4.3光纤通信-议
光纤通信系统PPT课件
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。
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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。
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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。
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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。
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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。
通信技术分类
通信技术分类一、引言通信技术是现代社会中不可或缺的一部分，它通过传输信息的方式将人们连接在一起。
随着科技的发展，通信技术也不断进步和演变。
本文将对通信技术进行分类，并探讨每种分类的特点和应用。
二、有线通信技术有线通信技术是最早出现的通信方式之一，它通过电线或光纤传输信号。
以下是几种常见的有线通信技术：2.1 电报•电报是一种通过电信号传输文字信息的通信方式。
•电报的优点是传输速度快，适用于短距离通信。
•电报的缺点是传输内容有限，无法传输音频和图像等信息。
2.2 电话•电话是一种通过电信号传输语音信息的通信方式。
•电话的优点是实时性强，可以进行双向交流。
•电话的缺点是通话质量受限于线路质量，受到距离限制。
2.3 有线电视•有线电视是一种通过电信号传输电视信号的通信方式。
•有线电视的优点是信号质量好，可以提供高清的图像和音频。
•有线电视的缺点是需要布设电缆，成本较高。
2.4 光纤通信•光纤通信是一种通过光信号传输信息的通信方式。
•光纤通信的优点是传输速度快，信号损失小。
•光纤通信的缺点是设备和维护成本高，对环境要求较高。
三、无线通信技术无线通信技术是近年来快速发展的通信方式，它通过无线电波或红外线传输信号。
以下是几种常见的无线通信技术：3.1 无线电•无线电是一种通过无线电波传输信号的通信方式。
•无线电的优点是传输距离远，适用于广播和远程通信。
•无线电的缺点是易受干扰，安全性较低。
3.2 手机通信•手机通信是一种通过无线电波传输语音和数据信息的通信方式。
•手机通信的优点是便携性强，覆盖范围广。
•手机通信的缺点是通信质量受限于信号强度和基站覆盖。
3.3 卫星通信•卫星通信是一种通过人造卫星传输信号的通信方式。
•卫星通信的优点是覆盖范围广，可以实现全球通信。
•卫星通信的缺点是设备和维护成本高，信号传输延迟较大。
3.4 蓝牙•蓝牙是一种通过无线电波传输短距离数据的通信方式。
•蓝牙的优点是低功耗，适用于近距离设备间的数据传输。
turbo码的名词解释
turbo码的名词解释在现代通信领域中，Turbo码是一种强大的编码技术，被广泛应用于无线通信、卫星通信、移动通信等各种通信系统。
Turbo码采用了一种特殊的编码结构，能够极大地提高数据传输的可靠性和效率。
1. Turbo码的起源和发展Turbo码最早由法国电信研究中心（Centre national d'études desTélécommunications，简称France Telecom－CNET）的Claude Berrou等人于1993年提出。
这项技术通过添加纠错码，可以在传输数据时对其进行重建和修复，提高了信道的容错能力。
Turbo码的创新性和高性能引起了全球通信界的高度关注，迅速被应用于各种通信系统中。
2. Turbo码的基本原理Turbo码的编码原理可以简单概括为“迭代编码+迭代译码”。
它通过将输入数据分成几个数据块，每个数据块经过不同的编码器编码后，并按照一定规则交叉混合，形成最终的编码序列。
在接收端，采用迭代解码算法对接收到的编码序列进行译码和解码，利用编码过程中得到的相互参考信息，反复迭代译码直至最终输出恢复的数据。
3. Turbo码的特点和优势3.1 容错性能卓越：Turbo码具有出色的误码性能，可以在信道质量差的环境下实现高可靠的数据传输。
通过反复迭代译码的方式，Turbo码可以充分利用相互参考的信息，提高了纠错能力，有效降低了传输错误率。
3.2 较低的时延：Turbo码在传输过程中的冗余码率相对较低，所以可以较好地满足实时传输的需求，减小了信号传输的时延。
3.3 适应性强：Turbo码可以根据不同的通信系统需求进行灵活配置和设计，可以应用于不同信道性质、不同码率和不同调制方式的通信系统中。
