第1章 2010概述

1.5 光波技术基础
习题一
第1章 概述
1.1 光通信的基本概念
1、什么是光通信？
光通信就是利用光波来传送信息的一种通信技术。
特点：光波的频率比目前电通信使用的频率高得多， 因
而其通信容量很大。
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例如， 一个载波频率为100 MHz的无线电通信系统， 如果带宽利用系数为10%， 则系统带宽为10 MHz； 而 对于载频为10 GHz的微波通信系统， 若带宽利用率仍 为10%， 则系统带宽为1 GHz。 光波的频率一般在 1×1014～4×1014 Hz范围内， 在带宽利用率仍为10%
激光寻的器利用目标漫反射的激光，实现对目标的跟
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跟踪和对导弹的控制，使导弹飞向目标。
3、红外跟踪制导？ 根据目标发出的红外，采用红外自动制导系统的导引头对 目标进行跟踪。
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6、光纤通信的优点？
(1) 通信容量大。 由于光波的可用带宽较大， 一般 在10 GHz以上。目前技术已实现数百GHz。 而金属电缆存在的分布电容和分布电感实际起到了 低通滤波器的作用， 使传输频率、 带宽以及信息承载
关于制导的一些知识：
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1、制导分为哪两种？
激光制导和红外跟踪制导。 2、激光制导？ 激光制导炸弹最早使用在越南战场，1972年5月13日， 14架F-4各一枚激光制导炸弹飞向清川江大桥，炸弹全
部命中目标，桥被拦腰斩断。
20年后的的海湾战争中，以美国为首的多国部队使 用了新一代相当便宜的微型计算机和激光制导系统， 全炸弹的命中率达到几乎令人难以置信的程度。F117A投掷的激光制导炸弹，通过层顶上的通风洞进入
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室内爆炸。激光制导一般用于攻击固定目标，在第二次
海湾战争中，激光制导也开了先例。一架F-111轰炸机
用激光制导炸弹击中伊拉克的直升机。 激光制导分为：激光寻的制导和驾束制导。 驾束制导工作原理：以瞄准线为坐标基线，将激光束在垂 直平面内进行空间位置编码发射，弹上的寻的器接收 激光信号并译码，测出导弹偏离瞄准线的方向和大小， 形成控制信号，控制导弹命中目标。 激光寻的制导：由弹外或弹上的激光束照射目标，弹上的
易挥发的液体和气体周围使用而不必担心会引起爆炸 或起火； 第三， 它比相应的金属电缆体积小, 重量轻,
更便于机载工作， 而且它占用的存储空间小， 运输也
方便。
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(7) 保密。 由于光纤不向外辐射能量， 很难用金 属感应器对光缆进行窃听， 因此， 它比常用的铜缆保 密性强。 这也是光纤通信系统对军事应用具有吸引力 的又一个方面。 (8) 寿命长。 尽管还没有得到证实， 但可以断言，
10－1 1
10－9
10－7
10－5
10－3
10－1
10 103 波长Wavelength(cm)
图 1.1 电磁波频谱图
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5、通信光在电磁波谱中的位置？
红外线（波长＞0.76 μm）：近红外（波长为0.76～
15 μm）、 中红外（波长为15～25 μm）和远红外（波长
为 25～300 μm）。 因此，通信光是在近红外。 这一波段的信号主要用于光波通信、 红外制导、 电子 摄像及天文学。
驱动电路
光源组件 收机
电接口 电信号输 出
图 1.3 光纤通信系统链路的框图
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11、光检测器有哪几种？
光检测器有： 光电二极管（PIN）和雪崩光电二极管（APD）。 作用：将光信号转换为电信号。
将光能转化为电流， 然后再通过电流—电压转换器变
成输出电压信号。
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光发送机
1 2 N
光放 大器 单模光纤
1 2 N
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参考资料
1、刘增基，周洋溢，胡辽林，周绮丽 编著。 《光纤通信》，西安：西安电子科技大学出版社，2005 2、袁国良，李元元 编著。《光纤通信简明教材》，北 京：清华大学出版社，2006 3、顾畹仪，李国瑞 编著。《光纤通信系统》，北京：
北京邮电大学出版社，2006
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4、解金山，陈宝珍 编著。《光纤数字通信技术》，北京：
北京电子工业出版社，2002 5、信息产业部电子第34研究所主办：《光通信技术》 6、张劲松，陶智勇，韵湘 编著。《光波分复用技术》 （光通信丛书）北京：北京邮电大学出版社，2006
第1章 概述
第1章 概述
1.1 光通信的基本概念 1.2 光纤通信的优点 1.3 光纤通信的系统组成 1.4 光纤通信的回顾与展望
波）。 光波的频率一般可达到1013～1014 Hz， 对应的
波长在10～100 000 nm之间。 可进一步将光波细分为 红外线、 可见光和紫外线。
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4、光波的表示？
由于光波频率大，通常用波长表示。 单位： （1）微米 μm (1 μm=10-6 m)； （2） 纳米nm(1 nm=10-9 m)；
