光纤通信技术第一章绪论PPT课件
合集下载
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。
《光纤通信技术》PPT课件
（3）波导结构不完善引起的损耗：实际的
光纤纤芯与包层的交界面并非理想光滑的圆柱面， 而存在着非常微小结构的凹凸现象。这种不均匀 表面能将传输模转换成辐射模，使光纤损耗增加。
编辑ppt
17
（4） 微弯损耗：光纤侧面受到不均匀的压力，
使得光纤在轴向上发生微米极的弯曲，造成纤芯与 包层界面的微小凹凸产生光辐射所形成的损耗。
半导体雪崩二极管（APD）：需加高反偏
电压，内部产生雪崩增益效应，有较大放 大作用。
编辑ppt
四、光放大器
使光信号直接在光域中进行放大而 无需转换成电信号的放大器叫光放大 器，它具有高增益和高功率的放大能 力，在各种不同的光波系统中均可得 到应用。
编辑ppt
27
1、光放大器可分为：
半导体光放大器：利用能级间跃迁的受激现 象进行光放大的。
微弯损耗
附加损耗 弯曲损耗
连接损耗
编辑ppt
16
（1） 瑞利散射损耗：是指光与微小粒子相遇
时，光将向各个方向散射的现象。由于光纤在拉 丝制造过程中，高温导致的密度分布不均匀和成 分的不规则将残留在光纤中，从而引起的传输损 耗。
（2） 吸收损耗：是由光纤材料对光能的固有吸 收并转化成热能而产生的损耗。
1970年，美国康宁玻璃公司首先制造出衰减 为20dB/km的光纤。
1974年，光纤的衰减已降低到2dB/km；
1980年，长波长窗口（1.5μm）的衰减低达 0.2dB/km，接近理论值。
编辑ppt
4
2、光源
要实现光纤通信，还需要有适当的光源。
1970年，研制出在室温下连续运行的激 光器和发光二极管；特别是长波长 （1.3μm、1.5μm）激光器和发光二极管 的研制成功，为实现光纤通信奠定了基 础。
光纤纤芯与包层的交界面并非理想光滑的圆柱面， 而存在着非常微小结构的凹凸现象。这种不均匀 表面能将传输模转换成辐射模，使光纤损耗增加。
编辑ppt
17
（4） 微弯损耗：光纤侧面受到不均匀的压力，
使得光纤在轴向上发生微米极的弯曲，造成纤芯与 包层界面的微小凹凸产生光辐射所形成的损耗。
半导体雪崩二极管（APD）：需加高反偏
电压，内部产生雪崩增益效应，有较大放 大作用。
编辑ppt
四、光放大器
使光信号直接在光域中进行放大而 无需转换成电信号的放大器叫光放大 器，它具有高增益和高功率的放大能 力，在各种不同的光波系统中均可得 到应用。
编辑ppt
27
1、光放大器可分为：
半导体光放大器：利用能级间跃迁的受激现 象进行光放大的。
微弯损耗
附加损耗 弯曲损耗
连接损耗
编辑ppt
16
（1） 瑞利散射损耗：是指光与微小粒子相遇
时，光将向各个方向散射的现象。由于光纤在拉 丝制造过程中，高温导致的密度分布不均匀和成 分的不规则将残留在光纤中，从而引起的传输损 耗。
（2） 吸收损耗：是由光纤材料对光能的固有吸 收并转化成热能而产生的损耗。
1970年，美国康宁玻璃公司首先制造出衰减 为20dB/km的光纤。
1974年，光纤的衰减已降低到2dB/km；
1980年，长波长窗口（1.5μm）的衰减低达 0.2dB/km，接近理论值。
编辑ppt
4
2、光源
要实现光纤通信，还需要有适当的光源。
1970年，研制出在室温下连续运行的激 光器和发光二极管；特别是长波长 （1.3μm、1.5μm）激光器和发光二极管 的研制成功，为实现光纤通信奠定了基 础。
《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
非线性光纤光学第一章-绪论ppt课件.ppt
折射率分布函数
✓归一化频率 归一化频率说明光纤中允许传输的模式的数量。
V ak0
n12 n22
12
2 a
NA
2
an1
2
V值越大，能够传播的模式越多！ 可传播的模式数
M 1V2 2
V 2.405 时，只传输基模。
归一化频率与归一化传输常数的关系曲线
✓单模光纤截止波长
当V<2.405时，光纤只能传输基模一个模式，其他模式 均被截止。满足单模传输条件的最小波长称为截止波长，
光纤和通信
➢ 古希腊人用烽火来传播特洛伊战争的消息—最早的光通信
➢ 1953 年 ， 在 伦 敦 皇 家 科 学 技 术 学 院 工 作 的 Narinder Kapany开发出了用不同光学玻璃作芯和包层的包层纤维， 这也就诞生了今天所用光纤的结构，“光纤”这个词就是 Kapany给出的。
➢ 1960年 Mainman 制作出第一台激光器才引发人们对光 通信的关注。但是最初光纤的损耗很大，只传输3m就可 以损失掉一半的能量，传输20m就只剩下1％。用在胃部 检查还可以,用于光通信不可能。
表示光纤性质的光学参数
