光通信基础知识
光通信基础
光通信基础
光通信基础是指利用光作为传输介质进行通信的技术。
光通信作为一种高速、高带宽、低延迟的通信方式，已经成为现代通信领域的重要组成部分。
本文将从光通信基础的原理、应用和未来发展等方面进行探讨。
光通信的基础原理是利用光纤作为介质传输信息。
光纤是一种细长的玻璃纤维，能够将光信号沿着其传输，具有低损耗、高带宽、抗干扰等优点。
光通信系统一般包括光源、调制器、光纤、接收器等部分。
光源可以是激光器或LED 灯等，通过调制器将电信号转换成光信号，经过光纤传输到接收器，再将光信号转换为电信号进行解码。
这样就实现了信息的传输。
光通信在各个领域都有广泛的应用。
在通信领域，光通信可以实现高速、高带宽的数据传输，适用于互联网、移动通信等场景。
在医疗领域，光纤传感技术可以实现对人体内部的观测和检测，用于医学诊断和治疗。
在军事领域，光通信可以实现安全、抗干扰的通信，保障国家安全。
在工业领域，光通信可以实现工业自动化和智能制造，提高生产效率和质量。
未来，随着5G、物联网、人工智能等技术的发展，光通信将迎来更广阔的发展空间。
未来的光通信系统将更加智能化、高效化，能够适应复杂多变的通信环境。
同时，光通信的成本也将进一步降低，普及范围将更广。
总的来说，光通信基础是现代通信领域不可或缺的一部分。
其高速、高带宽、低延迟等优点使其在各个领域都有广泛的应用前景。
随着技术的不断进步和发展，光通信将为人类社会带来更多的便利和发展机遇。
希望在未来的发展中，光通信技术能够更好地服务于人类社会的发展和进步。
光通信基础知识
2.1 光纤的结构和分类
2.1.1 光纤的结构
（1）纤芯：纤芯位于光纤的中心部位。
直径d1=4μ m～50μ m，单模光纤的纤芯为4μ m～10μ m
，多模光纤的纤芯为50μ m。 纤芯的成分是高纯度SiO2，掺有极少量的掺杂剂（如
GeO2，P2O5），作用是提高纤芯对光的折射率（n1），以传
输光信号。 （2）包层：包层位于纤芯的周围。
中国电信湖湖北北分省公电信司有限公2司5
2.2 光纤的导光原理
2.2.1 折射和折射率
光线在不同的介质中以不同的速度传播，描述介质的这一特 征的参数就是折射率，或称折射指数。折射率可由下式确定：
n = c/v
其中ν 是光在某种介质中的速度，с 是光在真空中的速度。
在折射率为n的介质中，光传播速度变为c/n，光波长变为 0/n（ 0表示光在真空中的波长）。表2-1中给出了一些介质的
中国电信湖湖北北分省公电信司有限公司6
1.1 光的概念
c＝3×108m/s(真空)
λ ＝c/f
1μ m（微米）＝10−6m 1nm（纳米）＝10−9m
1Å（埃）＝10−10m
1MHz（兆赫）＝106 Hz 1GHz（吉赫）＝109 Hz 1THz（太赫）＝1012Hz
1PHz（拍赫）＝1015 Hz
2.1 光纤的结构和分类
2.1.2 光纤的分类 1.按光纤的材料分类 （1）石英光纤 ；(2）全塑光纤 ； 2.按光纤截面上折射率分布分类 （1）阶跃型光纤；（2）渐变型光纤 ；
图2-2 光纤的折射率分布
中国电信湖湖北北分省公电信司有限公1司9
2.1 光纤的结构和分类
光在阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤的传播 轨迹分别如图2-3和图2-4所示。
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。
频带宽，对于传输各种宽频带信息具有十分重要的意义，否则，无法满足未来宽带综合业务数字网(B-ISDN)发展的需要。
光通信培训课件
偏振复用技术
偏振复用原理
利用光的偏振态不同，将多个独立信号在同一波长上进行复用，提高传输速率和 容量。
偏振复用技术分类
包括偏振复用直接调制和偏振复用外调制两种方式。
前向纠错技术
前向纠错原理
在发送端对数据进行一定的编码处理，在接收端对接收到的数据进行解码处理，从而纠正传输过程中可能出现的 错误。
前向纠错技术分类
案例四：智慧城市中的光传输技术应用
总结词
详细描述
智慧城市对于光传输技术的需求主要体现在 城市管理和公共服务方面。通过使用光纤和 无线相结合的方式，智慧城市可以实现更高 效、更智能和更便捷的数据传输。
在智慧城市中，光传输技术被广泛应用于城 市管理和公共服务领域。例如，通过使用光 纤传感器和高速光模块，智慧城市可以实现 实时监控和管理城市的交通、公共安全和环 境质量等方面的问题。同时，光纤的无线通 信网络也可以为市民提供高速、便捷的网络
