光纤通信原理第7章光网络
光纤通信原理：光信号在光纤中的传播
光纤通信原理：光信号在光纤中的传播光纤通信是一种通过光信号在光纤中传播来进行信息传输的高速通信技术。
以下是光纤通信的基本原理：1. 基本组成：光源：光纤通信系统的起点是光源，通常使用激光器或发光二极管产生光信号。
光纤：光纤是一根细长的玻璃或塑料纤维，具有高折射率，使光信号能够在其内部发生全反射。
接收器：光接收器用于接收光纤中传输的光信号，并将其转换为电信号。
2. 光信号传播过程：全反射：光信号在光纤中传播时，由于光纤的高折射率，发生全反射，使光信号一直保持在光纤内部。
多模和单模：光纤通信可以采用多模光纤或单模光纤。
多模光纤允许多个光模式传播，而单模光纤只允许单个光模式传播，提高了传输距离和带宽。
3. 传输特性：低损耗：光纤通信的传输损耗相对较低，因为光信号在光纤中的传播经历的全反射减小了信号的衰减。
高带宽：光纤通信支持高带宽传输，允许传输大量数据。
抗干扰：光纤通信对电磁干扰具有较强的抗干扰能力，因为光信号在光纤中传播不受电磁场影响。
4. 信号调制与解调：调制与解调：光信号可以通过调制技术携带不同的信息，如振幅调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）。
接收端需要解调光信号以还原传输的信息。
5. 应用领域：通信网络：光纤通信广泛应用于长距离通信网络，包括电话、互联网和有线电视等。
医疗设备：在医疗领域，光纤通信用于内窥镜和激光手术设备，实现高效的图像传输和精准的激光操作。
传感器系统：光纤传感器系统利用光纤的特性，用于测量温度、压力和应变等物理量。
6. 光纤网络拓扑：星型拓扑：在光纤通信网络中，通常采用星型拓扑结构，其中中心设备连接到多个终端设备，使得光信号能够在不同设备之间传输。
7. 光纤技术进展：光纤放大器：引入了光纤放大器，如光纤放大器（EDFA），用于放大光信号，增加通信距离。
光纤通信系统：光纤通信系统的进一步发展包括光波分复用技术（WDM）、光时分复用技术（OTDM）等，提高了系统的容量和效率。
光纤通信网络
光纤通信网络光纤通信网络已经成为现代通信领域的重要基础设施之一。
它以其高速、大带宽、低延迟等优势，推动了信息技术的快速发展，深刻改变了人们的生活和工作方式。
本文将探讨光纤通信网络的原理、应用和前景。
一、光纤通信网络的原理光纤通信网络是利用光的传输性能来传递信息的一种通信方式。
它基于光纤的物理特性，即利用光的全反射原理，将信息通过光的脉冲信号在光纤中传输。
光纤的核心部分是由高折射率的纯净玻璃或塑料制成，外层则是低折射率的包覆层来保护光信号。
通过光的反射和折射，信号能够在光纤中传输数千甚至数万公里而不会受到明显的衰减。
光纤通信网络主要由发光器、光纤、光纤放大器、光纤交叉连接设备和接收器等组成。
发光器将电信号转换为光信号，通过光纤传输到目标位置后，接收器将光信号转换为电信号，实现信息的传输。
二、光纤通信网络的应用1. 长途通信：光纤通信网络的高速和大带宽特性使其成为长途通信的首选。
相比传统的铜缆通信，光纤通信能够同时传输更多的信号，实现更高的数据传输率，大大提高了通信的效率。
2. 家庭宽带接入：随着互联网的普及和数字化生活的需求增加，家庭宽带接入已经成为许多家庭的必需品。
光纤通信网络提供了高速的宽带接入服务，能够满足家庭用户对高清视频、在线游戏和云服务等的需求。
3. 数据中心互联：数据中心是存储和处理大量数据的关键设施，而光纤通信网络可提供高速、稳定的数据互联服务，保证数据中心之间的快速通信和互联。
4. 移动通信基站：随着移动互联网的迅猛发展，移动通信基站需要承载越来越多的数据流量。
使用光纤通信网络可以大大提高基站的传输能力，实现更高的数据传输速率，满足用户对高速移动通信的需求。
三、光纤通信网络的前景光纤通信网络在未来的发展中有着广阔的前景。
首先，随着5G时代的到来，对网络速度和带宽的需求将大幅增加。
光纤通信网络以其高速和大带宽的特点，能够满足5G网络对传输能力的高要求。
其次，光纤通信网络具有低延迟的特性，这对于许多应用领域都至关重要，如虚拟现实、智能交通等。
光纤通信原理
光纤通信技术面临的市场竞争与挑战
光纤通信技术面临的市场竞争
• 同轴电缆通信：在短距离传输领域，同轴电缆通信具有 一定的竞争优势 • 无线通信：在移动通信领域，无线通信技术的发展对光 纤通信技术产生一定的竞争压力
光纤通信技术面临的挑战
• 成本问题：光纤通信系统的成本仍然较高，限制了光纤 通信技术的普及和应用 • 技术突破：光纤通信技术在实现超高速传输、超长距离 传输等方面仍需技术突破
光纤通信技术在未来通信网络中的重要作用与地位
