光纤通信概要
第一章 光纤通信概述
光通信
≠
光纤通信
5
§ 1.2光纤通信的发展与现状
原始的光通信： 以 “烽火狼烟”为号----骊山烽火台 杜甫有诗云： “烽火连三月，家书抵万金” 军事应用
6
1880年，贝尔发明了第一个光电话
弧光灯 抛物镜 透镜 硅电池 话筒 透镜 受话器
贝尔电话系统
7
贝尔电话在晴好天气通信距离可达 数公里、甚至几十公里，是现代光通
§1.3现代光纤通信技术
光纤通信技术特点
传输容量大。
44
45
10-14 10-12 10-10 10-8 10-6 宇 宙 线 Γ 射 线 χ 紫 射 线 外 可 见 光
10-4 10-2
100
102
104 波长/m
红
外
微
波
无 线 电 108 106 104 频率/Hz
1022 1020 1018 1016 1014
中继距离L
SDH，WDM 无中继：80～ 120Km 技术2.5Gb/s EDFA：1500Km WDM网络， 单波长 10,40,160G b/s 信道数: 8,16,64,128,1022 超长传输距 离:27000Km(Loop) 6380(Line)
单模
单模
目前 WDM光网络；全光分组交换；光时分复用；光孤子通信； 研究 新型的光器件 内容 43
23
1.2光纤通信的主要特性
1.2.1 光纤通信的优点 1、光纤的容量大
衰减 (dB/km)
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
短距离应用 140 THz
长距离应用
20000GHzChannels 50 THz = 1,000
光纤通信技术概述
光纤通信技术概述
光纤通信技术是利用光纤作为传输介质，通过光信号的传输和调制来实现高速、长距离、大容量的信息传输。
光纤通信技术主要包括三个主要部分：光源、光纤和光接收器。
光源是产生光信号的装置，常见的光源包括激光器和发光二极管（LED）。
激光器具有高亮度、窄谱宽、方向性好等特点，适用于长距离通信。
而LED则具有低成本、大发光角度等特点，适用于短距离通信。
光纤是光信号的传输介质，由光纤芯和包层组成。
光纤芯是光信号传输的核心部分，通常由高纯度的二氧化硅制成，具有较高的折射率。
包层是光纤芯的外层，由低折射率的材料制成，用于保护光纤芯并使光信号在光纤内部反射传输。
光接收器是将光信号转换为电信号的装置，主要由光电二极管和放大电路组成。
光电二极管能将光信号转换为电流信号，然后经过放大电路进行放大和处理，最终得到可用于数据处理的电信号。
光纤通信技术具有以下优点：传输速度快、带宽大、传输距离远、抗干扰能力强、安全性高等。
因此，在现代通信领域得到广泛应用，包括互联网、电视、电话等各个方面。
(完整版)光纤通信基本知识
一、光纤通信的基本知识（一）光纤通信的概念1870年的一天，英国物理学家丁达尔到皇家学会的演讲厅讲光的全反射原理，他做了一个简单的实验：在装满水的木桶上钻个孔，然后用灯从桶上边把水照亮。
结果使观众们大吃一惊。
人们看到，放光的水从水桶的小孔里流了出来，水流弯曲，光线也跟着弯曲，光居然被弯弯曲曲的水俘获了。
这些现象引起了丁达尔的注意，经过他的研究，发现这是由于全反射的作用，由于水等介质密度由于比周围的物质（如空气）大，即光从水中射向空气，当入射角大于某一角度时，折射光线消失，全部光线都反射回水中。
表面上看，光好像在水流中弯曲前进。
后来人们造出一种透明度很高、粗细像蜘蛛丝一样的玻璃丝──玻璃纤维，当光线以合适的角度射入玻璃纤维时，光就沿着弯弯曲曲的玻璃纤维前进。
由于这种纤维能够用来传输光线，所以称它为光导纤维。
