第九章 现代光纤通信技术简介
光纤通信技术介绍
光纤通信技术介绍光纤通信是一种利用光信号来传输信息的通信技术。
与传统的电信通信相比，光纤通信具有更高的传输速度、更大的带宽和更低的信号损耗。
在光纤通信系统中，光信号是通过光纤传输的，光纤是一种由细长的玻璃或塑料制成的柔软光导体，能够将光信号迅速、高效地传输到目标地点。
光纤通信技术的原理是利用光的全内反射性质，在光纤内部不断地反射和折射，使光信号能够沿着光纤传输。
光纤中的光信号是通过光的强弱调制来表示信息的，光的强弱变化被光纤接收器解读为二进制码，从而实现信息的传递。
光纤通信系统由光纤传输系统和光纤网络系统两个主要部分组成。
光纤传输系统是光纤通信系统的基础，它由光纤传输设备、光纤接头和光纤传输线组成。
光纤传输设备主要包括光纤传输器和光纤接收器，它们负责将电信号转换为光信号，并通过光纤发送和接收光信号。
光纤接头是将不同的光纤连接在一起的装置，通过光纤接头可以将多段光纤连接成一个完整的光纤线路。
光纤传输线是将光信号传输到不同地点的光纤线路，它具有高强度、低损耗和较大的带宽，能够满足高速、大容量的光信号传输需求。
光纤网络系统是光纤通信系统的重要组成部分，它由光纤交换机和光纤路由器组成。
光纤交换机是将光信号从一个节点传输到另一个节点的设备，它能够根据需要选择传输路径，并将光信号切换到相应的路径上。
光纤路由器是管理和控制光纤网络的设备，它根据网络拓扑结构和路由策略，将光信号从源节点通过一系列的光纤传输到目标节点。
光纤通信技术的优势主要表现在三个方面。
首先，光纤通信具有高速传输的特点，光信号的传输速度可达到光的速度，可以满足大量数据的传输需求。
其次，光纤通信具有大带宽的特点，光纤的频率范围较宽，可以支持更多的频率和信号，使得网络能够同时传输多种类型的信号。
最后，光纤通信具有低信号损耗的特点，光信号在光纤中的传输距离可以达到几十公里，而且信号损耗非常低，可以减少信号的失真和衰减，提高通信质量和可靠性。
光纤通信技术在现代通信领域中得到了广泛的应用。
光纤通信技术
光纤通信技术.
光纤通信技术是一种使用光纤作为传输介质的通信技术。
它利用光的传输特性，将信息以光脉冲的形式通过光纤传输。
光纤通信技术的基本原理是利用光纤的高速传输和高带宽特性，将电子信号转换为光信号，在光纤中传输，并在接收端将光信号重新转换为电子信号。
光纤通信技术主要包括光纤的制备和光纤传输系统的设计与实现两个方面。
光纤的制备主要涉及纤芯和包层的材料选择和制备工艺，以及光纤的拉制和光纤连接技术等。
光纤的核心部分是非常纯净的玻璃或塑料纤芯，外面包裹着折射率较低的材料，形成了光纤的结构。
制备过程中需要控制光纤的损耗、色散和非线性等特性。
光纤传输系统的设计与实现主要包括光纤传输器件的选择和光纤传输系统的搭建与调试等。
光纤传输器件包括光源、调制器、光纤耦合器、光纤放大器和光接收器等。
光源产生稳定的光信号，调制器控制光信号的强度或频率，光纤耦合器将光信号输入或输出到光纤中，光纤放大器放大光信号，光接收器将光信号转换为电信号。
光纤通信技术具有传输速度快、带宽大、抗干扰能力强等优点，广泛应用于互联网、电信、数据中心、电视传输等领域。
随着技术的不断进步，光纤通信技术也在不断发展，传输速度和带宽等性能得到了进一步提升。
现代光纤通信技术及其应用
现代光纤通信技术及其应用随着现代社会信息的迅速发展，通信技术也在不断更新和发展。
光纤通信技术作为其中的一个重要分支，已经成为了现代通信领域中不可或缺的一部分。
本文将着重介绍光纤通信技术的基本原理、发展历程以及在现代社会中的广泛应用。
一、光纤通信技术的基本原理光纤通信技术是一种将光信号作为信息的传输介质的技术。
光是电磁波的一种，它的波长远远短于无线电波，因此具有更高的频率和更强的能量。
