1 ?光纤通信概论
L1光纤通信概论
光纤通信：以光作为信息载体，利用光纤传输携带信息的光波，以达到通信 之目
的。
数字光纤通信系统的基本组成：光发送机、光接收机、光纤。 典型的数字光纤通信系统方框图：
数字光纤通信系统
发送端的电端机把信息（如话音）进行模/数转换，用转换后的数字信号去调 制发送机中的光源器件LD,输出发出携带信息的光波。光波经光纤传输后到达 接收端，光接收机把数字信号从光波中检测出来送给电端机，而电端机再进行数 /模转换，恢复成原来的信息。
携带信息的光波：数字信号为T”时，光源器件发送一个”传号”光脉冲；当数 字信号为”0”时，光源器件发送一个”空号”（不发光）。
1.2光纤通信优点 1） 、通信容量大
一根光纤同时传输24万个话路，比传统的明线、同轴电缆、微波等要高出 几十乃至上千倍。波分复用技术的采用，把一根光纤当作几根、几十根光纤使用, 通信容量近乎无限。
2） 、中继距离长
光纤具有极低的衰耗系数，目前商用化石英光纤已达0.19dB/km 以下，配 以适当的光发送与光接收设备，中继距离达数百公里以上，特别适用于长途一、 二级干线通信。
光纤通信基础
电端机
（A/D ）
匚n 中继器 电端机
（D/A ）
模拟信号
模拟倍号
光发送机 匚^光接收机
3）、保密性能好。
4）、抗干扰能力强
光波在光纤中传输时只在其芯区进行，不存在传统的电磁波辐射，因此其保密性能极好，同时也不怕外界强电磁场的干扰，抗干扰能力强。
5）、便于施工和维护
体积小、重量轻。光缆的敷设方式方便灵活，既可以直埋、管道敷设，又可以水底和架空。
2光纤与光缆
2」光纤的构造
光纤呈圆柱形是由单根玻璃纤维、紧靠纤心的包层、一次涂履层以及套塑保护层组成。
2.2光纤的导光原理
光是一种频率很高的电磁波，而光纤本身是一种介质波导。
我们从几何光学的角度来简单讨论光纤的导光原理
全反射原理：
光线在均匀介质中是以肓线传播的，但在两种不同介质的分界面会产生反射和折射现象，如图所示:
光的反射与折射
光的全反射现象
当n的比值增大到一定程度，则会使折射角290度，此时的折射光线不再进入包层，而会在纤芯与包层的分界面上掠过，或者重返冋到纤芯中进行传播, 这种现象叫做光的全反射现象。
不难理解，当光在光纤中发生全反射现象时，由于光线基木上全部在纤芯区
进行传播，没有光跑到包层中去，所以可以大大降低光纤的衰耗。
2.3光在光纤中的传播
n2
光在光纤中以“乙'形轨迹传播及沿纤芯与包层的分界面掠过
2.4光纤的工作波长（工作窗口）
光线路信号在光纤上传送的波长：850nm> 1310nm> 1550nm
850nm窗口只用于多模传输；1310nm和1550nm窗口用于单模传输
2.5光通道参数：衰减、色散
光信号在光纤中传输的距离要受到色散和衰减的双重影响。衰减使在光纤中传输的光信号随着传输距离的增加而功率下降。
1310nm窗口每公里衰减：0.4dB/km
1550nm窗口毎公里衰减：0.25dB/km
色散：在光纤数字通信系统中，由于光纤中的信号是由不同的频率成分和不同的模式成份来携带的，这些不同的频率成份和不同的模式成份的传输速度不同，从而引起色散。色散会使在光纤中传输的数字脉冲展宽，引起码间干扰，降低信号质量。
不同光纤色散图
2.6光纤的类型
按光在光纤中的传输模式可分为：单模光纤和多模光纤。
单模光纤（Single Mode Fiber）：只允许传输一个模式光波的光导纤维。中心玻璃芯很细（芯径一般为9或10pm）,只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但还存在着材料色散和波导色散，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。
多模光纤（Multi Mode Fiber）：允许同时传输多个模式光波的光导纤维。中心玻璃芯较粗（50或62.5pm）,可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600MB/KM 的光纤在2KM 时则只有300MB的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有儿公里。
光纤分类：
?标准单模光纤（G652光纤）
?零色散位移光纤（G653光纤）
?1550 nm处最低衰减光纤（G654光纤）
?非零色散位移光纤（G.655光纤）
?色散补偿光纤（DCF, G.65X光纤）
G.652光纤：在1310nm波长窗口色散性能最佳，是冃前应用最广泛的光纤。在1310nm处，色散小，衰耗大；在1550nm处，色散大，衰耗小；G.653光纤: 在1550nm波长，衰耗和色散皆为最小值，可实现大容量长距离传输。因出现四波混频效应（FWM）,限制了它在WDM （波分复用）方面的应用。G654 光纤:1550nm损
耗最小光纤，主要用于长再生中继距离的海底光缆。G.655光纤：克服了G.652光纤在1550mi）处色散受限和G.653光纤在1550mn处出现四波混频效应的缺陷，适用于WDM系统。
第一窗LJ 第二窗门第三窗口
波长｛ n m )
光纤的三个低损耗窗口
2.7光缆简介
光缆为光纤提供可靠的机械保护，使之适应外部使用环境，并确保在敷设与使用中光缆的光纤具有可靠的传输性能。
光缆特性：光缆虽有一定的强度和抗张力，但经不起过大的侧压力与拉伸光缆在短期内可接触水，当时间过长会增加光纤的衰耗。
光缆分类：架空光缆，直埋式光缆、铠装光缆、海底光缆、阻燃光缆等等。2.8尾纤连接器
常见光纤连接器种类：
FC：圆头连接器
SC,方头连接器
LC：小方头连接器
2.9光缆的一些规范（移动线路施工规范）
?每盘光缆两端有端别识别标志；面向光缆看，在顺时针方向上松套管序号增大时为A端，反之为B端；
?人（手）孔内的光缆应挂有按照相关要求制作的标识牌（进出方向各一块）;
?局内光缆一般从局前人孔经地下进线室引至光传输设备。局内光缆应挂按相关规定制作的标识牌，以便识别。
