光纤传输及宽带网络技术
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光纤传输及宽带网络技术
第1章 光纤传输原理
1.1光纤传输的特点：
光纤对光信号的衰减极小。 每km光纤对信号的衰减为0.2分贝，调幅光
纤不加中继可传输40km左右，数字光纤 可传输100km以上。 光纤不易受电磁干扰，传输质量很好。 光纤的容量极大。每一根光缆中包含4根至 几千根光纤，每根光纤可复用几十个波 长，每个波可传输几千套电视节目。
噪比仍可达60dB,C/CTB和C/CSO可达70dB。无中继放大 可传输100公里以上，利用光纤放大器，可传输数千公 里。但价格贵；无压缩时，一根光纤只能传输16套节 目。经过压缩，可传输数百套节目，但成本较高。
2．光调制器原理
直接调制的技术简单，损耗小，易于实现。但易出现 附加频率调制或啁秋效应（chirping）。出现组合二 次互调失真（CSO）。 内调制和外调制需要通过专门的调制器。外调制调制 效率较低，但无啁秋效应。
G.653光纤：零色散波长在1.55μm附近，适于长距 离、大容量的信息传输，但价格较贵。
G.654光纤（截止波长移位光纤）：1.55μm处的衰 减最小（色散仍然较高），用于海底光缆
G.655光纤：零色散点不在1.55μm，避免发生多波 长传输的四波混合，用于密集波分复用。
无水峰光纤：多了一个1.4μm的窗口（损耗比 1.31μm小，色散比1.55μm低），可提供从1.28μm 至1.625μm的完整波段，可复用的波长数大大增加。
光纤传输及宽带网络技术
2．3 光缆
2．3．1光缆的基本结构
光纤 导电线芯 加强筋 护套
2．3．4.2 光缆的接续
固定连接（粘接和熔接）与活动连接（光连接
器和机械连接子）两类。
光纤传输及宽带网络技术
第3章
模拟光纤传输干线
3.1模拟光纤干线的基本原理
光发射机将电视
信号调制到光信号上
光 发
光 分
光分路器把光信号 射 路
色散对数字传输的影响：限制了光信号一 次传输的距离；减少了传输的信息容量；与光 源的调制特性一起产生组合二次失真（CSO）
色散常数 D=dτ/( L ·dλ)
（2.2）
光纤传输及宽带网络技术
2．2 光纤的特性
3. 不同的单模光纤：
G.652光纤：对1.31μm光的色散为零，性能最佳； 也可用于1.55μm光
0.85
1.31 1.55
λ(μm)
在-25℃～-35℃时，附加损耗为0.03～0.04dB/km,在 -40℃时，附加损耗为0.06～0.08dB/km。
光纤传输及宽带网络技术
2．2 光纤的特性
2．光纤的色散
色散是指输入信号中不同频率或不同模式 光的传播速度不同，不同时到达输出端，使输 出波形展宽变形、失真的现象。
光纤传输及宽带网络技术
1．4 光信号的调制和解调
3．光信号的解调
光接收机的任务：把光信号恢复成电信号。
光电效应：当光照射到金属或半导体上产生光电流的
现象。
光电效应的性质：光电流的强度与入射光成正比；
当入射光的频率低于红限频率时，不会产生光电效 应。入射光的频率太高，半导体材料对光的吸收系 数将变大。
光纤传输及宽带网络技术
1．3 激光
泵浦过程（激励过程，即通过外界不断供给能量， 促使低能态粒子尽快跃迁的过程）
谐振腔（使受激辐射光在两个反射镜之间来回反射， 不断引起新的受激辐射，使其不断被放大）。
3 .产生激光的三个条件：实现粒子数反转，满 足阈值条件（受激辐射放大的增益大于激光器内的各 种损耗）和谐振条件(直射光与反射光位相相同）。
波长响应范围：硅为0.5～1.0μm，锗和InGaAs为
1.1～1.6μm。
光纤传输及宽带网络技术
第2章 光纤与光缆
2．1 光纤的结构和原理
n2
n1
n1
n2
n2
光纤素线 光纤芯线 光纤软线（单芯、双芯） 单模光纤（SM）和多模光纤（MM）
光纤传输及宽带网络技术
2．2 光纤的特性
1．光纤的损耗
0
4.激光器的基本组成：
工作物质（激活物质）
泵浦系统
谐振腔
光纤传输及宽带网络技术
1．4 光信号的调制和解调
1. 光信号的副载波强度调制 AM-IM:传输节目更多，但对激光器的要求较高，光接
收机的灵敏度较低，传输距离较近，1.31μm激光， 无中继距离不超过35公里。
