光纤通信原理第七章
第七章同步数字体系(SDH)
AUPTR还可用于频率调整．以便实现网络各支路同步工作。
这10个比特就是指针值。指针值是用二进制来表示的。亦即用 l0个比特的0、1码构成的二进制数值，来表示十进制的0～782 个编号。再深一步说，就是用上面所述的10比持来表示VC-4第 一个字节在o～782中的位置。
四、指针的频率调整作用
1、当VC帧速率＜AUG帧速率时: 图7—14中的5个I比持反转，通知接收端表示要作正码速调整(加
(C-4)十(VC-4POH)=VC-4 (VC-4) 十(AU-4PTR)＝AU-4 (AU-4)＝(AUG) 最后形成 STM-1
(1)下图画出了两帧，(一帧的时间是125μs，故两帧是250μs (2)对照帧结构图7－2可知，图中左侧第四行的位置就是指针区。 (3)图右侧是两帧STM—1的净负荷区，为了表明净负荷区中某点的 位置，根据行、列来画线打出格子。从第四行向右、向下进行位置 编号。每三格编一个号。例如的000，111，222，－－。
二、PDH的固有缺点
1、存在互为独立的三大数字系列，使国际间的互通存在 困难。
2、无统一的光接口，使各厂家的产品互不兼容。 3、 4、网管通信带宽严重不足，给建立集中式电信管理网带
5
三、SDH网的基本特点
优点： 1）SDH网络是由一系列SDH网元（NE）组成的，它是一个可在
光纤 或微波、卫星上进行同步信息传输、复用和交叉连接的网络。 2）具有全世界SDH)传输网中的信号是以同步传输模块(STM)
光纤通信知识点归纳
第1章概述1、光纤通信的基本概念：利用光导纤维传输光波信号的通信方式。
光纤通信工作波长在于近红外区：0.8～1.8μm的波长区，对应频率: 167～375THz。
对于SiO2光纤，在上述波长区内的三个低损耗窗口，是目前光纤通信的实用工作波长，即0.85μm、1.31μm及1.55μm。
2、光纤通信系统的基本组成：（P2图1-3）目前采用比较多的系统形式是强度调制/直接检波（IM/DD）的光纤数字通信系统。
该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。
1）在点对点的光纤通信系统中，信号的传输过程：由电发射机输出的脉码调制信号送入光接收机，光接收机将电信号转换成光信号耦合进光纤，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，最后由信息宿恢复用户信息。
2）光发射机中的重要器件是能够完成电-光转换的半导体光源，目前主要采用半导体发光二极管(LED)和半导体激光二极管（LD)。
3）光接收机中的重要部件是能够完成光-电转换的光电检测器，目前主要采用光电二极管（PIN）和雪崩光电二极管（APD）。
特性参数：灵敏度4）一般地，大容量、长距离光纤传输: 单模光纤+半导体激光器LD小容量、短距离光纤传输: 多模光纤+半导体发光二极管LED5）光纤线路系统：功能：把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机。
组成：光纤、光纤接头和光纤连接器要求：较小的损耗和色散参数3、光纤通信的特点：优点：（1），传输频带宽，通信容量大。
（2）传输损耗小，中继距离长：石英光纤损耗低达0.19 dB/km，用光纤比用同轴电缆或波导管的中继距离长得多。
（3）保密性能好：光波仅在光纤芯区传输，基本无泄露。
（4）抗电磁干扰能力强：光纤由电绝缘的石英材料制成，不受电磁场干扰。
（5）体积小、重量轻。
（6）原材料来源丰富、价格低廉。
缺点：1）不能远距离传输；2）传输过程易发生色散。
光纤通信原理试题