光纤通信技术利用这种特性，将电信号通过调制后转换为光信号，通过光纤传输，再将光信号转换成电信号，实现数据传输和通信的过程。
光纤通信系统主要由三部分组成：光源、传输介质和检测器。
光源产生的光信号进入光纤中，经过光纤的传输后到达接收端，接收器将光信号转换为电信号，最终输出数字信号。
整个过程中光源、光纤和检测器的性能都会影响通信质量的好坏。
二、光纤通信技术的发展历程光纤通信技术的发展可以追溯到19世纪，当时科学家就已经发现了光可以通过玻璃管进行传输。
20世纪初，民用电话开始普及，传输距离越来越长，信号失真的问题也越来越严重。
1960年代，美国贝尔实验室的科学家率先提出了光纤通信技术的概念，并于1970年代将其实现。
1980年代，光纤通信技术开始商业化运营，迅速发展，逐渐替代了传统的无线电通信和有线电缆通信等传输方式。
到了21世纪，光纤通信技术已经成为了全球通信领域的主要技术之一。
目前，世界上许多国家都在大力推进光纤通信技术的发展，提高通信的质量和速度，为现代化建设和信息化发展提供强有力的支持。
三、光纤通信技术在现代社会中的广泛应用随着互联网的兴起，光纤通信技术在信息领域的应用越来越广泛。
目前，光纤通信技术已经被应用于许多领域，例如：1. 互联网通信光纤通信技术被广泛应用于互联网通信领域，极大地提高了互联网传输的速度和带宽。
同时，由于光纤通信技术具有抗干扰能力强、传输损耗小等特点，使得互联网通信更加稳定可靠。
2. 医疗行业光纤通信技术在医疗行业中的应用主要集中在光纤内窥镜和光学成像领域。
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。
现代通信技术课件第9章光纤通信技术
光纤通信在城域网和接入网中的 应用，有助于提升城市信息化水
平和公共服务能力。
电力通信网
电力通信网是光纤通信的重要应用场 景之一，主要用于保障电力系统的安 全稳定运行。
光纤通信在电力通信网中的应用，有 助于提升电力系统的智能化水平和安 全防护能力。
电力通信网采用光纤传输技术，能够 提供高带宽、低时延、高可靠性的通 信服务，满足电力系统对实时监控和 数据传输的需求。
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光缆和光耦合器
光缆
传输光信号的介质，由多根光纤组成 。
光耦合器
将多路光信号合成为一路或从一路光 信号中分离出多路光信号。
03
光纤通信的关键技术
波分复用技术
总结词
提高光纤通信容量
详细描述
波分复用技术是一种将多个不同波长的光信号复合到同一根 光纤中传输的技术。通过将多个信号调制在不同波长上，可 以实现多路复用，大幅提高光纤的通信容量。
超高速光纤通信系统
要点一
总结词
随着技术的不断进步，超高速光纤通信系统正在成为现实 ，能够提供更高的数据传输速度和更大的带宽。
要点二
详细描述
超高速光纤通信系统通过采用先进的调制解调技术、光放 大技术和复用技术，实现了数据传输速度的大幅提升。这 将为高清视频、大数据和云计算等应用提供更好的支持。
光子计算机和光子路由器
总结词
光子计算机和光子路由器是光纤通信技术的 重要发展方向，它们利用光子代替电子进行 信息处理和路由，具有高速、低功耗和低延 迟等优势。
详细描述
光子计算机利用光子代替电子进行信息处理 ，能够实现更快的运算速度和更低的功耗。 而光子路由器则利用光子进行路由选择，能 够实现更低延迟和更高的路由效率。这些技 术的发展将为未来的云计算、物联网和人工
现代光纤通信传输技术及应用
现代光纤通信传输技术及应用摘要：随着科技的快速发展，在通信技术领域中，取得了很大的进步。
在通信技术的发展进程中，一个重要的制约因素就是传输速度。
在当前技术水平基础上，对传输速度进行提升，是通信技术发展的重要前提。
