光纤通信原理全套PPT课件360
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《光纤通信原》课件
纤通信领域
光放大技术
光放大技术的原 理：通过放大光 信号，提高光信 号的传输距离和
传输质量
光放大技术的种 类：包括光纤放 大器、半导体光 放大器、光栅放
大器等
光放大技术的应 用：在光纤通信 系统中，光放大 技术可以提高光 信号的传输距离 和传输质量，降
低传输损耗
Байду номын сангаас
光放大技术的发 展趋势：随着光 纤通信技术的不 断发展，光放大 技术也在不断进 步，未来可能会 出现更高效、更 稳定的光放大技
添加标题
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添加标题
添加标题
色散：光在光纤中传输时，由于不 同波长的光在光纤中的传播速度不 同，导致光脉冲在传输过程中发生 展宽和变形的现象
光纤损耗和色散的测量：通过光功 率计、光谱分析仪等仪器进行测量 和评估
光纤通信系统的可靠性
光纤通信系统的可靠性主要取决于光纤的传输性能和设备的稳定性 光纤的传输性能包括光纤的损耗、色散、非线性效应等 设备的稳定性包括设备的可靠性、安全性、可维护性等 光纤通信系统的可靠性还受到环境因素的影响，如温度、湿度、电磁干扰等
光纤通信发展历程
添加标题
1966年，英国科学家高锟提出光纤通信理论
添加标题
1976年，美国贝尔实验室研制出世界上第一根 实用光纤
添加标题
1988年，欧洲电信标准协会（ETSI）发布光纤通 信标准
添加标题
1970年，美国科学家凯文·凯利和乔治·哈克曼首 次实现光纤通信实验
添加标题
1980年，美国电信公司AT&T推出商用光纤通信 系统
光纤通信新技术：WDM、DWDM、OTDM等 发展趋势：高速、大容量、长距离、高可靠性 应用领域：电信、互联网、广播电视等 技术挑战：信号失真、色散、非线性效应等
光放大技术
光放大技术的原 理：通过放大光 信号，提高光信 号的传输距离和
传输质量
光放大技术的种 类：包括光纤放 大器、半导体光 放大器、光栅放
大器等
光放大技术的应 用：在光纤通信 系统中，光放大 技术可以提高光 信号的传输距离 和传输质量，降
低传输损耗
Байду номын сангаас
光放大技术的发 展趋势：随着光 纤通信技术的不 断发展，光放大 技术也在不断进 步，未来可能会 出现更高效、更 稳定的光放大技
添加标题
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色散：光在光纤中传输时，由于不 同波长的光在光纤中的传播速度不 同，导致光脉冲在传输过程中发生 展宽和变形的现象
光纤损耗和色散的测量：通过光功 率计、光谱分析仪等仪器进行测量 和评估
光纤通信系统的可靠性
光纤通信系统的可靠性主要取决于光纤的传输性能和设备的稳定性 光纤的传输性能包括光纤的损耗、色散、非线性效应等 设备的稳定性包括设备的可靠性、安全性、可维护性等 光纤通信系统的可靠性还受到环境因素的影响，如温度、湿度、电磁干扰等
光纤通信发展历程
添加标题
1966年，英国科学家高锟提出光纤通信理论
添加标题
1976年，美国贝尔实验室研制出世界上第一根 实用光纤
添加标题
1988年，欧洲电信标准协会（ETSI）发布光纤通 信标准
添加标题
1970年，美国科学家凯文·凯利和乔治·哈克曼首 次实现光纤通信实验
添加标题
1980年，美国电信公司AT&T推出商用光纤通信 系统
光纤通信新技术：WDM、DWDM、OTDM等 发展趋势：高速、大容量、长距离、高可靠性 应用领域：电信、互联网、广播电视等 技术挑战：信号失真、色散、非线性效应等
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
1
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。
光纤通信原理和技术PPT课件
波长（µm） 系统类型
0.85
IM/DD
光纤 多模
BL(Gb/s·km) 年代
2
1978
1.3
IM/DD
单模
第1章 绪论
1.1 光通信发展史 1.2 国内外光纤通信技术发展概况 1.3 光纤通信系统的基本构成