1.决定光纤通信中继距离的主要因素是( B )A.光纤的型号B.光纤的损耗和传输带宽C.光发射机的输出功率D.光接收机的灵敏度2.弱导光纤中纤芯折射率n1和包层折射率n2的关系是( A )A.n1≈n2B.n1=n2C.n1>>n2D.n1<<n23.当V→∞时，光纤中的光能( D )A.大部分集中在纤芯，小部分在包层B.大部分集中在包层，小部分在纤芯C.都集中在包层中，纤芯中没有D.都集中在纤芯中，包层中没有4.下列哪一种吸收属于光纤的本征吸收?( A )A.SiO2的吸收B.OH-的吸收C.Cu2+的吸收D.V3+的吸收5.下列哪一项不是要求光接收机有动态接收范围的原因?( C )A.光纤的损耗可能发生变化B.光源的输出功率可能发生变化C.系统可能传输多种业务D.光接收机可能工作在不同系统中6.光隔离器的作用是( B )A.调节光信号的功率大小B.保证光信号只能正向传输C.分离同向传输的各路光信号D.将光纤中传输的监控信号隔离开7.光纤数字通信系统中不能传输HDB3码的原因是( A)A.光源不能产生负信号光B.将出现长连“1”或长连“0”C.编码器太复杂D.码率冗余度太大8.下列哪一个不是SDH网的特点( D )A.具有全世界统一的接口标准B.大量运用软件进行系统配置的管理C.复用映射结构灵活D.指针调整技术降低了设备复杂性9.映射是指( B )A.支路信号装入C的过程B.支路信号适配装入VC的过程C.VC和TU指针构成TU的过程D.N个STM-1同步复用进STM-N的过程10.目前EDFA采用的泵浦波长是( C )A. 0.85μm和1.3μmB. 0.85μm和1.48μmC. 0.98μm和1.48μmD. 0.98μm和1.55μm1.今后光纤通信的发展主方向是_ 扩大通信容量__延长中继距离_____。
2.由公式求得介质薄膜波导的导波模数量m=1.31，该波导中可传输的模式有___ TE0，TE1，TM0，TM1____。
光纤通信原理与技术课程教学大纲
《光纤通信原理与技术》课程教学大纲英文名称:Fiber Communication Principle and its Application学时:51 学分：3开课学期：第7学期一、课程性质与任务通过讲授光纤通信技术的基础知识,使学生了解掌握光纤通信的基本特点，学习光纤通信系统的三个重要组成部分：光源（光发射机）、光纤（光缆）和光检测器（光接收机)。
通过本课程的学习，学生将掌握光纤通信的基本原理、光纤通信系统的组成和系统设计的基本方法,了解光纤通信的未来与发展，为今后的工程应用和研究生阶段的学习打下基础。
二、课程教学的基本要求要求通过课堂认真听讲和实验课,以及课下自学，基本掌握光纤通信的基础理论知识和应用概况，熟悉光纤通信在电信、通信中的应用，为今后的工作打下坚实的理论基础。
三、课程内容第一章光通信发展史及其优点（1学时）第二章光纤的传输特性（2学时）第三章影响光纤传输特性的一些物理因素（5学时）第四章光纤通信系统和网络中的光无源器件(9学时）第五章光纤通信技术中的光有源器件（3学时)第六章光纤通信技术中使用的光放大器（4学时）第七章光纤传输系统（4学时)第八章光纤网络介绍（6学时）第九章光纤通信原理与技术实验(17课时)四、教学重点、难点本课程的教学重点是光电信息技术物理基础、电光信息转换、光电信息转换，光电信息技术应用,光电新产品开发举例。
本课程的教学难点是光电信息技术物理基础。
五、教学时数分配教学时数51学时，其中理论讲授34学时，实践教学17学时。
（教学时数具体见附表1和实践教学具体安排见附表2）六、教学方式理论授课以多媒体和模型教学为主，必要时开展演示性实验。
七、本课程与其它课程的关系1。
本课程必要的先修课程《光学》、《电动力学》、《量子力学》等课程2。
本课程的后续课程《激光技术》和《光纤通信原理实验》以及就业实习。
八、考核方式考核方式：考查具体有三种。
根据大多数学生学习情况和学生兴趣而定其中一种.第一种是采用期末考试与平时成绩相结合的方式进行综合评定.对于理论和常识部分采用闭卷考试，期末考试成绩占总成绩的55％，实验成绩占总成绩的30%，作业成绩及平时考勤占总成绩的15％；第二种是采用课程设计（含市场调查报告)和平时成绩相结合的方式，课程设计占总成绩的55%,实验成绩占总成绩的30％,作业成绩及平时考勤占总成绩的15％。
《光纤通信》课件第7章 光纤通信系统及设计
图7.7 AM和FM系统中， 功率预算和谱呈抛物线形状， 即随着基带频率的增高， 解调噪声也越来越大。 为了 均衡整个信号带宽内的解调噪声，提高传输质量，需 要在调制器之前对视频信号加入预加重处理， 当然在 接收端解调之后要进行去加重处理。另外，用户接收 FM信号时，需要附加FM-AM转换器， 以便与用户接 口设备兼容。
7.1.2 模拟调制技术 对光纤通信系统来说，数字通信系统所采用的数