将电信号转换为光信号，通过改变光源的 发光强度或相位来实现。
驱动电路
发送模块
为光源提供合适的偏置和调制电流，以控 制光信号的幅度和相位。
将电信号转换为光信号，并进行电光转换 、调制、发送等操作。
光接收机
01
光检测器
将接收到的光信号转换为电信号 。
限幅放大器
进一步放大电信号，并消除噪声 干扰。
03
02
案例三：电力通信网中的光传输技术应用
总结词
电力通信网对于光传输技术的需求主要体现在高可靠性和安全性方面。通过使用光纤和光器件，电力通信网可以 实现更稳定、更可靠和更安全的数据传输。
详细描述
在电力通信网中，光传输技术被广泛应用于电力线路和变电站之间的互联。通过使用光纤和光器件，电力通信网 可以实现高速、大容量的数据传输，满足电力通信网对于高可靠性和安全性的需求。另外，光纤的物理特性也使 得电力通信网在遭受自然灾害或其他干扰因素时能够保持相对稳定的数据传输服务。
光通信基础知识
B1
N1
B2
N2
N1<N2
11
1.2 光的传播
1.2.5 光的吸收
• 光在绝对真空中，能量不会被吸收，但在其他媒介中， 光有可能转化为热能，也有能转化为化学能或其他能量 形式，这种现象称为媒介对光的吸收。某些材料，它可 以让特定波长的波通过而将其他波长的波吸收，利用这 一特性便可制作滤光片。在某种特定条件下，某些媒介 对光的吸收为负值，光线通过该媒介时，光强会增加， 当然需要给该媒介补充额外的能量，这就是激光器的制 造原理。
折射率。
表2-1 不同介质的折射率
材料 折射率
空气 1.003
水
玻璃
1.33
1.52～1.89
石英 1.43
钻石 2.42
26
2.2 光纤的导光原理
当一条光线照射到两种介质相接的边界时，入射光 线分成两束：反射光线和折射光线（如图2-9所示）。
图2-8 光的折射
图2-9 光的反射
斯涅耳定律给出了定义这些光线方向的规则：1 = 3 n1sin 1 = n2sin 2
25
2.2 光纤的导光原理
2.2.1 折射和折射率
光线在不同的介质中以不同的速度传播，描述介质的这一特 征的参数就是折射率，或称折射指数。折射率可由下式确定：
n = c/v 其中ν是光在某种介质中的速度，с是光在真空中的速度。 在折射率为n的介质中，光传播速度变为c/n，光波长变为 0/n（ 0表示光在真空中的波长）。表2-1中给出了一些介质的
5
1.1 光的概念
光波波谱图
6
1.1 光的概念
c＝3×108m/s(真空)
λ＝c/f
1μm（微米）＝10−6m 1nm（纳米）＝10−9m 1Å（埃）＝10−10m
光通信知识
光通信知识光通信是一种基于光波传输信息的技术，它利用光信号在光纤中的传输来实现高速、远距离的数据传输。
相比传统的电信号传输方式，光通信具有更高的传输速率和更大的带宽，因此在现代通信领域得到了广泛应用。
光通信的基本原理是利用光的特性进行信息传输。
光是一种电磁波，它的波长较短，频率较高，能量较大。
光通信系统通过发射器将电信号转换为光信号，然后通过光纤传输光信号，最后再通过接收器将光信号转换为电信号。
在光纤中，光信号通过反射和折射的方式进行传输，因此可以实现长距离的传输。
光通信系统由三个主要部分组成：光源、光纤和接收器。
光源一般采用激光器或发光二极管，它们能够产生高强度、高稳定性的光信号。
光纤是光通信的传输介质，它由高纯度的玻璃或塑料制成，具有较低的损耗和较高的抗干扰能力。
接收器将光信号转换为电信号，一般采用光电二极管或光探测器。
光通信具有许多优势。
首先，光通信的传输速率很高，可以达到数十个Gbps甚至更高。
这使得光通信在大容量数据传输和高速互联网接入方面具有重要应用价值。
其次，光通信的传输距离较远，光信号在光纤中的传输损耗相对较小，因此可以实现数十公里甚至更远距离的传输。
此外，光通信还具有抗电磁干扰和安全性高的特点，使得数据传输更可靠和安全。
光通信在各个领域都有广泛的应用。
在电信领域，光通信已成为主要的传输方式，用于实现长距离电话通信和互联网接入。
在数据中心和计算机网络中，光通信可以实现高速、大容量的数据传输，满足云计算和大数据时代的需求。
此外，光通信还在军事、医疗、航天等领域得到了广泛应用。
然而，光通信也存在一些挑战和问题。
首先，光纤的制造和敷设成本较高，对于一些发展中国家而言，光通信的普及仍然面临一定的困难。
其次，光通信系统对环境的要求较高，如温度、湿度等，这也增加了系统的复杂性和维护成本。
此外，光通信在大气、水下等特殊环境下的传输也存在一定的挑战。
为了克服这些问题，研究人员一直在努力提高光通信技术。
