第五章光纤通信刘
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光纤通信第5章.ppt
影响光纤的连接损耗有多种，主要包括 以下2个方面：
(1)光纤结构参数失配引起的连接损耗，主 要包括光纤芯径尺寸失配、数值孔径失配 以及折射率分布失配等3个方面。
① 光纤芯径尺寸失配（主要在单模光纤中 考虑）
②数值孔径失配（多模光纤中起作用）
③折射率分布失配（多模光纤中起作用）
（2）两光纤相对位置偏离引起的连接损耗
对掺铒光纤进行激励的泵浦功率低，仅需几十毫 瓦，而喇曼放大器需要1W以上；
增益高、噪声低、输出功率大。增益可达40dB， 噪声系数可低至3-4dB，输出功率可达14-20dBm；
连接损耗低，与光纤连接损耗可低至0.1dB；
对各种类型、速率与格式的信号传输透明。
一、EDFA的基本结构
两根光纤相对位置偏离引起的连接损耗主要 包括横向错位引起的损耗、倾斜损耗以及间隙损 耗。
①横向错位引起的损耗
②纵向间隙引起的损耗 ③角度偏移引起的损耗
• 2）回波损耗大。
回波损耗是指在光纤连接处，后向反射光功率Pr相对输 入光功率Pi比的分贝值。回波（绝对值）越大越好，以减小 反射光对光源和系统的影响，其典型值应不小于45dB。
2
1
2
1
3
3 3端口环行器
4 4端口环行器
从图中可见，从任何端口进入的光都能被定向到任 何其它的端口，但必须按顺序通过。
环行器的主要参数： 隔离度： 插入损耗： 偏振相关损耗： 工作波长：
3、衰减器 衰减器是在控制状态下减少传输光功率的装置。
衰减器在光网络中最重要的应用包括：
防止接收器达到饱和（保证输入功率在接收器的 动态范围内）。
3、特性参数
在耦合器/分离器基础上，又增加了新的特性参数。
《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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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
光纤通信基本知识
光纤通信基本知识第一篇：光纤通信基本知识一、光纤通信的基本知识（一）光纤通信的概念1870年的一天，英国物理学家丁达尔到皇家学会的演讲厅讲光的全反射原理，他做了一个简单的实验：在装满水的木桶上钻个孔，然后用灯从桶上边把水照亮。
结果使观众们大吃一惊。
人们看到，放光的水从水桶的小孔里流了出来，水流弯曲，光线也跟着弯曲，光居然被弯弯曲曲的水俘获了。
这些现象引起了丁达尔的注意，经过他的研究，发现这是由于全反射的作用，由于水等介质密度由于比周围的物质（如空气）大，即光从水中射向空气，当入射角大于某一角度时，折射光线消失，全部光线都反射回水中。
表面上看，光好像在水流中弯曲前进。
后来人们造出一种透明度很高、粗细像蜘蛛丝一样的玻璃丝──玻璃纤维，当光线以合适的角度射入玻璃纤维时，光就沿着弯弯曲曲的玻璃纤维前进。
由于这种纤维能够用来传输光线，所以称它为光导纤维。
（视频）光纤通信的原理是：在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。
（视频）（二）光纤通信的发展光纤通信是现代通信网的主要传输手段，它的发展历史只有一二十年，已经历三代：短波长多模光纤、长波长多模光纤和长波长单模光纤。
采用光纤通信是通信史上的重大变革，美、日、英、法等20多个国家已宣布不再建设电缆通信线路，而致力于发展光纤通信。
中国光纤通信已进入实用阶段。
（三）光纤通信的优缺点1、光纤通信的优点现代通信网的三大支柱是光纤通信、卫星通信和无线电通信，而其中光纤通信是主体，这是因为光纤通信本身具有许多突出的优点：①频带宽，通信容量大。
光纤可利用的带宽约为50000GHz，1987年投入使用的1.7Gb/s光纤通信系统，一对光纤能同时传输24192路电话，2.4Gb/s系统，能同时传输30000多路电话。
光纤通信第五版_第五章讲义02
GRIN光纤中的脉冲畸变
n12 GRIN光纤的模式展宽近似计算公式为： L 2c (5.19)
回忆 SI光纤的模式展宽公式：
n1 L c
GRIN光纤模式展宽减小的系数为：
n1 L SI c 2 n12 L 2 c GRIN
5.6.2 单模光纤中的脉冲畸变
单模光纤仅有色散（材料色散和波导色散），在0.8 0.9 mm 区间内，材料色散占主要地位。 下页将给出单模光纤的脉冲展宽图，图中的脉冲展宽由材 料色散造成
