光纤通信技术PPT课件

数据
光纤
光纤
光端机
中继器
光端机
数据
传输原理：
光发射机将电信号变换成调制后的光信 号，经光纤传输，若传输距离长时，需 利用中继器放大信号，再继续传输。光 接收机把接收到的光信号转换成电信号， 再经放大、解调后还原为原信号输出。
四、光纤通信的应用与展望
1、光纤通信主要应用
干线传输 中继传输 接入传输
1970年，美国康宁玻璃公司首先制造出衰减 为20dB/km的光纤。
1974年，光纤的衰减已降低到2dB/km；
1980年，长波长窗口（1.5μm）的衰减低达 0.2dB/km，接近理论值。
2、光源
要实现光纤通信，还需要有适当的光源。
1970年，研制出在室温下连续运行的激 光器和发光二极管；特别是长波长 （1.3μm、1.5μm）激光器和发光二极管 的研制成功，为实现光纤通信奠定了基 础。
将使输入脉冲在传输过程中展宽。 光纤色散对数字通信的影响：
产生码间干扰， 增加误码率， 限制通信容量 传输距离。
光纤色散分类: 模式色散：多模光纤中，不同模式在同一频
率下，光的传输轨迹不同，从而
产生的色散。 材料色散 ：由于光纤材料本身的折射率随着频
率变化，信号各频率成分的群速度 不同，产生的色散。
波长
9.1.3光纤通信器件
一、 光源
主要有两种 ： 半导体发光二极管（LED）：发荧光 半导体激光器（LD）：发激光
二、 光发送机
作用：实现电信号转换成光信号。
组成：主要是由光源、电信号转换成光信 号调制电路、光源的驱动电路和其它的 控制电路组成。
三、光电检测器和光接收机
1、 半导体光电检测器 有两种：
3、光通信系统
第一代光通信系统：1977年，在美国芝 加哥，距离7公里的电话局间首次实现了 光通信传输系统，光波长为0.85μm。
第二代光通信系统：1981年，实现了局间 使用1.3μm多模光纤的通信系统。
第三代光通信系统：1984年，实现了局 间使用1.3μm单模光纤的通信系统，广泛 用于长途和跨洋通信。
（4） 微弯损耗：光纤侧面受到不均匀的压力，
使得光纤在轴向上发生微米极的弯曲，造成纤芯 与包层界面的微小凹凸产生光辐射所形成的损耗。
（5） 弯曲损耗：即是光纤弯曲时所产生的损耗。
（6） 连接损耗：光纤连接时，两个纤芯之间必
须完全吻合。以使接续达到完善和均匀一致。 否 则光就不能完全射入到另一根光纤的纤芯之中， 从而产生损耗。
以上6种损耗中，（3）~（6）的损耗大小 可认为与光波长完全无关。
光纤损耗如图：
损耗
实测
瑞利散射 紫外吸收
波导缺陷
红外吸收
波长
常用的两个低损耗窗口：波长为 1.31μm，损耗为0.4-0.5dB/km;波长为 1.55μm，损耗为0.1-0.2dB/km;
2、 光纤的色散特性 光纤色散：是光纤通信的一个重要特性，
半导体光电二极管（PIN）：当光入射在P-
N结上时，将产生许多电子—空穴对，在电 场作用下，产生位移电流。
时，光将向各个方向散射的现象。由于光纤在拉 丝制造过程中，高温导致的密度分布不均匀和成 分的不规则将残留在光纤中，从而引起的传输损 耗。
（2） 吸收损耗：是由光纤材料对光能的固有吸 收并转化成热能而产生的损耗。
（3）波导结构不完善引起的损耗：实际的
光纤纤芯与包层的交界面并非理想光滑的圆柱面， 而存在着非常微小结构的凹凸现象。这种不均匀 表面能将传输模转换成辐射模，使光纤损耗增加。
2、光纤通信发展方向
（1） 高速大容量光通信系统。 （2） 光纤接入网：以光纤到户为目标。 （3） 应用掺铒光纤放大器 ：实验室内
10Gb/s信号传输9000km 不需光电转换的再 生中继器。
光纤通信目前的研究目标：
光纤CDMA、 光ATM交换机、 光孤子传输
光纤综合宽带接入技术。
2.1.2、光纤的传输特性
主要包括两个方面： 损耗特性：信号在光纤中传输时的衰减。
色散特性：光纤中由于光脉冲对于不同频 率成分有不同的传播速度而引 起信号频带的展宽。
1、 光纤的损耗特性
瑞利散射损耗
固有损耗 吸收损耗
光损耗
波导结构不完善引起的损耗
微弯损耗
附加损耗 弯曲损耗
连接损耗
（1） 瑞利散射损耗：是指光与微小粒子相遇
与电缆和微波等通信方式相比，光纤 通信具有明显的优越性。
1、优点： （1） 传输频带宽，通信容量大
粗略地讲，一根光纤传输数字信号的码速容量在 理论上可达40Tbit/s（T=1012）。
最好的金属导线，可传输的数字信号的码速为 400Mbit/s。差5个数量级。
容量较微波通信可提高103～104倍。
第四代光通信系统：80年代中期实现了 使用1.5μm单模光纤的通信系统。
现在，SDH体制形成的光传送网被 广泛使用。各种波分复用（WDM）和光 时分复用（OTDM）系统进一步提高了 传输容量，相干光通信、光孤子通信和
集成光学有了一定的进展。人们期待着 新一代光纤通信系统的实现。
二、光纤通信的特点
波导色散：由于光纤的几何结构，形状等方面
的不完善，纤芯和包层均传光，产 生的色散。
通常各种色散的大小顺序是：模式色散> 材料色散>波导色散。
常规单模光纤在1.31μm附近的材料色散 和波导色散相互抵消，即色散为零，称 为零色散波长。
单模光纤的色散特性:
d/ps
材料色散 总色散
波导色散
1.31Baidu Nhomakorabeam
第二部分 现代典型的通 信技术
2.1 光纤通信
2.1.1光纤通信概述
光纤：光导纤维的简称 光通信：是指利用光波载送信息，从而
实现通信的方式。 光纤通信：是指利用光导纤维做媒体，
用光波来载送信息的通信方式。
一、光纤通信发展简介
1、光纤
1966年，英籍华人高锟和霍克哈姆从理论上 证明了用玻璃可以制成衰减为20dB/km的 通信光导纤维。
（2） 传输损耗低，中继距离长。 （3） 不受电磁干扰。 （4）保密性能好。 （5）线径细，重量轻。 （6）光纤材料资源丰富。
2、缺点： （1） 质地脆，机械强度低 （2） 要有较好的切断、连接技术 （3） 分路、耦合比较麻烦。
三、 光纤通信系统的组成
光纤通信系统主要组成：光发射机、光 纤、光中继器、光接收机四部分组成。 光纤通信是双向的，因而，把光发射机和 光接收机做在一起，称光端机。