第一章光纤通信概述
光缆部分第一章光纤通信系统概述
用户 本地节 点 长 途 节点 长 途节点 本 地节 点 用户
50 km 接 入网
15 0 k m 中 继网
6 500 km 长途网 6 900 km
15 0 km 中 继网
50 k m 接入网
光纤通信系统——我国网络结构
核心网(骨干网): 包括长途网与本地中继网 为巨大业务量的高质量、可靠和低成本传输提供保证 接入网： 除长途网与本地中继网以外的网络 为广大用户提供各业务和灵活的服务
1、光纤通信：光波为载波，光导纤维为传输介质的通信方式
2、光纤通信——优点：
传输频带极宽，通信容量很大 传输衰减小，距离远 信号串扰小，传输质量高 抗电磁干扰，保密性好
光纤尺寸小，重量轻，便于运输和敷设
耐化学腐蚀，适用于特殊环境 原材料资源丰富,节约有色金属
光纤通信系统——概念、特点
光发射机 输入 电信号 光纤光缆 光接收机
调制
光源
光电 检测
放大 恢复
输出 电信号
光纤通信系统——构成
光信号的传输过程：
光纤只能传输光信号，不能传输电信号，通信系统在发
送端必须先把电信号变成光信号，在接收端再把光信号 变为电信号，即电/光和光/电变换。
光纤通信系统——构成
光纤信号传输实现过程如下：
程，弥补线路传输过程中带来的信号损伤，最后输出和原
始输入信号相一致的电信号，从而完成整个传输过程。
光纤通信系统
1
2 3 光纤发展简史
光纤通信概念及其特点
光纤通信系统基本构成 光纤通信的现状及光纤发展趋势 我国通信传输网络结构
4
5
光纤通信系统——现状与发展
光缆工程的现状
中国在通信网络建设中应用光纤是从第六个五年计划期间 开始，中国信息产业高速发展，光纤市场平均年增长率高 达20 ％～30％。目前，我国已经建设成覆盖全国的光缆传 输网络，公共电信光缆网络总长度超过430万公里，光纤总
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。
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。
《光纤通信技术》课程教学大纲、教案、课程日历
《光纤通信技术》课程教学大纲、教案、课程日历第一章：光纤通信概述1.1 光纤通信的定义与发展历程1.2 光纤通信的优势与局限性1.3 光纤通信的基本原理1.4 光纤通信的应用领域第二章：光纤与光纤器件2.1 光纤的制备与分类2.2 光纤的传输特性2.3 光纤的连接与耦合技术2.4 光纤通信系统中的关键器件第三章：光发送与接收技术3.1 光发送器的工作原理与分类3.2 光发射机的性能指标3.3 光接收器的工作原理与分类3.4 光接收机的性能指标第四章：光纤传输系统设计4.1 光纤传输系统的基本组成4.2 光纤传输损耗与色散4.3 光纤传输系统的性能评估4.4 光纤传输系统的设计步骤与方法第五章：光纤通信网络与技术5.2 光纤传输网（OTN）5.3 光纤接入网（FTTx）5.4 光纤交换技术与光互联网第六章：光纤通信系统的测试与维护6.1 光纤通信系统性能测试指标6.2 光纤通信系统测试设备与方法6.3 光纤通信系统维护与管理6.4 故障诊断与处理方法第七章：光纤通信技术在特定领域的应用7.1 光纤通信在数据通信中的应用7.2 光纤通信在电信网络中的应用7.3 光纤通信在有线电视网络中的应用7.4 光纤通信在其他领域的应用案例第八章：光纤通信技术的未来发展8.1 新型光纤材料与技术8.2 光子集成电路与光电子技术8.3 光纤通信网络的智能化与自动化8.4 量子光纤通信技术的发展第九章：光纤通信技术的工程实践9.1 光纤通信系统的设计与实施9.2 光纤通信设备的安装与调试9.4 工程案例分析与实践第十章：课程总结与复习10.1 光纤通信技术的关键概念与技术10.2 光纤通信系统的性能评估与优化10.3 光纤通信技术在现代通信网络中的应用10.4 