结论：
由于多模SI光纤的模式畸变占主导地位，色散与之相比
很小，光源线宽造成的色散展宽不是主要考虑因素，所以
用 LED还是LD区别不大。
2 0
单 位 长 度 脉 冲 展 宽 (ns/km)
LED
l = 0.7 mm 0.8 0.9
0.025 0.05 0.1 0.25 0.5
3-dB 带 宽 距 离 积 (GHz*km)
由于
L 在0.5到1ns/km左右 mod
5 2 1 0.2 0.1 1
1.4 ns/km
(4) 没有模式畸变
快速传输区域 a 0 a
轴向光纤
n1
0 高阶模光线
5.6 26
n(r)
5.6 25
GRIN光纤中的脉冲畸变
GRIN光纤中的脉冲畸变
轴向光线传输距离最小其传输速度为：
高阶模光纤传输的距离长，但是其中部分时间高阶模传输
区域的折射率小因此根据速度计算公式
v
c n1
回忆纤芯折射率分布为：
传输光纤
5.6 15 5.6 16
Prepared by John Mc Fadden
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。
光纤通信第五章3用课件
27
（2）增益平坦控制技术
目前EDFA的增益平坦技术主要可分为两 大类：一是研究设计自身增益平坦EDFA， 如经过优化设计EDFA(粒子数强烈反转法、 增益互补法)，特种光纤等等；二是EDFA 外部采用各种增益均衡技术，如衰减法、 单独放大法、滤波法(插入各种无源光滤波 器，如M—z滤波器、声光可调滤波器、镀 介质膜的滤波器光纤环镜和光纤光栅)等
NF( f ) SNRin SNRout
NF (实际 E） N(等 F 效分立放 •ex大 1p(L 器 ) ）
39
4.多波长泵浦时的组合增益谱
（OFC2001）
设计宽带RAMAN放大器不仅要考虑信号和泵浦之间的受激 喇曼散射，还要考虑 ➢ 信号和信号之间的受激喇曼散射 ➢ 泵浦和泵浦之间的受激喇曼散射 ➢ 双径后向瑞利散射
（2）输出功率特性
15
（3）EDFA的增益变化曲线
信 号 增 (益d B )
40
EDFA的增益与泵浦功率、
35
输入功率和EDF的长度有关，
30
25
EDF存在最佳长度。
20
泵浦功率: 90mW
15
泵浦功率: 50mW 泵浦功率: 30mW
10
5
35
12
0
30
10
0 25 50 75 100 125 150 175 200 掺 铒 光 纤 长 度 (m)
8
5.5.3 掺铒光纤放大器
(Erbium-doped Fiber Amplifier, EDFA)
1．EDFA的工作原理
9
1、掺铒光纤放大器原理
a) 三能级跃迁
1μs
铒是镧系稀土元素,原子序数是68, 原子量为167.3, 利用其4f能级
（2）增益平坦控制技术
目前EDFA的增益平坦技术主要可分为两 大类：一是研究设计自身增益平坦EDFA， 如经过优化设计EDFA(粒子数强烈反转法、 增益互补法)，特种光纤等等；二是EDFA 外部采用各种增益均衡技术，如衰减法、 单独放大法、滤波法(插入各种无源光滤波 器，如M—z滤波器、声光可调滤波器、镀 介质膜的滤波器光纤环镜和光纤光栅)等
NF( f ) SNRin SNRout
NF (实际 E） N(等 F 效分立放 •ex大 1p(L 器 ) ）
39
4.多波长泵浦时的组合增益谱
（OFC2001）
设计宽带RAMAN放大器不仅要考虑信号和泵浦之间的受激 喇曼散射，还要考虑 ➢ 信号和信号之间的受激喇曼散射 ➢ 泵浦和泵浦之间的受激喇曼散射 ➢ 双径后向瑞利散射
（2）输出功率特性
15
（3）EDFA的增益变化曲线
信 号 增 (益d B )
40
EDFA的增益与泵浦功率、
35
输入功率和EDF的长度有关，
30
25
EDF存在最佳长度。
20
泵浦功率: 90mW
15
泵浦功率: 50mW 泵浦功率: 30mW
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0
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10
0 25 50 75 100 125 150 175 200 掺 铒 光 纤 长 度 (m)
8
5.5.3 掺铒光纤放大器
(Erbium-doped Fiber Amplifier, EDFA)
1．EDFA的工作原理
9
1、掺铒光纤放大器原理
a) 三能级跃迁
1μs
铒是镧系稀土元素,原子序数是68, 原子量为167.3, 利用其4f能级
