光纤通信讲座2-原荣
阵列光波导器件对准耦合的工艺要求
、
建设 马克思主义学 习型政党的重要 性。
围绕 马 克 思 主 义 学 习 型 政 党 建 设 ， 学 界 展 开 了 一 系 列 研 究并 取得 了丰 硕 成 果 。
其 中 ， 发 挥 党 校 在 马 克 思 主 义 学 习 型 政 党 建 设 中 的 作 用 是 研 究 的 一 个 重 要 方 学 的新 思 想 新 知 识 ” 。 党 的 十 七 届 四 中 校 图 书馆 现 代 化 建 设 ，提 高 服 务 水 平 ， 面 ， 并取 得 重 大 进 展 。 目前 ，关 于 党 校 全 会 明 确 提 出 ，要 充 分 发 挥 党 校 、行 政 充 分 发 挥 在 建 设 学 习型 政 党 进 程 中 的作 图书 馆 对 于 推 进 学 习 型政 党 建 设 中 的作 学 院 、 干 部 学 院 “ 建 设 马 克 思 主 义 学 用 ， 是党 校 图 书 馆 工 作 带 有 根 本 意 义 的 用 也 展 开 了 研 究 ，但 研 究 的 的 广 度 、深 在 习 型 政 党 中 的重 要 作 用 ” 。这 是 加 强 和 项 重大 课题 。 度 不 足 和 可 操 作 性 不 强 。 因 此 ，在 厘清 改 进 新 形 势 下 党 的建 设 的 重 要 举 措 ， 也 二 、研究 背 景 与 问题 的提 出 相 关 研 究 成 果 的 基 础 上 ， 明 确 党 校 图 书
器 （Ｔ ） Ｏ Ｆ 等 。
图 １ 阵列 波 导 器 件 的 空 间 位 姿 对 准
于石 英光 纤 （ｔ １５ ，根 据 式 （） ，耦 ｎ ． ） ２知 合 界面 产生 的透 射耦 合 效率为 Ｔ Ｏ９ ，透 Ｔ ．２ ＝
射损耗 ｒ ＝ ．６ Ｂ ｌ Ｏ ３ ｄ ；当填充介质为折射率
《光纤通信》原荣 第三版 第5章 复习思考题参考答案
第5章 复习思考题参考答案5-1 光探测器的作用和原理是什么答：光探测器的作用是利用其光电效应把光信号转变为电信号。
光探测器的原理是，假如入射光子的能量h ν超过禁带能量E g ，只有几微米宽的耗尽区每次吸收一个光子，将产生一个电子-空穴对，发生受激吸收，如图5.1.1（a ）所示。
在PN 结施加反向电压的情况下，受激吸收过程生成的电子-空穴对在电场的作用下，分别离开耗尽区，电子向N 区漂移，空穴向P 区漂移，空穴和从负电极进入的电子复合，电子则离开N 区进入正电极。
从而在外电路形成光生电流P I 。
当入射功率变化时，光生电流也随之线性变化，从而把光信号转变成电流信号。
5-2 简述半导体的光电效应答：在构成半导体晶体的原子内部，存在着不同的能带。
如果占据高能带（导带）c E 的电子跃迁到低能带（价带）v E 上，就将其间的能量差（禁带能量）v c g E E E -=以光的形式放出，如图4.2.2所示。
这时发出的光，其波长基本上由能带差E ∆所决定。
图4.2.2 光的自发辐射、受激发射和吸收反之，如果把能量大于hv 的光照射到占据低能带v E 的电子上，则该电子吸收该能量后被激励而跃迁到较高的能带c E 上。
在半导体结上外加电场后，可以在外电路上取出处于高能带c E 上的电子，使光能转变为电流，这就是光接收器件的工作原理。
5-3 什么是雪崩增益效应答：光生的电子-空穴对经过APD 的高电场区时被加速，从而获得足够的能量，它们在高速运动中与P 区晶格上的原子碰撞，使晶格中的原子电离，从而产生新的电子-空穴对，如图5.2.4所示。
这种通过碰撞电离产生的电子-空穴对，称为二次电子-空穴对。