课程复习与考试要点重点和难点解析一、光纤通信的定义与发展历程重点：光纤通信的基本原理、优势与局限性难点：光纤通信技术的发展历程及其对现代通信的影响二、光纤与光纤器件重点：光纤的制备与分类、光纤的传输特性难点：光纤的连接与耦合技术、光纤通信系统中的关键器件的工作原理与性能三、光发送与接收技术重点：光发送器的工作原理与分类、光接收器的工作原理与分类难点：光发射机的性能指标、光接收机的性能指标四、光纤传输系统设计重点：光纤传输系统的基本组成、光纤传输损耗与色散难点：光纤传输系统的性能评估方法、光纤传输系统的设计步骤与方法五、光纤通信网络与技术重点：光纤通信网络的分类与结构、光纤传输网（OTN）、光纤接入网（FTTx）、光纤交换技术与光互联网难点：光纤通信网络的设计与实施、光纤通信设备的安装与调试、光纤通信网络的运营与管理六、光纤通信系统的测试与维护重点：光纤通信系统性能测试指标、光纤通信系统测试设备与方法难点：光纤通信系统维护与管理、故障诊断与处理方法七、光纤通信技术在特定领域的应用重点：光纤通信在数据通信、电信网络、有线电视网络等领域的应用难点：光纤通信在其他领域的应用案例分析八、光纤通信技术的未来发展重点：新型光纤材料与技术、光子集成电路与光电子技术难点：光纤通信网络的智能化与自动化、量子光纤通信技术的发展九、光纤通信技术的工程实践重点：光纤通信系统的设计与实施、光纤通信设备的安装与调试难点：光纤通信网络的运营与管理、工程案例分析与实践十、课程总结与复习重点：光纤通信技术的关键概念与技术、光纤通信系统的性能评估与优化难点：光纤通信技术在现代通信网络中的应用、课程复习与考试要点全文总结和概括：本课程《光纤通信技术》涵盖了光纤通信的基本概念、技术原理、系统设计、网络应用以及未来发展等多个方面。
jcml
《光纤通信》教材目录第一章 概述§1.1 光纤通信的基本概念1.1.1光纤通信的定义1.1.2光纤通信发展过程1.1.3光纤通信的优点§1.2 光纤通信系统的构成及分类1.2.1 光纤通信系统的基本构成1.2.2 光纤通信系统的分类§1.3 数字话路基础知识1.3.1 语音信号的PCM数字化1.3.2 话路的时分复用（TDM）1.3.3 数字复接系列第二章光纤§2.1光纤的基本概念2.1.1光纤的基本结构2.1.2光纤分类2.1.3光纤制造简述2.1.4光缆结构及类型2.1.5光缆（光纤）型号命名方法§2.2 光纤传光原理2.2.1光的射线理论及光纤传光分析2.2.2光纤导波模式的粗糙解（射线分析方法）2.2.3光纤导波模式的精确解（电磁场分析方法）§2.3 光纤特性参数2.3.1数值孔径2.3.2衰减特性2.3.3截止波长2.3.4带宽与色散2.3.5模场直径§2.4 光纤在通信领域中的应用2.4.1 目前通信中常用的光纤2.4.2 光纤光缆应用概况第三章光收发设备§3.1 光端机的基本概念3.1.1光端机的功能3.1.2光端机基本框图§3.2 光发送电路3.2.1基本组成和主要性能指标3.2.2发光器件（LD和LED）3.2.3驱动电路3.2.4自动功率控制电路（APC）3.2.5自动温度控制电路（ATC）§3.3 光接收电路3.3.1基本组成和主要性能指标3.3.2光检测器件（PIN和APD）3.3.3前置放大器3.3.4主放大器3.3.5均衡器3.3.6基线恢复3.3.7幅度判决3.3.8非线性处理3.3.9时钟提取3.3.10限幅移相3.3.11定时判决§3.4 输入电路3.4.1码型3.4.2HDB3码输入电路3.4.3CMI码输入电路§3.5 输出电路3.5.1基本概念3.5.2码型反变换电路3.5.3输出接口电路§3.6 光中继器3.6.1光电转换型中继器3.6.2全光型中继器第四章光纤数字通信系统§4.1 光纤数字通信系统的两种主要传输体制4.1.1准同步数字系列（PDH）4.1.2同步数字系列（SDH）4.1.3SDH承载PDH的方式§4.2 光纤数字通信系统的基本质量指标4.2.1CCITT假设参考模型4.2.2误码特性4.2.3抖动特性4.2.4可靠性§4.3 光纤数字通信系统的基本设计4.3.1系统设计的一般步骤4.3.2中继距离估算4.3.3误码率估算§4.4 光纤数字通信系统的测量4.4.1电性能的主要指标测量4.4.2光性能的主要指标测量§4.5 