第7章_光纤通信新技术
光纤通信最新技术
光纤通信最新技术对光纤通信而言，超高速度、超大容量和超长距离传输一直是人们追求的目标。
目前主要的光纤通信技术有以下几种：一：波分复用技术波分复用（WDM）是将两种或多种不同波长的光载波信号（携带各种信息）在发送端经复用器（亦称合波器，Multiplexer）汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术；在接收端，经解复用器（亦称分波器或称去复用器，Demultiplexer）将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。
这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，称为波分复用。
WDM波分复用并不是一个新概念，在光纤通信出现伊始，人们就意识到可以利用光纤的巨大带宽进行波长复用传输，但是在20世纪90年代之前，该技术却一直没有重大突破，其主要原因在于TDM的迅速发展，从155Mbit/s到622Mbit/s，再至［|2.5Gbit/s系统，TDM速率一直以过几年就翻4倍的速度提高。
人们在一种技术进行迅速的时候很少去关注另外的技术。
1995年左右,WDM系统的发展出现了转折，一个重要原因是当时人们在TDM10Gbit/s技术上遇到了挫折，众多的目光就集中在光信号的复用和处理上，WDM系统才在全球范围内有了广泛的应用。
随着波分复用技术从长途网向城域网扩展，粗波分复用CWDM 应运而生。
CWDM的波长间隔一般为20nm，以超大容量、短传输距离和低成本的优势，广泛应用于城域光传送网中。
目前为了进一步提高光通信系统的传输速率和容量，还提出了将波分复用和光时分复用OTDM相结合的方式。
把多个OTDM信号进行波分复用。
从而大大提高传输容量。
只要WDM和OTDM两者适当的结合，就可以实现Tbit/s以上的传输，并且也应该是一种最佳的传输方式，因此它也成为未来高速、大容量光纤通信系统的发展方向。
实际上大多数超过3bit/s的传输实验都采用WDM和OTDM相结合的传输方式。
二：光纤接入技术随着通信业务量的增加，业务种类也不断丰富，人们不仅需要传统的话音服务，而对高速数据、高保真音乐、互动视像等业务的需求越来越迫切。
光纤通信(第二版)课件PPT(刘增基著)
第1章 概 论
为了克服气候对激光通信的影响，人们自然想到把激光束 限制在特定的空间内传输, 因而提出了透镜波导和反射镜波导的 光波传输系统。透镜波导是在金属管内每隔一定距离安装一个 透镜，每个透镜把经传输的光束会聚到下一个透镜而实现的。 反射镜波导和透镜波导相似，是用与光束传输方向成45°角的 两个平行反射镜代替透镜而构成的。这两种波导，从理论上讲 是可行的，但在实际应用中遇到了不可克服的困难。首先，现 场施工中校准和安装十分复杂；其次，为了防止地面活动对波
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谷。
第1章 概 论
1.1.2 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。当时石英纤维的损耗高达 1000 dB/km以上，高锟等人指出：这样大的损耗不是石英纤维 本身固有的特性，而是由于材料中的杂质，例如过渡金属(Fe、 Cu等)离子的吸收产生的。材料本身固有的损耗基本上由瑞利 (Rayleigh)散射决定，它随波长的四次方而下降，其损耗很小。 因此有可能通过原材料的提纯制造出适合于长距离通信使用的 低损耗光纤。如果把材料中金属离子含量的比重降低到10－6以 下，就可以使光纤损耗减小到10 dB/km。再通过改进制造工艺 的热处理提高材料的均匀性，可以进一步把损耗减小到几 dB/km。这个思想和预测受到世界各国极大的重视。
十一五 普通高等教育“十一五”国家级规划教材
光 纤 通 信(第二版)
刘增基 周洋溢 胡辽林 编著
任光亮 周绮丽
西 安 电 子西科 技 大 学 出 版 社
光纤通信新技术
光网络智能化技术
THANKS
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新型光网络技术
05
总结词
光传送网（OTN）是一种新型的光网络技术，它通过使用数字封装技术将客户信号封装在光层进行传输，具有高带宽利用率、低延迟、高可靠性等优点。
详细描述
OTN通过将客户信号封装在数字容器中，实现了对客户信号的透明传输，同时提供了强大的故障恢复和保护能力。此外，OTN还支持多播和广播功能，能够实现灵活的带宽管理和调度。
软件定义光网络（SDON）
未来展望
06
随着数据流量的快速增长，超高速光传输技术成为光纤通信领域的研究重点。