4. Turbo码的应用领域4.1 无线通信：Turbo码广泛应用于各种无线通信标准中，包括3G、4G、5G等移动通信系统。
在高速移动环境下，Turbo码通过改善信道传输质量，提高了数据的传输速率和可靠性。
光纤通信的感想
学习《光纤通信》的感想近年来，通信行业在我国超常发展，取得了举世瞩目的进步。
通信工程以及相关专业成为高等院校中发展最快的工科专业。
光纤通信是构建现代通信网最主要的传输手段，所以光纤通信也就成为这类专业的必修课程。
正因如此学习这门课程前，对《光纤通信》充满了好奇与期待，步入大学第一次接触通信工程的专业，好奇心，求知心驱使我去学习，深入的了解它。
通过几节课《光纤通信》的学习和老师的讲解，我对这一专业也有了初步的认识，并且由此产生了一些自己的想法和见解。
一、光纤通信的起始在日常生活中，我们时常听到「光纤通讯(Optical Fiber Communications)」，利用光进行信息传递的历史至少可以追溯到我国古代的峰火台，当时是用火光来传递讯号作为警戒用途，至今已有七百多年的历史。
后来则是在海上航行的船只利用灯号来作为通讯用途，比如：海军旗语、信号弹。
乃至现在在大城市仍然使用的红绿灯都是利用光进行通信的。
从近代科技的发展史来看，「光通讯」重大发明则是在公元1880年由贝尔(Alexander Graham Bell)发明的「光话机」(Photophone)所获得。
二、光纤通信的基本概念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。
2.1光纤通信技光纤通信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。
光学的分类
光学的分类光学是研究光的传播、相互作用和性质的一门科学。
根据研究对象和方法的不同，光学可以分为多个分类。
以下将详细介绍光学的几个主要分类。
1. 几何光学几何光学是光学的一个基础分支，主要研究光的传播和反射、折射、干涉、衍射等基本现象，基于光线模型进行分析。
几何光学适用于描述光在粗糙程度远小于光的波长的介质中传播时的规律。
它的主要理论基础是光的几何特性，如光的反射定律、折射定律和成像方程等。
几何光学的应用非常广泛，例如光学显微镜、望远镜、放大镜以及人们日常使用的眼镜等。
几何光学也为我们理解光的传播提供了一个简单、直观的模型。
2. 物理光学物理光学是研究光的波动性质的一门学科，它考虑光波在传播过程中的干涉、衍射、偏振等现象，并通过波动方程和波动光学理论进行解释。
物理光学的研究对象是光波的传播和相互作用，它涉及到光的频率、波长、相位、强度等方面的描述。
物理光学的研究对于理解光的性质和光与物质之间的相互作用具有重要意义。
物理光学的应用包括激光、光纤通信、光学薄膜、光谱学等领域。
3. 波动光学波动光学是物理光学的一个重要分支，专门研究光的波动性质和波动光学现象。
波动光学的主要研究内容包括光的干涉、衍射、散射等现象，以及与波动光学有关的各种光学器件的设计和应用。
波动光学的研究基于光的波动性质，通过对波动方程的求解和光场的描述，揭示了光在传播过程中的特性和规律。
波动光学广泛应用于光学成像、光学信息处理等领域。
4. 光学仪器光学仪器是利用光的性质和光学原理设计和制造的仪器和装置，用于观察、测量、加工和控制光。
根据所测量或实现的任务的不同，光学仪器可以被分为多个子类。
4.1 显微镜显微镜是一种利用光的散射、折射和干涉等现象观察细小物体的光学仪器。
根据光路结构的不同，显微镜可以分为光学显微镜、电子显微镜等。
光学显微镜利用物理光学的原理，通过透射光观察样品的微小细节。
它在生物学、医学、材料科学等领域具有广泛应用。
4.2 激光器激光器是一种产生一束集中、单色、相干光束的装置。
4.3光纤通信
§4.3.1光纤通信原理及构成
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20
TB
第 三 章 光 电 信 息 转 换
t
图4.3.1-9波峰处码间干扰为零
5、判决再生与定时提取 均衡器输出的由升余弦波所组成的数字脉冲信号
Aperture，NA），代表光纤的集光能力。
n0 sin i 称为光纤的数值孔径（Numerical
§4.3.1光纤通信原理及构成
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8
对于 n2 n1 ，NA可近似为 1/ 2 NA n1 (2)
(n1 n2 ) / n1
4.3.1-4
24
第 三 章 光 电 信 息 转 换
对于PCM码流，通常认为“1”码与“0”码出现 的概率P(1)、P(0)是相等的，如果将“0”码误判为 “1”码的概率为P(1/0)，将“1”码误判为“0”码 的概率为P(0/1)，则误码率为： 1 BER P(1) P(0 / 1) P(0) P(1 / 0) [P(0 / 1) P(1 / 0)] 4.3.1-9 2 2、 灵敏度 灵敏度是数字光接收机最重要的指标，它直接决 定光纤通信系统的中继距离和通信质量。数字光接 收机的灵敏度定义为：在保证一定误码率的条件下， 光接收机所需接收的最小光功率。