现代光纤通信传输技术是一种较为先进的通信技术，具有传输损耗低、传输信息量大、抗干扰能力强等优势，能够有效提高通信传输的速度和质量。
因而在通信领域中正在得到广泛的应用。
关键词：现代技术角度；光纤通信；传输技术1现代技术角度下光纤通信传输技术的简述1.1光纤通信传输技术的概念现代光纤通信技术是指利用光波作为信息传输的有机载体，以光导纤维作为传输介质，让信息得以即时、大量的传递过程。
最初的光纤通信传输体系包含直接调制器、间接调制器、光发射机以及光接收机等主要组成部件，而现代光纤通信传输技术的基本组成物质是光纤、光检查器和光源。
在通信传输领域中可将其运用途径分为两种：即用于传感的光纤与用于通信的光纤。
若按照光纤的不同功能进行分类，可将其分为具有光波分频、光波整形、光波放大、光波震荡、光波调制等。
如此广发的运用光纤，其原因是光纤传递通信具有抗干扰能力强、资源充裕、设备轻便、通信容量大、传输距离远等显著优点。
所以，因其以上众多优势特点，决定了光纤在通信传输技术上能被充分利用。
1.2光纤通信技术传输的良好特性光纤通信传输技术的主要特点：（1）中继站距离长、耗损低。
同等距离相比，利用光纤通信中继站最少，能节约大量通信建设成本，是光纤通信传输广泛利用的原因之一。
加上光纤本身所用管材是石英灯，在信息传输过程中的能耗与传统媒介传递耗能相比更低。
（2）抗干扰能力极强。
因石英材质有较高的绝缘性，所以在光纤通信传输过程中，能抵抗电离层带来的电磁干扰，还能很好的免受外界环境各种因素的影响。
（3）避免传音受到干扰。
由于光纤材料具有吸收作用，因而光信号在光纤通信的传递过程中能够实现全反射，这样能够提高信息传播的安全性，避免造成信息泄露。
第九章 光纤通信技术—4
(a)模拟接收机
(b)数字接收器
图9.33 光纤通信接收机框图
光电检测器是光接收机的第一个关键部件，其作用是把 接收到的光信号转化成电信号。目前在光纤通信系统中广泛 使用的光电检测器是PIN光电二极管(PIN-PD)和雪崩光电二 极管(APD)。PIN-PD比较简单，只需10～20 V的偏压即可工 作，且不需偏压控制，但它没有增益。因此使用PIN_PD的接 收机的灵敏度不如APD接收机;APD具有10 ～ 200倍的内部电 流增益，可提高光接收机的灵敏度。但使用APD比较复杂， 需要几十到200 V的偏压，并且温度变化较严重地影响APD的 增益特性，所以通常需对APD的偏压进行控制以保持其增益
由于半导体材料对光的吸收， 光在材料中按指数率衰减，因 此在厚度 的材料内被吸收的 光功率为
P() P0[1 e ( ) ] （9.21）
式中，P0为入射光功率; ( ) 为 材料吸收系数，其大小与材料 性质有关，且是波长的函数。 半导体材料的吸收作用随波长 减小而迅速增强，即 随波长
电流中的扩散分量。由于载流子扩散运动比漂移运动慢得 多，所以减小扩散分量的比例便可显著提高响应速度。但 是提高反向偏压，加宽耗尽层，又会增加载流子漂移的渡 越时间，使响应速度减慢。这种结构的PD无法降低暗电 流和提高响应度，器件的稳定度也比较差，实际上不适合 做光纤通信的检测器。为了解决这一矛盾，就需要改进PN 结PD的结构。
下，形成和漂移电流相同方向的扩散电流。漂移电流分量 和扩散电流分量的总和即为光生电流。于是，当与P层和N 层连接的电路开路时，便在P区和N区两端之间产生与被分 隔开的电子和空穴数量成正比的电动势。若与外电路连通， N区过剩的电子经外部电路与P区空穴复合形成光生电流。 当入射光功率变化时，光电流也随之线性变化，从而把光 信号转换成电信号。这种由PN结构成，在入射光作用下， 由于受激吸收过程产生的电子空穴对的运动，在闭合电路 中形成光生电流的器件，就是简单的PN结光电二极管。
现代光纤通信技术