✓ 相对折射率差(阶跃光纤) 相对折射率差是表示纤芯和包层折射率差异程度的参数， 其物理含义是表示把光封闭在光纤中的难易程度。
n12 n22 2n12
包层折射率 纤芯折射率
✓数值孔径（NA）
n1 n2 > n0
n0
<max
A B
>max
B
>c
< c 900_ c
包层 纤芯
涂覆层
光纤的基本结构
✓ 特点：ncore>nclad 光在芯和包层之间的界面上反复进行全反射，并
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
《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。
《光纤通信绪论》课件
和传输容量。
光纤放大技术需要解决增益平坦 、噪声抑制、泵浦光源等问题， 以保证信号的传输质量和稳定性
。
光孤子通信技术
光孤子通信技术是一种利用光孤子效 应进行信息传输的技术，它可以在光 纤中进行长距离、高速、低损耗的传 输。
光孤子通信技术需要解决光孤子产生 和放大、光孤子操控和检测等问题， 目前仍处于实验阶段，尚未大规模应 用。
总结词
随着互联网流量的爆炸式增长，高速光 纤通信技术成为研究热点。
VS
详细描述
近年来，高速光纤通信技术发展迅速，传 输速率不断提升。通过采用先进的调制解 调技术、信号处理技术和光子集成技术， 光纤通信系统的传输速率已经达到Tbps 级别，满足了不断增长的数据传输需求。
超远距离光纤通信技术发展
总结词
02
光纤基础知识
光的本质与传播
光的波粒二象性
光既具有波动特性，又具有粒子特性 。光波在空间传播时，光子携带信息 以光速c进行传播。
光的干涉与衍射
光的波动性表现为干涉和衍射现象， 这是光信息传输的重要理论基础。
光纤的结构与分类
光纤结构
光纤由纤芯、包层和涂覆层组成，纤芯负责传输光信号，包 层对光信号进行束缚，涂覆层保护光纤不受外界影响。
抗电磁干扰
光纤材料（如石英）具有 抗电磁干扰的特性，可有 效降低外部环境对信号传 输的影响。
03
光纤通信原理
光的调制与解调
调制
将低频信号转换为高频信号的过程，以便传输。调制方式可分为直接调制和间接 调制。
解调
将高频信号还原为低频信号的过程，以便处理和应用。解调方式可分为相干解调 和非相干解调。
信号的编码与解码
波分复用技术需要使用高性能的波长稳定器和光滤波器，以保证不同波长信号的传 输质量和稳定性。
光纤放大技术需要解决增益平坦 、噪声抑制、泵浦光源等问题， 以保证信号的传输质量和稳定性
。
光孤子通信技术
光孤子通信技术是一种利用光孤子效 应进行信息传输的技术，它可以在光 纤中进行长距离、高速、低损耗的传 输。
光孤子通信技术需要解决光孤子产生 和放大、光孤子操控和检测等问题， 目前仍处于实验阶段，尚未大规模应 用。
总结词
随着互联网流量的爆炸式增长，高速光 纤通信技术成为研究热点。
VS
详细描述
近年来，高速光纤通信技术发展迅速，传 输速率不断提升。通过采用先进的调制解 调技术、信号处理技术和光子集成技术， 光纤通信系统的传输速率已经达到Tbps 级别，满足了不断增长的数据传输需求。
超远距离光纤通信技术发展
总结词
02
光纤基础知识
光的本质与传播
光的波粒二象性
光既具有波动特性，又具有粒子特性 。光波在空间传播时，光子携带信息 以光速c进行传播。
光的干涉与衍射
光的波动性表现为干涉和衍射现象， 这是光信息传输的重要理论基础。
光纤的结构与分类
光纤结构
光纤由纤芯、包层和涂覆层组成，纤芯负责传输光信号，包 层对光信号进行束缚，涂覆层保护光纤不受外界影响。
抗电磁干扰
光纤材料（如石英）具有 抗电磁干扰的特性，可有 效降低外部环境对信号传 输的影响。
03
光纤通信原理
光的调制与解调
调制
将低频信号转换为高频信号的过程，以便传输。调制方式可分为直接调制和间接 调制。
解调
将高频信号还原为低频信号的过程，以便处理和应用。解调方式可分为相干解调 和非相干解调。
信号的编码与解码
波分复用技术需要使用高性能的波长稳定器和光滤波器，以保证不同波长信号的传 输质量和稳定性。
光纤通信原理及基础知识ppt课件
光纤的通信原理及基础知识
编辑版pppt
0
光纤的通信原理及基础知识
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
编辑版pppt
1
第一章 光纤、光缆的基本知识
§1.1 光纤通信的基本原理
信号 处理
发送端
光波导
信号 处理
接收端
编辑版pppt
2
光纤通信的基本原理
1.0
1,600 km
100 km
6km
0.5
6,400 km
400 km
25km
0.2
40,000 km 2,500 km 156km
• 当比特率大于10Gb/s, 偏振模色散必须考虑.