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
光纤通信知识演示文稿资料课件
光纤通信知识演示文稿资料课件
目录
• 光纤通信概述 • 光纤通信原理 • 光纤通信系统组成 • 光纤通信的应用 • 光纤通信的未来发展
01
光纤通信概述
光纤通信定义
光纤通信是一种利用光波在光纤中传输信息的一种通信方式。它通过将电信号转 换为光信号，在光纤中传输，并在接收端将光信号转换回电信号，实现信息的传 递。
光纤通信系统主要由光源、光纤、光检测器和传输介质等部分组成。其中，光纤 是核心部分，负责传输光信号。
光纤通信发展历程
01
02
03
04
1960年代
光纤通信的初步探索和研究阶 段，人们开始认识到光纤在通
信领域的应用潜力。
1970年代
实验阶段，开始进行光纤通信 实验，验证其可行性和优势。
1980年代
商用阶段，光纤通信开始进入 商用领域，逐渐应用于长途和
光的调制方式
01
02
03
强度调制
通过改变光源的输出强度 来传递信息。在强度调制 中，信息被编码为光信号 的明暗变化，即光强。
频率调制
息被编码为光信号的波长 变化。
相位调制
通过改变光的相位来传递 信息。在相位调制中，信 息被编码为光信号的相位 变化。
光的解调方式
光功率放大器
用于放大光信号的功率，提高传输距 离和接收机的接收灵敏度。
05
04
调制器
用于将电信号调制到光信号上，使光 信号的幅度、相位或频率随电信号变 化。
光中继器
功能
光中继器用于放大和 整形光信号，补偿光 纤传输中的损耗和色 散，延长通信距离。
组成
光中继器主要由光接 收机、光放大器和光 发送机组成。
保护层用于保护光纤不受外界环境的影响 和损伤，保证光信号的传输质量和稳定性 。
目录
• 光纤通信概述 • 光纤通信原理 • 光纤通信系统组成 • 光纤通信的应用 • 光纤通信的未来发展
01
光纤通信概述
光纤通信定义
光纤通信是一种利用光波在光纤中传输信息的一种通信方式。它通过将电信号转 换为光信号，在光纤中传输，并在接收端将光信号转换回电信号，实现信息的传 递。
光纤通信系统主要由光源、光纤、光检测器和传输介质等部分组成。其中，光纤 是核心部分，负责传输光信号。
光纤通信发展历程
01
02
03
04
1960年代
光纤通信的初步探索和研究阶 段，人们开始认识到光纤在通
信领域的应用潜力。
1970年代
实验阶段，开始进行光纤通信 实验，验证其可行性和优势。
1980年代
商用阶段，光纤通信开始进入 商用领域，逐渐应用于长途和
光的调制方式
01
02
03
强度调制
通过改变光源的输出强度 来传递信息。在强度调制 中，信息被编码为光信号 的明暗变化，即光强。
频率调制
息被编码为光信号的波长 变化。
相位调制
通过改变光的相位来传递 信息。在相位调制中，信 息被编码为光信号的相位 变化。
光的解调方式
光功率放大器
用于放大光信号的功率，提高传输距 离和接收机的接收灵敏度。
05
04
调制器
用于将电信号调制到光信号上，使光 信号的幅度、相位或频率随电信号变 化。
光中继器
功能
光中继器用于放大和 整形光信号，补偿光 纤传输中的损耗和色 散，延长通信距离。
组成
光中继器主要由光接 收机、光放大器和光 发送机组成。
保护层用于保护光纤不受外界环境的影响 和损伤，保证光信号的传输质量和稳定性 。
现代通信技术课六光纤通信PPT优质资料
光波在光纤中传输时只在其芯区进行，基本上没有光“泄露”出去，因此其保密性能极好。
连接器件：连接光纤到光源、光检测以 渐变型光纤(Graded Index Fiber, GIF) ：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小，可使高模光按正弦形式传播；
模式色散
单模光纤（Single Mode Fiber， SMF）只能有一道光信号传输，使用单独模式的光信号，无光的信号色散，传输距离会更长，传输
光 的 色 散
结论：白光不是单色光，而是由各 种色光混合成的．
光 的 色
太阳光通过三棱镜后被分解成
七种色光,依次是红、橙、黄、 绿、蓝、靛、紫.
散
光纤色散(Dispersion)
光纤中的信号是由不同的频率成分或模式 成分构成的，它们是由不同的传播速度，
从而引起比较复杂的色散现象。它是限 制传输容量的主要因素。
90º>θ>临界角
1.光从空气中斜射入玻璃中时,
空气
折射光线向 靠近 法线方向偏
玻璃
折.(填“靠近”或“远离”)
2.一束光线斜射到一块玻璃三棱镜上(如下 图),画出光折射的情况.