新产生的二次电子和空穴在高电场区里运动时又被加速，又可能碰撞别的原子，这样多次碰撞电离的结果，使载流子迅速增加，反向电流迅速加大，形成雪崩倍增效应。
APD 就是利用雪崩倍增效应使光电流得到倍增的高灵敏度探测器。
图5.2.4 APD雪崩倍增原理图5-4 光接收机的作用是什么答：光接收机的作用就是检测经过传输后的微弱光信号，并放大、整形、再生成原输入信号。
举例说明参考文献的具体格式
举例说明参考文献的具体格式参考文献的具体格式示例如下：期刊类参考文献格式：[序号] 作者. 篇名[J]. 刊名，出版年份，卷号（期号）：起止页码.例如：[4] 蒋超，张沛，张永军，等. 基于SRLG不相关的共享通路保护算法[J]. 光通信技术，2007，31（7）：4-6.学位论文参考文献格式：[序号] 作者. 篇名[D]. 出版地：保存者，出版年份：起始页码.专著类参考文献格式：[序号] 作者. 书名[M]. 出版地：出版社，出版年份：起止页码.例如：[1] 原荣. 光纤通信[M]. 北京：电子工业出版社，2002.[2] 尼葛洛庞帝. 数字化生存[M]. 胡泳，范海燕，译. 海口：海南出版社，1996.论文集、会议录参考文献格式：[序号] 作者. 篇名[C]. 出版地：出版者，出版年份：起始页码.例如：[1] ROSENTHALLEM. Proceedings of the Fifth Canadian Mathematical Congress, University of Montreal, 1961[C]. Toronto: University of Toronto Press, 1963: .[2] YUKSELKM, WUILPARTV, MEGRETP. Optical layer monitoring in passive optical networks: a review: ICTON2008[C]//10th Anniversary International Conference, Athens, 22-26 June 2008. Athens: IEEE, 2008.此外还有报纸类参考文献格式、研究报告参考文献格式、条例参考文献格式、译著参考文献格式等。
光纤通信-PowerPointPresentation
主要内容 ●光纤通信的发展史与趋势 ●电磁波的波谱 ●光纤通信系统基本组成 ●光纤通信的特点
教学重点 ●了解光纤通信的发展史 ●理解光在电磁波谱中的位置 ●掌握光纤通信所用光-波的波长范围 ●光纤通信的特点及光纤通信系统的组
成。
1
光纤通信是以光纤为传输媒质,以光信号为信息载体 的通信方式.
光 接 收 机
电 接 收 机
信 息 宿
电信号 光信号 光信号 电信号
输入
输出
输入
输出
6
光发送机
组成------ 半导体光源(核心)、驱动器和调制器。 功能----- 将待发送的电信号进行电/光转换,并将转换
出的光信号最大限度的注入光纤中进行传输。
7
光纤线路
功能：是把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变 (失真)和衰减传输到光接收机
2
光纤通信的发展史
1880年，美国科学家贝尔发明光电话 。光通信开始起源发展。 1960年,美国人梅曼发明第一台红宝石激光器 。 1966年，英籍华人高锟指出：如果能够减少玻璃中的杂质含量，就可以
制造出损耗低于20dB/km的光纤。 1970年是使光纤通信发展出现跨越的一年，美国康宁公司研制出了损耗
组成------ 光电检测器(核心)、放大器和相关电路 功能------ 将光纤传来的光信号进行光/电转换,并对
转换出的电信号进行放大和恢复.