第1章 绪论
1.1 光通信发展史
1.1.1 现代通信的发展
人类社会出现后，人与人之间就需要信息交流。原始社会 人们可以靠声音（语言）、肢体动作（肢体语言）或面部表情 等交流信息，这就是原始的通信，是人们面对面的交流。
60年代最好的光纤传输衰减为1000dB/km，即传输1km， 光功率降到原来的1/10100≈0，因而这种光纤不可能用作通 信媒质。当时没有人相信光纤可以用于通信，也没有人从 事光纤用于通信的研究。英藉华人学者高锟博士的贡献在 于理论上证明这样大的传输衰减是由于光纤中杂质吸收和 散射引起的。如将光纤提纯，则传输衰减可以降到可在通 信中实用的程度（最初提出的指标是20dB/km）[1].这一贡 献具有深远意义，完全改变了通信容量不适应社会发展的 需求，推动了信息社会更快地到来。由于这一贡献，高锟 博士获得了2009年诺贝尔物理学奖。
第1章 绪论
2.半导体激光器性能的突破
1960年发明的第一个激光器是红宝石(固体)激光器，不久 （1961年）半导体激光器研制成功，但当时需要在低温(液氮) 下脉冲工作。后来采用异质结技术使激光器可在常温下连续 工作，但开始只有数小时甚至数分钟的寿命，由于寿命极短 不能实用化。经过一段时间的努力，才研制成功可实用的半 导体激光器。现在的半导体激光器的性能有了极大的提高， 其寿命可达106小时，甚至达108小时，功率可达10 毫瓦量级 (泵浦激光器可达几百毫瓦),可调谐范围几百GHz,线宽低到 1―10MHz(外腔激光器能达几十kHz)，适用于各种光通信系统， 为光纤通信实用化打下了基础。激光器价格也在不断下降， 干线通信系统所用激光器已降到千美元量级；几十美元，甚 至几美元的半导体激光器可用于接入网系统。
《光纤通信原理》课件
光接收机
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
光纤通信原理ppt下载-光纤通信原理
成功源于不懈的努力，人生最大的敌人是自己怯懦
•
2、
。0 3:11:31 03:11:3 103:111 1/10/2 020 3:11:31 AM
每天只看目标，别老想障碍
•
3、
。20.1 1.1003: 11:310 3:11Nov -2010-Nov-20
宁愿辛苦一阵子，不要辛苦一辈子
•
4、
。03:1 1:3103: 11:310 3:11Tue sday, November 10, 2020
• CMI码的编码规则：输入码型“1”交替地以“00”和“11” 表示，而“0”固定用“01”表示。CMI解码与编码过程相反： 如果输入的是“11”或“00”则输出为“1”，如果输入为 “10”或“01”，则输出为“0”。
每一个成功者都有一个开始。勇于开始，才能找到成
•
1、
功的路 。20.11.1020.11.10Tuesday, November 10, 2020
•
9、
。上 午3时11 分31秒 上午3 时11分0 3:11:31 20.11.1 0
• 10、一个Βιβλιοθήκη 的梦想也许不值钱，但一个人的努力很值 钱。11/10/2020 3:11:31 AM03:11:312020/11/10
• 11、在真实的生命里，每桩伟业都由信心开始，并由 信心跨出第一步。11/10/2020 3:11 AM11/10/2020 3:11
光纤通信原理
信息源 电发射机 光接收机
光发射机 电发射机
信息源
电信号
光信号
电信号
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。
光纤通信原理及基础知识ppt课件
光纤的通信原理及基础知识
编辑版pppt
0
光纤的通信原理及基础知识
第一章 光纤通信的基本原理 第二章 光纤的基本结构和分类 第三章 光纤的基本参数 第四章 光纤的制造方法
编辑版pppt
1
第一章 光纤、光缆的基本知识
§1.1 光纤通信的基本原理
信号 处理
发送端
光波导
信号 处理
接收端
编辑版pppt
2
光纤通信的基本原理
1.0
1,600 km
100 km
6km
0.5
6,400 km
400 km
25km
0.2
40,000 km 2,500 km 156km
• 当比特率大于10Gb/s, 偏振模色散必须考虑.
