现代通信技术2光纤通信

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现代光通信--光话
1880年贝尔发明‘光话’，他以日光为光源，大气 为传输媒介，传输距离是200米；
1881年贝尔发表了论文《关于利用光线进行声音的 复制与产生》；
贝尔的光话始终没有实用化：
1、没有可靠的、高强度的光源； 2、没有稳定的、低损耗的传输媒介。
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1970年光纤通信元年
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梯度型单模光纤的典型结构
涂覆层
包层 n1
芯
n2
折射率呈梯度分布和更低的衰减，使其性能比阶 跃性单模光纤要好得多！
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单模光纤
标准单模光纤（G.652光纤） 色散位移单模光纤（G.653光纤） 1550nm波长最低衰减光纤（G.654光纤） 非零色散位移光纤（G.655光纤） 色散补偿光纤（G.65X光纤） 色散平坦光纤
化量
模数变换
码编
PCM信号 再 生 中 继
信道
PCM信号生 再
码解
通 低 话音 信号
模数变换
（Pulse Code Modulation---PCM）
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3. 光纤通信
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3.1 光纤通信简史
古代光通信
3000年前的烽火台； 17世纪中叶，发明了望远镜； 1791年，法国人发明了信号灯。
反射：
1=1`
折射：
n2
n 1 sin 1 =n 2 sin 2
全反射：
sin 1 >= n 2 / n 1
n1
2
1 1`
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4.3 光纤的传输特性
衰减 色散
偏振模色散 光纤的非线性效应
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衰减
衰减－－表明光纤对光能的传输损耗。 光在光纤中传播时，平均光功率沿光纤长度 按照指数规律减少:
非本征 金属离子 OH离子、H2 波导缺陷
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色散
脉冲展宽
T
光纤中的信号是由不同的频率成分和不同的 模式成分来携带的，这些不同的频率成分和 不同的模式成分的传输速度不同，从而引起 －－色散
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光纤的非线性效应
散射影响
受激布里渊散射（SBS） 受激拉曼散射 （SRS）
光纤克尔(折射率引起)效应
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光纤通讯的优点
具有传输频带宽、通信容量大 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，质量轻便于运输和敷设 耐化学腐蚀，适用于特殊环境 原料资源丰富 节约有色金属
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4. 光 纤
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4.1 光纤传输基本原理
光纤通信所用的光波长范围在800－1600nm的近红外区 光的传播是通过电场、磁场的状态随时间变化的规律表现出来的。
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4.5 光缆结构与分类
结构：
缆芯、 加强件、 护层（护套）。
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光缆结构图
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光缆型号表示方法
1、型号的组成
型号由产品型式和规格两大部分组成。
格 式： 型式 规格
型 式──由以下五部分组成：
分类
加强 构件
结构 特征
护套 外护层
1.55um (ITU-T G.655)非零色散位移单模光纤,在1.55um损耗小,色散小,非线性效应
小
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3.2 光纤通信
以光波为载频，以光导纤维为传输介质的通 信方式
波长范围是近红外区，即0.8-1.6微米 目前所采用的三个实用通信窗口
短波波长段－－波长为0.85微米 长波波长段－－1.31微米和1.55微米
光纤通信技术
西安科技大学 通信与信息工程学院
韩晓冰 教授
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1wenku.baidu.com 通信
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1.1 通信系统模型
信源 信宿
处理与编码 解码与处理
发射设备 传输媒质
接收设备
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1.2 通信网的基本构成
终端设备 传输链路
光纤传输系统 卫星传输系统 数字微波传输系统
转接交换设备
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1.3 电话通信网的等级结构
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
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衰减谱
衰减系数与波长的函数关系
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衰减起因
损耗 吸收
散射
本征 紫外吸收 红外吸收 瑞利散射 米氏散射 受激布里渊散射 受激拉曼散射
自相位调制（SPM） 交叉相位调制（XPM） 四波混频（FWM）
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4.4 光纤的类型
多模光纤：纤芯直径为50-75微米 在一定的工作波长下，有多个模 式在光纤中传输
单模光纤：纤芯直径很小，约4-10微米 理论上只传输一种模式
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阶跃型单模光纤的典型结构
涂覆层
包层 n1
芯
n2
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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1976年，发现光纤的衰减在长波长区有：1.31um和 1.55um两个窗口
1980年，产生了低衰减光纤，在1.55um的衰减系数为 0.20dB/km已接近理论值
(ITU-T G.652)常规单模光纤,在1.31um的零色散为零 (ITU-T G.653)色散位移单模光纤,低损耗和零色散均在1.55um,工作波长为
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光纤心线的剖面结构示意图
纤芯
包层 一次涂覆 二次涂覆 （套塑） 2a
2b
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4.2 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。
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平面波的反射和折射
1960年，第一台相干振荡光源--红宝石激光 器问世；1962年，半导体激光器问世；
1970年贝尔实验室制作出可以在常温下连续 工作的铝镓砷（AlGaAs）半导体激光器。
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直到60年代中期，优质光学玻璃的损耗仍高 达1000dB/km；
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；
国际
长途网
本地网
国际局
一级交换中心C1 二级交换中心C2 三级交换中心C3 四级交换中心C4 端 局 C5 T
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2. 传 输 系 统
光纤传输系统 卫星传输系统 微波传输系统
同轴传输系统 明线传输系统 载波传输系统
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PCM电话通信系统示意图
发送端
接收端
话音 样 抽 信号