《光通信基础知识》PPT课件

光通信基础知识,光学基础知识,光的本质电磁波,为什么发展光通信？,香农定理（ShannonTheory）：,C指信息运载能力（比特/秒，bps),BW0（BandW0idth）是链路带宽（Hz），SNR是信噪比。电信系统的运载信息能力与其带宽成正比，而带宽与载体的频率成正比。光纤通信系统的信息载体采用光所有可用信号中具有最高频率的载体，这也正是光纤通信系统具有最高的运载信息能力以及它们之所以成为现代电信的关键技术的原因。（注：带宽大概是载波信号频率的10。）,一根同轴电缆能够支持13000个信道，陆地上的微波链路最多可以支持20000个信道，卫星链路可以支持100000个信道，而一根光纤通信链路，能够同时支持300000个双向语音信道。,单模光纤(SMF)&多模光纤(MMF),1.在石英光纤中，ITU-T建议，标准单模光纤的直径为810m，标准多模光纤的纤芯直径为50m、62.5m，它们的包层的直径均为125m。2.对光纤较佳的运行波段，多模光纤运行波长为850nm或1300nm,而单模光纤运行波长则为1310nm或1550nm。,波动光学的基本原理,1.干涉的基本原理：干涉是波的一个重要特征。光是电磁波，它也能产生干涉现象。在日常生活中可以观察到许多干涉现象，如水上的油膜在光的照射下显现出彩色花纹，肥皂泡在阳光下显示出五彩图案等等。各种光学元件镀的增透膜，WDM中常用的Filter等也都利用了光的干涉原理。,2.衍射的基本原理：光在传播路径上遇到障碍物时，在障碍物之后，光的传播就偏离原来直线传播的方向，并且使光强分布在空间上变为不均匀，这种现象就是光的衍射现象。由于光波的波长短，所以光的衍射现象不易觉察。而声波的波长长，容易发生衍射现象。所以有“未见其人，先闻其声”。,3.偏振的基本原理：按照电矢量在垂直于传播方向的平面内振动状态的不同，偏振光有不同的偏振态（或偏振结构）。实际中最常见的光的偏振态有五种：自然光、部分线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光和线偏振光。立体电影就是利用光的偏振性。,油膜干涉现象,正三边形孔衍射图样,双折射晶体,o光和e光都是线偏振光,应用举例光的干涉,滤光片示意图,ARCoating,滤光片示意图,ARCoating,应用举例光的偏振,Isolator(隔离器）,功能图,原理图,Wedge,garnet,通信系统,发送器,接收器,信息,（语音，视频，数据）,信息,（语音，视频，数据）,链路,传输介质,一个点到点的电信系统,EDF,PumpLasers,WDM,Isolator,TapCoupler,PD,WDM,Isolator,TapCoupler,PD,DevicesApplications(EDFAModule),RX1,RX2,RX3,RX4,WDM,WDM,MUX,DEMUX,Power,Line,Pre-amplifier,外形图,光传输网络,为什么要用WDM模块,Example:4signals,100kmspanlengthwithregeneration,WithoutDWDM4x100kmfibre4EDFA,WithDWDM4chMux&Demux1x100kmfibre1EDFA,光纤通信系统中的器件,波分复用,薄膜滤波器光纤光柵列阵波导光柵全息光柵光环行器光交错复用器分波/合波摸块,增益放大,光纤放大器光隔离器分路耦合器泵浦激光器光增益平衡器光衰减器半导体光放大器,光开关光插分复用器光交叉联接器波长变换器可调滤波器可调激光器,开关交换,发送接收,信号激光器光调制器光电探测器锁波器光发送摸块光接收摸块光收发摸块,产品超过9000品种,系统管理,光性能监控管理摸块色散补偿器偏振模色散管理摸块,这些器件用在哪里？,通信网络：,信息服务业,材料供应商,电信运营商,设备供应商,器件供应商,信息技术食物链,光通信器件的分类,光器件按不同的特性和功能的分类:光无源器件OpticalPassiveDevices（光被动器件）光有源器件OpticalActiveDevices(光主动器件),PassiveProducts,AmplifierComponents,AttenuatorProducts,Switching,MOMS,PBC,VCB,VSA,Interleaver,TFFD/CWDM,GFF,MATTArray,MV,Interconnects,SN,ESVOA,FFC,VCF,FFC/TFFCombiner,CableAssy,Adapters,Terminators,Wavelocker,Circulator,MATTDIL,TO,-package,ManualSwitch,MEMs,FixedAttenuators,Isolator,Hybrids,无源器件主要分为：1、光连接器(Connector):光纤、器件之间的连接2、光分光器/耦合器(Coupler):光信号的耦合/分配3、光衰减器(Attenuator):光功率衰减4、光隔离器(Isolator):偏振相关型、偏振无关型5、光环行器(Circulator):固定顺序光路6、光开关(Switch):光路的通断、选择7、波分复用(WDM)器件:多路波长信号的合波、分波,密集波分复用(DWDM)器件：,您即将接触到的光学产品,无源器件（PASSIVE）-被动器件（光-光传输）,PassiveProducts,ActiveProducts,Sourcinglaser,Pumplaser,Modulator,OA,EDFACircuitpack,9xx4w/uncooled,2.5Gb/s,APE,CooledTOSA,CW1550,980180/300/360,10Gb/s,PD,EDFA15dBm,UncooledTOSA,Tunable,APD10Gb/s,PIN10Gb/s,PINLargearea,APD2.5Gb/s,14xx300mw,有源器件（ACTIVE）-主动器件（光电-电光转换）,有源器件有：1、信号光源：光信号的发射2、泵浦光源：光信号的放大3、探测器：光信号的探测等。4、光调制器:光信号的光调制和波长变换等。