光通信技术的使用教程
光通信技术的使用教程随着信息时代的到来，人们对于高速、高效的数据传输需求越来越迫切。
而光通信技术作为一种高速、长距离、大容量的传输方式，被广泛应用于通信领域。
本篇文章将向您介绍光通信技术的使用教程，帮助您了解光通信技术的基本原理及使用方法。
一、光通信技术的基本原理光通信技术是利用光作为信号载体进行信息的传输和交换。
光通信的基本原理主要涉及光的产生和传输两个方面。
1. 光的产生光通信中常用的光源主要包括激光二极管（LD）和半导体激光器（LD）。
这些光源能够通过电流激发出光，产生出高纯度和高稳定性的光信号。
2. 光的传输光的传输分为光纤传输和自由空间传输。
光纤传输是利用光纤作为传输介质，将光信号通过光纤传输到目标位置。
自由空间传输则是直接将光信号通过自由空间进行传输。
二、光通信技术的使用方法光通信技术的使用方法主要包括光纤连接、光信号调制与解调、以及光网络结构的构建。
1. 光纤连接光纤连接是指将光源产生的光信号通过光纤传输到目标位置的过程。
连接光纤的方法主要有两种：插入式连接和螺纹式连接。
在进行光纤连接时，需要注意光纤的对齐和保持端口的清洁，以确保光信号能够有效传输。
2. 光信号调制与解调光信号调制与解调是光通信中的核心技术。
通过改变光信号的强度、频率或相位等参数，将数字信号转换为光信号进行传输，再将光信号转换为数字信号进行解读。
光调制器和光解调器是实现光信号调制和解调的重要装置。
3. 光网络结构的构建光网络结构是指在光通信中构建一套稳定、高效的网络系统，实现多点之间的光信号传输。
光网络主要由光发射器、光放大器、光开关和光接收器等组成。
在构建光网络时，需要根据需求选择合适的设备，合理规划光路和信号传输路径。
三、光通信技术的应用领域光通信技术广泛应用于各个领域，包括电信、互联网、数据中心、无线网络以及军事等。
下面将介绍几个典型的应用领域。
1. 电信随着通信业务的增长，传统的铜线传输方式已经无法满足需求，光通信技术成为了电信领域的首选。
光通信技术的基础知识
光通信技术的基础知识随着信息技术的不断发展，人们对于通信技术的需求也越来越高。
在这个大数据时代，通信技术已经成为了人们生产、生活和社交中不可或缺的一部分。
而随着光通信技术的兴起，人们对于传输速率和传输信号质量的追求也不断提高。
那么什么是光通信技术呢？它的基础知识有哪些呢？下面就让我们来了解一下。
一、什么是光通信技术？光通信技术是利用光波来传递信息的通信技术，它的传输速度快且带宽高，具有广阔的应用前景。
光通信技术已经成为现代通信业的重要领域之一，它应用于许多领域，比如：电视、电脑、互联网等等。
二、光通信的原理光通信的原理是利用光波传输信息，这里的光波指的是电磁波的一种。
光波的传播速度很快，达到每秒约30万公里，而且光波的带宽也非常大，可以支持高速数据传输。
光通信的传输过程主要分为三个步骤：1.信号的产生：光通信的信号可以由光源产生，光源可以是激光器、LED等光电器件。
2.信号的调制：信号调制是将信息信号转换成光通信能够传输的信号，通常采用调制器将信息转换成光脉冲信号。
3.信号的传输：光脉冲信号通过光纤进行传输，经过光放大器放大，最终被接收端接收并解调为原始信号。
三、光通信的应用光通信技术应用广泛，除了在电视、电脑、互联网等领域中使用，还应用于以下领域：1.航空航天领域：光通信技术可以用于卫星通信、星地通信等。
2.医疗领域：医疗器械中的光纤系统可以用于手术、诊断等。
3.工业领域：应用于机器人控制、传感器监视等。
四、光通信的发展趋势随着社会的不断发展，人们对于光通信技术的需求也越来越多，所以光通信技术的发展也受到了人们的广泛关注。
未来的发展方向主要体现在以下几个方面：1.提高传输速度：研究者面临着更高的数据传输速率、更广泛的带宽需求以及更有效的通信方式的挑战。
因此，研究和开发更高速、更有效的光通信技术是未来的发展方向。
2.节约能源：未来光通信技术需要节约能源，以减少环境污染，实现经济、社会和环境的可持续发展。
光通信行业入门资料
光通信行业入门资料光通信行业入门资料1. 介绍光通信是指利用光传输信号的通信技术。
它以光纤为传输媒介，通过光的全反射原理实现信息的传输。
在当前信息化社会的背景下，光通信作为一种高效、高速、大容量的通信方式，已成为现代通信领域中不可或缺的一部分。
本文档将介绍光通信的基本原理、技术发展历程、应用领域以及未来发展趋势，为读者提供光通信行业的入门资料。
2. 光通信的基本原理光通信的基本原理是利用光的全反射现象，在光纤中传输光信号。
