光纤通信 第九章
《光纤通信》课件
光纤放大器增强信号强度，提高传输距离。
光纤芯层和包层
光纤由芯层和包层构成，光信号通过芯层传输。
光纤接口技术
光纤连接器和光纤插入损耗技术确保信号的高 效传输。
光纤通信的优势
光纤通信相比传统的电缆通信具有如下优势：
1 高带宽
光纤能传输更大容量的数据。
2 低损耗
光纤的传输损耗较小，信号质量更高。
光纤通信的挑战
1 成本
光纤通信的建设和维护成本相对较高。
2 光纤连接
光纤连接需要特殊的技术和设备。
3 光纤安全
保护光纤通信的安全性是一个重要的挑战。
光纤通信的未来展望
5G技术
光纤通信将为5G技术的发展 供高速、稳定的传输支持。
物联网
光纤通信的广泛应用将助力物 联网的快速发展。
量子通信
光纤通信在量子通信领域有着 巨大的潜力和应用前景。
《光纤通信》课件
光纤通信是一种利用光信号传输数据的先进技术。它在现代通信领域有着广 泛的应用和巨大的优势。
发展历程
1
20世纪60年代
光纤通信的概念首次提出。
20世纪70年代
2
光纤通信的第一条实用化系统推出。
3
20世纪80年代
光纤通信开始在长距离通信中广泛应用。
光纤通信原理
全内反射原理
光信号在光纤内不断发生全内反射，实现信号 的传输。
3 抗干扰
光纤对电磁干扰和信号窃听具有较强的抵抗 能力。
4 长距离传输
光纤可以实现长距离的高速传输。
光纤通信的应用
电信网络
光纤通信是现代电信网络的主要传输方式。
数据中心
光纤连接数据中心内的服务器，实现高速数据传输。
非线性光纤光学第九章-受激布里渊散射
调制不稳定性和混沌：当两反向传输的泵浦波同时出现时， 即使它们的强度都未能达到布里渊阈值，也能发生另一种 不稳定性，这种SBS感应的调制不稳定性类似于XPM感 应调制不稳定性 ；根据泵浦的不同，斯托克斯功率表现为 周期性或准周期性振荡，并最终变为混沌 。
5. 布里渊光纤激光器
连续（CW）运转的布里渊激光器
环形腔结构可以提高泵浦功率，使阈值降低，可用于高精度 激光陀螺仪中
分束器 定向耦合器 透镜 斯托克斯波 扫描光谱分析仪 泵浦波
激光器
图9.18 光纤布里渊环形激光器的示意图，定向耦合器将泵浦光束注入环 形腔内
F-P腔结构的布里渊激光器同时存在前向和后向传输的泵浦 波和斯托克斯波分量，不仅能通过级联SBS过程产生更高级
在稳态条件下，这两项为零，方程简化为前面最初的方 程。
弛豫振荡：在达到稳定值时，有弛豫振荡现象；如果存在 外反馈，弛豫振荡会转变为稳定振荡 。
解释：在光纤输入端附近，斯托克斯波的迅速增大消耗了大 量泵浦波，导致增益下降，直到泵浦波的消耗部分从光纤出 来，增益才重新恢复。上述过程重复进行形成了振荡。
近似相等
As 1 As 2 As i As 2 Ap z vg t 2
2
A i A Q
i 2 Q Q 1 vA B i B Ap As* t z Aeff 2
声波振幅
说明：以上方程只考虑到SPM和XPM效应，没有考虑色散！
本 章 小 结
1、SBS特点 增益带宽窄（约10GHz），这说明SBS效应被约束在 WDM系统的单个波长信道内 功率阈值与光源线宽有关，光源线宽越窄，功率阈值越低
光纤通信第九章 ppt课件
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生来自我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
• 1.实训目的 • (1)熟悉光缆的构造; • (2)掌握光缆的端别识别方法; • (3)掌握光缆的线序色谱规律。 • 2.实训设备 • 实训设备主要包括:光缆、开缆工具(开缆刀、光纤剥线钳、剪刀、钢
• 9.1 光缆的色谱分析 • 9.2 光纤光缆的接续 • 9.3 光缆测试 • 9.4 光发送机参数测试 • 9.5 光接收机参数测试
• 本章目的 • 通过实训项目，巩固和提高理论知识，加深对光纤通信的理解 • 知识点 • (1)色散分析 • (2)OTDR • (3)参数测试
