光孤子在光纤通信的应用
学院：电气工程学院专业：通信1202班
摘要：光纤通信系统不断地发展，光孤子通信即将被使用在其中，这是新技术的一场革命。论文即将涉及光纤通信的发展过程，并对光孤子关键技术的原理及其动态和发展进行论述。使我们进一步了解光孤子在光纤通信的应用。
关键词：光孤子；光纤通信
1引言
光纤通信应用越来越广泛，慢慢在有线网络的各个领域都有涉及，成为了通信网络发展的大趋势。当前的光纤网络具有很多的优点，通信容量大，远距离传输损耗低，传输质量好，抗电磁干扰等等优点，我相信，全光网络很快即将到来。信息传递会更方便。在未来，我们的通信技术会更加完善。
我们所学习的光纤通信是经过漫长的发展才形成，从最初的烽火台传递信息，到近代19世纪Bell发明了最初的光电话，利用阳光和硒晶体，光电话通过200米的大气空间，最终传送了语音信号，实现了信息的传递。之后虽然光通信技术进展缓慢，但在1960年激光器的发明，由此产生的强相干光为光通信提供了可靠的光源，随后光纤的出现大大促进光纤通信的发展。
2光孤子
通信技术不断发展，不同技术的应用：波分复用，光放大器技术，光接入网，推动了光通信技术技术不断的演进。我相信，作为最前沿的研究，光纤孤子通信即将成为第5代光通信系统的核心技术。光纤孤子即光孤子，在19世纪英国工程师S.Russell发现船在行驶过程中，它最前方水峰基本保持不变，从而提出了孤立波的概念，在1965年，美国科学家N.J.Zabusky在研究等离子体孤立波的碰撞过程中，发现孤立波相互碰撞后，不会产生太大的变化。依然保持形状和速度不变，并保持能量和动量守恒。1973年的时候，“光孤子”首先被A.Hasegawa 和F.Tappert提出，1980年，F.Mollenaure等人最先从实验室中观测到了光纤中的时间光孤子，从此开始了光孤子通信的研究。
光孤子，是一种特殊形式的超短脉冲，光孤子在传播过程中，它的形状，幅度和速度都维持不变的脉冲状行波。在未来，这种稳定的脉冲必然是发展趋势。
3光孤子通信系统的基础和组成
3.1光孤子通信基础
科学家发现光孤子脉冲具有不变性，因此它的传输不需要中继；在纤放大器的研究过程中，发明的激光二极管泵浦的掺铒光纤放大器补偿了损耗；科学家发现光孤子进行碰撞后，他们进行分离后具有稳定性，为设计波分复用提供了方便；预加重技术的使用，与此同时结合色散位移光纤传输，然后结合掺铒光纤集总信号放大的技术，可以减弱ASE的影响。许多技术是为了以后更好实现光孤子通信和全光网络做准备。
3.2光孤子通信组成
光孤子通信系统的基本组成
我必须要在这里强调说明，以现在的科技水平来说，孤子源是一种类似孤子的超短光脉冲源。电信号脉冲源通过调制器，将信号载于光孤子流上，承载的光孤子流经EDFA，经过放大后进入光纤传输。
4孤子通信的优点
我认为在光通信之中，它的目标比较明确，就是为了充分发挥光纤的带宽潜力，减少光纤损耗及色散的影响，扩大传输容量，降低成本，延长中继距离。所以我们提到的光孤子通信是一种全光非线性通信方案，根据我们对全光非线性通信的了解，知道光纤折射率的非线性效应可以对光脉冲的压缩，可以和群色散引起的光脉冲展宽相平衡，因此我们得出光孤子通信的优势：
（1）多通道波分复用的光孤子通信得以实现，实现大容量信息的传输；
（2）在这种通信中，光传输系统不会受色散的限制；
（3）此种通信传输中失真不会产生，比较适合远距离的传输，中继距离可
达几百千米；
（4）全光中继可以实现。孤子脉冲的特殊性质导致继电器绝热过程是简化的放大过程，中继器被大大的简化，高效，简单和经济；
（5）石英光纤传输中，光孤子损耗达到最小；
（6）光孤子使光纤的传输容量增大了，甚至比当今最好的通信系统高出几个数量级，被认为是最有前途的传输方式之一；
5孤子通信的关键技术
通过阅读文献，了解相关资料，我发现，光孤子在光纤中的传输过程，光纤损耗必然对光孤子传输产生影响，光孤子之间具有相互作用，高阶色散效应对光孤子传输产生很大的影响等等。所以光孤子通信主要涉及以下的技术。
5.1适合光孤子传输的光纤技术
在研究光孤子通信系统中，光孤子沿着光纤传输会产生一定的变化。我们如果想确定能量补充的中继距离，必须研究光孤子（特殊光纤参数）传输的距离。特定的光纤有不同的用处，经过多次的实验，科学家发现，色散位移单模光纤之所以成为光孤子通信系统的传输媒质，是因为光孤子的峰值功率与光纤色散的平方成反比，可以长距离采用。与此同时，色散零点原本是1.3μm，增加到了1.55μm处，高效利用了色散零点。
5.2孤子光源技术
孤子光源是光孤子通信的另一关键部件，基阶光孤子可由其直接产生（双曲正割形式是前提）。为了防止产生畸变，使光孤子有效传播，激光器必须有足够的输出功率，谱线宽度要尽可能窄。
根据理论分析，振幅必须达到一定条件，与此同时输出的光脉冲必须为严格的双曲正割形，光纤中光孤子才可以稳定地传输。根据资料的显示，我们会发现，我们所使用的锁模半导体激光器经常作为光孤子源，特点是输出光脉冲是高斯形的，具有较小功率，如果其产生的光孤子源经光纤放大器放大后，光孤子传输的峰值功率就可以实现。科学家进行了大量实验验证，发现波形在光孤子传输过程中，其要求并不严格。在色散光纤中传输时，高斯光脉冲会由于非线性自相位调
制与色散效应共同作用，光脉冲发生变化，中心产生双曲正割形，孤子光源因而就可以产生。
5.3光孤子的放大技术
研究表明，全光孤子放大器是光孤子通信系统极为重要的器件，可为光端机的前置放大器，全光中继器也可以实现。
由于光纤损耗是不可以避免的，它必将会导致一个后果，那就是使孤子的能量不断削弱减少。所以，我们采用最简单的放大形势是沿着光纤周期性地加一些光发大器，其增益调整到正好补偿两个放大器之间的光纤损耗。放大器的设计，重要的参数就是L。为了降低成本，L越大越好，但L要受到许多因素的限制，一般只能传10km到30km,用来避免孤子在幅度。宽度和能量上发生的较大变化。我们发现之所以L越小，是因为孤子脉冲越窄。我们如果采用色散位移光纤，L 可以增大到30~50km。
