光纤通信技术电子教案

通信系统组成

信源：原始信号系统

发送机：对原始信号处理，变换（调制，放大，滤波）送信道

信道：信号传输媒介

噪声：各种干扰信号

接收机：完成发送机的反变换（滤波，放大，解调） 信宿：完成原始电信号 原始消息

一：光纤通信发展史

1.光纤通信概念：以光载波运送信息，以光纤为传媒的通信。

2.古老光通信：烽火台，交通灯，光电话/880，贝尔实验室。

3.三个主要技术：

光源: 1960 红宝石激光器

1962 LED

1977Bell实验室成功研制100HLD

光纤：1966 高锟严格论证从人类玻璃中祛除杂质可制成低衰减光纤。

1970公司制出20dB/km

1973 Bell实验室制成1dB/km，现在02dB/km以下。

1973 日本解决接续问题。

1974活动连接器

光检测器：70年代研制成功。

1．三个阶段：

第一阶段：1970-1979：光源，光纤检测器研制成功。

由美国，亚特兰大，第一个光纤通信系统建成。

第二阶段：光纤技术突破：衰减降02dB以下。

79-89 年：多模单模光系统建设高潮

第三阶段：89年至今：光系统PDH SDH过渡。传

输速率提高，光纤放大器问世，给光纤通

信技术带来巨大变革。

光纤传输光放大光集成，光分播复用，光交叉相连，光交换的全光网时代。将来:宇宙星际光通信，可能实现。

2.光在电磁波谱中位置：

可见光：λ039—076μm

近线外：λ 0.76—15μm

中线外：λ 15 —25μm

远线外：λ25—300μm

光纤通信：λ0.8—1.8μm f:1.67—3.75*10

短波长：0.8~0.9μm

长波长：1.0~1.8μm

超长波长：>2μm

二：光纤通信类型及特点

1．按信号类型分：

光纤模拟通信系统：广播，电视

光纤数字通信系统：PCM数字信号

2．按光调制分：

直接调制光纤系统：电信号对光源强变调制

外差调制光纤系统：电信号对光源发出光载波调制。3．按光纤特性分：

多模光纤通信系统：140Mbit/s以下

单模光纤通信系统

4．工作波长分：

短波长：0.85μm局域网，用户接入网，中继短，中继距离长

长波长：1.3—1.5μm

超长波长：>2μm

2000пm衰减低至0.10—

0.0001dB/km，1000km无中继站研制阶段。

5.按数字体分：PDH，SDH

6、按应用范围分：

长途

市话中继

接入网系统

6传输信道数目划分：

单信道（波长）系统：一根光纤只传一个波

粗波分复用系统（CWDM）：一根光纤传少量不同波长，信道间隔大于20nm

密集波分复用系统：传多个波长，信道间隔小于8nm。

CWDM：一根光纤中同时传少量不同光波长。信道间隔大于20nm，在城域网中广泛应用。

DWDM：一根光纤中同时传多个不同波长光信号。信道间隔小于8nm，同时用时分复用使系统容量数百倍提高。

三：本课程学习内容

光纤、光缆：原理，参数

光器件：原理、参数

光传输设备：25Gbit/s，16*25Gbit/s，32*10Gbit/s，40Gbit/s

光测量技术：原理、方法

光半导体发光机理

爱因斯坦量子论提出：光与物质相互作用，发生自发辐射、受激辐射、受激吸收。

1．跃迁：电子从一个能级转移到另一个能级的过程。2．从低能级向高能级跃迁：吸收能量。

3．释放能量：从高能级跃迁到低能级。

4．能量是二个能级之差

hv=E1-E2

E1：高能级；E2：低能级；v：光频率；h：普郎克常数

A：受激吸收：在低能级电子，在外来光子激发下，吸收

B：自发辐射：处在高能级电子自发跃迁到低能级上（与

空穴复合）并辐射出一个能量为（Eg=E1-E2=hv）光子

光子频率v=（E1-E2）/h

特点各电子是独立地，自发地随机地跃迁，彼此无关。

发出光是非相干光。

能量以光子方式发射出来。

C：光的受激辐射（发射）

处在高能级电子，在能量为E=E1-E2，频率

V=（E1-E2）/h外来光子激发下，跃迁到低能级，

发射出一个和入射光子一模一样—全同光子。

特点：频率、相位、方向、传播方向相同

一个光子作用可以得到二个全同光子

一定条件下可以产生大量全同光子—光放

大。

相干光

D：粒子数反转分布

热平衡状态下物质中：低能级电子多、高能级电子少。

∴没有外界激励下，常温下，受激吸收>受激辐射

∵单位体积时间内，从低能级受激跃迁到高能级电子

数多于从高能级受激跃迁到低能级电子数。

∴光放大条件：物质中受激辐射>受激吸收必须有—

高能级电子数>低能级电子数。物质这种发常态粒

子数分布—粒子数反转分布

E：工作物质：能形成粒子数反转分布的物质。

帮浦源：给工作物质施加能量，形成粒子数反转

分布。

第一章 1.1 LD

一：对光源LD要求

1．寿命10年以上，从可靠性、经济性要求，不允许中断。如北京—武汉全程40LD。如平均寿命100万H，每2.8年可能出现一次故障。

2．较大光功率输出1mw以上。目前LD—500μw—2mw；

LED—10μw

3．发出光波长须和光纤三个窗口一致。

4．谱线宽度要窄：LD谱宽<0.1nm。谱线窄，传输距离远谱度1nm只能传17Km；0.2nm，能传80Km