字调制方式具有较强的数字处理能力、抗干扰能力， 无噪声积累且适宜于长距离干线传输。但这种方式设 备复杂，价格昂贵。而模拟设备比较简单便宜， 调制 方式多样，使用灵活，因此在图像和数据信号的传输 中获得了较多的应用。
对于图像信号的传输， 一般采用基带电视信号直 接调制光脉冲强度， 称为基带直接强度调制； 另一种 调制方式是先用脉冲幅度调制（PAM）、脉冲频率调 制（PFM）、脉冲宽度调制（PWM）、脉冲间隔（位 置）调制（PPM）的方式把基带信号调制到一个电的 副载波上，再用这个副载波去强度调制（IM）光脉冲。 几种不同的脉冲调制波形见图7.2。
/ Req
（7.9）
7.2.2 多信道传输
前面所述的基带直接强度调制仅是单信道传输的 情况， 对于光纤巨大的带宽资源， 可以使用多路信号 的复用技术。 首先可以把基带信号用AM、 FM、 PM 等调制方式调制到频率为f1、f2、…、fN的N个载波（称 为副载波）上，然后再把这N个信号频分复用 （FDM），调制一个光源，如图7.4所示。
发送机、 光纤传输信道和光接收机。
图7.1 模拟链路的基本单元
光发送机可以是LED或LD。采用LED设备简单， 价格便宜。而用LD作光源，比用LED有较大的入纤功 率，可以延长传输距离，但引起系统非线性失真的因 素较多。
光纤通信第7章课后习题答案
习题七1．商业级宽带接收机的等效电阻Ω=75eq R 。
保持发送机和接收机的参数和图7.5的例子相同，在接收机光功率范围内0~－16dBm 时计算总载噪比，并画出相应的曲线。
类似于7.2.2节的推导，推出其载噪比的极限表达式。
证明当Ω=75eq R 时，任何接收光功率电平下，热噪声都超过量子噪声而成为起决定作用的噪声因素。
解：因为是PIN ，所以1G =，由eqeq t eq xD P eq R B kTF B G I I e B P R RIN P mRG N C /4)(2)()(5.0222+++=+得到 eqeq t eq D P eq R B kTF B I I e B P R RIN P mR N C /4)(2)()(5.022+++=再由一次光生电流P I RP =，得到eqeq t eq D eq eq R B kTF B eI B P eR B P R RIN P mR N C /422)()(5.022+++= 其中P 是光检测器接收到的平均光功率。
把参数191.610e C -=⨯，0.6/R A W =，143/RIN dB Hz =-，10eq B MHz =，10D I nA =，231.3810/k J K -=⨯，290T K =，75eq R =Ω，3t F dB =代入上式，就得出/C N 随P 变化的关系曲线方程。
当接收机的光功率较低时，系统的噪声主要是前置放大器电路的噪声，于是载噪比为20.5()4/t eq eqC mRP N kTF B R =把01P dBm mW ==代入可以求出其值。
对于设计较好的光电二极管，与中等强度的接收光信号的散弹（量子）噪声相比，体暗电流和表面暗电流产生的噪声很小。
因此在中等强度接收光信号条件下，系统噪声主要是光电二极管的量子噪声，此时有：22220.5()0.5()0.5()2()224P D eq P eq eq eqC mRP mRP mRP m RPN e I I B eI B eRPB eB ====+ 把01P dBm mW ==代入可以求出其值。
光纤通信原理全套PPT课件360
f（t）
（量化、编码）
抽样信号 数字信号
…
f 1 1 0 1 0 0 0 0 t
… 1 2 … n 1 … n…
t
时分复用
3. 光纤通信 传输的是光信号、传输线路是光纤（光缆） 光纤通信与电通信的主要区别有两点： • 用光波作为载波信号传输来信号 • 用光纤作传输线路
目前使用的光纤通信系统，普遍采用的是数字编 码、强度调制，即用数字信号去直接调制光源 的光强，使之随信号电流呈线性变化（如“1”、 “0”分别使“有光”、“无光”）
阶跃型光纤的剖面折射率分布
n （ 1 r） n
0
渐变型光纤的剖面折射率分布
a
bnr
2.渐变型光纤
纤芯折射率n1随着半 径的增加而按一定规律减 小，到纤芯与包层交界处 为包层的折射率n2 ，即纤 芯中折射率的变化呈近似 抛物线型。这种光纤称为 渐变型光纤，可用 GI(Graded-Index)表示。
光通信系统
