光纤传输技术

1、1光纤通信技术光纤通信技术制作制作 贾向宇贾向宇2内容内容 概述概述 光纤光缆光纤光缆 光源和光发送机光源和光发送机 光检测器和光接收机光检测器和光接收机 光纤通信系统光纤通信系统3概述概述4一一 传输技术在通信领域里的地位传输技术在通信领域里的地位q通信的根本任务是跨越时间和空间的信息传递通信的根本任务是跨越时间和空间的信息传递q电信业务的飞速发展，其背后的技术支撑就是功电信业务的飞速发展，其背后的技术支撑就是功 能强大的传输网络和传输技术能强大的传输网络和传输技术q南北中国电信的竞争实力在于其所具有基础网络设南北中国电信的竞争实力在于其所具有基础网络设施资源，其中很重要的一个部分就是覆盖全

2、国的传输施资源，其中很重要的一个部分就是覆盖全国的传输网络网络q联通、吉通、网通、铁通等通信公司的发展，它们都联通、吉通、网通、铁通等通信公司的发展，它们都是基于这样一个事实是基于这样一个事实已经有了一个强大的传输网络已经有了一个强大的传输网络体系的存在（原中国电信覆盖全国的传输网络）体系的存在（原中国电信覆盖全国的传输网络） 5q由于传输技术的发展，传输容量的极大提高和传输系由于传输技术的发展，传输容量的极大提高和传输系统性能价格比的大幅度增长以及传输质量的优化，带动统性能价格比的大幅度增长以及传输质量的优化，带动了通信领域内相关技术的发展，导致了多种业务的投入了通信领域内相关技术的发展，导

3、致了多种业务的投入应用，通信协议的简化，一些复杂的通信控制过程被物应用，通信协议的简化，一些复杂的通信控制过程被物理层的优质传输取代。直接启动了诸如理层的优质传输取代。直接启动了诸如IP over SDH、IP over WDM、全光网络、多协议标记交换和接入体系、全光网络、多协议标记交换和接入体系、终端技术、终端技术、3G、无线局域网等技术的研究和发展。、无线局域网等技术的研究和发展。 6二二 传输技术的发展历史传输技术的发展历史模拟时代模拟时代数字时代数字时代光纤数字传输光纤数字传输PDH制式制式SDH制式制式DWDM技术技术下一步将是全光网络时代。下一步将是全光网络时代。10110010

4、101000111110010010111000111101101010017常用的传输媒介有：电缆、微波、光纤光缆。常用的传输媒介有：电缆、微波、光纤光缆。1 1 电缆 在通信网中最常用的电缆是在通信网中最常用的电缆是双绞线电缆和同轴电缆双绞线电缆和同轴电缆。1.双绞线电缆 多对双绞线按一定规则排列成芯线组多对双绞线按一定规则排列成芯线组, ,外层包以塑料或铅皮则构成双绞线外层包以塑料或铅皮则构成双绞线电缆。双绞线由一对相互按一定扭距绞合在一起的铜导线组成电缆。双绞线由一对相互按一定扭距绞合在一起的铜导线组成, ,每根导线表每根导线表面涂有绝缘层并用一定颜色标记。成对线的扭绞使电磁辐射和外部

5、电磁干面涂有绝缘层并用一定颜色标记。成对线的扭绞使电磁辐射和外部电磁干扰减至最小。扰减至最小。双绞线按其电气特性可分为两大类双绞线按其电气特性可分为两大类: : 100 100 非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线(UTP,Unshie1ded Twisted Paired)(UTP,Unshie1ded Twisted Paired) 15O 15O 屏蔽双绞线屏蔽双绞线(STP,Shielded Twisted Paired)(STP,Shielded Twisted Paired)。 UTPUTP原用于电话用户线原用于电话用户线, ,经过不断的改进与提高经过不断的改进与提高, ,目前已广泛用于局域网

