光纤通信系统 第一章 概述
一章光纤通信概述ppt课件
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
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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。
光纤通信行业光纤传输与数据通信方案
光纤通信行业光纤传输与数据通信方案第一章光纤通信概述 (2)1.1 光纤通信的发展历程 (2)1.2 光纤通信的基本原理 (2)1.3 光纤通信的优势与挑战 (3)第二章光纤传输系统 (3)2.1 光纤的类型与特性 (3)2.2 光纤传输系统的构成 (4)2.3 光纤传输系统的功能指标 (4)第三章光源与探测器 (4)3.1 光源的工作原理及分类 (4)3.2 探测器的工作原理及分类 (5)3.3 光源与探测器的功能参数 (5)第四章光放大器技术 (6)4.1 光放大器的原理与分类 (6)4.2 光放大器的设计与优化 (6)4.3 光放大器的功能评估 (7)第五章波分复用技术 (7)5.1 波分复用技术的原理 (7)5.2 波分复用系统的设计 (7)5.3 波分复用技术的应用 (8)第六章光纤通信网络 (8)6.1 光纤通信网络的拓扑结构 (8)6.1.1 星型拓扑 (8)6.1.2 环型拓扑 (9)6.1.3 总线型拓扑 (9)6.1.4 树型拓扑 (9)6.1.5 网状拓扑 (9)6.2 光纤通信网络的规划与优化 (9)6.2.1 网络规划 (9)6.2.2 网络优化 (9)6.3 光纤通信网络的故障处理 (10)6.3.1 故障分类 (10)6.3.2 故障处理流程 (10)6.3.3 故障处理方法 (10)第七章数据通信协议 (10)7.1 数据通信协议概述 (10)7.2 常见数据通信协议介绍 (11)7.2.1 以太网协议（Ethernet） (11)7.2.2 传输控制协议/互联网协议（TCP/IP） (11)7.2.3 用户数据报协议（UDP） (11)7.2.4 虚拟专用网络（VPN）协议 (11)7.3 数据通信协议的选择与优化 (11)第八章数据加密与安全 (12)8.1 数据加密的基本原理 (12)8.2 常见数据加密算法 (12)8.2.1 对称加密算法 (12)8.2.2 非对称加密算法 (12)8.2.3 混合加密算法 (13)8.3 光纤通信数据安全策略 (13)第九章光纤通信设备的维护与管理 (13)9.1 光纤通信设备的日常维护 (13)9.2 光纤通信设备的故障处理 (14)9.3 光纤通信设备的管理策略 (14)第十章光纤通信行业的发展趋势与展望 (15)10.1 光纤通信行业的发展现状 (15)10.2 光纤通信行业的发展趋势 (15)10.3 光纤通信行业的未来展望 (15)第一章光纤通信概述1.1 光纤通信的发展历程光纤通信作为现代通信技术的重要组成部分，其发展历程可追溯至20世纪60年代。
光纤通信系统 第一章 概述
双绞线
卫星通信
光纤
同轴电缆 无线电(AM) 无线电(FM)
地面微波 通信
电视频道
Band
LF MF HF VHF UHF SHF EHF THF
电磁波谱图 7
通信系统框图
发送机
载波：射频波 微波 毫米波 光波
信道
接收机
信道： 金属导线 同轴电缆 金属波导 大气、光纤
？ 光通信和光纤通信
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近代光通信：1880年Bell发明光电话，传输距离 213m，但是并不实用，因为存在两个方面的制约：
一)信道：Bell的光电话利用大气作为传输介质， 损耗非常大，同时自然界气象条件变化万千，对光信 号的干扰很大。
二)光源： Bell的光电话利用自然光作为载波，这 种光的频率和相位杂乱无章，不能用于大容量的通信。
➢ 由于制造工艺的不完善，光纤强度将进一 步下降。
➢ 为保护光纤表面，提高抗拉强度和抗弯曲 强度，还要对光纤进行涂覆和套塑处理。