超高速光传输技术通过提高信号传输速率，实现更大容量的数据传输。目前已经实现了Tbps级别的传输速率，未来还有望进一步提高。
超高速光传输技术
详细描述
总结词
超长距离光传输技术
总结词
超长距离光传输技术是实现跨洲际、跨大洋光传输的关键技术。
详细描述
自动交换光网络（ASON）
总结词
软件定义光网络（SDON）是一种基于软件的光网络技术，它通过使用软件编程的方式实现光网络的配置和控制。
详细描述
SDON通过将光网络的配置和控制功能抽象化，使得网络管理员可以通过软件编程的方式实现光网络的配置和管理。这大大提高了网络的灵活性和可扩展性，同时也降低了运营成本。此外，SDON还支持多种协议和标准，能够与其他网络技术进行无缝集成。
详细描述
通过采用先进的信号处理技术和新型的光纤材料，超长距离光传输技术能够实现数千公里甚至上万公里的光信号传输，为全球通信网络的建设提供有力支持。
VS
光网络智能化技术是实现光网络高效运维和智能控制的重要发展方向。
详细描述
光纤通信技术的新发展与应用
光纤通信技术的新发展与应用光纤通信技术是指利用光纤作为传输介质，利用光波进行信息传送的技术。
这种技术具有数据传输速度快、容量大、稳定性强、抗干扰能力强等诸多优点，因此在现代通信领域得到了广泛应用。
近年来，光纤通信技术不断推陈出新，不断创新发展，本文将从新技术和应用两方面来探讨其新发展与应用。
光纤通信技术的新发展随着科技的不断进步，新技术不断涌现。
在光纤通信技术领域，也不断涌现出新技术，以满足不同客户的需求。
我们可以从光纤材料、光波调制、光检测和信号处理四个方面来探讨新技术的发展。
1. 光纤材料光纤通信技术的第一步就是要拥有能够传输光波的介质，这个介质就是光纤。
传统光纤主要是用硅氧化物制成，但它的损耗高、直径大、重量大，限制了其应用范围。
而随着光技术的发展，新型光纤材料如光子晶体光纤（PCF）已经被开发出来。
PCF具有低损耗、芯径小、透明度高等优点，能够有效提高光纤通信的带宽和距离。
此外，钙钛矿材料也被用于光纤材料的制备中，它具有优良的光学性能和宽广的光谱响应，有望成为新一代光纤材料。
2. 光波调制光波调制是利用某种方法对光波的幅度、频率或相位进行操控，以实现信息的传输。
传统的光波调制技术主要有两种：直接调制和外调制。
直接调制是将信息信号的电信号直接施加到激光器上，通过改变激光的强度来实现信息传输。
外调制则是将信息信号与激光光束进行合成，通过改变光波的相位差来实现信息传输。
这两种方法都存在一定的缺陷，如直接调制的带宽受限、外调制的驱动电压高等问题。
随着技术的不断进步，新型调制方法如相消干涉调制（IQM）和混合倍频调制（HMD）被引入，它们能够提高调制带宽、信噪比和电光转换效率。
3. 光检测光检测是将光信号转换为电信号的过程，是信息传输中不可或缺的环节。
传统光检测器主要包括光电二极管和APD（雪崩光电二极管）。
光电二极管具有响应速度快、噪声低、价格低等优点，但其灵敏度较低；而APD则具有灵敏度高、响应速度快的优势，但也存在一些缺陷，如复杂的驱动电路和信号处理、噪声等问题。
chapter光纤通信新技术
▪ 光联网将从静态联网开始向智能化动态联网方向
发展，改进网络响应和生存性是未来发展的一项主要 任务；
▪ 智能网络对于运营商在竞争中推出与众不同的服
务，以及节省运营开支起着至关重要的作用。
chapter光纤通信新技术
9
光网络的发展趋势
网络功能
具有静态光上下路功 能的WDM点到点传输
光分组交换（OPS: Optical Packet Switching） ▪ ATM光交换 ▪ IP包光交换 ▪ 光突发交换
复合光交换：采用两种或多种交换方式
chapter光纤通信新技术
11
空分光交换
▪ 空分光交换（Space Division Optical Switching）技术是指通过
光网络）。
▪ 引入动态交换是传送网概念重大突破，是传送网一次革命
chapter光纤通信新技术
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光传送网络的全光化和智能化
现状：
▪ 全光网（AON）:光信息流在通信网络中的传输及交换时
始终以光的形式存在，不需要经过O/E/O。
▪ 光域实现放大、整形、时钟提取、波长变换等十分困难
▪ 无法在光域上增加开销对信号进行监视，管理和维护还
网络的分层及其演化
chapter光纤通信新技术
5
SDH和OTN的分层结构
IP业务的传送
电路层 通道层
电路层 PDH 通道层
电路层
虚道层
SDH 通道层 虚道层
IP头处理、分段、 转发（光域）
复用段层
再生段层 物理层(光纤)
SDH网络
电复用段层 电复用段层 光信道层OCH 光复用段层OMS
光传输段层OTS 物理层(光纤)
光纤通信技术发展趋势和新技术突破
