光纤通信课件 FSO介绍
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第9章 无线激光通信PPT课件
X
14
第
9.1 概述
页
9.1.4 微波与无线激光通信的比较
5、大气传输特性的差别
地球大气气象条件对微波和激光的传输都有影响， 但对激光传输的影响要严重得多，对微波传输影响最 大的是雨、云、雾，而且频率越高影响越大。
激光和微波各有其优点，一般认为，激光通信在空间站之间 最为合适，在地球站之间或地球站与空间站之间，因为通信 线路穿过大气，采用微波更为合适。在某些特殊条件下，激 光通信可以作为无线电通信的补充。但随着大功率集成激光 器件的出现，激光在大气中的传输衰减问题必将为人们所克 服，激光通信将会成为人类今后的主要通信手段。
1
第9章 无线激光通信
第 页
无线激光通信是指利用激光束作为载波在空间(陆 地或外太空)直接进行语音、数据、图像信息双向传 送的一种技术，又称为“自由空间激光通信”（Free Space Optical Communication，FSO）、“无纤 激光通信”或“无线激光网络”(Wireless Optical Networks，WON)。
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第
9.1 概述
页
9.1.4 微波与无线激光通信的比较
1、可利用的频带宽度的差别
激光的频带宽度超过105GHz，大约是微波波段带 宽总和的1万多倍。
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11
第
9.1 概述
页
9.1.4 微波与无线激光通信的比较
2、相关器件、设备尺寸的差别
根据电磁理论中的波长同比定理，理论上讲，用 于电磁波发射、传输和接收的器件及设备尺寸与波长 成正比。这就使光通信设备的尺寸、重量大大减小。
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9.1 概述
第 页
9.1.2 激光
激光(laser)是指受激辐射产生的光放大，是一种高 质量的光源，它具有以下特性： 1、方向性好 2、单色性好 3、相干性极好 4、光脉冲宽度可以极窄
一章光纤通信概述ppt课件
光纤、光缆弯曲半径不能过小(>20CM) 在偏僻地区存在有供电困难问题
由于光纤具备一系列优点，所以广泛应用于公用 通信、有线电视图像传输、计算机、空航、航天、船 舰内的通信控制、电力及铁道通信交通控制信号、核 电站通信、油田、炼油厂、矿井等区域内的通信
2020/4/26
图1-1电磁波波谱图
1.11 光纤通信使用波段
2020/4/26
第一章：光纤通信概述
1.1 光纤传输系统的基本组成
光纤通信：以光导纤维（光纤）为传输媒 质，以光波为载波，实现信息传输。
光纤传输系统的基本组成
光发射机
光源
光调制器
已调光 光纤线路
信号
调制电信号
基带处理
光接收机
光检测器 解调电信号 基带处理
2020/4/26
基带电信号
基带电信号
1.1 光纤传输系统的基本组成
第三阶段（1986年～），全面深入开展新技术研究，实现 了1.55 μm单模光纤通信系统（SDH） ，速率达2.5~10Gb/s, 无中继距离为100～150km；2019年后，研发波分复用光纤 2020/4/通26 信系统，每波长传输速率10或40G及光波网络。
1.9 光纤通信的特点与应用
传输容量很大：2.5G～10G/波长；每光纤采用波分复用
1.4 光纤传输特性
传输损耗：由材料吸收和杂质散射等因素引起有 三个低损耗窗口：（1）0.85μm附近，损耗2~4dB/km;（2）
1.31 μm附近，损耗约0.5dB/km;（3）1.55 μm附近，损耗约0.2dB/km。
色散（Dispersion）：一般包括材料色散、模式色 散、波导色散等，引起接收的信号脉冲展宽，从 而限制了信息传输速率。
由于光纤具备一系列优点，所以广泛应用于公用 通信、有线电视图像传输、计算机、空航、航天、船 舰内的通信控制、电力及铁道通信交通控制信号、核 电站通信、油田、炼油厂、矿井等区域内的通信
2020/4/26
图1-1电磁波波谱图
1.11 光纤通信使用波段
2020/4/26
第一章：光纤通信概述
1.1 光纤传输系统的基本组成
光纤通信：以光导纤维（光纤）为传输媒 质，以光波为载波，实现信息传输。
光纤传输系统的基本组成
光发射机
光源
光调制器
已调光 光纤线路
信号
调制电信号
基带处理
光接收机
光检测器 解调电信号 基带处理
2020/4/26
基带电信号
基带电信号
1.1 光纤传输系统的基本组成