6、目前已广泛用于局域网, ,它它价格低价格低, ,布线使用十分方便。它可分类如下布线使用十分方便。它可分类如下: : EIA/TIA EIA/TIA第一、二类双绞线：第一、二类双绞线：三三 传输媒介传输媒介8(EIT/TIA(EIT/TIA：美国电气工业协会：美国电气工业协会/ /电信工业学会电信工业学会) )第一、二类双绞线主第一、二类双绞线主要用于电话用户线要用于电话用户线, ,其传输速率低于其传输速率低于1Mbith,1Mbith,很少用于数据网。很少用于数据网。(2)EIA/TIA(2)EIA/TIA第第三三类双绞线：类双绞线： 也也是为传输语音而设计的双绞线是为传输语音而设计的双绞线,

7、 ,但其性能明显优于一、二类线但其性能明显优于一、二类线, ,最高传输速率可达最高传输速率可达16Mbit/s,16Mbit/s,可用于可用于1OMbit/s1OMbit/s以太网。以太网。(3(3EIA/TIAEIA/TIA第四类双绞线第四类双绞线: : 是为传输数据而设计的双绞线是为传输数据而设计的双绞线, ,最高传输速率可达最高传输速率可达2OMbit/s,2OMbit/s,可用可用于于1OMbit/s1OMbit/s以太网。以太网。(4)EIA/TIA(4)EIA/TIA第五类双绞线第五类双绞线: : 是一种性能优越的双绞线是一种性能优越的双绞线, ,最高传输速率可达最高传输速率可达1

8、00Mbit/s,100Mbit/s,目目前广前广泛泛用于用于10/100Mbit/s10/100Mbit/s以太网和宽带接入网。以太网和宽带接入网。9 第一、二、三类双绞线一般称为音频双绞线：而四、五类双绞线一第一、二、三类双绞线一般称为音频双绞线：而四、五类双绞线一般称为数据双绞线，各类双绞线的关键差别在于纽绞密度即单位距般称为数据双绞线，各类双绞线的关键差别在于纽绞密度即单位距离的纽绞次数的多少。双绞线纽绞密度越高，成本越高，传输性能离的纽绞次数的多少。双绞线纽绞密度越高，成本越高，传输性能也越好。也越好。 150 STP是另外一类高性能屏蔽式是另外一类高性能屏蔽式22AWG或或24AW

9、G双绞线电缆双绞线电缆（美国线缆等级），最高传输速率大于（美国线缆等级），最高传输速率大于100Mbit/s。它价格昂贵，布。它价格昂贵，布线、使用不便，但适合在强干拢环境下工作。线、使用不便，但适合在强干拢环境下工作。10 2.同轴电缆 同轴电缆由同轴的内外导体构成，其内外导体之同轴电缆由同轴的内外导体构成，其内外导体之间有一层绝缘间有一层绝缘介质用于防止内外导体介质用于防止内外导体 之间出现径向漏电电流。在外导体外面包一之间出现径向漏电电流。在外导体外面包一层层塑料防护套塑料防护套, ,以保护外导体免受损害。以保护外导体免受损害。 同轴电缆内导体一般由实心铜导线制成，外导体除了传输高频同轴

10、电缆内导体一般由实心铜导线制成，外导体除了传输高频电流外，还有屏蔽外界电磁干扰、防止电磁信号外泄的作用。外导电流外，还有屏蔽外界电磁干扰、防止电磁信号外泄的作用。外导体除了电阻体除了电阻 要小以外，还应有较好的密封性能，可以采用密编铜网，要小以外，还应有较好的密封性能，可以采用密编铜网，但造价高，还可以采用铝塑复合膜加疏编铜网以提高屏蔽性能，降但造价高，还可以采用铝塑复合膜加疏编铜网以提高屏蔽性能，降低成本。低成本。 同轴电缆用作高频设备架内、架间跳线同轴电缆用作高频设备架内、架间跳线, ,天线、馈线等天线、馈线等, ,并大并大量用于有线电视量用于有线电视(CATV,Cable Televis

