时间函数表示。