光纤通信技术发展趋势和新技术突破光纤通信技术作为信息传输的重要方式，已经在现代化社会中扮演着不可或缺的角色。
随着云计算、物联网和5G等新兴技术的推动，光纤通信技术也在不断发展和突破。
本文将从发展趋势和新技术突破两个方面进行探讨。
一、光纤通信技术发展趋势1. 高速和大容量：随着人们对于高速网络的需求日益增长，光纤通信技术也要求能以更高的速度进行数据传输。
目前，光纤通信技术已经实现了T级别的传输速率，未来将向更高的速率发展。
同时，随着信息量的不断增加，光纤通信技术也要求提供更大的容量，以满足数据传输需求。
2. 低延迟：随着云计算、物联网和实时应用等的不断普及，对网络的低延迟要求越来越高。
光纤通信技术的传输速度虽然已经非常快，但仍然存在一定的传输延迟。
为了满足低延迟的需求，光纤通信技术需要进一步提升传输速度和减少传输延迟，在保证高速和大容量的同时，提供更低的延迟。
3. 网络安全：随着网络攻击日益猖獗，网络安全已经成为一个全球性的重要议题。
光纤通信技术作为信息传输的基础，需要更加注重网络安全。
未来，光纤通信技术需要进一步加强数据的加密和安全传输，以确保用户的数据不被未授权访问和篡改。
4. 绿色环保：光纤通信技术相较于传统的电信传输方式更加环保。
光通信不需要大量的电源来支持传输信号，同时也不会产生电磁辐射。
未来，光纤通信技术需要进一步提高能效，减少能耗，以推动绿色环保的发展。
二、新技术突破1. 高密度纤芯：高密度纤芯技术是目前光纤通信技术的一个重要突破。
传统的单模光纤通常具有一个纤芯，而高密度纤芯技术可以在一个纤芯中传输多个模式的光信号，从而提高光纤的传输容量。
高密度纤芯技术利用了光信号的多个自由度，可以显著提高数据传输速率和容量。
2. 弯曲光纤：传统的光纤在弯曲时会有较大的光功率损耗，限制了其应用范围。
然而，新的弯曲光纤技术可以在光纤弯曲的情况下保持较低的光功率损耗，拓展了光纤在现实世界中的应用空间。
弯曲光纤技术的突破将有助于在复杂环境中部署光纤网络，并提高光纤通信技术的适用性。
《光纤通信》课件第7章 光纤通信系统及设计
图7.7 AM和FM系统中， 功率预算和谱呈抛物线形状， 即随着基带频率的增高， 解调噪声也越来越大。 为了 均衡整个信号带宽内的解调噪声，提高传输质量，需 要在调制器之前对视频信号加入预加重处理， 当然在 接收端解调之后要进行去加重处理。另外，用户接收 FM信号时，需要附加FM-AM转换器， 以便与用户接 口设备兼容。
7.1.2 模拟调制技术 对光纤通信系统来说，数字通信系统所采用的数
字调制方式具有较强的数字处理能力、抗干扰能力， 无噪声积累且适宜于长距离干线传输。但这种方式设 备复杂，价格昂贵。而模拟设备比较简单便宜， 调制 方式多样，使用灵活，因此在图像和数据信号的传输 中获得了较多的应用。
对于图像信号的传输， 一般采用基带电视信号直 接调制光脉冲强度， 称为基带直接强度调制； 另一种 调制方式是先用脉冲幅度调制（PAM）、脉冲频率调 制（PFM）、脉冲宽度调制（PWM）、脉冲间隔（位 置）调制（PPM）的方式把基带信号调制到一个电的 副载波上，再用这个副载波去强度调制（IM）光脉冲。 几种不同的脉冲调制波形见图7.2。
/ Req
（7.9）
7.2.2 多信道传输
前面所述的基带直接强度调制仅是单信道传输的 情况， 对于光纤巨大的带宽资源， 可以使用多路信号 的复用技术。 首先可以把基带信号用AM、 FM、 PM 等调制方式调制到频率为f1、f2、…、fN的N个载波（称 为副载波）上，然后再把这N个信号频分复用 （FDM），调制一个光源，如图7.4所示。
发送机、 光纤传输信道和光接收机。
图7.1 模拟链路的基本单元
光发送机可以是LED或LD。采用LED设备简单， 价格便宜。而用LD作光源，比用LED有较大的入纤功 率，可以延长传输距离，但引起系统非线性失真的因 素较多。
《光纤通信技术》 课程大纲
《光纤通信技术》课程大纲《光纤通信技术》课程大纲课程名称：光纤通信技术课程类别：核心课学分：4学分适用专业：通信工程专业、计算机应用专业先修课程：数字通信原理、数据通信原理一、课程的教学目的《光纤通信技术》是信息与通信工程学科一门重要的专业课程。
课程定位为需要学习通信工程、计算机通信技术等专业，从事信息通信、计算机、网络等相关行业的学员。
光纤通信系统具有低的传输损耗和宽的传输频带的特点，成为高速数据业务的理想传输通道。
课程以光纤的导光原理和激光器的发光原理为基础内容，同时涵盖了各种实用光网络技术。
课程以提高学生基本技能素质与新技术、新手段的应用能力为目标，培养能满足光纤网络工程的规划建设、系统调测、电信核心网络和接入网络的工程等需要的应用型人才。
为了更好地掌握本课程的知识，每章后面均附有大量的习题，并对主要知识点进行了总结。