9
光中继器
功能——将经过一段光纤线路传输后产生了失真的 光信号进行放大及再生后送入下一段光纤中传送从而 可延长光信号传输距离。
10
光纤通信的特点
• 传输衰减小，传输距离长。 • 传输频带宽，通信容量大。 • 抗电磁干扰，传输质量好。 • 体积小、重量轻、便于施工。 • 原材料丰富，节约有色金属，有利于环保。 • 易碎不易接续。
光纤通信基础知识ppt课件
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
光纤通信讲座心得体会
在这次光纤通信的讲座中，我有幸聆听了行业专家的深入讲解，对光纤通信这一领域有了更加全面和深刻的认识。
以下是我对本次讲座的心得体会。
一、讲座背景随着信息技术的飞速发展，光纤通信已成为现代通信领域的重要支柱。
我国光纤通信技术经过多年的发展，已经取得了举世瞩目的成就。
此次讲座旨在让更多人了解光纤通信的基本原理、发展历程以及未来趋势，提高大家对这一领域的认知水平。
二、讲座内容1. 光纤通信的基本原理讲座首先介绍了光纤通信的基本原理。
光纤通信是利用光在光纤中传输信息的技术。
光纤具有传输速度快、容量大、抗干扰能力强、体积小、重量轻等优点。
光纤通信的原理是利用光的全反射原理，将光信号在光纤中传输。
2. 光纤通信的发展历程接着，专家讲述了光纤通信的发展历程。
从20世纪60年代开始，光纤通信技术逐渐兴起，历经了从模拟光纤到数字光纤、从单模光纤到多模光纤、从有源光纤到无源光纤等阶段。
我国光纤通信技术的发展取得了举世瞩目的成就，已成为全球光纤通信产业的重要参与者。
3. 光纤通信的应用领域光纤通信在各个领域都有广泛的应用。
讲座中，专家详细介绍了光纤通信在电信、互联网、电力、医疗、交通等领域的应用，使我对光纤通信的实际应用有了更加直观的认识。
4. 光纤通信的未来趋势最后，专家对光纤通信的未来趋势进行了展望。
随着5G、物联网、大数据等新兴技术的快速发展，光纤通信将在未来发挥更加重要的作用。
未来，光纤通信技术将朝着高速、大容量、智能化、绿色环保等方向发展。
三、心得体会1. 提高对光纤通信的认识通过本次讲座，我对光纤通信有了更加全面和深刻的认识。
了解到光纤通信的基本原理、发展历程、应用领域以及未来趋势，使我更加关注这一领域的发展。
2. 激发学习兴趣光纤通信作为一门综合性学科，涉及光学、通信、电子等多个领域。
此次讲座让我对光纤通信产生了浓厚的兴趣，激发了我进一步学习的动力。
3. 增强实践能力讲座中，专家结合实际案例，让我们了解到光纤通信在各个领域的应用。
光子学与光电子学 教学课件 ppt 作者 原荣 第2章 光波在光纤波导中的传输
图2.2.1 在波导中传输的光波必须与它自己相 长干涉,否则相消干涉就不会建立起传输光场
n1 > n 2
A k q E k1 B
n2
y
d = 2a
z
x
q q
n1
C
光子学与光电子学 原荣 邱琪
n2
满足波导相长干涉的波导条件式
• 很显然，对于给定的m，只有一定的q 和 值才能 满足式（2.2.1） m 0, 1, 2, （2.2.1） k1d cosq m • 与q 有关，也与光波的偏振态有关。因此对于每 个m 值，将允许有一个qm和一个相对应的 m。 因 k1 2πn1 ， d = 2a， 所以满足波导相长干 涉的波导条件式（2.2.1）变成（2.2.2） （2.2.2） 2πn (2a)
光子学与光电子学教学课件ppt作者原荣第2章光波在光纤波导中的传输
第2章 光波在光纤波导中的传输
• • • • • • 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 光与介质的相互作用 平板介质波导 光线光学分析光纤传光原理 导波光学分析光纤模式 光纤的基本特性 光纤的传输特性
光子学与光电子学 原荣 邱琪
光子学与光电子学 原荣 邱琪
图2.1.3 光波从折射率较大的介质入射进入折射 率较小的介质，在边界反射和折射
光子学与光电子学 原荣 邱琪
V2 t
A'
qi qt
B'
V1 t
2.1.1
斯奈尔定律和全反射
1t 2t sinq i sinq t