P C M 复 用 设 备
电信号
光 端 机
光 中 继 器
光 端 机
P C M 复 用 设 备
电信号
光信号
光缆通信传输系统的基本构成
2. 优缺点 优点：传输频带宽，通信容量大；损耗小，不受电磁 干扰，传输质量好，传输距离长；线径细，质量轻， 空间利用率高；资源丰富。 缺点：光纤质地脆、机械强度低；要求比较好的切断、 连接技术；分路、耦合比较麻烦等。 光波也是电磁波，其波长在微米级、頻率为1012~1016Hz 数量级。目前光纤通信使用的波长范围是在近红外区 内，即波长为0.8~1.8µ m 其中短波长波段波长为0.85µ m 长波长波段波长为1. 31µ m和1.55µ m 0.85µ m、1.31µ m和1.55µm是目前所采用的三个通信窗口
《光纤通信原理》课件
光接收机是用于接收和还原光信号的设备，它由光检测器和信号处理电路组成 。光检测器将接收到的光信号转换为电信号，信号处理电路则对电信号进行放 大、滤波和均衡等处理，以恢复原始的电信号。
光放大器与光中继器
光放大器
光放大器用于放大传输中的光信号，以提高光纤通信系统的传输距离和可靠性。常见的 光放大器包括掺铒光纤放大器（EDFA）和拉曼放大器等。
01
02
广播电视
光纤传输具有大容量、长距离传输的 特点，广泛应用于广播电视节目的传 输。
03
企业和校园网络
光纤网络具有高速、稳定、安全的特 点，成为企业和校园网络的首选。
电力通信
光纤通信在电力系统中用于实现自动 化控制、远程监控等功能，保障电力 系统的安全稳定运行。
05
04
军事和航空航天
光纤通信具有抗电磁干扰、轻便等特 点，在军事和航空航天领域得到广泛 应用。
塑料光纤
由高透明度的聚合物材料 制成，具有柔韧性好、成 本低等优点，但传输损耗 较大。
石英光纤
由纯度极高的石英玻璃拉 制而成，具有低损耗、高 透明度、耐高温等优点， 是应用最广泛的光纤。
光纤的传输特性
光的全反射
光纤利用光的全反射原理传输光信号，具有很强的抗干扰能力和 保密性。
光的偏振
光纤中的光波具有偏振状态，对光的传输特性有一定影响。
光的干涉与衍射
光纤中的光波会受到光的干涉与衍射作用，对光的传输方向和强 度产生影响。
光纤的损耗与色散
光纤的损耗
光纤传输光信号时会因为吸收、散射等原因产生能量损耗，限制了传输距离和信号质量。
光纤的色散
光纤传输光信号时会因为不同频率或模式
04
光中继器
光纤通信的原理
光纤通信的原理光纤通信是一种将信息通过光信号在光纤中传输的通信方式。
它基于光的特性，具有高速、大容量、低延迟等优点，因而在现代通信领域得到广泛应用。
本文将介绍光纤通信的原理，包括光的传播特性、光纤的结构和工作原理等。
一、光的传播特性光是一种电磁波，具有高频率和高能量的特点。
它在真空或介质中的传播速度很快，可达到每秒约30万公里。
光在传播过程中几乎不受到衰减和干扰，能够保持较长的传输距离和较高的信号质量。
二、光纤的结构光纤是由光导芯和包覆层组成的。
光导芯是光的传输通道，一般采用纯净、高折射率的材料制成，如石英玻璃。
包覆层则是保护光导芯的外包层，通常采用折射率较低的材料制成，如塑料或者聚合物。
三、光纤通信的工作原理光纤通信的工作原理主要包括光的发射、传输和接收三个过程。
1. 光的发射光信号通过一个光源（如激光器或发光二极管）产生，并通过调制器对信号进行调制。
调制的方式可以是强度调制、频率调制或相位调制，用来表示传输的不同信息。
2. 光的传输调制后的光信号被发送到一端的光纤中，通过光导芯的全内反射来实现信号的传输。
光信号在光纤中以全内反射的方式沿着光轴进行传播，光的传播路径与光轴基本一致，几乎不受光的散射和衍射影响。
3. 光的接收光信号到达接收端后，通过光探测器将光信号转换成电信号。
常用的光探测器有光电二极管和光电二极管阵列，在接收到光信号后产生的电流或电压变化来表示光信号的强度、频率或相位等信息。
四、光纤通信的应用和发展光纤通信技术已广泛用于电信网络、数据传输和互联网等领域。
其高速、大容量的特点使得信息传输更加迅速和可靠，推动了现代社会的信息化进程。
随着光纤通信技术的不断发展，如光时分复用、光分布式传感等技术的出现和应用，光纤通信将进一步提升其传输速度和功能。
总结：光纤通信是一种基于光的传播特性和光纤的工作原理实现信息传输的技术。