下面我们介绍的动态孤子传输法，它是集中放大器系统的主体方案，是目前最常用的技术。它采用掺铒光纤放大器，它具有增益高、插入损耗小、噪声低等优点，还有增益与输入光信号无关的优点。它可以提高通信的容量，使孤子保持超长距离传输，而且可以使放大器间距大于70km以上，此方法的稳定性已得到理论和试验的证明。所以光放大的技术很重要，可以说是全光孤子通信的重中之重，是必须解决的首要问题。
采用放大器之间，热噪声是无法避免的，它可以与孤子相互作用后，产生戈登-豪斯效应，容易限制孤子传输系统容量，影响放大器间隔。抑制戈登-豪斯效应可以采用在放大器后加一个带通滤波器，使光孤子顺利传播。
5.4光孤子开关技术
光孤子开关分为自触发开关和他触发开关两类。自触发开关是由光孤子自身特性变化引起的，例如孤子能量的变化、偏振态的变化和孤子自频移的改变等；他触发开关通常是用一个孤子来控制另一个孤子，也可利用外电场、磁场来控制，其发展趋势是利用非孤子脉冲控制孤子脉冲。目前开发的有X型耦合、干涉型和偏振光孤子开关等。
干涉型全光开关是当前很成功的一类光孤子开关，这种耦合光纤环路是逻辑开关最基本的组合单元，它充分利用光孤子相干的性质。耦合光纤环路干涉型全
光孤子开关将孤子射入与它耦合的光纤环路中，耦合光纤环路使孤子反射或通过。光纤环路的开和关只决定于孤子的强度，不受外界影响，恰当选择孤子是实验成功的关键，孤子不会在光纤中消散。在实验中，光脉冲的持续时间是s量级。在这样短的时间里，光所经过的距离不超过0.1nm，各个光脉冲完成各自接通所需的能量很小，约J量级，是当今所报道的所有光开关的最低转换能量。
光孤子开关最大的特点是它的效率高，可以达到很快的速度，甚至可以到s 量级，开关转换率非常高（可达100%），其实在光孤子通信中还有较为特殊的技术，预加重技术可以使进入光纤的脉冲峰值功率大于基态孤子所要求的峰值功率，长距离稳定传输的光孤子由此产生。我相信，新的技术会不断出现，全光网络的时代即将到来。
6 光孤子通信技术现状及趋势
6.1国内光孤子通信的动态
我国的光孤子通信研究起步比较早，大约从1984年开始，我国科学家就开始研究光孤子，在光孤子研究方面取得了显著的成果。目前我国的理论研究工作已很进步，对于正散射区和反散射区等各种非线性薛定锷方程有较深的研究，获得了多种形式的孤子解。我国“863”研究项目对光纤通信进行研究，最后发现的“OTDM光孤子通信关键技术”通过了专家验收。该项目组取得很多成功，例如：采用非线性光学环路实现2.5-20Gbit/s的解复用，用色散补偿光纤对光脉冲进行压缩等等。
我认为，我们必须认识到我国的工业水平较低，特别是高新技术基础比较薄弱，而且我国对光孤子通信投入较少，进展还是比较缓慢。
6.2国外光孤子通信的动态
多年来，光孤子通信的研究不仅仅涉及理论了，更多的是一些现场的测试。国外已计划进行了一系列的孤子现场试验，并取得了成功。下面我就找了几个成功的试验：
6.3对光孤子通信前景展望
在当前情况下，光孤子传输实验的最高传输码率为160Gb/s，今后还会使用fs级光孤子通信，其码率和传输距离还可以有很大的提高。我相信，在未来的光纤通信通信中，光孤子通信将占据主要的地位，光孤子通信系统将成为未来信息高速公路的基石。
在未来的光孤子通信研究中，会有不同的组合功能部件的研制，例如：能量中继站的开发，逻辑工作站的研究，信道分合处理的研制，这些器件的进一步研究将快速推进光通信的发展。
在光孤子通信中，暗孤子也存在，相比亮孤子，其有许多的优点，暗孤子的产生是非线性薛定谔方程在正常色散介质中的孤子解，强度分布一个凹陷脉冲，在介质内传播时，下凹脉冲形状不发生变化，即为暗孤子。暗孤子将来必然会结合光孤子，给我们带来更多价值。
我相信，全光通信是光孤子通信系统实现目标，利用光节点工作，不需要在光纤线路中加装电子元器件。与此同时，它也可以在高温下工作，克服色散对光纤通信系统性能进一步提高的限制，全光网络必将极大的提高传输容量。我相信，未来的社会信息传递会更加迅速，便捷且安全。
参考文献
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光纤通信实习报告范文 生产任务单的基本内容以及一些常用的光通讯英文术语。为更好地开展以后的工作，现将本次实习总结如下：本次实习主要分以下四部分： 一、产品的工艺流程： 产品的工艺流程一般包括以下几个环节：串件－固化－研磨－组装－测试－端检－包装。 1.串散件： 根据不同的产品型号选择不同的散件，严格按照顺序进行连接，一般大口朝上，起到环环相扣的作用。常用的散件有：尾套（红、黑、白、绿、蓝、黄）、弹簧、圆环、压环、止动环、内框、外框、内螺、外螺、插芯、白管、防尘帽。 根据研磨盘的大小确定每捆多少根，方便研磨。串好后对齐两端用扎线整理平整，方便接下来的工序。剥缆皮不可用力过大，光纤容易断，根据不同的产品型号，选择不同的切割齿，剥不同长度的缆皮。对于转接的光缆串散件时要分清两头，防止两边串重。要认真领悟散件作用，严格区分不同的颜色要求，做到不重不漏不乱。 2.固化： （1）剥纤：用剥纤刀剥光纤，控制长度 （2）组装插芯：白管放正（LC插芯要白管），勿忘放弹簧（外框、内框、白管、弹簧）
（3）注胶插芯：控制胶量（插芯头出现胶珠为宜）和时间（一次注射12个，防止胶干 （4）连接光纤和插芯：轻，易断；纤芯露出一小段为止 固化前要清洁固化炉；固化时应注意温度，炉温稳定时才可固化，不同光缆设置不同的固化时间和温度，并摆放整齐光缆，防止烧掉热缩管和光缆。胶干后将变成红褐色。固化后金属散件不要接触到光缆。 3.组装：使用的工具有压紧机（压接压环和小圆环）、压接钳、尖嘴钳、剪刀（剪卡普隆丝）、刀片（割缆皮）。 （1）剪卡普隆丝，按规定预留长度 （2）固定卡普隆丝和缆皮 （3）压紧机压接压环和小圆环 （4）对于FC、ST产品则要组装内螺、外螺: 内螺外螺要拧紧。 （5）套紧尾套 （6）检查插芯弹性，弹性不好的用钳子移动插芯位置再试。 4.研磨：根据不同的产品型号选择不同的研磨盘，对称装上光缆，保证平衡，在离插芯约15CM处扎好，并使光缆与插芯成一条直线，防止光缆与插芯相连处断裂。 第一轮研磨除胶：先在砂纸上成8或0字型进行磨胶，