FM-IM：对激光器线性的要求不高，传输距离较大。
光纤传输Biblioteka Baidu宽带网络技术
1．3 激光
Laser(Light Amplification by Stimulated
Emission of Radiation ，莱塞、镭射），受激辐射 引起的光放大。
1.三种辐射过程： 自发辐射； 受激辐射； 受激吸收。 2与激光有关的基本概念： 粒子数反转（高能态的粒子数大于低能态的粒子数） 激活物质（具有能实现粒子数反转能级结构的物质）
器
器
状态控制 温度控制
微处 理器
分光器
光输出
光纤传输及宽带网络技术
3.2 光发射机
3.2．3 DFB外调制光发射机
RF输入
射频 放大
预失真 电路
DFB 激光 器
光
光
耦
隔
合
离
器
器
状态控制 温度控制
外调 制器
微处 理器
控制 环
图像质量高交调互调产物表现为接收调频波的背景 噪声，对图像质量的影响较小。但所占频道较宽 （每个频道35～40MHz），一根光纤只能传输16～18 套电视节目，光接收机输出的信号需经过FM/AM转换 器才能送入用户。可组成一个卫星电视传输系统。
光纤传输及宽带网络技术
1．4 光信号的调制和解调
PCM-IM方式：失真小，无噪声积累，多级传输后载
分成不同比例，分 机 器
光
纤
光
放
接
大
收
器
机
别送入 各光节点
光纤放大器将光纤
中的光信号放大，使之传输更远的距离
光接收机从光信号中解调出电视信号
光纤传输及宽带网络技术
3.2 光发射机
3.2.1 直接调制光发射机
光纤传输及宽带网络技术
预
PIN 衰减
放 输入
器末 放
RF
过调指示 RF监测
偏流检测 温度监测 致冷电流监测 光功率监测
直流 放大
宽带过 驱动调 与预开 失真关 补偿
过 调 控 制
后向光
APC
检测
偏流 控制 激光
器
光隔 光耦 离器 合器
输
出
光
过流 热敏 半导体
信
过热 电阻 致冷器
号
保护
ATC
3.2 光发射机
3.2．2 YAG外调制光发射机
RF输入
射频 放大
预失真 电路
控制 环
光检 测器
YAG 激光 器
光
光
耦
隔
合
离
外调制器
第1章 光纤传输原理
1.1光纤传输的特点：
光纤对光信号的衰减极小。 每km光纤对信号的衰减为0.2分贝，调幅光
纤不加中继可传输40km左右，数字光纤 可传输100km以上。 光纤不易受电磁干扰，传输质量很好。 光纤的容量极大。每一根光缆中包含4根至 几千根光纤，每根光纤可复用几十个波 长，每个波可传输几千套电视节目。
噪比仍可达60dB,C/CTB和C/CSO可达70dB。无中继放大 可传输100公里以上，利用光纤放大器，可传输数千公 里。但价格贵；无压缩时，一根光纤只能传输16套节 目。经过压缩，可传输数百套节目，但成本较高。
2．光调制器原理
直接调制的技术简单，损耗小，易于实现。但易出现 附加频率调制或啁秋效应（chirping）。出现组合二 次互调失真（CSO）。 内调制和外调制需要通过专门的调制器。外调制调制 效率较低，但无啁秋效应。
G.653光纤：零色散波长在1.55μm附近，适于长距 离、大容量的信息传输，但价格较贵。
G.654光纤（截止波长移位光纤）：1.55μm处的衰 减最小（色散仍然较高），用于海底光缆
G.655光纤：零色散点不在1.55μm，避免发生多波 长传输的四波混合，用于密集波分复用。
无水峰光纤：多了一个1.4μm的窗口（损耗比 1.31μm小，色散比1.55μm低），可提供从1.28μm 至1.625μm的完整波段，可复用的波长数大大增加。
光纤传输及宽带网络技术
2．3 光缆
2．3．1光缆的基本结构
光纤 导电线芯 加强筋 护套
2．3．4.2 光缆的接续
固定连接（粘接和熔接）与活动连接（光连接
器和机械连接子）两类。
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第3章
模拟光纤传输干线
3.1模拟光纤干线的基本原理
光发射机将电视
信号调制到光信号上
光 发
光 分
光分路器把光信号 射 路
色散对数字传输的影响：限制了光信号一 次传输的距离；减少了传输的信息容量；与光 源的调制特性一起产生组合二次失真（CSO）