光信号通过光发射器产生的光源转化为光脉冲信号，再经过光纤传输到接收端，由光接收器将光信号转化为电信号。
光纤作为光信号的传输媒介，具有低衰减、高带宽、抗干扰等优点，能够支持高速、大容量的数据传输。
在光纤中，光信号以光纤的传播模式（多模或单模）进行传输，通过光的全反射，光信号可以在光纤中传输的距离非常远。
3. 光通信的技术发展历程3.1 光通信的起源光通信的起源可以追溯到19世纪末的光电效应和拉赫曼效应的发现。
20世纪60年代，第一根光纤问世，并实现了光信号在光纤中的传输。
3.2 光通信的发展20世纪80年代，随着半导体激光器的发展，光通信进入了实用化阶段。
传统的长途电话线路开始逐步被光纤取代，光通信技术在通信领域取得了重大突破。
1998年，WDM（波分复用）技术的出现使光通信的传输容量大幅提升。
随后，光纤通信网络逐步覆盖了全球各地，光通信成为全球信息交流的重要手段之一。
3.3 光通信的现状目前，光通信技术已经非常成熟，广泛应用于长途通信、数据中心、移动通信等领域。
传输速率也从最初的几百兆提升到了现在的几十、甚至上百Tbps。
光通信技术的成熟为人们的日常生活提供了更加便捷和高效的通信方式。
4. 光通信的应用领域光通信广泛应用于以下几个领域：4.1 长途通信光纤通信网络已经覆盖了全球各地，成为实现全球信息互联的关键技术。
光通信在长途电话、互联网传输等领域发挥着重要作用。
4.2 数据中心随着云计算、大数据等技术的发展，数据中心需求快速增长。
光通信培训课件
应用场景
保护数据传输安全、防止数据泄露、 确保通信内容不被篡改
防火墙技术及其部署策略
防火墙技术
包过滤防火墙、代理服务 器防火墙、应用层网关防 火墙等
部署策略
根据网络拓扑结构、安全 需求等因素，选择合适的 防火墙技术和部署位置
配置规则
根据安全策略，配置防火 墙的访问控制规则，确保 内外网络的隔离和访问控 制
根据业务需求和技术发展趋势，设计合理的城域网架构调整方案 。
实施过程与效果评估
详细介绍实施过程，包括设备替换、配置变更、网络调试等，并 对实施效果进行评估。
某大型活动网络保障方案设计与实施过程回顾
活动背景与需求分析
介绍活动背景、规模和影响范围，分析网络保障需求。
网络保障方案设计
设计合理的网络保障方案，包括带宽保障、网络安全、应 急预案等。
根据信道特性和传输距离选择合适的调制方式，如QAM、PSK等 ，以提高传输速率和可靠性。
编码方式优化
采用高效的编码方式，如前向纠错编码、重复码等，以降低误码率 和提高传输性能。
多级调制和编码组合
结合多种调制方式和编码方式，实现多级调制和编码的组合，进一 步提高传输性能。
故障诊断与排除技巧
01
02
03
光通信培训课件
汇报人： 日期:
目录
• 光通信基础知识 • 光通信设备与器件 • 光通信网络架构与协议 • 光通信系统设计与优化 • 光通信安全与防护技术 • 实际案例分析与实践操作演示
01
光通信基础知识
光通信定义与发展
光通信定义
光通信是一种利用光波作为信息 载体进行传输的通信方式。
光通信发展历程
光通信基础
光通信基础介绍光通信是一种利用光传输信息的技术，它的基本原理是利用光纤将光信号转化为电信号，通过光电转换器实现信号的发射和接收。
在现代通信中，光通信已经成为一种重要的传输方式，它具有高速、大容量、低损耗等优势。
本文将详细介绍光通信的基础知识。
光通信系统结构光通信系统主要由三个部分组成：光发射器、光纤和光接收器。
光发射器用于将电信号转化为光信号，光纤用于光信号的传输，光接收器则将光信号转化为电信号。
下面将详细介绍每个部分的工作原理。
光发射器光发射器一般由电调制器和光源组成。
电调制器负责将电信号转化为光信号，常见的电调制器有电吸收调制器和电变容调制器。
光源则产生光信号，常见的光源有激光二极管和半导体激光器。
光发射器的关键性能参数包括调制带宽、输出功率和调制深度等。
光纤光纤是光通信系统中的传输介质，它由一根细长的玻璃或塑料材料组成，具有较高的折射率。
光纤通过光的全反射原理，使光信号沿着纤芯传输。
光纤的关键性能参数包括损耗、带宽和色散等。
目前，光通信主要采用单模光纤，它可以实现更高的传输带宽和距离。
光接收器光接收器主要由光电转换器和电信号处理电路组成。
光电转换器将光信号转化为电信号，常见的光电转换器包括光电二极管和光电倍增管。
电信号处理电路负责对电信号进行放大、滤波和解调等处理，以恢复原始的信息信号。
光通信的优势光通信相比传统的电信信号传输方式具有许多优势，下面将详细介绍这些优势。
