光纤通信原理 ppt课件
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光纤通信原理实验课件PPT光纤通信原理实验教学课件
2、比较LD数字光纤传输系统与LED数字光纤传输系统传输 信号的效果，并分别分析优缺点。
实验二 电话光纤传输系统实验
了解电话及语音信号通过光纤传输的全 过程
握模拟电话、数字电话光纤传输的工作 原理
实验目的
实验二 电话光纤传输系统实验
ZY12OFCom13BG3 光纤通信原理实验箱
单模和多模光 跳线
实验准备
实验一 数字信号光纤传输实验
实验准备
实验步骤
4
接上交流电源线，先开交流开关，再 开直流开关K01，K02。
5
接通数字信号源模块、光发模块(K10) 的直流电源。
6
用万用表监控R110两端电压，调节半导 体激光器驱动电流，使之小于25mA。
实验一 数字信号光纤传输实验
实验步骤
调节W121，使得TP121处波形幅度大于 7 3.5V，观察TP101，TP102和TP121波形，
观察各种数字信号在LED（850nm） 光纤传输系统中的波形 。
实验一 数字信号光纤传输实验
实验步骤
LD数字信号调制实验
1
用光纤跳线将1310nm光发端机与1310nm光 收端机连接，组成1310nm光纤传输系统。
2 连接导线：T504与T101连接。
3
将拨码开关BM1、BM2和BM3分别拨到 数字、1310nm和1310nm。
实际完整的数字光纤通信系统的硬件 组成，包括接口码型变换电路、线路码型 变换电路、光接口变换电路。本实验还模 拟了实际PCM通信系统与数字光纤通信系 统整个过程传输码型的变换。
实验原理
实验三 数字光纤通信系统综合实验
首先将模拟信号进行PCM编码，并对PCM码 进行HDB3编码，此HDB3码就是PCM通信系统中 实际传输的码型，这段距离并不是以光纤为介质 进行传输的，为了在数字光纤通信系统中传输， 必须将接口码HDB3码变换为光纤线路码型CMI码。 光纤线路码CMI码形成后，再送入到光接口数字 驱动电路进行光纤传输。
《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
添加标题
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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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。
光纤通信概论课件
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光纤放大技术
总结词
简化网络结构
详细描述
光纤放大技术简化了网络结构，减少了中继 站的数量，降低了网络的复杂性和成本。这 有助于提高网络的可靠性和可维护性，降低 运营和维护成本。
光纤放大技术
总结词
推动光网络发展
详细描述
光纤放大技术是推动光网络发展的重要支撑 技术之一。它促进了光网络的规模应用和发 展，使得光网络成为现代通信网络的主流技
光的衍射
光波在传播过程中遇到障碍物或孔隙时，会绕过障碍物或孔隙继续传播的现象。 衍射是光波的波动性的另一重要表现，它也是光学仪器和光通信中常用的技术手 段。
光的全反射
• 光的全反射：当光从光密介质射向光疏介质时，如果入射角大 于某一临界角，光波将在界面上完全反射回光密介质，而不能 进入光疏介质的现象。全反射是光纤通信中的重要原理之一， 它使得光波能够在光纤中实现低损耗、长距离的传输。
光纤通信面临的挑战
技术成熟度
虽然光纤通信技术已经取得了长 足的进步，但在一些特殊环境和 应用场景中，技术成熟度仍需进
一步提高。
成本与投资
光纤通信系统的建设和维护成本较 高，需要大量的资金投入，同时也 需要探索更加有效的商业模式。
网络安全与隐私
随着光纤通信网络的普及，网络安 全和隐私保护问题也日益突出，需 要加强技术和管理措施，保障网络 的安全和用户的隐私。
军事领域
光纤通信在军事领域中具有保 密性好、抗电磁干扰等优点， 广泛应用于军事通信。
企业和校园网络
光纤通信也广泛应用于企业和 校园网络的建设，提供高速、 稳定的数据传输服务。
02
光纤通信系统组成
光源和光发送机
光源
光纤通信基础知识ppt课件
应用场景