A
B
从几何光学我们可以得到（见图1.3.1左上角小图）
2
2 I1 E r o o 2
非线性光纤光学参考书 经典
光纤的传输特性：光纤色散
色散：光纤中的光信号由不同成分（如不同模式、不同 频率）组成， 在传输过程中，各种频率成分或各种模 式成分的传播速度不同，引起信号脉冲展宽、波形失真 的物理现象。
****小知识点 光纤数字通信传输的是一系列脉冲码，脉冲展宽导致了脉冲与 脉冲相重叠现象，即产生了码间干扰，从而形成传输码的失误， 造成差错。 为避免误码出现，就要拉长脉冲间距，导致传输速率降低，从 而减少了通信容量。 另一方面，光纤脉冲的展宽程度随着传输距离的增长而越来越 严重。因此，为了避免误码，光纤的传输距离也要缩短。
吸收损耗
红外吸收和紫外吸收 产生吸收的原因是？
杂质吸收
光纤中含有过渡金属离子：铁、镍、铜、锰、 铬、钒、铂等和水的氢氧根离子。
散射损耗
散射损耗是光纤中由于某种远小于波长的不均匀性（折射率 不均匀性、掺杂粒子浓度不均匀性等）引起的对光的散射所 造成的光功率损耗。
由于瑞利散射损耗的大小与光波长的4次方成反比，所以光 纤工作在长波长区时，瑞利散射损耗的影响可以大大减小。
绪论
光纤通信概念 光纤结构与原理：TIR/PBGF 光纤制作方法：MCVD/PCVD 光纤传输特性：损耗、色散、偏振 光纤非线性效应：
一.光纤通信
光纤通信（optical fiber communication） 是以激光作为信息的载波信号，并以光 导纤维来传递信息的通信系统。 是人类通信史上的一大突破，已成为信 息社会的神经系统。 直接造就了信息社会！直接改变了生活！
设长度为L(km)的光纤，输入光功率为Pi，输出光功率Po为
P P exp( L) 0 i
习惯上的单位用dB/km，损耗系数
dB
Pi 10 lg (dB / k m) L P0
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色散移 位光纤
10
100
光纤通信系统随着多模光纤发展到单模光纤，多模激光器发展到 单模激光器，从短波长系统发展到长波长系统，已经历了三代。
三代光纤通信系统的特点
上世纪七十年代，第一代光纤通信系统是使用渐变多模 光纤的短波长（0.85 m）系统，光源采用发光二极管 (LED)，速率为 34 Mb/s 或 45 Mb/s，无中距传输距离仅 为（10~20）km。
光接收机和中继器
光接收机的作用是把经光纤传输后的微 弱光信号转变为电信号，对其放大并解 调出原基带信号。
光中继器的作用是对经光纤传输衰减后 的信号进行放大。光中继器有光-电-光中 继器和全光中继器。
如需对业务进行分出和插入，可使用光电-光中继器；
如只要求对光信号进行放大，则可以使 用光放大器。
图1.1.3 系统速率与无中继距离关系
IP over WDM
IP over DWDM
光
纤
技
WAN
术
骨干网
WAN
IP 技 术
MAN
MAN
MANMANLAN ANLAN LAN LAN LAN
LAN LAN
由于通信技术的飞速发展，出现了两种发展趋向:光纤技术逐渐将 渗透到局域网；以太网技术逐渐从 LAN 向骨干网发展。
这两种技术的结合，将有可能导致最终广泛采用综合了最好的光纤 技术和以太网技术的光 IP 以太网（如 IP over WDM）。它将是在 一个平台上提供数据﹑视频和语音业务的主要工具。
结论
总之，由于通信用光纤都用石英玻璃和塑 料制成，是极好的电绝缘体，而且光信号在 光缆中传输时不产生泄漏，所以不存在电气 危害、电磁干扰、接地、屏蔽和保密性差等 问题。再加上传输特性好的优点，使光纤成 为迄今为止最好的信息传输媒质。
因此，在短短的三十几年中，获得了迅速 的发展，不管是在干线网上，还是在接入网 上。
1.1.4 光 纤 通 信 网 络
-----三代网络技术比较
全电网络，第一代网络，节点用电缆互连 在一起，电缆是一种窄带线路，它的容量 有限；
电光网络，第二代网络，用一段段光纤取 代电缆后构成的网络，现在正被广泛使用， 因节点内仍是对电信号进行交换，所以称 为电光网络