?光缆在光纤配线架（ODF）成端处，将金屈构件用铜芯聚氯乙烯护套电缆引出，并将其连接到保护地线上。必须有独立的光缆接地排。纤芯排列安装从下至上，从左至右。
光缆长度预留表
3光源器件与光发送机
3.1光纤通信对光源器件的要求
发射光波长适中在0.85 1.31 um和1.55 U m附近；发射光功率足够
大（指入纤光功率）；温度特性好，光源器件的发光波长与发射光功率易随温度变化，在较高温度下其性能容易劣化。发光谱宽窄谱线宽度：应小于2nmo谱线过宽，会增大光纤色散，减少光纤的传输容量与传输距离。工作寿命长光源器件寿命的终结是指其发
光功率降低到初始值的一半或者其阈值电流增大到其初始值的二倍以上。体积小、重量轻
3.2光源器件分类
1）发光二极管LED发光机理：自发幅射发光
优点：线性度、温度特性好、价格低、寿命长、使用简单
缺点：谱线较宽、与光纤的耦合效率低
应用：小容量、短距离的光纤通信；用于对线性变要求高的模拟传输。
2）激光二极管LD发光机理：受激发光
优点：发光谱线窄（1?5nm）与光纤的耦合效率高（可达90%）调制速率高应用在大容量、长距离的数字光纤通信
缺点：
温度特性差：主要表现在其阈值电流随温度的上升而增加，如下图所示。（注：LD是阈值器件，需予偏置）
线性度差：LD的发光功率随其工作电流的变化，并非是一种良好的线性对应关系，但数字光纤通信对光源器件的线性度并没有过高的要求，并不影响使用。
工作寿命短，目前可达到数十万小时。
3.3光发送机
光发送机的主要技术指标：
平均发送光功率：指在发送”0”、T”码等概率调制的情况下，光发送机输出的光功率值，单位为dBm。
谱宽：光发送机中光源器件的谱线宽度，一般用-20dB谱宽衡量，即指从中心波长的最大幅度下降到百分之一（?20dB）时两点间的宽度
光发送机的主要技术指标：
光源器件的寿命
消光比EX：码光脉冲功率与”0”码光脉冲功率之比，光发送机的消光比
一般要求大于&2dB,但并非越大越好，否则会引起”碉啾声”。
4光检测器件与光接收机
光检测器件通过光/电转换，将信号（通信信息）从光波中分离（检测）出来。
4.1光纤通信对光检测器件的要求:
1)灵敏度高（响应度高）
2)噪声低
3)工作电压低
4)体积小、重量轻、寿命长
4.2光检测器件类型：
PIN光二极管与APD雪崩光二极管两大类
1）PIN光二极管：
特性参数：灵敏度、响应时间
优点：噪声小、工作电压低
缺点：没有倍增效应。PIN的光接收
机灵敏度不高，适宜用于短距通信
2）APD光二极管：
特性参数：倍增因子G （平均增益）倍增噪声因子。
APD光二极管的最大优点是倍增效应，即输入同样大小的光功率信号能获得比PIN光二极管多几十倍的光电流，大大提高了光接收机的灵敏度（比PIN 光接收机提高约10dB以上）。
4.3光接收机各功能框介绍：
前置放大器：把光检测器产生的微弱光电流进行予放大
主放大器：把信号进一步放大，其增益一般在5OdB以上
均衡器：把主放大器输出的脉冲进行均衡，以形成码间干扰最小、最有利于进行判决的波形。
判决再生电路：对均衡器输出的脉冲流逐个进行判决，并再生成波形整齐的脉冲码流。
时钟提取电路：提取时钟，以保证收发同步。
自动增益控制（AGC）：控制前置放大器与主放大器的增益，使光接收机有一个规定的动态范围。
偏压电路：向APD光二极管提供反向偏压
光接收机灵敏度：
在保证规定的误码率条件下(如BER= IX 10-10),光接收机所需要的最小光功率值，一般以dBm为单位。
灵敏度是光接收机一项重要技术指标，灵敏度与光发送机的发光功率、光纤的衰耗系数决定了光纤通信的中继距离。
光接收机过载光功率：在保证规定的误码率条件下(如BER= IX 10-10),光接收机所允许的最大光功率值，以dBm为单位。
动态范围：过载光功率与灵敏度之差，动态范围一般在20dB以上。
光纤通信的最大中继距离：受光纤衰耗的限制，称为衰耗受限系统；受传输色散的限制，称为谓色散受限系统。
在PDH通信中，码速率不高(一般最高为140Mb/s),色散造成的影响不大, 多数为衰耗受限系统。
在SDH通信中，码速率很高，光纤色散影响很大，系统可能是衰耗受限系统，也可能是色散受限系统。
《光纤通信技术》复习题 一．基本概念 1．什么样的电磁波叫做“光”？目前的光纤通信用的是什么光？波长是多少？ 答：光是一种电磁波，光频为10E14HZ量级，波长为μm 量级。可见光大约指0.4μm ~0.76μm 波长范围的电磁波。光通信采用的波长0.85μm、1.31μm和1.55μm。即在电磁波近红外区段。 2．光纤通信的特点？ 答：一、传输频带宽，通信容量大 二、传输损耗低，中继距离长 三、不怕电磁干扰 四、保密性好，无串音干扰 五、光纤尺寸小,重量轻,利于敷设和运输 六、节约有色金属和原材料 七、抗腐蚀性能好 3．光纤的NA和LNA各是什么意义？什么是光线模式的分立性？ 答：入射最大角称为孔径角，其正弦值称为光纤的数值孔径。数值孔径表示光纤采光能力的大小。 在光纤端面上芯区各点处允许光线射入并形成导模的能力是不一样的，折射率越大的位置接收入射光的能力越强。为了定量描述光纤端面各点位接受入射光的能力，取各点位激发最高次导模的光线入射角度为局部孔径角θ’C (r) ，并定义角的正弦值为该点位的局部数值孔径LNA。 光是有一定波长的，将光线分解为沿轴向和径向的两个分量，传输光波长λ也被分为λZ和λr。沿径向传输的光波分量是在相对的芯/包层界面间（有限空间）往返传输，根据波形可以稳定存在的条件——空间长度等于半波长的整数倍，而空间长度已由光纤结构所确定，所以径向波长分量λr不能随意了，从而导致它们夹角不能随意也即不能连续变化，即光线模式的分立性。 4．什么是光纤的色散？光纤的色散分为哪几种？在单模光纤中有哪些色散？ 答：脉冲信号在光纤中传输时被展宽的现象叫光纤的色散。分为模间色散和模内色散。模内色散又分为材料色散和波导色散。多模光纤：模式色散和材料色散；单模光纤：材料色散和波导色散。 5．归一化频率V和截止频率VC各如何定义？有何区别和联系？ 答：归一化频率见书28页，截止频率见27页。实际光纤中能够传输的导模模式必须满足V>Vc。