(4) 抗噪声干扰。 光纤不导电的特性还避免了光缆 受到闪电、 电机、 荧光灯及其他电器源的电磁干扰 （EMI）， 外部的电噪声也不会影响光波的传输能力。 此外， 光缆不辐射射频（RF）能量的特性也使它不会 干扰其他通信系统， 这在军事上的运用是非常理想的，
而其他种类的通信系统在核武器的影响下（电磁脉冲
信领域得到应用。 继红宝石激光器问世后， 各种不同
材料的激光器相继出现， 如氦-氖激光器、 二氧化碳 激光器、 氩离子激光器和半导体激光器等。
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9、光源 LED和LD区别？
LED和LD的主要区别是： LED是非相干光源， 而
LD是相干光源。
光波相干性的含义是什么？ 具有很好的单色性和方向性。 高速率长距离的光纤通信常采用LD。 低速率短距离的 局域网、 楼宇之间的通信等可以选用LED。
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10、光纤通信的系统组成有几部分？
光纤通信的系统最简单结构——通信链路（非网络）
链路中最基本的三个组成部分是光发射机、 光接收机 和光纤链路。
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光纤连接器 电接口 电信号输 入 光发送机 中继器 光缆线路盒 光纤跳线 光检测器组件 光缆终端盒
光纤连接 器 光纤 光缆
光缆终端盒
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3、什么是光纤通信？
它是光通信的一个重要组成部分，以光纤为光传播
载体的一种最有前途的通信技术。
前景： 目前的通信正向全光通信（光纤通信）发展。 光通信：光纤通信+无线光通信
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对于光波来说， 波长常用单位有微米 μm(1 μm=10-6 m)、 纳米nm(1 nm=10-9 m)、 埃A° (1=10-10 m)。 图1.1给出了光波在电磁波频谱中的大体位置分布 （注意： 通常将频率为1 GHz以上的无线电波称为微
光纤通信系统的总成本比相应的金属电缆通信系统的
要低。 (3) 抗电磁干扰。 光纤通信系统避免了电缆间由 于相互靠近而引起的电磁干扰。 金属电缆发生干扰的 主要原因就是金属导体向外泄漏电磁波。 由于光纤的 材料是玻璃或塑料， 都不导电， 因而不会产生电磁波 的泄漏， 也就不存在相互之间的电磁干扰。
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带信息进行长距离传输。 因此激光器的出现使得光通
信进入了一个崭新的阶段。
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激光一词是从英文LASER翻译过来的， 而LASER 一词是由英文“Light Amplification by Stimulated
Emission Radiation”中的首字母构成的， 其含义是受激
辐射光放大。 由于其频率很高, 可极大地提高通信容量， 因此引起了通信工作者的广泛重视， 使激光很快在通
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(4) 需要专用的工具、 设备以及培训。 需要使用
专用工具完成光纤的焊接以及维修； 需要专用测试设 备进行常规测量； 光缆的维修既复杂又昂贵， 从事光 缆工作的技术人员需要通过相应的技术培训并掌握一 定的专业技能。 (5) 未经受长时间的检验。 光纤通信系统的普及 时间不太长， 还没有足够的时间证实它的可靠性。
的情况下， 系统的利用带宽在10 000～40 000 GHz范
围内， 这是电通信无法比拟的。
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2、光波的电磁频谱
光波实际上是一高频的电磁波。 在讨论高频电磁 波时， 我们习惯采用波长来代替频率描述。 波长与频 率的关系为
c f
（1.1）
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其中： λ为电磁波的波长， 其物理含义是电磁波 在时间上变化一周， 其波前在空间变化一周所行进的 长度; c为光波在自由空间中传播的速度， 其值为 3×108 m/s； f为电磁波的频率， 其物理含义是交变电 磁波在单位时间（每秒）变化的周期数。
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12、 光中继器的作用？
光中继器，也叫光放大器。在光纤链路中对光信号
进行放大，补偿信号由于长距离传送所损失的能量后，
继续传播。 两种光放大器： （1）“光-电-光”放大器； （2）“光-光：放大器。
两者的区别？
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13、目前使用何种光放大器？
早期使用： “光-电-光”放大器； 目前使用： “光-光”放大器。例：半导体光放大器 （SOA）；或掺铒光纤放大器（EDFA）。特别是后者 使用最普遍。
光纤通信系统远比金属设施的使用寿命长， 因为光缆
具有更强的适应环境变化和抗腐蚀的能力。
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7、 光纤通信系统缺点？
(1) 接口昂贵。 在实际使用中， 需要昂贵的接口器
件将光纤接到标准的电子设备上。
(2) 强度差。 光缆本身与同轴电缆相比抗拉强度要 低得多。 这可以通过使用标准的光纤包层PVC得到改善。 (3) 不能传送电力。 有时需要为远处的接口或再生 的设备 提供电能， 光缆显然不能胜任，在光缆系统中 还必须额外使用金属电缆。