第一章通信网技术概述1.1概述1.2通信设备构成通信网的最基本的设备是用户端设备、传输链路设备和转接交换设备。
1.3广域网分类1.4通信协议1.4.1 协议通常将网络分层结构以及各层协议的集合称为网络体系结构。
比较著名的网络体系结构有国际标准化组织ISO(International for Standardization)提出的开放系统体系结构OSI(Open System Interconnection);美国国防部提出的传输控制协议TCP/IP；国际电信联盟提出的公共数据网X系列协议；IBM公司提出的系统网络体系结构SNA等。
1.4.2 标准化组织1. 国际标准化组织ISO2. 国际电信联盟-电信标准化部ITU-T(International Telemunication Union)一直负责制定电信网的标准系列。
3. 因特网工程任务组IETF(Internet Engineering Task Force)负责研究因特网的体系结构以及新一代因特网标准规X的研究和制定第二章数字通信技术第三章光纤通信技术3.1 光纤通信3.1.1光纤通信的发展3.1.2 光纤通信的特点1. 传输频带宽，通信容量大。
由信息理论知道，载波频率越高，通信容量就越大。
2. 损耗低。
目前实用的光纤均为石英系光纤，要减小损耗，主要是靠提高玻璃纤维的纯度。
3. 在运用频带内，光线对每一频率成分的损耗几乎一样。
因此，系统中才去的均衡措施比传统的电信系统简单，甚至可以不必采用。
4. 光纤内传播的光能几乎不辐射，因此很难被窃听，也不会造成统一光缆中各光纤之间串扰5. 不受电磁干扰。
因为光纤是非金属的介质材料。
6. 线径细、重量轻，便于敷设。
7. 资源丰富。
制作玻璃光纤的原料是适应，其来源十分丰富。
3.1.3 通信系统中主要技术指标1.分贝dB分贝dB 是以常用对数表示的两个电压或两个功率之比的一种计量单位。
以0p 作为基准功率，那么在某一点的功率1p 的测试点上的功率电平为 D=10lg01p p (dB) 光纤放大器的功率增益为功率增益G=10lg 输入光功率输出光功率(dB) 若损耗沿光纤是均匀的，光纤的损耗常用衰减常数A 表示衰减常数A=-L 10lg 输入光功率输出光功率(dB/km) 光纤连接器反射损耗系数为反射损耗系数R=-10lg 输入光功率率反射回到输入端的光功(dB) 2. 绝对功率dBmdB 表示相对于某一据准功率的相对功率电平数。
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3,光弧子通信实验
光孤子(Soliton)是一种光脉冲序列, 是一种光脉冲序列, 光孤子 是一种光脉冲序列 它在光纤中长距离传输时能保持它的形 状不变. 状不变. o 光纤孤子通信是新一代高速长距离 (如海底通信 光纤通信系统的理想选择. 如海底通信)光纤通信系统的理想选择 如海底通信 光纤通信系统的理想选择. o
第九章 现代光纤通信技术简介
本章主要介绍相干光纤通信系统, 本章主要介绍相干光纤通信系统 , 光纤的非线性效应及光弧子通信, 光纤的非线性效应及光弧子通信 , 光交 换技术和全光通信网, 换技术和全光通信网 , 以便使读者对光 纤通信的发展有初步的认识. 纤通信的发展有初步的认识. 9.1相干光纤通信系统 9.2光纤的非线性效应及光弧子通信 9.3光交换技术和全光通信网
2,全光通信网
全光通信网的优点在于: 全光通信网的优点在于: o 光信号在通过光交换单元时, 光信号在通过光交换单元时,不需 经过光电, 电光转换, 经过光电 , 电光转换 , 因此它不受检测 调制器等光电器件响应速度的限制; 器 , 调制器等光电器件响应速度的限制 ; o 对比特速率和调制方式透明, 对比特速率和调制方式透明,可以 大大提高交换单元的吞吐量. 大大提高交换单元的吞吐量.