第三阶段（1986年～），全面深入开展新技术研究，实现 了1.55 μm单模光纤通信系统（SDH） ，速率达2.5~10Gb/s, 无中继距离为100～150km；2019年后，研发波分复用光纤 2020/4/通26 信系统，每波长传输速率10或40G及光波网络。
1.9 光纤通信的特点与应用
传输容量很大：2.5G～10G/波长；每光纤采用波分复用
1.4 光纤传输特性
传输损耗：由材料吸收和杂质散射等因素引起有 三个低损耗窗口：（1）0.85μm附近，损耗2~4dB/km;（2）
1.31 μm附近，损耗约0.5dB/km;（3）1.55 μm附近，损耗约0.2dB/km。
色散（Dispersion）：一般包括材料色散、模式色 散、波导色散等，引起接收的信号脉冲展宽，从 而限制了信息传输速率。
光纤通信系统PPT课件
套塑光纤结构
48 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
❖按传输波长分类 (1)短波长光纤
37 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
(3)三角形光纤 纤芯折射
率分布曲线为 三角形。
38 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
光纤折射率分布曲线 39 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
❖按传导模的数目分类： 传导模指能够在光纤中远距离传输的传
播模式。 (1)多模光纤
当纤芯的几何尺寸（直径一般为50μm） 远大于光波波长(如1.55μm)时，光纤剖面折 射率分布为渐变型，外径125μm。光纤传输 的过程中会存在着几十种乃至几百种传输模 式，称为多模光纤。
40 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
(2)单模光纤 当纤芯的几何尺寸较小（一般为
8μm～10μm），与光波长在同一数量级， 这时，光纤只允许一种模式（基模）在 其中传播，其余的高次模全部截止，这 样的光纤称为单模光纤。
单模光纤的折射率分布多呈阶跃性。
41 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒 质，光纤通信系统将成为未来国家信息基础 设施的支柱。
7 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
光纤通信系统是以光导纤维和激光 技术、光电集成技术为基础发展起来的 通信系统，它具有频带宽、重量轻、体 积小、节省能源，主要用于大容量国际、 国内长途通信干线，也用于短局间中继。 我国今后不再敷设新的长途电缆线路， 而全部采用光缆。
实用的光纤通信系统一般都是双向 的，每一端都有光发送机、光接收机和 电发送机、电接收机并且每一端的光发 送机和光接收机做在一起，称为光端机， 电发送机和电接收机组合起来称为电端 机。同样，中继器也有正反两个方向。
48 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
❖按传输波长分类 (1)短波长光纤
37 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
(3)三角形光纤 纤芯折射
率分布曲线为 三角形。
38 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
光纤折射率分布曲线 39 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
❖按传导模的数目分类： 传导模指能够在光纤中远距离传输的传
播模式。 (1)多模光纤
当纤芯的几何尺寸（直径一般为50μm） 远大于光波波长(如1.55μm)时，光纤剖面折 射率分布为渐变型，外径125μm。光纤传输 的过程中会存在着几十种乃至几百种传输模 式，称为多模光纤。
40 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
(2)单模光纤 当纤芯的几何尺寸较小（一般为
8μm～10μm），与光波长在同一数量级， 这时，光纤只允许一种模式（基模）在 其中传播，其余的高次模全部截止，这 样的光纤称为单模光纤。
单模光纤的折射率分布多呈阶跃性。
41 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒 质，光纤通信系统将成为未来国家信息基础 设施的支柱。
7 .