新一代光纤数字通信系统4.5.1光纤通信系统新技术简述4.5.2波分复用（WDH）光纤数字通信系统4.5.3波分复用器件的类型及特点4.5.4掺铒光纤放大器（EDFA）的原理与特性4.5.5波分复用系统对光纤的新要求第五章 光纤通信在现代信息网络中的应用§5.1 光纤通信在现代信息网络中的重要地位5.1.1现代信息网络的基本特点5.1.2光纤通信在现代信息网络中的应用概况§5.2 光纤接入网5.2.1基本概念5.2.2FTTx接入网5.2.3HFC接入网§5.3 光纤局域网5.3.1局域网(LAN)的基本概念5.3.2光纤总线/星型局域网5.3.3光纤令牌环局域网5.3.4光纤ATM局域网§5.4 光纤城域网和广域网5.4.1光纤城域网(MAN)5.4.2光纤广域网(WAN)§5.5 未来的全光网络5.5.1全光通信网的基本概念5.5.2全光通信网的关键技术5.5.3光交叉连接器（OXC）5.5.4光分插复用器（OADM）5.5.5准全光网络的基本形式5.5.6全光网络的进展。
光纤通信新技术 第一章 概述 要点
光纤通信新技术第一章概述要点1.光纤通信是采用光波作为信息载体，并采用光导纤维作为传输介质的一种通信方式。
其中，光导纤维就是我们通常说的光纤，之所以称为纤维，是因为它的半径很小，是微米量级。
制成光纤的主要材料是二氧化硅（玻璃），也有部分采用塑料拉制而成。
光纤的主要结构是圆柱体结构，包括了纤芯、包层和保护套。
纤芯：折射率较高，用来传送光；包层：折射率较低，与纤芯一起形成全反射条件，引导光在纤芯中不断发生全发射，从而将光传到远端。
保护套：强度大，能承受较大冲击，保护光纤。
2.利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导器件。
光波是一种电磁波，电磁波按照波长或频率不同可分成如图所示的种类，其中，紫外光、可见光、红外光都属于光波，光纤通信工作在近红外区，即波长是0.8~1.8微米，对应的频率为167~375THz。
1.光纤通信是上世纪70年代诞生的一种新兴技术，到现在已经经历了3、40年的发展，发展速度很快，应用范围也很广泛。
光纤通信的飞速发展主要得益于它有线传输的显著优点的，主要有这么几个方面，第一点就是它的；另外，随着光纤生产工艺的提高，。
基于频带宽，通信容量大；◆损耗低，中继距离长；◆抗电磁干扰；◆无串音干扰，保密性好；◆光纤线径细、重量轻、柔软；◆原材料资源丰富，可节约金属材料；◆耐腐蚀，寿命长，不怕潮湿与卫星通信、移动通信一起被看做是三大主要通信技术。
光通信具有传输频带宽、通信容量大和抗电磁干扰能力强等优点。
光纤通信的应用领域是很广泛的，光纤通信主要用于遍及全球的电信网中作数字语言通信。
（长途干线、市话中继网）。
长距离通信（包括越洋洲际通信）系统要求有大容量的干线，光纤通信系统可发挥最大的优势。
短距离通信像城市之间，距离几十至几百公里。
光纤通信的发展通常由长途电信应用推动，光波系统的每一代系统都力争能工作于更高的比特率数据通信，早期主要用于计算机数据和传真信息的通信，距离一般比较短、速率较低，如工矿企业、办公大楼、宾馆医院、船舶、飞机、列车等场合，距离几百米到几公里，现在已开始向高速长距离方向发展，光纤通信系统将发挥巨大作用。
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
光纤通信系统
式中Δ=(n1-n2)/n1为纤芯与包层相对折射率差。
最大时延差近似为：
L 2 L n1L 2 c ( NA) 2n1c 2n1c c
2.1.3 光纤的传输特性
损耗和色散是光纤的两个主要的传输特性。
（1）光纤的损耗
所谓损耗是指光 纤每单位长度上的衰 减，单位为dB／km。 所有的损耗机理可以 分为两种不同的情况： 一是石英光纤的固有 损耗机理。二是由于 材料和工艺所引起的 非固有损耗机理。
原材料资源丰富,节约有色金属
1.3 光纤通信系统的基本组成
一个基本的光纤通信系统由三大部分构成：光发射设备、 光纤光缆、光接收设备。
驱动电路 调制器 光源 中继器 光纤 光纤 判决器 光电二 极管 放大器
光发射机
光接收机