5、光放大器:光信号的放大,您即将接触到的光学产品,ActiveProducts,光器件常用光学材料,透镜,CLens,GLens自聚焦透镜(格林透镜),常见透镜的比较,GRINLENS,是指材料的折射率按一定规律渐变分布的透镜。按其折射率分布规律的类型有：A)axial-gradientindexlensB)radial-gradientindexlensC)spherical-gradientindexlens其中axial-gradientindexlens常用于connector,collimator,switch,isolator,WDM,etc.,GRINLENS,Z0.04mm,80.5,1.80+0/-0.02mm,0.5+0.05/-0.20mm,N.A.=0.46,GRINLensParameters,A)Sol-GelProcessB)Chemical-vapor-deposition(CVD)methodC)IonExchangeTechniqueD)ThermalDiffusionTechniqueIonExchangeTechniqueisoftenusedfortheGRINLENSnow.,MethodofManufactureofGRINLENS,K+,Na+,GRINLENSROD,SALT,Ion-exchangetechnique,1.折射率分布函数,n0为轴线折射率、A为透镜的聚焦常数、r为离轴距离。,ParametersofGRINLens,2.光线在Lens中的传播轨迹为,式中x0yo是光线在lens注入面（z=0）注入点的坐标，z为lens的长度。是光线常数，且,ParametersofGRINLens,3.GRINLens的数值孔径N.A.,a为GRINLens的半径,描述GRINLENS收集光线的最大孔径角。数值孔径自中心至边缘不是常值，中心轴上最大，边缘点处最小。,NSG公司GRINLens的类型有SLS,SLW,SLH，N.A.分别为0.37(43o),0.46(55o),0.60(74o)。,ParametersofGRINLens,4.节距（pitch）,指光线在GRINLens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GRINLens。,PointSource,0.25pitch,ParametersofGRINLens,CollimatedBeam,PointSource,0.25pitch,0.5pitch,1.0pitch,ParametersofGRINLens,MoldedAsphericalLens,MetalRing,MoldedLens,MetalringneededforlaserweldingCostislimitedbythemountingofthemetalringLensmaterialshouldbeflexiblebutislimitedbyCTEmatchingtothemetalringLensoptimizationisdifficultduetotheshrinkageofglassBatch-to-batchuniformityshouldbegood.,C-Lens,AllowanglepolishingattheentrancelikeGRIN,reducingasphericalaberrationFocallengthissomewhatflexible,scaledwiththediameterUniformityawaittobeprovenduetohand-polishingMaterialisflexible,allowingCTEmatching,R,D,Lenses:limitedchoices,GRINLENS的应用,用于Collimator,Fiberend,Realimageofthefiberend,GrinLenses(0.23pitch),GRINLENS的应用,Positioner#2,Positioner#1,用于Isolator,GRINLENS的应用,用于Isolator,GrinLenses(0.23pitch),GRINLENS的应用,另外，有提出：由于单片GRINLens难以同时满足单模光纤的小芯径（约810m)小数值孔径的要求（一般为0.11），而采用两片GEINLens构成耦合系统，这样可进一步降低器件的插损。,ApplicationofGRINLENS,ApplicationinWDM,GrinLens(0.25pitch),GrinLens(0.25pitch),BasicInternalStructure,NakedCommonStructure,Centertube,PigtailSleeve,FTA,CorGLens,Comments:Isolator,FWDM,AHC,AHX,PMFCandSPFIarebasedonsomecommonmaterialsasabovechart.PBCandCirculatorarespecialdesign,materialsaredifferentfromotherproducts.,PandaPMFiber,PandaPMFiber,DoubleCladFiber,AHX,PMFC,SPFI,DCFAHC,Generalproducts,Hybrid&doublecladdingfiberproducts,PMseriesproducts,1晶体分类均质晶体、单轴晶体和双轴晶体2单轴晶体中的双折射现象3BirefringenceCrystals(TiO2,LiNbO3,YVO4,CaCO3)4双折射晶体在光通信中的应用5Magnetic-OpticalCrystals,Crystals晶体,若，则为正单轴晶体，其光率体图为图a若，则为负单轴晶体，其光率体图为图b,光轴,光轴,a正单轴晶体,b负单轴晶体,（neno）,（ne5NWorkingDistance:10mm,UVAdhesive,Epoxy,1.,Alignfaces,2.,3.,SSTube(lensholder),FTASpecialProcess,TECPrinciple,CommonFibercore9um,TECFibercore25um,FTASp