第 三 章 光 电 信 息 转 换
生电路重新产生一个矩形“1”脉冲，若判断为“0”
码，则输出一个“0”。这样，可在判决再生电路的输
出端得到一个由矩形脉冲组成的数字脉冲序列，它和 发送端发出的数字脉冲信号基本是一致的。
§4.3.1光纤通信原理及构成
光纤通信原理
光纤通信原理1. 介绍光纤通信是一种基于光波传输信号的通信技术，它利用光纤作为传输介质，将信息以光信号的形式传送。
相比传统的电信号传输方式，光纤通信具有更高的带宽、更远的传输距离和更低的信号损耗，因此被广泛应用于长距离、高速、大容量的通信系统中。
2. 光纤的结构与工作原理光纤是由玻璃或塑料材料制成的细长柱状物，通常由纤芯和包层组成。
纤芯是光信号传输的核心部分，而包层则用于保护纤芯并提供光的传输环境。
光纤通信的工作原理基于光的全内反射现象。
当光线从一个介质进入另一个折射率较低的介质时，会发生折射现象。
当折射角大于临界角时，光线会被完全反射回折射率较高的介质中。
利用这一现象，光纤通信中的光信号可以通过纤芯中不断的全内反射方式传输。
3. 光纤传输的优势光纤通信相比传统的电信号传输方式具有以下优势：3.1 高带宽光纤的传输带宽很大，可以同时传输多个频率和多个波长的信号。
这使得光纤通信能够满足大容量、高速率的通信需求。
3.2 远距离传输相比电信号在电缆中的传输，光纤的信号在传输过程中损耗较小。
这使得光纤通信的传输距离可以达到几十公里甚至上百公里，非常适合于长距离通信需求。
3.3 低信号损耗光纤通信中的信号传输通过光的全内反射方式进行，因此信号在传输中的损耗非常小。
与电信号相比，光纤通信的信号衰减更小，传输质量更好。
3.4 免受电磁干扰由于光纤中传输的是光信号而不是电信号，光纤通信系统不会受到电磁干扰的影响。
这样可以提高通信系统的稳定性和抗干扰能力。
4. 光纤通信系统的组成光纤通信系统由光源、光纤传输线路、光检测器和光接收器等组成。
4.1 光源光源用于产生光信号，常用的光源包括激光器和发光二极管。
激光器产生的光信号具有高亮度和高单色性，适用于长距离传输和高速率通信。
4.2 光纤传输线路光纤传输线路用于传输光信号，通常由单模光纤或多模光纤组成。
单模光纤适用于长距离传输，多模光纤适用于短距离传输。
4.3 光检测器光检测器用于接收和解码光信号。
光纤通信的特点和概念（精选合集）
光纤通信的特点和概念（精选合集）第一篇：光纤通信的特点和概念光纤通信的特点和概念：光纤的特点：1 巨大的传输容量。
2极低的传输衰耗。
3 抗电磁干扰。
4 信道串扰小保密性好。
5 光缆尺寸小重量轻可绕行好。
什么是光纤通信：光纤通信就是以光波为载波，光导纤维为传输介质的通信方式。
3 光缆过程的特点；1 光缆线路的中继距离长，所需中继器数量比电缆线路少的多，在本地网布线及综合布线中一般不需设中继器。
2 光缆线路一般无需进行充气维护。
3 光缆接头装置及剩余光缆的放置必须按规定方法进行，以保证光纤应有的曲率半径，尽可能减少信号衰减。
4 在水泥管控中布防多条光缆是均需加塑料子管保护，减少摩擦力对光缆护层的损伤，同时能防止光缆被扭曲而使光纤收到损伤。
5 光纤的接续方法与设备均比电缆线路复杂，技术含量高。
6 光缆线路架空铺设时要采取比电缆线路更为严格的保护措施。
7 光缆线路工程的概预算与电缆线路工程的概预算有所不同，有些项目应套用其相应的定额子目。
常用光缆的分类;1按缆芯结构分层绞式光缆中心管式和骨架式光缆按线路敷设方式分架空式管道式直埋式隧道光缆和水底光缆按缆中光纤状态分按是否可自由移动状态可分为1 松套光缆半松涛光缆和紧套光缆按使用环境与场合分室外光缆室内光缆和特种光缆按网络层次分长途光缆市内光缆接入网光缆5光缆结构中所是哦用的材料及其性能：光缆是由光纤高分子材料金属塑料复合带及加强件等共同构成的光信息传输介质。
6GYTA53-12A1其表示意义为松套层绞结构，金属加强件，铝-塑料粘接护层，皱纹钢带铠装，聚乙烯外护套，室外用通信光缆，内装12根渐变多模光纤。
7GYDXTW-144B1其表示意义为中心管式结构，带状光纤，金属件加强，全填充型，夹带增强聚乙烯护套，室外用通信光缆，内装144根常规单模光纤。
（G.652）8GJFBZY-12B1其表示意义为扁平型结构，非金属加强件，阻燃聚烯俓外护套，室外用通信光缆，内含12根常规单模光纤（G.652）全塑电缆全塑电缆的结构和特点：什么是全塑电缆？凡是电缆的芯线绝缘层，缆芯包带层和护套均采用高分子聚合物塑料制成的就称为全塑电缆。
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没有光纤通信，就没有现代信息社会！
第 四 章 光 电 信 息 技 术 应 用
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第 四 章 光 电 信 息 技 术 应 用