光所以能在光纤中传输，主 要是纤芯和包层的共同作用。
4、突变型(突变型)光纤
突变型光纤(Step Index Fiber, SIF)
模式色散
色度色散(模内色散)
① 定义
同一个导波模式的不同光波长之间的色散
② 产生原因
光源光谱不纯;（材料色散）
光纤石英材料的折射率不是一个常数，而是随光 波长的增大而减小; （材料色散）
波导结构与折射率分布等参量有关，使得不同路 径光线之间的速度差是一个随传输路径变化的复
杂函数。（波导色散）
《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
《光纤通信绪论》课件
和传输容量。
光纤放大技术需要解决增益平坦 、噪声抑制、泵浦光源等问题， 以保证信号的传输质量和稳定性
。
光孤子通信技术
光孤子通信技术是一种利用光孤子效 应进行信息传输的技术，它可以在光 纤中进行长距离、高速、低损耗的传 输。
光孤子通信技术需要解决光孤子产生 和放大、光孤子操控和检测等问题， 目前仍处于实验阶段，尚未大规模应 用。
总结词
随着互联网流量的爆炸式增长，高速光 纤通信技术成为研究热点。
VS
详细描述
近年来，高速光纤通信技术发展迅速，传 输速率不断提升。通过采用先进的调制解 调技术、信号处理技术和光子集成技术， 光纤通信系统的传输速率已经达到Tbps 级别，满足了不断增长的数据传输需求。
超远距离光纤通信技术发展
总结词
02
光纤基础知识
光的本质与传播
光的波粒二象性
光既具有波动特性，又具有粒子特性 。光波在空间传播时，光子携带信息 以光速c进行传播。
光的干涉与衍射
光的波动性表现为干涉和衍射现象， 这是光信息传输的重要理论基础。
光纤的结构与分类
光纤结构
光纤由纤芯、包层和涂覆层组成，纤芯负责传输光信号，包 层对光信号进行束缚，涂覆层保护光纤不受外界影响。
抗电磁干扰
光纤材料（如石英）具有 抗电磁干扰的特性，可有 效降低外部环境对信号传 输的影响。
03
光纤通信原理
光的调制与解调
调制
将低频信号转换为高频信号的过程，以便传输。调制方式可分为直接调制和间接 调制。
解调
将高频信号还原为低频信号的过程，以便处理和应用。解调方式可分为相干解调 和非相干解调。
信号的编码与解码
波分复用技术需要使用高性能的波长稳定器和光滤波器，以保证不同波长信号的传 输质量和稳定性。
光纤放大技术需要解决增益平坦 、噪声抑制、泵浦光源等问题， 以保证信号的传输质量和稳定性
。
光孤子通信技术
光孤子通信技术是一种利用光孤子效 应进行信息传输的技术，它可以在光 纤中进行长距离、高速、低损耗的传 输。
光孤子通信技术需要解决光孤子产生 和放大、光孤子操控和检测等问题， 目前仍处于实验阶段，尚未大规模应 用。
总结词
随着互联网流量的爆炸式增长，高速光 纤通信技术成为研究热点。
VS
详细描述
近年来，高速光纤通信技术发展迅速，传 输速率不断提升。通过采用先进的调制解 调技术、信号处理技术和光子集成技术， 光纤通信系统的传输速率已经达到Tbps 级别，满足了不断增长的数据传输需求。
超远距离光纤通信技术发展
总结词
02
光纤基础知识
光的本质与传播
光的波粒二象性
光既具有波动特性，又具有粒子特性 。光波在空间传播时，光子携带信息 以光速c进行传播。
光的干涉与衍射
光的波动性表现为干涉和衍射现象， 这是光信息传输的重要理论基础。
光纤的结构与分类
光纤结构
光纤由纤芯、包层和涂覆层组成，纤芯负责传输光信号，包 层对光信号进行束缚，涂覆层保护光纤不受外界影响。
抗电磁干扰
光纤材料（如石英）具有 抗电磁干扰的特性，可有 效降低外部环境对信号传 输的影响。
03
光纤通信原理
光的调制与解调
调制
将低频信号转换为高频信号的过程，以便传输。调制方式可分为直接调制和间接 调制。
解调
将高频信号还原为低频信号的过程，以便处理和应用。解调方式可分为相干解调 和非相干解调。
信号的编码与解码
波分复用技术需要使用高性能的波长稳定器和光滤波器，以保证不同波长信号的传 输质量和稳定性。
《光纤通信》第一章概述的学习归纳
《光纤通信》第一章概述的学习归纳第一篇：《光纤通信》第一章概述的学习归纳《光纤通信》第一章概述的学习归纳浙江传媒学院陈柏年1、光纤通信：以光波作为信号载体，以光纤作为传输媒介的通信方式。
2、学习的重要性：光纤已成为信息宽带传输的主要媒质，光纤通信系统成为国家信息基础设施的支柱。
3、光纤通信发展的历程：（1）光纤模式：从多模发展到单模；（2）工作波长：从0.85 μm发展到1.31 μm和1.55 μm；（3）传输速率：从几十Mb/s发展到几十Gb/s；（4）光纤价格：不断下降；（5）应用范围：不断扩大，从单一类型信息的传输到多种业务的传输。
4、光纤通信的主要优点：（1）传输容量大，（2）传输距离远，（3）抗干扰能力强，（4）重量轻，（5）寿命长。
5、光纤通信的主要应用：（1）通信网，（2）计算机网，（3）有线电视网，（4）光纤接入网。
6、光纤通信的三种分类方法：（1）按照传输信号类型分（模拟，数字），（2）按照光波长和光纤类型分（短波长多模，长波长多模，1310nm单模，1550nm单模），（3）按照调制方式分（直接强度调制，外调制）。
7、光纤通信系统基本组成：（1）光纤，（2）光发送器，（3）光接收器，（4）光中继器，（5）适当的接口设备。
8、光纤通信的支撑技术：（1）光纤，（2）光源和光检测器，（3）SDH传输体制，（4）光放大器，（5）WDM复用技术，（6）全光网络。