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精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 每盘光缆两端应分别有端别识别标志，一般识别方法是面对光缆端面， 由领色光纤(或导电线或填充线)以红一绿(或蓝一黄等)顺时针为A端， 逆时针为B端。或在顺时针方向上松套管序号增大时为A端，反之为B 端;A端标志为红色，B端标志为绿色;由领示色光纤按顺时针排列时为 A端，反之为B端。
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注意不要伤及芯线)。 • (3)剪断填充线、加强件。剪断填充线、加强件后，用光纤剥线钳剥
去套管，观察套管内光纤。
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• (4)识别。正确识别套管顺序、芯线色谱及线序，达到熟练程度。 • (5)做好记录。 • 6.实训思考题 • (1)如何快速准确地依据填充线分辨套管顺序? • (2)如何根据套管中的芯线色谱识别光缆芯线线序? • (3)工程实践中如何正确判别光缆传输端别? • (4)如何正确使用开缆刀、剥线钳等工具? • 7.实训报告 • (1)报告形式。提交实训报告电子文档及其打印稿(或手写稿)各一份 • (2)报告内容
光同步数字传输网
②SDH/SONET组成
第一代SDH/SONET，在一个上/下话路站点， 只有那些需要被获取的信号下路或被插入， 其它业务无需经特殊处理而继续通过网络单 元。
②SDH/SONET组成
第了交叉连接功能。在网络边缘， 终端复用器TM让载体进行VC-3/VC-4 (STS1/STS-3)交换。
帧结构
STS-1帧是SONET帧的最为基本的组装块 STS-1帧有810字节长，帧中的字节分成9行， 每行90列，每行开头的几个字节作为时 钟同步和维护信息
SONET的复用方式
使帧尺寸与线路位速率相关的最大好处就是 使得同步多路复用成为可能，即可直接将三 个STS-1速率的SONET流合并成一个STS-3 速率的SONET流，同时保持同步。
实现DoS的三项关键技术
2、虚拟级联（VC）
虚拟级联（VC）是一种逆多路复用技术，可 将任意数量的SDH/SONET信道组合成一个 异步单字节流。 虚拟级联的一个主要特色是，从逻辑上组合 在一起的单个传输通道可以通过网络单独路 由。这就意味着，只需源和目的节点具有VC 功能就够了，对于中间节点而言，传输是透 明的。
三路STS-1复用为一路STS-3示意图
虚容器(VC)和虚支路(VT)
为了使SONET能够传输低速率的数据，将 低速率的数据映射到STS-1的负载中，每一 个都称为一个虚支路，每个VT都是一个独立 的数据封装，使用什么虚支路的类型取决于 应用程序的需求 VT决定了如何将一个载波信号映射到 SONET帧中，从设计上保证了异步和同步信 号的传输。
④ SONET分层和OSI模型
⑤网络拓扑和故障恢复
SDH/SONET环网
SDH/SONET无须使用复杂的专有前端CPU 或者设备，可以较为容易地增加和去除信道。 SDH/SONET依靠光纤传输介质来达到非常 高的服务质量和吞吐量。
光纤通信原理与技术课程教学大纲
《光纤通信原理与技术》课程教学大纲英文名称:Fiber Communication Principle and its Application学时:51 学分：3开课学期：第7学期一、课程性质与任务通过讲授光纤通信技术的基础知识,使学生了解掌握光纤通信的基本特点，学习光纤通信系统的三个重要组成部分：光源（光发射机）、光纤（光缆）和光检测器（光接收机)。
通过本课程的学习，学生将掌握光纤通信的基本原理、光纤通信系统的组成和系统设计的基本方法,了解光纤通信的未来与发展，为今后的工程应用和研究生阶段的学习打下基础。
二、课程教学的基本要求要求通过课堂认真听讲和实验课,以及课下自学，基本掌握光纤通信的基础理论知识和应用概况，熟悉光纤通信在电信、通信中的应用，为今后的工作打下坚实的理论基础。
三、课程内容第一章光通信发展史及其优点（1学时）第二章光纤的传输特性（2学时）第三章影响光纤传输特性的一些物理因素（5学时）第四章光纤通信系统和网络中的光无源器件(9学时）第五章光纤通信技术中的光有源器件（3学时)第六章光纤通信技术中使用的光放大器（4学时）第七章光纤传输系统（4学时)第八章光纤网络介绍（6学时）第九章光纤通信原理与技术实验(17课时)四、教学重点、难点本课程的教学重点是光电信息技术物理基础、电光信息转换、光电信息转换，光电信息技术应用,光电新产品开发举例。