光纤通信技术在未来通信网络中的重要作用
• 高速传输：光纤通信技术实现高速率传输，满足日益增长的网络需求 • 长距离传输：光纤通信技术实现长距离传输，扩大通信网络的覆盖范围 • 抗干扰性：光纤通信技术具有抗干扰性，保证通信的可靠性和稳定性
光纤通信技术在未来通信网络中的地位
光纤通信的传输特性与性能指标
光纤通信的传输特性
• 传输速率高，可达到数百Gbps甚至更高 • 传输距离远，可实现几十公里甚至上百公里的传输 • 抗干扰性强，不受电磁干扰和雷电干扰的影响
光纤通信的性能指标
• 衰减系数：表示光纤传输损耗的大小 • 传输速率：表示光纤通信系统传输数据的速度 • 传输距离：表示光纤通信系统能够传输的最大距离
光02纤通信的基本原理与传输特 性
光纤通信的传输介质与光纤结构
光纤通信的传输介质
• 光纤是一种透明的玻璃或塑料制成的细长线材 • 光纤的芯部是由高折射率的玻璃或塑料制成，外部是由低折射率的材料包围
光纤的结构
• 单模光纤：只有一种模式的传输，传输距离远，但成本较高 • 多模光纤：有多种模式的传输，传输距离较近，成本较低
光纤的制造技术
• 预制棒法：通过高温熔化玻璃或塑料制成光纤 • 直拉法：直接拉伸玻璃或塑料制成光纤
光纤通信原理和基础知识
光纤旳通信原理及基础知识
第一章 光纤通信旳基本原理 第二章 光纤旳基本构造及分类 第三章 光纤旳基本参数 第四章 光纤旳制造措施
光纤旳基本参数
光纤参数分类 • 几何尺寸参数 • 光学及传播特征参数 • 机械及环境性能参数
光纤旳基本参数 光纤旳几何尺寸参数
• 纤芯直径
• 纤芯/包层同心度
• 包层外径(d={dx+dy}/2)
全反射：
当n1>n2时，伴随入射角旳不断增长，在入射角到达某一值时，折射 角到达90oC，我们把此时旳入射角称为临界角0 。当入射角不小于临界 角时，将发生全反射。
媒质1
根据折射定律，我 们能够求出临界角， 此时2＝90o。即
媒质2
n1·Sin0=n2·Sin90o 所以 Sin0=n2/n1
光纤通信旳基本原理
– 改善光纤旳几何形状
• 造成裸纤旳旋转
光纤旳基本参数
偏振模色散 光纤旳光学及传播特征参数之一------
固有和非固有旳偏振模色散原因
包层中心为椭圆 包层偏心 进入气体
侧压
涂层椭圆
涂层偏心
非固有原因
侧压
弯曲
扭曲
光纤旳基本参数
截止波长 光纤旳光学及传播特征参数之一------
定义：
光纤作为单模光纤工作旳最短波长。工作 波长超出此波长时，只能传播基模，此时光纤 为单模光纤；工作波长低于此波长时，除基模 外，高次模也可传播，此时光纤为多模光纤。
•62.5/50m •8～10m •1.0m •125m2m •2% •245m10m •15m •2m
光纤旳基本参数
光纤旳光学及传播特征参数
• 模场直径 • 衰减系数 • 色散系数 • 截止波长 • 弯曲损耗 • 偏振模色散
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
光纤通信原理全套讲解课件
如果今后采用非石英光纤，并工作在 超长波长(＞2μm)，光纤的理论损耗系数可 以下降到10-3～10-5dB/km，此时光纤通信 的中继距离可达数千，甚至数万公里。
3. 抗电磁干扰能力强
我们知道，电话线和电缆一般是不能 跟高压电线平行架设的，也不能在电气铁 化路附近铺设。
4. 保密性能好
对通信系统的重要要求之一是保密性好。 然而，随着科学技术的发展，电通信方式 很容易被人窃听：只要在明线或电缆附近 (甚至几公里以外)设置一个特别的接收装 置，就可以获取明线或电缆中传送的信息。 更不用去说无线通信方式。
2.1 光纤的结构与类型 2.2 光纤的射线理论分析 2.3 均匀光纤的波动理论分析 2.4 光 缆
2.1 光纤的结构与类型
2.1.1 光纤的结构
光纤(Optical Fiber，OF)就是用来导 光的透明介质纤维，一根实用化的光纤是 由多层透明介质构成的，一般可以分为三 部分：折射率较高的纤芯、折射率较低的 包层和外面的涂覆层，如图2.1所示。
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。
反射定律：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 线处于法线的两侧，并且反射角等于入射
角，即：θ1′＝θ1。
折射定律 ：折射光线位于入射光线和 法线所决定的平面内，折射光线和入射光 线位于法线的两侧，且满足：
光纤通信技术-第七章-光纤通信系统PPT课件
信号如何特殊，其传输系统都不依赖于信息 信号而进行正确的传输。
