光通信原理论文
重庆理工大学
光通信技术论文
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2015.6
光纤通信原理
张杰（11216020433）
摘要光纤通信系统是以光为载波，利用纯度极高的玻璃拉制成极细的光导纤维作为传输媒介，通过光电变换，用光来传输信息的通信系统。随着国际互联网业务和通信业的飞速发展，信息化给世界生产力和人类社会的发展带来了极大的推动。光纤通信作为信息化的主要技术支柱之一，必将成为21世纪最重要的战略性产业。
关键词光纤通信；通信系统
1.光纤通信原理—简介
光纤通信(Fiber-optic communication)，也作光纤通讯。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，首先将电信号转换成光信号，再透过光纤将光信号进行传递，属于有线通信的一种。光经过调变后便能携带资讯。自1980年代起，光纤通讯系统对于电信工业产生了革命性，同时也在数位时代里扮演非常重要的角色。光纤通信传输容量大，保密性好等优点。光纤通信现在已经成为当今最主要的有线通信方式。
2.光纤通信原理—组成部分
最基本的光纤通信系统由光发信机、光收信机、光纤线路、中继器以及无源器件组成。其中光发信机负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号，光纤线路负责传输信号，而光收信机负责接收光信号，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。
(1)光发信机----由光源、驱动器和调制器组成，实现电/光转换的光端机。其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。
(2)光收信机----由光检测器和光放大器组成，实现光/电转换的光端机。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端汲去。
(3)光纤线路----其功能是将发信端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。
(4)中继器----由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减;另一个是对波形失真的脉冲近行政性。
(5)无源器件----包括光纤连接器、耦合器等，完成光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合。
3.光纤通信原理
光纤通信的原理就是：在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化，并通过光纤经过光的全反射原理传送;在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。
光通信正是利用了全反射原理，当光的注入角满足一定的条件时，光便能在光纤内形成全反射，从而达到长距离传输的目的。光纤的导光特性基于光射线在纤芯和包层界面上的全反射，使光线限制在纤芯中传输。光纤中有两种光线，即子午光线和斜射光线，子午光线是位于子午面上的光光线，而斜射光线是不经过光纤轴线传输的光线。
下面以光线在阶跃光纤中传输为例解释光通信的原理。
如图所示为阶跃型光纤，纤芯折射率为n1，包层的折射率为n2，且n1>n2，空气折射率为n0。在光纤内传输的子午光线，简称内光线，遇到纤芯与包层的分界面的入射角大于θc时，才能保证光线在纤芯内产生多次反射，使光线沿光纤传输。然而，内光线的入射角大小又取决于从空气中入射的光线进入纤芯中所产生折射角θ2，因此，空气和纤芯界面上入射光的入射角θi就限定了光能否在光纤中以全反射形式传输，与内光线入射角的临界角θc相对应，光纤入射光的入射角θi 有一个最大值θmax。
当光线以θi>θmax入射到纤芯端面上时，内光线将以小于θc 的入射角投射到纤芯和包层界面上。这样的光线在包层中折射角小于90度，该光线将射入包层，很快就会露出光纤。
当光线以θi<θmax入射到纤芯端面上时，入射光线在光纤内将以大于的θc入射角投射到纤芯和包层界面上。这样的光线在包层中折射角大于90度，该光线将在纤芯和包层界面产生多次反射，使光线沿光纤传输。
4、结束语
光纤通信技术现已作为一种重要的现代信息传输技术之一，在现在的信息社会背景下得到了普遍意义上的应用，在全球通信领域及相关行业在全球处于非常低迷的状态时，光纤通信技术仍得到了一些发展。依照我国现行的通信技术领域的发展模式，光纤通信技术的应用必会代替一切其他的信息传送方式，而成为未来通信领域发展的主流技术，带领人类进入全光时代! 光通信技术作为信息技术的重要支撑平台,在未来信息社会中将起到重要作用。虽然经历了全球光通信的“冬天”但今后光通信市场仍然将呈现上升趋势。从现代通信的发展趋势来看,光纤通信也将成为未来通信发展的主流。人们期望的真正的全光网络的时代也会在不远的将来如愿到来。从上述涉及光纤通信的几个方面的发展现状与趋势来看，完全有理由认为光纤通信进入了又一次蓬勃发展的新高潮。而这一次发展高潮涉及的范围更广，技术更新更难，影响力和影响面也更宽，势必对整个电信网和信息业产生更加深远的影响。它的演变和发展结果将在很大程度上决定电信网和信息业的未来大格局，也将对下一世纪的社会经济发展产生巨大影响。