11、ion)(CATV,Cable Television)的用户分配网中。同轴的用户分配网中。同轴电缆特性阻抗主要有电缆特性阻抗主要有5O5O 、7575 两类两类, ,在有线电视中统一使用衰耗量在有线电视中统一使用衰耗量较小、特性阻抗为较小、特性阻抗为7575 的同轴电缆。表的同轴电缆。表2.12.1为常用同轴电缆的部分参为常用同轴电缆的部分参数。数。11表表2-1 常用同轴电缆部分参数常用同轴电缆部分参数122 微波微波 微波通信是用微波作为载体传送信息的一种通信手段。微波是指微波通信是用微波作为载体传送信息的一种通信手段。微波是指波长为波长为1mm1m，或频率为，或频率为300MHz300G

12、Hz的电磁波。的电磁波。频率3kHz 30kHzVLF(甚低频)VLW(甚长波)(10GHz)13微波通信具有以下特点：(1)(1)微波波段频带宽微波波段频带宽(2)(2)天线增益高天线增益高, ,方向性强方向性强 (3)(3)外界干扰小外界干扰小 (4)(4)中继中继( (接力接力) )传输方式传输方式 由表2.2可见,全部长、中、短波波段总带宽不到3OMHz,而就厘米波波段而言,其带宽为27GHz,几乎是前者1000倍。显然微波占有频带较宽,则其通信容量就大。一套微波设备一般可传送几千路电话或多套电视节目。 当天线面积给定时,其增益与波长的平方成反比,故在微波波段很容易制成高增益、方向性强

13、的天线,从而使微波发信机的功率减小,与其他通信方式的相互干扰小。在微波波段电磁波按直线传播。考虑到地球表面呈球面状,直线通信距离一般只有几十公里。若要进行长距离通信,需采用如图2.1所示的接力传输方式,即在高山、铁塔、高层建筑物等顶部安装微波转发设备逐段转发。例如一条2500kM的微波线路,中间大约需要有50个左右的中继站。在微波波段,工业干扰、天电干扰等基本不起作用,这使通信质量与稳定性都能得以保证。 14卫星通信卫星通信 卫星通信亦工作在微波波段卫星通信亦工作在微波波段, ,与地面的微波接力通信类似与地面的微波接力通信类似, ,但它利但它利用高空卫星进行接力通信。用高空卫星进行接力通信。(

14、1)(1)高轨道通信卫星高轨道通信卫星 (2)(2)低轨道通信卫星低轨道通信卫星 高轨道通信卫星为运行在地面约36000km上空的同步卫星。位于印度洋、大西洋、太平洋上空的三颗同步卫星基本可覆盖全球。因卫星距离地面太远,故要求地面站发射机有强大的发射功率,接收机灵敏度要高,天线增益要高。低轨道通信卫星为运行在地面5001500kM上空的非同步卫星。采用多颗小型卫星组成一个星座,若能做到在世界任何地方上空能看到其中一颗星,则通过星际通信可覆盖全球通信。低轨道通信卫星主要用于移动通信和全球定位系统(GPS,Global Position System。 153 3 光纤与光缆光纤与光缆 结构：纤芯

15、和包层使用：纤芯和包层使用sio2，一次涂层使用硅酮树脂、硅胶等，套塑，一次涂层使用硅酮树脂、硅胶等，套塑层为塑料。纤芯折射率为层为塑料。纤芯折射率为n1包层折射率为包层折射率为n2,对于任何光纤有对于任何光纤有 n1 n2，n1n2 1光缆 组成组成: :缆芯、护套和加强件。缆芯、护套和加强件。 种类种类: :光缆按其结构可分为层绞式、骨架式、束管式和带状光纤式光缆按其结构可分为层绞式、骨架式、束管式和带状光纤式, , 目前带状光纤的含纤量已达目前带状光纤的含纤量已达42004200芯芯, ,这种光缆特别适用于光这种光缆特别适用于光 纤接入网。纤接入网。16光纤通信是以光波为载频，以光导纤维