1. 扰码
为了保证传输的透明性，在系统光发射机 的调制器前，需要附加一个扰码器，将原始的 二进制码序列进行变换，使其接近随机序列。 它是根据一定的规则将信号码流进行扰码，经 过扰码后使线路码流中的“0”、“1”出现概 率相等，从而改善了码流的一些特性。但是它 仍然具有下列缺点：
2. 可以用再生中继，传输距离长。数字通信系 统可以用不同方式再生传输信号，消除传输 过程中的噪声积累，恢复原信号，延长传输 距离。
3. 适用各种业务的传输，灵活性大。在数字通 信系统中，话音、图像等各种信息都变换为 二进制数字信号，可以把传输技术和交换技 术结合起来，有利于实现综合业务。
4. 容易实现高强度的保密通信。只需要将明文 与密钥序列逐位模2相加， 就可以实现保密 通信。只要精心设计加密方案和密钥序列并 经常更换密钥， 便可达到很高的保密强度。
光纤部分可根据所传信号的质量要求、传 输距离、适用场合等指标选单模光纤、多模光 纤或其他特ห้องสมุดไป่ตู้光纤。
光接收部分则采用和光发射部分相反的操 作，将光信号转换为电信号，然后再进行解复 用，然后将基带信号送给相关用户。
7.1.2 光纤通信系统的分类
光纤通信系统根据不同的分类方法可以划分 为不同类型。 1. 按系统所用光纤类型可将光纤通信系统分为单模 光纤通信系统和多模光纤通信系统； 2. 按光纤通信系统应用的场合分为公用型光纤通信 系统和专用光纤通信系统，如专网中的电力光纤 通信系统，铁道光纤通信系统，军用光纤通信系 统等；
不能完全控制长连“1”和长连“0”序列的 出现；
没有引入冗余，不能进行在线误码检测； 信号频谱中接近于直流的分量较大。
《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
光纤通信原理光纤通信是一种基于光传输的通信技术，其原理基于光的传播和调制。
通过利用光纤的高速传输和大容量特性，光纤通信可以有效地满足现代社会对大容量数据传输和高品质通信的需求。
本文将详细介绍光纤通信的原理以及其在通信领域的应用。
一、光纤通信的基本原理光纤通信的核心原理是利用光的传播和调制。
在光纤通信系统中，光信号从光源中发出，经过光纤传输到目的地，再通过光电转换器将光信号转换为电信号。
整个过程包括光发射、光传输和光接收三个主要环节。
1. 光发射光发射是指将光信号从光源中发出。
光源可以是光电器件或激光器等。
在光纤通信系统中，常用的光源有激光二极管和激光器。
激光二极管具有体积小、功耗低的特点，广泛应用于短距离通信；而激光器则适用于长距离通信，具有较高的功率和稳定性。
2. 光传输光传输是指光信号在光纤中的传输过程。
光纤是一种由玻璃或塑料等材料制成的细长管道，具有高折射率和低衰减的特性，可以将光信号有效地传输到目的地。
光传输过程中主要存在两种光的传输方式：多模传输和单模传输。
多模传输适用于短距离通信，而单模传输则适用于长距离通信。
3. 光接收光接收是指光信号在目的地经过光电转换器将光信号转换为电信号的过程。
光电转换器主要由光电二极管或光电倍增管等组成，能够将接收到的光信号转换为电流信号。
同时，光电转换器还对光信号进行增益调整和信号处理，以提高通信的质量和可靠性。
二、光纤通信的应用领域光纤通信作为一种高速、大容量的通信技术，在现代社会的各个领域都有广泛的应用。
1. 通信网络光纤通信是构建现代通信网络的基础技术之一。
通过光纤传输提供的高速和大容量特性，可以实现远距离、高质量的数据传输。
光纤通信网络广泛应用于电话通信、宽带接入、移动通信等领域，为人们提供了快速稳定的通信服务。
2. 数据中心随着云计算和大数据技术的迅猛发展，数据中心的重要性日益凸显。
光纤通信在数据中心中扮演着重要角色，通过光纤传输可以高效地实现大规模数据的传输和存储。
光纤通信原理ppt下载-光纤通信原理
光纤通信原理
信 息 源
电 电信号 光
发
发
射
射机Biblioteka 机光信号光 电信号 电
接
发
收
射
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。
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）。
光纤通信和光学网络的原理和应用
光纤通信和光学网络的原理和应用随着互联网的普及，人们对于快速、稳定的网络需求越来越高。
而传统的铜缆网络在长距离通信的传输速度和带宽上都有一定的局限性，因此新兴的光纤通信和光学网络逐渐受到关注。
本文将简要介绍光纤通信和光学网络的原理和应用。
一、光纤通信的原理光纤通信是使用光纤来传输信息的一种通信方式。