• 降低光纤偏振模色散值:
– 改进光纤的几何形状
• 导致裸纤的旋转
编辑版pppt
31
光纤的基本参数
偏振模色散 光纤的光学及传输特性参数之一------
8
1 非色散位移光纤 2 色散位移光纤 3 色散平坦光纤 4 非零色散位移光纤
1
4
2
4
3
0 1200
1400 1500 1600 1700 1800 nm
-4
色散D(ps/(nm•km))
-8
波长(nm)
编辑版pppt
28
光纤的基本参数
偏振模色散 光纤的光学及传输特性参数之一------
定义：
基模包含两个正交的矢量，这两个偏振矢量在传播过 程中会产生时延，从而引入偏振模色散
928km
1550nm (G.655)
4528km
1310nm (G.652)
编辑版pppt
0
光纤的通信原理及基础知识
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
编辑版pppt
1
第一章 光纤、光缆的基本知识
§1.1 光纤通信的基本原理
信号 处理
发送端
光波导
信号 处理
接收端
编辑版pppt
2
光纤通信的基本原理
1.0
1,600 km
100 km
6km
0.5
6,400 km
400 km
25km
0.2
40,000 km 2,500 km 156km
• 当比特率大于10Gb/s, 偏振模色散必须考虑.
• 降低光纤偏振模色散值:
– 改进光纤的几何形状
• 导致裸纤的旋转
编辑版pppt
31
光纤的基本参数
偏振模色散 光纤的光学及传输特性参数之一------
8
1 非色散位移光纤 2 色散位移光纤 3 色散平坦光纤 4 非零色散位移光纤
1
4
2
4
3
0 1200
1400 1500 1600 1700 1800 nm
-4
色散D(ps/(nm•km))
-8
波长(nm)
编辑版pppt
28
光纤的基本参数
偏振模色散 光纤的光学及传输特性参数之一------
定义：
基模包含两个正交的矢量，这两个偏振矢量在传播过 程中会产生时延，从而引入偏振模色散
928km
1550nm (G.655)
4528km
1310nm (G.652)
【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。
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)
《光纤通信原理》PPT课件
31
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）。
30
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。
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）。
30
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。
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
频 率 f
(1T)
(1G)
(1M)
(1k)
(Hz ) 1019 1018 1017 1016 1015 1014 1013 1012 1011 1010 109 108 107 106 105 104 103 102 101
光纤通信的故事
烽火传信 古希腊的火炬墙 贝尔光电话系统 大气光通信 地下光通信 光纤的雏形 高锟和现代光纤通信
1960年左右，最好的光纤损耗也在1000 分贝/公里 (dB/km)。 由于，损耗很大，它最初被用于医疗，如内窥镜。
由于人们无法解决光向四面八方散射时，光强减弱和不能通过障碍物 的问题，（也就是没有找到合适的载体和光源）因此，直到上世纪六十年 代初，光通信都没有什么重大的进展。它仅仅作为一种信号灯使用，如:
•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试验。 由于没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质， 对光通信的研究曾一度走入了低潮
光纤的雏形
1870年，英国物理学家丁达 尔 发现太阳光随着水流发生弯曲
n水 > n空气，光发生全反射
1953年，英国伦敦学院卡帕尼博士首次将丁达尔的观察用于实 际，发明了用极细的玻璃制作的光导纤维：芯层+包层。芯层的折射 率大于包层，光在其中做全反射。
的低损耗光纤”这一发展方向。
光纤发明人高锟 Charles K.Kao
高锟——光纤之父
论文：《光频介质纤维表面波导》1966 （Dielectric-Fiber Suface Waveguide for