系统中光发射机的作用是将电信号转换为光信号，并将生 成的光信号注入光纤。光接收机的作用是将光纤送来的光信号 还原成原始的电信号。
渐变型光纤的模式色散
2.2 介质平板波导
2.2.1 基本波导方程式
（1）波动方程
法拉第电磁感应定律：
E B t H D t
D 0
安培环路定律：
高斯定律： 磁通连续性定律：
B 0
其中
D 0 E P; B 0 H
（2）波动方程式
材料色散DM是由于光纤的折射率随波长而改变， 实际光源不是纯单色光，模内不同波长成分的光，其时 间延迟不同而产生的。 这种色散取决于材料折射率的波长特性和光源的 谱线宽度。
单模光纤的 材料色散和波导 色散在适当的波 长可以互相抵消， 而得到零频率色 散。此结论从右 图中就可以看出。
《光纤通信》的复习要点
《光纤通信》的复习要点《光纤通信》课程复习要点和重点浙江传媒学院陈柏年（2014年6⽉）第⼀章概述1、光纤通信：以光波作为信号载体，以光纤作为传输媒介的通信⽅式。
2、光纤通信发展历程：（1）光纤模式：从多模发展到单模；（2）⼯作波长：从短波长到长波长；（3）传输速率：从低速到⾼速；（4）光纤价格：不断下降；（5）应⽤范围：不断扩⼤。
3、光纤通信系统基本组成：（1）光纤，（2）光发送器，（3）光接收器，（4）光中继器，（5）适当的接⼝设备。
第⼆章光纤光缆⼀、光纤（Fibel）1、光纤三层结构：（1）纤芯（core），（2）包层（coating），（3）涂覆层（jacket）。
2、各类光纤的缩写和概念：SIF（突变型折射率光纤），GIF（渐变折射率光纤）；DFF（⾊散平坦光纤）、DSF（⾊散移位光纤）；MMF（多模光纤），SMF（单模光纤）；松套光纤，紧套光纤。
⼆、光的两种传输理论（⼀）光的射线传输理论1、光纤的⼏何导光原理：光纤是利⽤光的全反射特性导光；纤芯折射率必须⼤于包层折射率，但相差不⼤。
2、突变型折射率多模光纤主要参数：★（1）光纤的临界⾓θc：只有在半锥⾓为θ≤θc的圆锥内的光束才能在光纤中传播。
★（2）数值孔径NA：⼊射媒质折射率与最⼤⼊射⾓（临界⾓）的正弦值之积。
与纤芯与包层直径⽆关，只与两者的相对折射率差有关。
它表⽰光纤接收和传输光的能⼒。
（3）光纤的时延差Δτ：时延差⼤，则造成脉冲展宽和信号畸变，影响光纤的容量，模间⾊散增⼤。
3、渐变型折射率多模光纤主要参数：（1）⾃聚焦效应：如果折射率分布恰当，有可能使不同⾓度⼊射的全部光线以同样的轴向速度在光纤中传输，同时达到光纤轴上的某点，即所有光线都有相同的空间周期。
（2）光纤的时延差Δτ：⽐突变型光纤要⼩，减⼩脉冲展宽，增加传输带宽。
（⼆）光纤波动传输理论★1、光纤模式：⼀个满⾜电磁场⽅程和边界条件的电磁场结构。
表⽰光纤中电磁场（传导模）沿光纤横截⾯的场形分布和沿光纤纵向的传播速度。
光纤通信
第一章1.光纤通信是利用光导纤维来传输光波信号的通信方式。
2.光纤通信工作在近红外线区，即0.8~1.8um的波长区，对应的频率为167~375THz。
3.电端机的作用是对来自信源的信号进行处理。
4.光发射机内有光源（半导体激光器（LD）或半导体发光二极管（LED）等），其作用是将电信号转换成光信号耦合进光纤。
5.光接收机内有光电检测器（如光电二极管（PIN）和雪崩光电二极管（APD）等），作用是将来自光线的光信号转换成电信号，经方大、整形、再生成送入电接收机。
6.对于长距离的光纤通信系统，还必须设有光中继器。
作用是放大衰弱的信号，恢复失真的波形，使光脉冲得到再生。
7.光纤通信的优点：1.传输频带宽，通信容量大。
2.光纤衰弱小，传输距离远。
3.光纤抗电磁干扰的能力强，保密性好。
4.光纤尺寸小，重量轻，便于传输和铺设。
5.光纤是由石英玻璃拉制成形，原材料来源丰富，并节约了大量有色金属。
6.具有耐腐蚀能力强、抗核辐射、能源消耗小。
8.光纤的损耗主要取决于吸收损耗、散射损耗、弯曲损耗。
9.单模光纤的衰弱系数一般分别为0.3~0.4dB\KM（1310nm区域）和0.17~0.25dB\KM（1550nm 区域）。
10.通信光缆中的纤序排定：蓝、橙、绿、棕、灰、白、红、黑、黄、紫、粉红、天蓝。
11.通信用的光纤，绝大多数是用石英材料制成。