• 降低光纤偏振模色散值:
– 改进光纤的几何形状
• 导致裸纤的旋转
编辑版pppt
31
光纤的基本参数
偏振模色散 光纤的光学及传输特性参数之一------
8
1 非色散位移光纤 2 色散位移光纤 3 色散平坦光纤 4 非零色散位移光纤
1
4
2
4
3
0 1200
1400 1500 1600 1700 1800 nm
-4
色散D(ps/(nm•km))
-8
波长(nm)
编辑版pppt
28
光纤的基本参数
偏振模色散 光纤的光学及传输特性参数之一------
定义：
基模包含两个正交的矢量，这两个偏振矢量在传播过 程中会产生时延，从而引入偏振模色散
928km
1550nm (G.655)
4528km
1310nm (G.652)
编辑版pppt
0
光纤的通信原理及基础知识
第一章 光纤通信的基本原理 第二章 光纤的基本结构和分类 第三章 光纤的基本参数 第四章 光纤的制造方法
编辑版pppt
1
第一章 光纤、光缆的基本知识
§1.1 光纤通信的基本原理
信号 处理
发送端
光波导
信号 处理
接收端
编辑版pppt
2
光纤通信的基本原理
1.0
1,600 km
100 km
6km
0.5
6,400 km
400 km
25km
0.2
40,000 km 2,500 km 156km
• 当比特率大于10Gb/s, 偏振模色散必须考虑.
• 降低光纤偏振模色散值:
– 改进光纤的几何形状
• 导致裸纤的旋转
编辑版pppt
31
光纤的基本参数
偏振模色散 光纤的光学及传输特性参数之一------
8
1 非色散位移光纤 2 色散位移光纤 3 色散平坦光纤 4 非零色散位移光纤
1
4
2
4
3
0 1200
1400 1500 1600 1700 1800 nm
-4
色散D(ps/(nm•km))
-8
波长(nm)
编辑版pppt
28
光纤的基本参数
偏振模色散 光纤的光学及传输特性参数之一------
定义：
基模包含两个正交的矢量，这两个偏振矢量在传播过 程中会产生时延，从而引入偏振模色散
928km
1550nm (G.655)
4528km
1310nm (G.652)
光纤通信介绍-PPT
•本征吸收：是光纤基础材料(如SiO2)固有的吸收，不是 杂质或缺陷引起的，因此，本征吸收基本确定了某一种 材料吸收损耗的下限。 •杂质吸收：由光纤材料的不纯净而造成的附加吸收损 耗。
损耗起因（二）
散射损耗：由于光纤的材料、形状、折射率分布等
的缺陷或不均匀，使光纤中传导的光与微小粒子相碰撞 发生散射，由此产生的损耗。
分类： 同质结半导体激光器：早期使用，阈值电流高 异质结半导体激光器：阈值电流小，发光强度高
工作特性： 阈值特性 光谱特性 温度特性 转换效率
半导体发光二极管(LED)
半导体发光二极管(LED)是无阈值器件，没有光学谐振腔， 发光只限于自发辐射，发出的是荧光。 半导体发光二极管(LED)工作特性：
模间色散
多模光纤中，各传输模式路径不同，到达出射端时间不同， 从而引起光脉冲展宽，产生的色散。
材料色散
由于光纤材料的折射率随光波长而变化，使得信号各频率 成分群速不同，引起脉冲展宽的色散现象。
波导色散
把具有一定波谱线宽的光源发出的光脉冲射入到光纤后， 由于不同波长的光传输路程不完全相同，所以到达光纤出 射端时间不同，从而使脉冲展宽的色散。
规率减少: P(L)=P(0)10(α L/10)
式中： P(0)－在L＝0处注入光纤的光功率 P(L)－传输到轴向距离L处的光功率
衰减系数α（L） ＝－(10/L)㏒[P(L)/P(0)] dB/km
衰减谱
衰减系数与波长的函数关系
损耗起因（一）
吸收损耗：光波通过光纤材料时，一部分 光能变成热能，造成光功率的损失。
1550nm波长最低衰减光纤（G.654光纤）
选用纯SiO2芯来降低光纤的衰减 最大优点：在1550nm波长的最低衰减为0.18dB/km 制造困难，价格昂贵，适用于海底光缆。
损耗起因（二）