参考文献
[1] 杨祥林《光纤通信系统》国防工业出版社
[2] 孙学康张新菊《光纤通信技术第二版》人民邮电出版社
[3] 胡先志余少华《光纤通信基本理论及技术》华中科技大学出版社
光通信中的重要技术及发展趋势
光通信中的重要技术及发展趋势 [摘要] 随着信息化社会的到来,通信技术也得到了日新月异的发展。在过去的几年中,人们对传输速率的要求越来越高,使用高速率数据传输的用户数量每年都在递增,而光通信技术在过去几年中也有了长足的发展,光纤通信凭借其传输高速率的数据,成为广域通信网的骨干网络,如今在广域通信网中绝大部分是通过光纤传输的。本文主要讨论在光通信中的主要技术以及未来光通信的几个发展趋势。 [关键词] 光通信光接入光交换全光网无线光通信 随着用户对接入带宽要求的日益增加以及三网融合后对数字高清信号的传送,对运营商接入侧及骨干核心传输有了更高的要求,而光通信在其中起了举足轻重的作用,光通信技术的发展决定了电信业的未来方向,近几年,不论在接入层以及核心层,光通信技术都有了长足的发展。 1.在接入层: 1.1无源光网络(PON) 无源光网络主要用于解决宽带最终用户接入终端局的问题,由于这种接入技术使得接入网的局端(OLT)与用户(ONU)之间只需光纤、光分路器等光无源器件,不需租用机房和配备电源,因此被称为无源光网络。无源光网络以其容量大、传输距离长、较低成本、全业务支持等优势成为热门技术。目前已经逐步商用化的无源光网络主要有TDM-PON(APON、EPON、GPON)和WDM-PON。 无论是核心网、传输网还是接入网,其发展的首要因素就是业务,是终端用户的需求。从业务发展现状来看,高带宽的消耗业务逐步涌现,带宽提速成为迫切需求,而PON以其容量大、传输距离长、较低成本、全业务支持等优势成为宽带接入的热点,它在提供业务组合的同时,实现了高可靠性和高性能,已经成为了下一代光接入网的发展方向。 1.2无线光通信技术 从光纤骨干网到用户之间的”最后一英里”,如果铺设光缆,不仅花费大而且耗时;许多无线通信技术可以解决”最后一英里”的问题,但是这些技术需要向无线电管理委员会申请频率执照,不仅要使用户支付大量的频率占用费,而且申请也要花费数月的时间。无线光通信因为无需频率申请,机型小方便架设,能够简单的解决最后一英里的问题,为宽带接入的快速部署提供一种灵活的解决方案。 无线光通信系统是以大气作为传输媒质来进行光信号的传送的。只要在收发两个端机之间存在无遮挡的视距路径和足够的光发射功率,就可以进行通信。一个无线光通信系统包括三个基本部分:发射机、信道和接收机。在点对点传输的
论述光纤通信系统的原理及技术发展
论述光纤通信的基本原理、系统构成与技术发展。 随着国际互联网业务和通信业的飞速发展，信息化给世界生产力和人类社会的发展带来了极大的推动。光纤通信作为信息化的主要技术支柱之一，必将成为21世纪最重要的战略性产业。光纤通信技术和计算机技术是信息化的两大核心支柱，计算机负责把信息数字化，输入网络中去；光纤则是担负着信息传输的重任。当代社会和经济发展中，信息容量日益剧增，为提高信息的传输速度和容量，光纤通信被广泛的应用于信息化的发展，成为继微电子技术之后信息领域中的重要技术。 光纤通信的基本原理 光纤通信系统是以光为载波，利用纯度极高的玻璃拉制成极细的光导纤维作为传输媒介，通过光电变换，用光来传输信息的通信系统。光纤传输基于可用光在两种介质界面发生全反射的原理。光纤是由单根玻璃光纤、紧靠纤心的包层、一次涂履层以及套塑保护层组成。纤芯和包层由两种光学性能不同的介质构成，内部的介质对光的折射率比环绕它的介质的折射率高，因此当光从折射率高的一侧射入折射率低的一侧时，只要入射角度大于一个临界值，就会发生反射现象，能量将不受损失。这时包在外围的覆盖层就象不透明的物质一样，防止了光线在穿插过程中从表面逸出。 由发光二极管LED 或注入型激光二极管ILD 发出光信号沿光纤传播，在另一端则有PIN 或APD 光电二极管作为检波器接收信号。为确保信号的有效传输，在光发送端之前需增加光放大器，以提高入纤的光功率，在接收端的光电检测器之后将微信号进行放大，以提高接收能力。 光纤通信系统构成 (1)光发射机 光发射机的功能是把输入的电信号转换为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。光发射机由光源、驱动器和调制器组成，光源是光发射机的核心。光发射机的性能主要取决于光源的特性，对光源的要求是：输出光功率足够大，调制频率足够高，谱线宽度和光束发散角尽可能小，输出功率和波长稳定，器件寿命长。目前广泛使用的光源有半导体发光二极管(LED)、半导体激光二极管(LD)和动态单纵模分布
光纤通信原理及应用