光检测器广泛应用于光纤通信、光传 感、激光雷达等领域，特别是在高速、 长距离的光纤通信系统中，光检测器 的作用尤为关键。
光放大器
光放大器是光纤通信系统中的关键器件之一，主要分 为掺铒光纤放大器（EDFA）和拉曼光纤放大器（RA）
两类。
输入 标题
作用
光放大器的作用是对光信号进行放大，补偿光纤传输 过程中的光信号损耗，提高光纤通信系统的传输距离 和稳定性。
光检测器
分类
光检测器是光纤通信系统中的另一重 要器件，主要分为光电二极管（PIN） 和雪崩光电二极管（APD）两类。
性能参数
光检测器的性能参数包括响应度、带 宽、噪声等，这些参数直接影响着光 纤通信系统的接收灵敏度和动态范围。
作用
光检测器的作用是将光信号转换为电 信号，从而实现光信号的接收和检测。
模拟光纤通信系统的应用
03
在音频广播、视频传输等领域得到广泛应用。
光纤通信系统设计
01
光纤通信系统设计的基本原则
确保系统的传输性能、稳定性、可靠性和经济性。
02
光纤通信系统设计的主要内容
包括光源、光检测器、光纤、中继器和放大器等器件的选择和配置。
03
光纤通信系统设计的优化
通过采用先进的调制技术、编码技术等手段，提高系统的传输性能和容
性能参数
光源的性能参数包括波长、光谱宽度、输出功率、阈值电 流等，这些参数对光纤通信系统的性能和稳定性有着重要 影响。
作用
光源的作用是将电能转换为光能，为光纤通信系统提供光 信号。
应用场景
光源广泛应用于光纤通信、光传感、光谱分析等领域，特 别是在长距离、大容量的光纤通信系统中，光源的作用尤 为重要。
光纤通信发展历程
光检测器广泛应用于光纤通信、光传 感、激光雷达等领域，特别是在高速、 长距离的光纤通信系统中，光检测器 的作用尤为关键。
光放大器
光放大器是光纤通信系统中的关键器件之一，主要分 为掺铒光纤放大器（EDFA）和拉曼光纤放大器（RA）
两类。
输入 标题
作用
光放大器的作用是对光信号进行放大，补偿光纤传输 过程中的光信号损耗，提高光纤通信系统的传输距离 和稳定性。
光检测器
分类
光检测器是光纤通信系统中的另一重 要器件，主要分为光电二极管（PIN） 和雪崩光电二极管（APD）两类。
性能参数
光检测器的性能参数包括响应度、带 宽、噪声等，这些参数直接影响着光 纤通信系统的接收灵敏度和动态范围。
作用
光检测器的作用是将光信号转换为电 信号，从而实现光信号的接收和检测。
模拟光纤通信系统的应用
03
在音频广播、视频传输等领域得到广泛应用。
光纤通信系统设计
01
光纤通信系统设计的基本原则
确保系统的传输性能、稳定性、可靠性和经济性。
02
光纤通信系统设计的主要内容
包括光源、光检测器、光纤、中继器和放大器等器件的选择和配置。
03
光纤通信系统设计的优化
通过采用先进的调制技术、编码技术等手段，提高系统的传输性能和容
性能参数
光源的性能参数包括波长、光谱宽度、输出功率、阈值电 流等，这些参数对光纤通信系统的性能和稳定性有着重要 影响。
作用
光源的作用是将电能转换为光能，为光纤通信系统提供光 信号。
应用场景
光源广泛应用于光纤通信、光传感、光谱分析等领域，特 别是在长距离、大容量的光纤通信系统中，光源的作用尤 为重要。
光纤通信发展历程
光纤通信原理全套PPT课件360
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
光纤通信原理全套讲解课件
如果今后采用非石英光纤，并工作在 超长波长(＞2μm)，光纤的理论损耗系数可 以下降到10-3～10-5dB/km，此时光纤通信 的中继距离可达数千，甚至数万公里。
3. 抗电磁干扰能力强
我们知道，电话线和电缆一般是不能 跟高压电线平行架设的，也不能在电气铁 化路附近铺设。
4. 保密性能好
对通信系统的重要要求之一是保密性好。 然而，随着科学技术的发展，电通信方式 很容易被人窃听：只要在明线或电缆附近 (甚至几公里以外)设置一个特别的接收装 置，就可以获取明线或电缆中传送的信息。 更不用去说无线通信方式。
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
2.1 光纤的结构与类型
2.1.1 光纤的结构
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。
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。