第二篇：光纤通信设备概述光纤通信设备概述1.走进通信机房通信机房，无论大小，走进去看到的是：一排排的机柜，里面装有各种各样的设备，大部分机柜是19英寸宽，有2米高，也有2.2米高的.地板,下面往往是走线槽,上面也许有走线槽(地槽和顶槽2选1).网管系统:用计算机管理通信设备.电源系统2.从电话机到机房的线路家里的电话机通过双绞线连接到楼道里的电话分线盒,然后用50对或100对的音频电缆, 连到了小区附近的电缆交接箱,再用更大对数的电缆接到电话局里的音频配线架,也叫总配线架,就是112机房,在音频配线架上,每个电话机都对应有1对电话线接点,并且一般都配有防雷击的音频保安器,电话线在电话局内部还用电缆连到了交换机.或PCM30设备。
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
通信
SiCl4 + O2 → SiO2 + 2Cl2 ↑
GeCl4 + O2 → GeO2 + 2Cl2 ↑ 其成中法，。SiO2 是石英，这就是化学合
原料SiCl4可以是气化的液体，它比 固体容易提纯，故制作超纯石英不 宜把固体天然石英提纯而宁可采用 化学合成法。
熔炼工艺有很多种，这里仅以改良 的化学气相沉积法(MCVD)来说明 熔炼过程。
色散位移光纤：G.653
截止波长位移光纤： G.654
非零色散位移光纤：G.655
色散平坦光纤
色散补偿光纤
光纤
通信 G.651，多模渐变型（GIF）光纤（或称梯 度光纤），它在光纤通信发展的初期广泛 应用于中小容量，中短距离的通信系统；
G.652 常规单模光纤，或称非色散位移光 纤，是第一代单模光纤，其特点是在波长 1310nm色散为零，系统的传输距离只受损 耗的限制，但1310nm处损耗不是最小值 （0.4dB/km）。光纤工作在1550nm窗口衰 减小，且具有EDFA供选用，但其在 1550nm窗口色散大，不利于高速系统的长 距离传输。
如果色散为零，四波混频的干扰十分严重， 如果有微量色散，四波混频反而减小。为 此，科学家研究了非零色散光纤。
光纤
通信 G.655光纤的特点是有效面积大，零色散波长不 在1550nm，而在1525nm或1585nm。在1550nm 有微量色散，其值大到足以抑制密集波分复用系 统的四波混频效应，小到允许信道传输速率达到 10Gb/s以上。它具有常规单模光纤和色散移位光 纤的优点，是最新一代的单模光纤。光纤工作在 1550nm窗口衰减小、色散低，大大减小四波混 频效应，故其可用于远距离、波分复用、孤子传 输高速系统中，实现超大容量超长距离的通信。
SiCl4 + O2 → SiO2 + 2Cl2 ↑
GeCl4 + O2 → GeO2 + 2Cl2 ↑ 其成中法，。SiO2 是石英，这就是化学合
原料SiCl4可以是气化的液体，它比 固体容易提纯，故制作超纯石英不 宜把固体天然石英提纯而宁可采用 化学合成法。
熔炼工艺有很多种，这里仅以改良 的化学气相沉积法(MCVD)来说明 熔炼过程。
色散位移光纤：G.653
截止波长位移光纤： G.654
非零色散位移光纤：G.655
色散平坦光纤
色散补偿光纤
光纤
通信 G.651，多模渐变型（GIF）光纤（或称梯 度光纤），它在光纤通信发展的初期广泛 应用于中小容量，中短距离的通信系统；
G.652 常规单模光纤，或称非色散位移光 纤，是第一代单模光纤，其特点是在波长 1310nm色散为零，系统的传输距离只受损 耗的限制，但1310nm处损耗不是最小值 （0.4dB/km）。光纤工作在1550nm窗口衰 减小，且具有EDFA供选用，但其在 1550nm窗口色散大，不利于高速系统的长 距离传输。
如果色散为零，四波混频的干扰十分严重， 如果有微量色散，四波混频反而减小。为 此，科学家研究了非零色散光纤。
光纤
通信 G.655光纤的特点是有效面积大，零色散波长不 在1550nm，而在1525nm或1585nm。在1550nm 有微量色散，其值大到足以抑制密集波分复用系 统的四波混频效应，小到允许信道传输速率达到 10Gb/s以上。它具有常规单模光纤和色散移位光 纤的优点，是最新一代的单模光纤。光纤工作在 1550nm窗口衰减小、色散低，大大减小四波混 频效应，故其可用于远距离、波分复用、孤子传 输高速系统中，实现超大容量超长距离的通信。
光纤通信第五版_第五章讲义01
为了实现全反射，要求 > c
sin c
n2 n1
5.1 7 5.1 8
Prepared by John Mc Fadden
2
5.1 阶跃折射率光纤
光纤的纤芯和包层损耗都必须足够小，因为即使全反射 ，包层中仍存在有消逝场。如果包层足够厚，（大于 20μm），那么将会有极少的消逝场能达到包层的边缘 。 全玻璃光纤
5.1 阶跃折射率光纤
平板波导边耦合的NA问题
根据斯涅耳定律：
n 0 sin 0 n1 sin 1 n1 sin 2
n 0 sin 0 n 1 cos
(4.20)
当 0 增加 减小，最终 = c 当 = c时 则
sin c
cos c
n2 n1
n1 n 2 n1
2 2
n1 c
n2
2
12
n1 n 2
2
Prepared by John Mc Fadden
3
平板波导边耦合的NA问题
5.1 阶跃折射率光纤
n2 n 2 2 n 0 sin 0 n1 cos c n1 1 n1
5.2 渐变折射率（GRIN）光纤
因为 n2 < n1，所以 sin 2 > sin 1 并且 2 > 1,
a r
n2 n1 1 2 c
结果：射线向背离发现方向弯折，光纤在逼近包层的过程中
0
n(r)
0
连续弯折。弯折到某个点上，入射角会大于全反射角
斯涅耳定律
n1 sin 1 n2 sin 2