本课程的教学难点是光电信息技术物理基础。
五、教学时数分配教学时数51学时，其中理论讲授34学时，实践教学17学时。
（教学时数具体见附表1和实践教学具体安排见附表2）六、教学方式理论授课以多媒体和模型教学为主，必要时开展演示性实验。
七、本课程与其它课程的关系1。
本课程必要的先修课程《光学》、《电动力学》、《量子力学》等课程2。
本课程的后续课程《激光技术》和《光纤通信原理实验》以及就业实习。
八、考核方式考核方式：考查具体有三种。
根据大多数学生学习情况和学生兴趣而定其中一种.第一种是采用期末考试与平时成绩相结合的方式进行综合评定.对于理论和常识部分采用闭卷考试，期末考试成绩占总成绩的55％，实验成绩占总成绩的30%，作业成绩及平时考勤占总成绩的15％；第二种是采用课程设计（含市场调查报告)和平时成绩相结合的方式，课程设计占总成绩的55%,实验成绩占总成绩的30％,作业成绩及平时考勤占总成绩的15％。
光纤通信课后答案
全书习题参考答案第1章概述1.1 填空题（1）光导纤维（2）掺铒光纤放大器(EDFA) 波分复用(WDM) 非零色散光纤(NIDSF) 光电集成(OEIC)（3）0.85µm 1.31µm 1.55µm 近红外（4）光发送机 光接收机 光纤链路（5）光纤 C=BW×log2(1+SNR) 信道带宽（6）大 大（7）带宽利用系数（8）可重构性可扩展性透明性兼容性完整性生存性1.2 解：利用光导纤维传输光波信号的通信方式称为光纤通信。
即以光波为载频，以光纤为传输介质的通信方式称为光纤通信。
1.3 解：（1）传输频带宽，通信容量大（2）传输距离长（3）抗电磁干扰能力强，无串音（4）抗腐蚀、耐酸碱（5）重量轻，安全，易敷设（6）保密性强(7) 原料资源丰富1.4 解：在光纤通信系统中，最基本的三个组成部分是光发送机、光接收机和光纤链路。
光发送机由电接口、驱动电路和光源组件组成。
其作用是将电信号转换为光信号，并将生成的光信号注入光纤。
光接收机是由光检测器组件、放大电路和电接口组成。
其作用是将光纤送来的光信号还原成原始的电信号。
光纤链路由光纤光缆、光纤光缆线路(接续)盒、光缆终端盒、光纤连接器和中继器等构成。
光纤光缆用于传输光波信息。
中继器主要用于补偿信号由于长距离传送所损失的能量。
光缆线路盒：将光缆连接起来。
光缆终端盒：将光缆从户外引入到室内，将光缆中的光纤从光缆中分出来。
光纤连接器：连接光纤跳线与光缆中的光纤。
1.5解：“掺铒光纤放大器(EDFA)+波分复用(WDM)+非零色散光纤(NIDSF)+光电集成(OEIC)”正成为国际上光纤通信的主要发展方向。
1.6 解：第一阶段（1966~1976年），实现了短波长（0.85µm）、低速（45或34 Mb/s）多模光纤通信系统，无中继传输距离约10km。
第二阶段（1976~1986年），光纤以多模发展到单模，工作波长以短波（0.85um）发展到长波长，实现了波长为1.31µm、传输速率为140~165Mb/s的单模光纤通信系统，无中继传输距离为50~100km。
FP_光学滤波器
多层介质膜工作原理
1 / 4 2 / 4
入射光 A B 反 射 光C n1
透射光
n2 > n1 n1
透射光
n2
n2
1
2
1
2
1 反 射 系 数 0 330
o
550 770
(nm)
(a)对 反射 光 相长 干 涉 的原 理
(b) 反 射系 数 与波 长 的 关系
• 所有从前后相挨的两个界面上反射的波都具有 相长干涉的特性 ( 相位差为 180 度 ) ，经过几层 这样的反射后，透射光强度将很小，而反射系 数将达到 1。
2. 切趾型光栅： 两端折射率分布逐渐递减至零，消除了折射率突 变，从而使反射谱不存在旁瓣
高斯切趾
平均值为零 的升余弦切 趾
3. 啁啾光栅：
折射率调制幅度不变，而周期沿光栅轴向变化， 反射谱宽增加
长波长
短波长
4. 取样光栅Sampled gratings：梳状滤波器
5. 相移光栅Phase-shifted FBGs:
Pout,2=cos2(1L/2)Pin,1+sin2(2L/2)Pin,2
注:交叉项频率是光载波频率的两倍,在光检测器的响应能力之外,因而去除.
