光纤通信第1章课件

光纤通信

Email:二零一二年四月“通信专业人才”市场需求加工制造人员：这主要是给各个通信电子产品制造企业培养一线懂技术，懂原理的高素质技术型工人。目前，我国精加工制造业质量在世界水平中并不高，主要是因为我国一线工人的文化素质偏低，只懂操作，不懂技术。所以，就此考虑这方面的就业前景最为看好。一般管理人员：这个层次的人员是企事业或部门中的一般管理人员，维护和管理单位的通信和网络设备。这部分工作要求学生对通信基础知识有较为深刻的理解，能独立维修和管理设备。能给单位提供良好的通信技术支持。通信工程师：这个层次要求学生完全掌握通信基础知识，对通信设备能安装、调试、维护升级和改进。能参与设计和开发新型通信设备。了解本专业的发展前沿，具有一定的科学研究和实际工作能力。

能力结构（1）了解通信工程学科理论前沿发展趋势，具备对通信系统和通信网络设计、开发、调试、工程应用和维护的基本能力；（2）具有工程计算、电子线路的设计及制作能力；（3）能阅读和绘制电子产品线路图并分析工作原理；（4）具备听、说、读、写的能力和翻译外文资料的基本能力；（5）具备计算机的基本操作和编程的能力，熟悉并掌握常用办公软件和专业软件；（6）获得较好的工程实践训练，具有一定的科研和实际工作能力；（7）具有一定组织管理和对外联系业务的能力；（8）掌握文件检索、资料查询的基本方法。本门课程包括的主要内容第一章概述

第二章光纤的传输理论

第三章光源与光发送机

第四章光检测器与光接收机

第五章光纤通信系统与通信网

第六章光缆的连接与测试教材：李丽君，徐文云，《光纤通信》，第一版，北京大学出版社，2010年。推荐参考书：1、顾畹仪，李国瑞，《光纤通信系统》，第一版，北京邮电大学出版社，2005年。2、陈才和，《光纤通信》，第一版，北京工业技术出版社，2004年。3、李履信，沈建华，《光纤通信系统》，第一版，机械工业出版社，2003年。4、[美]约瑟夫·C·帕勒里斯，《光纤通信》，第五版，电子工业出版社，2005年。第一章概论1、学习目的和要求:了解光纤通信系统组成、光纤通信发展中的重要历程以及光纤通信的特点等;掌握光纤通信的概念和光纤通信系统框图。

2、本章主要内容1.1光纤通信系统及关键技术1.2光纤通信技术优缺点1.3光纤通信的发展历程1.1光纤通信系统及关键技术1.1.1光纤通信的概念及当前光纤通信基本系统1.光纤通信的概念：

光纤通信是利用近红外线区波长l微米左右的光波作为信息的载波信号，把电话、电视、数据等电信号调制到光载波上，再通过光导纤维(简称光纤)传输信息的一种通信方式。2.当前光纤通信基本系统电子、光发送端机光、电子接收端机放大器信息信息FiberFiberFig1.1当前典型的点--点光纤通信链路的基本框图发送器：

发送器的核心是一个光源，其主要功能就是将一个信息信号从电子格式转换为光格式。可采用发光二极管(LED)或激光二极管(LD)作为光源。光纤：

光纤通信系统中的传输介质是光纤。接收器：光接收器的关键设备是光检测器，其主要功能就是把光信息信号转换回电信号(光电流)。当今光纤通信系统中的光检测器是个半导体光电二极管(PD)。1.1.2光纤通信关键技术菲涅耳定律：n1sinθ1=n2sinθ2n1n2n1<n2n2n1n1>n2结论：若要实现全反射，则必须有n1>n2，θ1>θc时发生全反射θc为临界角θ1θ1θ2θ2θ1θ1Φmax=arcsin(NA)n1n2φmax光纤的性质光纤的损耗损耗特性与光的工作波长有关,在三个工作窗口有相对小的损耗:第一窗口光工作波长0.85μm,损耗稍大。第二窗口光工作波长1.31μm,损耗中等。第三窗口光工作波长1.55μm,损耗最小。光纤的色散由于光纤所传输信号中不同模式或不同频率成分因传输速度的不同而引起传输信号发生畸变的一种物理现象。光纤中的成缆

干线缆(架空光缆,直埋光缆,海底光缆,复合光缆……)96芯以下局内光缆芯数少，比干线缆柔软的用户缆，根据需要几百芯或几千芯,纤芯为带状光纤等。Fig1.6光缆的结构常用单模光纤G.652光纤即常规单模光纤，在1310nm波长工作时，理论色散值为零；在1550nm波长工作时，传输损耗最低，但色散系数较大。单通路速率达到STM-64时，需要采取色散调节手段。G.653光纤在1550nm波长工作时性能最佳，又称为色散位移光纤。零色散点从1310nm移至1550nm波长区。G.654光纤截止波长位移的单模光纤，它的设计重点是降低1550nm波长处的衰减。主要应用于需要很长再生段距离的海底光纤通信。G.655光纤又称之为非零色散移位单模光纤，零色散点移至1570nm或1510…1520nm附近，使1550nm处具有一定的色散值。色散受限距离达数百公里。可以有效的减少波分复用系统的四波混频的影响。2.光源与光检测技术光源主要有发光二极管，F-P腔半导体激光器分布反馈式（DFB)半导体激光器分布布拉格反射式（DBR)半导体激光器光接收器主要包括PIN型光接收器