16、为传输介质光纤通信是以光波为载频，以光导纤维为传输介质的一种通信方式。其特点如下的一种通信方式。其特点如下1 传输频带宽，传输容量大。传输频带宽，传输容量大。2 传输损耗小，中继距离长。传输损耗小，中继距离长。3 抗干扰能力强，不受电磁干扰的影响。抗干扰能力强，不受电磁干扰的影响。4 重量轻，体积小便于施工。重量轻，体积小便于施工。四、光纤通信的特点四、光纤通信的特点17五、光通信的工作波长五、光通信的工作波长长波长波 中波中波 短波短波 超短超短 微波微波 光波光波 紫外线紫外线 X射线射线 射线射线f 300k 3M 30M 300M 300G 3E1.8 m 0.8 m1GHz=109H

17、z 1EHz=1015Hz 1 m=10-6 m =C/f C=3x108m/s光通信的波长范围：光通信的波长范围： 0.81.8m光通信的三个工作波长：光通信的三个工作波长：0.85m 1.31m 1.55m光波是人们可以用于通信上的最后一种电磁波！光波是人们可以用于通信上的最后一种电磁波！18六六 、 光纤通信系统的组成光纤通信系统的组成作用：数字设备：模作用：数字设备：模/数转换及数字复接数转换及数字复接 光端机：将电脉冲转换为光脉冲光端机：将电脉冲转换为光脉冲 光中继机：再生光脉冲延长通信距离光中继机：再生光脉冲延长通信距离 光纤：光纤： 信号的传输通路。信号的传输通路。数数字字设设备

18、备光光端端机机光光中中继继机机光光端端机机数数字字设设备备用用户户 用用户户 光纤光纤光纤光纤19数数字字设设备备光光端端机机光光中中继继机机光光端端机机数数字字设设备备用用户户 用用户户 注意：注意：1 电端机可以是模拟的也可以是数字的。电端机可以是模拟的也可以是数字的。 2 光端机的接口码是电码型光端机的接口码是电码型 有两种，有两种，HDB3和和CMI码。码。 3 光端机的线路码是光码型有三种，光端机的线路码是光码型有三种，NRZ、mBnB和和 插入比特码。插入比特码。 4 用户种类：交换用户、非交换用户、转接用户和数字数据型用户。用户种类：交换用户、非交换用户、转接用户和数字数据型用户

19、。 5 通信方式：光强度调制通信方式：光强度调制直接检波的通信方式。直接检波的通信方式。接口码接口码线路码线路码20七七 连接方式连接方式 配线架配线架机线设备机线设备机线设备机线设备机机线线设设备备机机线线设设备备机房连接主要包括设备与设机房连接主要包括设备与设备之间、设备与线路之间、备之间、设备与线路之间、设备与用户之间。它们之间设备与用户之间。它们之间的连接应避免直接连接。因的连接应避免直接连接。因机房线缆的布放是一次性的，机房线缆的布放是一次性的，直接连接意味着永久连接不直接连接意味着永久连接不可更改。这样不利于调整、可更改。这样不利于调整、调度、更换和测试电路，因调度、更换和测试电路

20、，因此它们之间的连接采用配线此它们之间的连接采用配线架方式将永久性线缆布放到架方式将永久性线缆布放到配线架上在配线架上通过跳配线架上在配线架上通过跳线或塞孔，完成它们之间的线或塞孔，完成它们之间的连接。连接。21 DDF2M2/8MUXDDF34M8/34MUX34/140MUXDDF140MOLTODFDDF8MPCM至VDF至VDF至SPC至SPCA方向光缆B方向光缆q 设备配置和连接图设备配置和连接图34M电路的另时调通如何操作？电路的另时调通如何操作？2M第一支路的环回如何操作？（内外）第一支路的环回如何操作？（内外）34M区122q 端子板分配图端子板分配图34M134M234M33