欲将1和2复用到输出端口2，则1L/2=及2L/2=/2 ， 或者： 1 1 ( 1 2 )L 2neff L 2 1
•F-P腔的自由谱区FSR 必须大于多信道复用信 号的频谱宽度，以免使 信号重叠，造成混乱。
•在DWDM中，信道间 距小于1nm，所以要求 F-P腔有较窄的带宽F。
f1 f2 f3
P1 P2 P3
………….
fN
………….
光纤知识点总结(5-9章)
光纤知识点（5-9章）第五章知识点1.数字传输体制有两种：是不同的传输体制协议。
SDH（同步数字传输体制）PDH（准同步数字传输体制）2. SDH对模型的下列几个方面做了规定：（1）网络节点接口（2）同步数字体系的速率（3）帧结构。
（1）网络节点接口传输设备：光缆传输系统设备；微波传输系统设备；卫星传输系统设备。
网络节点：只有复用功能（简单）；复用、交叉连接多种功能（复杂）。
（2）速率：同步传输模块：STM-N，N＝1、4、16 等。
STM-1 155.520Mbit/s 155Mbit/sSTM-4622.080Mbit/s 622Mbit/sSTM-16 2488.320Mbit/s 2.5Gbit/sSTM-64 9953.280Mbit/s 10Gbit/sSTM-256 39813.12Mbit/s 40Gbit/s（3）帧结构：SDH 帧为块状帧结构，共有9 行，270 列，以字节为单位。
一个STMN 帧有9 行，每行由270×N 个字节组成。
这样每帧共有9×270×N 个字节，每字节为8 bit。
帧周期为125μs，即每秒传输8000 帧。
对于STM1 而言，传输速率为9×270×8×8000=155.520 Mb/s 。
字节发送顺序为：由上往下逐行发送，每行先左后右。
（结构图见书127页，重点）3.STM-N 帧包括三个部分：SOH、AU-PTR、PAYLOAD（结构图见书127页，重点）（1）段开销SOH：RSOH，再生段开销：1～3 行。
MSOH，复用段开销：5～9 行。
区别：监管范围不同。
如：若光纤上传输2.5G 信号，RSOH 监控STM-16 整体的传输性能。
MSOH 监控每一个STM-1 的传输性能。
（2）管理指针AU-PTR：指示净负荷PAYLOAD 中信息的起始字节位置，便于接收端从正确的位置分解出有效传输信息。
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则更小，只有0.8~2nm，甚至小于0.8nm，因 此这样的系统习惯上称为密集波分复用 （DWDM）系统。 DWDM系统广泛用于长途通信，然而随着技 术的发展，用户需求的提高，现在也越来越 多地将其应用到城域网和接入网之中。
2.WDM系统的特点
WDM系统具有以下的主要特点：
(1) (2) (3) (4) (5) (6)
9.2光波分复用原理
1.
