光通信技术A-复习ppt课件
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光通信技术简介-PPT课件
光谱特性
紫外 Invisible
可见
红外 wavelength
Invisible
850 nm
980 nm 1310 nm
1480 nm
1550 nm
1625 nm
光通信频带范围
光纤通信波长范围目前利用 850, 1310nm和1550nm三个窗口
光纤结构
coating n cladding n core cladding core n cladding n core
E/OConversion
Optical Transmission
O/E Conversion
Electrical transmission
electrical signal processing
Fiber as transmission medium
依据国际标准进行电子信号处理。 将信号转换为光波频带可以利用后来发展起来的光纤 传输的优势。
红外吸收在长波方向限制传输。OH吸收峰在 1400nm附近。 造成三个传输窗口：850, 1310nm和1550nm 。
弯曲下光纤损耗
attenuation coefficient / dB/km -->
3,0 宏弯光纤 2,0
微弯光纤 未弯曲光纤
1,0
0,0 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 wavele网络示意（2）
干线网 层1
STM-4 STM-16 STM-1 Exchange
干线网 层2
Local Exchange
FlexMux
用户 接入
Mux 64/2M
复用技术
•目前PDH、SDH等技术均采用时分复用（TDM）技术。
光通信培训课件
偏振复用技术
偏振复用原理
利用光的偏振态不同，将多个独立信号在同一波长上进行复用，提高传输速率和 容量。
偏振复用技术分类
包括偏振复用直接调制和偏振复用外调制两种方式。
前向纠错技术
前向纠错原理
在发送端对数据进行一定的编码处理，在接收端对接收到的数据进行解码处理，从而纠正传输过程中可能出现的 错误。
前向纠错技术分类
案例四：智慧城市中的光传输技术应用
总结词
详细描述
智慧城市对于光传输技术的需求主要体现在 城市管理和公共服务方面。通过使用光纤和 无线相结合的方式，智慧城市可以实现更高 效、更智能和更便捷的数据传输。
在智慧城市中，光传输技术被广泛应用于城 市管理和公共服务领域。例如，通过使用光 纤传感器和高速光模块，智慧城市可以实现 实时监控和管理城市的交通、公共安全和环 境质量等方面的问题。同时，光纤的无线通 信网络也可以为市民提供高速、便捷的网络
将电信号转换为光信号，通过改变光源的 发光强度或相位来实现。
驱动电路
发送模块
为光源提供合适的偏置和调制电流，以控 制光信号的幅度和相位。
将电信号转换为光信号，并进行电光转换 、调制、发送等操作。
光接收机
01
光检测器
将接收到的光信号转换为电信号 。
限幅放大器
进一步放大电信号，并消除噪声 干扰。
03
02
案例三：电力通信网中的光传输技术应用
总结词
电力通信网对于光传输技术的需求主要体现在高可靠性和安全性方面。通过使用光纤和光器件，电力通信网可以 实现更稳定、更可靠和更安全的数据传输。
详细描述
在电力通信网中，光传输技术被广泛应用于电力线路和变电站之间的互联。通过使用光纤和光器件，电力通信网 可以实现高速、大容量的数据传输，满足电力通信网对于高可靠性和安全性的需求。另外，光纤的物理特性也使 得电力通信网在遭受自然灾害或其他干扰因素时能够保持相对稳定的数据传输服务。
光纤通信ppt课件
10
• 大规模并行机
– 处理器与处理器 – 处理器与内存 – 电互连？光互连？
11
• 神经网络计算机
– 脑神经网络：上万个突触与周边互连 – 密集度！
12
• 集成电路Leabharlann – 带宽 – 互连密度 – 时钟 – 能耗 – 抗干扰
13
• 1.2 光互连的物理依据
– 光学信息通道
• 不具有静质量：真空&介质 • 以介质中的光速传播，与接收信号的元件数无关 • GHz带宽，损耗小
光通信与光电技术
1
课程教学
• 方法
– 基础内容＋知识应用
• 方式
– 课堂讲授
• 考核
– 平时表现＋期末考试
2
课程简介
• 光通信
– 以光波为载体的通信方式
• 光电技术
– 光学、电子学、光电转换
• 光互连
– 用光技术实现两个以上通信单元的链接结构
• 光通信——光互连——光电技术 • 理论层次——应用层次——技术细节
15
• 光学并行性
– 电子之间通过电磁场相互作用 – 光波导可相互穿越（交叉角>10度） – 光互连不受平面或准平面的限制 – 光互连密度的限制
• 自由空间：可分辨的光点尺寸 • 波导：所要求的波导尺寸
16
• 光传输的多维多重复用性
