光纤通信Fiber-OpticCommunicationTechnology
Fiber Optics Communications光纤通
Infrared absorption
• In near IR above 1.2μm, the optical waveguide loss is predominantly determined by presence of OH ions and inherent infrared absorption
Fiber Optics Communications
Lecture 11
Signal Degradation In Optical Fibers
We will look at • Loss and attenuation mechanism • Distortion of optical signals
• Interaction between the vibrating bond and electromagnetic field of optical signal results in a transfer of energy from field to bond.
• An empirical formula (dB/km) for GeO2-SiO2
is
IR
7.81x1011 x
exp(
48.48)
Hale Waihona Puke Scattering Loss
• Scattering losses are caused by the interaction of light with density fluctuations within a fiber. Density changes are produced when optical fibers are manufactured. During manufacturing, regions of higher and lower molecular density areas, relative to the average density of the fiber, are created.
光纤通信系统 第一章 概述
制造中造成强度下降的原因
（1）预制棒在制造中可能存在杂质和气泡，会 转移到光纤中。由于杂质的膨胀系数与周围玻 璃不同，可能导致裂纹，造成强度的下降；气 泡对强度的影响将更大。 （2）拉丝过程中，拉丝炉的温度稳定性、周围环 境中的粉尘及拉丝卷绕等有可能使光纤表面出 现划痕、裂纹等机械损伤，影响光纤的强度。 环境中的水分等有害物质将对光纤造成腐蚀， 使光纤表面的裂纹扩展，降低光纤强度。
光纤简介
光纤通信的发展概况
光纤通信的主要特点
光纤通信系统的基本组成（重点）
光纤通信要解决的基本问题
一、光纤简介
光纤结构
光纤材料
玻璃光纤
塑料光纤
专用光纤（氟化物光纤，光敏光纤等）
光纤的制造
目前通信用光纤主要是以石英玻璃 （SiO2）为主的石英光纤。 制造光纤流程：
涂覆和套塑流程
光纤预制棒生产企业有五家：长飞、法尔 胜光子、烽火通信、杭州富通和特恩弛，5 家企业的生产能力是2000万公里／年。 光纤拉丝生产企业有19家：长飞、上海光 纤、南京华新藤仓、深圳特发、成都中住、 杭州富通、法尔胜光子、西古、烽火通信、 天大天财、特恩弛、亨通阿尔法、中天科 技、华伦光纤、富春江、上海华源、山东 太平洋、海南韩国三星、海南睿丰，这19 家企业的生产能力是3500万公里／年。
衰减、色散对脉冲的影响示意
3. 非线性效应
光波间或光波与其中传输的材料之间 的相互作用，从而对光信号产生影响。能 引起噪声和串扰。
光缆
1. 要求： 避免受到破坏力 防止光纤传输特性的劣化 易于操作 2. 构造: 缆芯，加强元件，护层
缆芯 缆芯由光纤的芯数决定，有单芯、多 芯。 多芯光缆要对光纤进行着色以便于识 别。 为防止气体和水分子浸入， 光纤中应 具有各种防潮层并填充油膏。
华中科大光纤通信chapter 1 introductionPPT课件
• Digital hierarchy 数字体系
• DWDM: dense wavelength division multiplexing • SONET：同步光网络
密集波分复用
• SDH：同步数字体系
• Modulation format 调制格式
• STM：同步转移模块
• Regenerator 再生器
2020/11/12
OE, HUST
2
Bibliography
Fiber-optic Communication Systems (The 3rd Edition), G. P. Agrawal, Wiely-Interscience, 2001
光纤通信技术，张新亮编著，华中科技大学，2002 《光纤通信》（第三版），[美]G. Keiser著，李玉权等译，
• Nyquist criterion 奈奎斯特准则
• Launched power 发射功率
• Quantization noise 量化噪声
• IM/DD: 强度调制/直接探测
• PPM：脉冲位置调制
• BER： 误码率
• PDM：脉冲宽度调制
• Receiver sensitivity 接收机灵敏度
1966, K.C.Kao 1000 dB/km to 20 dB/km
(by reducing concentration of impurities)
1970, Corning →20 dB/km
1972, Corning → 7dB/km
1973, Bell lab →2.5dB/km
1976, Japan →0.5dB/µm