现代通信系统 第4章 光纤通信系统
光纤通信系统是以光导纤维和激光 技术、光电集成技术为基础发展起来的 通信系统，它具有频带宽、重量轻、体 积小、节省能源，主要用于大容量国际、 国内长途通信干线，也用于短局间中继。 我国今后不再敷设新的长途电缆线路， 而全部采用光缆。
实用的光纤通信系统一般都是双向 的，每一端都有光发送机、光接收机和 电发送机、电接收机并且每一端的光发 送机和光接收机做在一起，称为光端机， 电发送机和电接收机组合起来称为电端 机。同样，中继器也有正反两个方向。
无线光通信技术课件ppt.pptx
37
FSO的特点和优势 六
• 成本低
光纤网络的成本通常很高，铺设过程耗时， 而且投资不可撤回，而无线光通信技术可以在城 域光网之外提供高带宽连接，而成本只有在地下 埋设光缆的五分之一。
38
接入方式各种性能
带
宽
保密性
传输距离
成
本
建设速度
市政许可
频率许可
便携性
维
护
光纤接入 Gbps以上 好 120公里以上 10-20万美元/ 公里 4-12月 有 无 困难 复杂
无线光通信技术
杨奋华
前言
• 无线光通信也称为自由空间光通信（Free Space Optics），简 称为FSO。 • FSO技术具有高带宽、部署迅速、费用合理等优势。FSO技术以 激光为载体，用点对点或点对多点方式实现连接。虽然FSO通信不 需要光纤而是以空气为介质，但由于其设备以发光二极管或激光二 极管为光源，因此又有“无线光纤”之称。
光接收机的灵敏度是研究接收机的主要问题。
14
FSO的关键技术
• 高功率激光光源技术 • 光收发天线和精密可靠的光束控制技术 • 大气信道的研究 • 高灵敏度的信号探测和处理技术 • 高精度的捕获、跟踪和瞄准( ATP) 技术
15
高功率激光光源技术
在FSO 通信中,背景光的干扰很强,所以 在通信过程中需要大功率、低损耗光源,调制 速率又要尽可能高。同时,光源的调制需要采 用纠错技术,尽可能减少误码和突发误码。目 前, 主要采用800～860 nm波段和1 550 nm 波段的光源。800 nm 波段光源研究时间较 早,器件比较成熟，被广泛采用。
FSO的提出：“最后一公里”的新方案
随着通信网建设的发展，局域网以及千兆以太网开始 快速增长，将这些高速的局域网和千兆以太网连接到运营 商的通信网络，必须依靠容量巨大的接入网络。当前有很 多接入技术可供选择，比如光纤、微波、XDSL等，但光 纤敷设时间长及高额投入限制了普及；微波技术日渐成熟 ，但这种接入方式需要高额的初始投资（频谱许证），对 业务提供商而言，这种接入方式不很经济；尽管铜缆是一 种易得的传输媒质，但XDSL带宽太低。
FSO的特点和优势 六
• 成本低
光纤网络的成本通常很高，铺设过程耗时， 而且投资不可撤回，而无线光通信技术可以在城 域光网之外提供高带宽连接，而成本只有在地下 埋设光缆的五分之一。
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接入方式各种性能
带
宽
保密性
传输距离
成
本
建设速度
市政许可
频率许可
便携性
维
护
光纤接入 Gbps以上 好 120公里以上 10-20万美元/ 公里 4-12月 有 无 困难 复杂
无线光通信技术
杨奋华
前言
• 无线光通信也称为自由空间光通信（Free Space Optics），简 称为FSO。 • FSO技术具有高带宽、部署迅速、费用合理等优势。FSO技术以 激光为载体，用点对点或点对多点方式实现连接。虽然FSO通信不 需要光纤而是以空气为介质，但由于其设备以发光二极管或激光二 极管为光源，因此又有“无线光纤”之称。
光接收机的灵敏度是研究接收机的主要问题。
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FSO的关键技术
• 高功率激光光源技术 • 光收发天线和精密可靠的光束控制技术 • 大气信道的研究 • 高灵敏度的信号探测和处理技术 • 高精度的捕获、跟踪和瞄准( ATP) 技术
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高功率激光光源技术
在FSO 通信中,背景光的干扰很强,所以 在通信过程中需要大功率、低损耗光源,调制 速率又要尽可能高。同时,光源的调制需要采 用纠错技术,尽可能减少误码和突发误码。目 前, 主要采用800～860 nm波段和1 550 nm 波段的光源。800 nm 波段光源研究时间较 早,器件比较成熟，被广泛采用。
FSO的提出：“最后一公里”的新方案
随着通信网建设的发展，局域网以及千兆以太网开始 快速增长，将这些高速的局域网和千兆以太网连接到运营 商的通信网络，必须依靠容量巨大的接入网络。当前有很 多接入技术可供选择，比如光纤、微波、XDSL等，但光 纤敷设时间长及高额投入限制了普及；微波技术日渐成熟 ，但这种接入方式需要高额的初始投资（频谱许证），对 业务提供商而言，这种接入方式不很经济；尽管铜缆是一 种易得的传输媒质，但XDSL带宽太低。