全光网络，第三代网络，所有节点被不间 断的光缆连接起来，节点内只对光信号进 行交换，这就是未来的第三代网络。
上世纪八十年代，第二代光纤通信系统使用单模光纤的 1.3m系统，工作波长已由短波长发展到长波长 （1.31m 和 1.55 m），光源使用多模激光器（LD）， 传输速率已提高到 140 Mb/s 和 565 Mb/s，无中距传输距 离已增加到（100~150）km。
上世纪九十年代以来，第三代光纤通信系统使用1.55m 的单模光纤，光源采用单频 DFB 激光器和外调制技术， 单信道传输速率可达到 2.5 Gb/s 和 10 Gb/s 以上，采用 色散补偿技术无中继传输距离已达到几百千米。
网络举例
第一代网络是电缆传输的低速以太网、 信令环和信令总线； 第二代网络是光纤传输的 SDH 网； 第三代网络就是未来的全光网络。 WDM 技术加全光节点技术才是全光网络。
全光网络
全光网络是光在 传输、放大、中继、 上下话路、交换、光 存储、复用和解复用 过程中完全是在光频 范围内进行处理的网 络。
1000
600
无 400
中 200
继 距 离
100 60 40
(km) 20
10 6 4
2
1
0.0001
1.55 m 第三代
1.3 m 0.85 m
第二代
多 模 LD
第一代
LED
阶跃折射率
同轴
多模光纤
电缆
单模光纤 单模光纤
单 频 LD
渐变折射率 多模光纤
0.001
0.01
0.1
1.0
比特率 (Gb/s)
光纤通信系统结构分类
1
2
(a)点对点
2 3 1
N (b)一点对多点
1
2
3
8
4
6
9
7
5
(c)网络
光纤通信系统用来连接一些节点，这些节点通常可能是交换机、终端、计算机、 工作站等。光纤通信系统可分为三类：点对点系统、一点对多点系统以及网络。
在点对点系统中，可能是单向的，也可能是双向的。
在一点对多点(设有N个工作站)的系统中，其中站1可发送信息到所有其他N1个 站，也可以接收其它各站发送来的信息，但其他各站之间不能相互通信。该系统 的一个特殊情况是广播网络，即一个站可发送信息到所有其他N1个站。
点对点系统和一点对多点系统仅仅是网络的特例。在网络中，每个站可以与其他 任一个站进行通信，而绝不仅仅是一个站只能与另外N1个站通信。有时候我们 要指出它们之间的区别，有时候我们通称以上三种情形均为系统或者网络。
网络分类
传统上，以服务范围把网络分为三类: (1) 局域网，服务范围 2 km ，如以太网，
1.1.3 光纤通信系统
单信道光纤通信系统构成
光发射机
信
复用
调制
息
器
器
光纤
光纤
光接收机
光源 光中继器或 光放大器
光探
解调
测器
器
解复
信
用器
息
光发射机的作用是把电信号转变为光信号注入光纤传输。
光接收机的作用是把经光纤传输后的微弱光信号转变为电 信号，对其放大并解调出原基带信号。
光中继器的作用是对经光纤传输衰减后的信号进行放大。 光中继器有光-电-光中继器和全光中继器。
信令环和信令总线; (2) 城域网，服务范围 100 km，如电话本
地交换网或者有线电视)分配系统; (3) 广域网络，服务范围可达数千公里，如
开放系统互连国际网络等。
两种发展趋向
第一种是光纤技术逐渐从骨干网向广域网和城 域络发展，最后也将渗透到本地环,最后FTTH； 第二种是以太网技术逐渐从局域网向MAN和广 域网络发展，最后在骨干网上也将可能传送的 是国际互连网协议 (IP) 数据包。 这两种技术的结合，将有可能导致最终广泛采 用综合了最好的光纤技术和以太网技术的光 IP 以太网（如 IP over WDM ）。它将是在一个平 台上提供数据视频和语音业务的主要工具。
光纤通信系统构成
----光发射机作用
光纤通信系统通常由光发射机、光纤、中继器和光 接收机组成。
光发射机的作用是把电信号转变为光信号注入光纤 传输，它通常由复用器、调制器和光源组成。
复用器的作用是把多路信息信号复用为时分复用 （TDM）信号或频分复用（FDM）信号。 调制器的作用是用复用信号直接调制（IM）激光器 （LD）的光强，或通过外调制器调制 LD 的相位。 光源是把电信号转换为光信号，以便在光纤中传输。