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第 四 章 光 电 信 息 技 术 应 用
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理论上光纤通信可容纳：
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所有的光线都将被限制在光纤芯中，这就是光纤 导光的基本原理。
为实现全反射，对光线的入射角有一个最大值限制， 利用式4.3.1-1和4.3.1-2可得
第 四 章 光 电 信 息 技 术 应 用
n0 sin i n1 cos c (n1 n2 )
第 四 章 光 电 信 息 技 术 应 用
20 0 40 30 -20 -40 0 20 10
50
t/T0
Distance
PIN—适用于近距离通信系统，带宽约10GHz APD—适用于长距离通信系统，带宽约100GHz
10 lg( P out / P in ) L
dB / km
（4.3.1-5）
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二 光纤通信系统构成 光纤通信系统是当前信息时代的基石，但本 质上仍是一个光电系统，与其它光电系统原 理上并无二样。
第 四 章 光 电 信 息 技 术 应 用
问题一：设想光纤通信系统的基本结构
提示1：一个完整的光学系统应由哪几方面构成？
发
光的发射 （光源）
1．外光电效应
2．光电导效应 3．光伏效应
4．光电热效应
提示2 利用光伏效应，典型的半导体光电管有哪 几种？它们的检测特性是否相同？为什么不同？
提示3 光信号在光纤中经过长距离传输后，用哪 种光电管做检测元件比较合适？
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1 0.8
Amplitude
0.6 0.4 0.2 0 40
内调制：将调制信号直接注入激光器，调制激 光输出参数。 外调制：用调制信号控制激光器后结的外调制 器，主要利用电磁声光效应使其输出光的参数 随信号而变。
内调制
直接调制
主要应用于光通 信的注入式半导 体光源中 按调制器和激光 器的相对关系分
外调制
声磁电光调制
激光调制
按其调制 的性质分
主要应用于高速 率、大容量的光 通信及信息处理
电话：7.5亿路
第 四 章 光 电 信 息 技 术 应 用
电视：30万路
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1991年，光纤通信所承担的通信业务量已 经超过了卫星通信，占56%。光纤通信网已经 成为“信息高速公路”的基础。
第 四 章 光 电 信 息 技 术 应 用
虽然目前移动通信，甚至卫星移动通信的 热浪再现高波，但光纤通信仍然是最主要的传 输手段。现在，信息量的80％以上是通过光纤 网来传输的，是现代通信技术的三架马车之一。
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"for basic work on information and communication technology, specifically for developing semiconductor heterostructures used in high-speed-and opto-electronics"
b a
包层 纤芯
图4.3.1-2光纤的横截面示意图
光纤
下一张 结束 filament made 目录 章首 节首 上一张 optical fiber—a transparent, flexible from glass or plastic
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第 四 章 光 电 信 息 技 术 应 用
§4.3.1光纤通信原理及构成
n0 sin i n1 sin r
第 四 章 光 电 信 息 技 术 应 用
4.3.1-1
式中，n0和n1分别为空气和纤芯的折射率。
折射光到达纤芯——包层界面时，若入射角大于 临界角时，将发生全反射，若包层折射率为，则定义 为
sin c n2 / n1
4.3.1-2
§4.3.1光纤通信原理及构成
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30
根据纤芯折射率径向分布的不同，光纤可分为阶跃 折射率分布光纤和渐变折射率分布光纤，如图4.3.1-
3所示。
第 四 章 光 电 信 息 技 术 应 用 n1 2a 2b r n2 n0 2a 2b r n1 n2 n0
(a) 阶跃折射率分布光纤
(b) 渐变折射率分布光纤
发
光的发射 （光源）
传
传输介质
收
光接收器
信源 （电发射）
光的发射 （光源）
发
传
传输介质
收
光接收器