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1、世界光纤通信发展史 光纤的发明，引起了通信技术的一场革命，是构成21世纪即将到来的信息社会的一大要素。 1966年出生在中国上海的英籍华人高锟，发表论文《光频介质纤维表面波导》，提出用石英玻璃纤维（光纤）传送光信号来进行通信，可实现长距离、大容量通信。 1970年损失为20db/km 的光纤研制出来了。据说康宁公司花费3000万美元，得到30米光纤样品，认为非常值得。这一突破，引起整个通信界的震动，世界发达国家开始投入巨大力量研究光纤通信。 1976年，美国贝尔实验室在亚特兰大到华盛顿间建立了世界第一条实用化的光纤通信线路，速率为45mb/s。 在上世纪70年代末，大容量的单模光纤和长寿命的半导体激光器研制成功。光纤通信系统开始显示出长距离、大容量无比的优越性。 1996年技术取得突破，贝尔实验室发展了技术，美国mci公司在1997年开通了商用的线路。光纤通信系统的速率从单波长的2.5gb/s和10gb/s爆炸性地发展到多波长的
3.3 光纤通信技术 一、光纤通信系统概述及基本结构 光纤通信系统是以光纤为传输媒介, 光波为载波的通信系统。主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成, 其基本结构原理如图所示。 系统中还包含了一些互联和光信号处理部件, 如光纤连接器、隔离器、光开关等。图中电端机和光端机均包括发送和接收两部分, 两者合起来构成发送器和接收器。其中发送光端机是将电信号变换成光信号,接收光端机则是将光信号转换成电信号。 1、发送器 发送器由发送光端机和电端机构成, 其核心是一个光源。光源的主要功能就是将一个信息信号从电子格式转换为光格式。今天的光纤通信系统采用发光二极管或激光二极管作为光源。两者都是小型的半导体
设备, 可以有效地将电信号转换为光信号。LD 输出的光功率较大, 谱线窄, 一般适合长距离、大容量的通信系统, 但其寿命较短, 价格高; LED 光源发出的光功率较小, 光谱线较宽, 调制速率较低, 输出线性好, 寿命长, 成本低, 适用于短距离和中小容量的系统。它们需要与电源相连并且需要调制电路。 2、光纤 光纤通信系统中的传输介质是光纤。光纤通信系统中发送器端的光信息信号就是通过光纤传送到接收器端的。实际上, 同任何其他通信链路一样, 光纤提供发送器和接收器间的连接。同时, 光纤对光信号进行传导, 就像铜线和同轴线传导电信号一样。它大概和人的头发的粗细相同, 为了保护非常脆弱的光纤, 使其不受恶劣的外部环境和机械的损害, 通常将光纤封装在特定的结构中。裸露的光纤包上保护膜后封装到其他几层中, 所有这些就构成了光纤光缆。 3、接收器 接收器由接收光端机和电端机构成。接收光端机的主要部分包括光检测器、放大器、均衡器、判决器、自动增益控制电路和时钟电路。其中光检测器是接收光端机的核心, 光检测器的主要功能就是把光信息信号转换回电信号( 光电流) 。光纤通信系统中的光检测器主要有PIN 二极管、雪崩光电二极管( APD) 。APD 比PIN 更灵敏, 而且对外部放大功能要求更低。A PD 的缺点是具有相对较长的渡越时间以及由于雪崩放大造成的附加内部噪声。 4、光中继器
光纤通信中的光源发展 光纤通信相当于有线电通信，是以激光作为信息载体，以光导纤维即光纤作为信息传递的传输媒介。光 纤通信中的光波工作在电磁波频谱图中的近红外线区域，其中，主要工作波长在0.8um到1.8um之间。 一光纤通信简史 1960年美国科学家麦曼（Mailman）发明了世界上第一台激光器——红宝石激光器。 1966年，英籍华人高锟（ C.K.Kao）和霍克海姆（George.A.Hockham）根据介质波导理论，共同提出了光 纤通信的概念，即利用石英玻璃（SiO2）可以制成低损耗的光纤，来作为光通信的传输媒介。 1970年美国康宁（Corning）玻璃公司的Maurer等人首次研制出阶跃折射率多模光纤，其在波长为630nm 处的衰减系数小于20dB/km。同年，美国贝尔实验室的Hayashi等人研制出室温下连续工作的半导体 GaAs/GaAlAs双异质结注入式激光器。正是光纤和激光器这两项科研成果的同时问世，拉开了光纤通信的序幕。 1976年，在进一步设法降低玻璃中的氢氧根（OH－）含量时发现，光纤的衰减在长波长区有 1.31um和1.55um两个窗口。 1980年原材料提纯和光纤制备工艺的进一步不断完善，加快了光纤的传输窗口由0.85um移至 1.31um和1.55um的进程。特别是制造出了低损耗光纤，其在 1.55um的衰减系数为0.15dB/km，已接近理论极限值。 1981年以后，世界各发达国家才将光纤通信技术大规模的推入商用。历经20年突飞猛进的发展，光纤通 信传输速率已由1978年的45Mbit/s提高到目前的20Tbit/s。 总之，光纤通信的发展，经历了从20世纪60年代的准备阶段、20世纪70年代的实验和试用阶段、20世纪80年代的实际商用阶段到20世纪90年代的世界范围大规模使用阶段的发展过程。在现代通信方式中， 已形成了一个以光纤通信为主，微波和卫星通信为辅的格局。 二光纤通信对光源的要求 在光纤通信中，首先要将电信号转变为光信号。光纤通信系统对光源的要求分为两类：必要条件要求和 充分条件要求。必要条件要求包括对光源的发射波长、输出功率、电/光转换效率、工作可靠性和温度稳定性 的要求。充分条件要求包括对光源的光谱宽度（即时间相干性）、光束宽度（即空间相干性）、调制特性、体积和重量以及经济效益的要求。具体见表一。 表一 条件项目要求指标 必要条件发射波长与光纤的低损耗或低色散的波长相一致 一致 0.85um、1.3um、 1.55um 输出功率室温连续工作、输出功率稳定通常>1mW 电光效率越高越好>10％ 工作可靠性条件>1M hours 温度稳定性发射波长和输出功率随温度的变化 在允许范围之内 通常工作在 0 0℃～40℃ 充分条件调制特性最好是能够直接调制 视光纤通信系统具 体要求而定 光谱宽度越窄越好 光束宽度越窄越好，与光纤的耦合效率要高 体积、重量体积小、重量轻（包括电源） 经济效益大批量生产、价格低廉 三 LD与LED 的比较 要将电信号转变成光信号需要光源。目前光纤通信系统中常用的光源主要有两种：发光二极管（LED）和激光器（LD），这两种器件都是用半导体材料制成，其主要参数和性能比较见表二.