光纤通信原理及应用 摘要：光纤通信技术是利用半导体激光器等光电转换器将电信号转换成光信号，并使其在光纤中快速、安全地传输的一门新兴技术。光纤是一种理想的传输媒体，它具有传输时延低、高通信质量、高带宽、抗干扰能力强等特点。光纤在高速以太网中有着广泛的应用。论文主要分析了光电信号的转换、光纤通信的基本原理并介绍了光纤在通信领域中的一些应用。 关键词：光纤通信；光电转换；全反射 1. 引言 光纤是用光透射率高的电介质构成的光通路，它是一种介质圆柱光波导，它是用非常透明的石英玻璃拉成细丝，主要由纤芯和包层构成双层通信圆柱体。光纤通信就是在发送端利用半导体激光转换器将电信号转换成光信号并利用光导纤维传递光脉冲来进行通信，光波通过纤芯以全反射的方式进行传导，有光脉冲相当于1，没有光脉冲相当于0。同时，接收端利用光电二极管或半导体激光器做成光检测器，检测到光脉冲时将光信号还原成电信号。在由于可见光的频率非 常高，约为8 10MHz的量级，因此一能做到使用一根光个光纤通信系统的传输带宽远远大于其它的传输媒体的带宽。同时利用光的频分复用技术，就纤来同时传输多个频率很接近的光载波信号，使得光纤的传输能力成倍地提高。 2.理论模型 在光纤通信系统的发送端使用光电信号检测电路将电信号转换成光信号，并使得光信号以大于某一角度入射到光通道，此时光信号在光纤以全反射的方式不断向前传输，并在接收端再将光信号转换成电信号进行进一步的处理。 2.1 光电信号检测电路的基本原理 光电检测电路主要由光电器件、输入电路和前置放大器组成。其中，光电检测器件是实现光电转换的核心器件，它把被测光信号转换成相应的电信号；输入电路为光电器件正常的工作条件，进行电参量的变换并完成前置放大器的电路匹配；前置放大器能够放大光电器件输出的微弱电信号，并匹配后置处理电路与检测器件之间的阻抗。 2.1.1 光电信号输入电路的静态计算 图解计算法是利用包含非线性元件的串联电路的图解法对恒流源器件的输入电路进行计算。反射偏置电压作用下的光电二极管的基本输入电路如下：
光纤通信原理
光纤通信原理作业 1、 LP01是单模光纤中的基模，它是一种B模。 A. 双折射 B. 线极化 C. 圆极化 D. 园双折 2、在目前的实用光纤通信系统中采用A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。 B. 间接 C. 外 D. 分接 3、费米能级E f可视为能级被电子占据的界限，它是反映物质中电子在各能级 上A的参量。 A. 分布 B. 跃迁 C. 辐射 D. 放大 4、电子占据某能级的几率服从A分布。 A. 费米统计 B. 柏松 C. 指数 D. 平方 5、色散位移单模光纤是在A um处，实现衰减最小和色散最小. A. 1.55 B. 1550 C. 1560 D. 1.5１ 6、零色散光纤是指工作波长为A nm的单模光纤，可获得最小的衰 减特性和特性。 ，色散 B. 1310 ，色散 C. 1.55 ，放大 D. 1.51，复用 光电检测器是利用材料的B，来实现光电转换的器件。 A. 受激吸收
B. 光电效应 C. 非线性 D. 受激辐射 8、光学谐振腔中的纵模是指腔中驻波沿轴向的分布状态，纵模间隔Δf= B。A. B. C. D. 9、光纤色散包括C、和模式色散。 单纵模、多纵模 B. 极化色散、多纵模 C. 材料色散、波导色散 D. 双折射、圆极化 10、受激辐射中产生一个C。 A. 菲涅尔现象 B. 费米能级 C. 全同光子 D. 耦合模式 11、光纤通信的三个低损耗窗口是1310nm、850nm、C μm。 B. 1550 C. 1.55 D. 1.51 12、当光纤纤芯的折射率与包层的折射率C时，称为弱导波光纤。
无线光通信的原理和核心部件的一些思考
无线光通信的原理和核心部件的一些思考 摘要：现阶段，随着科技水平的不断提升，在很大程度上促进着我国通信行业 的发展。通信技术作为通信行业的重要支撑力量，在很大程度上决定着传输效率。以往传统的无线电以及光纤通信技术，虽然不会受到地形方面的影响，信道容量 非常大，但是传输效率却非常慢。在这种情况下，我们积极的应用无线光通信技术，不仅不会受到地形因素的影响，而且还有着较强的保密性以及较快的传输效率。基于此，本文深入浅出地阐述了无线光通信原理；其次分析了无线光通信核 心部件；最后探讨了无线光通信优缺点。 关键词：无线光通信；优缺点；研究分析 一、无线光通信原理概述 无线光通信技术的的工作原理，主要包含着以下三个方面的内容：首先，需 要发射出数据信号，然后借助光信号进行传输，最终接收完成信息传输任务。无 线光通信系统应用的是光电转换技术，在调制完成电信号对光发射机的光源之后，借助具备天线功能的光学望远镜来传输光信号，在望远镜接受到信号后，将信号 全部集中在光电检测器，其次信号到达接收机后，完成光信号转换成电信号，然 后经过调制调解器，完成信息读取工作，最终接入无线光信号。但是，在这一过 程当中需要我们指出的是，光波信号的不同，其透过率也是存在着一定的差异的。在这种情况下，我们要想更加有效的提升透过率以及系统功率，我们就必须要选 择更高性能的波段窗口，来确保光信号的稳定传输。 二、无线光通信核心部件分析 （一）无线光通信发射机 无线光信号主要是借助发射机所产生的，通过将不同类型的电信号，在经过 调制解调器的转换之后，成为光信号。无线光通信并不是借助光缆进行传输的， 因此光信号主要是椭圆光斑，是由激光管芯激发进而产生的。在这一过程当中， 光学行为耦合替代了以往的同轴耦合，传输距离越远的话，那么耦合准值也就越高。我们在设定耦合准值的过程当中，需要充分结合光学耦合效率来进行，避免 影响到信号的接收。此外，我们在借助发射机发射光信号的过程当中，应积极的 做好人眼防护措施，避免造成危害。 （二）无线光通信光学天线 无线光信号并不会受到光纤输送路径方面的影响，因而在实际的发射过程当中，往往会存在一定的发散角，导致信号出现泄露的现象。在这种情况下，我们 要想最大限度的确保最终的接受准确度，我们就应在接收端设置一套光学天线系统，充分借助其凸、凹透镜的聚焦原理，更好的聚集光信号，降低信号的泄露。 光学天线的增益效果和天线的孔径存在密切的关联，如果孔径过大或者过小的话，都会在一定程度上影响着最终的接收效益。在这种情况下，我们在选取天线孔径 的时候，就需要充分的结合我们的实际工作状况来进行。除此之外，我们还要严 格的设定聚光斑点尺寸的精确度，切实提高光信号的接收效率。 （三）无线光通信接收机 光信号在传播的整个过程当中，所存在的反射以及折射的现象，会产生码间 串扰现象。不仅如此，光信号如果受到空气散射的话，也会消耗信号。在这种情 况下，我们在选择接收机的时候，就必须要选择一些有着信号接收灵敏度较强、
光纤通信原理与技术课程教学大纲
《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
光通信的历史及其发展现状
光通信的历史、现状、发展趋势 06007235 方云龙光通信的历史： 原始形式的光通信是通过中国古代的“烽火台”报警，欧洲人用旗语传送信息。1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载波传送话音的“光电话”。贝尔光电话是现代光通信的雏型。 1960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红宝石激光器，给光通信带来了新的希望。激光器的发明和应用，使沉睡了80年的光通信进入一个崭新的阶段。 1966年，英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤(Optical Fiber)进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信——光纤通信的基础。通过“原材料的提纯制造出适合于长距离通信使用的低损耗光纤”这一发展方向。 1970年，美国康宁(Corning)公司研制成功损耗20dB/km的石英光纤。把光纤通信的研究开发推向一个新阶段。 1973 年，美国贝尔(Bell)实验室的光纤损耗降低到2.5dB/km。1974 年降低到1.1dB/km。 1976 年，日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗降低到0.47 dB/km(波长1.2μm)。在以后的10 年中，波长为1.55 μm的光纤损耗：1979 年是0.20 dB/km，1984年是0.157 dB/km，1986 年是0.154 dB/km，接近了光纤最低损耗的理论极限。 1970年，美国贝尔实验室、日本电气公司(NEC)和前苏联先后，研制成功室温下连续振荡的镓铝砷(GaAlAs)双异质结半导体激光器(短波长)。虽然寿命只有几个小时，但它为半导体激光器的发展奠定了基础。1977 年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到10万小时。1979年美国电报电话(AT&T)公司和日本电报电话公司研制成功发射波长为1.55 μm的连续振荡半导体激光器。 1976 年，美国在亚特兰大(Atlanta)进行了世界上第一个实用光纤通信系统的现场试验。1980 年，美国标准化FT - 3光纤通信系统投入商业应用。 1976 年和1978 年，日本先后进行了速率为34 Mb/s的突变型多模光纤通信系统，以及速率为100 Mb/s的渐变型多模光纤通信系统的试验。1983年敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线。 随后，由美、日、英、法发起的第一条横跨大西洋TAT-8海底光缆通信系统于1988年建成。第一条横跨太平洋TPC-3/HAW-4 海底光缆通信系统于1989年建成。从此，海底光缆通信系统的建设得到了全面展开，促进了全球通信网的发展。 现状： 目前国内光纤光缆的生产能力过剩，供大于求。特种光纤如FTTH（光纤到户）用光纤仍需进口，但总量不大，国内生产光纤光缆价格与国际市场没有差别，成本无法再降，已经是零利润，在国际市场没有太强竞争力，出口量很小。二十年来的光技术的两个主要发展，WDM（Wavelength Division Multiplexing：波分复用）和PON（Passive Optical Network：无源光纤网络），这两个已经相对比较成熟。 今天，40Gbps的光通信系统得到广泛商用。作为新一代光网络的领军技术，40G商用大门的开启，满足日益增长的带宽需求同时，还为ROADM、先进光调制技术、超强EFC等新技术的应用赢得了市场发展空间，并为全光网的演进、升级创造了条件。不过，这只是40Gbps的一个开始，要承担起未来传输主力的重任，40G还需要很多路要走。现在对40Gbps，乃至更高速率的100Gbps而言，光学硬件的发展是关键，同时还必须与其他光通讯技术协同发展，包括复杂的调制技术、信号处理技术、并行接口、主动追踪和补偿技术，这些条件