《光纤通信》PPT课件 (2)
– 目前光纤通信实用的波长即短波长段的 0.85μm、长波长波段的1.31μm和1.55μm ，通常称其为是目前光纤通信的三个实用窗
13
衰减（dB/km）
6 5 4 3
第一窗口 2
1
C 波段
1525~1565nm
第二窗口
0。4
第三窗口
0。2
0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.57 1.62
2
5.1
探索时期的光通信
• 原始形式的光通信:中国古代用“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。
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。6
光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段：
• 第一阶段(1966~1976年)，这是从基础研 究到商业应用的开发时期。
• 第二阶段(1976~1986年)，这是以提高传 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。
10 G 100 G 1 T 10 T 100 T 1000 T
频 率/Hz
(注) M： 106 G： 109
T：
1 012
图 各种传输线路的损耗特性
9
5.1.2 光纤通信的特点
• 容许频带很宽，传输容量很大 • 损耗很小， 中继距离很长且误码率很小 • 重量轻、 体积小 • 抗电磁干扰性能好 • 泄漏小， • 节约金属材料， 有利于资源合理使用
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衰减（dB/km）
6 5 4 3
第一窗口 2
1
C 波段
1525~1565nm
第二窗口
0。4
第三窗口
0。2
0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.57 1.62
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5.1
探索时期的光通信
• 原始形式的光通信:中国古代用“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。
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。6
光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段：
• 第一阶段(1966~1976年)，这是从基础研 究到商业应用的开发时期。
• 第二阶段(1976~1986年)，这是以提高传 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。
10 G 100 G 1 T 10 T 100 T 1000 T
频 率/Hz
(注) M： 106 G： 109
T：
1 012
图 各种传输线路的损耗特性
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5.1.2 光纤通信的特点
• 容许频带很宽，传输容量很大 • 损耗很小， 中继距离很长且误码率很小 • 重量轻、 体积小 • 抗电磁干扰性能好 • 泄漏小， • 节约金属材料， 有利于资源合理使用
光纤通信基础知识ppt课件
应用场景
光检测器广泛应用于光纤通信、光传 感、激光雷达等领域，特别是在高速、 长距离的光纤通信系统中，光检测器 的作用尤为关键。
光放大器
光放大器是光纤通信系统中的关键器件之一，主要分 为掺铒光纤放大器（EDFA）和拉曼光纤放大器（RA）
两类。
输入 标题
作用
光放大器的作用是对光信号进行放大，补偿光纤传输 过程中的光信号损耗，提高光纤通信系统的传输距离 和稳定性。
光检测器
分类
光检测器是光纤通信系统中的另一重 要器件，主要分为光电二极管（PIN） 和雪崩光电二极管（APD）两类。
性能参数
光检测器的性能参数包括响应度、带 宽、噪声等，这些参数直接影响着光 纤通信系统的接收灵敏度和动态范围。
作用
光检测器的作用是将光信号转换为电 信号，从而实现光信号的接收和检测。
模拟光纤通信系统的应用
03
在音频广播、视频传输等领域得到广泛应用。
光纤通信系统设计
01
光纤通信系统设计的基本原则
确保系统的传输性能、稳定性、可靠性和经济性。
02
光纤通信系统设计的主要内容
包括光源、光检测器、光纤、中继器和放大器等器件的选择和配置。
03
光纤通信系统设计的优化
通过采用先进的调制技术、编码技术等手段，提高系统的传输性能和容
性能参数