反射定律：反射光线位于入射光线和 法线所决定的平面内，反射光线和入射光 线处于法线的两侧，并且反射角等于入射
角，即：θ1′＝θ1。
折射定律 ：折射光线位于入射光线和 法线所决定的平面内，折射光线和入射光 线位于法线的两侧，且满足：
《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。
《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。
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。
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掌握波分复用器件的类型、结构、原理和特性，光波分复用的 原理、系统构成和管理技术；
掌握自动交换光网络的概念和控制平面、光传送平面、管理平 面的功能和结构；
掌握光纤和主要光器件基本特性测量系统的组成、原理和测量 方法，光纤通信系统基本参数
实践环节 （8学时）
杨再旺
实验1 截断法光纤衰减系数测量；LED的P-I特性测量 2学时
实验2 光纤熔接；OTDR光纤损耗特性测量
2学时
实验3 光端机码型变换测试；系统眼图测试
2学时
实验4 光纤通信系统光接口性能测试
2学时
教学辅导
交作业时间：周一上午上课前 答疑时间： 周三下午2：30 答疑地点： 教三楼通信教研室
1.3 光纤通信系统的基本组成
1.3.1 发射和接收 1.3.2 基本光纤传输系统 1.3.3 数字通信系统和模拟通信系统
1.1
1.1.1 探索时期的光通信 • 原始形式的光通信:中国古代用“烽火台”报警，欧洲人
用旗语传送信息。
• 1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载波传送话音
的“光电话”。贝尔光电话是现代光通信的雏型。
1970 年，光纤通信用光源取得了实质性的进展 •1970年，美国贝尔实验室、日本电气公司(NEC)和前苏联,先
后研制成功室温下连续振荡的镓铝砷(GaAlAs)双异质结半导体激 光器(短波长)。虽然寿命只有几个小时，但它为半导体激光器的 发展奠定了基础。
•1973 年，半导体激光器寿命达到7000小时。 •1976年，日本电报电话公司研制成功发射波长为1.3 m的铟
光纤通信原理
Principle of Optical Fiber
Communication
教材：
光纤通信，顾畹仪，黄永清，等编著，
人民邮电出版 社，2007年。
参考书籍：
光纤通信（第二版），张宝富等编著，西安电
子科技大学出版社，2009年。
光纤通信，刘增基等编著，西安电子科技大学出
版社，2003年。
指明通过“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”这一发展方 向
光纤通信发明家高锟(左) 1998年在英国接受IEE授予的奖章
1970年，光纤研制取得了重大突破
•1970年，美国康宁(Corning)公司研制成功损耗20dB/km的石
英光纤。把光纤通信的研究开发推向一个新阶段。
• 1972年，康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到4 dB/km。
• 1960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红宝石激光
器， 给光通信带来了新的希望。激光器的发明和应用， 使 沉睡了80年的光通信进入一个崭新的阶段。
• 在这个时期，美国麻省理工学院利用He-Ne激光器和CO2
激光器进行了大气激光通信试验。
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 曾一度走入了低潮。
•1973 年，美国贝尔(Bell)实验室的光纤损耗降低到2.5dB/km。
1974 年降低到1.1dB/km。
•1976 年，日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗降低到0.47
dB/km(波长1.2 m)。
•在以后的 10 年中，波长为1.55 μm的光纤损耗：
1979 年是0.20 dB/km，1984年是0.157 dB/km，1986 年是 0.154 dB/km， 接近了光纤最低损耗的理论极限。
