光纤通信课件第四讲.pptx
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《光纤通信》课件
光纤放大器
光纤放大器增强信号强度，提高传输距离。
光纤芯层和包层
光纤由芯层和包层构成，光信号通过芯层传输。
光纤接口技术
光纤连接器和光纤插入损耗技术确保信号的高 效传输。
光纤通信的优势
光纤通信相比传统的电缆通信具有如下优势：
1 高带宽
光纤能传输更大容量的数据。
2 低损耗
光纤的传输损耗较小，信号质量更高。
光纤通信的挑战
1 成本
光纤通信的建设和维护成本相对较高。
2 光纤连接
光纤连接需要特殊的技术和设备。
3 光纤安全
保护光纤通信的安全性是一个重要的挑战。
光纤通信的未来展望
5G技术
光纤通信将为5G技术的发展 供高速、稳定的传输支持。
物联网
光纤通信的广泛应用将助力物 联网的快速发展。
量子通信
光纤通信在量子通信领域有着 巨大的潜力和应用前景。
《光纤通信》课件
光纤通信是一种利用光信号传输数据的先进技术。它在现代通信领域有着广 泛的应用和巨大的优势。
发展历程
1
20世纪60年代
光纤通信的概念首次提出。
20世纪70年代
2
光纤通信的第一条实用化系统推出。
3
20世纪80年代
光纤通信开始在长距离通信中广泛应用。
光纤通信原理
全内反射原理
光信号在光纤内不断发生全内反射，实现信号 的传输。
3 抗干扰
光纤对电磁干扰和信号窃听具有较强的抵抗 能力。
4 长距离传输
光纤可以实现长距离的高速传输。
光纤通信的应用
电信网络
光纤通信是现代电信网络的主要传输方式。
数据中心
光纤连接数据中心内的服务器，实现高速数据传输。
光纤放大器增强信号强度，提高传输距离。
光纤芯层和包层
光纤由芯层和包层构成，光信号通过芯层传输。
光纤接口技术
光纤连接器和光纤插入损耗技术确保信号的高 效传输。
光纤通信的优势
光纤通信相比传统的电缆通信具有如下优势：
1 高带宽
光纤能传输更大容量的数据。
2 低损耗
光纤的传输损耗较小，信号质量更高。
光纤通信的挑战
1 成本
光纤通信的建设和维护成本相对较高。
2 光纤连接
光纤连接需要特殊的技术和设备。
3 光纤安全
保护光纤通信的安全性是一个重要的挑战。
光纤通信的未来展望
5G技术
光纤通信将为5G技术的发展 供高速、稳定的传输支持。
物联网
光纤通信的广泛应用将助力物 联网的快速发展。
量子通信
光纤通信在量子通信领域有着 巨大的潜力和应用前景。
《光纤通信》课件
光纤通信是一种利用光信号传输数据的先进技术。它在现代通信领域有着广 泛的应用和巨大的优势。
发展历程
1
20世纪60年代
光纤通信的概念首次提出。
20世纪70年代
2
光纤通信的第一条实用化系统推出。
3
20世纪80年代
光纤通信开始在长距离通信中广泛应用。
光纤通信原理
全内反射原理
光信号在光纤内不断发生全内反射，实现信号 的传输。
3 抗干扰
光纤对电磁干扰和信号窃听具有较强的抵抗 能力。
4 长距离传输
光纤可以实现长距离的高速传输。
光纤通信的应用
电信网络
光纤通信是现代电信网络的主要传输方式。
数据中心
光纤连接数据中心内的服务器，实现高速数据传输。
光纤通信课件-44页精选文档
光通信与光电技术
课程教学
• 方法
– 基础内容＋知识应用
• 方式
– 课堂讲授
• 考核
– 平时表现＋期末考试
课程简介
• 光通信
– 以光波为载体的通信方式
• 光电技术
– 光学、电子学、光电转换
• 光互连
– 用光技术实现两个以上通信单元的链接结构
• 光通信——光互连——光电技术 • 理论层次——应用层次——技术细节
空间光调制器
光纤旋转连接器
第一章 光通信基础知识