光纤通信技术现状综述 信息工程学院通信工程赵爱杰20092420253 导读 概述 主要技术 相干光通信技术 概念 关键技术 主要优势 光孤子通信技术 概念 关键技术 主要优势 全光通信网 概念 关键技术 主要优势 总结 参考网站 概述 光纤通信，顾名思义，就是利用光导纤维传导经过调制而携带信息的光信号，实现信息传递的通信方式。光纤通信技术发展历史并不长，1966年高锟发表论文《Dielectric-Fibre surface waveguides for optical frequencies》奠定了光纤技术进入实用的里程碑。经过短短几十年发展，现在光纤技术已经以其突出优势在通信领域得到了广泛应用。 光纤技术相比其他通信技术，具有其无与伦比的优越性，其中最突出的就是其超大容量：理论上讲，一根头发丝粗细的光纤可同时传输1000亿个话路，虽然目前如此高的传输量仍未达到，但相比明线、双绞线、同轴电缆、无线信道这些传统传输介质，其传输能力仍然高出几十甚至上千倍，而把若干根光纤聚集成光缆的传输信息量就可想而知了。所以可以预见，当下乃至未来若干年的信息爆炸时代，光纤通信将逐步成为信息传输的主流技术。 其次，光纤技术还有很多传统传输技术无法比拟的有点，如传输距离长、保密性能好、适应能力强、抗干扰性好、体积小重量轻，便于施工维护、制造原料来源广，生产成本低廉等。 主要技术 目前光纤通信的主要技术有：相干光通信技术，光孤子通信技术，全光通信
网等，下面注意作简要介绍： 相干光通信技术： 所谓相干光技术就是在光通信中使用相干调制和外差检测技术。所谓相干调制，就是利用传输信号来控制光载波的频率、相位和幅度。外差检测，就是利用一束本机振荡产生的激光与输入信号在光混频器中进行混频，得到与信号光频率、相位和幅度按相同规律变化的中频信号的技术。 在发送端，采用外调制方式将信号调制到光载波上传输，当信号光到达接收端时，首先与一束本振光信号进行相干耦合，然后由平衡接收机进行探测。相干光通信根据本振光频率与信号光频率不等或相等，可分为外差检测和零差检测。前者光信号经光电转换后获得的是中频信号，还需要二次解调才能被转换成基带信号。后者光信号经光电转换后被直接转换成基带信号，不用二次解调，但它要求本振光频率与信号光频率严格匹配，并且要求本振光与信号光的相位锁定。 关键技术： 1）外光调制技术，光调制是根据某些电光或声光晶体的光波传输特性随电压或声压等外界因素的变化而变化的物理现象而提出的。外光调制器主要包括三种：利用电光效应制成的电光调制器、利用声光效应制成的声光调制器和利用磁光效应制成的磁光调制器。采用以上外调制器，可以完成对光载波的振幅、频率和相位的调制。 2）偏振保持技术，在相干光通信中，相干探测要求信号光束与本振光束必须有相同的偏振方向，才能获得相干接收所能提供的高灵敏度，所以在相干光通信中应采取光波偏振稳定措施。主要有两种方法：一是采用“保偏光纤”使光波在传输过程中保持光波的偏振态不变；二是使用普通单模光纤，在接收端采用偏振分集技术，信号光与本振光混合后首先分成两路作为平衡接收，对每一路信号又采用偏振分束镜分成正交偏振的两路信号分别检测，然后进行平方求和，最后对两路平衡接收信号进行判决，选择较好的一路作为输出信号。 3）频率稳定技术，激光器稳频技术主要有三种，(1)将激光器的频率稳定在某种原子或分子的谐振频率上。在1.5μm波长上，已经利用氨、氪等气体分子实现了对半导体激光器的频率稳定；(2) 利用光生伏特效应、锁相环技术、主激光器调频边带的方法实现稳频；(3)利用半导体激光器工作温度的自动控制、注入电流的自动控制等方法实现稳频。 相干光通信技术相对于传统的光强度调制有突出有点： 1）灵敏度高，中继距离长，相干光通信的一个最主要优点是相干检测能改善接收机的灵敏度。相同条件下，相干接收机比普通接收机灵敏度高20dB，可以达到接近散粒噪声极限的高性能，因此也增加了光信号的无中继传输距离。 2）选择性好，通信容量大，相干光通信提高了接收机的选择性，在直接检测中，接收波段较大，为抑制噪声干扰，探测器通常需要放置窄带滤光片，但其频带仍然很宽。在相干外差探测中，探测的是信号光和本振光的混频光，因此只有在中频频带内的噪声才能进入系统，而其他噪声均被带宽较窄的微波中频放大器滤除。可见，外差探测有良好的滤波性能。此外，由于相干检测优良的波长选择性，相干接收机可以使频分复用系统的频率间隔大大缩小，从而实现密集波分复用，具有以频分复用实现更高传输速率的潜在优势。
HEFEI UNIVERSITY 光纤通信课程综述报告 题目：光纤通信课程综述报告 系别：电子信息与电气工程 专业班级： 11通信工程（1）班 学号： 1105021006 姓名：郭丽丽 导师：张倩 成绩： 2014年 11月12 日
一、WDM技术的基本概念和特点 1.基本概念 波分复用(WDM)是将两种或多种不同波长的光载波信号(携带各种信息)在发送端经复用器(亦称合波器，Multiplexer)汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术；在接收端，经解复用器(亦称分波器或称去复用器，Demultiplexer)将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，称为波分复用。 光波分复用包括频分复用和波分复用。光频分复用(FDM)技术和光波分复用(WDM)技术无明显区别，因为光波是电磁波的一部分，光的频率与波长具有单一对应关系。通常也可以这样理解，光频分复用指光频率的细分，光信道非常密集。光波分复用指光频率的粗分，光倍道相隔较远，甚至处于光纤不同窗口。 图一波分复用技术 光波分复用一般应用波长分割复用器和解复用器(也称合波/分波器)分别置于光纤两端，实现不同光波的耦合与分离。这两个器件的原理是相同的。光波分复用器的主要类型有熔融拉锥型，介质膜型，光栅型和平面型四种。其主要特性指标为插入损耗和隔离度。通常，由于光链路中使用波分复用设备后，光链路损耗的增加量称为波分复用的插入损耗。当波长11，l2通过同一光纤传送时，在与分波器中输入端l2的功率与11输出端光纤中混入的功率之间的差值称为隔离度。 2.WDM技术的分类 WDM设备有DWDM设备和CWDM设备。