通过光的发射、传输和接收过程，光纤通信实现了高速、大容量、低延迟的数据传输。
光纤通信第7章光放大器讲解学习
SOA也是一种 重要的光放大 器，其结构类 似于普通的半 导体激光器。
I
R1
R2
半导体光放大器示意图
•半导体光放大器的放大特性主要决定于激光腔的反射特性与 有源层的介质特性。
•根据光放大器端面反射率和工作偏置条件，将半导体光放大 器分为：----法布里－珀罗放大器(FP－SOA)
EDFA + 均衡器 → 合成增益
增益平坦/均衡技术(2)
2. 新型宽谱带掺杂光纤： 如掺铒氟化物玻璃光纤（30nm平坦带宽）、
铒/铝共掺杂光纤（20nm）等， 静态增益谱的 平坦，掺杂工艺复杂。
3. 声光滤波调节： 根据各信道功率，反馈控制放大器输出端的
多通道声光带阻滤波器，调节各信道输出功率使 之均衡，动态均衡需要解复用、光电转换、结构 复杂，实用性受限
增益钳制技术(1)
电控：监测EDFA的输入光功率，根据其大小调整 泵浦功率，从而实现增益钳制，是目前最为成熟的
方法。
In
Out
EDFA
LD Pump
泵浦控制均衡放大器（电控）
增益钳制技术(2)
在系统中附加一波长信道，根据其它信道的功率， 改变附加波长的功率，而实现增益钳制。
注入激光
四、EDFA的大功率化(1)
=1.3%
=0.7%
用于制作大功率EDFA 的双包层光纤结构图
芯层：5m 内包层： 50m 芯层(掺铒)，传播信号层(SM) 内包层，传播泵浦光(MM)
7.1 光放大器
7.1.1 光放大器概述 7.1.2 掺铒光纤放大器EDFA 7.1.3 半导体光放大器SOA 7.1.4 光纤拉曼放大器FRA
7.1.3 半导体光放大器SOA
输出信号光功率 输入信号光功率
光纤通信原理-(全套)PPT课件
为了描述光纤中传输的模式数目，在
此引入一个非常重要的结构参数，即光纤
的归一化频率，一般用V表示，其表达式 如下：
V k 0 n m a2 2 0n m a2 C n m a2
1. 多模光纤
顾明思义，多模光纤就是允许多个模 式在其中传输的光纤，或者说在多模光纤 中允许存在多个分离的传导模。
光纤的作用是为光信号的传送提供传 送媒介(信道)，将光信号由一处送到另一 处。
中继器分为电中继器和光中继器(光放 大器)两种，其主要作用就是延长光信号的 传输距离。
1.3.2 光纤通信系统的分类
根据调制信号的类型，光纤通信系统 可以分为模拟光纤通信系统和数字光纤通 信系统。
根据光源的调制方式，光纤通信系统 可以分为直接调制光纤通信系统和间接调 制光纤通信系统。
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)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 . 1 8 dB/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。
图2.2 光纤的折射率分布
光纤的折射率变化可以用折射率 沿半径的分布函数n(r)来表示。
n r n n 1 2
r a r a
2. 按传输模式的数量分类
按光纤中传输的模式数量，可以将光 纤分为多模光纤(Multi-Mode Fiber，MMF) 和单模光纤(Single Mode Fiber，SMF)。
通信原理第七章数字带通传输系统课件
xDSL技术利用数字带通传输系统实现宽带接入，提供了高速上 网、视频通话等服务。
光纤通信系统
光纤通信系统利用数字带通传输系统实现长距离、高速、大容量 的数据传输，广泛应用于城域网、骨干网等。
卫星通信系统中的数字带通传输系统
卫星电视接收系统
数字带通传输系统用于卫星电视接收系统中传输电视信号，实现 了覆盖广泛的电视节目服务。
无线局域网（WLAN）
WLAN利用数字带通传输系统实现无线高速上网，提供了灵活的接入方 式和便捷的数据传输服务。
03
全球定位系统（GPS）
GPS通过数字带通传输系统发送和接收信号，实现了高精度的定位和导
航功能。
有线通信系统中的数字带通传输系统
有线电视网络
数字带通传输系统用于有线电视网络中传输电视信号，提供了高 清晰度、稳定的电视节目服务。
通信原理第七章数 字带通传输系统课 件
contents
目录