9.3 光交换技术和全光通信网
1,光交换的基本原理 , 与传统电交换相比光交换具有以下优越性 o 极宽的带宽 o 极快的速度 o 光交换与光传输相结合 , 促进全光通信 光交换与光传输相结合, 网的发展 o 降低了网络成本,提高网络的可靠性. 降低了网络成本,提高网络的可靠性.
光交换的种类
(1) 空分光交换 空分光交换是在空间域上将光信号进 行交换.有四种实现方案: 行交换.有四种实现方案: o 波导型光开关 o 门型光开关 o 机械型光开关 o 热光开关
(2) 光时分交换 o 光时分交换是基于时隙互换的基础上实 现的 (3) 波分光交换 o 在波分光交换中,是以波长交换来完成 在波分光交换中, 交换功能, 交换功能,即通过波长开关从波分复用 信号中检出所需波长的信号, 信号中检出所需波长的信号,把它调制 到另一波长上去,实现波长互换. 到另一波长上去,实现波长互换. (4) 复合光交换 o 光信号同时采用上述两种或三种交换方 式称为复合光交换. 式称为复合光交换.
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2,相干光通信系统的组成源自3,相干光纤通信的优点及关键 技术
与直接检测相比, 相干检测有如下优点: 与直接检测相比 , 相干检测有如下优点 : o 接收灵敏度高. 接收灵敏度高. o 频率选择性好. 频率选择性好. o 充分利用信号的位相信息 , 采用多种调 充分利用信号的位相信息, 制解调方式. 制解调方式. o 可以抑制级联光放大器中产生的严重噪 声累积. 声累积.
9.1 相干光纤通信系统
1,相干光通信技术的基本原理 相干光通信技术的基本原理 光信号是以调幅, 光信号是以调幅 , 调频或调相的方 式被调制(设调制频率为ω 式被调制( 设调制频率为ωs)到光载波上 当该信号传输到接收端时, 的 , 当该信号传输到接收端时 , 首先与 频率为ω 本振光信号进行相干混合, 频率为ωL本振光信号进行相干混合, 然 后由光电检测器进行检测, 后由光电检测器进行检测 , 这样获得了 中频频率为ω 的输出电信号. 中频频率为 ωIF=ωs-ωL 的输出电信号 . 这种技术称为相干光通信技术. 这种技术称为相干光通信技术.
相干光通信系统还需要解决以下关键技 术: o 半导体激光器的频率稳定问题和谱宽 压缩问题 o 光波的极化稳定问题 o 接收机仍是相干通信的关键技术,它 接收机仍是相干通信的关键技术, 的稳定性, 的稳定性,可靠性及成本等是实用化 的关键. 的关键.
9.2 光纤的非线性效应及光弧 子通信 子通信
1,光纤的非线性效应 , o 在光场较弱的情况下, 在光场较弱的情况下,可以认为光 纤的各种特征参数随光场的强弱作线性 变化. 变化. o 在光场很强的情况下, 在光场很强的情况下,则光纤的特 征参数将随光场呈非线性变化. 征参数将随光场呈非线性变化.
2,光纤孤子通信 光纤孤子通信
o 光孤子(Soliton)是一种光脉冲序列,它 光孤子(Soliton)是一种光脉冲序列 (Soliton)是一种光脉冲序列, 在光纤中长距离传输时能保持它的形状 不变. 不变. o 光纤孤子通信是新一代高速长距离(如海 光纤孤子通信是新一代高速长距离( 底通信)光纤通信系统的理想选择. 底通信)光纤通信系统的理想选择.