高速传输光通信可以实现很高的传输速率，目前已经实现了数百Gbps甚至Tbps级别的传输速率。
这使得光通信在大容量数据传输和高速互联网应用中具有重要地位。
大容量传输由于光纤具有较大的带宽，光通信可以实现大容量的信号传输。
相比传统的铜线传输方式，光通信可以同时传输多个信号，提高了传输效率。
低损耗光在光纤中传输时几乎没有损耗，可以实现长距离的传输。
相比传统的电信号在铜线中传输，光通信可以实现更远的传输距离，减少了中继设备的数量和成本。
光通信基础知识
GRIN LENS 的应用
用于Collimator
Collimated beam
Fiber end
Real image of the fiber end
Grin Lenses (0.23 pitch)
GRIN LENS 的应用
用于Isolator
GRIN LENS 的应用
用于Isolator
您即将接触到的光学产品
无源器件（PASSIVE）-被动器件（光-光传输）
Active Products
Sourcing laser
Cooled TOSA
CW1550
Uncooled TOSA
Tunable
Pump laser
Modulator
OA
2.5Gb/s
APE
10Gb/s
PD
x,y,z
Grin Lenses (0.23 pitch)
GRIN LENS 的应用
另外，有提出：由于单片GRIN Lens难以同时满足单模光纤的小芯径（约8~10μm)小数值孔径的要求（一般为0.11），而采用两片GEIN Lens 构成耦合系统，这样可进一步降低器件的插损。
Application of GRIN LENS
Parameters of GRIN Lens
4. 节距（pitch）
指光线在GRIN Lens中所走过的一个完整周期的长度L。 在光纤通信用的器件中，常采用的是1/4(L)节距的GRIN Lens。
Point Source
0.25 pitch
Parameters of GRIN Lens
H
M
L
Uniformity, Batch-to-batch
光通信的原理
光通信的基本原理1. 光通信简介光通信是指利用光作为信息传输的媒介，将信息从一个地方传输到另一个地方的通信方式。
与传统的电信方式相比，光通信具有带宽大、传输速度快、抗干扰能力强等优势，被广泛应用于长距离通信、高速数据传输等领域。
光通信的基本原理是利用光纤作为传输介质，通过调制光信号来实现信息的传输。
下面将详细介绍光通信涉及到的基本原理。
2. 光纤的工作原理2.1 光纤结构光纤是由两个主要部分组成：芯和包层。
芯是光纤中心的一条细长区域，其折射率较高；包层则包围在芯外部，其折射率较低。
这种结构使得在一定条件下，光可以沿着芯进行多次反射而不发生损耗。
2.2 全内反射当光从高折射率介质（如芯）射入低折射率介质（如包层）时，若入射角小于一个临界角，光线会被全内反射，并沿着高折射率介质传播。
这就是光纤中光信号的传输原理。
2.3 多模光纤和单模光纤根据芯的直径不同，光纤可分为多模光纤和单模光纤。
多模光纤的芯较粗，能够容纳多条不同路径的光信号传输；而单模光纤的芯较细，只能容纳一条路径的光信号传输。
在实际应用中，多模光纤适用于短距离通信，而单模光纤适用于长距离通信。
3. 光信号调制与解调3.1 光信号调制在发送端，将要传输的信息转化为电信号，并利用调制技术将电信号转化为可以携带信息的光信号。
常见的调制方式有强度调制、频率调制和相位调制。
•强度调制：通过改变输入到激光器中的电流来改变激光器输出的强度。
•频率调制：通过改变输入到激光器中的电流来改变激光器输出的频率。
•相位调制：通过改变输入到激光器中的电流来改变激光器输出的相位。
3.2 光信号解调在接收端，利用解调技术将接收到的光信号转化为电信号，并提取出原始信息。
常见的解调方式有直接检测法、相干检测法和差分相干检测法。
•直接检测法：利用光电二极管或光敏二极管将光信号转化为电信号，然后通过放大和滤波等处理得到原始信息。
•相干检测法：利用光学材料的非线性特性，将光信号与参考光进行干涉，从而得到原始信息。
光通信基础知识大全
光通信基础知识⼤全光纤的发明，带动了通信领域内的⾰命，如果没有光纤提供⼤容量的⾼速通道，互联⽹也只能停留在理论设想阶段。
如果说，20世纪是电的时代，那么21世纪就是光的时代。
光到底是如何做到能通信的？下⾯和⼩编⼀起学习⼀下光通信相关的基础知识吧。