折射率高的中心部分叫纤芯，折射率稍低的外层称为包层。
12.光纤若按纤芯剖面折射率的分布不同来分，一般可分为阶跃型光纤和渐变型光纤。
按传播模式来分，可分为多模光纤和单模光纤。
按工作波长来分，可分为短波长光纤和长波长光纤。
按套塑类型可分为紧套光纤和松套光纤。
13.光脉冲在通过光纤传输期间，其波形在时间上发生了展宽，这种现象称为（损耗）。
14.光纤的色散包括：模式色散、材料色散、波导色散。
15.在单模光纤中不存在模式色散，只有材料色散和波导色散，因此它具有相当宽的带宽，适用于长距离、大容量的传输。
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。
《光纤通信技术》课程教学大纲、教案、课程日历
《光纤通信技术》课程教学大纲、教案、课程日历第一章：光纤通信概述1.1 光纤通信的定义和发展历程1.2 光纤通信的优势和局限性1.3 光纤通信的应用领域1.4 光纤通信的发展趋势第二章：光纤的基础知识2.1 光纤的组成和结构2.2 光纤的种类和特性2.3 光纤的传输原理2.4 光纤的耦合和衰减第三章：光纤通信系统的组成3.1 光源和光发射器3.2 光接收器和解调器3.3 光放大器和光纤放大器3.4 光波分复用器和光开关第四章：光纤通信系统的性能评估4.1 系统性能指标4.2 信道容量和误码率4.3 系统噪声和损耗4.4 系统优化和升级第五章：光纤通信技术的应用5.1 光纤通信在通信领域的应用5.2 光纤通信在数据传输中的应用5.3 光纤通信在有线电视中的应用5.4 光纤通信在互联网和数据中心中的应用第六章：光纤通信系统的传输技术6.1 直接序列扩频传输技术6.2 频率分割复用传输技术6.3 时间分割复用传输技术6.4 波长分割复用传输技术第七章：光纤通信系统的网络架构7.1 点对点光纤通信网络7.2 星型光纤通信网络7.3 环型光纤通信网络7.4 光纤通信网络的规划和设计第八章：光纤通信系统的保护与恢复8.1 光纤通信系统的保护技术8.2 光纤通信系统的恢复技术8.3 故障检测与定位技术8.4 系统冗余设计第九章：光纤通信技术的最新进展9.1 光量子通信技术9.2 光纤激光器技术9.3 光纤传感器技术9.4 光纤通信技术的未来发展趋势第十章：实验与实践10.1 光纤通信系统的基本实验10.2 光纤通信系统的性能测试与评估10.3 光纤通信网络的搭建与维护10.4 实际案例分析与讨论第十一章：光纤通信系统的维护与管理11.1 光纤通信设备的维护与管理11.2 光纤通信网络的监测与维护11.3 光纤通信系统的安全与保护11.4 光纤通信技术的标准化与规范第十二章：光纤通信技术在特定领域的应用12.1 光纤通信在军事通信领域的应用12.2 光纤通信在航空航天领域的应用12.3 光纤通信在海洋探测领域的应用12.4 光纤通信在医疗健康领域的应用第十三章：光纤通信技术的国际化发展13.1 国际光纤通信技术的标准与协议13.2 跨国光纤通信网络的构建与运营13.3 国际合作与竞争在光纤通信领域的影响13.4 光纤通信技术在全球范围内的普及与发展第十四章：光纤通信技术的创新与研发14.1 新型光纤材料与技术的研发14.2 光纤通信设备的创新设计14.3 光纤通信系统的智能化与自动化14.4 光纤通信技术在未来的挑战与机遇第十五章：课程总结与展望15.1 光纤通信技术课程回顾15.2 光纤通信技术的关键问题和挑战15.3 光纤通信技术的未来发展趋势15.4 学生实践和研究的方向与建议重点和难点解析本文档详细介绍了《光纤通信技术》课程的教学大纲、教案和课程日历，涵盖了光纤通信的概述、基础知识、系统组成、性能评估、应用领域、传输技术、网络架构、保护与恢复、最新进展、实验与实践、维护与管理、特定领域应用、国际化发展、创新与研发以及课程总结与展望等十五个章节。
《光纤通信技术》课程教学大纲、教案、课程日历