其原理是将光信号通过光源发射出去，经过光纤的折射和反射，最终到达接收端光电探测器，并将光信号转化为电信号。
整个过程中，光纤是信息传输的通道，而光源和光电探测器则是信号发射和接收的关键部件。
光纤通信的优点是传输距离远、传输速度快、抗干扰能力强等。
在传输距离方面，光纤的传输距离可以达到数十公里、数百公里甚至上千公里，远远超过了铜缆的传输距离；在传输速度方面，光纤的传输速度可以达到几百Gbps、甚至上Tbps，远远超过了铜缆的传输速度；在抗干扰能力方面，光信号受到干扰的概率相对较低，从而保障了通信的稳定性和可靠性。
二、光纤通信的应用光纤通信已经广泛应用于各个领域，如电信、互联网、电视、医疗等。
在电信领域，光纤通信可以提供高速的宽带接入、语音电话、高清视频等多种服务，是现代通信网络的基础；在互联网领域，光纤通信可以提供高速的数据上传下载服务，满足人们对网络速度的要求；在电视领域，光纤通信可以提供高清、无损的视频传输服务，让观众享受更加清晰流畅的视觉效果；在医疗领域，光纤通信可以提供高精度、无痛苦、无辐射的医疗诊断和治疗服务，为患者提供更好的医疗体验。
三、光学网络的原理光学网络是一种基于光学技术的高速传输网络。
其原理是将光信号通过光传输介质（如光纤）进行传输，从而实现高速、高带宽的数据传输。
光学网络的核心是光交换技术，即利用光开关实现光信号的统一集成和分配。
光交换技术是光学网络的核心技术。
它主要包括光电改变、光检测、光放大和光路调制等技术，具有低能耗、宽带宽、大容量传输、低损耗等优点。
光学网络能够实现从光网核心到用户面的全部服务需要，在媒体应用、医疗应用、教育应用、科研应用等领域中具有广泛的应用前景。
光纤通信原理
光纤通信原理光纤通信是一种利用光信号进行信息传输的技术，它以光纤作为传输介质，通过光的反射和折射原理将信息从发送端传输到接收端。
光纤通信技术被广泛应用于电话通信、宽带网络、有线电视等领域，其高速、高容量、低损耗的特点使其成为现代通信的重要组成部分。
一、光纤通信的基本原理光纤通信的基本原理建立在光的传播和反射、折射的基础上。
光信号是以光波的形式传输的，通过光的全反射原理在光纤中进行传输。
光波在光纤中沿着轴线传播，遵循入射角等于反射角的定律，确保光波能够完全反射在光纤的界面上。
通过不断地反射和折射，光信号可以在光纤中长距离传输，并最终到达接收端。
二、光纤通信的组成结构光纤通信系统由发送端和接收端组成，其中包括光源、调制器、传输介质、光纤、解调器和接收器等组成部分。
光源产生光信号，调制器将电信号转换为光信号进行传输，传输介质即光纤在其中完成光信号的传输，解调器将光信号转换为电信号，并通过接收器将信号在接收端恢复为原始信息。
这样的组成结构保证了信号从发送端到接收端的完整传输。
三、光纤通信的工作原理光纤通信的工作原理是基于光的干涉和色散效应。
光在光纤中的传播速度取决于光的折射率以及光波的波长。
利用这一原理，光纤通信可以在光纤中传输多路信号，即光的多路复用技术。
光通信还可以通过不同的调制技术，将不同类型的信息转化为光信号进行传输，如调幅、调频、调相等。
四、光纤通信的优势和应用光纤通信相比传统的电信号传输具有许多明显的优势。
首先，光纤通信的传输速度较快，可以达到高速率的传输，满足了现代通信对高速传输的需求。
其次，光纤通信的传输容量大，能够同时传输大量的信息，在宽带网络和有线电视等领域有着广泛应用。
此外，光纤通信还具有低损耗、抗干扰、安全可靠等特点，使其成为现代通信领域不可或缺的技术。
五、光纤通信的发展前景随着信息社会的发展，对通信速度和容量的需求不断增加，光纤通信技术的应用前景非常广阔。
未来，光纤通信技术将继续推动通信行业的发展，实现更高速率、更大容量的传输。
光纤通信第三版pdf完全版本光纤通信原理与技术
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全书共分为13章，内容涉及光纤传输原理和传输特性、半导体光源和光检测器的⼯作原理及⼯作特性、数字光纤通信系统和模拟光纤通信系统、光放⼤器的⼯作原理和性能、WDM系统原理、光⽹络以及光纤通信系统测量。
本书理论体系严谨，内容深⼊浅出，并且紧密联系实际，是通信⼯程及相关专业⾼年级本科⽣、研究⽣的⼀本好教材，也是通信⼯程师的⼀本很好的参考书。