lcvlvc2 v l1.55m, v 2 .0 1 0 1 4H z2 0 0 T H z
光纤通信 维基百科
光纤通信光纤通信光纤通信（Fiber-optic communication）也作光纤通信，是指一种利用光与光纤（optical fiber）传递信息的一种方式，属于有线通信的一种。
光经过调制（modulation）后便能携带信息。
自1980年代起，光纤通信系统对于电信工业产生了革命性的作用，同时也在数字时代里扮演非常重要的角色。
光纤通信具有传输容量大、保密性好等许多优点。
光纤通信现在已经成为当今最主要的有线通信方式。
将需传送的信息在发送端输入到发送机中，将信息叠加或调制到作为信息信号载体的载波上，然后将已调制的载波通过传输媒质传送到远处的接收端，由接收机解调出原来的信息。
根据信号调制方式的不同，光纤通信可以分为数字光纤通信、模拟光纤通信。
光纤通信的产业包括了光纤电缆、光器件、光设备、光通信仪表、光通信集成电路等多个领域。
利用光纤做为通信之用通常需经过下列几个步骤：∙以发射器（transmitter）产生光信号。
∙以光纤传递信号，同时必须确保光信号在光纤中不会衰减或严重变形。
∙以接收器（receiver）接收光信号，并且转换成电信号。
（Moore's Law）所预期集成电路芯片中晶体管增加的速率。
而自互联网泡沫破灭至2006年为止，光纤通信产业通过企业整并壮大规模，以及委外生产的方式降低成本来延续生命。
现在的发展前沿就是全光网络了，使光通信完全的代替电信号通讯系统，当然，这还有很长的路要走。
demultiplexer），最常用于波分复用系统的组件是数组波导光栅（Arrayed Waveguide Gratings, AWG）。
而目前市面上已经有商用的波分复用器/解多任务器，最多可将光纤通信系统划分成80个信道，也使得数据传输的速率一下子就突破Tb/s的等级。
带宽距离乘积[编辑]由于传输距离越远，光纤内的色散现象就越严重，影响信号质量。
因此常用于评估光纤通信系统的一项指针就是带宽-距离乘积，单位是百万赫兹×公里（MHz×km）。
光纤通信Fiber-optic communications
3.1 调制变量
场调制：
由电磁波，微波通讯发展而来。分为振幅调制（AM），相位调制（PM）， 频率调制（FM）。 相对困难： 1：光源要求性高。需要一个具有稳定的振幅，相位或者频率并且能够自由 变化调制的具有高度相干性的光源。 2：直接调制通常比较困难，需要额外的电光调制器。 3：检测器件要求高。(外差检测系统)
从端口形式上：T型，X型，星型，树形耦合器。 从传导模式上：单模耦合器，多模耦合器。
主要原理：
光纤溶拉，衍射，梯度折射率，滤波器，分束器等
光纤耦合
光纤通信
Fiber-optic communications
5. 光纤耦合器
1
技术发展
2
3 4 5
基本器件
光 调 制 复用技术
光纤耦合
光纤通信
Fiber-optic communications
光纤耦合
光纤通信
Fiber-optic communications
2.2 光纤
传递函数 响应时间与带 5
基本器件
光 调 制 复用技术
衰减函数
光纤耦合
光纤通信
Fiber-optic communications
2.2 光纤
传递函数 响应时间与带宽：
1
技术发展
2
2
3 4 5
基本器件
光 调 制 复用技术
光纤耦合
这个现象叫做光纤的模式色散
光纤通信
Fiber-optic communications
2.2 光纤 渐变型多模光纤：
相对折射率差Δ ：用来描述折射率相对变化 数值孔径NA ：用来描述光纤集光能力的大小 归一化频率V：用来描述光纤中传播模式 多模光纤中有不同模式的存在，具有不同的群速度。 把由不同速度造成的时延叫做光纤的响应时间
《fiber optic communication system》 《光纤通信系统》课件 CHAPTER5汇总
A optoelectronic repeater, called a regenerator, is nothing but a receivertransmitter pair that detects the incoming optical signal, recovers the electrical bit stream, and then converts it back into optical form by modulating an optical source. It performs three functions-reamplification, reshaping, and retiming (the 3Rs). Optical amplifiers amplify the optical bit stream directly without requiring conversion of the signal to the electric domain. The spacing L between regenerators or optical amplifiers, often called the repeater spacing, is a major design parameter simply because the system cost reduces as L increases. The bit rate-distance product, BL, is generally used as a measure of the system performance for point-to-point links.