信宿 （电接收）
信 源
电发 射机
光发 射机
光中继
光接 收机
电接 收机
信 宿
光纤通信系统的组成
光通信网有两大主要组成部分———传输部分和交换 部分，光纤是传输的基础，光电器件是交换的基础。
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问题二 根据光纤自身的特点，对光纤通信系 统的光源提出了什么要求？
光纤对光源提出的要求
第 四 章 光 电 信 息 技 术 应 用
小 单色性、方向性好 稳定性好、寿命长 高效 发光波长与光纤的小损耗窗口一致
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这一重任历史性的由半导体激光器来承担。
第 四 章 光 电 信 息 技 术 应 用
2
2 1/ 2
4.3.1-3
称为光纤的数值孔径（Numerical Aperture，NA），代表光纤的集光能力。
n0 s in i
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问题六 器件？
光接收端需要什么样的光电转换
提示1 简述可利用哪四种光电效应来制备光电 转换器件？
第 四 章 光 电 信 息 技 术 应 用
受抑全反射调制器，调制频率可达几个G
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第 四 章 光 电 信 息 技 术 应 用
电致旋光效应，调制频率可达几十G
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问题五 为使光线在光纤中尽量无陷漏的 传输，对纤芯和包层折射率有什么要求？ 为什么？
涂层
第 四 章 光 电 信 息 技 术 应 用
第 四 章 光 电 信 息 技 术 应 用
光纤通信发明家高锟(左) 1998年在英国接受IEE（ Institution of electrical engineers ）
授予的奖章
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第 四 章 光 电 信 息 技 术 应 用
1966年，高锟发表了一篇题为《光频率介质纤维表面 波导》的论文
9 高锟，华裔物理学家，生于中国上海，祖籍江苏金山 （今上海市金山区），拥有英国、美国国籍并持中国香港居 目录 章首 节首 上一张 下一张 结束 民身份，目前在香港和美国加州山景城两地居住。高锟为光 纤通讯、电机工程专家，华文媒体誉之为“光纤之父”、普 世誉之为“光纤通讯之父”（Father of Fiber Optic Communications），曾任香港中文大学校长。2009年，与 威拉德· 博伊尔和乔治· 埃尔伍德· 史密斯共享诺贝尔物理学奖。
传
传输介质
收
光接收器
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提示2 为什么现实中的很多系统都设计成光电系统？
光在传输阶段有优势，电在处理阶段有优势， 二者取长补短，因此光纤通信系统实质上就是 一个巨大的光电系统。
第 四 章 光 电 信 息 技 术 应 用
提示3 从信息载体的角度讲，光、电各有什么优势？ 提示4 光电系统和光学系统有什么不同？
第 四 章 光 电 信 息 技 术 应 用 θi n0
φ
θr n1 n2
图4.3.1-4光波在阶跃折射率分布光纤中的传播路径
§4.3.1光纤通信原理及构成
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33
一束光线以与光纤轴线成的角度入射到芯区中心， 在光纤 —— 空气界面发生折射，折射光与光纤轴线的 夹角由斯涅耳定律决定
问题三 半导体激光器的发光原理
(a)
＋
P Ga1 －x Al xAs
P GaAs
N Ga1 －yAl y As 电子
－
(b)
E 能 量
复合
空穴 n 折 射 率
异质势垒
(c)
～5%
(d)
P 光
图 3.4 DH激光器工作原理 (a) 半导体双异质结构； (b) 能带； (c) 折射率分布； (d) 光功率分布 获得粒子数反转分布原理图
图4.3.1-3纤芯折射率径向分布
n1 n2
光纤导光的原理？ 光的全内反射 n2> n1
n1 n1
n2
§4.3.1光纤通信原理及构成
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32
光纤的导光原理可用射线理论与导波理论两种方 法进行分析。这里，仅对阶跃折射率分布光纤的射线 理论分析方法进行介绍。 图4.3.1-4表示光波在阶跃折射率分布光纤中的 传播路径。
调幅
调频
调相
强度调制
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UC LED LD C1 Uin
第 四 章 光 电 信 息 技 术 应 用 P