北京邮电大学光纤通信完整版精品课件

φ>φc 光在纤芯与包层间发生全反射.
最大入射角 θmax
sinθmax = n1sin(90º-φc)=(n1²-n2²)½
4. 光的传输(阶跃多模,几何光学)
光纤的数值孔径
NA= sinθmax =(n1²-n2²)½ ≈ n1(2Δ)½
NA反映光纤的集光能力.
相对折射率差
Δ= (n1-n2)/n1
光纤通信
绪论
扩大通信容量的方法: 提高载波频率。 光波也是一种电磁波，可以作为载波。
电磁波谱
光纤通信发展的历史
1880 1966 1970 1970 73-76 76-82 82-今 90-今 95-今 98-今
贝尔
光电话
高锟
提出光导纤维概念
康宁公司 生产出低损耗光纤(20dB/km)
按传输模式分类
多模： 能传多个模式 单模： 只能传基模
3. 常用光纤
阶跃多模光纤
r
n2
2b
n1
n
2a
芯径(2a): 50μm, 62.5μm 包层直径(2b): 125μm
3. 常用光纤
渐变折射率多模光纤
r
n2
2b
n1
n
2a
芯径(2a): 50μm, 62.5μm 包层直径(2b): 125μm
0.4
C onventional Fiber (1440-1625 nm )
10
230 ch
A llW ave Fiber (1335-1625 nm )
360 ch
0
0.3
5th
AllW ave
0.2
elim inates the 1385 nm w ater peak
0.1 1200
本课程教学计划
信号源 信号源
电端机
光纤
光纤
光发 送机
中继
光接 收机
电端机
课程内容
□光纤 □光发送机 □光接收机 □系统,系统设计 □新技术 □测量!!
本课程教学计划
课程安排
□51学时 □其中测量及实验约12学时!!
教材
□《光纤通信系统》顾畹仪 北邮出版社
本课程教学计划
课程特点
□内容多 □涉及知识多 □与实际工程联系紧密
教学方法
□以概念为主 □介绍典型实例 □实验
本课程教学计划
学习方法
□以掌握概念为主 □有‘数字’概念 □重视对曲线的理解 □重视对框图的理解 □学会接受工程近似 □学会接受和利用前人的成果 □标准和指标
本课程教学计划
本课程的重要性
□光纤通信的地位 □知识结构的完整性 □工程素质的培养
AllW ave vs. Conventional Fiber
M ore Usable O ptical Spectrum
A llW ave offers >50%
0.6
m ore DW DM channels!
20
0.5 A dditional channels are
in O ptim um D ispersion range for 10 G b/s DW DM
光纤通信发展现状
国际
□整个行业2003年起全面复苏 □大量新技术出现及进入实用 □全球已敷设5亿公里光缆
国内
□90年代已实现大的网络布局(“八纵”, “八横”) □2006年西藏实现“镇镇通光缆” □已铺设5千万公里光缆 □国内厂商纷纷国外“拿单”
光纤通信的特点
容量大 中继距离长 不怕电磁干扰 保密性好，无串话干扰 尺寸小，重量轻 原料丰富 (节约有色金属) 经济 !!!
半导体激光器实现室温下连续工作
45Mb/s
0.85μm
多模
100Mb/s
1.3μm!!
多模
140-622Mb/s 1.3μm
单模!!
2.5Gb/s
1.55μm!!
单模
2.5-10Gb/s 1.55μm
Байду номын сангаас光放大!!
2.5-40Gb/s DWDM!!
发展方向
大容量
□高速 □多波长
长距离 网络化 智能化 多业务融合 向用户端延伸
子午线最大时延差 Δτd (群时延)
Δτd
sinLφc-L
c/n1
=
Ln1 c
•
n1-n2 n2
≈
nc1Δ•L
=其中 L 为光纤长度.
Δτd 导致光脉冲展宽 (带宽减小).
§1.2 光纤的传输性质
1.光纤的损耗
固有损耗
□材料的本征吸收 ----红外吸收----分子振动 ----紫外吸收----电子跃迁
lg
P 1mW
(dB/km)
1. 光纤的损耗
光纤的 α----λ 曲线 α(dB/km) OH根吸收
瑞利散射 损耗
2.0
0.4 0.2
0.85
1.3
1.55
红外吸收 损耗
λ(μm)
光纤的 α----λ 曲线
光纤的 α----λ 曲线
光纤的 α----λ 曲线
Attenuation (dB/km) Dispersion (ps/nm⋅km)
§1.1 光纤的结构分类和光的传输
1. 光纤的结构
纤芯 --高透明材料
包层 --高透明材料
涂敷层 --保护层 包层折射率略小于纤芯. 材料： 高纯度 SiO2 搀杂
纤芯： GeO2•SiO2, P2O5•SiO2 包层： B2O3•SiO2
2. 光纤的分类
按折射率分布分类
阶跃折射率： 纤芯折射率分布均匀 渐变折射率： 纤芯折射率连续变化
传送网分层结构
各层现有技术
□电路层:
●64kb/s, 2Mb/s
□通道层:
● PDH, SDH, ATM
□传输媒质层:
●电缆,光纤,微波,卫星,铜线等
电路层
通道层
传
段层 物理层
输
}媒 质 层
光纤通信承载的业务量(容量X距离)占所有传输方式 承载的业务量(容量X距离)的比例超过90%!!
第一章 光纤及其基本性质
3. 常用光纤
单模光纤(普通)
r
n 2b
2a
芯径(2a): <10μm 包层直径(2b): 125μm
3. 常用光纤
单模光纤又有很多种,详细内容将在后面介 绍.
4. 光的传输(阶跃多模,几何光学)
n2
n0=1
φ
n1
θ
临界角 φc
n2
α
n1
2
αα1
n1sinα1 1=n2sinα2
φc=arcsin(n2/n1)
□材料的本征散射 ----瑞利散射 (折射率微观不均匀引起)
非固有损耗
□杂质吸收 ----OH根吸收 (光能→振动) □波导散射 ----宏观上的不均匀
1. 光纤的损耗
损耗系数 α
Pi
Po
L
α=
10 L
lg
Pi Po
(dB/km)
α=
1 [Pi(dBm)-Po(dBm)] L
其中:
P(dBm)=10