光纤通信基础知识 基本光纤通信系统 最基本的光纤通信系统由数据源、光发送端、光学信道和光接收机组成。其中数据源包括所有的信号源，它们是话音、图象、数据等业务经过信源编码所得到的信号；光发送机和调制器则负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号，先后用过的光波窗口有0.85、1.31和1.55。光学信道包括最基本的光纤，还有中继放大器EDFA等；而光学接收机则接收光信号，并从中提取信息，然后转变成电信号，最后得到对应的话音、图象、数据等信息。下面是光通信系统图。 光通信系统图 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。 电发射端机 主要任务是PCM编码和信号的多路复用。 多路复用是指将多路信号组合在一条物理信道上进行传输，到接收端再用专门的设备将各路信号分离出来，多路复用可以极大地提高通信线路的利用率。 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（pulsecodemodulation），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。
抽样是指从原始的时间和幅度连续的模拟信号中离散地抽取一部分样值，变换成时间和幅度都是离散的数字信号的过程。 抽样所得的信号幅度是无限多的，让这些幅度无限多的连续样值信号通过一个量化器，四舍五入，使这些幅度变为有限的M种（M为整数），这就是量化。由于在量化的过程中幅度取了整数，所以量化后的信号与抽样信号之间有一个差值（称为量化误差），使接收端的信号与原信号间有一定的误差，这种误差表现为接收噪声，称为量化噪声。码位数M越多，分级就越细，误差越小，量化噪声也越小。 编码是指按照一定的规则将抽样所得的M种信号用一组二进制或者其它进制的数来表示，每种信号都可以由N个2二进制数来表示，M和N满足M=2N。例如如果量化后的幅值有8种，则编码时每个幅值都需要用3个二进制的序列来表示。需要注意的是，此处的编码仅指信源编码，这和后面提到的信道编码是有所区别的。 现以话音为例来说明这个过程。我们知道话音的频率范围是300～3,400Hz，在抽样的时候，要遵循所谓的奈奎斯特抽样率，实际中按8,000Hz的速率进行抽样。为了保证通话的质量，在长途干线话路中采用的是8位码（28=256个码组）。这样量化值有256种，每一种量化值都需要用8位二进制码编码，那么每一个话路的话音信号速率为8×8＝64kbps。 奈奎斯特抽样定理：要从抽样信号中无失真地恢复原信号，抽样频率应大于2倍信号最高频率。 多路复用技术包括：频分多路复用（FDM）、时分多路复用（TDM）、波分多路复用（WDM）、码分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）。 时分多路复用：当信道达到的数据传输率大于各路信号的数据传输率总和时，可以将使用信道的时间分成一个个的时间片（时隙），按一定规则将这些时间片分配给各路信号，每一路信号只能在自己的时间片内独占信道进行传输，所以信号之间不会互相干扰。 频分多路复用：当信道带宽大于各路信号的总带宽时，可以将信道分割成若干个子信道，每个子信道用来传输一路信号。或者说是将频率划分成不同的频率段，不同路的信号在不同的频段
中国光纤通信技术的现状及未来 光纤通信是我国高新技术中与国际差距较小的领域之一。光纤通信由于其具有的一系列特点, 使其在传输平台中居于十分重要的地位。虽然目前移动通信, 甚至卫星移动通信的热浪再现高波,但 Telecom99的展示说明,光纤通信仍然是最主要的传输手段。在北美,信息量的 80%以上是通过光纤网来传输的。在我国光纤通信也得到广泛的应用,全国通信网的传输光纤化比例已高达 82%。光纤通信技术的应用基本达到国际同类水平,自主开发的光纤通信产品也比较接近国际同类产品水平, 但实验室的研究水平还有一定的差距。本文扼要回顾我国光通信走过的历程, 并从光纤光缆、光器件、光传输设备和系统等几方面介绍光通信的研发、应用现状, 展望光通信在我国的应用前景, 将激励我们为振兴我国光通信民族产业做出更大的贡献。 1 我国光通信历程的回顾 我国的光通信起步较早, 70年代初就开始了大气传输光通信的研究,随之又进行光纤和光电器件的研究,自 1977年初,研制出第一根石英光纤起,跨过一道道难关,取得了一个又一个零的突破。如今回顾起来,所经历的“里程碑”依然历历在目: 1977年,第一根短波长 (0. 85mm 阶跃型石英光纤问世,长度为 17m ,衰减系数为300dB/km。 研制出 Si-APD 。 1978年,阶跃光纤的衰减降至 5dB/km。 研制出短波长多模梯度光纤,即 G .651光纤。 研制出 GaAs-LD 。 1979年,研制出多模长波长光纤,衰减为 1dB/km。 建成 5.7km 、 8Mb/s光通信系统试验段。
1980年, 1300nm 窗口衰减降至 0.48dB/km, 1550nm 窗口衰减 为 0.29dB/km。 研制出短波长用的 GaAlAs-LD 。 1981年,研制出长波长用的 InGaAsP-LD 和 PIN 探测器。 多模光纤活动连接器进入实用。 研制出 34Mb/s光传输设备。 1982年,研制成功长波长用的激光器组件和探测器组件 (PIN-FET。 研制出光合波分波器、光耦合器、光衰减器、滤光器等无源器件。 研制出 140Mb/s光传输设备。 1984年,武汉、天津 34Mb/s市话中继光传输系统工程建成 (多模。 1985年,研制出 1300nm 单模光纤,衰减达 0.40dB/km。 1986年,研制出动态单纵模激光器。 1988年,全长 245km 的武汉椌V輻沙市 34Mb/s多模光缆通信系统工程通过邮电部鉴定验收。 扬州——高邮 4Mb/s单模光缆通信系统工程通过邮电部鉴定验收。 1989年,汉阳——汉南 40Mb/s单模光传输系统工程通过邮电部鉴定验收。 1990年, 研制出 G .652标准单模光纤, 最小衰减达 0.35dB/km。到 1992年降至0.26dB/km。成功地研制出 1550nm 分布反馈激光器 (DFB-LD。 1991年,研制出 G .653色散位移光纤。最小衰减达 0.22dB/km。