【⽬录】第1章光纤通信总览1.1 基本的⽹络信息速率1.2 光纤光学系统的演进1.3 光纤传输链路的基本单元1.4 仿真与建模⼯具1.4.1 仿真和建模⼯具的特征1.4.2 编程语⾔1.4.3 PTDS仿真和建模⼯具1.5 本书的使⽤和扩展1.5.1 参考资料1.5.2 CD—ROM中的仿真程序1.5.3 光⼦学实验室1.5.4 基于Web的资源参考⽂献第2章光纤：结构、导波原理和制造2.1 光的特性2.1.1 线偏振2.1.2 椭圆偏振和圆偏振2.1.3 光的量⼦特性2.2 基本的光学定律和定义2.3 光纤模式和结构2.3.1 光纤分类2.3.2 射线和模式2.3.3 阶跃折射率光纤结构2.3.4 射线光学表述2.3.5 介质平板波导中的波动解释2.4 圆波导的模式理论2.4.1 模式概述2.4.2 对关键的模式概念的归纳2.4.3 麦克斯韦⽅程2.4.4 波导⽅程式2.4.5 阶跃折射率光纤中的波动⽅程2.4.6 模式⽅程2.4.7 阶跃折射率光纤中的模式2.4.8 线偏振模2.4.9 阶跃折射率光纤中的功率流2.5 单模光纤2.5.1 模场直径2.5.2 单模光纤中的传播模2.6 梯度折射率光纤的结构2.7 光纤材料2.7.1 玻璃纤维2.7.2 卤化物玻璃纤维2.7.3 有源玻璃纤维2.7.4 硫属化合物玻璃纤维2.7.5 塑料光纤2.8 光纤制造2.8.1 外部汽相氧化法2.8.2 汽相轴向沉积法2.8.3 改进的化学汽相沉积法2.8.4 等离⼦体活性化化学汽相沉积法2.8.5 双坩埚法2.9 光纤的机械特性2.10 光缆习题参考⽂献第3章光纤中的信号劣化3.1 损耗3.1.1 损耗单位3.1.2 吸收损耗3.1.3 散射损耗3.1.4 弯曲损耗3.1.5 纤芯和包层损耗3.2 光波导中的信号失真3.2.1 信息容量的确定3.2.2 群时延3.2.3 材料⾊散3.2.4 波导⾊散3.2.5 单模光纤中的信号失真3.2.6 偏振模⾊散3.2.7 模间⾊散3.3 梯度折射率光波导中的脉冲展宽3.4 模式耦合3.5 单模光纤的优化设计3.5.l 折射率剖⾯3.5.2 截⽌波长3.5.3 ⾊散计算3.5.4 模场直径3.5.5 弯曲损耗习题参考⽂献第4章光源4.1 半导体物理学专题4.1.1 能带4.1.2 本征材料和⾮本征材料4.1.3 pn结4.1.4 直接带隙和间接带隙4.1.5 半导体器件的制造4.2 发光⼆极管(LED)4.2.1 LED的结构4.2.2 光源材料4.2.3 量⼦效率和LED的功率4.2.4 LED的调制4.3 半导体激光器4.3.1 半导体激光器的模式和阈值条件4.3.2 半导体激光器的速率⽅程4.3.3 外量⼦效率4.3.4 谐振频率4.3.5 半导体激光器结构和辐射⽅向图4.3.6 单模激光器4.3.7 半导体激光器的调制4.3.8 温度特性4.4 光源的线性特性4.5 模式噪声、模分配噪声和反射噪声4.6 可靠性考虑习题参考⽂献第5章光功率发射和耦合5.1 光源⾄光纤的功率发射5.1.1 光源的输出⽅向图5.1.2 功率耦合计算5.1.3 发射功率与波长的关系5.1.4 稳态数值孔径5.2 改善耦合的透镜结构5.2.1 ⾮成像微球5.2.2 半导体激光器与光纤的耦合5.3 光纤与光纤的连接5.3.1 机械对准误差5.3.2 光纤相关损耗5.3.3 光纤端⾯制备5.4 LED与单模光纤的耦合5.5 光纤连接5.5.1 连接⽅法5.5.2 单模光纤的连接5.6 光纤连接器5.6.1 连接器的类型5.6.2 单模光纤连接器5.6.3 连接器回波损耗习题参考⽂献第6章光检测器6.1 光电⼆极管的物理原理6.1.1 pin光电⼆极管6.1.2 雪崩光电⼆极管6.2 光检测器噪声6.2.1 噪声源6.2.2 信噪⽐6.3 检测器响应时间6.3.1 耗尽层光电流6.3.2 响应时间6.4 雪崩倍增噪声6.5 InGaAsAPD结构6.6 温度对雪崩增益的影响6.7 光检测器的⽐较习题参考⽂献第7章光接收机7.1 接收机⼯作的基本原理7.1.1 数字信号传输7.1.2 误码源7.1.3 接收机结构7.1.4 傅⾥叶变换表⽰7.2 数字接收机性能7.2.1 误码概率7.2.2 量⼦极限7.3 接收机性能的详细计算7.3.1 接收机噪声7.3.2 散弹噪声7.3.3 接收机灵敏度计算7.3.4 性能曲线7.3.5 ⾮零消光⽐7.4 前置放⼤器的类型7.4.1 ⾼阻抗FET放⼤器7.4.2 ⾼阻抗双极晶体管放⼤器7.4.3 互阻抗放⼤器7.4.4 ⾼速电路7.5 模拟接收机习题参考⽂献第8章数字传输系统8.1 点到点链路8.1.1 系统考虑8.1.2 链路的功率预算8.1.3 展宽时间预算8.1.4 第⼀窗⼝传输距离8.1.5 单模光纤链路的传输距离8.2 线路编码8.2.1 NRZ码8.2.2 RZ码8.2.3 分组码8.3 纠错8.4 噪声对系统性能的影响8.4.1 模式噪声8.4.2 模分配噪声8.4.3 凋嗽8.4.4 反射噪声习题参考⽂献第9章模拟系统9.1 模拟链路概述9.2 