• 1.1 光互连网络概念及背景
– 光互连定义：以光的波粒二相性与物质相互作 用产生的各种现象实现数据和信号传输和交换 的理论和技术
– 波粒二相性? – 相互作用? – 传输和交换？
• 光通信的发展
– 50年代，集成电路芯片 – 60年代，半导体激光器 – 70年代，激光二极管室温运转 – 80年代，低损耗硅玻璃光纤
– 自由空间光互连 – 光波导互连（光纤互连）
• 点对点 • 总线 • 环网 • 全连接
网络拓扑
• 超立方体 • 星型 • 树型 • 网格 • 混合
并行系统中的光纤互连
• 光多路复用
– 时分复用（TDM） – 频分复用（FDM） – 波分复用（WDM）
• 解复用
– 棱镜 – 衍射光栅 – 阵列波导光栅 – 干涉滤光片 – 布拉格光纤光栅法
课程简介
• 光通信基础知识 • 光通信器件基础 • 光链路及光开关 • 光网络中的全息技术 • 光网络中的空间光调制器 • 光网络中的光纤旋转连接器
光开关
用于光交换 设备及系统 中实现全光 层次的路由 选择、波长 选择等功能
全息技术
用一条激光束将一个 物体照亮，使其反射 到那个底板上去，再 用另一条光束，经 过平面镜，也反射到 那个底板上去，两者 在底板上形成一幅“干 涉图样”。底板再受到 第二条波长相同的激 光束照射时，就会显 现出清晰的图象。
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
光纤通信系统 第四讲 光器件(1)幻灯片PPT
…
…
T形
星形
(a)
(b)
1
2
1 2
1＋2＋N
…
4
3
N
定向
波分
(c)
(d)
常用耦合器的类型
2. 耦合器的结构有许多种类型，其中比较实用和有
发展前途的有光纤型、微器件型和波导型，图示 这三种类型的有代表性器件的基本结构
光纤型
(a)定向耦合器； (b) 8×8星形耦合器； (c) 由12个2×2耦合器组成的 8×8星形耦合器
克尔(Kerr)效应：晶
体折射率与外加电场幅 度的平方成比例变化
电光调制器主要利用普科尔(Pocket)效应.
晶体折射率随外加电场而 变化。具有非常好的消啁 啾特性，适合于高速系统 的超长距离传输。但调制 器的插入损耗大，需要较 高的驱动电压(典型值为 4V)，难以与光源集成， 而且对偏振敏感。
40Gb/s LiNbO3 Modulator
SOP Light in
Polarizer
Blocked
Faraday rotator
Light out Polarizer
Reflect light
与输入偏振态有关的光隔离器的工作原理
光环形器
基本原理：工作原理等同于隔离器，
光传送顺序：12 3 4 （三端口，四端口，多端口）
主要特性： • 插入损耗
•作用: 实现光信号的连接、能量分路/合路、波长复用/解 复用、光路转换、能量衰减、方向阻隔、光-电-光转换、 光信号放大、光信号调制等功能。是构成光纤通信系统的 必备元件。光器件是具有上述一种功能的元器件的总称。
•类型：无源、有源 包括：光连接器、光衰减器、光耦合器、光复用器、光
《光纤通信》课件
总结词
海底光缆通信系统是光纤通信的重要应用之 一，它实现了跨洋、跨国之间的高速、大系统利用光纤作为传输介质， 通过海底光缆将各个国家和地区连接起来， 实现了高速、大容量的信息传输。这种系统 广泛应用于国际通信、广播电视、金融交易 等领域，对于全球信息交流和经济发展具有 重要意义。
光纤通信系统组成
光发信机
将电信号转换为光信号，通过光纤传输。
光纤
传输光信号的介质，具有低损耗、高带宽等 特点。
光收信机
将光信号转换为电信号，实现信息的接收和 解调。
中继器