21、4M434M区区134M区区12M12M22M32M42M52M62M72M8Lhsf fLfhshsL低低次次群群侧侧高高次次群群侧侧f：发信支路：发信支路s：收信支路：收信支路L：低次群侧：低次群侧h：高次群侧：高次群侧23八八 环回操作的注意事项环回操作的注意事项q环回的类型环回的类型1软件环回和硬件环回软件环回和硬件环回软件环回是通过网管进行设置的，硬件环回就是手工用尾纤、自环软件环回是通过网管进行设置的，硬件环回就是手工用尾纤、自环电缆对光口、电口进行的环回操作。电缆对光口、电口进行的环回操作。2内环回和外环回内环回和外环回如果执行环回后的信号是流向该网元内部的，则这种操作称为内环如

22、果执行环回后的信号是流向该网元内部的，则这种操作称为内环回；如果环回后的信号是流向该网元外部的，则这种操作称之为外回；如果环回后的信号是流向该网元外部的，则这种操作称之为外环回环回外外环环回回外外环环回回网元网元设备设备内环回内环回内环回内环回支路支路线路线路243本地环回和远端环回本地环回和远端环回业务输入信号经本地网元直接环回到本地网元的输出端口，称为本业务输入信号经本地网元直接环回到本地网元的输出端口，称为本地环回；本地业务信号在传输到目的网元后，经目的网元环回再传地环回；本地业务信号在传输到目的网元后，经目的网元环回再传输到本地网元业务输出端口，称为远端环回。输到本地网元业务输出端口，

23、称为远端环回。网元网元设备设备支路支路线路线路本地本地网元网元支路支路远端环回远端环回目的目的网元网元支路支路本地环回本地环回线路线路25q环回操作的注意事项环回操作的注意事项1、环回测试会导致正常业务的中断，因此，一般只有在出现业务、环回测试会导致正常业务的中断，因此，一般只有在出现业务 中断等重大事故和系统调测时才被使用。中断等重大事故和系统调测时才被使用。2、正确判明环回端口、正确判明环回端口网元网元设备设备2M支路支路线路线路 DDFODF对端要求线路侧环回对端要求线路侧环回本地自回的线路侧环回本地自回的线路侧环回指定的指定的2M端口的交换机侧环回端口的交换机侧环回对端要求的指定对端要

24、求的指定2M口的环回口的环回263、本地光口环回时需加光衰减器、本地光口环回时需加光衰减器 光接收机动态范围为光接收机动态范围为12dB，目前的设备可以达到，目前的设备可以达到20dB左右左右 光接收机灵敏度通常为光接收机灵敏度通常为-38dBm 平均发送光功率通常为平均发送光功率通常为0dBm以下以下 光接收机的最大接收光功率为光接收机的最大接收光功率为-18dBm 因此本地光口环回需加因此本地光口环回需加20dB以上的衰减。以上的衰减。27光纤与光缆光纤与光缆28一一 光纤光纤1、结构和种类、结构和种类结构：结构： 纤芯和包层使用纤芯和包层使用sio2，一次涂层，一次涂层使用硅酮树脂、硅胶

25、等，套塑使用硅酮树脂、硅胶等，套塑层为塑料。纤芯折射率为层为塑料。纤芯折射率为n1包包层折射率为层折射率为n2,对于任何光纤有对于任何光纤有 n1 n2，2b=125m。折射率定义为：折射率定义为： n = C/V 一次涂覆层一次涂覆层 套塑层套塑层纤芯纤芯 包层包层 =2a =2bC为真空中的光速，为真空中的光速，V为介质为介质中的光速。中的光速。29种类：种类： 按折射率分布分：阶跃光纤，渐变光纤。按折射率分布分：阶跃光纤，渐变光纤。按传输模式分：多模光纤，单模光纤。按传输模式分：多模光纤，单模光纤。单模光纤单模光纤 2a c 时入射光可以在光纤中传播时入射光可以在光纤中传播当当 1 n2