载噪⽐9.2.1 载波功率9.2.2 光检测器和前置放⼤器的噪声9.2.3 相对强度噪声(RIN)9.2.4 反射对RIN的影响9.2.5 极限条件9.3 多信道传输技术9.3.1 多信道幅度调制9.3.2 多信道频率调制9.3.3 副载波复⽤习题参考⽂献第10章 WDM概念和器件10.1 WDM的⼯作原理10.2 ⽆源器件10.2.1 2x 2光纤耦合器10.2.2 散射矩阵表⽰法10.2.3 2x 2波导辊合器10.2.4 星形精合器10.2.5 马赫—曾德尔⼲涉仪复⽤器10.2.6 光纤光栅滤波器10.2.7 基于相位阵列的WDM器件10.3 可调谐光源10.4 可调谐滤波器10.4.1 系统考虑10.4.2 可调谐滤波器的类型习题参考⽂献第11章光放⼤器11.1 光放⼤器的基本应⽤和类型11.1.1 ⼀般应⽤11.1.2 放⼤器的类型11.2 半导体光放⼤器11.2.1 外泵浦11.2.2 放⼤器增益11.3 掺饵光纤放⼤器11.3.1 放⼤机制11.3.2 EDFA的结构11.3.3 EDFA的功率转换效率及增益11.4 放⼤器噪声11.5 系统应⽤11.5.1 功率放⼤器11.5.2 在线放⼤器11.5.3 前置放⼤器11.5.4 多信道运⽤11.5.5 在线放⼤器增益控制11.6 波长变换器11.6.1 光栅波长变换器11.6.2 光波混合波长变换器习题参考⽂献第12章光⽹络12.1 基本⽹络12.1.1 ⽹络拓扑12.1.2 ⽆源线形总线的性能12.1.3 星形结构的性能12.2 SONET／SDH12.2.1 传输格式和速率12.2.2 光接⼝12.2.3 SONET／SDH环12.2.4 S0NET／SDH⽹络12.3 ⼴播选择WDM⽹络12.3.1 ⼴播选择单跳⽹12.3.2 ⼴播选择多跳⽹12.3.3 洗牌⽹多跳⽹12.4 波长路由⽹12.4.1 光交叉连接12.4.2 波长变换器的性能评估12.5 ⾮线性对⽹络性能的影响12.5.1 有效长度与⾯积12.5.2 受激拉曼散射12.5.3 受激布⾥渊散射12.5.4 ⾃相位调制和交叉相位调制12.5.5 四波混频12.5.6 ⾊散管理12.6 WDM⼗EDFA系统的性能12.6.1 链路带宽12.6.2 特定BER所需的光功率12.6.3 串扰12.7 孤⼦12.7.1 孤⼦脉冲12.7.2 孤⼦参数12.7.3 孤⼦宽度和间隔12.8 光CDMA12.9 超⾼容量⽹络12.9.1 超⼤容量WDM系统12.9.2 ⽐特间插光TDM12.9.3 时隙光TDM习题参考⽂献第13章测量13.1 测量标准和测试过程13.2 测试设备13.2.1 光功率计13.2.2 光衰减器13.2.3 可调谐激光器13.2.4 光谱分析仪13.2.5 光时域反射仪13.2.6 多功能光测试系统13.3 损耗测量13.3.1 截断法13.3.2 插⼊损耗法13.4 ⾊散的测量13.4.1 模间⾊散13.4.2 模间⾊散的时域测量13.4.3 模问⾊散的频域测量13.4.4 ⾊度⾊散13.4.5 偏振模⾊散13.5 0TDR的场地应⽤13.5.1 0TDR轨迹13.5.2 损耗测量13.5.3 光纤故障定位13.6 眼图13.7 光谱分析仪的应⽤13.7.1 光源特性13.7.2 EDFA增益与噪声系数的测试习题参考⽂献附录A 国际单位制附录B 常⽤的数学关系附录C 贝塞⽿函数附录D 分贝附录E 通信理论专题附录F ⾊散因⼦。
光纤通信网络
光纤通信网络在现代信息社会中，光纤通信网络发挥着至关重要的作用。
它既是将人与人之间联系在一起的桥梁，也是实现全球信息互通的基石。
本文将从光纤通信网络的原理、发展历程以及未来趋势等方面进行探讨。
一、光纤通信网络的原理光纤通信网络基于光的传播特性，利用光纤中的光的折射和反射来传输信息。
之所以选择光作为传输介质，是因为光的速度非常快，能够在光纤中迅速传输大量的信息。
与传统的电信方式相比，光纤通信网络具有更大的带宽和更好的传输质量。
光纤通信网络由光纤传输链路、光纤接入网络和光纤数据交换网络等组成。
光纤传输链路是将信息信号转换为光信号，并通过光纤进行传输的部分。
光纤接入网络是将用户与光纤通信网络相连的部分，通常采用光纤到户（FTTH）的形式，为用户提供高速、稳定的网络接入。
光纤数据交换网络负责将数据从源节点传输到目标节点。
二、光纤通信网络的发展历程光纤通信网络的发展经历了几个重要的阶段。
20世纪60年代至70年代初，人们开始探索光纤通信的潜力，并取得了一些重要的突破。
然而，当时的技术条件限制了光纤通信的进一步发展。
直到20世纪70年代末至80年代初，随着光纤传输技术的突破，光纤通信网络进入了实用化阶段。