《光通信原理与技术》课程教学大纲(正式)
《光通信原理与技术》课程教学大纲 课程中文名称：光通信原理与技术 课程英文名称：Optical Communication Technology 课程编号：ZF17402 课程性质：专业方向课 学时：（总学时54、理论课学时42、实验课学时12） 学分：3 适用对象：电子科学与技术专业本科学生 先修课程：电磁场与电磁波、通信原理等 课程简介：随着网络化时代的到来，人们对信息的需求与日俱增。现代光通信原理在现代信息科学技术中更是占有举足轻重的作用。通过本课程的学习，使学生掌握和了解光纤通信的原理，系统组成，关键技术及新技术，实际应用的光纤通信系统，以及当前光纤通信领域的最新动态，为今后从事与之相关的工作打下基础。 一、教学目标及任务 光通信原理与技术是电子科学与技术本科专业学生专业课程模块中的一门核心课程，通过本课程的学习，学生将掌握光纤通信的基本原理和光纤数字通信系统的组成，了解光纤通信的未来与发展，为进一步学习现代光纤通信技术打下基础。本课程对培养学生综合应用以前所掌握的光学和通信系统基本知识、模拟和数字通信基本知识等有良好的促进作用。 二、学时分配
三、教学内容及教学要求 第一章光纤通信概论（4学时） 教学要求： 1．了解光纤通信发展的历史； 2．理解光纤通信系统在当今通信领域的重要地位和作用及基本组成。 教学重点与难点： 1．光纤通信发展的历史； 2．光纤通信系统的基本组成。 教学内容： 第一节光纤通信发展史 1．什么是光纤通信； 2．光纤通信中光的作用及特性； 3．光纤通信的优势； 第二节光纤通信系统 1．光发射机； 2．光纤； 3．光接收机； 4．光放大器； 本章习题要点： 光纤通信系统就其基本组成而言有三部分：光发射机、光纤和光接收机，学生应掌握它们的概念和作用。作为光传输煤质的光纤，其衰减特性决定了它的工作波长以及光系统的作用距离，这种局限可由光放大器大大缓解。光纤的色散则限制了传输数据的速率。输入到光纤中光强的大小对光纤特性也有影响，这就是非线性效应。通信容量作为光纤通信系统的主要性能指标也应掌握。 第二章光纤（8学时） 教学要求： 1．了解光纤的种类及其不同的用途； 2．理解阶跃和梯度光纤的光线理论，了解用光线法分析多模光纤的传输原理； 3．理解单模光纤的波动理论。掌握用波动理论讨论单模光纤中的模式特性，光纤中模式的概念，光纤的单模条件； 4．掌握光纤的损耗及色散概念及特性； 5．了解光纤的带宽概念。 教学重点与难点： 1．数值孔径、传播时延、时延差的概念及影响因素；； 2．光纤单模传输条件；
光通信技术现状及其发展趋势探讨
光通信技术现状及其发展趋势探讨 前言：光通信是以光导纤维（即光纤）为传输媒质，以光波作为载波的一种通信方式。光通信涉及的技术领域包括光器件、光传输、光信号处理、光交换技术、光网络技术以及光网络的融合技术等等。光通信正朝着高速率、大容量。长距离、网络化、智能化的方向发展。本文主要对光通信技术现今的发展状况，以及在今后的发展趋势进行了简要的阐述。 一、目前光通信技术的发展现状 1.1密集播分复用技术 密集波分复用技术简称DWDM，是光纤数据的一种传输技术，该种技术是利用激光的波长，按照比特位并行传输或字符串行传输方式在光纤内传送数据。DWDM是光网络的重要组成部分，它可以让IP协议、ATM和同步光纤网络、同步数字序列协议下承载的电子邮件、视频、多媒体、数据和语音等数据都通过统一的光纤层传输。在被开发后，基于其能在很大的程度上提高了光纤系统对于信息数据的传输量，而被广泛关注与应用。 1.2光纤接入网技术
光纤接入网，指的是在接入网过程中，利用光纤为核心的传输媒质，以此来实现用户数据信息传递的形式。光纤接入网并不是传统意义方面光纤传输系统，实际上是针对接入网环境中，所设计的较为特殊的光纤传输网络。光纤接入网主要有以下几方面的特点，其一是网络覆盖范围一般较小，在实际应用过程中不需要中继器，基于众多用户的信息数据共享光纤，导致光功率及波长的配比，存在需要利用光纤放大器来进行功率补偿的状况。其二是满足各种宽带业务的传输，并且传输质量好、数据信息传递的可靠性较高。其三是光纤接入网所应用的范围较为广阔。其四是，该项技术投放使用的过程中投资成本大，在网络管理方面较为复杂，在远端供电方面较难。 1.3 EDFA技术 EDFA是掺铒光纤放大器的缩写，是对数据信号光放大的有源光器件。基于EDFA工作时的波长为1550nm，与光纤的较低损耗波段较为一致，并且该种技术研发至今比较成熟，在实际中得到广泛的应用。掺铒光纤就是EDFA的核心元件，掺铒光纤主要将石英光纤当做基质材料，在其纤芯当中融入了相应比例稀土原素铒离子。在一定的泵浦光注入到掺铒光纤中时，铒离子从低能级直接被激发到高能级，基于铒离子在高能级时寿命较短，这就使得较快以非辐射跃迁的状态，直接到较高能级上，与此同时在该能级以及低能级间迅速形成粒
光通信原理实验指导书