Part1.光传播基础知识认识光波光波实际上是⼀种电磁波，在⾃由空间中电磁波的波长与频率成反⽐，两者乘积等于光速，即：将电磁波的波长或频率按顺序排列组成电磁波谱，根据波长或频率的不同，电磁波可以分为射线区、紫外线区、可见光区、红外线区、微波区以及⽆线电波区和长波区。
⽽⽤于通信的波段主要是红外线区、微波区以及⽆线电波区，下⾯⼀幅图让⼤家分分钟明⽩通信波段划分及对应的传播媒质。
本⽂的主⾓“光纤通信”使⽤的是红外线波段的光波。
提到这⼀点⼤家可能会疑问，为什么⼀定是红外波段？这个问题跟光纤材料也就是⼆氧化硅玻璃的光传输损耗有关，接下来就需要先了解光纤是如何传输光的。
光的折射、反射和全反射光从⼀种物质射向另⼀种物质时，在两种物质的交界⾯会发⽣折射和反射，且折射⾓度随⼊射光的⾓度增⼤⽽增⼤。
如下图中①→②。
当⼊射⾓达到或超过某⼀⾓度时，折射光会消失，⼊射光全部反射回来，这就是光的全反射，如下图中的②→③。
不同的材料折射率不同，因此光在不同介质中传播速率不同。
折射率⽤n表⽰，n=c/v，c为真空中速度，v为介质中的传播速度。
折射率较⾼的介质称为光密介质，折射率较低的称为光疏介质。
发⽣全反射的两个条件为：•由光密介质传输到光疏介质•⼊射⾓⼤于或等于全反射临界⾓为了避免光信号泄露和降低传输损耗，光纤中的光传输都是发⽣在全反射条件下的。
Part2.光传播媒质（光纤）介绍光纤结构有了全反射光传播的基础知识，就很容易理解光纤的设计结构了。
光纤裸纤分为三层：第⼀层纤芯：位于光纤的中⼼部位，成分为⾼纯度的⼆氧化硅即玻璃。
芯径⼀般为9-10微⽶（单模）、50或62.5微⽶（多模）。
纤芯折射率较⾼，⽤来传送光。
光通信基础知识解析
20 10 0
1.0 0.8
损耗 (dB/km)
损耗 (各类光纤)
0.4
NZDF+ G.655+ NZDFG.655-
0.2 0.1 1.2 1.3
-10 -20
1.4
1.5 波长 (um)
1.6
1.7
色散 (ps/nm-km)
EDFA 带宽
影响传输性能的光纤特性
光纤损耗=>功率减弱
光纤色散 => 脉冲变形 ( 时域 ), 线性过程 ,
光纤
光纤的传播模式
高次模
基模 低次模
• 在光纤的数值 孔径角内，以某一角度射入 光纤端面，并能在光纤的纤芯到包层界面 上形成全反射的传播光线就可称为一个光 的传输模式。
光纤
光纤的传播模式
• 多模光纤：突变型光纤 渐变型光纤（G.651） • 单模光纤：标准常规光纤（G.652） 色散位移光纤（G.653） 非零色散位移光纤（G.655） 色散补偿光纤
光纤
光纤的工作波长
• 短波长光纤：0.6~0.9nm • 长波长光纤：1310~1550nm
影响系统性能的光纤特性
光纤损耗 光纤色散
光纤偏振模色散
光纤非线性
光纤损耗
• 吸收损耗 – 本征吸收 – 紫外吸收 – 红外吸收 • 散射损耗 – 瑞利散射
光纤损耗
光纤损 耗图谱
1.0 0.8
损耗(dB/km)
• 直到60年代中期，优质光学玻璃的损耗仍 高达1000dB/km，2x1081J，1047年太阳光能； • 英国标准电信研究所的华裔科学家高锟博 士于1966年发表了一篇论文，提出利用带 有包层材料的石英玻璃光纤作为光通信媒 介； • 1970年美国康宁（Corning）公司制成损耗 为20dB/km的低损耗石英光纤。
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➢ 光纤弯曲半径不宜过小 ➢ 光纤的切断和连接操作技术要求较高 ➢ 分路、耦合操作繁琐
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光通信系统
——概述
3、光缆线路特点：
(1)光缆线路的中继距离长。 (2)光缆线路一般无需进行充气维护，因为绝大部分光缆均为 充油光缆，即缆芯中均充满了石油膏。 (3)光缆接头装置及剩余光缆的放置必须按规定方法进行，以 保证光纤应有的曲率半径，尽可能地减少光信号衰减。 (4)在水泥管孔中布放多条光缆时均需加塑料子管保护。 (5)光纤的接续方法与接续设备均比电缆线路复杂，技术含量 更高。
2、G.652B相对于G.652A，PMDQ链路值由0.5降低至0.2 3、G.652D相对于G.652B，降低了水峰衰减，相对于 G.652C降低了偏振模色散。
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光通信系统
——通信光纤
[dB/km] 0.45
G.652D光纤的衰减光谱曲线
0.40
0.35