光源的性能参数包括波长、光谱宽度、输出功率、阈值电 流等，这些参数对光纤通信系统的性能和稳定性有着重要 影响。
作用
光源的作用是将电能转换为光能，为光纤通信系统提供光 信号。
应用场景
光源广泛应用于光纤通信、光传感、光谱分析等领域，特 别是在长距离、大容量的光纤通信系统中，光源的作用尤 为重要。
光纤通信发展历程
光检测器广泛应用于光纤通信、光传 感、激光雷达等领域，特别是在高速、 长距离的光纤通信系统中，光检测器 的作用尤为关键。
光放大器
光放大器是光纤通信系统中的关键器件之一，主要分 为掺铒光纤放大器（EDFA）和拉曼光纤放大器（RA）
两类。
输入 标题
作用
光放大器的作用是对光信号进行放大，补偿光纤传输 过程中的光信号损耗，提高光纤通信系统的传输距离 和稳定性。
光检测器
分类
光检测器是光纤通信系统中的另一重 要器件，主要分为光电二极管（PIN） 和雪崩光电二极管（APD）两类。
性能参数
光检测器的性能参数包括响应度、带 宽、噪声等，这些参数直接影响着光 纤通信系统的接收灵敏度和动态范围。
作用
光检测器的作用是将光信号转换为电 信号，从而实现光信号的接收和检测。
模拟光纤通信系统的应用
03
在音频广播、视频传输等领域得到广泛应用。
光纤通信系统设计
01
光纤通信系统设计的基本原则
确保系统的传输性能、稳定性、可靠性和经济性。
02
光纤通信系统设计的主要内容
包括光源、光检测器、光纤、中继器和放大器等器件的选择和配置。
03
光纤通信系统设计的优化
通过采用先进的调制技术、编码技术等手段，提高系统的传输性能和容
性能参数
光源的性能参数包括波长、光谱宽度、输出功率、阈值电 流等，这些参数对光纤通信系统的性能和稳定性有着重要 影响。
作用
光源的作用是将电能转换为光能，为光纤通信系统提供光 信号。
应用场景
光源广泛应用于光纤通信、光传感、光谱分析等领域，特 别是在长距离、大容量的光纤通信系统中，光源的作用尤 为重要。
光纤通信发展历程
光纤通信教案ppt课件
▪高强度的、可靠的光源
太阳光、灯光等普通的可见光源，都不适合作为通信 的光源。
1.1光纤通信发展历史
❖ 光源的探索阶段
▪ 认识一下激光
▪ 激光（LASER）：Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation------------受激辐 射的光放大。
图 透镜波导
1.1光纤通信发展历史 ▪ 反射镜波导：用与光束传输方向成45度角的两
个平行反射镜代替透镜而构成。
首先：现场施工中校准和安装十分复杂； 其次：地面活动对波导影响很大
必须把波导深埋或选择在人车稀少的地区使用。
1.1光纤通信发展历史
现代光纤通信
▪ 光纤的发展 ▪ 光纤即玻璃纤维（透明度很高的石英玻璃丝） ，人们用
1.1光纤通信发展历史
▪利用太阳光作光源，成功进行了光电话的实 验 ，传输距离200多米。 ▪说明：利用光波作为载波传送信息是可行的。 ▪要解决两个问题
▪有稳定的、低损耗的传输媒质
光在大气中的传送要受到气象条件的很大限制，比如 在遇到下雨、下雪、阴天、下雾等情况，就会看不远和 看不清，这叫做大气的能见度降低，使信号传输受到很 大阻碍。
光纤通信培训教材
VoIP & Internet
大客户专线
光传输
宽带接入
2G 3G
IP SAN
IPTV
深圳市讯方通信技术有限公司
第一章 光纤通信概述
1.1光纤通信发展历史 1.2光纤传输原理 1.3光纤基础知识 1.4光纤通信常用仪器仪表 1.5光纤通信系统基本组成结构 1.6光源器件和光发送机 1.7光检测器件和光接收机 1.8光纤通信发展展望
1.1光纤通信发展历史
太阳光、灯光等普通的可见光源，都不适合作为通信 的光源。
1.1光纤通信发展历史
❖ 光源的探索阶段
▪ 认识一下激光
▪ 激光（LASER）：Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation------------受激辐 射的光放大。
图 透镜波导
1.1光纤通信发展历史 ▪ 反射镜波导：用与光束传输方向成45度角的两
个平行反射镜代替透镜而构成。
首先：现场施工中校准和安装十分复杂； 其次：地面活动对波导影响很大
必须把波导深埋或选择在人车稀少的地区使用。
1.1光纤通信发展历史
现代光纤通信
▪ 光纤的发展 ▪ 光纤即玻璃纤维（透明度很高的石英玻璃丝） ，人们用
1.1光纤通信发展历史
▪利用太阳光作光源，成功进行了光电话的实 验 ，传输距离200多米。 ▪说明：利用光波作为载波传送信息是可行的。 ▪要解决两个问题
▪有稳定的、低损耗的传输媒质
光在大气中的传送要受到气象条件的很大限制，比如 在遇到下雨、下雪、阴天、下雾等情况，就会看不远和 看不清，这叫做大气的能见度降低，使信号传输受到很 大阻碍。
光纤通信培训教材
VoIP & Internet
大客户专线
光传输
宽带接入
2G 3G
IP SAN