散射损耗：由于光纤的材料、形状、折射率分布等
的缺陷或不均匀，使光纤中传导的光与微小粒子相碰撞 发生散射，由此产生的损耗。
分类： 同质结半导体激光器：早期使用，阈值电流高 异质结半导体激光器：阈值电流小，发光强度高
工作特性： 阈值特性 光谱特性 温度特性 转换效率
半导体发光二极管(LED)
半导体发光二极管(LED)是无阈值器件，没有光学谐振腔， 发光只限于自发辐射，发出的是荧光。 半导体发光二极管(LED)工作特性：
模间色散
多模光纤中，各传输模式路径不同，到达出射端时间不同， 从而引起光脉冲展宽，产生的色散。
材料色散
由于光纤材料的折射率随光波长而变化，使得信号各频率 成分群速不同，引起脉冲展宽的色散现象。
波导色散
把具有一定波谱线宽的光源发出的光脉冲射入到光纤后， 由于不同波长的光传输路程不完全相同，所以到达光纤出 射端时间不同，从而使脉冲展宽的色散。
规率减少: P(L)=P(0)10(α L/10)
式中： P(0)－在L＝0处注入光纤的光功率 P(L)－传输到轴向距离L处的光功率
衰减系数α（L） ＝－(10/L)㏒[P(L)/P(0)] dB/km
衰减谱
衰减系数与波长的函数关系
损耗起因（一）
吸收损耗：光波通过光纤材料时，一部分 光能变成热能，造成光功率的损失。
1550nm波长最低衰减光纤（G.654光纤）
选用纯SiO2芯来降低光纤的衰减 最大优点：在1550nm波长的最低衰减为0.18dB/km 制造困难，价格昂贵，适用于海底光缆。
第6章 光纤通信PPT课件
3千多年前，中国古代的烽火台
新疆呼图壁县境内的烽火台
*
10
7.1.2 光纤通信发展历史
欧洲人的旗语 1650年，望远镜，极大地延长了这种目视光通信的距离。 1791年，法国人发明了灯信号和“灯语” 虽然人类社会的文明程度和科学技术得到了很大的提高，
但是简单的利用光传递信息的方式仍然在广泛使用，例如 ：红、黄、绿交通灯。
SiO2，就是随处可见的沙子，而且1公斤高存度的石英玻璃可以制 成上万公里的光纤，而制造1公里18管的同轴电缆需120公斤的铜， 或500公斤的铅。
34Mb/s以上光纤通信系统的价格比同轴电缆便宜30%以上。所以采 用光纤通信系统在经济上有重大意义。
白玉微瑕、质地脆、机械强度低、需要比较好的切割及连接技术、分 路耦合比较麻烦
1958年，汤斯和肖洛在《物理评论》杂志上发表了他们的“发明 ”——关于“受激辐射的光放大”（即LASER）的论文。
1960年7月，梅曼在加利福尼亚的休斯空军试验室进行了人造激 光的第一次试验，当按钮按下时，第一束人造激光就产生了。
这束仅持续了3亿分之一秒的红色激光标志着人类文明史上一个新时刻 的来临。
也就是说，这些光的频率不稳定、不单一，光的性质也很复杂；一句话， 就是光不纯。
因此，若要用光来通信，必须要解决两个最根本的问题： 一是必须有稳定的、低损耗的传输媒质； 另一个问题是必须要找到高强度的、可靠的光源。
可以说贝尔光电话是现代光通信的雏型
*
13
光纤通信发展历史
（2）光源的探索阶段
*
4
7.1光纤通信概述
各种传输介质所能承载的载波大小： 铜线——1MHz 同轴电缆——100MHz 无线电——500kHz～100MHz 微波（包括卫星信道）——100GHz 光纤——几百THz
新疆呼图壁县境内的烽火台
*
10
7.1.2 光纤通信发展历史
欧洲人的旗语 1650年，望远镜，极大地延长了这种目视光通信的距离。 1791年，法国人发明了灯信号和“灯语” 虽然人类社会的文明程度和科学技术得到了很大的提高，
但是简单的利用光传递信息的方式仍然在广泛使用，例如 ：红、黄、绿交通灯。
SiO2，就是随处可见的沙子，而且1公斤高存度的石英玻璃可以制 成上万公里的光纤，而制造1公里18管的同轴电缆需120公斤的铜， 或500公斤的铅。
34Mb/s以上光纤通信系统的价格比同轴电缆便宜30%以上。所以采 用光纤通信系统在经济上有重大意义。
白玉微瑕、质地脆、机械强度低、需要比较好的切割及连接技术、分 路耦合比较麻烦