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制造中造成强度下降的原因
（1）预制棒在制造中可能存在杂质和气泡，会 转移到光纤中。由于杂质的膨胀系数与周围玻 璃不同，可能导致裂纹，造成强度的下降；气 泡对强度的影响将更大。 （2）拉丝过程中，拉丝炉的温度稳定性、周围环 境中的粉尘及拉丝卷绕等有可能使光纤表面出 现划痕、裂纹等机械损伤，影响光纤的强度。 环境中的水分等有害物质将对光纤造成腐蚀， 使光纤表面的裂纹扩展，降低光纤强度。
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光纤简介 光纤通信的发展概况 光纤通信的主要特点 光纤通信系统的基本组成（重点） 光纤通信要解决的基本问题
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一、光纤简介
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光纤结构
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
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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
光纤通信系统第一章
光电晶体管
具有较高的响应速度和灵敏度，适用于中短距离光纤通信系统。
光放大器技术
1 2
掺铒光纤放大器（EDFA） 利用掺铒光纤中的铒离子实现光放大，具有较高 的增益和较宽的带宽，广泛应用于长距离光纤通 信系统。
拉曼光纤放大器（RFA） 利用拉曼散射效应实现光放大，具有较低的噪声 和较好的稳定性，适用于多波段光纤通信系统。
波分复用（WDM）
同时利用光信号的频率和相位信 息实现复用，可以提高光纤通信 系统的传输容量和速率。
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光纤通信系统的性能指标
带宽与传输速率
带宽
带宽是衡量通信系统传输信息能力的重要指标，指在单位时间内传输的数据量。光纤通信系统的带宽通常以兆赫 兹（MHz）或吉赫兹（GHz）表示，带宽越大，传输速率越高。
发光二极管（LED）
能够发出宽光谱的光，但相干性和方向性较差，通常用于短距离光 纤通信系统。
半导体激光器（SDL）
结合了LD和LED的特点，具有较高的相干性、方向性和单色性，广 泛应用于长距离光纤通信系统。
光检测器技术
PIN光电二极管
响应速度快，线性范围广，常用于高速光纤通 信系统。
APD雪崩光电二极管
未来的发展趋势
超高速传输
光子集成电路
随着数据量的不断增加，光纤通信系统的 传输速率将进一步提高，实现更快速的数 据传输。
光子集成电路是未来光纤通信系统的重要 发展方向，能够实现光信号的集成和处理 。
全光网络
智能化发展
全光网络是未来通信网络的发展趋势，能 够实现光信号的透明传输和处理，提高通 信网络的效率和可靠性。
光纤的结构与特性
光纤的结构
光纤由纤芯、包层和涂覆层组成，其中纤芯是传输光信号的主要部分，包层用于 保护纤芯，涂覆层则起到保护光纤不受外界环境影响的作用。
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
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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。
光纤通信课后答案
全书习题参考答案第1章概述1.1 填空题（1）光导纤维（2）掺铒光纤放大器(EDFA) 波分复用(WDM) 非零色散光纤(NIDSF) 光电集成(OEIC)（3）0.85µm 1.31µm 1.55µm 近红外（4）光发送机 光接收机 光纤链路（5）光纤 C=BW×log2(1+SNR) 信道带宽（6）大 大（7）带宽利用系数（8）可重构性可扩展性透明性兼容性完整性生存性1.2 解：利用光导纤维传输光波信号的通信方式称为光纤通信。