（视频）光纤通信的原理是：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，并通过光纤发送出去；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。
（视频）（二）光纤通信的发展光纤通信是现代通信网的主要传输手段，它的发展历史只有一二十年，已经历三代：短波长多模光纤、长波长多模光纤和长波长单模光纤。
采用光纤通信是通信史上的重大变革，美、日、英、法等20多个国家已宣布不再建设电缆通信线路，而致力于发展光纤通信。
中国光纤通信已进入实用阶段。
（三）光纤通信的优缺点1、光纤通信的优点现代通信网的三大支柱是光纤通信、卫星通信和无线电通信，而其中光纤通信是主体，这是因为光纤通信本身具有许多突出的优点：①频带宽，通信容量大。
光纤可利用的带宽约为50000GHz，1987年投入使用的1.7Gb/s光纤通信系统，一对光纤能同时传输24192路电话，2.4Gb/s系统，能同时传输30000多路电话。
频带宽，对于传输各种宽频带信息具有十分重要的意义，否则，无法满足未来宽带综合业务数字网(B-ISDN)发展的需要。
光纤通信基础知识.docx
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。
光纤通信原理及基础知识
光纤通信原理及基础知识光纤通信是一种利用光信号传输信息的通信技术。
它基于光波在光纤中的传输，具有高带宽、低损耗、抗干扰等优点，因此在现代通信领域得到广泛应用。
下面将介绍光纤通信的原理和一些基础知识。
1.光纤通信原理光纤通信的原理基于光的全内反射。
光纤是由一个或多个折射率不同的材料构成，光信号通过光纤中的光核进行传输。
当光信号从一个折射率较高的材料传到折射率较低的材料时，会发生全内反射，光信号会在光纤中沿着光核一直传输。
光纤通信系统主要包括光源、光纤和光接收器三个部分。
光源产生光信号并将其注入光纤中，光纤将光信号传输到目标位置，光接收器将光信号转化为电信号进行处理。
这样就完成了光纤通信的整个过程。
2.光纤类型根据应用场景和使用材料的不同，光纤可以分为多种类型。
常见的光纤类型有单模光纤和多模光纤。
单模光纤（Single-Mode Fiber，SMF）是一种具有较小光纤芯径的光纤，适用于远距离传输。
它可以在光纤中传输一个光模式，具有较低的传输损耗和较小的色散效应。
单模光纤主要用于长距离通信和数据传输。
多模光纤（Multi-Mode Fiber，MMF）是一种具有较大光纤芯径的光纤，适用于短距离传输。
多模光纤可以在光纤中传输多个光模式，但由于折射率不同，不同光模式的传输速度会有差异。
多模光纤主要用于局域网、数据中心等短距离通信场景。
3.光纤连接方式光纤连接主要有两种方式：直连和连接器。
直连是将两根光纤通过激光焊接技术直接连接起来。
直连具有较低的插损和回波损耗，但连接时需要专业操作，一旦连接失败将无法更换。
连接器是将光纤端面抛光并用连接器将两根光纤连接在一起。
连接器具有灵活性，连接和更换方便，但具有一定的插损和回波损耗。
4.光纤通信的关键参数光纤通信中，有几个重要的参数需要关注。
带宽是指光纤传输信号的频率范围。
带宽越大，传输速率越高。
损耗是光信号在光纤中传输时丢失的能量。
损耗越小，信号传输的距离越远。
色散是指光信号在光纤中传输时信号传播速度与光波长之间的关系。
光纤通信概述通信原理论文-V1
光纤通信概述通信原理论文-V1光纤通信概述及通信原理随着时代的进步，现代化的通信工具越来越成为人们生活中必不可少的一项。
而光纤通信作为现代通信技术的代表之一，快速发展并被广泛使用。
本文将对光纤通信的概念、原理、特点和优势等进行详细介绍。
一、光纤通信的概念和定义光纤通信是指利用光纤作为信号传输介质，通过调制光波来传送信息的一种通信方式。