《光纤通信技术》课程教学大纲、教案、课程日历第一章：光纤通信概述1.1 光纤通信的定义与发展历程1.2 光纤通信的优点与局限性1.3 光纤通信的应用领域第二章：光纤与光波导2.1 光纤的构造与类型2.2 光纤的传输原理2.3 光波导的类型与特点第三章：光纤通信器件3.1 光源与光发射器3.2 光接收器与光检测器3.3 光纤耦合器与光波分路器3.4 光放大器与光调制器第四章：光纤通信系统4.1 光纤通信系统的组成与工作原理4.2 光纤通信系统的性能评价指标4.3 光纤通信系统的分类与特点第五章：光纤通信技术的发展趋势5.1 高速光纤通信技术5.2 光纤通信网络技术5.3 新型光纤材料与器件5.4 光纤通信在5G及未来通信网络中的应用教学方法：1. 讲授：通过讲解、案例分析等方式，使学生掌握光纤通信的基本原理、技术及其应用。
2. 互动：鼓励学生提问、发表观点，提高课堂氛围，促进学生思考。
3. 实践：组织实验室参观、实践操作等活动，让学生亲身体验光纤通信技术的应用。
4. 讨论：组织小组讨论，培养学生团队合作精神，提高解决问题的能力。
教学评估：1. 平时成绩：考察学生出勤、课堂表现、作业完成情况等。
2. 期中考试：测试学生对光纤通信基本概念、原理和技术掌握程度。
3. 课程设计：要求学生完成一项与光纤通信相关的课程设计，培养实际操作能力。
4. 期末考试：全面考察学生对课程内容的掌握程度。
课程日历：第1周：光纤通信概述第2周：光纤与光波导第3周：光纤通信器件第4周：光纤通信系统第5周：光纤通信技术的发展趋势第六章：光纤通信系统的性能优化6.1 信号衰减与色散管理6.2 光纤非线性效应及其补偿6.3 光信号调制与解调技术第七章：光纤通信网络7.1 光纤通信网络的拓扑结构7.2 波分复用技术（WDM）7.3 光交换技术与光路由器7.4 光纤通信网络的规划与设计第八章：光纤通信技术的应用8.1 光纤通信在数据通信中的应用8.2 光纤通信在电信网络中的应用8.3 光纤传感器与光纤测量技术8.4 光纤医疗成像与治疗技术第九章：光纤通信技术的标准化与协议9.1 光纤通信标准化的意义与过程9.2 主要的光纤通信协议与标准9.3 光纤通信协议的发展趋势第十章：光纤通信技术的未来发展10.1 新型光纤材料与器件的研究10.2 量子光纤通信技术10.3 光纤通信在物联网中的应用10.4 光纤通信在未来通信网络中的挑战与机遇教学方法：6. 结合案例分析，深入探讨光纤通信系统的性能优化技术及其在实际应用中的作用。
《光纤通信技术》课程教学大纲、教案、课程日历
光纤通信技术第一章：光纤通信概述1.1 光纤通信的定义与发展历程1.2 光纤通信的优势与局限性1.3 光纤通信的应用领域第二章：光纤与光波导2.1 光纤的制备与分类2.2 光纤的传输原理2.3 光波导的类型与制备方法第三章：光纤通信系统的基本组成3.1 光源与光发送器3.2 光纤与光缆3.3 光接收器与光检测器3.4 光放大器与光调制器第四章：光纤通信的信号处理与传输技术4.1 信号处理技术：滤波、编码、调制与解调4.2 光波分复用技术4.3 光波编码与光波调制技术4.4 光纤通信系统的性能评估第五章：光纤通信系统的应用与发展趋势5.1 光纤通信在电信领域的应用5.2 光纤通信在数据通信与网络中的应用5.3 光纤通信在有线电视与宽带接入网中的应用5.4 光纤通信技术的发展趋势第六章：光纤通信系统的网络拓扑与传输技术6.1 光纤通信系统的网络拓扑结构6.2 传输技术：单模光纤与多模光纤的传输6.3 光纤通信系统的网络规划与设计第七章：光纤放大器与光电子器件7.1 光放大器的工作原理与类型7.2 光电子器件的分类与功能7.3 光纤通信中的信号放大与处理技术第八章：光纤通信系统的性能评估与优化8.1 系统性能评估指标：损耗、色散、非线性效应8.2 光纤通信系统的性能优化技术8.3 网络性能的监测与管理第九章：光纤通信技术的标准化与协议9.1 光纤通信技术的国际标准与国内标准9.2 光纤传输协议：SDH、DWDM与OTN9.3 光网络协议：MPLS、PON与5G承载网第十章：光纤通信技术的实验与实践10.1 光纤通信实验设备与实验方法10.2 光纤通信系统的调试与维护10.3 光纤通信技术在实际工程中的应用案例分析重点和难点解析重点环节1：光纤通信的定义与发展历程解析：理解光纤通信的基本概念和发展历程对于掌握整个课程至关重要。