《光纤通信原理与技术》课程教学大纲 英文名称：Fiber Communication Principle and its Application 学时：51 学分：3 开课学期：第7学期 一、课程性质与任务 通过讲授光纤通信技术的基础知识，使学生了解掌握光纤通信的基本特点，学习光纤通信系统的三个重要组成部分：光源（光发射机）、光纤（光缆）和光检测器（光接收机）。通过本课程的学习，学生将掌握光纤通信的基本原理、光纤通信系统的组成和系统设计的基本方法，了解光纤通信的未来与发展，为今后的工程应用和研究生阶段的学习打下基础。 二、课程教学的基本要求 要求通过课堂认真听讲和实验课，以及课下自学，基本掌握光纤通信的基础理论知识和应用概况，熟悉光纤通信在电信、通信中的应用，为今后的工作打下坚实的理论基础。 三、课程内容 第一章光通信发展史及其优点（1学时） 第二章光纤的传输特性（2学时） 第三章影响光纤传输特性的一些物理因素（5学时） 第四章光纤通信系统和网络中的光无源器件（9学时） 第五章光纤通信技术中的光有源器件（3学时） 第六章光纤通信技术中使用的光放大器（4学时） 第七章光纤传输系统（4学时） 第八章光纤网络介绍（6学时） 第九章光纤通信原理与技术实验（17课时） 四、教学重点、难点 本课程的教学重点是光电信息技术物理基础、电光信息转换、光电信息转换，光电信息技术应用，光电新产品开发举例。本课程的教学难点是光电信息技术物理基础。
五、教学时数分配 教学时数51学时，其中理论讲授34学时，实践教学17学时。（教学时数具体见附表1和实践教学具体安排见附表2） 六、教学方式 理论授课以多媒体和模型教学为主，必要时开展演示性实验。 七、本课程与其它课程的关系 1.本课程必要的先修课程 《光学》、《电动力学》、《量子力学》等课程 2.本课程的后续课程 《激光技术》和《光纤通信原理实验》以及就业实习。 八、考核方式 考核方式：考查 具体有三种。根据大多数学生学习情况和学生兴趣而定其中一种。第一种是采用期末考试与平时成绩相结合的方式进行综合评定。对于理论和常识部分采用闭卷考试，期末考试成绩占总成绩的55％，实验成绩占总成绩的30%，作业成绩及平时考勤占总成绩的15％；第二种是采用课程设计（含市场调查报告）和平时成绩相结合的方式，课程设计占总成绩的55%，实验成绩占总成绩的30%，作业成绩及平时考勤占总成绩的15%。第三种是采用课程论文（含市场调查报告）和平时成绩相结合的方式，课程论文占总成绩的55%，实验成绩占总成绩的30%，作业成绩及平时考勤占总成绩的15%。 九、教材及教学参考书 1.主教材 《光纤通信原理与技术》，吴德明编著，科学出版社，第二版，2010年9月 2.参考书 （1）《光纤通信原理与仿真》，郭建强、高晓蓉、王泽勇编著，西南交通大学出版社，第一版，2013年5月 （2）《光通信原理与技术》，朱勇、王江平、卢麟，科学出版社，第二版，2011年8月
光纤通信基础复习题 及答案
光纤通信基础复习题 1．光通信的发展大致经历几个阶段？ 光通信的发展大致经历如下三个阶段 可视光通信阶段：我国古代的烽火台，近代战争中的信号弹、信号树，舰船使用的灯塔、灯光信号、旗语等，都属于可视光通信。 大气激光通信阶段：光通信技术的发展应该说始于激光器的诞生。1960年美国人梅曼发明了第一台红宝石激光器，使人们开始对激光大气通信进行研究。激光大气通信是将地球周围的大气层作为传输介质，这一点与可视光通信相同。但是，激光在大气层中传输会被严重的吸收并产生严重的色散作用，而且，还易受天气变化的影响。使得激光大气通信在通信距离、稳定性及可靠性等方面受到限制。 光纤通信阶段：早在1950年，就有人对光在光纤中的传播问题开始了理论研究。1951年发明了医用光导纤维。但是，那时的光纤损耗太大，达到1000 dB/km，即一般的光源在光纤中只能传输几厘米。用于长距离的光纤通信几乎是不可能。1970年，美国康宁公司果然研制出了损耗为20dB/km的光纤，使光纤远距离通信成为可能。自此，光纤通信技术研究开发工作获得长足进步，目前，光纤的损耗已达到0.5dB/km（1.3μm）0.2dB/km（1.55μm）的水平。 2. 光纤通信技术的发展大致经历几个阶段？ 第一阶段（1966～1976）为开发时期. 波长: λ= 0.85um, 光纤种类: 多模石英光纤, 通信速率: 34～45Mb/s, 中继距离: 10km. 第二阶段（1976～1986）为大力发展和推广应用时期. 波长: λ= 1.30um, 光纤种类: 单模石英光纤, 通信速率: 140～565Mb/s,
光纤通信基础复习题 1．光通信的发展大致经历几个阶段？光通信的发展大致经历如下三个阶段可视光通信阶段：我国古代的烽火台，近代战争中的信号弹、信 号树，舰船使用的灯塔、灯光信号、旗语等，都属于可视光通信。 大气激光通信阶段：光通信技术的发展应该说始于激光器的诞生。1960 年美国人梅曼发明了第一台红宝石激光器，使人们开始对激光大气通信进行研究。激光大气通信是将地球周围的大气层作为传输介质，这一点与可视光通信相同。但是，激光在大气层中传输会被严重的吸收并产生严重的色散作用，而且，还易受天气变化的影响。使得激光大气通信在通信距离、稳定性及可靠性等方面受到限制。 光纤通信阶段：早在1950 年，就有人对光在光纤中的传播问题开始了理论研究。1951 年发明了医用光导纤维。但是，那时的光纤损耗太大，达到1000 dB/k m,即一般的光源在光纤中只能传输几厘米。用于长距离的光纤通信几乎是不可能。1970 年，美国康宁公司果然研制出了损耗为20dB/km 的光纤,使光纤远距离通信成为可能。自此,光纤通信技术研究开发工作获得长足进步,目前,光纤的损耗已达到0.5dB/km （1.3 卩n）0.2dB/km （1.55 卩m）的水平。 2. 光纤通信技术的发展大致经历几个阶段？ 第一阶段（1966?1976）为开发时期. 波长：入二0.85um, 光纤种类: 多模石英光纤, 通信速率： 34 ?45Mb/s, 中继距 离： 10km. 第二阶段（1976?1986）为大力发展和推广应用时期. 波长：入二1.30um, 光纤种类：单模石英光纤, 通信速率： 140 ?565Mb/s, 中继 距离： 50 ?100km. 第三阶段（1986?1996）以超大容量超长距离为目标,全面推广 及开展新技研究时期. 波长：入二1.55um,