• 数字带通传输系统的基本概念 • 数字带通传输系统的调制技术 • 数字带通传输系统的解调技术 • 数字带通传输系统的性能分析 • 数字带通传输系统的实际应用案例
01
CATALOGUE
数字带通传输系统的基本概念
数字带通传输系统的定义
数字带通传输系统是指利用调制 技术将数字信号转换为适合在带 通频段上传输的信号的一种通信
差错控制技术
采用各种差错控制技术，如奇偶校验、循环冗余校验、自动重传等， 可以降低误码率，提高抗干扰性能。
带通传输系统的频带利用率
频带利用率
数字带通传输系统的频带利用率 是指在有限的频带资源内传输尽 可能多的信息。
调制方式
采用高效的调制方式，如QPSK、 16QAM、64QAM等，可以有效 提高频带利用率。
光纤通信的原理及发展
光纤通信的原理及发展光纤通信是一种利用光纤作为传输介质进行信息传输的通信方式。
它利用光的全反射特性，在光纤内部传输光信号，实现高速、大容量、低损耗的信息传输。
光纤通信的原理主要基于光的折射和全反射原理，下面将详细介绍光纤通信的原理及其发展历程。
一、光纤通信的原理1. 光的折射和全反射原理光纤是一种细长的光导纤维，其内部由两种不同折射率的材料构成。
当光线从折射率较高的材料传播到折射率较低的材料时，会发生折射现象；而当光线从折射率较低的材料传播到折射率较高的材料时，会发生全反射现象。
利用光的折射和全反射原理，光信号可以在光纤内部进行传输，实现远距离的信息传输。
2. 光纤通信系统的组成光纤通信系统主要由光源、调制器、光纤、解调器和接收器等组成。
光源产生光信号，经过调制器调制后输入光纤，通过光纤传输到目的地，再经过解调器解调得到原始信息，最终由接收器接收并处理信息。
光纤通信系统利用光的高速传输特性，实现了信息的快速传输和高效通信。
二、光纤通信的发展1. 光纤通信的起源光纤通信的概念最早可以追溯到19世纪末的光学通信实验。
20世纪60年代，美国学者发明了第一根光纤，并在1970年代初成功实现了光纤通信的原型系统。
随着光纤材料和制造工艺的不断改进，光纤通信技术逐渐成熟并得到广泛应用。
2. 光纤通信的发展历程20世纪70年代至80年代，光纤通信技术逐步商用化，光纤通信网络开始建设。
随着光纤通信技术的不断进步，光纤通信网络的传输速率和容量不断提高，通信质量和稳定性也得到了显著改善。
90年代以后，随着光纤通信技术的快速发展，光纤通信网络已成为现代通信网络的主要形式，为人们的生活和工作提供了便利。
3. 光纤通信的未来发展随着信息社会的不断发展，人们对通信网络的需求也越来越高。
光纤通信作为一种高速、大容量、低损耗的通信方式，具有巨大的发展潜力。
未来，光纤通信技术将继续向着更高速率、更大容量、更低成本的方向发展，为人类社会的信息交流提供更加便捷和高效的通信方式。
光纤通信原理
信 息 源
电 电信号 光
发
发
射
射
机
机
光信号
光 电信号 电
接
发
收
射
Hale Waihona Puke 机机信 息 源
光纤通信系统的基本组成
• 光纤通信系统包括发射、传输、接收等基本功能模块。信息 源将用户信息（话音、图象、数据等）转化为原始电信号， 这种信号称为基带信号。电发射机把基带信号转换为适合信 道传输的信号。
• 输入到光发射机带有信息的电信号，都是通过调制转换为 光信号的。光载波经光纤传输到远方接收端，再经过适当的 解调从载波中取出用户需要的信息。
• CMI码的编码规则：输入码型“1”交替地以“00”和“11” 表示，而“0”固定用“01”表示。CMI解码与编码过程相反： 如果输入的是“11”或“00”则输出为“1”，如果输入为“10” 或“01”，则输出为“0”。
输入信号
取样
量化 编码
37 2
7 32
0011 0111 0010 0111 0011 0010
基带信号——取样——量化——脉冲编码——CMI码（线路码）
时钟
伪随机码
1
1
1
0
1
0
CMI码
11
00
11
0
1
000
1
伪随机码的CMI 1B2B码 码型变换过程
• mBnB码是把输入的二进制原始码流进行分组，每组有m个 二进制码，记为mB，称为一个码字。然后把一个码字变换为n 个二进制码，记为nB。最简单的mBnB码是1B2B码（曼彻斯 特码）。
《光纤通信原理》PPT课件
3-1-2 散射损耗