光纤通信是一种先进的数字通信技术，它使大量信息能够通过同一根光纤传输，不仅传输距离长、传输速度快，而且抗干扰、保密性强。
二、光纤通信的原理1. 发送端发送端一般由调制器、激光器、驱动电路和热控制器等组成。
调制器将送入的电信号转换为模拟光信号，并将其输入到激光器中。
2. 光纤传输利用光纤作为信号传输介质，通过调制光波来传送信息。
光纤内部有一个非常高的折射率，从而使得光线可以有效地沿光纤传输。
另外，由于光速非常快，也是在光线传输方面优秀表现的一个方面。
3. 接收端接收端由检测器、前置放大器、数字处理器等组成。
检测器将光信号转换成电信号，前置放大器将信号放大，数字处理器则将信号整形、滤波并进行解码。
三、光纤通信的特点和优势1. 传输速度快相较于传统通信方式，光纤通信具有非常高的传输速度，能够实现Gb/s级别的高速传输，从而大大提高信息传输的效率。
2. 传输距离长光纤通信具有非常长的传输距离，一般可达到几十公里甚至更远。
而且即使是在传输距离非常远的情况下，它的传输质量也能够保持良好。
3. 阻止干扰光纤通信利用光传输信号，因此光信号不会伴随着磁场和电场，所以不易受到干扰。
4. 安全保密光纤通信的传输过程由于是利用光信号进行传输，难以被窃听和截获，从而保证信息的安全性。
总结：本文简要介绍了光纤通信的概念、原理、特点和优势。
通过阐述，希望能够更好地加深大家对于现代通讯技术的认知。
在未来，随着通信技术的不断发展与升级，“光纤通信”将会继续引领未来通信技术的发展趋势。
光纤通信技术介绍
光纤通信技术介绍光纤通信技术是一种利用光信号传输信息的通信方式。
相比传统的电信号传输方式，光纤通信技术具有更高的传输速率、更远的传输距离和更低的信号损耗，因此在现代通信领域得到广泛应用。
光纤通信的基本原理是利用光纤作为传输介质，通过光的全反射现象将光信号在光纤内部传输。
光纤由一个或多个纤芯和包围纤芯的折射率较低的包层组成。
当光信号从光纤的一端进入时，由于光的折射现象，光信号会沿着光纤内壁一直传输到另一端，实现信号的传输。
光纤通信技术的发展离不开光源、光纤和光探测器三个关键部件的支持。
光源是产生和发射光信号的设备，常用的光源包括激光器和发光二极管。
光纤则是光信号传输的介质，一般采用石英玻璃或塑料光纤。
光探测器负责接收和转换光信号，常见的光探测器包括光电二极管和光电倍增管。
光纤通信技术具有许多优势。
首先，光纤通信的传输速率非常高，目前已经达到了数百Gbps甚至Tbps的级别。
其次，光纤通信可以实现较远的传输距离，一般可以达到几十公里甚至上百公里。
此外，光纤通信还具有抗电磁干扰、保密性好等特点。
相比之下，传统的电信号传输方式存在传输速率低、信号衰减大等问题。
光纤通信技术的应用非常广泛。
首先，它在互联网领域起到了至关重要的作用。
如今，全球互联网的骨干网络基本上都采用了光纤通信技术。
其次，光纤通信技术也广泛应用于电信、有线电视、移动通信等领域。
此外，光纤通信还在医疗、军事、交通等领域得到了应用。
光纤通信技术虽然有很多优势，但也存在一些挑战和限制。
首先，光纤通信的建设成本相对较高，需要投入大量的资金和人力资源。
其次，光纤通信的维护和管理也需要专业的技术人员进行。
此外，光纤通信在遇到自然灾害等情况时也容易受到影响。
光纤通信技术是一种高效、可靠的通信方式，具有广阔的应用前景。
随着科技的不断发展，光纤通信技术也将不断创新和完善，为人们的通信需求提供更好的解决方案。
光纤通信资料课件
在光纤中，光通过全内反射的方式传 播，即光在光纤的芯层中传播，而不 是在外部的涂层中。
光的调制方式
直接调制
通过改变光源的电流直接调制光 的强度。
间接调制
使用外部信号来调制光的强度。这 种方法通常需要一个外部调制器。
调相和调相偏振