26、。 b 入射光线必须在数值孔径以内。入射光线必须在数值孔径以内。322渐变光纤的传光过程渐变光纤的传光过程n0n2a brnn0n2因此渐变光纤又称为自聚焦光纤因此渐变光纤又称为自聚焦光纤333、 单模光纤单模光纤 单模光纤以其传输带宽很宽，传输性能优良被广泛使用。单模光纤以其传输带宽很宽，传输性能优良被广泛使用。模式：光的场型分布称为光的传输模式。模式：光的场型分布称为光的传输模式。用射线光学的方法解释如下：用射线光学的方法解释如下：a 每一条入射光线代表光的一个传输模式。每一条入射光线代表光的一个传输模式。b 入射角小的光线对应低阶模，入射角大的光线对应高阶模。入射角小的光线对应低阶模，入

27、射角大的光线对应高阶模。c 低阶模容量传输，高阶模不容量传输。低阶模容量传输，高阶模不容量传输。d 数值孔径以内的光线称为传导模，数值孔径以外的光线称数值孔径以内的光线称为传导模，数值孔径以外的光线称 为幅射模。为幅射模。34121235211数值孔径以内数值孔径以内2数值孔径以外数值孔径以外单模光纤只传一个模式，并只传基模！单模光纤只传一个模式，并只传基模！36给定一个光纤其传输模式的数量是多少？（即传导模的数量）给定一个光纤其传输模式的数量是多少？（即传导模的数量）37二二 光纤的传输特性光纤的传输特性1、光纤的损耗特性、光纤的损耗特性P1P2L损耗大小的衡量：损耗大小的衡量： = 10

28、lg (dB/km)光纤每公里损耗为：光纤每公里损耗为：P1P2L1L公里光纤总损耗为：公里光纤总损耗为： = 10 lg (dB)P1P2P1-P2= 10 lg P1 10 lg P238光纤损耗产生的原因光纤损耗产生的原因瑞利散射损耗瑞利散射损耗杂质吸收损耗杂质吸收损耗结构损耗结构损耗微弯曲损耗微弯曲损耗接头损耗接头损耗固有损耗固有损耗附加损耗附加损耗光纤损耗光纤损耗39损耗主要影响系统的中继距离损耗主要影响系统的中继距离工程和维护工作中用来测光纤损耗的仪表叫工程和维护工作中用来测光纤损耗的仪表叫OTDR，光时域反射仪。，光时域反射仪。OTDR可测试光纤的总损耗、每公里损耗、接头损耗、可

29、测试光纤的总损耗、每公里损耗、接头损耗、光纤长度、断点位置等。光纤长度、断点位置等。杂质吸收是指金属离子和杂质吸收是指金属离子和- OH造成的能量吸收。造成的能量吸收。40结构损耗又称为波导损耗是由于波导结构不理想造成的。结构损耗又称为波导损耗是由于波导结构不理想造成的。微弯曲是指曲率半径为微米级的弯曲和形变。通常弯曲微弯曲是指曲率半径为微米级的弯曲和形变。通常弯曲半径在半径在5cm以上对光信号没有什么影响。以上对光信号没有什么影响。5cm41微调架微调架显微镜显微镜放电针放电针待接光纤待接光纤放电控制放电控制光纤熔接机的组成光纤熔接机的组成42不同波长之间的色散为不同波长之间的色散为t2 t

30、1模式之间的色散为模式之间的色散为t2 t12、光纤的色散特性、光纤的色散特性定义：不同的光信号在光纤中传输时产生的时延差。定义：不同的光信号在光纤中传输时产生的时延差。 不同的光信号是指不同模式和不同波长的光信号。不同的光信号是指不同模式和不同波长的光信号。12t1t2 1 2t1t243色散的影响色散的影响色散造成脉冲展宽，导致码间干扰，降色散造成脉冲展宽，导致码间干扰，降低传输速率，因此色散主要影响系统的低传输速率，因此色散主要影响系统的传输容量。传输容量。44色散的种类色散的种类模式色散：不同模式的光信号在光纤中传播的途径不模式色散：不同模式的光信号在光纤中传播的途径不 同引起的时延差