鉴于本课程是实践性很强的专业课程，其教学内容既包括理论学习内容，又涵盖与之相关的实践实验活动内容，为以后学习光纤通信工程新技术打下基础。
二、相关课程的衔接学习本课程需要先修《数字通信原理》、《数据通信原理》等专业基础课程以及《现代交换技术》、《宽带接入技术》等相关课程；后续课程包括《光网络》、《多媒体通信》等。
三、教学的基本要求要求掌握《光纤通信技术》的基本概念、工作原理，了解相关扩展知识。
熟练进行光纤通信技术的工程分析及工程计算。
熟悉实验原理及内容，能够利用所学基本知识完成简单电路的分析和设计。
四、课程教学方法下载教学内容导学、详解、实时辅导、教案、综合练习题等资料。
为了更好地掌握本课程的知识，每章后面均附有大量的习题，并对主要知识点进行了总结。
本课程含有实验，使本课程更多地与实践接轨，为以后学习光纤通信工程新技术打下基础。
五、课程考核方式本学期将安排4次阶段作业。
每次作业计10分，共计40分。
作业类型为客观题，可重复提交，直至分数满意为止。
考试：本课程的考试采用开卷的形式，由于本课程的计算量较大，建议学生熟练使用计算器。
光纤通信电子教案
教师备课基本要求1、备课是教学的基本环节，任课教师在备课过程中应根据教学大纲，结合教材特点，针对授课对象的具体情况，认真组织教学内容。
2、认真钻研教材，广泛参阅文献资料，抓住基本概念、基本理论、基本技能和每个章节的基本要求，确定教学重点和难点，科学、合理地安排教学内容。
3、不断更新和充实教学内容，注意结合社会实际，反映本学科发展的科学技术新成就，并能体现自己的相关研究成果和学术观点。
4、注重从学生实际出发，科学、合理设计各种教学方法、手段和板书，充分体现以学生为中心，启发学生思考，引导学生掌握学习方法。
5、教学安排及学时分配应与教学日历同步，合理、得当。
6、每次教案应包括教学目的、教学重点、教学难点、教学过程、教学方法和适量的作业布置等项目，并向学生推介的必要参考书目。
7、无论是手写教案还是电子教案均按规定格式编写。
8、教学文件齐全，整体教案应包括“备课基本要求、教学大纲、教学日历、授课表、学生平时考核表、教案”，且按此顺序进行装订。
课程名称光纤通信使用教材光纤通信技术主编孙学康出版社人民邮电出版社出版时间2008年5月专业班级0712401~02授课时数总64 课时;理论: 48课时;实践: 16课时;其他: 课时;授课教师授课时间2009年至2010年学年度第二学期主要参考文献1.张宝富等编《光纤通信》西安电子科技大学出版社2007年2.[美]Djafar K.Mynbaev编《光纤通信技术》机械工业出版社2002年3.吴彦文等编《光网络的生存性技术》北京邮电大学出版社2002年4.刘增基等编《光纤通信》西安电子科技大学出版社2005年教师备课纸第 1 次课题1、光纤通信概述目的要求 1.了解光纤通信发展的历史2.了解光纤通信的优点及应用3.掌握光纤通信系统的基本组成4.了解光纤通信的发展现状及展望教学重点 1.光纤通信系统的一般组成2.光端机、光纤链路的基本功能教学难点光纤通信系统的组成与功能教学课时 2教学方法讲授法、演示法、讨论法教学内容和步骤《光纤通信》课程内容介绍、专业学习方法、参考资料介绍第1章概论第2章光纤和光缆第3章通信用光器件第4章光端机第5章数字光纤通信系统第6章模拟光纤通信系统第7章光纤通信新技术第8章光纤通信网络1.1 光纤通信的发展历史和现状教师备课纸1.1.1 探索时期的光通信中国古代用“烽火台”报警欧洲旗语望远镜，目视光通信1880年，美国人贝尔发明了用“光电话”1960年，美国人梅曼发明了第一台红宝石激光器1.1.2 现代光纤通信1966年，英籍华裔学者高锟和霍克哈姆的论文指出利用光纤进行信息传输，奠定了现代光通信基础。
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
波分复用技术详解
蓝带
红带
1480.0 nm 202.6 THz
1528.77 196.10
1560.61 nm 192.1 THz
0.4 nm 50 GHz
1480.0 nm 1528.77 202.6 THz 196.1
1560.61 nm 192.1 THz
F=193.1THz+/-n*50GHz
n=0,1,2…
O D U OPA
OS
C
OS
C
OS
OWU
C
OS
C
1
OTU1 OTU2
2
O M U
OBA
OTU1
n
OLA EMU
n
OTUn
第7章 光纤通信新技术
集成式WDM系统
OMT
1 2
ILA
OMT
1
O M U
OBA
2
OLA OPA O D U
OS
C
OS
1
1 2
n
2
┋ n
┉
第7章 光纤通信新技术
波分复用系统原理（1）
16个2.5G信号合成40G在一根光纤上传输
(1) 2.488 Gbs
...