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第一章 光纤通信概述
1.1光纤通信发展历史 1.2光纤传输原理 1.3光纤基础知识 1.4光纤通信常用仪器仪表 1.5光纤通信系统基本组成结构 1.6光源器件和光发送机 1.7光检测器件和光接收机 1.8光纤通信发展展望
1.1光纤通信发展历史
无线光通信FSO技术简介
无线光通信FSO 技术简介FSO是光通信和无线通信结合的产物，是用小功率红外激光束在大气中传送光信号的通信系统，也可以理解为是以大气为介质的激光通信系统。
FSO有两种工作波长：850纳米和1550纳米。
850纳米的设备相对便宜，一般应用于传输距离不太远的场合。
1550纳米波长的设备价格要高一些，但在功率、传输距离和视觉安全方面有更好的表现。
1550纳米的红外光波大部分都被角膜吸收，照射不到视网膜，因此，相关安全规定允许1550纳米波长设备的功率可以比850纳米的设备高两个等级。
功率的增大，有利于增大传输距离和在一定程度上抵消恶劣气候给传输带来的影响。
FSO和光纤通信一样，具有频带宽的优势，能支持155Mbps〜10Gbps的传输速率，传输距离可达2〜4公里，但通常在1 公里有稳定的传输效果。
在基础网的建设方面，使用光纤技术的高速网络正在不断完善。
与此同时，光空间通信方式作为高速网络最后一公里的宽带通信方式，近来正受到各方面的关注。
特别是，在城市宽带网络建设中，由于市政建设基本定形，新设光纤的施工需要繁琐的市政批准。
有些地方如跨铁路、公路的施工非常困难，该通信方式的实用化对城市高速宽带通信网络的建设不失为一种极其有效的方法。
光通信方式分为利用光纤技术的有线通信方式和利用光空间通信技术(Free - Space Optics : FSO)的无线通信方式两种。
光空间通信方式是将自由空间作为传送媒体，主要用半导体振荡器做光源，以激光束的形式在空间传送信息。
对该领域的开发研究曾经风行一时。
FSO技术的历史可追溯到20世纪60年代。
1960年，梅曼发明了自然界不存在的红宝石振荡器，作为相干性光源使用。
第二年，HE-Ne 振荡器在贝尔实验室开发成功。
以后，1962 年，又成功的开发了GaAIAs 半导体振荡器。
1970年，GaAIAs 振荡器在日本、美国以及前苏联实现了连续振荡。
小型、高速且可调制半导体振荡器的出现成为光传送研究得以大幅度发展的契机。
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闪烁是由大气湍流引起的时空变化，这种湍流是由风和温 度差所产生的空气囊体，随着浓度的改变，空气囊体也就 迅速地改变着光线的折射率，其作用恰似一个随时间改变 着特性的棱镜和透镜，这正是造成夜空中星体闪烁现象的 原因。
光束发散和投射模式
光束 发散
2 毫弧度
3 毫弧度
6 毫弧度
束宽 500米 1m
1.5 m
FSO介绍
什么是FSO
自由空间光（FSO,Free Space Optics ）通信是信号沿光 束通过自由空间传输的过程 。
早在100多年前， A.G.贝尔提出Photophone光电话。 上世纪70年代，FSO技术因其高带宽和安全技术特点，应
用于美国军方和航空航天。
近年来由于自由空间光通信技术的不断发展以及传输带宽 不断增大，自由空间光通信产品已成为光纤传输的补充。
pc pt pr p0 pg
其减中（p如c为光系纤统耦链合路、余透量镜；传p输t为、系瞄统准输镜入等功因率素；引pr起为的接衰收减器；灵p敏g为度几；何p0衰为减固。定衰
系统冗余度
+7 dBm
4 dB
+3 dBm
发送器输出
固定系统损耗
几何损耗
23 dB
（光束发散、
渐晕、视差等）
-20 dBm
FSO反光
反光：FSO发出的空间光会通过对端FSO光纤耦合端面反射回来，距离越 近，反射的光越强，当反射的光强到一定的程度时会导致FSO设备 出现误码或者业务中断，这种现象我们通常称之为反光；
VOA(自动光功率衰减)
渐进衰减片
入射光束
VOA
窄带滤光片
大孔径非球面透镜
耦合光束
APD 电机 APD和硬软件模块
发散角 = 2 毫弧度
2000米时的2mr投射模式
（按比例）
4根平行光束
FSO接收视场角
设计思路： 尽量使能量汇聚，提升链路抗衰减性能； 抗外界杂散光的干扰能力； 抗摇摆与震动。
光斑直径 = 2m
发散角度 = 2 mrad
视场角 = 1.47mrad
空间距离 =1km
自动跟踪
什么是自动跟踪？ 采用自动跟踪技术的FSO都有什么好处？
FSO空间光波长
850nm还是1550nm？
Visible Spectrum
400 nm
500 nm
600 nm
700 nm
HeNe
800 nm
900 nm
Near Infrared
780 810 850 nm nm nm
1300 1550 nm nm
激光安全
我们为什么要制定激光安全规范： 对不可见光没有“亮光”反应。 850 nm的激光束聚焦在没有痛觉的视网膜极小区间。 1550激光器发送功率比 850激光器大20dB左右，能产生有感的眼部不