31、，同引起的时延差，ns/km.材料色散：不同波长的光在光纤中的传播速度不同引材料色散：不同波长的光在光纤中的传播速度不同引 起的时延差，起的时延差，ps/km.波导色散：由于光纤结构不完善引起的时延差，波导色散：由于光纤结构不完善引起的时延差，ps/km.通常：模式色散通常：模式色散材料色散材料色散波导色散波导色散451.31m 材料色散材料色散波导色散波导色散Ps/km零色散波长和波长位移零色散波长和波长位移由图可见材料色散和波由图可见材料色散和波导色散在导色散在1.31 m处相处相互抵消，称之为零色散互抵消，称之为零色散波长，该波长处光纤带波长，该波长处光纤带宽极大。零色散波长还宽极大。零

32、色散波长还可以人为向长波长方向可以人为向长波长方向移动，构成所谓的色散移动，构成所谓的色散位移光纤。位移光纤。46常规单模光纤：常规单模光纤：G.652光纤，工作波长光纤，工作波长1.31 m，典型损耗值，典型损耗值 0.33dB/km。 色散位移光纤：色散位移光纤：G.653光纤，工作波长光纤，工作波长1.55 m，典型损耗值，典型损耗值 0.21dB/km。非零色散光纤：非零色散光纤： G.655光纤，用于波分复用系统，工作波段为光纤，用于波分复用系统，工作波段为 1.535-1.565 m，通过引入色散限制光纤的非线性，通过引入色散限制光纤的非线性 效应，提高波分复用的密度。效应，提高波

33、分复用的密度。色散补偿光纤：色散补偿光纤：DCF光纤，用于补偿光纤，用于补偿G.652光纤在光纤在1.55 m处的正色散。处的正色散。实用光纤的四种类型实用光纤的四种类型47光源和光发送机光源和光发送机48一、光纤通信中使用的光源一、光纤通信中使用的光源1 波粒二象性波粒二象性 光即是电磁波又是粒子，古来就有这两种说法，其代光即是电磁波又是粒子，古来就有这两种说法，其代表人物分别是惠更斯和牛顿，近代的代表人物是麦克斯表人物分别是惠更斯和牛顿，近代的代表人物是麦克斯韦和爱因斯坦。其理论依据是电磁场理论和量子理论，韦和爱因斯坦。其理论依据是电磁场理论和量子理论，光现象必须用这两种理论同时解释，才能

34、得到比较园满光现象必须用这两种理论同时解释，才能得到比较园满的结果。的结果。粒子说粒子说：光是许许多多以光速运动的粒子流，这些粒子：光是许许多多以光速运动的粒子流，这些粒子称为光量子，简称光子，光子的能量由其频率所决定。称为光量子，简称光子，光子的能量由其频率所决定。波动说波动说：光是电磁波，光波具有干涉、衍射、偏振等波：光是电磁波，光波具有干涉、衍射、偏振等波动现象。动现象。492 光与物质的相互作用光与物质的相互作用光与物质的相互作用由量子理论来解释，量子理论指出有光与物质的相互作用由量子理论来解释，量子理论指出有三种作用方式。三种作用方式。自发幅射自发幅射：普通光源的发光过程。：普通光源

35、的发光过程。受激幅射受激幅射：具有光的放大作用，激光光源的发光过程。：具有光的放大作用，激光光源的发光过程。受激吸收受激吸收：光的衰减过程。：光的衰减过程。50种类：种类：1、半导体激光器、半导体激光器LD：发激光。：发激光。 2、半导体发光二极管：发荧光。、半导体发光二极管：发荧光。材料：化合物半导体如，材料：化合物半导体如，GaAlAs、GaAs、InGaAsP等。等。结构：结构：PN结结构，加正向电压工作。结结构，加正向电压工作。符号：符号：3 光通信中使用的光源光通信中使用的光源激光：由受激幅射产生的光称为激光，或由光振荡器产生激光：由受激幅射产生的光称为激光，或由光振荡器产生的光，光