1310nm/1550nm
Narrowband wavelength division multiplexing
1 2 3 4 5 6 7
第7章 光纤通信新技术
光－电－光接口变换原理
G.692 G.957 光接口 O/E 光输入 定时 再生 E/O 光输出 光接口
光转发器（OTU）
O-E 电信号处理 E-O
DFB 激光器 电光调制器
2011年第7章 掺铒光纤放大器
WDM系统的基本构成主要有以下两种形式：
1 光发射机
…
(1) 双纤单向传输。
1
光接收机 解复用器
…
1
复用器
光纤放大器
n
光发射机
n
1′ 光接收机 解复用器
1 … n 1
光纤放大器 复用器
光接收机
n
光发射机
…
1′
n′
光接收机
由于各信号是通过不同光波长携带的，因而彼此之间不会混淆。 在接收端通过光解复用器将不同波长的信号分开， 完成多路 光信号传输的任务。
注：泵浦（pump，抽运）
LD和EDF 区别
外加源 输入信号 工作物质 输出信号 工作机理 放大作用
半导体激光器 正向电压 电信号 半导体 光信号 受激辐射 谐振腔
EDFA 激光 光信号 掺铒光纤 光信号 受激辐射 光纤本身
四、掺铒光纤放大器结构
泵浦 激光 (98 0 n m或 1 48 0 n m)
六、掺铒光纤放大器
泵浦波长为1480nm、信号波长为1550nm时，EDFA 增益与光纤长度和泵浦功率依存关系
七、掺铒光纤放大器的优点和应用
(1)工作波长正好落在光纤通信最佳波段 (1500～1600 nm)； 其主体
是一段光纤(EDF)，与传输光纤的耦合损耗很小， 可达0.1 dB。
(2) 增益高，约为 30 ～ 40 dB; 饱和输出光功率大， 约为 10 ～ 15 dBm; 增益特性与光偏振状态无关。
二、光放大器的种类 1、半导体光放大器（SOA）
普通光放大器的基本工作原理
二、光放大器的种类 2、光纤放大器（DFA） 非线性光纤放大器 掺铒光纤放大器
非线性光纤放大器：利用强的光源对光纤进行激发，使光
关于光纤通信新技术的应用与研究
纤 通 信 技 术 逐 年 从 弱 到 强 、 从 无 到 有 的 ， 成 为 容 量 最 大 ，距 离 最 远 以及 通 信 最 好 的 一 种 技 术 。我 国 在 使 用 光 纤通 信 技 术 后 与 国 际 领 先 技 术 的 差 距 越 来 越 小 ，现 在 使 用 的 光 纤 通 信 系 统 已经 是 第 五 代 体 统 ，相 信 未 来 很 短 时 间 内 光 纤 通 信 将 再 次 突 破 ，成 为 应 用 最 为 广 泛 的必 备 通 信 技 术 。
技 术 在 不 断 的 使 用 中 逐渐 代 替 过 去 的 电 缆 通 信 技 术 成 为 主 要 也 是 唯 一 的通 信 技 术 方 式 ， 虽 然 在 我 国仍 然 同时 使 用 电 缆 通 信 和 光 纤 通 信 ， 但 是 在 西 方 很 多 先 进 的 国家 中 ，光 纤 通 信 已经 成 为 主 要 的通 信 方 式 ，如 欧 美 的 一 些 国家 。 随 着 光 纤 通 信 技 术 推 广 面 积 的不 断 扩 大 ，在 一些 方 面 的 运 用 过 冲 中 出现 一 些 需 要 尽 快 解 决 的 问题 ， 影 响 了通 信 技 术 的 发 展 。 因 此 ， 研 究 出 新 的 光 纤 通 信 技 术 将 具 有 非 常 实 际 的 意 义 。 目前 已 知 的 光 纤 通 信 新 技 术 有 以下几种： １ ）光 复 用 技 术 。 指 的 是 对 同 一 时 间 内 的 电信 方 进 行 分 复 用 。 目 的是 为 了在 同一 时 间 尽 量 使 通 信 传 输 的 效 率 达 到 最 大 。 具 体 的 复 用 方 式 有 ：信 号 的 分 复 用 、信 息 码 的 分 复 用 以 及 光 波 的分复 用 ［ １ ］ 。 其 中 ， 信 号 的 分 复 用 是 指 对 同 一 个 光 纤 线 中 波 长 进 行 分 割 ， 使 其 成 为一 个 个 一 个 的帧 ， 这 些 分 割 出来 的 帧 再 次 分 割 成 为 具 有 相 同长 度 的 时 隙 ，这 些 时 隙 以相 同 的速 度 在 同 时 间 向 既 定 防 线 发 射 ， 从 而 使 不 同 的信 号 接 受 地 能够 在 相 同 的 时 间 内接 受 到 相 同 的通 信信 号 内容 ；信 息 码 的 分 复 用 ， 指 的 是 将 用 户 的码 序 调 制 到 专 门 的 光 信 号 中 ， 并 设 计 只 有 同 时拥 有 正 确 的 码 序 且 接 近 网络 的情 况 下 才 能 够 进 行 通 信 。 因此 这 种 分 复 用 方 式 是 否 能 够 具 有 很 好 的 防 窃 作 用 ；光 波 的 分 复 用 ， 指 的 是 对 波 长 进 行 间 隔 和 调 制 ，使 多 个 波 长 在 同 一 时 间 同一 条 光 纤 内 同 时 进 行 信 号 传 送 。这 种 方 式 也 能 够 是 光 纤 通 信 效 率 得 到 很 多 大程 度 的 提 高 。 ２ ）想 干 光 通 信 技 术 。这 种 方 式 主 要 的 工 作 原 理 是 利 用 外
梁瑞生《现代光纤通信技术及应用》课后习题及参考答案