1958年，汤斯和肖洛在《物理评论》杂志上发表了他们的“发明 ”——关于“受激辐射的光放大”（即LASER）的论文。
1960年7月，梅曼在加利福尼亚的休斯空军试验室进行了人造激 光的第一次试验，当按钮按下时，第一束人造激光就产生了。
这束仅持续了3亿分之一秒的红色激光标志着人类文明史上一个新时刻 的来临。
也就是说，这些光的频率不稳定、不单一，光的性质也很复杂；一句话， 就是光不纯。
因此，若要用光来通信，必须要解决两个最根本的问题： 一是必须有稳定的、低损耗的传输媒质； 另一个问题是必须要找到高强度的、可靠的光源。
可以说贝尔光电话是现代光通信的雏型
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13
光纤通信发展历史
（2）光源的探索阶段
*
4
7.1光纤通信概述
各种传输介质所能承载的载波大小： 铜线——1MHz 同轴电缆——100MHz 无线电——500kHz～100MHz 微波（包括卫星信道）——100GHz 光纤——几百THz
光纤通信原理 精品课 讲义(全套)PPT课件
第二章 光纤和光缆
光纤作为光纤通信系统的物理传输媒 介，有着巨大的优越性。
本章首先介绍光纤的结构与类型，然 后用射线光学理论和波动光学理论重点分 析光在阶跃型光纤中的传输情况，最后简 要介绍光缆的构造、典型结构与光缆的型 号。
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
在高锟理论的指导下，1970年美国的 康宁公司拉出了第一根损耗为20dB/km的 光纤。
1977年美国在芝加哥进行了 44.736Mbit/s的现场实验，1978年，日本开 始了32.064Mbit/s和97.728Mbit/s的光纤通 信实验；1979年，美国AT&T和日本NTT 均研制出了波长为1.35μm的半导体激光器，
2.1 光纤的结构与类型
2.1.1
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。
图2.1 光纤结构示意图
2.1.2
光纤的分类方法很多，既可以按照光纤截 面折射率分布来分类，又可以按照光纤中 传输模式数的多少、光纤使用的材料或传 输的工作波长来分类。
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。
图1.1 贝尔电话系统
贝尔光电话和烽火报警一样，都是利 用大气作为光通道，光波传播易受气候的 影响，在大雾天气，它的可见度距离很短， 遇到下雨下雪天也有影响。
《光纤通信原理》PPT课件
31
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。
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。
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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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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
2a 2b
裸纤
纤芯
包层
一次涂敷
光 纤 结 构
二次涂敷（套塑）
2a
2b
光纤芯线的剖面构造
2.1.2光纤的分类 一、按照折射率分布不同来分
常用的是阶跃型光纤和渐变型光纤两种
2b 2a
1.阶跃型光纤
n1 n2
n
0 n1 a n2 b r
2
n1、n2都为常数，且 n1>n2，在纤芯和包层 的交界面处折射率呈阶 梯型变化，这种光纤称 为阶跃型光纤，又称为 突变型光纤，可用 SI(Step-Index)表示。