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
县中 心4
省中心
县中 心5
地区 中心
县中 心6
C3层
县中 心1
县中 心3
C4层
站点2
站点1
县中心 2
站点3 站点4 站点5
站点8
站点6
站点7
站点9
站点10 6
光通信系统概述
7
光通信系统
通信传输网常用的物理媒体——光纤、微波、电缆 以光纤为通信载体，可提供高速往外通道的光纤传输网已成为目前通 信传输网的主要部分。 一个基本的光纤通信系统由三大部分构成：光发射设备、光纤光缆、 光接收设备。
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光通信系统
——通信光纤
(6)光纤的机械特性 ➢ 拉力强度：由光纤表面的微裂纹决定筛选应力：0.69GPa ➢ 静态疲劳：微裂纹、水分和一定的应力
(7)光纤的非线性效应 在带有掺铒放大器密集波分复用大容量、超高速的光纤通信系统中， 由于大的光功率引起信号与光纤的相互作用而产生各种非线性效应。
非线性效应种类： ➢ 自相位调制效应(SPM) ➢ 受激拉曼散射(SRS) ➢ 四波混频(FWM)
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光通信系统
——通信光纤
(5)截止波长： λcc 单模光纤通常存在某一波长，当所传输的光波长超过该波长时，光纤就 只能传播一种模式(基模)的光，而在该波长之下，光纤可传输多种模式 (包含高阶模)的光。 规定截止波长的目的：确保单模传输条件，防止模式噪声的影响。
参考数据： ITU-T G.652光纤在长2m光纤上的截止波长控制范围：1100～1280nm， 在长22m光缆上小于1260nm(满足一种指标即可)，G.655光纤未作规定， 但应小于1480nm。
产生衰减的原因：光吸收、光散射 常用光纤平均衰减： G.652光纤（B1） 1310nm波长: 衰减平均值≤0.36 dB/km 1550nm波长: 衰减平均值≤0.22 dB/km G.655光纤（B4） 1550nm波长: 衰减平均值≤0.22 dB/km
17
光通信系统
——通信光纤
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光通信系统
光通信系统
——通信光纤
光纤 一次涂覆层 缓冲层 二次涂覆层
松套光纤
松套管(PBT) 油膏 一次涂覆层 光纤
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光通信系统
——通信光纤
(2)光纤的分类 ➢ 按光纤的材料分：石英光纤、塑料光纤(正在研究、试用阶段) ➢ 按光纤剖面折射率分布分：阶跃型光纤、渐变型光纤见下图
➢ 按传输的模式分：多模光纤、单模光纤 ➢ 按ITU-T建议分：G.651(渐变型多模光纤)、G.652(普通单模光纤)、 ➢ G.653(色散位移光纤)、G.654(1550nm性能最佳光纤)、G.655 光纤(非零色散位移光纤)
输入 电信号
光发射机
调制
光源
光纤光缆
光接收机
光电 检测
放大 恢复
输出 电信号
光纤通信系统的基本构成
8
光通信系统
——概述
1、光纤通信 光波为载波，光导纤维为传输介质的通信方式
2、光纤通信的特点 (1)优点：
➢ 传输频带极宽，通信容量很大 ➢ 传输衰减小，距离远 ➢ 信号串扰小，传输质量高 ➢ 抗电磁干扰，保密性好 ➢ 光纤尺寸小，重量轻，便于运输和敷设 ➢ 耐化学腐蚀，适用于特殊环境 ➢ 原材料资源丰富,节约有色金属
0.05
0.00
24
1230 1250 1270 1290 1320 1340 1370 1382 1385 1400 1430 1460 1480 1510 1530 1560 1575 1600
光通信系统
——通信光纤
（4）单模光纤的光波段划分：
工作波段区别： 1、 G.652A：O+C 2、 G.652B：O+C+L 3、 G.652C：O+E+S+C+L 4、 G.652D：O+E+S+C+L
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光通信系统
阶跃型光纤、渐变型光纤
——通信光纤
n2
n1
n2
n1
（a）阶跃型单模光纤 （b）阶跃型多模光纤
n2
N(r)
（c）渐变型多模光纤
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2、光纤的导光原理