– 波长 – 偏振 – 相位 – 频率
17
• 光互连的扇出数
– 扇出数：广播能力，即一点到多点的连接能力
6
空间光调制器
7
光纤旋转连接器
8
第一章 光通信基础知识
• 1.1 光互连网络概念及背景
– 光互连定义：以光的波粒二相性与物质相互作 用产生的各种现象实现数据和信号传输和交换 的理论和技术
• 大规模并行机
– 处理器与处理器 – 处理器与内存 – 电互连？光互连？
11
• 神经网络计算机
– 脑神经网络：上万个突触与周边互连 – 密集度！
12
• 集成电路Leabharlann – 带宽 – 互连密度 – 时钟 – 能耗 – 抗干扰
13
• 1.2 光互连的物理依据
– 光学信息通道
• 不具有静质量：真空&介质 • 以介质中的光速传播，与接收信号的元件数无关 • GHz带宽，损耗小
光通信与光电技术
1
课程教学
• 方法
– 基础内容＋知识应用
• 方式
– 课堂讲授
• 考核
– 平时表现＋期末考试
2
课程简介
• 光通信
– 以光波为载体的通信方式
• 光电技术
– 光学、电子学、光电转换
• 光互连
– 用光技术实现两个以上通信单元的链接结构
• 光通信——光互连——光电技术 • 理论层次——应用层次——技术细节
15
• 光学并行性
– 电子之间通过电磁场相互作用 – 光波导可相互穿越（交叉角>10度） – 光互连不受平面或准平面的限制 – 光互连密度的限制
• 自由空间：可分辨的光点尺寸 • 波导：所要求的波导尺寸
16
• 光传输的多维多重复用性
– 波长 – 偏振 – 相位 – 频率
17
• 光互连的扇出数
– 扇出数：广播能力，即一点到多点的连接能力
6
空间光调制器
7
光纤旋转连接器
8
第一章 光通信基础知识
• 1.1 光互连网络概念及背景
– 光互连定义：以光的波粒二相性与物质相互作 用产生的各种现象实现数据和信号传输和交换 的理论和技术
光纤通信原理-(全套)PPT课件
为了描述光纤中传输的模式数目，在
此引入一个非常重要的结构参数，即光纤
的归一化频率，一般用V表示，其表达式 如下：
V k 0 n m a2 2 0n m a2 C n m a2
1. 多模光纤
顾明思义，多模光纤就是允许多个模 式在其中传输的光纤，或者说在多模光纤 中允许存在多个分离的传导模。
光纤的作用是为光信号的传送提供传 送媒介(信道)，将光信号由一处送到另一 处。
中继器分为电中继器和光中继器(光放 大器)两种，其主要作用就是延长光信号的 传输距离。
1.3.2 光纤通信系统的分类
根据调制信号的类型，光纤通信系统 可以分为模拟光纤通信系统和数字光纤通 信系统。
根据光源的调制方式，光纤通信系统 可以分为直接调制光纤通信系统和间接调 制光纤通信系统。
1.2 光纤通信的主要特性
1.2.1 光纤通信的优点
1. 光纤的容量大
光纤通信是以光纤为传输媒介，光波为载 波的通信系统，其载波—光波具有很高的 频率(约1014Hz)损耗低、中继距离长
目前，实用的光纤通信系统使用的光 纤多为石英光纤，此类光纤在1.55μm波长 区 的 损 耗 可 低 到 0 . 1 8 dB/km， 比 已 知 的 其 他通信线路的损耗都低得多，因此，由其 组成的光纤通信系统的中继距离也较其它 介质构成的系统长得多。
图2.2 光纤的折射率分布
光纤的折射率变化可以用折射率 沿半径的分布函数n(r)来表示。
n r n n 1 2
r a r a
2. 按传输模式的数量分类
按光纤中传输的模式数量，可以将光 纤分为多模光纤(Multi-Mode Fiber，MMF) 和单模光纤(Single Mode Fiber，SMF)。
光通信技术PPT课件
stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3r光中继器3rstm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端stm16终端dwdmstm16终端stm16终端16条波长信道1?16stm16终端stm16终端1?1616条波长信道edfaiso组织成立于1946年10月总部设于瑞士日内瓦有九十四个会员国组成137个国家或地区采用该组织标准三种网络设备有着不同的性质决定了这三种网络设备有着不同的性质决定了这三种网络中设备开发的不同考虑
各种新技术、新器件使波分复用迅速推广使用
EDFA、复用/解复用器、新型光纤，色散补偿技术等
密集波分复用(DWDM)系统
光纤传输容量极限
增加谱宽：1300nm～1700nm=54.3THz
各种新技术、新器件使波分复用迅速推广使用
EDFA、复用/解复用器、新型光纤，色散补偿技术等
密集波分复用(DWDM)系统
光纤传输容量极限
增加谱宽：1300nm～1700nm=54.3THz
光通信培训ppt课件
守规则做事。培养主动积极
的精神。
✓
培养好习惯，遵守 规则的员工；
营造良好的团队精 神。
.