1 ?光纤通信概论 L1光纤通信概论 光纤通信：以光作为信息载体，利用光纤传输携带信息的光波，以达到通信 之目 的。 数字光纤通信系统的基本组成：光发送机、光接收机、光纤。 典型的数字光纤通信系统方框图： 数字光纤通信系统 发送端的电端机把信息（如话音）进行模/数转换，用转换后的数字信号去调 制发送机中的光源器件LD,输出发出携带信息的光波。光波经光纤传输后到达 接收端，光接收机把数字信号从光波中检测出来送给电端机，而电端机再进行数 /模转换，恢复成原来的信息。 携带信息的光波：数字信号为T”时，光源器件发送一个”传号”光脉冲；当数 字信号为”0”时，光源器件发送一个”空号”（不发光）。 1.2光纤通信优点 1） 、通信容量大 一根光纤同时传输24万个话路，比传统的明线、同轴电缆、微波等要高出 几十乃至上千倍。波分复用技术的采用，把一根光纤当作几根、几十根光纤使用, 通信容量近乎无限。 2） 、中继距离长 光纤具有极低的衰耗系数，目前商用化石英光纤已达0.19dB/km 以下，配 以适当的光发送与光接收设备，中继距离达数百公里以上，特别适用于长途一、 二级干线通信。 光纤通信基础 电端机 （A/D ） 匚n 中继器 电端机 （D/A ） 模拟信号 模拟倍号 光发送机 匚^光接收机
3）、保密性能好。 4）、抗干扰能力强 光波在光纤中传输时只在其芯区进行，不存在传统的电磁波辐射，因此其保密性能极好，同时也不怕外界强电磁场的干扰，抗干扰能力强。 5）、便于施工和维护 体积小、重量轻。光缆的敷设方式方便灵活，既可以直埋、管道敷设，又可以水底和架空。 2光纤与光缆 2」光纤的构造 光纤呈圆柱形是由单根玻璃纤维、紧靠纤心的包层、一次涂履层以及套塑保护层组成。 2.2光纤的导光原理 光是一种频率很高的电磁波，而光纤本身是一种介质波导。 我们从几何光学的角度来简单讨论光纤的导光原理 全反射原理： 光线在均匀介质中是以肓线传播的，但在两种不同介质的分界面会产生反射和折射现象，如图所示:
光纤通信技术课程标准 课程名称：光纤通信技术理论与实践 适用专业：通信 1 课程定位和设计思路 1-1课程定位 《光纤通信技术理论与实践》是通信技术专业学生必修的一门专业课，通过本课程的学习，要求学生掌握光纤通信系统的基本组成； 了解光缆的结构及光纤传光原理，掌握光缆接续技术；熟悉通信用光器件及参数；掌握光端机的组成和特性；光纤通信系统设计的初步问题； SDH标准、设备原理、以及SDH组网配置等；了解光纤通信新技术，如光纤放大器、光波复用技术、光交换技术、光时分复用技术、相干光通信技术、单波长的 SDH 传送网，多波长的 WDM 全光网和光接入网等。 1-2设计思路 《光纤通信技术理论与实践》是通信专业一门必修的专业基础实践课程，该课程采用学做一体，通过五个项目：项目一、光缆系统工程（五个工作任务）；项目二、光传输链路组成与测试（四个工作任务）；项目三、光纤传输系统组建与测试（三个工作任务）；项目四、SDH 设备应用、SDH 接口及测试、组网配置（六个工作任务）；项目五、光纤通信新技术应用报告（一个工作任务）来进行教学，该课程原则上在第二学年第三学期每周4学时，共16周/学期，共64学时/学期，4个学分/学期。 2 工作任务和课程目标 2-1 工作任务
2-2 课程目标 经过66学时的教学，让学生在知识目标，能力目标，和思想教育目标达到相应的要求，并为今后进一步学习后面的课程打下基础。 1．知识目标： （1）掌握光纤通信系统的基本组成； （2）了解光缆的结构及光纤传光原理，掌握光缆接续技术； （3）熟悉通信用光器件及参数； （4）掌握光端机的组成和特性； （5）光纤通信系统设计的初步问题； （6）SDH标准、设备原理、以及SDH组网配置等； （7）了解光纤通信新技术及发展方向，如光纤放大器、光波复用技术等； 2．能力目标： 教学训练与企业技能鉴定标准、职业认证资格相结合，在校内实训基地、校企合作 的校外实训基地通过实际工程任务的训练、展示以完成上述技能操作目标。。 3．思想教育目标： （1）学会一定的沟通、交际、组织、团队合作的社会能力； （2）具有一定的自学、创新、可持续发展的能力； （3）具有一定的解决问题、分析问题的能力； （4）具有良好的职业道德和高度的职业责任感。 3 课程内容和要求 项目一、光缆系统工程 工作任务一、列举光纤通信的典型应用 （一）实训目的 1.光纤通信的使用波段。 2.光纤通信的特点。 3.光纤通信系统的组成。 （二）实训内容 1.了解光纤通信的使用波段；
试题1 《光纤通信技术》综合测试1 一、(20分)填空题： 1 光纤通信的主要优点有、、 、、和。 2光纤的数值孔径是表示定义式为 。 3 光纤损耗的理论极限值是由和一起构成的。 4激光器由、和三部分组成。 5光复用技术有：技术、技术、技 术、 技术和技术。 6 光接收机的主要指标是和。 二、（30分）选择题： 1 目前光纤通信所用光波的波长有三个，它们是：[ ] A 0.85、1.20、1.80； B 0.80、1.51、1.80； C 0.85、1.31、1.55； D 0.80、1.20、1.70。 2 下面说法正确的是：[ ] A 光纤通信只能用于数字通信，不能用于模拟通信； B 光纤通信不能用于数字通信，只能用于模拟通信； C 光纤通信即可以用于数字通信，也可用于模拟通信； D 光纤通信不能用于数字通信，也不能用于模拟通信。 3 下面说法正确的是：[ ] A 光纤的典型结构是多层同轴圆柱体，自内向外为包层、纤芯和涂覆层； B 光纤的典型结构是多层同轴圆柱体，自内向外为纤芯、包层和涂覆层； C 光纤的典型结构是两层同轴圆柱体，自内向外为纤芯和涂覆层；