n1为纤芯折射率 n2为包层折射率
光通信系统
——通信光纤
1 2
阶跃型光纤的导光原理
n2 n1
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光通信系统
——通信光纤
3、单模光纤的主要参数 (1)几何特性：模场直径9～10μm，偏差小于10％；模场同心度误差不 得大于1μm，实际商用小于0.5μm。 (2)弯曲损耗：宏弯损耗G.652在1550nm,100圈直径为60mm的光纤所增 加的损耗不得大于1dB，G.655光纤不应大于0.5dB。 (3)衰减：表明了光纤对光能的传输损耗，是对光纤质量评定和确定光 纤通信系统中继距离的重要依据。
10
光通信系统光纤知识
11
光通信系统
——通信光纤
1、光纤 (1)光纤的结构 光纤由两种不同折射率的玻璃材料拉制而成。 多模纤芯的标称直径为50μm或62.5μm，单模光纤纤芯的标称模称直径为
9～10μm。
包层（n2）
纤芯（n1）
D
D为光纤纤芯直径或模场直径
光纤的基本结构
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(1)光纤的结构
紧套光纤
本地网线路
县间中心 (桂林）
县中心 (阳朔）
县间中心 (宁波）
县中心 (余姚）
本地网线路 （C3）
本地网线路 （C4）
站
站
站
站
4
2、长途通信线路系统组成
终端站 （南宁）
终端站 （桂林）
无人中继站
无人中继站
有人中继站 （王灵）
有人中继站
中继段
有人中继站
无人中继站
分路站 （柳州）
5
3、本地网通信线路系统组成
光通信基础知识 黄明晖
——网络、光纤、光缆
二○○八年八月
主要内容
传输网简介 光通信系统概述 光通信系统光纤知识 光通信系统光缆知识
2
传输网简介
3
1、我国传输网结构
省间中心 （北京）
省间中心
长途干线
省间中心 （广州）
省中心 （南宁)
省间中心 （上海）
省中心 （杭州)
一一级级干干线线C1 二级干线C2
波段 O E S C L U
波长范围（nm） 1260-1360 1360-1460 1460-1530 1530-1565 1565-1625 1625-1675
25
光通信系统
——通信光纤
（5）、G652D光纤的应用（感应型的） G.652D光纤在CWDW系统中的应用 1、城域网中“G.652D光纤+CWDM”非常具有吸引力。由于G.652D光纤开 通了全波段使用，因此适合于信道间隔大的CWDM，能显著降低系统成本。 目前，一些主流光传输设备供应商纷纷推出了商用的CWDM系统，支持8波 并可升级到18波系统。只有低水峰光纤（G.652D）才能支持18波CWDM系 统。 2、G.652D光纤在DWDM系统中的应用 低水峰光纤为城域DWDM系统提供了更高的灵活性，优化波段分配。比如 将2.5Gb/s光通道安排在S、C及L波段，而将10Gb/s光通道安排在E波段。 由于E波段的色度色散较小（相当于C波段色散的一半左右），10Gb/s光 通道的色散受限距离将延长一倍，即160公里以上，这样系统不需要色散 补偿，保证系统的透明性。 3、G.652D光纤在用户接入网中的应用 G.652D光纤在“最后一公里”的用户接入网中同样大有可为，如基于PON 技术系统。
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光通信系统
——通信光纤
4、单模光纤的选用 选用原则： （1）工作波长因素
➢G.652光纤在1550nm窗口衰减小，但其在1550nm窗口色散大，不利于 高速系统的长距离传输。 ➢G.653光纤在1550nm窗口色散为零，但其在波分复用时会出现四波混 频效应，故被限用于单信道高速系统。 ➢G.655光纤在1550nm窗口衰减小、色散低，大大减少四波混频效应， 故其可用于远距离、波分复用、高速系统。 ➢新建系统在传输速率和价格允许的条件下，应优选G.655光纤。扩容 系统将原系统的G.652光纤的工作波长选择到1550nm波长，可用色散 补偿光纤来解决色散问题。 （2）衰减和非线性因素 对采用波分复用和光纤放大器的高速系统较优先选用G.655光纤和 G.652D光纤。
目前，国外运营商已经普遍采用G.652D光纤。并逐步淘汰G.652（A、
B、C）光纤。而国内市场，目前已经有部分运营商开始指定使用G.652D
光纤，但用量还不是很大。
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光通信系统