《光纤通信》教学大纲 一、课程描述 光纤通信是20世纪70年代开始发展起来的一种通信新技术。80年代以后，随着我国通信技术的迅速发展，光纤通信有了长足的发展，成为社会信息基础设施中不可缺少的一部分，广泛应用于各个领域。 《光纤通信》是结合光纤通信的发展，系统地介绍光纤通信系统的基本原理、基本概念、基本技术和基本分析设计方法，全面反映全光通信技术概貌的课程，为学生学习后续的光纤通信设备、光缆线路工程、综合布线工程、宽带接入技术及现代通信技术等通信专业课程奠定基础。 《光纤通信》是通信工程专业的一门专业任选课，包括光纤通信传输理论，光纤与光缆，光源与光发送机，光检测器与光接收机，无源光器件与集成光路，光纤系统中的信号传输和光纤通信系统等内容。先修课程是通信原理、信号与系统、高频电路。 二、课程目标 1、使学生掌握光纤通信的基本概念和基本原理，理解光发射机和光接收机的基本理论和特性。 2、理解和掌握光纤通信系统的构成、性能指标及光纤通信新技术。 三、课程内容和教学要求 这门学科的知识与技能要求分为知道、理解、掌握、学会四个层次。这四个层次的一般涵义表述如下： 知道——是指对这门学科的基本知识、基本理论的认知。 理解——是指运用已了解的基本原理说明、解释一些现象。 掌握——是指利用掌握的理论知识对一些较复杂的功能线路进行解释，说明其工作过程，估计有关参数。 学会——是指在利用仪表和工具完成对某些功能线路的设计、组装、参数测量，并根据理论知识计算相关参数，理论与实验作比较。能识别操作中的一般差错。 教学内容和要求表中的“√”号表示教学知识和技能的教学要求层次。
本标准中打“*”号的内容可作为自学，教师可根据实际情况确定要求或不布置要求。 教学内容及教学要求表
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（1）有页码情况：作者甲，作者乙，作者丙，等.题名[J].期刊名，出版年，卷（期）：页码. doi (2) 无页码情况：作者甲，作者乙，作者丙，等.题名[J].期刊名，出版年，卷（期），索引号. doi （3）优先数字出版：作者甲，作者乙，作者丙，等.题名[J].期刊名，出版年. doi
一、概述 随着社会信息技术的发展,3G网络的实施,4G网络的开发与研 究,IPTV三网融合、物联网等的实施和提出,对现有的网络提出了革 命性的要求,人类对于信号传输带宽的需求一直在以惊人的速度增长。移动性、无线化、数字化和宽带化是当今信息业发展的趋势,超高速、超大容量成为信息传送追求的主要目标。 光纤通信(Optical Fiber Communications)技术是利用光波作为载波来传递信息的技术。当今，光纤以其传输频带宽、抗干扰性高和信号衰减小，而远优于电缆、微波通信的传输，已成为世界通信中主要传输方式。 在20世纪60年代初期，由于人们无法解决光的散射等问题，光通信一直没有重大的发展。直到20世纪60年代中期，情况才发生改变，而改变这一现状的正是一位中国人-高锟。1966年，高锟发表了关于通信传输新介质的论文，提出可以利用光导纤维进行信息传输的可能性和技术途径，这才奠定了光通信的基础。1970年，美国康宁公司 按照高锟的思路造出了损耗为20dB/km的石英光纤，使得光纤的研制取得重大突破。1972年，该公司生产的高纯石英多模光纤的损耗下 降到4dB/km。到了20世纪80年代初，单模光纤在波长1.55um的损耗已经下降到0.2dB/km，而目前G.654光纤在1.55um波长附近损耗仅0.1510.2dB/km，接近光纤的理论极限。由于高锟在开创光纤通信历史上的卓越贡献，2009年10月6日被授予了诺贝尔物理学奖。
光纤通信(Optical Fiber Communications)技术是利用光波作为载波来传递信息的技术。当今，光纤以其传输频带宽、抗干扰性高和信号．衰减小，而远优于电缆、微波通信的传输，已成为世界通信中主要传输方式。 在20世纪60年代初期，由于人们无法解决光的散射等问题，光通信一直没有重大的发展。直到20世纪60年代中期，情况才发生改变，而改变这一现状的正是一位中国人-高锟。1966年，高锟发表了关于通信传输新介质的论文，提出可以利用光导纤维进行信息传输的可能性和技术途径，这才奠定了光通信的基础。1970年，美国康宁公司按照高锟的思路造出了损耗为20dB/km的石英光纤，使得光纤的研制取得重大突破。1972年，该公司生产的高纯石英多模光纤的损耗下降到4dB/km。到了20世纪80年代初，单模光纤在波长1.55um的损耗已经下降到0.2dB/km，而目前G.654光纤在1.55um波长附近损耗仅0.1510.2dB/km，接近光纤的理论极限。由于高锟在开创光纤通信历史上的卓越贡献，2009年10月6日被授予了诺贝尔物理学奖。 目前，随着数据业务的爆炸性增长，通信道路越来越拥挤，光通信将成为唯一的出路。因此，现在世界上所有新建的通信干线均采用光纤。波分复用(WDM)系统也在海底光缆系统上使用，Tyco全球网大西洋部分有对光纤，目标容量为每对光纤传输64个10Gb/s WDM信道。2002年阿10.2Tb/s(25642.7Gb/s)L波段成功进行了距离为尔卡特在C波段和3100km的传输实验。根据OFC2009年报道，NTT 2007年演示了一个线路容量为10Tb/s的系统[NThB1]，该系统采用DWDM的DQPSK
《光纤通信概论》的读书报告 摘要：光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的一种通信方式。光纤通信以其带宽、大容量、低损耗、抗电磁干扰、体积小、重量轻等一系列优点，成为现代通信的主要支柱之一。范围很广：军事，经济，生活，铁路，公路，煤矿，铁矿，广电，移动，电信等领域。几乎所用跟通信有关的都涉及到了光纤。 关键词：光纤通信技术发展现状发展趋势 光纤通信是通信技术领域中的一个伟大的技术革命。信息在光域上的传输、存储、交换技术的突破，为构建起全球光网络奠定了物质基础。麦克斯韦早已揭示通信世界的巨大资源是电磁波谱。通信技术的技术演进史，既说明了通信技术利用电磁波谱（频率范围）经历了由低频率到高频率端的发展，也阑述了人类对带宽资源需求日益提高。各种通信技术的陆续诞生，充分证实人们在用各种方法利用电磁波谱创造巨大的财富。 光纤通信发展可以大致分为三个阶段：第一阶段是从基础研究到商业应用的开发时期。第二阶段是以提高传输速率和增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期。第三阶段是以超大容量超长距离为目标、全面深入开展新技术研究的时期。 1. 光纤通信的里程碑1966年7月，英籍华裔学者高锟博士在Proc. IEE杂志上发表了一篇十分著名的论文《用于光频的光纤表面波导》，该文从理论上分析证明了用光纤作为传输媒体以实现光通信的可能性，设计了通信用光纤的波导结构，更重要的是科学地予言了制造通信用低损耗光纤的可能性，即通过加强原材料提纯、加入适当的掺杂剂，可把光纤的衰减系数降低到20dB/km以下。而当时世界上只能制造用于工业、医学方面的光纤，其衰减系数在1000dB/km以上。在当时，对于制造衰减系数在20dB/km以下的光纤，被认为是可望而不可及的。以后的事实发展雄辩地证明了高锟博士论文的理论性和科学大胆予言的正确性，所以该文被誉为光纤通信的里程碑。 2. 导火线1970年美国康宁公司根据高锟论文的设想，用改进型化学汽相沉积法（MCVD法）制造出当时世界上第一根超低损耗光纤，成为光纤通信爆炸性发展的导火线。