即以光波为载频，以光纤为传输介质的通信方式称为光纤通信。
1.3 解：（1）传输频带宽，通信容量大（2）传输距离长（3）抗电磁干扰能力强，无串音（4）抗腐蚀、耐酸碱（5）重量轻，安全，易敷设（6）保密性强(7) 原料资源丰富1.4 解：在光纤通信系统中，最基本的三个组成部分是光发送机、光接收机和光纤链路。
光发送机由电接口、驱动电路和光源组件组成。
其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。
光接收机是由光检测器组件、放大电路和电接口组成。
其作用是将光纤送来的光信号还原成原始的电信号。
光纤链路由光纤光缆、光纤光缆线路(接续)盒、光缆终端盒、光纤连接器和中继器等构成。
光纤光缆用于传输光波信息。
中继器主要用于补偿信号由于长距离传送所损失的能量。
光缆线路盒：将光缆连接起来。
光缆终端盒：将光缆从户外引入到室内，将光缆中的光纤从光缆中分出来。
光纤连接器：连接光纤跳线与光缆中的光纤。
1.5解：“掺铒光纤放大器(EDFA)+波分复用(WDM)+非零色散光纤(NIDSF)+光电集成(OEIC)”正成为国际上光纤通信的主要发展方向。
1.6 解：第一阶段（1966~1976年），实现了短波长（0.85µm）、低速（45或34 Mb/s）多模光纤通信系统，无中继传输距离约10km。
第二阶段（1976~1986年），光纤以多模发展到单模，工作波长以短波（0.85um）发展到长波长，实现了波长为1.31µm、传输速率为140~165Mb/s的单模光纤通信系统，无中继传输距离为50~100km。
光纤通信系统中文教材PPT文档共149页
第一章 绪 论
通信系统将信息从一个地方传送到另一个地方，距离可能是几米，也可能是几万公里。要 传送的信息通常被电磁波携带，其频率在几兆赫兹到几百太（1012）赫兹。光通信系统采用电磁 波谱中可见光或近红外区域的高频电磁波（约 100THz），为了与载波频率在 1GHz 量级的微波通 信系统相区分，通常称其为光波通信系统。光纤通信系统就是利用光纤进行光传输的通信系统， 自 1980 年以来在世界上得到广泛应用，使电信技术发生了根本变革。光波技术与微电子技术一 起并称为信息时代的基石。本讲义将全面阐述光纤通信系统，重点讲解光纤通信系统的理论基础， 工程技术方面的问题也作了简要讨论。本章将介绍光纤通信的发展史以及一些基本概念和背景知 识。1.1 节介绍光纤通信的发展史，1.2 节介绍了光纤通信系统的基本组成及其优缺点，1.3 节介 绍了模拟和数字信号、信道复用、调制格式、同步数字体系和异步转移模式等一些基本概念。
为 8×2.5Gbit/s 速率的实用化 OADM 和 4×4 的实用化 OXC，于 2000 年完成这些开发工作并连成 试验网，检验自愈环和保护恢复功能。IP over WDM 帧结构和试验平台的研究工作也已经开始， 为二十一世纪光纤通信研发工作打基础的 4×2.5Gbit/sOTDM 实验模型的研究工作也同时进行。 以宽带光纤传送网为目标的下一代光网络的研究已全面展开。
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率的 SDH 系统技术，民族电信企业开发的 SDH 产品销售额已超过 10 亿元，初步形成了具有自 主知识产权的 SDH 产品。
波分复用系统的开发可以说是我国光纤通信系统开发的第三个阶段，研究工作是从 1993 年 开始的，863 计划立项支持北大、清华进行 4x622Mbit/sWDM 系统的研制研究成果用于广州—— 深圳 WDM 工程上，构成一个 4x2.5Gbit/s 系统。在 863 计划的继续支持下，武汉邮科院与邮电 五所分别与高校合作，于 1998 年完成了 8X2.5Gbit/sWDM 系统的开发，并先后应用在济南—— 青岛和广州——汕头干线工程中，目前正在安排开发 16X10Gbit/s 系统。与 WDM 系统一道开发 的还有合波器、分波器、色散补偿用光纤光栅、符合 DWDM 波长标准的激光器、掺饵光纤放大 器、非零色散位移光纤等，上述开发工作的完成，为我国 WDM 产业打下基础。在安排开发更大 容量 WDM 系统的同时，863 计划又安排了开发基于波分复用的光分插复用器 OADM 和光叉连 接设备 OXC，在 1998 年 OADM 与 OXC 实验模型成果的基础上，着手开发具有 6 端口每一端口