D 光纤的典型结构是两层同轴圆柱体，自内向外为包层和涂覆层。 4下面说法正确的是：[ ] A 为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须等于纤芯的折射率； B 为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须大于纤芯的折射率； C 为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须小于纤芯的折射率； D 为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须大于涂覆层的折射率。 5 下面说法正确的是：[ ] A 多模光纤指的是传输多路信号； B 多模光纤可传输多种模式； C 多模光纤指的是芯径较粗的光纤； D 多模光纤只能传输高次模。 6 光纤的连接分为：[ ] A 固定连接和永久性连接； B 固定连接和熔连接； C 固定连接和活动连接； D 粘连接和熔连接。 7 光合波器是：[ ] A 将多个光波信号合成一个光波信号在一根光纤中传输； B 将多路光信号合并成一路光信号在光纤中传输； C 将同波长的多个光信号合并在一起耦合到一根光纤中传输； D 将不同波长的多个光信号合并在一起耦合到一根光纤中传输。 8 前向泵浦掺铒光纤放大器是：[ ]
光纤通信技术期末复习题 一.选择题。 1.光纤包层需要满足的基本要求是（A） A.为了产生全反射，包层折射率必须必纤芯低 B.包层不能透光，防止光的泄露 C.必须是塑料，使得光纤柔软 D.包层折射率必须必空气地 2.在激光器中，光的放大是通过（A） A.粒子数反转分布的激活物质来实现的 B.光学谐振腔来实现的 D.泵浦光源来实现的 D.外加直流来实现的 3.STM-64信号的码速率为（D） A.155.520Mb/s B.622.080Mb/s C.2488.320Mb/s D.9953.280Mb/s 4.以下哪个是掺铒光纤放大器的功率源（C） A.通过光纤的电流 B.EDFA不需要功率源 C.在980nm或1480nm发光的泵浦激光器 D.从光信号中提取的功率 5.数字光接收机的灵敏度Pr=100微瓦，则为（ A）dbm A.-10 B.10 C.-20 D.-30 6.为了使雪崩光电二极管能正常工作，需在其两端加上（B） A.高正向电压 B.高反向电压 C.低反向电压 D.低正向电压 7.光纤的数值孔径与（C）有关。 A.纤芯的直径 B.包层的直径 C.相对折射率指数差 D.光的工作波长 8.光缆的规格代号中用两位数字来表示光纤的损耗常数，比如02表示光纤的损耗系数不大于（B） A.2dB/Km B.0.2dB/Km C.20dB/Km D.无具体含义 9.光缆的规格代号中用一位数字来表示光纤的适用波长，比如3表示的波长是（C） A.0.85um B.1.31um C.1.55um D.1.51um 10.PIN光电二极管，因雪崩倍加作用，因此其雪崩倍加因子为（C） A.G＞1 B.G＜1 C.G=1 D.=0 11.光接收机中将升余弦频谱脉冲信号恢复为“0”和“1”码信号的模块为（B） A.均衡器 B.判决器和时钟恢复电路 C.放大器 D.光电检测器 12.EDFA中将光信号和泵浦光混合起来送入掺铒光纤中的器件是（B） A.光滤波器 B.光耦合器 C.光环形器 D.光隔离器 13.STM-1的帧结构中，AU指针区域的位置是在（D） A.第4列， 1～3行 B.第4列，1～9行 C.1～3列，第4行 C.1～9列，第4行 14掺铒光纤放大器的工作波长所处范围是（D） A.0.85um～0.87um B.1.31um～1.35um C.1.45um～1.55um D.1.53um～1.56um 15.光缆的规格代号中用字母来表示附加导线的材料，如铜导线则附加字母是（D） A.Cu B.L C.T D.没有字母 16.光时域反射仪（OTDR）是利用光在光纤中传输时的瑞利散射所产生的背向散射而制成的精密仪表，它不可以用作（D）的测量。 A.光线的长度 B.光纤的传输衰减 C.故障定位 D.光线的色散
一、单项选择题（共20道小题，共100.0分） 1.目前光纤通信的长波长低损耗工作窗口是1310nm 和 nm。 A.1550 B.1480 C.980 D.1510 知识点:第一章概述 学生答 案: [A;] 得分:[5]试题分 值: 5.0 提示: 2.在目前的实用光纤通信系统中采用___________ 调制方式，即将调制信号 直接作用在光源上，使光源的输出功率随调制信号的变化而变化。 A.直接 B.间接 C.外 D.分接 知识点:第一章概述 学生答 案: [A;] 得分:[5]试题分 值: 5.0 提示: 3.渐变型光纤是指___________是渐变的。 A.纤芯和包层的折射率 B.纤芯的折射率 C.包层的折射率 D.模式数量 知识点:光纤结构和分类 学生答 案: [B;]
得分:[5]试题分 值: 5.0 提示: 4.变化的电场和变化的磁场的相互激发，从而形 成的传播。 A.色散 B.误码 C.时延 D.电波 知识点:光纤基础理论 学生答 案: [D;] 得分:[5]试题分 值: 5.0 提示: 5.如果电磁波的横向场的极化方向在传输过程中保持不变的横电磁波称 为。 A.园偏振光 B.椭圆极化波 C.圆极化波 D.线极化波 知识点:光纤基础理论 学生答 案: [D;] 得分:[5]试题分 值: 5.0 提示: 6.全反射条件是____________________。 A.n1 sinθ1=n2 sinθ2 B.k0n1<β< k0n2 C.0≤φ≤φmax D.n1 > n2，900>θ1≥θc 知识点:光纤基础理论