OWDM原理 波分复用（OWDM）是在一根光纤中同时传输 两种或多种不同波长的光波信号，WDM原理如 图9-2-1所示。
n个光发送机发送出由不同波长λ1，λ2，…λn
承载的光信号，通过光复用器耦合到同一根 单模光纤中，经过光纤传输到达接收端后， 由解复用器将不同波长信号在空间上分开， 分别进入各自的光接收机。对于长途通信， 还需要在传输光纤中加入中继器或光放大器， 以补偿光信号的损耗。
在OCDM中，一般只能用光强度作为调制信
息，即相当于(0,1)单极性码。OCDM系统的 地址码主要有光正交码、素数码、二次同余 码及混合码等。下面简单介绍光正交码，一 个正交码C是一串{0,1}序列码，可表示为（n， ω，λa，λc），其中n是码长也称为扩频系数， ω是码重(码中1的个数)，λa是自相关限，为 任意一个码字自相关的最大侧峰值，λc是互 相关限，为任意两个不同码字之间的互相关 的最大值。
充分利用光纤的巨大带宽资源 同时传输多种不同类型的信号 节约线路投资 多种应用形式 降低器件的超高速要求 高度的组网灵活性、经济性和可靠性
3. WDM技术的应用形式
WDM技术从传输方向分：
单纤双向结构 双纤单向结构
如图9-2-2所示。图 (a)为双向结构，它是采用两根 光纤，每根光纤中所有波长的信号都在同一方向上 传播。图 (b)为双向结构，系统则只用一根光纤，多 个波长的信号可以在两个方向上同时传播。
3．副载波复用(SCM)
副载波复用（SCM）的概念源于微波频分复用
通信技术，它利用光纤在光载波上传输多信 道微波信号。如图9-1-5所示
在副载波复用技术中，包含两次调制，第一
次是电调制，即将多个基带信号分别调制到 具有不同的微波频率的电载波上；然后再进 行光调制，即将这些经频分复用的群信号调 制到光载波，从而形成光信号，使之进入光 纤。同样在接收端先进行光解调，再进行电 解调，恢复为原各路基带信号。由于通常称 电载波为副载波，因此该复用方式简称为副 载波复用方式。
WDM系统的技术规范包括：
1)
绝对参考频率(AFR)和信道间隔
绝对参考频率是为维持光信号频率的精度和稳定度 而规范的特定频率参考。AFR的应用包括：WDM测试 设备的校准、为制作和校准WDM器件提供参考频率、 直接为多信道系统提供基准频率、控制和维持光源 的工作波长。 ITU-T建议G.692文件，在考虑了各国的频率标准和 国际度量衡委员会(CIPM)的相关建议的基础上，确 定WDM系统的绝对参考频率规范为193.10THz。
1552.93 1553.33 1553.73 1554.13 1554.54 1554.94 1555.34 1555.75 1556.15 1556.55 1556.96 1557.36 1557.77 1558.17 1558.58 1558.98 1559.39 1559.79 1560.20 1560.61
195.60
195.50 195.40 195.30 195.20 195.10
1528.77 1529.16 1529.55 1529.94 1530.33 1530.72 1531.12 1531.51 1531.90 1532.29 1532.68 1533.07 1533.47 1533.86 1534.25 1534.64 1535.04 1535.43 1534.82 1536.22 1536.61
1）比特间插OTDM
比特间插OTDM的原理见图9-1-1。在比特间插 OTDM帧中，每个时隙对应一个待复用的支路信息 (一个比特)，同时有一个帧脉冲信息，形成高速的 OTDM信号，主要用于电路交换业务。
2）分组间插OTDM
分组间插OTDM的原理见图9-1-2。分组间插OTDM帧 中每个时隙对应一个待复用支路的分组信息(若干 个比特区)，帧脉冲作为不同分组的界限，主要用 于分组交换业务。
196.10 196.05 196.00 195.95 195.90 195.85 195.80 195.75 195.70 195.65 195.60 195.55 195.50 195.45 195.40 195.35 195.30 195.25 195.20 195.15 195.10
196.10 196.00 195.90 195.80 195.70
194.10 194.05 194.00 193.95 193.90 193.85 193.80 193.75 193.70 193.65 193.60 193.55 193.50 193.45 193.40 193.35 193.30 193.25 193.20 193.15 193.10