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》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。
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。
光纤通信系统中的信号调制技术
光纤通信系统中的信号调制技术第一章光纤通信系统概述光纤通信系统是一种高速、大容量、低损耗的通信传输方式，已被广泛应用于现代通信网络中。
光纤通信系统的核心技术之一就是信号调制技术，通过将信号转换为光信号，再通过光纤传输，实现远距离的高速数据传输和通信。
第二章信号调制技术的分类在光纤通信系统中，信号调制技术可以分为两大类：直接调制和间接调制。
直接调制是指将电信号直接转换为光信号，而间接调制则是通过在电信号上叠加调制信号，在接收端解调还原为原始信号。
第三章直接调制技术直接调制技术在光纤通信系统中被广泛应用。
其中，振荡器技术是最主要的一种直接调制技术。
通过使用振荡器驱动半导体激光器，产生高频光信号，并将其与电信号直接叠加，实现信号的传输。
此外，还有脉冲调制、频率调制等直接调制技术，它们的原理和应用也有相应的特点。
第四章间接调制技术间接调制技术相对于直接调制技术更为复杂，但在一些特定的应用场景中，更加灵活和高效。
其中，消频调制技术是一种常见的间接调制技术，它能够将基带信号转换为带通频率信号，再通过光纤传输。
此外，还有相位调制、振幅调制等间接调制技术，它们都有自己的特点和应用领域。
第五章信号调制技术的应用信号调制技术在光纤通信系统中有着广泛的应用。
在长距离光纤通信系统中，直接调制技术通常用于高速数据传输；而在短距离的光纤通信系统中，间接调制技术更加常见。
此外，在光纤传感等领域，信号调制技术也有着重要的应用。
第六章信号调制技术的发展趋势随着通信技术的不断进步和发展，信号调制技术也在不断演化和改进。
目前，越来越多的研究者关注于提高信号调制技术的传输速率、抗噪声性能和兼容性，以满足日益增长的通信需求。
结语光纤通信系统中的信号调制技术是实现高速、大容量、低损耗通信传输的重要一环。
通过本文对信号调制技术的分类、原理和应用进行了系统介绍，可以更好地理解光纤通信系统中信号调制技术的作用和意义。
相信随着科学技术的不断发展，信号调制技术将在光纤通信系统中发挥更加重要的作用，并引领通信行业的未来发展。
《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。
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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。
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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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制造中造成强度下降的原因
（1）预制棒在制造中可能存在杂质和气泡，会 转移到光纤中。由于杂质的膨胀系数与周围玻 璃不同，可能导致裂纹，造成强度的下降；气 泡对强度的影响将更大。 （2）拉丝过程中，拉丝炉的温度稳定性、周围环 境中的粉尘及拉丝卷绕等有可能使光纤表面出 现划痕、裂纹等机械损伤，影响光纤的强度。 环境中的水分等有害物质将对光纤造成腐蚀， 使光纤表面的裂纹扩展，降低光纤强度。
光纤简介
光纤通信的发展概况
光纤通信的主要特点
光纤通信系统的基本组成（重点）
光纤通信要解决的基本问题
一、光纤简介
光纤结构
光纤材料
玻璃光纤
塑料光纤