36、振荡器又称为量子振荡器。的光，光振荡器又称为量子振荡器。激光的特点：单色、同相、方向性强。激光激光的特点：单色、同相、方向性强。激光 又称为相干光。又称为相干光。51二二 光发送机光发送机1 对光发送机的要求对光发送机的要求 1合适的输出光功率合适的输出光功率 2消光比要小消光比要小 Ex = 10% 3调制性能要好调制性能要好 目前最高调制速率已达到目前最高调制速率已达到10GHz大小合适大小合适 0.015mw之间之间幅度稳定幅度稳定 与标称值偏差在与标称值偏差在5%-10%全全0光功率光功率全全1光功率光功率调制速率要高调制速率要高调制效率要高调制效率要高52输入接口：均衡电缆特性，并将

37、接口码转换为机内码。输入接口：均衡电缆特性，并将接口码转换为机内码。扰码：使码流中扰码：使码流中0和和1等概出现，统计性避免长连等概出现，统计性避免长连0。线路编码：将码流转换为光的线路码，便于在光纤中传输。线路编码：将码流转换为光的线路码，便于在光纤中传输。驱动电路：给光源提供合适的工作电流，驱动光源发光。驱动电路：给光源提供合适的工作电流，驱动光源发光。光源：完成信号的电光源：完成信号的电/光转换。光转换。2 光发送机组成光发送机组成输入输入接口接口告告 警警ATCAPC扰扰 码码线路线路编码编码驱驱 动动光源光源53输入输入接口接口告告 警警ATCAPC扰扰 码码线路线路编码编码驱驱 动

38、动光源光源APC：自动光功率控制电路，保证光源输出恒定。：自动光功率控制电路，保证光源输出恒定。ATC：自动温度控制电路，给光源提供恒温环境。：自动温度控制电路，给光源提供恒温环境。告警：监测光源工作情况，并提供告警信号告警：监测光源工作情况，并提供告警信号 。54光检测器和光接收机光检测器和光接收机55一一 光检测器光检测器1 光电效应光电效应 因光的照射而引起物体电学特性的改变，称为光电因光的照射而引起物体电学特性的改变，称为光电效应（包括发射电子、导是率发生变化或产生光生电效应（包括发射电子、导是率发生变化或产生光生电动势）。动势）。 光电效应中的能量关系由爱因斯坦公式表示光电效应中的能

39、量关系由爱因斯坦公式表示 mV2 = hf 125612mV2 = hf 阳极阳极阴极阴极爱因斯坦公式爱因斯坦公式m: 电子质量电子质量hf：光子能量：光子能量h：普朗克常数：普朗克常数 ：电子的逸出功：电子的逸出功 0光子的能量只与光的频率有关光子的能量只与光的频率有关hf572 半导体光电检测器半导体光电检测器种类：种类：1、PIN光电二极管，噪音小光电二极管，噪音小。 2、APD雪崩光电二极管，有内部放大作用。雪崩光电二极管，有内部放大作用。材料：单质或化合物半导体如，材料：单质或化合物半导体如，Si、Ge、InGaAsP等。等。结构：结构：PN结结构，加反向电压工作。结结构，加反向电压

40、工作。符号：符号：58光检测器：将接收到的光信号转变为电信号。光检测器：将接收到的光信号转变为电信号。放大：提高信号幅度，改善信噪比。放大：提高信号幅度，改善信噪比。均衡：将信号均衡为便于判决电路工作的波形，减少码间干扰。均衡：将信号均衡为便于判决电路工作的波形，减少码间干扰。判决：确定信号是判决：确定信号是0还是还是1，并还原为数字脉冲。，并还原为数字脉冲。线路解码：将线路码型转换为机内码。线路解码：将线路码型转换为机内码。二二 光接收机组成光接收机组成输出输出接口接口光检光检测器测器AGC放大放大线路线路解码解码判决判决解扰解扰均衡均衡59输出输出接口接口光检光检测器测器AGC放大放大线路线路解码解码判决判决解扰解扰解扰：扰码的反变换。解扰：扰码的反变换。输出接口：将机内码转换为接口码。输