5.3.5 几何效应 光纤的弯曲也会造成损耗。有两种弯曲形式，分别 是微弯和宏弯。 （ 1）宏弯曲 – 曲率半径R大的弯曲
光纤通信概述(光纤通信课件)
光波是电磁波，光波范围包括红外线、可见光、紫外线， 其波长范围为：300μm～6×10−3μm。 可见光由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的连续 光波组成，其波长范围为：760～390nm ，其中红光的 波长最长，紫光的波长最短。 波长大于760nm的电磁波属于红外线，它又可以划分为 近红外、中红外、远红外。
四、 光纤通信系统的组成
（三）光纤
光纤线路
的功能是把来自光发射机的光信号，以尽可能 小的畸变（失真）和衰减传输到光接收机。光 纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。
四、 光纤通信系统的组成
（四）光接收机
光接收机
的作用是进行光/电转换，即将由光纤传来的 微弱光信号转换为电信号，经放大处理后，恢复 成发射前的电信号。 在接收端，光接收机把数字信号从光波中检测出来 送给电端机，由电端机解复用后再进行数/模转换， 恢复成原来的模拟信息。
一、光纤通信的发展史
（三）光纤通信发展的里程碑
高锟 华裔物理学家
生于中国上海，祖籍江苏金山（今上海市金山区）， 拥有英国、美国国籍并持中国香港居民身份，目前 在香港和美国加州山景城两地居住。高锟为光纤通 讯、电机工程专家，华文媒体誉之为“光纤之父”、 普世誉之为“光纤通讯之父”（Father of Fiber Optic Communications），曾任香港中文大学校长。 2009年，与威拉德·博伊尔和乔治·埃尔伍德·史密斯 共享诺贝尔物理学奖。
五、光纤通信的特点与应用
（二）光纤通信的应用
4.特殊通信手段。如石油、煤矿等部门易燃易爆环境下使用的 光缆及飞机、导弹等内部的光缆系统。 5.各种专用通信网。如电力、公路、铁路等部门通信、 指挥调度、监控的光缆系统。 6.有线电视的干线及分配网；工业电视系统；自动控制系统的 数据传输。
四、 光纤通信系统的组成
（三）光纤
光纤线路
的功能是把来自光发射机的光信号，以尽可能 小的畸变（失真）和衰减传输到光接收机。光 纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。
四、 光纤通信系统的组成
（四）光接收机
光接收机
的作用是进行光/电转换，即将由光纤传来的 微弱光信号转换为电信号，经放大处理后，恢复 成发射前的电信号。 在接收端，光接收机把数字信号从光波中检测出来 送给电端机，由电端机解复用后再进行数/模转换， 恢复成原来的模拟信息。
一、光纤通信的发展史
（三）光纤通信发展的里程碑
高锟 华裔物理学家
生于中国上海，祖籍江苏金山（今上海市金山区）， 拥有英国、美国国籍并持中国香港居民身份，目前 在香港和美国加州山景城两地居住。高锟为光纤通 讯、电机工程专家，华文媒体誉之为“光纤之父”、 普世誉之为“光纤通讯之父”（Father of Fiber Optic Communications），曾任香港中文大学校长。 2009年，与威拉德·博伊尔和乔治·埃尔伍德·史密斯 共享诺贝尔物理学奖。
五、光纤通信的特点与应用
（二）光纤通信的应用
4.特殊通信手段。如石油、煤矿等部门易燃易爆环境下使用的 光缆及飞机、导弹等内部的光缆系统。 5.各种专用通信网。如电力、公路、铁路等部门通信、 指挥调度、监控的光缆系统。 6.有线电视的干线及分配网；工业电视系统；自动控制系统的 数据传输。
《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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光波的频率一般可达到1013-1014 Hz，对应的波 长在10-100000 nm之间。
第五章光纤通信刘
5.1 概述
5.1.3 光纤通信的特点 ① 传输频带宽，通信容量大。 ② 传输损耗低，中继距离长。 ③ 抗电磁干扰。 ④ 保密性强，无串话干扰。 ⑤ 线径细（0.1mm），重量轻。 ⑥ 资源丰富。
第五章 光纤通信
5.1 概述 5.1.1 光纤通信的发展历史 5.1.2 光纤通信的概念 5.1.3 光纤通信的特点
5.2 光纤 5.3 光纤通信系统 5.4 光波分复用（WDM）
1
第五章光纤通信刘
5.1 概述
5.1.1 光纤通信的发展历史 • 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。
第五章光纤通信刘
5.1 概述
高锟(左) 因发明光 纤、提出 光纤通信 理论获得 2009 年 诺 贝尔物理 学奖。
瑞典国王(右)向高锟颁奖 10
第五章光纤通信刘
5.1 概述
• 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。
高次模
基模
低次模
第五章光纤通信刘
横截 面
折射 率分布 r
输入 脉冲 Ai
光线 传播路径
纤芯
包层
(a)
2b
2a
n
t
r
Ai
(b) 125m
50 m r
n t
Ai
输出 脉冲 Ao
t Ao
t Ao
(c) 125m
～ 10 m
n
t
t
(a) 突变型多模光纤； (b) 渐变型多模光纤； （c） 单模光纤
由于光纤和半导体激光器的技术进步，使1970 年成为光纤通信发展的一个重要里程碑。
第五章光纤通信刘
5.1 概述