专用光纤（氟化物光纤，光敏光纤等）
光纤的制造
目前通信用光纤主要是以石英玻璃 （SiO2）为主的石英光纤。 制造光纤流程：
涂覆和套塑流程
光纤预制棒生产企业有五家：长飞、法尔 胜光子、烽火通信、杭州富通和特恩弛，5 家企业的生产能力是2000万公里／年。 光纤拉丝生产企业有19家：长飞、上海光 纤、南京华新藤仓、深圳特发、成都中住、 杭州富通、法尔胜光子、西古、烽火通信、 天大天财、特恩弛、亨通阿尔法、中天科 技、华伦光纤、富春江、上海华源、山东 太平洋、海南韩国三星、海南睿丰，这19 家企业的生产能力是3500万公里／年。
衰减、色散对脉冲的影响示意
3. 非线性效应
光波间或光波与其中传输的材料之间 的相互作用，从而对光信号产生影响。能 引起噪声和串扰。
光缆
1. 要求： 避免受到破坏力 防止光纤传输特性的劣化 易于操作 2. 构造: 缆芯，加强元件，护层
缆芯 缆芯由光纤的芯数决定，有单芯、多 芯。 多芯光缆要对光纤进行着色以便于识 别。 为防止气体和水分子浸入， 光纤中应 具有各种防潮层并填充油膏。
MCVD工艺流程
MCVD法制备光纤预制棒的工艺流程示意图
VAD
VAD法制备光纤预制棒的工艺流程示意图
PCVD MACHINE
PCVD MACHINE
2. 光纤的拉制工艺
拉丝塔
3. 光纤的涂覆和套塑
从预制棒拉出的光纤还不能直接使用，是 脆性断裂材料，达不到实际使用的强度要 求，抗拉和抗弯能力都较差。 由于制造工艺的不完善，光纤强度将进一 步下降。 为保护光纤表面，提高抗拉强度和抗弯曲 强度，还要对光纤进行涂覆和套塑处理。
短波长光纤的波长为0.85μm 长波长光纤的波长为1.3μm～ 1.6μm ， 主要有1.31μm和1.55μm两个窗口。
4．按套塑结构分类： 紧套光纤和松套光纤
紧套光纤就是在一次涂覆的光纤上再紧紧地套上一层 尼龙或聚乙烯等塑料套管，光纤在套管内不能自由活动。 松套光纤，就是在光纤涂覆层外面再套上一层塑料套 管，光纤可以在套管中自由活动。
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双绞线 同轴电缆
卫星通信 地面微波 通信
光纤
无线电(AM) 无线电(FM) 电视频道
Band
LF
MF
HF
VHF
UHF
SHF
EHF
THF
电磁波谱图
通信系统框图
发送机
射频波 载波：
信道
接收机
同轴电缆
金属波导 大气、光纤
信道： 金属导线
微波
毫米波 光波
？ 光通信和光纤通信
第一章 概述
？什么是光纤通信
（传输煤质、载波）
f (Hz) 10
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20
10
22
10 γ
24
无 电 线
微 波
红 外
X 射线
射 线
可见光
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紫外线
11 12 13 14 15 16
f (Hz) 10
10
10
6～48芯束管式光缆
（4）带状结构光缆 把带状光纤单元放入大套管中，形成中心束管式结构；
也可把带状光纤单元放入凹槽内或松套管内，形成骨架式或
层绞式结构
图2-31 中心束管式带状光缆
图2-32 层绞式带状光缆
（5）单芯结构光缆 单芯结构光缆简称单芯软光缆。 这种结构的光缆主要用于局内（或站内）或用来制作仪表
测试软线和特殊通信场所用特种光缆以及制作单芯软光缆的
光纤。
图2-33 单芯软光缆
4. 光缆的种类
根据光缆的传输性能、距离和用途: 市话光缆、长途光缆、海底光缆和用 户光缆； 根据光纤的种类: 多模光缆、单模光缆； 根据光纤芯数的多少: 单芯光缆和多芯光缆
根据加强构件的配置方式: 中心加强构件光缆(如层绞式光缆、骨架式光 缆等)、分散加强构件光缆(如束管式光缆)和护层 加强构件光缆(如带状式光缆) 根据敷设方式: 管道光缆、直埋光缆、架空光缆和水底光缆 根据护层材料性质: 普通光缆、阻燃光缆和防蚁、防鼠光缆等。
外护层的代号及其意义 外护层是指铠装层及铠装层外面的外被层，参 照国标GB2952-82的规定，采用两位数字表示。