194.10 194.00 193.90 193.80 193.70
1537.00 1537.40 1537.79 1538.19 1538.58 1538.98 1539.37 1539.77 1540.16 1540.56 1540.95 1541.35 1541.75 1542.14 1542.54 1542.94 1543.33 1543.73 1544.13
最初的WDM系统为1310/1550nm两波长系统，
它是利用光纤的两个低损耗窗口1310nm 和 1550nm各传送一路光波信号的系统，主要用 于对原来1310nm 系统进行扩容，两个波长之 间的间隔达两百多纳米，通常称为粗波分复 用（CWDM）系统。
目前的WDM系统复用的波数很多，而通道间隔
3.光转发器技术
WDM光的发射是采用光转发器（OUT）技术，OUT是 WDM的关键技术之一。开放式WDM系统在发送端采用 OTU将非标准的波长转换为标准波长，图9-3-3是一 个OTU的示意图，该器件的主要作用在于把非标准 的波长转换为ITU-T所规范的标准波长，以满足系 统的波长兼容性
2. 光码分复用(OCDM) 技术
光码分复用(OCDM)通信是将码分多址通信技
术与大容量光纤通信技术相结合的一种通信 方式，它是在OCDM通信系统中，每个用户都 拥有一个唯一的地址码。在进行数据信息的 传输时，首先用该地址码数据信息进行光调 制，同样，在接收端用与发射端相同的址码 进行光解码，从而实现用户间的通信。
OCDM的优点
在解码过程中，不需要获得各chip的同步信息，只 要解码器是编码器的时域反演即可将编码信号正确 解码，这相对于OTDM方式大大简化； 保密性很好，数据只能由一个特有的解码序列来恢 复，该密匙可以始终保密，如果没有解码器,，有 信道的频谱是重叠的，无法解复用； 抗干扰信号的频谱非常宽，以至窄带噪声和干扰信 号对数据的传输和恢复没有明显的影响。
1.光时分复用(OTDM)技术
光时分复用是指将多个通道的低速率数字信息以时 间分割的方式插入到同一个物理信道（光纤）中， 复用之后的数字信息成为高速率的数字流。光时分 复用与电时分复用不同，光时分复用的电数字信号 还是低速率的数字流，但是复用的光信号是高速率 的数字流，这样就绕开了高速电子器件和半导体激 光器直接调制能力的限制；而电时分复用是低速率 的电数字信号直接复用成高速率的电数字信号。 光时分复用可分为比特间插OTDM和分组间插 OTDM两种方法。
关于信道间隔，G.692文件规范WDM的信道
间隔为25GHz的整数信，目前优先选用的是 100GHz和50GHz信道间隔。G.652或G.655 光纤系统是均匀间隔。G.653光纤采用非均匀 间隔来抑制四波混频效应。
2) 标准中心频率和偏差
为了保证不同WDM系统之间的横向兼容性，
必须对各个通路的中心频率进行规范，所谓 标称中心频率指的是光波分复用系统中每个 通路对应的中心波长。
193.05 193.00 192.95 192.90 192.85 192.80 192.75 192.70 192.65 192.60 192.55 192.50 192.45 192.40 192.35 192.30 192.25 192.20 192.15 192.10 192.10 192.20 192.30 192.40 192.50 192.60 192.70 192.80 192.90 193.00
中心频率偏差
中心频率偏差定义为标称中心频率与实际中
心频率之差。由于16通路WDM系统的通道间 隔为100GHz，最大中心频率偏移为 ±20GHz(约为0.16nm)。对于8通路WDM系 统，采用均匀间隔200GHz(约为1.6nm)作为 通路间隔，而且为了未来向16通路系统升级， 规定对应的最大中心频率偏差为±20GHz(约 为0.16nm)。
9.3光波分复用技术
1. WDM系统的结构 WDM系统是由光发射机、光接收机、光中继器和光监 控与管理系统构成，如图9-3-1所示为双向结构中其 中一条单向传输的WDM系统总体结构示意图。
2.光波长区的分配
WDM系统的光发射机首先要解决光信号分割问
题，如图9-3-2所示，光信号是按照频率分割 的50 193.40 193.30 193.20 193.10
1544.53 1544.92 1545.32 1545.72 1546.12 1546.52 1546.92 1547.32 1547.72 1548.11 1548.51 1548.91 1549.32 1549.72 1550.12 1550.52 1550.92 1551.32 1551.72 1552.12 1552.52