虽然当时康宁公司制造出的光纤只有几米长，衰减系数约20dB/km，但它毕竟证明了用当时的科学技术与工艺方法制造通信用超低损耗光纤的可能性，也就是说找到了实现低衰耗传输光波的理想媒体，这是光纤通信的重大实质性突破。 3.爆炸性发展 自1970年以后，世界各发达国家对光纤通信的研究倾注了大量的人力与物力，其来势之凶、规模之大、速度之快远远超出了人们的意料，从而使光纤通信技术取得了极其惊人的进展。 (1)光纤损耗1976年：0.5dB/km；1979年：0.2dB/km；1990年：0.14dB/km；它已经接近石英光纤的理论损耗极限值0.1dB/km。 (2)光器件1970年，美国贝尔实验室研制出世界上第一只在室温下连续波工作的砷化镓铝半导体激光器，为光纤通信找到了合适的光源器件。后来逐渐发展到性能更好、寿命达几万小时的异质结条形激光器和现在的寿命达几十万小时分布反馈式单纵模激光器（DFB）以及多量子阱激光器（MQW）。光接收器件也从简单的硅PD光电二极管发展到量子效率达90％以上的Ⅲ-Ⅴ族雪崩光电二极管APD。 (3)光纤通信系统正是光纤制造技术和光电器件制造技术的飞速发展，以及大规模、超大规模集成电路技术和微处理器技术的发展，带动了光纤通信系统从小容量到大容量、从短距离到长距离、从旧体制（PDH）到新体制（SDH）的迅猛发展。1976年，美国在亚特兰大开通了世界上第一个实用化光纤通信系统，码速率仅为45Mbit/s，中继距离为10km。1985年，140Mbit/s多模光纤通信系统商用化，并着手单模光纤通信系统的现场试验工作。1990
光纤通信中的光源 光源器件是光纤通信设备的核心，它的作用时间电信号转换成光信号。光纤通信中常用的光元器件有半导体激光二极管（LD，或称半导体激光器）和半导体发光二极管（LED）两种。由于光纤通信系统中的传输媒介是光纤，因此，作为光源的发光器件，应满足以下基本要求： 1. 体积小，发光面积应与光纤芯径的尺寸相匹配，而且光源和光纤之间应有较高的 耦合效率。 2. 发射的光波波长应适合光纤的两个低损耗波段，即短波长 0.8~0.9um和波长 1.2~1.6um。 3. 可以直接进行光强度调制，而且与调制器的连接应该是很方便的。 4. 可靠性高，工作寿命长，稳定性好，互换性好。 5. 发射的光功率应足够大，并且响应速度要快。 6. 温度特性要好。当温度变化时，其输出光功率及工作波长的变化在允许的范围内。 这两种器件的发射波长与光纤的低损耗或低色散波长相一致； 能够在室温下连续工作、输出功率满足光纤通信系统的要求; 谱线宽度可以做的较窄，以减少光纤中的色散的影响 此外，它们还具有体积小、重量轻、使用寿命长、与光纤耦合效率高、调制简便等一 系列优点。 在光纤通信中，占主要地位的是半导体激光二极管，它主要用于长距离和大容量（高码速）的光纤通信系统中，其次是发光二极管，可用于短距离、低容量系统或者用于模拟系统
工作物质为半导体晶体的一类激光器称为半导体激光器，又称为半导体激光二极管（LD）。 任何激光器为了实现激光振荡，都必须满足两个条件：一是具有增益介质，实现粒子数反转；二是具在谐振腔提供正反馈，正反馈通过增益介质两端的反射镜来实现。 半导体激光的原理结构图所示: 在P区和N区之间的过度区为有源区，两个端面为自然解理面，它们与结面垂直，有源区长度一般为数百米，光反馈由解理面构成的F－P光学谐振腔来提供。谐振腔的作用是提供光学正反馈，以便在腔内建立并维持自激振荡，并控制激光束的特性。在自然解理面上，由于有源区的折射率n 与空气折射率不同构成折射镜R1 和R2，其折射率均为
数字出版是人类文化的数字化传承，它是建立在计算机技术、通讯技术、网络技术、流媒体技术、存储技术、显示技术等高新技术基础上，融合并超越了传统出版内容而发展起来的新兴出版产业。数字化出版是在出版的整个过程中，将所有的信息都以统一的二进制代码的数字化形式存储于光盘、磁盘等介质中，信息的处理与接收则借助计算机或终端设备进行。数字出版在我国虽然起步较晚，但是发展很快，目前已经形成了网络图书、网络期刊等新业态。但是在取得丰硕成果的同时，数字出版产业的问题接踵出现，数字出版制度建设和法律法规建设问题被提上台面。本文对数字出版产业发展中所涉及的制度和法律规制进行深入探析，旨在为以后的数字出版产业制度和法规建设提供一定的理论参考。 《2007-2008中国出版业发展报告》中披露，数字出版产业首次超过了传统出版业的产值，这是值得纪念的一年。本书的作者们对2007-2008年的出版业进行了全方位的调查。其中在数字出版方面，作者们对它的年度发展概况、值得关注的几点和未来发展的趋势进行了调查研究。数字出版产业前景广阔这一点非常突出，但可以看出还是存在一定问题。 从《当前我国数字出版面临的困境》中我得知，数字出版在我国仍属起步阶段，现在还存在很多的问题，其中最主要的就是数字出版法律法规建设滞后问题。《数字出版产业版权困境解析》一文也同意这一观点，认为海量作品的海量授权问题已成为制约数字出版发展的瓶颈，积聚成巨大的产业法律风险，更是悬在数字商头顶的达摩克利斯之剑。面对数字网络技术的挑战，只有通过立法途径才能解决版权困境。作者建议拓宽准法定许可的适用范围，建立数字公告出版模式，以破解数字出版产业的版权困境。
光纤通信设备概述 1.走进通信机房 通信机房，无论大小，走进去看到的是： 一排排的机柜，里面装有各种各样的设备，大部分机柜是19英寸宽，有2米高，也有2.2米高的. 地板,下面往往是走线槽, 上面也许有走线槽(地槽和顶槽2选1). 网管系统:用计算机管理通信设备. 电源系统
2.从电话机到机房的线路 家里的电话机通过双绞线连接到楼道里的电话分线盒,然后用50对或100对的音频电缆, 连到了小区附近的电缆交接箱,再用更大对数的电缆接到电话局里的音频配线架,也叫总配线架,就是112机房,在音频配线架上,每个电话机都对应有1对电话线接点,并且一般都配有防雷击的音频保安器,电话线在电话局内部还用电缆连到了交换机.或PCM30设备。 3.112机房的总配线架，也叫MDF，还叫VDF 4.电话交换机 交换机可以分为3部分,一是用户电路,负责为用户馈电,发铃流,发送忙音,拨号音,记录用户话机所拨的号码,同时将模拟的电话语音变成数字信号；二叫绳路,也就是交换系统,负责电话的交换接续；三是中继器,分入局中继器和出局中继器,中继器的接口是数字信号是2.048Mb/s的速率,叫E1口。 5.PCM30设备 电话机到电话局,如果距离近(2公里),可以用电缆直接连接,如果距离远,就必须用光纤 连接光纤通信中传输的信号是数字信号,而电话机使用的是模拟信号,因此必须要变换