二、教学基本要求
掌握光纤传光原理的射线光学和波动理论分析方法，光纤的传 输特性；
掌握光源、光检测器的基本结构、原理和特性；
掌握光发射机、光接收机的组成、结构及原理，光接收机灵敏 度的基本计算方法；
了解数字光纤通信系统的组成、原理和性能指标，掌握系统基 本设计方法，掌握掺铒光纤放大器的组成、结构和原理；
赵丽娟
四、考核方式
期末闭卷笔试 小测验、平时作业、课堂提问和出勤情况 实验
占70% 占20% 占10%
第一章 概述
1.1 光纤通信发展的历史和现状
1.1.1 探索时期的光通信 1.1.2 现代光纤通信 1.1.3 国内外光纤通信发展的现状
1.2
1.2.1 光通信与电通信 1.2.2 光纤通信的优点 1.2.3 光纤通信的应用
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章
概述 （2学时） 光纤和光缆 （8学时） 光源和光检测器 （6学时） 光发射机和光接收机 （8学时） 光纤通信系统 （6学时） 无源光器件和WDM技术 （4学时） 自动交换光网络 （2学时） 光纤通信测量 （4学时）
李永倩 杨志 尚秋峰 李永倩 张淑娥 李永倩 张淑娥 李永倩
利用反射镜传送光束
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（石英1000 dB/km的 损耗非固有，产生于杂质吸收和瑞利散射）和技术途径(材料提 纯和制造的均匀性)，奠定了现代光通信——光纤通信的基础。
先修课程：大学物理（1），大学物理（2）， 电磁场与微波技术，通信电子电路， 通信系统原理。
一、课程性质、目的和任务
《光纤通信原理》是通信工程专业的一门主要专 业必修课。目的是使学生了解光纤通信系统的基本 组成，掌握光纤的传光原理和特性；掌握光源、光 检测器、光放大器和光无源器件的工作原理和特性； 掌握光发射机、光接收机的各部分组成、结构及原 理；掌握光纤通信系统的基本设计方法；了解光纤 通信新技术。掌握光纤通信基本实验技能，培养学 生分析和解决问题的能力，培养学生的动手能力， 为毕业后从事光纤通信专业技术工作打下坚实的理 论基础。
Fiber Optic Communications （ 5th Ed. ） ，
Joseph C. Palais编著，电子工业出版社，2005年。
光纤通信系统学习指导与习题解析，刘振霞，
等编著，西安电子科技大学出版社，2006年。
《光纤通信原理》课程教学基本信息
总 学 时： 48 讲课学时： 40 实验学时： 8 学 分： 3
掌握自动交换光网络的概念和控制平面、光传送平面、管理平 面的功能和结构；
掌握光纤和主要光器件基本特性测量系统的组成、原理和测量 方法，光纤通信系统基本参数
实践环节 （8学时）
杨再旺
实验1 截断法光纤衰减系数测量；LED的P-I特性测量 2学时
实验2 光纤熔接；OTDR光纤损耗特性测量
2学时
实验3 光端机码型变换测试；系统眼图测试
2学时
实验4 光纤通信系统光接口性能测试
2学时
教学辅导
交作业时间：周一上午上课前 答疑时间： 周三下午2：30 答疑地点： 教三楼通信教研室
1.3 光纤通信系统的基本组成
1.3.1 发射和接收 1.3.2 基本光纤传输系统 1.3.3 数字通信系统和模拟通信系统
1.1
1.1.1 探索时期的光通信 • 原始形式的光通信:中国古代用“烽火台”报警，欧洲人
用旗语传送信息。
• 1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载波传送话音
的“光电话”。贝尔光电话是现代光通信的雏型。
1970 年，光纤通信用光源取得了实质性的进展 •1970年，美国贝尔实验室、日本电气公司(NEC)和前苏联,先
后研制成功室温下连续振荡的镓铝砷(GaAlAs)双异质结半导体激 光器(短波长)。虽然寿命只有几个小时，但它为半导体激光器的 发展奠定了基础。
•1973 年，半导体激光器寿命达到7000小时。 •1976年，日本电报电话公司研制成功发射波长为1.3 m的铟
光纤通信原理
Principle of Optical Fiber
Communication
教材：
光纤通信，顾畹仪，黄永清，等编著，
人民邮电出版 社，2007年。
参考书籍：
光纤通信（第二版），张宝富等编著，西安电