学生需要了解光纤通信与传统通信方式的差异，以及光纤通信技术是如何逐步取代传统通信技术的。
光纤通信
第一章 光纤通信概述1、 基本概念光纤通信：利用光导纤维传输光波信号的通信方式工作波长：目前光纤通信的实用工作波长在近红外区，即0.8—1.8um 的波长区。
对于SiO2光纤，有三个低损耗窗口，是目前光纤通信的实用工作波长，即850nm(用于多模),1310nm （单模），1550nm （单模）。
2、系统的基本组成（物理组成及各部分作用）强度调制/直接检波（IM/DD ）的光纤数字通信系统。
主要由光发射机、光纤、光接收机以及长途干线上必须设置的光中继器组成。
光发射机：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半导体激光器（LD ）或半导体发光二级管（LED ）是能够完成电-光转换的半导体光源。
光接收机：将光纤送过来的光信号转换成电信号，然后经过对电信号的处理以后，使其恢复为原来的脉码调制信号送入电接收机。
光接收机中的重要器件光电二极管（PIN ）和雪崩二极管（APD ）是能够完成光-电转换的光电检测器。
光中继器：保证通信质量。
有两种形式：光-电-光转换形式的中继器和光信号上直接放大的光放大器。
3、优越性（体现在哪里）①传输频带宽，通信容量大②传输损耗小，中继距离长③在某些条件下，抗电磁干扰能力强④光纤线径细，重量轻，制作光纤的资源丰富4、 技术的现状（PDH 、SDH 、WDM 、光电收发器、EPON ）PDH 、SDH 、WDH 用于语音传输，光电收发器、EPON 用于数据传输 PDH ：用于低容量，近距离SDH ：用于中等距离，较大容量WDM ：用于远距离现在涌现出的EPON 已经商用5、 发展的发展方向（GFP 、ASON 和全光网等）第二章 光导纤维1、 光纤的结构和分类结构：石英材料做成的横截面很小的双层同心圆柱体，线芯、包层和涂敷层。
分类：按横截面折射率分布划分：阶跃型光纤和渐变性光纤；按纤芯中传输模式的多少划分：单模光纤（适用于大容量长距离光纤通信）和多模光纤（存在模色散，带宽窄，制造、耦合及连接都比单模光纤容易）2、 用射线理论分析光纤的导光原理（阶跃、渐变），推出几个重要的参数和指标阶跃：相对折射指数差：△=2122212/)(n n n - 数值孔径：∆=-==2sin 12221max n n n NA φ渐变：最佳折射指数分布：可以消除模式色散的n(r)分布。
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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0.47
dB/km(波长1.2μm)。 在以后的 10 年中，波长为1.55 μm的光纤损耗：1979 年是
➢1977年，第一根短波长(0.85mm)阶跃型石英光纤问世，损耗
在这个时期，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实验。 实验证明：用承载信息的光波，通过大气的传 播，实现点对点的通信是可行的，但是通信能 力和质量受气候影响十分严重。
固体激光器和气体激光器的体积大、功耗大、 不适宜做通信设备中的光源。
第一章光纤通信概述
1970 年，光纤通信用光源取得了实质性的进展
➢1974年贝尔实验室（Bell）采用改进的化学汽相沉积法制出性能 优于康宁公司的光纤产品。
➢到1979年，掺锗石英光纤在1.55µm处的损耗已经降到0.2dB/km ，这一数值已经十分接近由Rayleigh散射所决定的石英光纤理论 损耗极限
第一章纤通信概述
世界光纤产值从96年92亿美元到2002年预计 198 亿美元，每 6 年翻一番
现在世界上光纤生产速度为 3200 km/小时，即每 天生产的光纤可绕地球两周
目前光纤产量每年递增 20~25%
目前光缆产值按应用分类为：本地通信 51.25%，
LAN等 20.82%，干线 15.81%，CATV 8.6%，
其它 3.5%
第一章光纤通信概述
光纤技术发展概况
国内现状