1. 检查表； 2. 红牌子作战。
如： 1. 应遵守出勤、作息时间； 2. 工作应保持良好的状态（如不可以随意谈
天说笑、离开工作岗位、看小说、打瞌睡 、吃零食等）； 3. 服装整齐，待好识别卡； 4. 待人接物诚恳有礼貌； 5. 爱护公物，用完归位； 6. 保持清洁； 7. 乐于助人；
大功率激光器及光探测器一般采
用调节三个轴的方法。
.
35
耦合图示
焦距 X
Y
.
36
5S基本知识
5S是日文SEIRI(整理)、 SEITON(整顿)、SEISO(清扫)、 SEIKETSU(清洁)、SHITSUKE(修 养)这五个单词，因为五个单词前 面发音都是“S”，所以统称为 “5S”。它的具体类型内容和典型
.
3
4.光纤结构及光传输原理
空气(折射率n1) θ
水(折射率n2)
折射率：n1<n2 θ被称作临介角
.
纤芯（n2）
包层（n1）
n1<n2
4
光纤的种类
单模光纤 外径125微米 内径9微米
多模光纤 外径125微米 内径50或62.5微米
.
5
5 .光纤通信系统组成
电光
端
端 送
机 （发）
光 中 继 机
.
20
PD的主要参数
饱和光功率（Ps）：在工作速率 下，当误码率为某一数值时的最 大接收光功率。
.
21
PIN-TIA内部结构
.
22
PD的管脚定义----155M
光通信技术PPT课件
光通信在中国的发展
光通信在中国的发展
光纤网络的分类
SST终ST终MSTM终端ST端MS-终T1-终端MST1终6M-端ST6M1终端S-T6端M1S-终T1-终6端MST1终6M-端ST6M1终端S-T6端M1S-终T1-终6端MST1终6M-端ST6M1终端-T6端M1-终1-6端M16-端61-616光光中(光3中(光R继3中(光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器R)继3中(器R)继3器R)继器)器光光中(光3中(光R继3中(光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器R)继3中(器R)继3器R)继器)器
光光中(光3中R继中)继器继器器 (光3(光R3中(光R)3中(光R)继3中(光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中(器光R)继3中器R)继中器)继器继器器 (光3(R3中R) )继器 (3R)
SST终ST终MSTM终S端TSM端终-T终1-SM端T终1M6-S端TM6终1S端-TSM端6终1-T终1-SM端6T终1M6-S端TM6终1S端-TSM端6终1-T终1-SM端6T终1M6-S端TM6终1端-TM端6终1-1-M端616-端61-616
G.655
20 10
G.653
0 -10 -20
1300
1400
波长(nm)
1500
1600
1700
光通信复习及(3)幻灯片PPT
用A表示：指的是光源和光检测器 之间的损耗，表示为：
A P S P R 2 c N s fL M
其中N为光纤接头数，假设每盘光纤长度为Lf，
则有： N LL f 1
则传输距离为：
LP SP Rf 2 sc L f sM
例，某光接收机的灵敏度为-42dBm,光源为50μw(-13dBm) 的平均光功率耦合进光纤，功率富裕度为6dB,发送机和接收 机的连接器损耗为1dB,光纤损耗（包含接头损耗） αf=3.5dB/km求传输距离。
解
A P S P R ( 1 ) ( 3 4 ) 2 d 9 B
A P SP R2 cN s fLM
2 13 .5L6
得 L=6km
2.数字系统的设计
2）色散系统的上升时间
当光纤损耗很小的时候，色散是限制传输距离的主要因素。 上升时间：系统在阶跃脉冲作用下，从幅值的10%上升到