用于延长传输距离和提高信号质量，包括光 放大器、光检测器等组件。
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。在光纤通信中，利用光的 波动特性进行信息传输。
《光纤通信》课件
目录 Contents
• 光纤通信概述 • 光纤基础知识 • 光纤通信技术 • 光纤通信应用 • 光纤通信发展趋势与挑战 • 案例分析
01
光纤通信概述
光纤通信定义
01
光纤通信是一种利用光波在光纤 中传输信息的通信方式。它通过 光信号的调制和传输，实现信息 的传递和交换。
02
光纤通信具有传输容量大、传输 距离远、传输损耗低、抗电磁干 扰等优点，是现代通信网络的重 要组成部分。
光纤通信发展历程
1960年代
激光的发明为光纤通信奠定了 基础。
1970年代
低损耗石英光纤的研制成功， 为光纤通信的实用化创造了条 件。
1980年代
光纤通信进入实用化阶段，广 泛应用于电话、有线电视等领 域。
1990年代至今
光纤通信技术不断发展，传输 速率和传输距离不断提高，成 为现代通信网络的主流技术。
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高温炉
预制棒
非接触式 测径仪
固化炉
测温仪 炉温 控制
调速设备
收线轮(拉丝机)
9
4.1.7光纤的制造
三、套塑工艺：套上一层尼龙。 目的：进一步保护光纤，提高光纤的机械强度 分为松套和紧套： 松套：光纤可以在套管中松动，机械性能好(套管先 承受压力)；防水性能好(光纤与外套之间有油膏， 因此可以防水) 紧套：不能活动，结构相对简单
高温
Gecl4 o2 Geo2 2cl2 3、缩棒过程：经过外包层，纤芯的沉积，形成一根中空壁厚的石 英管，此时升高火焰温度到1700-2000摄氏度，保持石英管旋转， 软化，在表面张力作用下收缩而将管子中心填满，形成中心区折射 率较高而包层折射率较低的预制棒
8
4.1.6光纤的制造
三、拉丝工艺：示意图
光纤制造工艺
以石英光纤为例，实用的制造方法有内气相氧化法 (IVPO)、外气相氧化法(OVPO)、改进的化学气相沉积法 (MCVD)、气相轴向沉积法(VAD)及等离子化学气相沉积 法(PCVD)等。欧美及我国主要采用改进的化学气相沉积 法MCVD法，该法提高了反应物浓度使沉积速率，比化学 气相沉积(CVD)法快100倍以上，并且可在数小时内将预制 件拉成几公里长的多模纤维，由于简单实用，已成为常规 的光纤生产方法。日本则开发气相轴向沉积法VAD工艺， 除回收率高外，还可制成大型预制件(达2500g，可拉制 50µm芯径的光纤580km)，可采用低纯原料。
包层沉积过程中，常使用的掺杂剂有三溴化硼，三氯化硼等， 反应方程式为：
高温
sicl4 o2 sio2 2cl2
高温
4Bcl3 3o2 2B2o3 6cl2
高温
4BBr3 3o2 2B2o3 6Br2
7
4.1.5光纤的制造
纤芯材料的反应方程式为：
高温
sicl4 o2 sio2 2cl2
1
许多厂家均以SiCl4为原料生产石英光纤，原 因是Fe、Ni、Cu等氯化物易于用精馏法除去。 某些多晶硅生产厂家在用SiHCl3氢还原生产 多晶硅的过程中产生大约30％的副产物SiCl4， 用这种副产物生产光纤显著降低了成本。
为了获得纤芯与包层折射指数呈阶跃变化(SI 型)或梯度变化(GI型)的光纤，生产芯料时皆 在高纯SiCl4(99.9999％)中加入百分之几的 GeCl4，也有掺锗烷的。
高纯四氯化硅提纯工艺示意图
活性氧化 铝吸附柱
活性硅胶 吸附柱
精料槽
四级精馏塔 三级精馏塔 简单蒸馏塔 二级精馏塔 一级精馏塔
5
4.1.3光纤的制造