Optical Frequency)
提出：制造石英光纤可实现光纤通信
指出 三点：
• 光纤的容量很大
第1章 绪 论
1.1光纤通信概述 1.2光纤通信系统主要特点 1.3光纤通信系统的简介 1.4光纤通信技术发展展望
标题添加
点击此处输入相 关文本内容
标题添加
点击此处输入相 关文本内容
总体概述
点击此处输入 相关文本内容
点击此处输入 相关文本内容
1.1 光纤通信概述
光纤通信的基本概念 光纤通信是指利用相干性和方向性
X光 (伦琴射线)
光通信
紫
外
线 可
见
光 近 外
红 线远红Biblioteka 外线米波电视 发射
用
无
线电广播 发射用
微波
射频 超声波
音频
1埃 1nm
1m
1mm
1m
1km
波长
(m)
10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104 105 106 107
马路上的红绿灯、机场上的跑道标志灯和航标灯等等。
而此时电通信却迅速发展起来，人类进入了电通信时代。
高昆与现代光纤通信
1966 年 ， 英 籍 华 裔 学 者 高 锟 (C.K.Kao) 和 霍 克 哈 姆 (C.A.Hockham) 发 表 了 关 于 传 输 介质新概念的论文，指出了利用 光纤(Optical Fiber)进行信息传输 的可能性和技术途径，奠定了现 代光通信——光纤通信的基础。
E
S CLU
1400 1500 1600 波长 ( nm )
1700
光纤研制的重大突破
• 1970年，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。
• 1972年，康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到4 dB/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。
烽火传信
原始形式的光通信:中国古 代用“烽火台”报警，欧 洲人用旗语传送信息。
古希腊的火炬墙
贝尔光电话系统
1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载波传送话音的“光电话”他以日光为光源，大气为传 输媒介，传输距离是200米。贝尔光电话是现代光通信的雏型。
大气光通信
频率为100太赫兹的红宝石激光器[美国梅曼(Maiman)，1960]
• 高纯石英光纤的损失可低达 20dB/km
• 单模光纤的原理构造
光纤通信发明家高锟(左) 1998年在英国接受IEE授予的奖章
2009年诺贝尔物理学奖获得者英国华裔科学家高锟，美国科学家威拉德·博伊尔和乔治·史密斯。
瑞典皇家科学院说，高锟在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”取得了突破性成就，他将获得今年物理 学奖一半的奖金，共500万瑞典克朗（约合70万美元）；博伊尔和史密斯发明了半导体成像器件——电荷耦合器件
（CCD）图像传感器，将分享今年物理学奖另一半奖金
光在光纤中的传播
n1 n2 > n0 n0
B
>c
<max
A B
>max
<c 900_ c
光纤的形状
包层
芯
损失
n2
消逝波
A全反射
n1 n2
树脂被覆层
全波光纤
0 .6 衰减 (dB /km ) 0.5
0 .4 0 .3
0 .2
窗口 O
0 .1 1200 1300
激光器的发明和应用， 光通信进入一个崭新的阶段，它具有亮度高、谱线窄、方向性好 但由于大气通信受气象条件的影响，通信不稳定
地下光通信
大气光通信受阻，人们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。但反射波导和透镜波导造价昂贵，调整、维护困难。
没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质 对光通信的研究走入了低潮
高昆和他的同事在英国标准电信研究所对光在石英玻璃纤维中的严重损耗问题进行了深入研究，指出光纤 产生损耗的原因：1) 玻璃纤维中含有过量的铬、铜、铁与锰等金属离子和其他杂质；2) 拉制光纤工艺造
成芯、包层分界面不均匀及其所引起的折射率不均匀 新的发现：一些玻璃纤维在红外光区的损耗较小，指明通过“原材料的提纯制造出适合于长距离通信使用
极好的激光作为载波（也称光载 波）来携带信息，并利用光导纤 维（光纤）来进行传输的通信方 式。
光纤通信使用的波段
光纤通信常用的波长范围为近红外区,即从0.85 -1.6 ， 其频率范围约为 1 0 1 4 hz数量级，其比常用的微波频率 高104 105 倍，所以其通信容量也较常用的微波通信原 则上高 104 105。