光纤的规格
光纤数目：用光缆中同类别光纤的实际有效数目的 阿拉伯数字表示。 光纤类别的代号及其意义 J：二氧化硅系多模渐变型光纤； T：二氧化硅系多模阶跃型(突变型)光纤； Z：二氧化硅系多模准突变型光纤； D：二氧化硅系单模光纤； X：二氧化硅纤芯塑料包层光纤； S：塑料光纤。 光纤的尺寸参数代号：用阿拉伯数字(含小数点)以 μm为单位表示多模光纤的芯径/包层直径或单模 光纤的模场直径/包层直径。
SiO2折射率随掺杂浓度的变化
光纤的组成
如： GeO2-SiO2纤芯 P2O5-SiO2纤芯 SiO2纤芯 GeO2-B2O3-SiO2纤芯
SiO2包层 SiO2包层 B2O3-SiO2包层 B2O3-SiO2包层
光纤预制棒的制造工艺（1）
管内化学气相沉积法
改进的化学气相沉积法(MCVD) Modified chemical-vapor deposition 等离子体激活化学气相沉积法(PCVD) Plasma-activated chemical-vapor deposition
吸收损耗：由制造材料本身及其中的过渡 金属离子和氢氧根离子等杂质对光的吸收 而产生。 散射损耗：以光能的形式把能量辐射出光 纤之外的一种损耗。 弯曲损耗：由于光纤弯曲使光从纤芯逸散 到包层中产生的光泄漏。
2. 色散
光纤对在其中传输的光脉冲的展宽特性。
总的脉冲展宽： △t＝色散（ns/km）×距离（km）
近代光通信：1880年Bell发明光电话，传输距离 213m，但是并不实用，因为存在两个方面的制约： 一)信道：Bell的光电话利用大气作为传输介质， 损耗非常大，同时自然界气象条件变化万千，对光信 号的干扰很大。 二)光源： Bell的光电话利用自然光作为载波，这 种光的频率和相位杂乱无章，不能用于大容量的通信。 近代光通信的发展就是上述两个方面的制约因素 的解决过程： 1960年，美国人梅曼发明红宝石激光器，获得高 强的、频率和相位都稳定（即相干的）光---激光。引 起了新一轮的光通信研究热潮---激光大气通信。 但是，仍然由于自然气象条件的影响而没有进展。
光 话 机 原 理 图
M
弧光灯
A
L B N
送话器
自由空间光通信(无线光通信)
FSO: Free Space Optical Communication
用激光作为载体传输数据，提供无线高速点对点或 点对多点通信的一种方式，其传播介质不是光纤而是空 气，因此FSO也称之为“虚拟光纤”通信。FSO系统可 传输数据、视频、语音等的信息，具有抗干扰能力强、 极高的带宽、安装简便快捷、安全及成本低的特点。它 同光纤通信一样可以构建高质量的通信系统，可广泛应 用于军事保密通信、城域网路由保护和接入、基站连接 等。
SiCl4+O2SiO2+2Cl2
GeCl4+O2GeO2+2Cl2 2CF2Cl2+4SiCl4+2O2SiF4+2Cl2+2CO2
光纤折射率的控制
通过掺杂实现光纤折射率增加或减小 （纤芯掺杂折射率稍高的Ge、P等元素；包 层掺杂折射率稍低的F、B元素等）
通过载运气体（氧气、氩气）流速控制掺 杂量的多少，从而控制折射率变化的大小
6芯紧套层绞式光缆
12芯松套层绞式直埋光缆
6～48芯松套层绞式水底光缆
（2）骨架式结构光缆 骨架式结构光缆是把紧套光纤或一次涂覆 光纤放入加强芯周围的螺旋形塑料骨架凹槽内 而构成。
12芯骨架式光缆（我国）
骨架式自承式架空光缆
（3）束管式结构光缆 把一次涂覆光纤或光纤束放入大套管中，加强芯配置在套 管周围而构成。
制 作 光 纤 预制棒
拉丝
涂覆 套塑
成缆
1.光纤预制棒的制造
预制棒（preform）:拉制光纤的原始棒 体材料,具有与光纤相似结构和折射率分 布。 预制棒制造的关键： （1）如何制作出光纤材料 （2）如何控制光纤纤芯、包层的折射率
制作石英光纤材料的反应
以SiCl4、GeCl4、CF2Cl2等物质为原材料高温 (1400-1600º C)下与氧气反应：
护层
护层主要是对已成缆的光纤芯线起保 护作用，避免受外界机械力和环境损坏。 护层可分为内护层（多用聚乙烯或聚氯乙 烯等）和外护层（多用铝带和聚乙烯组成 的LAP外护套加钢丝铠装等）。