第1章概述1－1、什么是光纤通信？参考答案：光纤通信(Fiber-optic communication)是以光作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式，其先将电信号转换成光信号，再透过光纤将光信号进行传递，属于有线通信的一种。
光经过调变后便能携带资讯。
光纤通信利用了全反射原理，即当光的注入角满足一定的条件时，光便能在光纤内形成全反射，从而达到长距离传输的目的。
1－2、光纤通信技术有哪些特点？参考答案：(1)无串音干扰，保密性好。
(2)频带极宽，通信容量大。
(3)抗电磁干扰能力强。
(4)损耗低，中继距离长。
(5)光纤径细、重量轻、柔软、易于铺设。
除以上特点之外，还有光纤的原材料资源丰富，成本低;温度稳定性好、寿命长等特点。
1－3、光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分作用。
参考答案：光纤通信系统最基本由光发送机、光接收机、光纤线路、中继器以及无源器件组成。
其中光发送机负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号，光纤线路负责传输信号，而光接收机负责接收光信号，并从中提取信息，然后转变成电信号，最后得到对应的话音、图象、数据等信息。
(1)光发送机：由光源、驱动器和调制器组成，实现电/光转换的光端机。
其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。
(2)光接收机：由光检测器和光放大器组成，实现光/电转换的光端机。
其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端机去。
(3)光纤线路：其功能是将发信端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。
(4)中继器：由光检测器、光源和判决再生电路组成。
它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减;另一个是对波形失真的脉冲进行整形。
(5)无源器件：包括光纤连接器、耦合器等，完成光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合。
光纤通信(第二版)期末复习知识点
第一章1.光纤通信的优缺点。
答：优点：一是通信容量大。
光载波的中心频率很高，约为，最大可用带宽一般取载波频率的10%。
二是中继距离长。
三是抗电磁干扰，光纤通信系统具有良好的电磁兼容性。
四是传输误码率极低。
缺点：一是有些光器件比较昂贵。
二是光纤的机械强度差。
三是不能传送电力。
四是光纤断裂后的维修比较困难，需要专用的工具。
2，什么是光纤通信。
3.光纤通信系统的应用。
答：一通信网，包括全球通信网、各国的公共电信网、各种专用通信网、特殊通信手段。
二计算机局域网和广域网。
三有线电视的干线和分配网。
四综合业务光纤接入网，分为有源接入网和无源接入网。
4.未来光网络的发展趋势及关键技术答：发展趋于智能化、全光化。
关键技术：长波长激光器、低损耗单模光纤、高效光放大器、WDM复用技术和全光网络技术。
第二章光纤和光缆1光纤结构和分类答：光纤是由中心的纤心和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。
类型：突变型多模光纤、渐变型多模光纤、单模光纤、双包层光纤、三角芯光纤、椭圆芯光纤2损耗和色散是光纤最重要的传输特性。
损耗限制系统的传输距离，色散限制系统的传输带宽。
色散包括模式色散、材料色散、波导色散，其中单模色散只包括后两者。
第三章通信用光器件1.光源有半导体激光器和发光二极管。
其中半导体激光器是向半导体PN结注入电流，实现粒子数反转分布，产生受激辐射，再利用光学谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光的振荡2.光与物质间的互相作用过程。
答：一受激吸收。
在正常状态下，电子处于低能级，在入射光的作用下，它会吸收光子的能量跃迁到高能级上，这种跃迁称为受激吸收。
二、自发辐射。
在高能级的电子是不稳定的，即使没有外界的作用，也会自动跃迁到低能级上与空穴复合，释放的能量转换为光子辐射出去，这种跃迁称为自发辐射。
三、受激辐射、在高能级的电子，受到入射光的作用，被迫跃迁到低能级上与空穴复合，释放的能量产生光辐射，称为受激辐射。
3.比较半导体激光器和发光二极管的异同。
2011第7章掺铒光纤放大器
增益 / dB
35.0
30.0
增益 / dB
25.0
20.0
15.0
输出光功率 / dBm
10.0
I
I
I
I
5.0
I
0.0
I
噪声指数 / dB
－5.0
I
－10.0 －40 －35 －30 －25 －20 －15 －10 －5 0
输入光功率 / dBm
图7.4 掺铒光纤放大器增益、 噪声指数和输出光功率与输入光功率的关系曲线
输出信号光功率 / mW 增益 / dB
80 转换效率
60 92.6％
40
40
30 增益系数
20
6.3 dB / mW
20
10
0 0 20 40 60 80 输入泵浦光功率 / mW
0 0 5 10 15 20
输入泵浦光功率 / mW