5.1.1 Point-to-Point Links
光纤通信
发送：CPU通过专用 IC芯片将并行数据串行化，并根据通信格式插入相应位码（起始、停止、校验位等）， 由输出端 TXD将信号送入光纤接插件（即定插头），再由光纤接插件中的光源进行电—光转换，转换后的光信号 通过光纤动插头向光纤发送光信号，光信号在光纤中向前传播。
接收：来自光纤的光信号经光纤接插件的动插头，向定插头的接收器发送，接收器将接受到的光信号进行 光—电还原，从而得到相应的电信号，该电信号送入到专用的 IC芯片的RXD输入端，经专用 IC芯片将串行数据 改为并行数据后，再向 CPU传送。
光纤通信
专业名称
01 专业概述
03 发展
目录
02 专业设置 04 趋势
光纤通信技术（optical fiber communications）从光通信中脱颖而出，已成为现代通信的主要支柱之一， 在现代电信网中起着举足轻重的作用。光纤通信作为一门新兴技术，其近年来发展速度之快、应用面之广是通信 史上罕见的，也是世界新技术革命的重要标志和未来信息社会中各种信息的主要传送工具。
从事光纤通信线路工程和接入网的设计、施工、概预算编制和工程监理；光纤通信设备的安装、调试和操作 维护；通信网络规划设计、施工、监理等工作。
发展
光纤通信是现代通信网的主要传输手段，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．
专业设置
主要课程
培养Байду номын сангаас标
就业方向
本专业培养能从事光纤网络工程的规划建设、SDH系统的调测维护、电信核心网络和接入网络的工程维护等 工作的应用型人才。具有较强的电缆、光缆设计与施工、线路规划概预算的能力以及在光纤通信设备安装、调试 与维护及其相关领域从业的综合职业能力。
光纤通信_百度百科解析
光纤通信_百度百科光纤通信光纤通信技术从光通信中脱颖而出,已成为现代通信的主要支柱之一,在现代电信网中起着举足轻重的作用。
光纤通信作为一门新兴技术,其近年来发展速度之快、应用面之广是通信史上罕见的,也是世界新技术革命的重要标志和未来信息社会中各种信息的主要传送工具。
光纤即为光导纤维的简称。
光纤通信是以光波作为信息载体,以光纤作为传输媒介的一种通信方式。
从原理上看,构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。
光纤除了按制造工艺、材料组成以及光学特性进行分类外,在应用中,光纤常按用途进行分类,可分为通信用光纤和传感用光纤。
传输介质光纤又分为通用与专用两种,而功能器件光纤则指用于完成光波的放大、整形、分频、倍频、调制以及光振荡等功能的光纤,并常以某种功能器件的形式出现。
光纤通信之所以发展迅猛,主要缘于它具有以下特点:(1)通信容量大、传输距离远;一根光纤的潜在带宽可达20THz。
采用这样的带宽，只需一秒钟左右，即可将人类古今中外全部文字资料传送完毕。
目前400Gbit/s系统已经投入商业使用。
光纤的损耗极低，在光波长为1.55μm附近，石英光纤损耗可低于0.2dB/km，这比目前任何传输媒质的损耗都低。
因此，无中继传输距离可达几十、甚至上百公里。
(2)信号串扰小、保密性能好;(3)抗电磁干扰、传输质量佳,电通信不能解决各种电磁干扰问题，唯有光纤通信不受各种电磁干扰。
(4)光纤尺寸小、重量轻,便于敷设和运输;(5)材料来源丰富,环境保护好，有利于节约有色金属铜。
(6)无辐射,难于窃听,因为光纤传输的光波不能跑出光纤以外。
(7)光缆适应性强,寿命长。
(8)质地脆，机械强度差。
(9)光纤的切断和接续需要一定的工具、设备和技术。
(10)分路、耦合不灵活。
(11)光纤光缆的弯曲半径不能过小（>20cm）(12)有供电困难问题。
利用光波在光导纤维中传输信息的通信方式．由于激光具有高方向性、高相干性、高单色性等显著优点，光纤通信中的光波主要是激光，所以又叫做激光－光纤通信．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．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．。
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The emergence of a new technology is marked by a solid circle.