光纤通信系统中的主要组成部分将是激光 器和光纤，及其它光器件，是我们这门 课程的重要内容。
1.2 光纤通信系统 1.光纤通信系统基本组成
P3图1-2。与数字通信系统相比，即是数字通信 系统模型中数字传输信道部分。 l 光端机：把数字电信号转换为数字光信号，或 相反（用光电二极管把光检波为电脉冲 ）。 强度调制----直接检波通信系统（强度即光强，指 单位面积上的光功率）。即用信号去直接调制光源 的光强，使之随信号电流呈线性变化； 直接检波----把光信号直接在接收机的光频上检测 为电信号。 l 光中继器：光信号放大、再生
n
纤芯
包层
2、多模光纤（MM-multi mode fiber） 在一定的工作波长下，当有多个模式在光纤中传 输时，则这种光纤称为多模光纤。
包层 D C B A 芯（n1） 包层（n2） 阶跃型多模光纤（SI） 包层 2b 2a
10-4 10-6 10-8 10-10 10-12
毫米波 红外线 可见光 紫外线
X射线 γ射线
电磁波谱
1.3 光纤通信的发展 传输（长途、短途） 通信网示意图：
全光网
交换机
交换机
网络
终端
终端
1.4 主要内容与要求
第一章 概述
第二章
第三章 第四章
பைடு நூலகம்
光纤和光缆
光路无源器件 光端机
第五章
第六章 第七章
波长与频率 频率 关系 （Hz）
102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024
波长 （cm）
108 106 104
名称
kHz
MHz
GHz
1km
1m 1cm 1mm 1µm 1nm 1A0
音频 长波 中波 短波 微波 超短波
102
1
10-2
V(t)
f(t）
声音
模拟电信号
0.3
3.4
f
0.3 3.4
f
f1
f2
…
fn
1…n
1
2
…
n
f
频分复用
数字通信：把连续的模拟信号抽样、量化、 编码成离散的数字信号（0、1码）后传输。 时分复用：把n路信号分别占用不同的时间（时隙） 在同一条线路上传输 1）. 抽样频率为fs=8000Hz(周期125μs ）; 2）. 一路语音信号的速率为8000*8=64bit/s ; • PCM 一次群（或称基群， 30/32 路），速率为 64*32=2.048Mbit/s，简称2兆信号 ; • PCM二次群，速率为8.448 Mbit/s ; • 三次群 为34.368 Mbit/s ; • 四次群 为139.264 Mbit/s
光纤通信原理
第一章 概述
1.1 基本概念 1. 通信：传递信息的方式、方法及其过程。 2. 电通信：所谓电通信即是用电信号、通过 电线（或电缆）来传递信息。 电通信主要有两种方式： 模拟通信：用电信号模拟所要传递的信息 的大小、特征进行传输。 频分复用：用载频 f0 把多路音频信号调制到不 同的高频率位置，使多路信号可以在同一 条线路上同时传输。
2a
n1 n2
n
0 n1 a n2 b r
2
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
二、按照传输的总模数来分
所谓模式，实质上是电磁场的一种分布形式。 根据光纤中传输模式数量来分，可分为单模光纤和多模光纤。 1、单模光纤（SM-Single mode fiber） 它的纤芯直径很小，约为4~10µ m ，理论上只传输一种模 式。即只传输主模，从而完全避免了模式色散，使得这种光纤 的传输频带很宽，传输容量很大，适用于大容量、长距离的光 纤通信。
光纤通信系统
光纤放大器 同步数字体系
第八章
光纤及光纤通信系统的测量
l 要求： 注意适时复习、总结，特别强调独立、按时、高质量 完成作业。
第二章 光纤和光缆 重点掌握光纤的结构、分类，光纤的导波 原理，光纤的损耗、色散特性。
2.1光纤的结构与分类 2.1.1光纤的结构 两层同心的石英玻璃组成。里面是纤芯，直径 2a，光折射率n1高；外层是包层，直径2b，折射率 n2低 (n1 > n2 )。