通过改变光的相位或偏振状态来调 制光信号。
信号的传输过程
第一季度
第二季度
通过采用先进的调制解调技术、信号 处理技术和光电器件，高速光纤通信 系统的传输速率已经达到Tbps级别。
长距离光纤通信
总结词
长距离光纤通信是实现全球信息互连的重要基信号衰减和色 散。
详细描述
通过采用中继器和拉曼放大器等技术，光纤通信 能够实现数百甚至数千公里的信号传输，为跨洋 光缆、国家骨干网等提供可靠的信息传输通道。
详细描述
通过采用新型光纤和信号处理技术，可以有效降 低信号衰减和色散的影响，提高传输距离和稳定 性。
光子计算机技术
总结词
光子计算机技术是下一代信息技术的重要方向。
总结词
光子计算机技术面临的主要挑战是光子集成和光子控制技 术。
详细描述
光子计算机利用光子作为信息传输和处理的基本单元，具 有高速并行处理、低功耗等优点，有望在人工智能、云计 算等领域发挥重要作用。
04
光纤通信应用
光纤到户（FTTH）
光纤到户是指将光纤光缆直接引入用户家中，为家庭提供高速的宽带接入服务。
光纤到户具有高带宽、低时延、稳定性好等特点，能够满足用户对高清视频、在线 游戏、在线教育等高带宽业务的需求。
光纤到户的建设需要铺设光缆、安装光缆终端设备等，成本较高，但随着技术的进 步和用户需求的增加，光纤到户已成为未来宽带接入的主要趋势。
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光电二极管输出电流和反向偏压的关系
平均雪崩增益也用一较简单的式子表示为
G1VI1RS/VBm
3．APD的结构
光纤通信在0.85m波段常用的APD有拉通 型（RAPD）和保护环型（GAPD）两种
另一种在长波长波段使用的APD的结构称 为SAM （Seperated Absorption and Multiplexing）结构
或
＜
h E
c
g
c是真空中的光速， 是入射光的波长，h是
普朗克常量
也就是说,入射光的波长必须小于某个临界
值，才会发生光电效应，这个临界值就叫
做上截止波长，定义为
c
hc Eg
≈ 1.24 Eg
（2）响应波长的下限
设x = 0时，光功率为p(0)，材料吸收系数 为 ( )
经过x距离后吸收的光功率可以表示为
可以得到
T l im 2 1 T T T x 2 td t 2 1 T l im 2 1 T F x ,T 2 d
D10lg
Pmax Pmin
(dB)
Pmax和Pmin为保证系统误码率指标条件下，接收机允许的最大接收光 功率和最小接收光功率
3.2 光电检测器
光纤通信中对光电检测器最重要的几点要 求如下：
在所用光源的波长范围内有较高的响应 度；
较小的噪声； 响应速度快； 对温度变化不敏感； 与光纤尺寸匹配； 工作寿命长
4．APD的过剩噪声
APD的过剩噪声系数为
g2
g2
FG g 2 G2
在工程上，为简化计算，常用过剩噪声指
数来表示过剩噪声系数，即
FG≈Gx
3.3 放大电路及其噪声
3.3.1 噪声的数学处理
1．噪声的统计性质
对噪声的分析应采用随机过程的分析方法 电阻内部微观粒子的热骚动是一个随机过 程
对于随机噪声XN来说，落在x1和x1+dx1之 间的概率是
误码率是码元被错误判决的概率，可以用在一定的时间间隔内，发 生差错的码元数和在这个时间间隔内传输的总码元数之比来表示
接收机灵敏度的定义为：在满足给定能的误码率指标条件下，最低
接收的平均光功率Pmin。在工程上常用dBm来表示，即
Sr
10lg10
Pmin 10-3
接收机的最低输出光功率（用dBm来描述）和最大允许输入光功率 （用dBm来描述）之差（dB）就是光接收的动态范围
P(x1＜XN＜x1+dx1)
x1dx1 x1
f x1,
t1 dx1