-0.46
50,000
-0.21
系统冗余度
冗余度概念及意义：
系统的接收冗余度又称为链路余量（Link Margin）或者称为链路预算（Link budget），它是一个产品的性能指标，通过这个数值的估算可以估算出相关 产品的最大传输距离（根据不同天气状况下激光的衰减情况），单位为dBm。
冗余度计算公式如下：
适。
FSO安全等级
国际相关标准为IEC60825-1
CLASS-1类 在可以预见的合理条件下，激光器的所有运行都是安全的， 其中包括使用光学装置进行观察。 CLASS-1M类 裸眼观察时完全安全。 如果在光源计算距离范围内使用光学装置进行观察，在 302.5 到4000 nm范围内发射的激光可能不安全。
3m
束宽 1000米
2m
束宽 2000米
4m
3m
6m
6m
12 m
发射角度
1° ≈ 17 mrad → 1 mrad ≈ 0.0573°
Small angle approximation:
Angle (in milliradians) * Range (km)= Spot Size (m)
1 mrad
VOA应用在FSO中原理
FSO的保密性
侵权接收器实物位置必然位 于圆形光束圈内
其它必要条件∶ －相同的视场 －相同的接收器波长 －相同的数据传输速率
大气因素造成的损耗
重雾 浓雾 中度雾 轻雾 薄雾 朦胧 轻微朦胧 晴朗
万里晴空
天候
暴大雨(100公里/小时) 大雨(25公里/小时)
雪 中雨(12.5公里/小时) 小雨(2.5公里/小时)
系统裕量 是影响系统性能 的关键因素
系统裕量
25 dB （用于克服雾、薄雾等 影响的额外功率）
-45 dBm
接收器下限
+15
31.6
+10
10
+5
0
1
-5
-10
随距离变化
-15
-20
-25
-30
随能见度变化
-35
（气候，随时间变化）
-40
-45
-50
1x10-5
-55
-60
1x10-6
dBm mW
多光束FSO设计
激光器 光纤 透镜
空间分流发送器
多光束接收器的设计
空间光信号输入 850nm
O/E
数据输出
弯曲形透镜 防结冻装置四Βιβλιοθήκη 82mm接收透镜加热 玻璃板
内置 望远镜
罩壳
四片35mm发送 透镜
多光束发送器的设计
克服断续性实物障碍(飞鸟)、闪 烁、雨雪，保证 安全 运行* 。
数据输入
O/E
数字 信号
数据分路器
冗余信号
（FSO的设计中未使用任何光学放大器。）
发送器输出
E/O
1
1
2
2
3
3
4
4
850nm
FSO工作原理
2 空间发送激光器将“0” “1”信号 调制到激光上并发送到空中
3 接收对端的红外光信号
5 双向数据传输
1 FSO设备接入通 信网络来到数字 信号
4 FSO设备恢复出接入 的通信网络数字信号
FSO通信影响因素
窗户玻璃衰减 雾
建筑物偏移
太阳光
障碍物 沙尘、烟、低云等
闪烁
红外激光
闪烁（Scintillation）
毛毛雨(0.25公里/小时)
能见度(公尺) dB損耗/公里
0
50
-339.0
200
-84.9
500
-34.0
770
-20.0
1000
-14.2
1,900
-7.1
2,000
-6.7
2,800
-4.6
4,000
-3.0
5,900
-1.8
10,000
-1.1
18,100
-0.6
20,000
-0.53
23,000
1m
1 km
Divergence 0.5 mrad 2.0 mrad 4.0 mrad
Range 1.0 km 1.0 km 1.0 km
Spot Diameter ~0.5 m ~2.0 m ~4.0 m
同步多束激光
3.79 米
- 6.0 dB - 1.2 dB - 3.0 dB
15 cm 21 cm
光束发散和投射模式
光束 发散
2 毫弧度
3 毫弧度
6 毫弧度
束宽 500米 1m
1.5 m
FSO介绍
什么是FSO
自由空间光（FSO,Free Space Optics ）通信是信号沿光 束通过自由空间传输的过程 。
早在100多年前， A.G.贝尔提出Photophone光电话。 上世纪70年代，FSO技术因其高带宽和安全技术特点，应
用于美国军方和航空航天。
近年来由于自由空间光通信技术的不断发展以及传输带宽 不断增大，自由空间光通信产品已成为光纤传输的补充。
pc pt pr p0 pg
其减中（p如c为光系纤统耦链合路、余透量镜；传p输t为、系瞄统准输镜入等功因率素；引pr起为的接衰收减器；灵p敏g为度几；何p0衰为减固。定衰
系统冗余度
+7 dBm
4 dB
+3 dBm
发送器输出
固定系统损耗
几何损耗
23 dB
（光束发散、
渐晕、视差等）
-20 dBm
FSO反光
反光：FSO发出的空间光会通过对端FSO光纤耦合端面反射回来，距离越 近，反射的光越强，当反射的光强到一定的程度时会导致FSO设备 出现误码或者业务中断，这种现象我们通常称之为反光；