二、熔炼工艺：将超纯的化学原料经过高温化学反应，合成一个
具一定折射率分布的预制棒。
常用方法：MCVD法(改进的化学汽相沉积法)；PCVD(微波等离子体
法)；VAD和OVD法等(汽相轴向沉积法和管外汽相沉积法)
制造石英光纤的主体原料是四氯化硅，掺杂材料主要是四氯化锗 辅助原料：高纯氧(用于氧化成二氧化硅)；氦(增强热传导，提高 沉积效率)；氯气(脱水用)
杂质：铁，钴，铜，锰，铬，钒，氢氧根等。(影响光纤损耗，必 须使其总浓度下降到几个ppb,即负6次方量级)
4
4.1.2光纤的制造
提纯方法：多次精馏+选择性吸附
精馏：利用原料和杂质沸点不同，通过反复蒸馏，达到提纯目的(可达 到99.9999%)
以四氯化硅的提纯为例，说明其提纯原理
四氯化硅中可能存在的杂质有金属氧化物，非金属氧化物，含氢化 合物。金属氧化物和非金属氧化物的沸点 与四氯化硅(57.6度)相差 很大，可用精馏法提纯；含氢化合物沸点与其接近，但一般有极性， 容易被吸附，适当的吸附剂可以实现分离
MCVD法熔炼过程： MCVD法熔炼工艺示意图
高纯氧
计算机流 量控制
四氯化硅
四氯化锗
配好比例的反 应物混合气体
辅助掺杂剂
同步卡盘 旋转石英反应管 移动火焰
排气
6
4.1.4光纤的制造
MCVD法熔炼过程：分为3个阶段 1、混合阶段：高纯氧以一定的流量在四氯化硅和四氯化锗中鼓泡， 使其以适当的比例配送到石英反应管 2、沉积阶段：高纯氧和四氯化硅和四氯化锗进行反应，沉积在石英 管子内壁，先沉积包层，改变掺杂剂，再沉积纤芯。
10
4.2.1 光缆的结构和种类
2.4.1 光缆的结构 1．光缆的结构
光缆由缆芯、护层和加强芯组成。 （1）缆芯 缆芯由光纤的芯数决定，可分为单芯型和多芯型两种。 （2）护层
护层主要是对已成缆的光纤芯线起保护作用，避免受外界机械 力和环境损坏。护层可分为内护层（多用聚乙烯或聚氯乙烯等）和 外护层（多用铝带和聚乙烯组成的LAP外护套加钢丝铠装等）。
12
4.2.3光缆的结构和种类
图2-20 6芯紧套层绞式光Байду номын сангаас 图2-21 12芯松套层绞式直埋光缆
13
4.2.4 光缆的结构和种类
图2-22 12芯松套层绞式直埋防蚁光缆
14
4.2.5 光缆的结构和种类
图2-23 6～48芯松套层绞式水底光缆
15
4.2.6光缆的结构和种类
图2-24 12芯松套+8芯×2线对层绞式直埋光缆
（3）加强芯 加强芯主要承受敷设安装时所加的外力。
11
4.2.2光缆的结构和种类
2．各种典型结构的光缆
（1）层绞式结构光缆 把经过套塑的光纤绕在加强芯周围绞合而构成。层绞式结构光缆
类似传统的电缆结构，故又称之为古典光缆。 图2-20～图2-24所示是目前在市话中继和长途线路上采用的几种
层绞式结构光缆的示意图（截面）。
16
4.2.7光缆的结构和种类
（2）骨架式结构光缆 骨架式结构光缆是把紧套光纤或一次涂覆光纤放入加强芯周围 的螺旋形塑料骨架凹槽内而构成。 骨架结构有中心增加螺旋型、正反螺旋型、分散增强基本单元 型，图2-25（b）为螺旋型结构，图2-26为基本单元结构。目前， 我国采用的骨架式结构光缆，都是采用如图2-25所示的结构。图227所示是采用骨架式结构的自承式架空光缆。
2
表： MCVD和VAD工艺水平比较
方法 MCVD VAD
最高沉积速率 （g/min）
2.3
9
沉积效率
（%）
50%(SiO2) 15% (GeO2) 70%
拉丝长度 （km）
40
300
3
4.1.1光纤的制造
光纤光缆制造流程图
材料提纯
预制棒熔炼
拉丝
套塑
成缆
材料分析检验 预制棒检验 光纤测试
一、光纤材料的提纯工艺