Increase in bit rate–distance product BL during the period 1850–2000.
光纤通信与电缆或微波通信传 输能力的比较
光通信领域的研究热点
DWDM的宽带光放大器技术； 色度色散和偏振模补偿技术； 全光网及全光器件的技术； 光时分复用技术； 非线性光学问题； …
五、本课程的要求及特点
要求：掌握光纤通信系统所涉及的各种 器件、技术的功能及作用；掌握重要器 件、技术的原理。 课程特点：涉及光学、半导体及通信等 学科内容，面广。
二、光纤通信要解决的基本问题
信息传输的目的：人们希望光纤通信系 统能将频带尽可能宽的信号以尽可能低 的成本传输到尽可能远的地方。 光纤通信要解决光纤线路问题及基于光 纤传输的光发射及光检测问题。
要解决的光纤线路问题
（1）光纤的设计与制造问题 （2）光信号的放大问题 （3）光信号码形的控制问题 （4）光通道中噪声的抑制问题 （5）光通道中反向噪声的隔离问题 （6）光路控制问题 （7）已铺设光缆的扩容问题 （8）DWDM通信中的非线性光学问题 ….
远红外 红外 可见光 紫外线 （300至25μ m） （25至0.76μ m） （0.76至0.39 ）
长波 中波 短波 微波 毫米波 3000km 30km 300m 3m 3cm 光波 X射线γ 射线 宇宙射线 30pm 0.3pm 波长
0.3mm 3μ m 30nm 0.3nm
光纤通信系统基本组成
Increase in the BL product over the period 1975 to 2000 through several generations of lightwave systems.
International undersea network of fiber-optic communication systems around 2000.
电 发 送 机 光 发 送 机 光源 调制 光纤 光纤 中 继 光 接 收 机 电 接 收 机
光检测器 解调
光纤通信系统示意图
光纤通信系统基本组成
电信号
电 光 转 换
光纤
光信号
光 电 转 换
电信号
光纤通信系统示意图
应用
电信网： 广电网：
新技术：FSO (Free Space Optics)
光纤通信
Fiber-Optic Communication Technology
2008/2009学年第二学期
参考书目
光纤通信工程(修订版)，赵梓森著， 人民邮电出 版社 光纤通信（第三版）, [美]Gerd Keiser著，李玉 权、崔敏、蒲涛等译，电子工业出版社，2002 年7月；高等教育出版社(影印版) ，2002年9月 Fiber-Optic Communication Systems(3rd Edition), GOVIND P. AGRAWAL,清华大学出版 社(影印版), 2004年7月
光发射及光检测问题
（1）光源问题 （2）适合于光传输的编码问题 （3）光检测问题 （4）光通信技术体制问题 （5）DWDM中光波长稳定技术及窄谱线 光源技术 （6）光信号的调制问题 …
三、光纤通信的特点
1. 传输容量大 2. 传输距离长 3. 抗电磁干扰性能好 4. 泄漏小，保密性能好 5. 重量轻、体积小 6. 节约金属材料
第一章 概述
主要内容
一、光纤通信的基本概念及系统组成 二、光纤通信要解决的基本问题 三、光纤通信的特点 四、光纤通信的发展历史与趋势 五、本课程的要求及特点
一、光纤通信的基本概念 及系统组成
光纤通信是 以光纤为传输媒质， （光纤窗口） （1.8μ m至0.8μ m）
通信手段 微波无线电 小同轴 中同轴 光缆 光缆 光缆 传输容量 (话路)/条 960 960 1800 1920 14000(1Gb/ s) 6000(445M B/S) 中继距离 /km 50 4 6 30 84 134 1000 km内中继 器个数 20 250 1600 33 11 7
四、光纤通信的发展历史与趋势
古代烽火台 1880年贝尔的光电话 1960年激光器的发明 1970年室温下连续运行的半导体激光器 1966年高锟证明了低损耗光纤的可能 1970年制造出衰减为20dB/km的光纤 1976年开通试验系统，逐步开始商用 1980年代开始作为通信网的主干
一九七四年WRI光纤部开始光纤技术的研 究，一九七七年拉制出国内第一根石英 光纤。 一九七九年研制出符合CCITT建议的梯度 型多模光纤，并于一九八二年用在我国 第一条光纤通信实用化系统。