PCM30设备就是将模拟信号变成数字信号的设备,它将30路电话,变成1路E1接口的数字信号。 6.同轴电缆与同轴头 7.数字配线架DDF 无论是交换机的中继器接口,还是PCM30的数字口,都是E1口,要用同轴电缆接到光端机,为了方便电缆的检修,和调换电路,就要使用数字配线架(DDF)设备.DDF就是一块装有同轴 头的面板,同轴电缆上的同轴头,接到DDF的同轴头上。 8.光传输设备（光端机） 将多路E1接口的数字信号变成1路光信号的设备叫光端机，来自交换机，或PCM30设备的数字信号E1信号，靠同轴电缆经过DDF接到光端机。光端机的输出就是激光了光端机的光接口有2根光纤，1根是发光的，另1个是收光的。 9.光缆线路器材 光缆每2公里就要有1个接头，2根光缆的接续是在光纤接续盒里完成。1条完整的光缆的两个终端是通信机房里的光缆终端盒，它将光缆里的很细的光纤与尾纤相连，尾纤是单根的，有外套，有牙签那样粗，一般是黄色的，尾纤带有1个光接头，可以通过法兰盘跟另1根尾纤相连，尾纤线束，是多根尾纤做在一起的，但是比单根尾纤细一点。 10.其他设备1 电源和电池：通信机房为了保证供电，一直采用电池作为停电后的供电，电池是直流的，所以电源设备就是将交流220V的交流电，变成-48V的直流电。电源列头柜：通信机房里有很多设备，光通信的，交换机，载波机，微波等，这些设备都要用到-48V的电源，列头柜就是将总电源通过保险然后再分配到各个通信机柜的设备。 11.其他设备2 接口变换器，传输设备的接口是E1口，在通信领域是标准的但是计算机领域的标准跟通信不同，随着计算机通信的发展，两者的接口越来越多，计算机通常采用以太网接口，和V35接口，因此他们跟E1口的变换器，就经常要用到。以太网光纤收发器，计算机的局域网已经趋向于以太网，而用光纤组网是越来越多，这就要用到光纤收发器。
南京工程学院 通信工程学院 实验报告 课程名称光纤通信_________ 实验项目名称光纤通信实验_______ 实验学生班级通信（卓越）131_____ 实验学生姓名吴振飞_____ _____ 实验学生学号 208130429_________ 实验时间2016.6.15___ 实验地点信息楼C413_______ 实验成绩评定 ______________________ 指导教师签字 ______________________ 2016年 6月 19日
目录 实验一半导体激光器P-I特性测试实验 (1) 一、实验目的 (1) 二、实验仪器 (1) 三、实验原理 (1) 四、实验内容 (2) 五、实验步骤 (2) 六、注意事项 (2) 七、思考题 (3) 实验二光电探测器特性测试实验 (3) 一、实验目的 (3) 二、实验仪器 (3) 三、实验原理 (3) 四、实验内容 (4) 五、实验步骤 (4) 六、注意事项 (4) 实验三电话光纤传输系统实验 (4) 一、实验目的 (4) 二、实验内容 (5) 三、预备知识 (5) 四、实验仪器 (5) 五、实验原理 (5) 六、注意事项 (6) 七、实验步骤 (6) 九、思考题 (6)
实验一半导体激光器P-I特性测试实验 一、实验目的 学习半导体激光器发光原理和光纤通信中激光光源工作原理；了解半导体激光器平均输出光功率与注入驱动电流的关系；掌握半导体激光器 P(平均发送光功率) -I(注入电流) 曲线的测试方法。 二、实验仪器 1、ZYE4301G 型光纤通信原理实验箱 1 台 2、光功率计1 台 3、FC/PC-FC/PC 单模光跳线 1 根 4、万用表(自带) 1 台 5、连接导线 20 根 三、实验原理 半导体激光二极管(LD) 或简称半导体激光器，它通过受激辐射发光，(处于高能级E2的电子在光场的感应下发射一个和感应光子一模一样的光子，而跃迁到低能级E1，这个过程称为光的受激辐射，所谓一模一样，是指发射光子和感应光子不仅频率相同，而且相位、偏振方向和传播方向都相同，它和感应光子是相干的。) 是一种阈值器件。由于受激辐射与自发辐射的本质不同，导致了半导体激光器不仅能产生高功率(≥10mW) 辐射，而且输出光发散角窄(垂直发散角为 30~50°，水平发散角为 0~30° )，与单模光纤的耦合效率高(约 30%~50%)，辐射光谱线窄(Δλ =0.1~1.0nm)，适用于高比特工作，载流子复合寿命短，能进行高速信号(>20GHz) 直接调制，非常适合于作高速长距离光纤通信系统的光源。 对于线性度良好的半导体激光器，其输出功率可以表示为ηω (1-1) Pe=)(2thDIIq ?η其中intintaaamirmirD+=ηη，这里的量子效率ηint，表征注入电子通过受激辐射转化为光子的比例。在高于阈值区域，大多数半导体激光器的ηint接近于 1。 1-1 式表明，激光输出功率决定于内量子效率和光腔损耗，并随着电流而增大，当注入电流I>Ith时，输出功率与I成线性关系。其增大的速率即P-I曲线的斜率，称为斜率效率 dPη2DeqdIηω= (1-2) P-I特性是选择半导体激光器的重要依据。在选择时，应选阈值电流Ith尽可能小， Ith对应P值小，而且没有扭折点的半导体激光器，这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，而且不易产生光信号失真。并且要求P-I曲线的斜率适当。斜率太小，则要求驱动信号太大，给驱动电路带来麻烦; 斜率太大，则会出现光反射噪声及使自动光功率控制环路调整困难。半导体激光器具有高功率密度和极高量子效率的特点，微小的电流变化会导致光功率输出变化，是光纤通信中最重要的一种光源，半导体激光器可以看作为一种光学振荡器，要形成光的振荡，就必须要有光放大机制，也即激活介质处于粒子数反转分布，而且产生的增益足以抵消所有的损耗。将开始出现净增益的条件称为阈值条件。一般用注入电流值来标定阈值条件，也即阈值电流Ith，当输入电流小于Ith时，其输出光为非相干的荧光，类似于LED发出的光，当电流大于Ith
课程教案 （2015—2016学年第二学期） 课程名称：光纤通信 授课学时： 44学时 授课班级：电子信息工程13级 任课教师：
教案（首页）
第2章光纤与光缆 （一）教学内容： 基本光学定律和定义，光纤模式和结构，光纤波导传输的基本原理，圆波导的模式理论，单模光纤的基本原理，光纤材料和制造基本原理。 重点：光纤模式和结构，光纤波导传输的基本原理，单模光纤的基本原理，光 纤材料和制造基本原理。 难点：圆波导的模式理论 （四）概述 对光纤的结构和分类做简单介绍,对光纤的导光原理采用射线法和标量近似解法进行重点分析。对单模光纤的结构特点、主模及单模传输条件进行讨论。介绍光纤的传输特性及特殊光纤。