子科技大学出版社，2009年。
光纤通信，刘增基等编著，西安电子科技大学出
版社，2003年。
指明通过“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”这一发展方 向
光纤通信发明家高锟(左) 1998年在英国接受IEE授予的奖章
1970年，光纤研制取得了重大突破
•1970年，美国康宁(Corning)公司研制成功损耗20dB/km的石
英光纤。把光纤通信的研究开发推向一个新阶段。
• 1972年，康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到4 dB/km。
• 1960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红宝石激光
器， 给光通信带来了新的希望。激光器的发明和应用， 使 沉睡了80年的光通信进入一个崭新的阶段。
• 在这个时期，美国麻省理工学院利用He-Ne激光器和CO2
激光器进行了大气激光通信试验。
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 曾一度走入了低潮。
•1973 年，美国贝尔(Bell)实验室的光纤损耗降低到2.5dB/km。
1974 年降低到1.1dB/km。
•1976 年，日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗降低到0.47
dB/km(波长1.2 m)。
•在以后的 10 年中，波长为1.55 μm的光纤损耗：
1979 年是0.20 dB/km，1984年是0.157 dB/km，1986 年是 0.154 dB/km， 接近了光纤最低损耗的理论极限。
二、教学基本要求
掌握光纤传光原理的射线光学和波动理论分析方法，光纤的传 输特性；
掌握光源、光检测器的基本结构、原理和特性；
掌握光发射机、光接收机的组成、结构及原理，光接收机灵敏 度的基本计算方法；
了解数字光纤通信系统的组成、原理和性能指标，掌握系统基 本设计方法，掌握掺铒光纤放大器的组成、结构和原理；
赵丽娟
四、考核方式
期末闭卷笔试 小测验、平时作业、课堂提问和出勤情况 实验
占70% 占20% 占10%
第一章 概述
1.1 光纤通信发展的历史和现状
1.1.1 探索时期的光通信 1.1.2 现代光纤通信 1.1.3 国内外光纤通信发展的现状
1.2
1.2.1 光通信与电通信 1.2.2 光纤通信的优点 1.2.3 光纤通信的应用
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章
概述 （2学时） 光纤和光缆 （8学时） 光源和光检测器 （6学时） 光发射机和光接收机 （8学时） 光纤通信系统 （6学时） 无源光器件和WDM技术 （4学时） 自动交换光网络 （2学时） 光纤通信测量 （4学时）
李永倩 杨志 尚秋峰 李永倩 张淑娥 李永倩 张淑娥 李永倩
利用反射镜传送光束
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（石英1000 dB/km的 损耗非固有，产生于杂质吸收和瑞利散射）和技术途径(材料提 纯和制造的均匀性)，奠定了现代光通信——光纤通信的基础。
先修课程：大学物理（1），大学物理（2）， 电磁场与微波技术，通信电子电路， 通信系统原理。
一、课程性质、目的和任务
《光纤通信原理》是通信工程专业的一门主要专 业必修课。目的是使学生了解光纤通信系统的基本 组成，掌握光纤的传光原理和特性；掌握光源、光 检测器、光放大器和光无源器件的工作原理和特性； 掌握光发射机、光接收机的各部分组成、结构及原 理；掌握光纤通信系统的基本设计方法；了解光纤 通信新技术。掌握光纤通信基本实验技能，培养学 生分析和解决问题的能力，培养学生的动手能力， 为毕业后从事光纤通信专业技术工作打下坚实的理 论基础。
Fiber Optic Communications （ 5th Ed. ） ，
Joseph C. Palais编著，电子工业出版社，2005年。
光纤通信系统学习指导与习题解析，刘振霞，
等编著，西安电子科技大学出版社，2006年。
《光纤通信原理》课程教学基本信息
总 学 时： 48 讲课学时： 40 实验学时： 8 学 分： 3