它的积分就是概率分布函数，为
F(x1, t1) = P(XN≤x1)=
x1
f
x1,
t1
dx1
P(XN≤x1)表示XN是落在(−∞，x1)中的概率
2．随机过程的数字特征
（1）均值
设X x，t是一个随机过程，它的均值（数学 期望）EXx，t为
4．响应速度
响应速度常用响应时间（上升时间和下降 时间）来表示
影响响应速度的主要因素有3点 （1）光电二极管和它的负载电阻的RC时 间常数
结电容与耗尽区的宽度w及结区面积A有关
A Cd = w
（2）载流子在耗尽区里的渡越时间 下图为漂移速度与电场强度关系
若想使载流子能以极限漂移速度渡越耗尽区，反 向偏压须满足
V ＞ Esw
（3）耗尽区外产生的载流子由于扩散而产 生的时间延迟
5．光电二极管的暗电流
暗电流是指无光照时光电二极管的反向电 流
3.2.3 雪崩光电二极管
1．工作原理
APD载流子雪崩式倍增示意图（只画出电 子）
2．APD的平均雪崩增益
平均雪崩增益的定义为
G IM Ip
IM 是 雪 崩 增 益 后 输 出 电 流 的 平 均 值 ； Ip 是 未倍增时的初始光生电流
第三章 光接收机
3.1光接收机简介 3.2光电检测器 3.3放大电路及其噪声 3.4光接收机灵敏度的计算 3.5光接收机的组成模块
3.1 光接收机简介 3.1.1 光接收机的组成
光接收机分为模拟光接收机和数字光接收机两种 数字光接收机框图
数字光接收机分为光电检测器、前置放大 器、主放大器、AGC电路、均衡器、判决 再生和时钟提取七个部分
X DX
3．平稳随机过程的功率谱密度
设有时间函数x (t)，，假设x (t)满足荻氏条
件，且绝对可积，那么x (t)的傅里叶变换
为
Fxw
xtejwtdt
x t 和Fx w 之间有以下的巴塞伐（parseval）
等式成立
x2tdt2 1 Fxw 2dw
把函数x (t)限制在的T, T 时间间隔里，
pxp01ex
3．光电转换效率
常用量子效率和响应度衡量光电转换效率
当入射功率为P0时，光生电流可以表示为 Iph e 01 rp 0ex p w 1 1 ex p w
w1 是 零 电 场 的 表 面 层 的 厚 度 ， 入射光子能够转换成光电流
的概率 η=p Ip 0//h e0 ν1-rexp-αw 1 1-exp-αw
3.2.1
PN 结 的 光
电效应
在光的照射下，使物 体中的电子脱出的现 象叫做光电效应 右图为半导体PN结的 形成
加反向偏压后光电二极管及其能带结构
3.2.2 PIN光电二极管
1．原理与结构
PIN光电二极管的原理和结构
2．光电二极管的波长响应（光谱
特性）
（1）上截止波长
光电效应必须满足条件
hv＞Eg
可以知道，要提高量子效率，必须采取如 下措施：
① 尽量减小光子在表面层的反射率，增加 入射到光电二极管中的光子数；
② 尽量减小中性区的厚度，增加耗尽区的 宽度，使光子在耗尽区被充分地吸收
光电转换效率也可以直接用光生电流Ip和 入射光功率p0的比值来表示,称其为响应度
R I p e0 p0 h
E Xx， t xfx,tdx
均值也可以用时平均值（用符号〈〉表示） 来代替，即
E X t X t T l im 2 1 T T TX td t
（2）标准差（均方差）
随机变量的方差D (X)和标准差（均方差） 分别 为X
D X E X E X 2 E X 2 E X 2
光接收机也可以分为三部分：①光检测器 和前置放大器合起来称为接收机前端，是 光接收机的核心；②主放大器、均衡滤波 器和自动增益控制组成光接收机的线性通 道；③判决器、译码器和时钟恢复组成光 接收机的判决、再生部分
3.1.2 光接收机的性能指标
光接收机主要的性能指标是误码率（BER）、灵敏度以及动态范围