➢1963年 开始光通信的研究
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
（实用中10年左右） 。 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。
第一章光纤通信概述
解决方法
把激光束限定在特定的空间内传输。
第一章光纤通信概述
光纤通信
第一章光纤通信概述
第一章光纤通信概述
第一章 光纤通信概述
1.1 光纤通信的发展历程 1.2 光纤通信的主要特性 1.3 光纤通信系统的组成与分类 1.4 全光网
第一章光纤通信概述
早期的光通信
3000多年前，中国古代的重 要军事防御设施，建造“烽火 台”，防止敌人入侵，遇敌情 则白天点燃掺有狼粪的柴草， 使浓烟直上云霄；夜里则燃 烧加有硫磺和硝石的干柴， 使火光通明，台台相连，以 传递紧急军情。
现代光纤通信的发展历程
1966年，英籍华人高锟深入研究了光在石英 玻璃纤维中的严重损耗问题（1000dB/km)
发现引起光纤损耗的主要原因
如果把材料中金属离子含量的比重降低到106 以下，光纤损耗就可以减小到 10 dB/km。
再通过改进制造工艺，提高材料的均匀性，可 进一步把光纤的损耗减少到几dB/km。这种 想法很快就变成了现实。
1880 - Photophone Transmitter
第一章光纤通信概述
之后的几十年，光通信进展不大原因
光不纯 作为接收机的硅光电池内部噪声很大 没有一个适当的光传输媒质
第一章光纤通信概述
1960年，美国加利福尼亚州休斯航空公司实验 室的研究员梅曼发明了第一台红宝石激光器。
第一章光纤通信概述
第一章光纤通信概述
光纤技术发展概况
国外光纤技术发展情况
➢20世纪60年代中期，所研制的最好的光纤损耗在400dB以上
➢1966年英国标准电信研究所高锟及Hockham从理论上预言光纤 损耗可降至20dB/km以下
➢日本于1969年研制出第一根通信用光纤损耗为100dB/km
➢1970年康宁公司（Corning）采用“粉末法”先后获得了损耗低于 20dB/km和4dB/km的低损耗石英光纤
第一章光纤通信概述
高 锟----光纤通信发明家（左）
2009 年获 得诺 贝尔 物理 学奖
1998年在英国接受IEE授予的奖章 第一章光纤通信概述
1970年，光纤研制取得了重大突破
1970年，在高锟理论的指导下，美国康宁(Corning)公司研制成 功损耗20dB/km的石英光纤。把光纤通信的研究开发推向一个 新阶段。
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。 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1.3 μm的铟镓
0.20 dB/km，1984年是0.157 dB/km，1986 年是0.154 dB/km。 目前G.654光纤在1.55 μm波长附近仅为0.151dB/km， 接近了
光纤最低损耗的理论极限。
我国目前也有相当多的公司可以拉制性能很好的通信光纤，比 如长飞、大唐电信等等。
第一章光纤通信概述
实用光纤通信系统的发展
1976 年，美国在亚特兰大进行了世界上第一个实用光纤通 信系统的现场试验。
1980 年，美国标准化FT - 3光纤通信系统投入商业应用。 1976 年和 1978 年，日本先后进行了速率为34 Mb/s的突变
型多模光纤通信系统， 以及速率为100 Mb/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。 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。
第一章光纤通信概述
早期光通信
旗语（世界各国海军通用的语言） 不同的旗子，不同的旗组表达着不同的意思。 郑和下西洋
交通信号灯、机场上的跑道标志灯
第一章光纤通信概述
1880年，美国人贝尔发明了 “光电话”
第一章光纤通信概述
Bells Photophone
1880 - Photophone Receiver