5.1.2 光纤通信的概念 光纤通信是以光波为载波、光导纤维（简称光纤）
为传输媒质的一种通信方式。 ✓光波实际上是一高频(1014 Hz)的电磁波。 ✓在讨论高频电磁波时，我们习惯采用波长来代替频
纤芯和包层的折射率不同，设纤芯、包层的折 射率分别为n1、n2，则n1>n2。
纤芯
包层
保护套
第五章光纤通信刘
5.2 光纤
（1）根据光纤横截面上折射率分布的不同，分为阶 跃型光纤和渐变型光纤。
18
第五章光纤通信刘
54.2 光纤
（2）根据光纤中传输模式（模式是指电磁场的分布 形式）数量的不同，分为单模光纤和多模光纤。
第五章光纤通信刘
5.1 概述
由于当时没有理想的光源和传输介质， 这种光
电话的传输距离很短，并没有实际应用价值，因而
进展很慢。
第五章光纤通信刘
5.1 概述
光源的发展
• 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。
激光具有波谱宽度窄，方向性极好，亮度极高的 良好特性。激光是一种高度相干光，它的特性和无线 电波相似，是一种理想的光载波。
• 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”。
第五章光纤通信刘
5.1 概述
• 在发送端，利用太阳光或弧光灯作光源，通过透镜把光
束聚焦在送话器前的振动镜片上，使光强度随话音的变化 而变化，实现话音对光强度的调制。
• 在接收端，用抛物面反射镜把从大气传来的光束反射到
硅光电池上，使光信号变换为电流，传送到受话器。
• 1972年，康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到 4 dB/km。 • 1973年，美国贝尔(Bell)实验室的光纤损耗降低到 2.5dB/km。 • 1976年，日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗降低 到 0.47 dB/km 。
第五章光纤通信刘
5.1 概述
光纤通信用光源的进展 • 1970 年，研制成功室温下连续振荡的半导体激光 器。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。 • 1977年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达 到10万小时。
当时石英纤维的损耗高达1000dB/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，例如过渡金属离子的 吸收产生的。材料本身固有的损耗基本上由瑞利散 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。
由于雨、雾、雪和大气灰尘的吸收和散射，光 波能量衰减很大。
例如，雨能造成30dB/km的衰减，浓雾衰减高达 120dB/km。另一方面，大气的密度和温度不均匀， 造成折射率的变化，使光束位置发生偏移。因而通信 的距离和稳定性都受到极大的限制。
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。
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。
第五章光纤通信刘
5.1 概述
大气光通信 激光器一问世，人们就模拟无线电通信进行了大
气激光通信的研究。 实验证明：用承载信息的光波，通过大气的传
播，实现点对点的通信是可行的，但是通信能力和质 量受气候影响十分严重。
第五章光纤通信刘
5.1 概述
第五章光纤通信刘
5.1 概述
传输介质--光纤的发展 1966年，英籍华裔学者高锟和霍克哈姆发表了关
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。
第五章光纤通信刘
5.1 概述
率描述。波长与频率的关系为： c
f
第五章光纤通信刘
5.1 概述
c
f
其中：λ为电磁波的波长，其物理含义是电磁波在 时间上变化一周，其波前在空间变化一周所行进的长 度；c为光波在自由空间中传播的速度，其值为 3×108m/s；f 为电磁波的频率，其物理含义是交变电 磁波在单位时间（每秒）变化的周期数。
第五章光纤通信刘
第五章 光纤通信
5.1 概述 5.2 光纤
5.2.1 光纤的结构和分类 5.2.2 光纤的传输特性 5.3 光纤通信系统 5.4 光波分复用（WDM）
16
现代第移五动章通光信纤网通络信技术刘
5.2 光纤
5.2.1 光纤的结构和分类 光纤由纤芯和包层两部分组成，纤芯完成光信
号的传输，包层是为了将光信号封闭在纤芯中并保 护纤芯。
第五章光纤通信刘
5.1 概述
5.1.3 光纤通信的特点 ① 传输频带宽，通信容量大。 ② 传输损耗低，中继距离长。 ③ 抗电磁干扰。 ④ 保密性强，无串话干扰。 ⑤ 线径细（0.1mm），重量轻。 ⑥ 资源丰富。
第五章 光纤通信
5.1 概述 5.1.1 光纤通信的发展历史 5.1.2 光纤通信的概念 5.1.3 光纤通信的特点
5.2 光纤 5.3 光纤通信系统 5.4 光波分复用（WDM）
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第五章光纤通信刘
5.1 概述
5.1.1 光纤通信的发展历史 • 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。
第五章光纤通信刘
5.1 概述