色散常数 D=dτ/( L ·dλ)
（2.2）
光纤传输及宽带网络技术
2．2 光纤的特性
3. 不同的单模光纤：
G.652光纤：对1.31μm光的色散为零，性能最佳； 也可用于1.55μm光
0.85
1.31 1.55
λ(μm)
在-25℃～-35℃时，附加损耗为0.03～0.04dB/km,在 -40℃时，附加损耗为0.06～0.08dB/km。
光纤传输及宽带网络技术
2．2 光纤的特性
2．光纤的色散
色散是指输入信号中不同频率或不同模式 光的传播速度不同，不同时到达输出端，使输 出波形展宽变形、失真的现象。
光纤传输及宽带网络技术
1．4 光信号的调制和解调
3．光信号的解调
光接收机的任务：把光信号恢复成电信号。
光电效应：当光照射到金属或半导体上产生光电流的
现象。
光电效应的性质：光电流的强度与入射光成正比；
当入射光的频率低于红限频率时，不会产生光电效 应。入射光的频率太高，半导体材料对光的吸收系 数将变大。
光纤传输及宽带网络技术
1．3 激光
泵浦过程（激励过程，即通过外界不断供给能量， 促使低能态粒子尽快跃迁的过程）
谐振腔（使受激辐射光在两个反射镜之间来回反射， 不断引起新的受激辐射，使其不断被放大）。
3 .产生激光的三个条件：实现粒子数反转，满 足阈值条件（受激辐射放大的增益大于激光器内的各 种损耗）和谐振条件(直射光与反射光位相相同）。
波长响应范围：硅为0.5～1.0μm，锗和InGaAs为
1.1～1.6μm。
光纤传输及宽带网络技术
第2章 光纤与光缆
2．1 光纤的结构和原理
n2
n1
n1
n2
n2
光纤素线 光纤芯线 光纤软线（单芯、双芯） 单模光纤（SM）和多模光纤（MM）
光纤传输及宽带网络技术
2．2 光纤的特性
1．光纤的损耗
0
4.激光器的基本组成：
工作物质（激活物质）
泵浦系统
谐振腔
光纤传输及宽带网络技术
1．4 光信号的调制和解调
1. 光信号的副载波强度调制 AM-IM:传输节目更多，但对激光器的要求较高，光接
收机的灵敏度较低，传输距离较近，1.31μm激光， 无中继距离不超过35公里。
FM-IM：对激光器线性的要求不高，传输距离较大。
光纤传输Biblioteka Baidu宽带网络技术
1．3 激光
Laser(Light Amplification by Stimulated
Emission of Radiation ，莱塞、镭射），受激辐射 引起的光放大。
1.三种辐射过程： 自发辐射； 受激辐射； 受激吸收。 2与激光有关的基本概念： 粒子数反转（高能态的粒子数大于低能态的粒子数） 激活物质（具有能实现粒子数反转能级结构的物质）
器
器
状态控制 温度控制
微处 理器
分光器
光输出
光纤传输及宽带网络技术
3.2 光发射机
3.2．3 DFB外调制光发射机
RF输入
射频 放大
预失真 电路
DFB 激光 器
光
光
耦
隔
合
离
器
器
状态控制 温度控制
外调 制器
微处 理器
控制 环
图像质量高交调互调产物表现为接收调频波的背景 噪声，对图像质量的影响较小。但所占频道较宽 （每个频道35～40MHz），一根光纤只能传输16～18 套电视节目，光接收机输出的信号需经过FM/AM转换 器才能送入用户。可组成一个卫星电视传输系统。
光纤传输及宽带网络技术
1．4 光信号的调制和解调
PCM-IM方式：失真小，无噪声积累，多级传输后载
分成不同比例，分 机 器
光
纤
光
放
接
大
收
器
机
别送入 各光节点
光纤放大器将光纤
中的光信号放大，使之传输更远的距离
光接收机从光信号中解调出电视信号
光纤传输及宽带网络技术
3.2 光发射机
3.2.1 直接调制光发射机
光纤传输及宽带网络技术
预
PIN 衰减
放 输入
器末 放
RF
过调指示 RF监测
偏流检测 温度监测 致冷电流监测 光功率监测
直流 放大
宽带过 驱动调 与预开 失真关 补偿
过 调 控 制
后向光
APC
检测
偏流 控制 激光
器
光隔 光耦 离器 合器
输
出
光
过流 热敏 半导体
信
过热 电阻 致冷器
号
保护
ATC
3.2 光发射机
3.2．2 YAG外调制光发射机
RF输入
射频 放大
预失真 电路
控制 环
光检 测器
YAG 激光 器
光
光
耦
隔
合
离
外调制器