光纤通信技术组成、分类和应用

激光二极管
在结构上，半导体激光二极管(Laser Diode，LD) 与其他类型的激光器是相同的，都主要由三部 分构成：激励源、工作物质及谐振腔。
LD的工作原理
当给LD外加适当的正向电压时，由于有源区粒 子数的反转分布而首先发生自发辐射现象，那 些传播方向与谐振腔高反射率界面垂直的自发 辐射光子会在有源层内部边传播、边发生受激 辐射放大(其余自发辐射光子均被衰减掉)，直 至传播到高反射率界面又被反射回有源层，再 次向另一个方向传播受激辐射放大。如此反复， 直到放大作用足以克服有源层和高反射率界面 的损耗后，就会向高反射率界面外面输出激光。
波导的研究
在大气光通信 受阻之后，人 们将研究的重 点转入到地下 光波通信的实 验，先后出现 过反射波导和 透镜波导等地 下通信的实验。
光纤的出现
1966年，英籍华人高锟(K.C.Kao，当时工作于 英国标准电信研究所)博士发现了光在石英玻璃 纤维中传输产生的严重损耗的原因。当时世界 上最优秀的光学玻璃衰减高达1000dB/Km。
1970年，美国康宁（Corning）公司首先研制成 衰减为20dB/Km的光纤。
1980年，光纤衰减就降低到了0.2dB/Km，接近 理论值。
光源与光探测器
光纤通信系统中使用的光源经历了从发光二极 管到半导体激光器的进步。
目前，半导体激光器不仅可以在室温下工作， 而且其直接调制速率可以达到10Gbit/s乃至更 高，逐渐满足了高效率、高速率、低噪声、大 功率、长寿命等要求。
光纤通信系统的组成
光纤通信系统是以光波为载体，光导纤维为传 输介质的通信系统。
光纤通信系统的组成
发送器：发送器的核心是一个光源，其主要功 能就是将一个信息信号从电子格式转换为光格 式。可采用发光二极管(LED)或激光二极管(LD) 作为光源。
光纤：光纤通信系统中的传输介质是光纤。 接收器：光接收器的关键设备是光检测器，其
主要功能就是把光信息信号转换回电信号(光电 流)。当今光纤通信系统中的光检测器是个半导 体光电二极管(PD)
光纤通信系统的分类
根据光纤的传导模数量，分为多模光纤 通信系统和单模光纤通信系统；
根据系统的工作波长，分为短波长光纤 通信系统，长波长光纤通信系统和超长 波长光纤通信系统；
根据调制信号的类型，分为模拟光纤通 信系统和数字光纤通信系统；
光纤连接器内部结构
光纤连接器常用结构
套管结构：套管结构的连接器由插针和套筒组 成。
双锥结构：双锥结构连接器是利用锥面定位。 V型槽结构： V形槽结构的光纤连接器是将两个
插针放入V形槽基座中，再用盖板将插针压紧， 利用对准原理使纤芯对准。 球面定芯结构：球面定心结构由两部分组成， 一部分是装有精密钢球的基座，另一部分是装 有圆锥面(相当于车灯的反光镜)的插针。 透镜耦合结构：透镜耦合又称远场耦合，它分 为球透镜耦合和自聚焦透镜耦合两种。
光纤通信技术组成、 分类和应用
了解光纤通信技术的发展与现状 掌握光纤通信系统的组成 了解光纤通信系统的分类 熟悉光纤通信系统的特点 熟悉主要光源的特点和适用场合 熟悉常见的光纤连接器的特点和适用场合 熟悉光纤配线架的作用 掌握光缆的构造和标识 了解光接收机和光放大器的作用 了解光纤通信复用技术
光发送器
光发送器的主要核心是光源。 常用光源主要有：
发光二极管； F-P腔半导体激光器； 分布反馈式（DFB）半导体激光器； 分布布拉格反射式（DBR)半导体激光 器；
发光二极管
半导体发光二极管(Light-emitting Diode， LED)，通常应用GaAlAs（镓铝砷）和 InGaAsP（铟镓砷磷）材料，可以覆盖整个 光纤通信系统使用波长范围，典型值为 0.85μm、1.31μm及1.55μm。
光信号的调制
把信号加到光源上的方法有多种： 内调制，直接调节光源的电流；
外调制，采用 电光调制器，一 般采用电吸收调 制器，和光源集 成在一块芯片上。
调制部分
激光部分
集成电吸收调制
光纤连接器
光纤连接器的作用是使两根光纤的纤芯对准， 保证90%以上的光能够通过。
光纤活动连接器是实现光纤之间活动连接的光 无源器件，它还具有将光纤与其他无源器件、 光纤与系统和仪表进行活动连接的功能。
光纤与光源的逐年进步解决了衰减和色散问题， 其结果是增加了光纤系统的通信容量。
光探测器也达到了GHz的响应灵敏度。
光放大器
90年代初，光放大器的问世引起了光纤 通信技术的重大变革，这在光通信史上 具有里程碑的意义。
光放大器节省了光电变换的中继过程， 而且实现了波长透明、速率透明和调制 方式透明的光信号放大，从而诞生了采 用波分复用（WDM）技术的新一代光纤 系统商用化。
按照器件输出光的方式，可以将发光二极管 分为三种类型结构：表面发光二极管、边发 光二极管及超辐射发光二极管。
LED一般用于低速系统。
发光二极管的工作原理
当给LED外加合适的正向电压时，Pp结之 间的势垒(相对于空穴)和Np结之间的势垒 (相对于电子)降低，大量的空穴和电子分 别从P区扩散到p区和从N区扩散到p区(由 于双异质结构，p区中外来的电子和空穴 不会分别扩散到P区和N区)，在有源区形 成粒子数反转分布状态，最终克服受激 吸收及其他衰减而产生自发辐射的光输 出。
根据光源的调制方式，分为直接调制光 纤通信系统和间接调制光纤通信系统。
光纤通信的主要特性
频带宽，通信容量大； 损耗低，中继距离长； 抗电磁干扰； 无串扰，保密性好； 线径细，重量轻，柔软； 原材料资源丰富，节约金属资源。
光纤通信的主Biblioteka Baidu特性
质地脆，机械强度低； 弯曲半径不宜过小； 连接困难，切断不易； 分路和耦合不方便；
现代光通信的起源
1880年，贝尔发明了第一个光电话，其原理是：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。
这一大胆的尝试，可以说是现代光通信的开端。
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。