(a)
(b)
掺铒光纤放大器的特性
(a) 输出信号光功率与泵浦光功率的关系； (b) 小信号增益与泵浦光功率的关系
(3) 噪声指数小， 一般为4～7 dB; 用于多信道传输时， 隔离度大， 无串扰，适用于波分复用系统。只要信道间隔大于10KHz，在EDFA 中就不会产生串扰。对于多信道应用，EDFA是理想的放大器
三、掺铒光纤放大器工作原理（1）
掺 铒高 密 度带 (100～ 2000 ppm )
直 径 3～ 6 m 掺 锗的 纤 芯
直 径 125 m
S iO
包
2
层
直 径 250 m 涂 覆 层
掺铒光纤芯层的几何模型
三、掺铒光纤放大器工作原理（2）
三、掺铒光纤放大器工作 原理（3）
光纤通信新技术介绍
光 纤 通 信 以它 独特 的优 点 被
一
认 为 是 通 信 史 上 一 次 革 命 性 的 变
波
革 ， 光 纤 通 信 网 将 在 长 途 通 信 网
与 市 话 通 信 网 中 代 替 电 缆 通 信
三、 相干光通信
目前 已推 广 使 用 的 光纤 数字 通 信 系统 ，都 属 于直 接 光 强 度调
制 、 接 光 检 测 系 统 。 虽 然 这 种 系 直
个 波 分 ， ０ 系 统 ８波 道 复 用 也 １Ｇ 已 试 验 成 功 。国 际 上 ， 国试 验 成 美
● 高 持 白
功 的最 高 波 道 数 已达 到 １ ２ ０ ２个 。 波 分 复 用 既 可 以 在 光 纤 的 某
波 长 窗 口 ， １３ｕｉ 附 近 把 光 如 ｎ 波 长 分 割 成 １ ９ｕｍ ． ２ 和
统 还 在 向高 速 率 、 容量 发 展 ， 大 但 已 受 到 １ 的 极 限 调 制 速 率 和 接 Ｄ 收 机 灵敏 度 等 种 种 因素 的 限 制 。
用化 。
（ 合 波 器 与 分 波 光
器 均 为 无 源 器 件 ） 这 是 波 分 复 用 ，
技 术 的研 究 重 点 之 一 。 另 一 个 研
究 重点是如何 提高波 分复 用度 ， 已 试 验 （或 实 用 ） 功 的 波 分 复 成
用 系 统 ， 国 内 ２５ 系 统 已 达 ３ ．Ｇ ２
对 长 途 光 缆 干 线 系 统 具 有 重 要 的 意 义 ，在 下面 要 谈 到 的相 干光 通
信 、 光 孤 子 通 信 和 全 光 通 信 等 一
光纤通信新技术
17
7.1.3掺铒光纤放大器的优点和应用
EDFA有许多优点， 并已得到广泛应用。 EDFA
(1)工作波长正好落在光纤通信最佳波段(1500～1600 nm)； 其主体是一段光纤 (EDF)，与传输光纤的耦合损耗很小，可达0.1 dB。
(2) 增益高，约为30～40 dB; 饱和输出光功率大， 约为10～15 dBm; 增益特性与光 偏振状态无关。
2
已经实用化或者有重要应用前景的新技术： （1）光放大技术。代替光-电-光再生中继器。 （2）光波分复用技术。扩大网络通信的容量。 （3）光交换技术。突破电子线路的极限速率20Gb/s，是实现全光通信的关键技术。 （4）光孤子通信。改善色散的影响，实现超长距离传输。 （5）相干光通信。提高灵敏度，增加传输距离。 （6）光时分复用技术。提高传输速率，扩大传输容量。 （7）波长变换技术。扩大WDM网络的灵活性和可扩容性。
3
光放大器的发展历史： （1）1980年以后，首先出现了利用半导体技术的半导体光放大器SOA （Semiconductor Optical Amplifier）的法布里——泊罗型半导体激光放大器，并 开始对行波式半导体激光放大器进行研究。 （2）另一方面，随着光纤技术的发展，出现了利用光纤非线性效应的光纤拉 曼放大器。 （3）1987年，英国南安普敦大学和美国AT&T Bell实验室报道了离子态的稀土 元素铒在光纤中可以提供1.55μm波长处的光增益，这标志着掺铒光纤放大器 （EDFA）的研究取得突破性进展。 （4）短短几年时间，EDFA迅速走向实用化，由于光纤放大器的问世，在1990 年到1992年不到两年的时间里光纤系统的容量增加了整整一个数量级，而在此 之前为达到相同的增长却花费了整整8年时间。这明确表明了光放大器的巨大 作用，为光纤通信展现了无限广阔的发展前景。
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微 fs1 解调器
波 分 fs2 解调器 离
电 路
fs3 解调器
LPF 频道1 LPF 频道2 LPF 频道3
技术成熟，应用于光纤CATV系统。
第7章 光纤通信新技术
第二节、波分复用原理
1、波分复用的理论依据
1310nm附近：通信带宽17700GHz
常用 窗口
30THz的带宽 信道间隔10GHz 3000个信道 1550nm附近:通信带宽12500GHz
1、 集成式WDM系统 光接口与其他设备必须一致，不能兼容其他设备。
2、 开放式WDM设备 能兼容其他厂家的设备
第7章 光纤通信新技术
三、WDM的特点 1、充分利用光纤的带宽 2、对信号透明 3、经济、灵活、方便 4、降低对器件的要求
第7章 光纤通信新技术 第四节、光滤波器和光波分复用器
光滤波器与光波分复用器密切相关， 有时也用做波分复用器
复 用
光接收机
器
/ 解
λ1+n 光发送机
复 用
λn+n 光发送机
器
第7章 光纤通信新技术
第三节、WDM系统的结构与特点