人们开始大规模建设光纤通信网络，并取得了显著的成就。
这一时期，光纤通信网络逐渐取代了传统的电信网络，成为主流的通信方式。
随着技术的不断进步，光纤通信网络在90年代进入了高速、大容量的时代。
传输速度和带宽不断提升，为各类应用提供了更好的支持。
到了21世纪，光纤通信网络已经发展到了全光网络的阶段。
全光网络是指完全采用光纤作为传输介质的网络，能够实现更高的传输速率和更低的延迟。
全光网络的出现，进一步推动了信息社会的发展。
三、光纤通信网络的未来趋势光纤通信网络在未来的发展中，将继续朝着更高的速度、更大的容量和更低的成本方向发展。
首先，光通信技术将不断突破现有的限制，实现更高的传输速率。
目前，光纤通信网络已经达到了每秒数百个Gbps的传输速度。
光网络
二、光纤
2.1 光纤的基本原理
光纤是一种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工具。 携带信息的光波： 数字信号为"1"时，光源器件发送一个"传号" 数字信号为"1"时，光源器件发送一个"传号"光脉冲； 当数字信号为"0"时，光源器件发送一个"空号" 当数字信号为"0"时，光源器件发送一个"空号"（不发 光）。
1.快速增长，对网络带宽的需求 近几年，随着IP业务的快速增长，对网络带宽的需求 不仅变得越来越高，而且由于IP业务量本身的不确定性和 不仅变得越来越高，而且由于IP业务量本身的不确定性和 不可预见性，对网络带宽的动态分配要求也越来越迫切。 传统的方法主要靠人工配置网络连接，耗时费力易出错， 不仅难以适应现代网络和新业务提供拓展的需要，也难以 适应市场竞争的需要。这时候一种能满足人们对网络需求 的网络——光网络，发展起来了。在光网络发展到现在过 的网络——光网络，发展起来了。在光网络发展到现在过 程中，出现了一种新型网络概念——自动交换传送网 程中，出现了一种新型网络概念——自动交换传送网 （ITU－TSG13命名为ASTN，主要从高层描述）或自动交 ITU－TSG13命名为ASTN，主要从高层描述）或自动交 换光网络（ITU－TSG15命名为ASON，主要从相对细节的 换光网络（ITU－TSG15命名为ASON，主要从相对细节的 结构描述）。这是一种利用独立的ASTN/ASON控制面， 结构描述）。这是一种利用独立的ASTN/ASON控制面， 通过各种传送网（包括SDH或OTN）来实施自动连接管理 通过各种传送网（包括SDH或OTN）来实施自动连接管理 的网络，这种具有独立控制面的光网络称为智能光传送网。
《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）。
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。
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TUG(AUG)：支路（管理）单元---由一个或多个TU(AU)组成，且加入段开销
西
STM-1
STM-1 上下路设备（ADM)
任务：将从西部传送的此地的n个E1取下，同时，把从此地要 传到东部的n个E1加上，与其余的E1一起传送到东部
本地
E1 HDB3编码
E1 HDB3解码
去映射
映射
东
O
解
/
扰
E
码
优缺点？
图 7.1.8 光网络的物理拓扑结构
பைடு நூலகம்
7.2 SDH光同步数字传送网
目前长途干线、城域、部分接入网全部使用SDH传输设备
PDH的缺点与SDH的优点：
无统一光接口
复接/解复接逐级进行 开销少且不标准
标准的同步传输模块及
有统一光接口
STM-1 STM-1以上
STM-4 STM-16
同步复用
STM-64
STM-256
3个“统一”作为SDH 的技术支撑
E1至 STM-1 固定位置映射
开销丰富且标准， 网管能力极强
复接/解复接直接进行
7.2.1 SDH帧结构和复用映射结构
再生段开销
帧长=125s
统一的帧结构！
管理单元指针 复用段开销
N=STM-N
1=STM-1 4=STM-4 16=STM-16 64=STM-64 256=STM-256
1G
数据 2000年前
语音
2000年后
图7.1.2 B-ISDN的业务示意图
驻地网 （家庭、 单位、）
7.1.2 通信网的结构 3部分：
光纤
双绞线
电路交换 分组交换
☆双绞线
光纤、电缆、卫星、微波、、☆无线接入
速率：Gb/s~Tb/s 距离：几十~几千km
☆塑料光纤 ☆可见光无
线光通信
用户 网络 接口
码速(Mb/s) 51.840 155.520 622.080 2488.320 9553.280