学生答 案: [D;] 得分:[5]试题分 值: 5.0 提示: 7.均匀光纤导波的场方程中的参数U被称 为，它是反映了波在中场的变化规律。 A.径向归一化相位常数，纤芯 B.衰减常数，纤芯 C.径向归一化衰减常数，包层 D.归一化频率，电场 知识点:阶跃型光纤 学生答 案: [A;] 得分:[5]试题分 值: 5.0 提示: 8.阶跃型光纤中的主模是，其截止时归一 化频率为。 A. B. C. D. 知识点:阶跃型光纤 学生答 案: [B;] 得分:[5]试题分 值: 5.0 提示:
一阶段作业单项选择题（共20道小题，共100.0分） 1.在目前的实用光纤通信系统中采用___________ 调制方式，即将调制信号直接作用在光源上，使光源的输出功率随调制信号的变化而变化。 A.直接 B.间接 C.外 D.分接 知识点: 第一章概述 学生答[A;] 案: 试题分5.0 得分: [5] 值: 2.。m、__________μ光纤通信的三个低损耗窗口是1310nm、850nm A.1560 B.1550 C.1.55 D.1.51 知识点: 第一章概述 学生答[C;] 案: 试题分5.0 得分: [5] 值: 3.渐变型光纤是指___________是渐变的。 A.纤芯和包层的折射率 B.纤芯的折射率 C.包层的折射率 D.模式数量
知识点: 光纤结构和分类 学生答[B;] 案: 试题分5.0 [5] 得分: 值: 4.下面哪一句话是不正确的。 A.光波是一种电磁波，在光纤中传输时一定服从驻波方程 光波是一种电磁波，在光纤中传输时一定服从麦克斯韦方程组 B. C.光波是一种电磁波，在光纤中传输时一定服从波动方程 D.光波是一种电磁波，在光纤中传输时一定服从亥姆霍兹方程 知识点: 光纤基础理论 学生答[A;] 案: 试题分5.0 : [5] 得分值: 5.相位常数是指均匀平面波在均匀介质中传输时，每传播产生的相位变化。 A.任意、1秒 B.理想、1米 C.各向同性、1小时 D.无限大、单位距离
知识点: 光纤基础理论 学生答[D;] 案: 试题分5.0 得分: [5] 值: 6.。全反射条件是____________________A.θsinsinθ=nn22 11 B.n< kn<βk2001 C.≤φφ0≤max D.0≥θθ901>，n > n c 21 知识点: 光纤基础理论 学生答[D;] 案: 试题分5.0 [5] 得分: 值: 7.当光纤纤芯的折射率与包层的折射率时，称为弱导波光纤。 A.差2倍 B.相差很大 C.差别极小 D.相等 阶跃型光纤: 知识点． [C;] : 学生答 这种射线被在子午面上的光射线在一个周期内和该平面中心轴交叉两次，8. 。称为反射线A. 子午线B. 斜射线C. 折射线D. 知识点: 阶跃型光纤 学生答[B;]
光纤通信技术的未来 摘要：光纤是通信网络的优良传输介质，光纤通信是以很高频率(1014Hz数量级)的光波作为载波、以光纤作为传输介质的通信，光纤通信的问世使高速率、大容量的通信成为可能，目前它已成为最主要的信息传输技术。通过分析光纤通信技术的发展历史与发展现状，并对光纤通信技术的发展趋势进行了展望。 关键词：光纤通信现状发展展望 一、光纤通信原理 光纤是通信网络的优良传输介质，光纤通信是以很高频率(1014Hz数量级)的光波作为载波、以光纤作为传输介质的通信，光纤通信的问世使高速率、大容量的通信成为可能，目前它已成为最主要的信息传输技术。[1]通过分析光纤通信技术的发展历史与发展现状，并对光纤通信技术的发展趋势进行了展望。 二、光纤通信现状 1、波分复用技术 波分复用WDM（WavelengthDivisionMultiplexing）技术可以充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源。根据每一信道光波的频率（或波长）不同，将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器（合波器），将不同规定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输。在接收端，再由一波分复用器（分波器）将这些不同波长承载不同信号的光载波分开。由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立（不考虑光纤非线性时），从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。[2]自从上个世纪末，波分复用技术出现以来，由于它能极大地提高光纤传输系统的传输容量，迅速得到了广泛的应用。 1995年以来，为了解决超大容量、超高速率和超长中继距离传输问题，密集波分复用DWDM（DensWavelengthDivisionMultiplexing）技术成为国际上的主要研究对象。DWDM 光纤通信系统极大地增加了每对光纤的传输容量，经济有效地解决了通信网的瓶颈问题。据统计，截止到2002年，商用的DWDM系统传输容量已达400Gbit/s。以10Gbit/s为基础的
光纤通信技术应用及发展 何鑫 【摘要】光纤通信是利用光波在光导纤维中传输信息的通信方式，是现代通信网的主要传输手段，本文主要根据光纤通信的的发展，阐述光纤通信的特点以及它的发展现状，同时预测光纤通信的大概发展趋势。 【关键词】光纤通信现状趋势 【Abstract 】Optical fiber communication is the use of light waves to transmit information in optical fiber communications, modern communication networks is the main means of transmission, the paper mainly based on the development of optical fiber communication, optical fiber communication features described and its development status, and predict the approximate optical fiber communication Trends. 