实验一模拟信号光调制实验 一、实验目的 1、了解模拟信号光纤通信原理。 2、了解不同频率不同幅度的正弦波、三角波、方波等模拟信号的系统光传输性能情况。 二、实验内容 1、测量不同的正弦波、三角波和方波的光调制系统性能。 三、实验器材 1、主控&信号源、25号模块各1块 2、双踪示波器1台 3、连接线若干 4、光纤跳线1根 四、实验原理 1、实验原理框图 光调制功率检测框图 模拟信号光调制传输系统框图 2、实验框图说明 本实验是输入不同的模拟信号，测量模拟光调制系统性能。如模拟信号光调制传输系统框图所示，不同频率不同幅度的正弦波、三角波和方波等信号，经25号模块的光发射机单元，完成电光转换，然后通过光纤跳线传输至25号模块的光接收机单元，进行光电转换处理，从而还原出原始模拟信号。实验中利用光功率计对光发射机的功率检测，了解模拟光调制系统的性能。 注：根据实际模块配置情况不同，自行选择不同波长（比如1310nm、1550nm）的25号光收发模块进行实验。 五、注意事项 1、在实验过程中切勿将光纤端面对着人，切勿带电进行光纤的连接。 2、不要带电插拔信号连接导线。 六、实验步骤 1、系统关电，参考系统框图，依次按下面说明进行连线。 （1）用连接线将信号源A-OUT，连接至25号模块的TH1模拟输入端。
（2）用光纤跳线连接25号模块的光发端口和光收端口，此过程是将电信号转换为光信号，经光纤跳线传输后再将光信号还原为电信号。注意，连接光纤跳线时需定位销口方向且操作小心仔细，切勿损伤光纤跳线或光收发端口。 （3）用同轴连接线将25号模块的P4光探测器输出端，连接至23号模块的P1光探测器输入端。 2、设置25号模块的功能初状态。 （1）将收发模式选择开关S3拨至“模拟”，即选择模拟信号光调制传输。 （2）将拨码开关J1拨至“ON”，即连接激光器；拨码开关APC此时选择“ON”或“OFF”都可，即APC功能可根据需要随意选择。 （3）将功能选择开关S1拨至“光功率计”，即选择光功率计测量功能。 3、进行系统联调和观测。 （1）打开系统和各实验模块电源开关。设置主控模块的菜单，选择【主菜单】→【光纤通信】→【模拟信号光调制】。此时系统初始状态中A-OUT输出为1KHz正弦波。调节信号源模块的旋钮W1，使A-OUT输出正弦波幅度为1V。 （2）选择进入主控&信号源模块的【光功率计】功能菜单，根据所选模块波长类型选择波长【1310nm】或【1550nm】。 （3）保持信号源频率不变，改变信号源幅度测量光调制性能：调节信号源模块的W1，改变输入信号的幅度，记录不同幅度时的光调制功率变化情况。 （4）保持信号源幅度不变，改变信号源频率测量光调制性能：改变输入信号的频率，自行设计表格记录不同频率时的光调制功率变化情况。 （5）拆除23号模块和25号模块之间的同轴连接线，适当调节25号模块的W5接收灵敏度旋钮，用示波器对比观察光接收机的模拟输出端TH4和光发射机的模拟输入端TH1，了解模拟光调制系统线性度。 （6）改变信号源的波形，用三角波或方波进行上述实验步骤，进行相关测试，表格自拟。 七、实验报告 1、画出实验框图，并阐述模拟信号光调制基本原理。
最新光纤通信原理试题
1.决定光纤通信中继距离的主要因素是( B ) A.光纤的型号 B.光纤的损耗和传输带 C.光发射机的输出功率 D.光接收机的灵敏度 2.弱导光纤中纤芯折射率n1和包层折射率n2的关系是( A ) A.n1≈n2 B.n1=n2 C.n1>>n2 D.n1< 光纤通信系统的发展趋势及现状分析 1、光纤通信技术概述及特点1.1光纤通信技术概述光纤通信系统整体由数量众多的光纤组成，其主要制作材料为玻璃，本身属电气绝缘体，无需考虑接地回路问题。自光纤通信技术研发开始，该技术凭借良好的性能而发展迅猛，尤其在现今信息大爆炸时代，光纤通信技术的应用对于通信行业的发展乃至整个社会的变革做出了巨大的贡献。1.2光纤通信的特征1.2.1通信宽频带，容量高在单一波段光纤通信系统中，光纤通常会受到终端设备的影响，无法将宽频带这一特点充分表现，而通过光纤通信传输技术，这一缺陷可以得到完美解决。光纤通信的宽频带、高容量特点对于信息的传输意义重大，能够满足未来宽带综合业务的发展需求。 1.2.2低损耗，中继距离长相较于其他传输介质而言，实用石英材质光纤损耗可在0.2dB/km 以下，远小于其他介质，即使将来应用非石英材质光纤，其损害值也在10-9dB/km左右。光纤低损耗的特点便决定了光纤通信可以实现长远的中继距离，实际建设过程中可以大幅度降低通信系统成本，有利于提升系统的稳定性和可靠性。 1.2.3强抗干扰性能制作光纤的材质具有绝缘性能，受到雷电、电离层等的干扰作用较弱，也可以一定程度上抵抗电气化设备和高压设备等工业电气造成的干扰，可用于与高压输电线进行平行架设、或者与电力导体复合组成复合型光缆进行通信传输。光纤这一良好的抗干扰性能决定了其可广泛应用于军事、电气等领域中。 1.2.4无串音干扰，保密性强传统通信传输过程中，载体承载信息极易被窃取泄露，所以传统通信传输的信息保密效果较差。而光纤通信传输过程中，不存在干扰现象，信息很难从光纤中泄露。光波在转弯处，由于弯曲半径过小，容易泄露，但其强度也十分微弱。对于该问题，可采用涂敷消光剂措施消除，这样既可实现信息的保密，也能够满足屏蔽串音干扰问题。 1.2.5线径细、重量小光纤内芯半径约0.1mm左右，为单管同轴电缆的1%。线径低这一特点使得整个传输系统占用空间小，具备节约地下管道资源、减少占地面积的优点。