39813.120
话路数 672 2016 8064
32256 129024 516096
码速计算： STM-1： 9列×270行×8（bit/bat) ×1 ÷125=155.520Mb/s
STM-16： 9列×270行×8（bit/bat) ×16 ÷125=2.48832Gb/s
最短帧为46字节 最长帧为1526字节
L：数据字节长度---指示其后DATA的数据长度（字节数） 优点：高效
DATA：用户数据段---用户数据
PDA：填充字节---确保每帧长度不小于64个字节 不足：时延
FCS：帧检验序列---检验传输过程中有无帧差错
公网向着高速、大容量、综合业务方向发展
100K 10M
STM-N帧中各单元的作用
开销
通道开销---用于跟踪通道的踪迹，检测通道的性能，完成通道的运行、 管理和维护（OAM）
再生段开销
段开销 （SOH） 复用段开销
开销---指STM帧结构中为保证信息正常灵活传送所必须的字节，包括： 误码监测、帧定位、数据通信、公务通信、自动保护倒换字节等
管理单元指针----指示信息净负荷的第一个字节在STM-1帧内的准确位置，以便在 接收端正确分解
图7.1.4 ITU推荐的传送网的分层结构
图7.1.5 传送网每层的主要功能图解
7.3 通信网的演进
以前
目前
以后
光纤+电子交换
光交换 光路由
透明的全光网
图 7.1.6 通信网技术的演进
骨干网
多协议 SDH
WDM
SDH
DWDM 全光网
电缆
PDH
PDH /SDH
SDH
EPON GPON
FTTX
图 7.1.7 光网络的横向分级结构 PON：无源光网络
第七章 光网络
深圳大学 光电工程学院
柴广跃
通信网
7.1 通信网技术的演进
7.1.1 概述
专用通信网：铁路、电力、军用、、、
公用通信网：
公用交换电话通信网（PSTN) 公用交换分组数据网（PSPDN)
有线电视网 专用单向视频传送网
专用双向综合业务传送网
MPLS（多协议标记交换）？
发展趋势：三网融合
净负荷---承载信息
复用 映射
统一的映射复用结构！
图7.2.2 SDH基本复用映射结构
统一的代价是
C-n：容器---装载各等级数字信号并进行码速调整 V C-n：虚拟容器---加通道开销
效率低下
TU-n：支路单元---提供低阶与高阶通道的适配，由低阶VC+AU-PTR构成
AU-n：管理单元---提供高阶通道与复用段层的适配，由高阶VC+AU-PTR构成
图7.2.1 SDH中的STM-N帧结构 帧结构是以字节为单位的矩形块状结构---同步传输模块
SDH的问题：效率低，每一帧中开销占5%
统一的速率等级！
统一的光接口！！ 表 1.2.2 SDH和SONET等级及速率
SDH
STM-1 STM-4 STM-16 STM-64 STM-256
SONET OC-1 OC-3 OC-12 OC-48 OC-192 OC-768
速率：10、100、1.25Gbps、10Gbps
字节标示 P SFD DA SA
L DATA PDA FCS
字节数 7 8比特 1
6
6
2 0~1500 0~46 4
P：前导码字节—指示接收端进入同步状态，准备接收数据
SFD：帧开始标志---帧头 DA：信宿地址---从哪里来 SA：信源地址---到哪里去
三网融合如何融合？
NO!
三网融合的困难？ 技术？
IPTV,,,,
IEEE TCP/IP以太网
传输控制协议/网间网协议
利益！！！！
IEEE：国际电子工程师协会
以太网协议与帧结构
标准化组织IEEE802.3，协议802.3ad 标准化组织IETF，协议MPLS（多协议标签交换） ，，，，，，，
帧结构：
抽 时 钟
光电模块
段
/
串
通
/
道
并
开
销
处 理
网管
时隙指定/交叉
分
复
插
用
段
STM-1
/
通
串
扰
E/
道
/
码
O
开
并
销
处 理
电源
光电模块
7.2.2 自愈环
失效的修复能力是衡量高速网络性能的重要指标， 连接时间应达99.999%，即每年中断时间小于5分钟 人工修复？？？-----不可能 网络的智能自恢复---自愈成为SDH传送设备的必须 功能
图 7.1.3 通信网的功能构成示意图
速率：Mb/s~10Gb/s First mail：第一公里 距离：几百m~二十km Last mail：最后公里
最终目标： FTTH
传送网的三层结构
电路层 通道层 物理层
特点：各层功能相互独立，通过层间接口联系 优点：网络灵活，易于平滑升级，不用重复建设
用户
×
图 7.2.3 二纤单向通道倒换环(UPSR)
图 7.2.4 四纤双向线路倒换环（BLSR/4）