90% 所需的响应时间。 链路总的脉冲展宽时间tsys：每种因素引起的脉冲展宽时间ti的
输入 P
C
M 端 机
电信号 光信号
光信号 电信号
输光
光
光输
入发 中 接出
接送
继
收接
口机
器
机口
P 输出
C
M 端 机
5.2 数字光纤通信系统组成原理图
用户输入的电信号是模拟信号（如声音、图 像），这些电信号在PCM端机中被转换为数字信
号。 PCM编码过程包括：抽样、量化、编码
图5.3 PCM 编码 过程
平方和的平方根。 tsys N ti212 1
限制数据速率的几个因素： 发送机展宽时间ttx：主要由光源和驱动电路决定； 接收机展宽时间trx：主要由光检测器响应和接收机 前端3dB带宽决定。如果光接收机的3dB电带宽Brx用 兆赫兹表示，则接收机前端的展宽时间可用纳秒表 示为：
A P S P R 2 c N s fL M
其中N为光纤接头数，假设每盘光纤长度为Lf，
则有： N LL f 1
则传输距离为：
LP SP Rf 2 sc L f sM
例，某光接收机的灵敏度为-42dBm,光源为50μw(-13dBm) 的平均光功率耦合进光纤，功率富裕度为6dB,发送机和接收 机的连接器损耗为1dB,光纤损耗（包含接头损耗） αf=3.5dB/km求传输距离。
解
A P S P R ( 1 ) ( 3 4 ) 2 d 9 B
A P SP R2 cN s fLM
2 13 .5L6
得 L=6km
2.数字系统的设计
2）色散系统的上升时间
当光纤损耗很小的时候，色散是限制传输距离的主要因素。 上升时间：系统在阶跃脉冲作用下，从幅值的10%上升到
90% 所需的响应时间。 链路总的脉冲展宽时间tsys：每种因素引起的脉冲展宽时间ti的
输入 P
C
M 端 机
电信号 光信号
光信号 电信号
输光
光
光输
入发 中 接出
接送
继
收接
口机
器
机口
P 输出
C
M 端 机
5.2 数字光纤通信系统组成原理图
用户输入的电信号是模拟信号（如声音、图 像），这些电信号在PCM端机中被转换为数字信
号。 PCM编码过程包括：抽样、量化、编码
图5.3 PCM 编码 过程
平方和的平方根。 tsys N ti212 1
限制数据速率的几个因素： 发送机展宽时间ttx：主要由光源和驱动电路决定； 接收机展宽时间trx：主要由光检测器响应和接收机 前端3dB带宽决定。如果光接收机的3dB电带宽Brx用 兆赫兹表示，则接收机前端的展宽时间可用纳秒表 示为：
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；.
3
求解方法： 由Maxwell方程导出Helmholtz波动方程 代入折射率分布矩阵,加边界条件求出矢量精确解。
波导分类
按几何形状：
一维：平面； 二维：矩形、圆柱形（光纤）
按折射率分布：阶跃型，渐变型
解的形式： 圆柱形波导用极坐标，解为贝塞尔函数形式； 矩形波导用直角坐标，解为指数三角函数形式。
u u
1 W
K1 K0
W W
W
2
1 ln
2
W 0
W
J0 u 0
m 1,2,3,, m
1 u
J m1 u Jm u
1 W
Km1W Km W
m! 2 m1 W
W m 1!
2
m
2m W2
W
Jm u 0
EH1n截止
点:{3.83171,7.01559；.,10.17374}
17
矢量模的分类_截止条件下的波型
；.
4
波导中都存在哪些光波的模式，它们在何种 情况下发生？各自传播常数的特点是什么？
均匀平面波 导模 k0n2k0n1 分离谱 正规模 kz实数 辐射模 k0n2 连续谱 损耗 波导 非均匀平面波 泄漏模 kz复数 分离谱 损耗
消失模 kz虚数 连续谱 储能
；.
5
一维平板波导存在的光波模式：子午模
x0
X2
4
Ey
0
Ey
22
H
X 2
exp
X 2
4
1,2,...n
；.