一、WDM系统组成图
光转发器
合
波
光转发器
器
BA
光监控信 道发送器
LA
光监控信道的接收与发送
分
波
PA 器
光监控信 道接收器
光转发器 光转发器
网
管
第7章 光纤通信新技术
二、WDM设备的分类
将多个低频的模拟基带信号用不同射频信号去调制， 然后混频后再驱动光源，以光的形式发送出去。
频道1 放 大
频道2 放 大
频道3 放 大
Rf1 调制
Rf2 调制
Rf3 调制
fs1 微 BPF
波
fs2 合 BPF
成
fs3 电 BPF
路
驱 宽动光 放电源
路
发送框图
第7章 光纤通信新技术
光
检
宽
测
放
器
接收框图
第7章 光纤通信新技术
2、波分复用的分类
按信道间的间隔分： 宽波分复用（WWDM）：信道间隔≧100nm(已淘汰) 粗波分复用（CWDM）：信道间隔在20nm-10nm之间，复用窗口1310/1550nm. (尚未发展起来) 密集波分复用（DWDM）:信道间隔在1-10nm，复用窗口在1550nm. (广泛使用，因此可用WDM代指密集波分复用)
第7章 光纤通信新技术 3、WDM 的实现方式
国际上高速光纤通信的发展趋势是：
EDFA+DWDM+NZDSF+PIC
EDFA：对光信号进行放大，工作频段在1550nm的窗口附近， 与DWDM的工作窗口相匹配。
NZDSF：非零色散位移光纤，可以克服DWDM中由于复用信道 数目多带来的四波混频效应。
PIC：将功能不同的若干光器件通过波导互联和材料生长技术， 优化集成在一个芯片上。
第7章 光纤通信新技术
第7章 光纤通信新技术
7.1 光放大技术 7.2 光波分复用和时分复用技术 7.3 光交换技术 7.4 光孤子通信技术 7.5 相干光通信技术 7.6 波长变换技术
第7章 光纤通信新技术
WDM技术
第7章 光纤通信新技术
第一节、多信道复用技术
光纤通信最大的特点是高的带宽，可以通过 以下几种方式实现光信号的复用：
λ1 λ2 λ3 λ4
λ1 λ3 λ2 λ4
第7章 光纤通信新技术 二、 常用光滤波器的原理
一、光滤波器的应用 （一）单纯的滤波作用： 只允许一路特定波长的光通过。 λ1λ2λ3λ4 λ1
λ2λ3λ4
第7章 光纤通信新技术 （二）波长的复用和解复用中
λ1
λ2λ3 λ4
λ1λ2λ3λ4 合波作用
λ1λ2λ3λ4
λ1 λ2 λ3 λ4
分波作用
第7章 光纤通信新技术 （三）在波长路由中的应用
第7章 光纤通信新技术 三、光码分复用（OCDMA）
系统给每个用户分配一个唯一的光正交码的码字作 为该用户的地址码。在发送端，对要传输的数据该 地址码进行光正交编码，然后实现信道复用；在接
收端，用与发端相同的地址码进行光正交解码。
数据信号1 编码器
正交码1
光
光
方
方
数据信号2 编码器
向 耦
向 耦
合
合
4、WDM第系7统章的光基纤本通形信式新技术
光波分复用器（合波器）：将不同波长的光信号混合在一
WDM的关键部件：
起送入同一根光纤中传输。
光解复用器（分波器）：将一根光纤中传来的多波长信号 按波长进行分离。
WDM应用的几种形式：（1）双纤单向传输：两套设备，两根光纤
λ1
光发射机
复
λn
光发射机
用 器
λ1
正交码2
器
器
数据信号3 编码器
解码器 数据信号1
正交码1
解码器 数据信号2
正交码2
解码器 数据信号3
正交码3
在OTDM和WDM的基础上进一步提高光纤通信的带宽，但仍处于实验阶段。
第7章 光纤通信新技术 四、波分复用（WDM）
在同一个光纤同时传输多个波长的光信号的复用方式。
λ1
合
λ2
波 λ3
器
分
λ1
1、光时分复用（OTDM） 2、光波分复用（WDM） 3、光空分复用（OSDM） 4、光码分复用（OCDMA） 5、光频分复用（OFDM） 6、副载波复用（SCM）
第7章 光纤通信新技术 一、光空分复用（OSDM）
多条光纤的复用：利用现有的光纤管道，加缚更多的光纤。 方法简单， 成本高。
地下管道
一条光纤的复用： 在一根光纤中实现空分复用，即对于光纤的 纤芯区域光束的空间分割。
技术难度大。
空间光信道
单根光纤
第7章 光纤通信新技术 二、光时分复用（OTDM）
用多个电信道信号调制具有同一个光频的不同光时隙， 经复用后在同一根光纤传输。
光 分 路 器
超窄光脉冲 发生器
10G电TDM信号
外调 制器
光 合 路 器
解 10G 复 用 器
克服了电子瓶径对电TDM中SDH的速率限制。但对光器件的要求太高。
λ2
波 λ3
器
技术成熟 ，实用化
第7章 光纤通信新技术 五、光频分复用技术（OFDM）
本质上与波分复用无分别， 只是 波长的间 隔要更小， 我们把 波长间隔小于1nm 的分 波技术叫做OFMD，反之叫做WDM 。 。
复用路数更多，但对器件的要求更高。
第7章 光纤通信新技术 六、 副载波复用（SCM—subcarrier multiplexing）
光接收机
解
复
λn
用
光接收机
器
λ1 λn EFDA
EDFA
λ1
光接收机
解
复
用 器
λn 光接收机
λ1 光发送机
复
用
器
λn 光发送机
第7章 光纤通信新技术 (2)单纤双向传输：只需一根光纤，大大降低成本。
λ1
光发送机
光发送机 λn
复
用
器
/
光接收机
解
复
光接收机
用 器
λ1 λn EDFA
λ1+n λn+n
光接收机