雪崩型二极管

分布反馈式（DFB）和分布布拉格反射式（DBR）半导体激光器采用DFB和DBR结构，可以实现单模输出，是目前密集波分复用系统中的主流光源。单模输出有利于实现长距离和高速率的传输。Ppeak

PIN型光接收器PIN型光接收器的基本构造如下图所示：由三部分构成p型半导体，n型半导体和中间层。PIN型光接收器的工作原理。光调制技术光放大技术光通信路由技术其他相关技术光纤通信时也具有如下缺点：光纤弯曲半径不宜过小；光纤的切断和连接操作相对复杂；分路、耦合相对麻烦。1.3光纤通信的发展历程(1)光纤通信是以光作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式。光纤通信技术是30年来迅猛发展起来的高新技术，给世界通信技术乃至国民经济、国防事业和人民生活带来了巨大变革。1.3.1光纤通信技术的逐年进步

1966年，英籍华人高锟（C.K.Kao)预见利用玻璃可以制成衰减为20dB/Km的通信光导纤维（即光纤）。当时世界上最优秀的光学玻璃衰减高达1000dB/Km。1970年，美国康宁（Corning）公司首先研制成衰减为20dB/Km的光纤。从此，光纤就进入了实用化的发展阶段，世界各国纷纷开展光纤通信的研究。目前，半导体激光器不仅可以在室温下工作，而且其直接调制速率可以达到10Gbit/s乃至更高，逐渐满足了高效率、高速率、低啁啾、大功率、长寿命等要求。光纤与光源的逐年进步解决了衰减和色散问题，其结果是增加了光纤系统的通信容量。光探测器发展异常迅速。

(2)光纤通信系统中使用的光源经历了从发光二极管到半导体激光器的进步。光探测器也达到了GHz的响应灵敏度。光放大器都是由增益介质、能源、输入输出耦合结构组成。根据增益介质的不同，目前主要有两类光放大器：

(3)90年代初，光放大器的问世引起了光纤通信技术的重大变革，这在光通信史上具有里程碑的意义。它节省了光电变换的中继过程，而且实现了波长透明、速率透明和调制方式透明的光信号放大，从而诞生了采用波分复用（WDM）技术的新一代光纤系统商用化。

一类是用活性介质，如半导体材料和掺稀土元素（如Nd，Sm，Ho，Er，Pr，Tm和Yb）的光纤，利用受激辐射机制实现光的直接放大，如半导体激光放大器和掺杂光纤放大器；一类是基于光纤的非线性效应，利用受激散射机制实现光的直接放大，如光纤喇曼放大器和光纤布里渊放大器。在光纤放大器被新一代波分复用系统广泛使用的同时，光纤放大器的研究和开发也在不断进步。最近五年，技术上已经成熟的多种类型的光放大器（EDFA、GS-EDFA、TDFA、GS-TDFA和RFA）已经覆盖了1365-1650nm波长范围，使得在上述范围内实施波分复用成为可能。拉曼放大器（RA）利用了光纤中的拉曼散射效应实现光信号的放大。由于受激拉曼散射效应的阈值很高，随作近年来大功率半导体激光器的研制成功，这项光放大技术已经开始走向实用。光通信窗口新的划分：1570-1604nm称为L波段，短于1525nm的波长范围称为S波段，这个波段因为全波光纤的研制成功可以扩展到1365nm。这两个波段又可以分别称为光通信的第4窗口和第5窗口。①工作波长为0.85μm多模光纤光通信系统；②工作波长为1.31μm多模光纤光通信系统和单模光纤光通信系统；③

工作波长为1.55μm单模光纤光通信系统。而色散位移光纤（DSF，G.653）是应用于第三代光纤通信系统的一项重要成就。普通单模光纤的零色散点在1.31μm附近，色散位移光纤将零色散点从1.31μm移到1.55μm，有效地解决了1.55μm光通信系统的色散问题。（1）在数十年的发展过程中，光纤通信系统经历了三代：1.3.2光纤通信系统的发展从1980年以来的20几年间，随着光器件的发展和光系统的演进，光传输系统的容量已从Mbit/s发展到Tbit/s，提高了近10万倍。从理论上讲，全光网络是指光信息流在网络中的传输及交换始终以光的形式实现，而不需要经过光/电、电/光变换。也就是说，信息从源节点到目的节点的传输过程中始终在光域内。在波分复用技术提出以后，波长本身成为组网（分插、交换、路由）的资源。伴随着光分插复用（OADM）和光交叉联接（OXC）技术的逐步成熟，原来被认为只是提供带宽传输的光层开始有了组网能力，因此成为最近几年光纤通信研发的热点。

WDM全光网络是基于WDM技术，以波长作为组网资源，灵活可靠、性能稳定的光网络，它可以划分为长途骨干网、区域网和城域网三个等级。WDM全光网络通过波长路由机制实现路由选择，具有良好的可扩展性、可重构性和可操作性。（2）全光网络：

光纤通信技术的发展与展望光纤通信技术向更宽，更快的方向发展