教学环节教学过程 引言 本章课程的讲授 在整个通信技术的发展中传输介质始终是人们需要不断研究和改进的课题，光通信从19世纪前就已得到应用，但由于没有找到合适的传输介质，使得光通信无法充分发挥其优点。1966年英籍华人科学家C.K.Kao发表论文提出可以利用纯度极高的石英玻璃作为传输煤质来传送光信号，从而拉开了光纤通信技术飞速发展的序幕（C.K.Kao博士也因此成就获得2009年Nobel物理学奖）。近半个世纪来，人们对光纤的结构、制造工艺不断改善，使得光纤的传输性能越来越优良，光纤已经成为现代长途干线网络信息传输的首选传输介质。 本章将对光纤进行详细的讨论，使学生对光纤通信课程建立较好的基本理解。 在讲授基本内容之前请学生回答自己对实际生活中所接触的光纤光缆的认识和理解，大家在什么地方用过光纤呢？家里或宿舍上网时信息是通过什么进行传输或如何进行传输的呢？通过提问对学生进行较好的引导，让学生上课时很快提高兴趣。 2.1 光纤的结构和分类 2.1.1 光纤的结构 光纤有不同的结构形式。目前，通信用的光纤绝大多数是用石英材料做成的横截面很小的双层同心玻璃体，外层玻璃的折射率比内层稍低。折射率高的中心部分叫做纤芯，其折射率为，直径为2a；折射率低的外围部分称为包层，其折射率为，直径为2b。 让学生自行思考为何要采用这种结构？提问！强调纤芯和包层的折射率很接近、差值不能太大。 采用芯包结构的目的： （1）进行全反射，减小散射损耗。 （2）增加纤芯的机械强度。 （3）保护纤芯不受外界的污染。 1 n 2 n
光纤通信系统光源综述 摘要：光源是光纤传输系统中的重要器件。它的作用是将电数字脉冲信号转换为光数字脉冲信号并将此信号送入光纤线路进行传送。目前，光纤通信系统中普遍采用的两大类光源是激光器（LD）和发光管（LED）。在这类光源具备尺寸小，耦合效率高，响应速度快，波长和尺寸与光纤适配，并且可在高速条件下直接调制等有点。在高速率、远距离传输系统中，均采用光谱宽度很窄的分布反馈式激光器（DFB）和量子阱激光器（MQW）。在采用多模光纤的数据网络中，现在使用了新型的垂直腔面发射激光器（VCSEL）。 关键词：光纤通信、光源、LD、LED
光纤通信系统光源综述 1．光纤通信系统光源的特点 1.1光纤通信对光源性能的基本要求 （1）发光波长与光纤的低衰减窗口相符。石英光纤的衰减—波长特性上有三个低衰耗的“窗口”，即850nm附近、1300nm附近和1550nm附近。因此，光源的发光波长应与这三个低衰减窗口相符。AlGaAs/GaAs激光二极管和发光二极管可以工作在850nm左右，InGaAsP/InP激光二极管和发光二极管可以覆盖1300nm和1550nm两个窗口。 （2）足够的光输出功率。在室温下能长时间连续工作的光源，必须按光通信系统设计的要求，能提供足够的光输出功率。以单模光源为例，目前激光而激光能提供500uW到2mW的输出光功率，发光二极管可输出10uW左右的输出光功率。为了适应中等距离（例如10-25km）传输要求，有的厂家研制了输出光功率为100-300uW左右的小功率激光器。 （3）可靠性高、寿命长。光纤通信系统一旦割接进网，就必须连续工作，不允许中断，因此要求光源必须可靠性高、寿命长，初期激光二极管的寿命只有几分钟，是无法实用的。现在的激光二极管寿命已达百万小时以上，这对多中继的长途系统来说是非常必要的。例如北京到武汉约1000km，若平均50km设一个中继站，单系统运行，则全程不少于40只激光二极管，若每只二极管的平均寿命为100万小时，则从概率统计的角度，每2.5万小时（相当于2.8年）就可能出现一次故障。 （4）温度稳定性好。光源的工作波长和输出光功率，都与温度有关，温度变化会使光通信系统工作不稳定甚至中断，因此希望光源有较好的温度特性。目前较好的激光二极管已经不再需要用致冷器和ATC电路来保持工作温度恒定，只需有较好的散热器即可稳定工作。 （5）光谱宽度窄。由于光纤有色散特性，使较高速率信号的传输距离受到一定限制。若光源谱线窄，则在同样条件下的无中继传输距离就长。例如，单模155Mb/s系统要求无再生传输全程总色散为300ps/nm，当采用普通单模光纤工作在1550nm窗口时，是一个色散限制系统，这时光纤色散约为18-20ps （km·nm）。如果光源谱宽为1nm，只传输17km左右；若光源谱宽为0.2时，传输距离可大80多km。目前较好的激光二极管谱宽已可做到小于0.1nm。 （6）调制特性好。光源调制特性要好，即有较高的调制效率和较高的调制频率，以满足大容量高速率光纤通信系统的需要。 （7）与光纤的耦合效率高。光源发出的光最终要耦合进光纤才能进行传输，因此希望光源与光纤有较好的耦合效率，使入纤功率大，中继间距加大。
光纤通信综述报告 摘要：光纤通信技术（optical fiber communications）从光通信中脱颖而出,已成为现代通信的主要支柱之一,在现代电信网中起着举足轻重的作用。光纤通信作为一门新兴技术,其近年来发展速度之快、应用面之广是通信史上罕见的,也是世界新技术革命的重要标志和未来信息社会中各种信息的主要传送工具。 关键词：光纤通信新技术新器件新材料 仅在过去5年中，光纤技术领域取得了大量突破性进展，其中包括10Gbit/s网络的构建和单根光纤上每秒太比特容量的成功演示。不久前，业内成功演示了40Gbit/s和80Gbit/s网络。这些演示进一步突出了对速度更高、容量更大的网络的需求和期望。 一、光纤通信的发展史 世界光纤通信发展史 光纤的发明，引起了通信技术的一场革命，是构成21世纪即将到来的信息社会的一大要素。 1966年出生在中国上海的英籍华人高锟，发表论文《光频介质纤维表面波导》，提出用石英玻璃纤维（光纤）传送光信号来进行通信，可实现长距离、大容量通信。 于1970年损失为20db/km的光纤研制出来了。据说康宁公司花费3000万美元，得到30米光纤样品，认为非常值得。这一突破，引起整个通信界的震动，世界发达国家开始投入巨大力量研究光纤通信。1976年，美国贝尔实验室在亚特兰大到华盛顿间建立了世界第一条实用化的光纤通信线路，速率为45Mb/s，采用的是多模光纤，光源用的是发光管LED，波长是0.85微米的红外光。在上世纪70年代末，大容量的单模光纤和长寿命的半导体激光器研制成功。光纤通信系统开始显示出长距离、大容量无比的优越性。 按理论计算：就光纤通信常用波长1.3微米和1.55微米波长窗口的容量至少有25000GHz。自然会想到采用多波长的波分复用技术WDM （WavelengthDivisionMultiplex）。1996年WDM技术取得突破，贝尔实验室发展了WDM技术，美国MCI公司在1997年开通了商用的WDM线路。光纤通信系统的速率从单波长的2.5Gb/s和10Gb/s爆炸性地发展到多波长的Tb/s(1Tb/s=1000Gb/s)传输。当今实验室光系统速率已达10Tb/s，几乎是用之不尽的，所以它的前景辉煌。 中国光纤通信发展史 1973年，世界光纤通信尚未实用。邮电部武汉邮电科学研究院（当时是武汉邮电学院）就开始研究光纤通信。由于武汉邮电科学研究院采用了石英光纤、半导体激光器和编码制式通信机正确的技术路线，使我国在发展光纤通信技术上少走了不少弯路，从而使我国光纤通信在高新技术中与发达国家有较小的差距。 我国研究开发光纤通信正处于十年动乱时期，处于封闭状态。国外技术基本无