光线通过均匀透明介质时，从侧面是难 以看到光线的，如果介质不均匀，如空 气中漂浮的大量灰尘，我们便可以从侧 面清晰地看到光束的轨迹。这是由于介 质中的不均匀性使光线四面八方散开的 结果，这种现象称之为散射。散射损耗 是以光能的形式把能量辐射出光纤之外 的一种损耗。散射损耗可分为线性散射 损耗和非线性散射损耗。
红外吸收损耗对于波长大于2微米的光 波表现得特别强烈，形成红外吸收带。
29
杂质吸收损耗
杂质吸收损耗可以随杂质浓度的降低 而减小，直至清除。因此得到一个很宽 的低损耗波长窗口，有利于波分复用 （WDM）。
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原子缺陷吸收损耗
原子缺陷吸收损耗可以通过选用合适的 制造工艺，不同的掺杂材料及含量使之 减小到可以忽略不记的程度。
2
1-1 光纤通信的发展与现状
1-1-1 早期的光通信 几千年前，中国就有火光通信：烽火
台，它是世界上最早的光通信，因为它 具有光通信的基本要素：光源、接受器、 信息加在光波上和光通道。
1880年，贝尔发明了光电话，它是现 代光通信的开端，但由于找不到实用的 传输手段而夭折。
3
1-1-2 光纤通信
3、弯曲特性 弯曲特性主要取决于纤芯与包层的相对折
射率差△ 以及光缆的材料和结构。实用光纤的 最小弯曲半径一般为50~70毫米，光缆的最小 弯曲半径一般为500~700毫米，等于或大于光 纤最小弯曲半径的10倍。在以上条件下，光辐 射引起的光纤附加损耗可以忽略，若小于最小 弯曲半径，附加损耗则急剧增加。
1950年曾出现过导光用的玻璃纤维， 但损耗高达1000db/Km，这天文数字的 损耗量，使有人认为光纤传输无实际意 义。
1960年，英籍华人高锟指出：如能将 光纤中过渡金属离子减少到最低限度， 有可能使光纤的损耗减少到1 db/Km，信 息容量可能超过100MHz。
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(2)
人们希望放大器的增益在很宽的频带 内与波长无关。这样在应用这些放大器的 系统中，便可放宽单信道传输波长的容限， 也可在不降低系统性能的情况下，极大地 增加WDM系统的信道数目。
(3)
由于信号放大过程消耗了高能级上粒 子，因而使增益系数减小，当放大器增益 减小为峰值的一半时，所对应的输出功率 就叫饱和输出功率，这是放大器的一个重 要的参数，饱和功率用Pouts表示。
得放大后的信噪比下降。它定义为输入信
噪比与输出信噪比之比。
Fn
(SNR)in (SNR)out
(SNR)in和(SNR)out分别代表输入与输 出的信噪比。它们都是在接收机端将光信
号转换成光电流后的功率来计算的。
7.2 掺铒光纤放大器
掺铒光纤放大器是将掺铒光纤在泵浦 源的作用下而形成的光纤放大器。对这种 掺杂光纤放大器影响较大的工作可追溯到 1963年对玻璃激光器的研究。
4.
(1) (2)
图7.5所示表示噪声指数与输出光功率之间 的关系。
(3)
同向泵浦式EDFA的饱和输出光功率最小。
图7.5 噪声指数与输出功率之间的关系
7.2.3EDFA
1. EDFA
增益系数g(z)与高能级和低能级的粒 子数目差及泵浦功率有关，对增益系数g(z) 在整个掺铒光纤长度上进行积分，就可求 出光纤放大器的增益G，所以，放大器的 增益应与泵浦强度及光纤Байду номын сангаас长度有关。
(4) 增益高，噪声低。输出功率大，增 益可达40dB，输出功率在单向泵浦时可达 14dBm，双向泵浦时可达17dBm，甚至可 达20dBm，充分泵浦时，噪声系数可低至 3~4dB，
7.2.1 掺铒光纤放大器的工作
原理
第五章已经介绍过激光器的工作原理： 经泵浦源的作用，工作物质粒子由低能级 跃迁到高能级(一般通过另一辅助能级)， 在一定泵浦强度下，得到了粒子数反转分 布而具有光放大作用。当工作频带范围内 的信号光输入时便得到放大。这也就是掺 铒光纤放大器的基本工作原理。
只是EDFA(及其他掺杂光纤放大器)细 长的纤形结构使得有源区能量密度很高， 光与物质的作用区很长，有利于降低对泵 浦源功率的要求。
(3) 半导体激光放大器。其结构大体 上与激光二极管(Laser Diode，LD)相同。
这几种类型的光放大器的工作原理和 激励方式各不相同。
7.1.4 光纤放大器的重要指标
1.