此外，光纤属玻璃材质，重量极轻，构成的光缆重量也较小，1m单管同轴电缆重量为11kg，而 第一部分光传输通信基本原理 第一章、光纤通信原理 第一节、光纤通信的概念 一、光纤通信的概念 光纤通信概念：利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。典型的光纤通信系统方框图如下： 模拟信息模拟信息 数字光纤通信系统方框图 从图中可以看出，数字光纤通信系统基本上由光发送机、光纤与光接收机组成。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，则LD就会发出携带信息的光波。即当数字信号为“1”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）。光波经低衰耗光纤传输后到达接收端。在接收端，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。就这样完成了一次通信的全过程。其中光发送机的调制方式有两种：直接调制也称内调制（一般速率小于等于2.5GB/S时）；间接调制也称外调制（一般速率大于2.5GB/S时）。 二、光纤通信的特点 1、通信容量大 2、中继距离长 3、保密性能好 2、适应能力强 5、体积小、重量轻、便于施工和维护 6、原材料来源丰富，潜在的价格低廉 第二节、光纤的导光原理 一、全反射原理 我们知道，当光线在均匀介质中传播时是以直线方向进行的，但在到达两种不同介质的分界面时，会发生反射与折射现象，如图2.5所示。 图2.5 光的反射与折射 根据光的反射定律，反射角等于入射角。 根据光的折射定律： n Sin n Sin 1222θθ= （2.2） 其中n 1为纤芯的折射率，n 2为包层的折射率。 显然，若n 1>n 2，则会有θ2>θ1。如果n 1与n 2的比值增大到一定程度，则会使折射角θ2≥90°，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（θ2=90°时），或者重返回到纤芯中进行传播（θ2>90°时）。这种现象叫做光的全反射现象，如图2.6所示。 2020年光通信产业发展及展望分析 2020.08 自二十世纪七十年代光纤诞生以来，光通信技术引领信息技术变革，光通信以光波作为信息传输的载体，以光纤作为信息传输媒介，具有高速率、大容量、长距离等技术优势，在移动通信、光纤宽带、数据中心、消费电子、汽车电子和工业制造等领域广泛应用。5G建设承载先行，光通信技术是网络连接的核心，5G将催生光通信新一轮发展机遇。 1．光通信技术推动网络变革以满足数据增长需求 1.1数据流量爆发式增长，光通信技术成为终极方案 移动互联网、云计算、5G推动全球数据量指数级增长，数据量的爆增对网络提了挑战。由于云计算、视频、社交、电商、搜索、支付业务的快速发展，全球应用数据量和对通信容量的需求急剧增长。据预测，到2025年全球数据总量将从2018年的33 ZB增长到175 ZB，复合年增长率为27%。随着全球5G网络的部署，从云端数据中心到边缘网络，再到用户侧的PC、智能手机和物联网终端，需求爆发推动数据流量的持续增长。在物联网和实时数据增长的推动下，边缘计算的数据量将快速增长，预计2025年平均每人每天进行5000次数据交互，是目前的7倍。数据流量和数据交互量的高速增长对网络基础设施提出了挑战。 互联网接入带宽速率与全球数据量保持同步增长，网络面临增长的压力。互联网带宽定律指出，互联网接入带宽速率年均增长50%。从1984年的IDSN线路接入速率300 bps，到2003年的T1线路1.5Mbps，2010年升级到31Mbps，2019年升级到325Mbps。从互联网带宽定律看，未来带宽速率的增长将对网络基础设施的升级提出了不小的挑战。 光进铜退已成为全球信息技术产业的发展趋势。铜线的传输性能无法满足数据流量日益增长的需求，光纤通信逐步替代铜线电路。铜线使用电子进行数据传输，而光纤使用光子。光比电速度快，光纤可以提供更高的带宽，光通信在传输速度、衰减、抗干扰、抗腐蚀、重量体积等性能指标更佳。光纤电缆传输数据的速度远远高于铜线，与铜线的40Gbps带宽相比，光纤带宽已超过60Tbps，相差千倍以上。在数据信号衰减方面，光纤可提供更好的信号耐久性，在超过100米的距离，光纤信号损失仅3%，而铜线信号损失高达94%。由于光纤由玻璃制成，因此光纤受腐蚀性化学物质的影响很小，也不受电磁干扰和功率波动的影响。光纤具有抗干扰、温度波动和防潮的特性，可提供更加可靠的 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 光纤通信原理试题＿1 参考答案 一、单项选择题（本大题共10小题，每小题1分，共10分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 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.已知某Si-PIN 光电二极管的响应度R 0＝0.5 A/W ，一个光子的能量为2.24×10－19 J ，电子电荷量为1.6×10－19 C ，则该光电二极管的量子效率为（ ） A.40％ B.50％ C.60％ D.70％ R 0=e /hf 3.STM-4一帧中总的列数为（ ） A.261 B.270 C.261×4 D.270×4 4.