【Key words】Optical Fiber Communication Status Trends 1.前言 光纤是通信网络的优良传输介质，光纤通信是以很高频率(1014Hz数量级)的光波作为载波、以光纤作为传输介质的通信，光纤通信的问世使高速率、大容量的通信成为可能，目前它已成为最主要的信息传输技术。介绍我国光纤通信技术的现状，总结光纤通信技术的几种关键技术，并对光纤通信技术的发展趋势进行论述。 2. 光纤通信技术的特点 1)频带极宽,通信容量大 光纤比铜线或电缆有大得多的传输带宽,光纤通信系统的于光源的调制特性、调制方式和光纤的色散特性。对于单波长光纤通信系统,由于终端设备的电子瓶颈效应而不能发挥光纤带宽大的优势。通常采用各种复杂技术来增加传输的容量,特别是现在的密集波分复用技术极大地增加了光纤的传输容量。目前,单波长光纤通信系统的传输速率一般在 2.5Gbps到1OGbps。 2)损耗低,中继距离长 目前,商品石英光纤损耗可低于0～20dB/km,这样的传输损耗比其它任何传输介质的损耗都低;若将来采用非石英系统极低损耗光纤,其理论分析损耗可下降的更低。这意味着通过光纤通信系统可以跨越更大的无中继距离;对于一个长途传输线路,由于中继站数目的减少,系统成本和复杂性可大大降低。 3)抗电磁干扰能力强 光纤原材料是由石英制成的绝缘体材料,不易被腐蚀,而且绝缘性好。与之相联系的一个重要特性是光波导对电磁干扰的免疫力,它不受自然界的雷电干扰、电离层的变化和太阳黑子活动的干扰,也不受人为释放的电磁干扰,还可用它与高压输电线平行架设或与电力导体复合构成复合光缆。这一点对于强电领域(如电力传输线路和电气化铁道)的通信系统特别有利。由于能免除电磁脉冲效应,光纤传输系还特别适合于军事应用。 4)无串音干扰,保密性好 在电波传输的过程中,电磁波的泄漏会造成各传输通道的串扰,而容易被窃听,保密性差。光波在光纤中传输,因为光信号被完善地限制在光波导结构中,而任何泄漏的射线都被环绕光纤的不透明包皮所吸收,即使在转弯处,漏出的光波也十分微弱,即使光缆内光纤总数很多,相邻信
光纤通信技术教案 第1章光纤通信概述光纤通信的基本概念 1.光纤通信光纤通信是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。2.光波特性光速：①在真空中：v??f，c??of ②在介质中：v?c/n 光是电磁波：TM、TE、TEM 光具有二重性①波动性：光具有反射、折射、衍射和干涉等。 ②粒子性：光具有能量、动量和质量等。3.电磁波谱光纤通信的特点1.优点传输频带宽，通信容量大传输损耗小抗电磁干扰光纤线径细、重量轻制作光纤的资源丰富 2.缺点光纤弯曲半径不宜过小光纤的切断和连接操作技术要求高分路、耦合操作繁琐光纤通信系统的基本组成目前光纤通信系统多采用强度调制/直接检波。 1.光发射机光发射机的主要作用是将电信号转换成
光信号耦合进光纤。光发射机中的重要器件是能够完成电-光转换的半导体光源，目前主要采用半导体激光器或半导体发光二极管。 2.光接收机光接收机中的重要部件是能够完成光/电转换任务的光电检测器，目前主要采用光电二极管和雪崩光电二极管。 3.光中继器光纤通信中光中继器的形式主要有两种，一种是光-电-光转换形式的中继器，另一种是在光信号上直接放大的光放大器。光纤通信的发展趋势 1.向超高速光纤系统发展 2.向超大容量WDM系统发展 3.向光传送网方向发展 4.向光纤发展 5.向宽带光纤接入网方向发展第2章光导纤维光纤的结构和分类光纤的结构 1.纤芯层位置：光纤的中心部位，折射率为n1。尺寸：单模光纤的直径d1=2a=4μm～10μm，多模光纤的直径d1=50μm。材料：高纯度SiO2，掺有极少量的掺杂剂。 2.包层位置：位于纤芯的周围，折射率为n2。尺
模拟试题参考答案 一、填空题(20分) 1、目前光纤通信所用光波的光波波长范围为:0.8～1.8μm ,属于电磁波谱中的近 红外区。 2、光纤的典型结构是多层同轴圆柱体，它由纤芯、包层和涂覆层三部分组成。 3、光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长： 0.85μm，1.31μm，1.55μm； 最低损耗窗口的中心波长是在： 1.55μm。 4、光纤的色散分为材料色散波导色散和模式色散。 5、光与物质的粒子体系的相互作用主要有三个过程是：自发辐射，受激吸收，受 激辐射；产生激光的最主要过程是：受激辐射。 6、光源的作用是将电信号电流变换为光信号功率；光检测器的作用是将光信号功 转换为电信号电流。 二、单项选择题(15分) 1 光纤通信指的是：[ B ] A 以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式； B 以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式； C 以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式； D 以激光作载波、以导线为传输媒介的通信方式。 2 光纤单模传输条件，归一化频率V应满足：[ B ] ----A- V>2.405------ B- V<2.405------C- V>3.832----- D- V<3.832
3 使用连接器进行光纤连接时，如果接续点不连续，将会造成：[ C ] A 光功率无法传输； B 光功率的菲涅耳反射； C 光功率的散射损耗； D 光功率的一部分散射损耗，或以反射波形式返回发送端。 4 在激光器中，光的放大是通过：[ D ] A 光学谐振腔来实现； B 泵浦光源来实现； C 外加直流来实现； D 粒子数反转分布的激活物质来实现。 5 掺铒光纤的激光特性：[ A ] A 主要由掺铒元素决定； B 主要由起主介质作用的石英光纤决定； C 主要由泵浦光源决定； D 主要由入射光的工作波长决定。 三、（15分）如图所示，用射线理论分析子午光线在阶跃光纤中的传输原理。---简答： ---射线光学的基本关系式是反射和折射的菲涅耳定律： 反射定律 折射定律