(1) 增益G与增益系数g
放大器的增益定义为 G Pout Pin
式 中 ： Pout，Pin 分 别 为 放 大 器 输 出 端 与 输 入端的连续信号功率。
(1) 工作波长与光纤最小损耗窗口一 致，可在光纤通信中获得广泛应用。
(2) 耦合效率高。因为是光纤型放大 器，易于光纤耦合连接，也可用熔接技术 与传输光纤熔接在一起，损耗可降至0.1dB， 这样的熔接反射损耗也很小，不易自激。
(3) 能量转换效率高。激光工作物质集 中在光纤芯子，且集中在光纤芯子中的近 轴部分，而信号光和泵浦光也是在近轴部
全波段
（1525～
1564nm）
第三代
1530～
E D FA 放 大 波 段 、全 1600nm 波 段
波段
1.55 ¦ mΜ 放 大 波 段
+1.58 ¦ mΜ 放 大 波 段
· 构 成 混 合 型 EDFA ·提高光均衡器的 性能
长周期光纤光栅 复用法布里－珀罗
滤波器 · 氟 化 物 EDFA ·并联型放大器
泵浦效率Wp可以用来衡量泵浦的有效 性，其表达式如下：
Wp=放大器增益(dB)/泵浦功率(mW)
7.2.2 掺铒光纤放大器的结构
1.
在同向泵浦方案中，泵浦光与信号光 从同一端注入掺铒光纤。
2.
反向泵浦，泵浦光与信号光从不同的 方向输入掺杂光纤，两者在掺铒光纤中反 向传输。
3.
为了使掺铒光纤中的铒离子能够得到充分 的激励，必须提高泵浦功率。
曲 线
g-λ
表 7-1 EDFA 宽带、增益平坦 化的 进程
增益平坦放大 关键技术 波段
第一代 1.55¦ mΜ 放 大 波 段 （一部分）
1540～ 1560nm 波 段
· 掺 铝（ A1 ）、磷（ P ） ·使用改善频带特 性的均衡器
第二代
1530～
1.55 ¦ mΜ 放 大 波 段 、 1560nm 波 段
2. EDFA
功率放大器是将EDFA直接放在光发 射机之后用来提升输出功率。
3. EDFA
EDFA用作线路放大器是它在光纤通 信系统的一个重要应用。
4. EDFA
EDFA可在宽带本地网，特别在电视 分配网中得到应用。
7.2.5 掺铒光纤放大器的优缺点
EDFA之所以得到迅速的发展，源于 它的一系列优点。
光纤通信原理第七章
(2) 传输光纤放大器，其中有受激喇 曼散射(Stimulated Raman Scattering， SRS)光纤放大器、受激布里渊散射 (Stimulated Brilliouin Scattering，SBS)光 纤放大器和利用四波混频效应(FWM)的光 放大器等。
（ 1.55 ¦ mΜ 波 段 +1.58 ¦ mΜ 波 段 增 益 平坦型 EDFA） · 碲 化 物 EDFA（ + 均衡器）
3. EDFA
EDFA的噪声系数Fn决定于自发辐射， 即噪声系数与粒子反转差ΔN有关。
7.2.4 掺铒光纤放大器的系统应用
1. EDFA
由于EDFA的低噪声特性，使它很适 于作接收机的前置放大器。
2.
放大器本身产生噪声，放大器噪声使 信号的信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR) 下降，造成对传输距离的限制，是光放大 器的另一重要指标。
(1)
光纤放大器的噪声主要来自它的放大 自发辐射(Amplified Spontaneous Emission， ASE)。
(2)
由于放大器中产生自发辐射噪声，使
2. EDFA
图7.9所示是掺铒硅光纤的g-λ曲线， 从图中可以看出增益系数随着波长的不同 而不同。
EDFA实现宽频带和增益平坦度经过 了3个阶段，如表7.1所示。
光纤在1.55μm低损耗区具有200nm带 宽 ， 而 目 前 使 用 的 E D FA 增 益 带 宽 仅 为 35nm左右。
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图 7 9 掺 铒 离 子 硅 光 纤 的