在薄膜波导中，要形成导波就要求平面波的入射角θ1满足（ ） A.θc13<θ1<θc12 B.θ1=0° C.θ1<θc13<θc12 D.θc12<θ1<90° 5.光纤色散系数的单位为（ ） A.ps/km B.ps/nm C.ps/nm.km ? D.nm/ps?km 6.目前掺铒光纤放大器的小信号增益最高可达（ ） A.20 dB B.30 dB C.40 dB D.60 dB 7.随着激光器使用时间的增长，其阈值电流会（ ） A.逐渐减少 B.保持不变 C.逐渐增大 D.先逐渐增大后逐渐减少 8.在阶跃型（弱导波）光纤中，导波的基模为（ ） A.LP00 值为0 B.LP01 C.LP11为第一高次模 D.LP12 9.在薄膜波导中，导波的截止条件为（ ） A.λ0≥λC B.λ0<λC C.λ0≥0 D.λ0≤1.55μm 10.EDFA 在作光中继器使用时，其主要作用是（ ） A.使光信号放大并再生 ? B.使光信号再生 C.使光信号放大 D.使光信号的噪声降低 二、填空题（本大题共20小题，每小题1分，共20分） 请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。 1.根据传输方向上有无电场分量或磁场分量，可将光（电磁波）的传播形式分为三类：一为_TEM_波；二为TE 波；三为TM 波。 2.对称薄膜波导是指敷层和衬底的_折射率相同_的薄膜波导。 3.光学谐振腔的谐振条件的表示式为________。q L c n 2=λ 4.渐变型光纤中，不同的射线具有相同轴向速度的这种现象称为_自聚焦_现象。 5.利用_光_并在光纤中传输的通信方式称为光纤通信。 6.在PIN 光电二极管中，P 型材料和N 型材料之间加一层轻掺杂的N 型材料，称为本征层（I ）层。 7. 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 光通信技术及产业领域现状与发展趋势 （一）全球光通信技术及产业领域现状 全球光通信技术与应用表现出以下部分发展特征： FTTH部署全球推进。在FTTH技术中，APON/BPON、EPON/GEPON是两种主要的方式。而且都已经在世界范围内大规模部署，北美、欧洲、亚太已开始大规模商用。在亚太地区，PON技术也得到了广泛的应用。在这个地区，采用的更多的是EPON技术，这种技术成本相对低廉，在日本，韩国等地区这项技术得到了快速的应用。GPON的部署多在北美地区。欧洲也在大规模部署FTTH工程。 大容量光传输技术成为近年市场发展的一个方向。全球一些运营商开始采用单波道40 Gbit/s DWDM设备提高骨干网的容量，40 Gbit/s系统成为新的亮点。由于40 Gbit/s技术的不断成熟(如光调制技术以及色散补偿技术)以及设备价格的逐步降低，未来几年40 Gbit/s的市场将逐步增长，预计2010年前后全球将开始进行40 Gbit/s设备的大规模部署。 ASON技术逐渐进入规模商用。ASON设备已经成熟，在全球已进入规模商用阶段，国外运营商采用ASON技术早于国内运营商，网络建设规模也更大。 对于光通信技术和产业未来发展业界有如下的预测： ●光通信行业将更加集中，但供应链链仍然需要完善 网络设备商将更加趋于集中，设备制造商将控制其外包光元件供应商的数量，完善其供应链，规模较小的光元器件供应商将面临较大的挑战； ●感知型光网络将出现 目前行业里最热门的三大关键词——任何波长(colorless)、任何方向(directionless)和任何竞争(contentionless)——都是感知型网络的重要组成部分，它们所具备的特征赋予了任意类型的网络波长在任何方向都能达到任意目的地的能力。 目前，业界正在研发复杂的光学转换器件，来构建网络和节点架构，进而实现自动端到端波长、转发器和路由的灵活转换。这些新组件和体系架构将建立在波长选择开关(WSS)的基础上并完善WSS，成为灵活光网络的核心结构单元。 ●传输更为快速和灵活 随着价格的降低和带宽的突升，2011年40G网络将占主导地位。40G相干调制方案将增加网络连接的长度，并将为规模部署100G相干调制方案提供宝贵的参考经验。 100G市场将紧随40G网络市场，因为主要的网络设备制造商在展示其内部解决方案、开始部署第一批网络的同时，还试图将第二代设计外包给光元件供应商。事实上，许多业内人士都相信，100G网络将在2011年呈现出非常强劲的发展态势，占据高速网络市场的大部分份额，明显遏制40G市场的增长。 ●未来光技术将从电信拓展到手势识别和清洁能源领域 手势识别，一种能够让人们通过手势或身体运动来控制电子设备的技术，就是光技术进入新市场的一个范例，此外，将光技术应用于新市场的另一成功范例当属清洁能源市场。去年，捷迪讯宣布推出聚光光伏(CPV)电池，一种能够将太阳光有效地聚集到太阳能电池板来生产清洁能源的技术。在未来的几年内，更多的太阳能系统集成商将部署CPV技术，因为以捷迪讯为代表的众多公司将会大批量生产聚光光伏电池，这将有助于降低成本，也是该技术得到广泛应用的关键所在。光纤通信系统的发展趋势及现状分析
光传输通信基本原理
2020年光通信产业发展及展望分析
光纤通信技术应用及发展
光纤通信原理试题__参考答案
国内外光通讯技术及产业领域现状及发展趋势