VOA(自动光功率衰减)
渐进衰减片
入射光束
VOA
窄带滤光片
大孔径非球面透镜
耦合光束
APD 电机 APD和硬软件模块
发散角 = 2 毫弧度
2000米时的2mr投射模式
（按比例）
4根平行光束
FSO接收视场角
设计思路： 尽量使能量汇聚，提升链路抗衰减性能； 抗外界杂散光的干扰能力； 抗摇摆与震动。
光斑直径 = 2m
发散角度 = 2 mrad
视场角 = 1.47mrad
空间距离 =1km
自动跟踪
什么是自动跟踪？ 采用自动跟踪技术的FSO都有什么好处？
FSO空间光波长
850nm还是1550nm？
Visible Spectrum
400 nm
500 nm
600 nm
700 nm
HeNe
800 nm
900 nm
Near Infrared
780 810 850 nm nm nm
1300 1550 nm nm
激光安全
我们为什么要制定激光安全规范： 对不可见光没有“亮光”反应。 850 nm的激光束聚焦在没有痛觉的视网膜极小区间。 1550激光器发送功率比 850激光器大20dB左右，能产生有感的眼部不
-0.46
50,000
-0.21
系统冗余度
冗余度概念及意义：
系统的接收冗余度又称为链路余量（Link Margin）或者称为链路预算（Link budget），它是一个产品的性能指标，通过这个数值的估算可以估算出相关 产品的最大传输距离（根据不同天气状况下激光的衰减情况），单位为dBm。
冗余度计算公式如下：
适。
FSO安全等级
国际相关标准为IEC60825-1
CLASS-1类 在可以预见的合理条件下，激光器的所有运行都是安全的， 其中包括使用光学装置进行观察。 CLASS-1M类 裸眼观察时完全安全。 如果在光源计算距离范围内使用光学装置进行观察，在 302.5 到4000 nm范围内发射的激光可能不安全。
3m
束宽 1000米
2m
束宽 2000米
4m
3m
6m
6m
12 m
发射角度
1° ≈ 17 mrad → 1 mrad ≈ 0.0573°
Small angle approximation:
Angle (in milliradians) * Range (km)= Spot Size (m)
1 mrad
VOA应用在FSO中原理
FSO的保密性
侵权接收器实物位置必然位 于圆形光束圈内
其它必要条件∶ －相同的视场 －相同的接收器波长 －相同的数据传输速率
大气因素造成的损耗
重雾 浓雾 中度雾 轻雾 薄雾 朦胧 轻微朦胧 晴朗
万里晴空
天候
暴大雨(100公里/小时) 大雨(25公里/小时)
雪 中雨(12.5公里/小时) 小雨(2.5公里/小时)
系统裕量 是影响系统性能 的关键因素
系统裕量
25 dB （用于克服雾、薄雾等 影响的额外功率）
-45 dBm
接收器下限
+15
31.6
+10
10
+5
0
1
-5
-10
随距离变化
-15
-20
-25
-30
随能见度变化
-35
（气候，随时间变化）
-40
-45
-50
1x10-5
-55
-60
1x10-6
dBm mW
多光束FSO设计
激光器 光纤 透镜
空间分流发送器
多光束接收器的设计
空间光信号输入 850nm
O/E
数据输出
弯曲形透镜 防结冻装置四Βιβλιοθήκη 82mm接收透镜加热 玻璃板
内置 望远镜
罩壳
四片35mm发送 透镜
多光束发送器的设计
克服断续性实物障碍(飞鸟)、闪 烁、雨雪，保证 安全 运行* 。
数据输入
O/E
数字 信号
数据分路器
冗余信号
（FSO的设计中未使用任何光学放大器。）
发送器输出
E/O
1
1
2
2
3
3
4
4
850nm
FSO工作原理
2 空间发送激光器将“0” “1”信号 调制到激光上并发送到空中
3 接收对端的红外光信号
5 双向数据传输
1 FSO设备接入通 信网络来到数字 信号
4 FSO设备恢复出接入 的通信网络数字信号
FSO通信影响因素
窗户玻璃衰减 雾
建筑物偏移
太阳光
障碍物 沙尘、烟、低云等
闪烁
红外激光
闪烁（Scintillation）
毛毛雨(0.25公里/小时)
能见度(公尺) dB損耗/公里
0
50
-339.0
200
-84.9
500
-34.0
770
-20.0
1000
-14.2
1,900
-7.1
2,000
-6.7
2,800
-4.6
4,000
-3.0
5,900
-1.8
10,000
-1.1
18,100
-0.6
20,000
-0.53
23,000
1m
1 km
Divergence 0.5 mrad 2.0 mrad 4.0 mrad
Range 1.0 km 1.0 km 1.0 km
Spot Diameter ~0.5 m ~2.0 m ~4.0 m
同步多束激光
3.79 米
- 6.0 dB - 1.2 dB - 3.0 dB
15 cm 21 cm