《光电子学第六章》PPT课件.ppt

光电子学,第六章 光纤通信系统基础,第6章 光纤通信系统基础,6.1 光纤通信系统简介 6.2 光纤中信号的蜕变 6.3 半导体光源的特性及应用 6.4 光信号的连接 6.5 光纤通信系统的设计原则 6.6 光通信系统中的复用技术 6.7 光通信系统的维护设备 思考题,6.1 光纤通信系统简介,什么是光纤通讯? 光纤通讯/通信（Fiber-optic communication）是指一种利用光（激光）与光纤（optical fiber）传递资讯的一种方式。 光经过调变（modulation）后便能携带资讯。 将需传送的信息在发送端输入到发送机中，将信息叠加或调制到作为信息信号载体的载波上，然后将已调制的载波通过传输媒质传送到远处的接收端，由接收机解调出原来的信息。 自1980年代起，光纤通讯系统对于电信工业产生了革命性 ，同时也在数位时代里扮演非常重要的角色。 光纤通信现在已经成为当今最主要的有线通信方式。,光纤通讯的重要特点,光纤通信具有传输容量大，保密性好等优点 光载波频率高，光纤传输频带宽，传输容量大 抗电磁干扰能力强，保密性好，安全可靠 耐高温、高压、抗腐蚀，可靠性高 在大批量生产的今天，光纤(光缆)的成本低、重量轻、柔性好 光纤通信用附属器件的价格随技术的发展呈指数下降，已经能够满足用户的价格要求,华人科学家高锟荣获09年诺贝尔物理奖,发明创造是不断寻求变革的过程，发明者看到的是未来的世界 2009年诺贝尔物理奖由高锟(Charles K. Kao)、Willard S. Boyle和George E. Smith共同获得，这三位科学家在光纤通讯和影像半导体电路领域的研究开发，对现今通讯网络的发展作出重大贡献而得奖,高锟,高锟在1966年期间，发现了利用细微如人类头发的玻璃纤维长距离传输光信号的原理；这在光纤领域发展上的突破性研究，导致1980年代全球性传输语音，视频，以及高速互联网的现代化光纤通讯网络的创建。随之，高锟赢得“光纤之父”的美誉。,光纤通讯发展历程,0.85mMMF系统 1.30mMMF 1.30mSMF 1.55mSMF,光纤通信系统 框图（Page174）,CH1 CH2,CH1 CH2,信号传输单元 信号调理单元,核心技术,现代的光纤通讯系统多半包括一个发射器，将电讯号转换成光讯号，再透过光纤将光讯号传递。 光纤多半埋在地下，连接不同的建筑物。 系统中还包括数种光放大器，以及一个光接收器将光讯号转换回电讯号。 在光纤通讯系统中传递的多半是数位讯号，来源包括电脑、电话系统，或是有线电视系统。,光纤通信系统的组成,模拟传输系统 VS 数字传输系统,数字光纤通信系统,光纤传输系统是数字通信的理想通道。 与模拟通信相比较，数字通信有很多的优点，灵敏度高、传输质量好。 因此，大容量长距离的光纤通信系统大多采用数字传输方式。 在光纤通信系统中，光纤中传输的是二进制光脉冲“0“码和“1“码，它由二进制数字信号对光源进行通断调制而产生。而数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的，称为PCM（pulse code modulation），即脉冲编码调制。这种电的数字信号称为数字基带信号，由PCM电端机产生。,光纤带光缆 中心管式光纤带光,6.2 光纤中信号的蜕变（Page176）,6.2.1 光波导中的信号衰减 吸收损耗 散射损耗 辐射损耗 其他损耗,6.2.2 光纤中的信号失真 光纤的色散特性 材料色散 模式色散 波导色散 模式耦合,光纤损耗,吸收损耗：由制造材料本身及其中的过渡金属离子和氢氧根离子等杂质对光的吸收而产生。 散射损耗：以光能的形式把能量辐射出光纤之外的一种损耗。 弯曲损耗：由于光纤弯曲使光从纤芯逸散到包层中产生的光泄漏。,6.3 半导体光源的特性及应用,6.3.1 光源的电光特性 6.3.2 光源的驱动（Page179）,光源,在光纤通讯系统中通常作为光源的半导体元件是发光二极管（light-emitting diode, LED）或是激光二极管（laser diode）。 LED与激光二极管的主要差异在于前者所发出的光为非相干（noncoherent），而后者则为相干（coherent）的光。 使用半导体作为光源的好处是体积小、发光效率高、可靠度佳，以及可以将波长最佳化，更重要的是半导体光源可以在高频操作下直接调变，非常适合光纤通讯系统的需求。,6.4 光信号的连接,6.4.1 光源与光纤的耦合 6.4.2 光纤之间的连接,6.5 光纤通信系统的设计原则,6.5.1 损耗因素 6.5.2 通信距离的拓展,6.6 光通信系统中的复用技术,6.6.1 时分复用技术 6.6.2 空分复用技术 6.6.3 波分复用技术 6.6.4 频分复用技术,密集波分复用DWDM系统的构成及频谱示意图,DWDM的优越性 超大容量 对数据“透明” 系统升级时能最大限度地保护已有投资 高度的组网灵活性、经济性和可靠性 可兼容全光交换,DWDM技术利用单模光纤带宽以及低损耗的特性，采用多个波长作为载波，允许各载波信道在一条光纤内同时传输。 通常把光信道间隔较大（甚至在光纤的不同窗口上）的复用称为光波分复用（WDM），而