高锟(左) 因发明光 纤、提出 光纤通信 理论获得 2009 年 诺 贝尔物理 学奖。
瑞典国王(右)向高锟颁奖 10
第五章光纤通信刘
5.1 概述
• 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。
高次模
基模
低次模
第五章光纤通信刘
横截 面
折射 率分布 r
输入 脉冲 Ai
光线 传播路径
纤芯
包层
(a)
2b
2a
n
t
r
Ai
(b) 125m
50 m r
n t
Ai
输出 脉冲 Ao
t Ao
t Ao
(c) 125m
～ 10 m
n
t
t
(a) 突变型多模光纤； (b) 渐变型多模光纤； （c） 单模光纤
由于光纤和半导体激光器的技术进步，使1970 年成为光纤通信发展的一个重要里程碑。
第五章光纤通信刘
5.1 概述
5.1.2 光纤通信的概念 光纤通信是以光波为载波、光导纤维（简称光纤）
为传输媒质的一种通信方式。 ✓光波实际上是一高频(1014 Hz)的电磁波。 ✓在讨论高频电磁波时，我们习惯采用波长来代替频
纤芯和包层的折射率不同，设纤芯、包层的折 射率分别为n1、n2，则n1>n2。
纤芯
包层
保护套
第五章光纤通信刘
5.2 光纤
（1）根据光纤横截面上折射率分布的不同，分为阶 跃型光纤和渐变型光纤。
18
第五章光纤通信刘
54.2 光纤
（2）根据光纤中传输模式（模式是指电磁场的分布 形式）数量的不同，分为单模光纤和多模光纤。
第五章光纤通信刘
5.1 概述
由于当时没有理想的光源和传输介质， 这种光
电话的传输距离很短，并没有实际应用价值，因而
进展很慢。
第五章光纤通信刘
5.1 概述
光源的发展
• 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。
激光具有波谱宽度窄，方向性极好，亮度极高的 良好特性。激光是一种高度相干光，它的特性和无线 电波相似，是一种理想的光载波。
• 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”。
第五章光纤通信刘
5.1 概述
• 在发送端，利用太阳光或弧光灯作光源，通过透镜把光
束聚焦在送话器前的振动镜片上，使光强度随话音的变化 而变化，实现话音对光强度的调制。
• 在接收端，用抛物面反射镜把从大气传来的光束反射到
硅光电池上，使光信号变换为电流，传送到受话器。
• 1972年，康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到 4 dB/km。 • 1973年，美国贝尔(Bell)实验室的光纤损耗降低到 2.5dB/km。 • 1976年，日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗降低 到 0.47 dB/km 。
第五章光纤通信刘
5.1 概述
光纤通信用光源的进展 • 1970 年，研制成功室温下连续振荡的半导体激光 器。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。 • 1977年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达 到10万小时。
当时石英纤维的损耗高达1000dB/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，例如过渡金属离子的 吸收产生的。材料本身固有的损耗基本上由瑞利散 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。
由于雨、雾、雪和大气灰尘的吸收和散射，光 波能量衰减很大。
例如，雨能造成30dB/km的衰减，浓雾衰减高达 120dB/km。另一方面，大气的密度和温度不均匀， 造成折射率的变化，使光束位置发生偏移。因而通信 的距离和稳定性都受到极大的限制。
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。
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。
第五章光纤通信刘
5.1 概述
大气光通信 激光器一问世，人们就模拟无线电通信进行了大
气激光通信的研究。 实验证明：用承载信息的光波，通过大气的传
播，实现点对点的通信是可行的，但是通信能力和质 量受气候影响十分严重。
第五章光纤通信刘
5.1 概述
第五章光纤通信刘
5.1 概述
传输介质--光纤的发展 1966年，英籍华裔学者高锟和霍克哈姆发表了关
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。
第五章光纤通信刘
5.1 概述
率描述。波长与频率的关系为： c
f
第五章光纤通信刘
5.1 概述
c
f
其中：λ为电磁波的波长，其物理含义是电磁波在 时间上变化一周，其波前在空间变化一周所行进的长 度；c为光波在自由空间中传播的速度，其值为 3×108m/s；f 为电磁波的频率，其物理含义是交变电 磁波在单位时间（每秒）变化的周期数。
第五章光纤通信刘
第五章 光纤通信
5.1 概述 5.2 光纤
5.2.1 光纤的结构和分类 5.2.2 光纤的传输特性 5.3 光纤通信系统 5.4 光波分复用（WDM）
16
现代第移五动章通光信纤网通络信技术刘
5.2 光纤
5.2.1 光纤的结构和分类 光纤由纤芯和包层两部分组成，纤芯完成光信
号的传输，包层是为了将光信号封闭在纤芯中并保 护纤芯。