12
光波在二维阶跃型折射率分布的带状波导中 传输时的振幅分布形式
Ey模的振幅形式：
H1 cosk1x x 1cos k1y y 2 i 1
Hix
e
j
wt
z
H2 cos H3 cos
k2x x 1 k3y y 2
exp p2 y2 exp p3x
i2 i3
H4 cosk4x x 1expp4 y H 51 cos k5y y 2 exp p5x
i4 i5
；.
13
Ey模的特征方程
k yb
tg
1
k yn22 p2n12
tg1
k yn42 p4n12
kxa
tg1
kx p3
tg1
kx p5
n12 n22
J
K
n12 n22
J
' m
u
uJm u
K
' m
W
WK ；.
m
W
0
TM
16
矢量模的分类 截止条件下的波型II m=1 W=0
EH模的特征方程(取+)
n1 n2
1 u
J J
' m
m
u u
1 W
K K
' m
m
W W
m2
1 u2
1 W2
J
' 0
u
J1
u
K
' 0
W
K1
W
m0
1 u
J1 J0
Ex模的特征方程
kyb
tg1
ky p2
tg1
ky p4
kxa
tg1
k x n32 p3n12
tg1
k x n52 p5n12
pi
Ai
2
k
2 j
x i 3, 5
j
y
i 2, 4
Ai
；k. 12 ki2 2 n12 ni2
14
光波在阶跃型折射率分布的光纤中传输时的 振幅分布形式
波动方程：
r2 d 2 R r d R
dr2
dr
n12k02 2 r2 m2 R 0
ra
r2 2 r2 m2 R 0
ra
光波振幅精确波形的矢量解形式
Ez
H
z
exp
jwt
z
m
A1 1
BA22B1K Jm1mWu
tg 1
TE
TM
TE
q h
n22 n12
n32 n22
TM
n12 n32
q h
n12 n32
2
n22 n12
n32 n22
；.
10
非对称阶跃折射率分布的波导参数设计
dh 12 13 dh 13 dk0
n22 n12
2dc c
n22 n12
截止波长:
13
2dc c
n22 n12
x
n3
n1
n2
z
y
各阶横电模TE、横磁模TM的导模与辐射模
Kn1
禁区
导模区
0 1 2 3 kn2
辐射模区
w；.
6
二维带状波导存在的光波模式 ——混合模
Ey Ey Hx
Ex Ex H y
上角标字母：光模的电矢量方向 下角标字母： :沿x方向的极大值个数,沿y方向的极大值个数
；.
7
光纤中存在的光波模式
E2 exp px
x0
TE模谐振方程：
hd arctg p arctg q
h
h
；.
9
导模截止 k0n2
p2 2 k02 n22 0
非对称参量
p
TE 12
TM 12
tg
1
h n12
p
0
n22 h
p0
q
TE 13
TM 13
tg
1
h n12
q
n32 h
HEml模的特征方程(取-)
m0
1 u
J1 J0
u u
n22 n12
1 W
K1 K0
W W
J0 u 0
m 1
1 u
J0 J1
u u
1 W
K0 K1
W W
W 0
1
2m
1
J1 u 0
m2
HE1n模的截止点:{0, 3.83171, 7.01559, 10.17374}
光波模式：各阶导模、辐射模 子午面：横电模TE、横磁模TM、 空间模：圆电模EH（左旋）、圆磁模HE （右旋）
；.
8
光波在各类波导中传输时的振幅分布形式— 一维阶跃型折射率分布的平板波导
n 光波振幅分布形式：
E3 exp qx d x d
Ey exp jwt z E1 coshx 0 x d
光通信技术A-复习
；.
1
结构与基本特性
结构形态：
单结构形状
一维：平面 二维：矩形、圆柱形（光纤）
复结构形状
阵列波导AWG 光子晶体
；.
2
光波导传输光的基本原理
波导内传播导模的条件：全反射+谐振 全反射条件： c=sin-1(n2/n1) n1>n2, >c NA=sin=(n12-n22)1/2 光波在波导内的传输（光程+上下界面反射）满 足横向驻波条件--谐振方程，总相位差=m
c 2dc
n22 n12
tg 1
TE
TM
截止厚度:
d 13 c
c
2 ；.
n22
n12
11
光波在各类波导中传输时的振幅分布形式— 一维渐变折射率分布的平面光波导
折射率分布
n2
x
n12 1
x2 x02
1
Weber-Hermite波动方程
2
光波振幅分布形式：
2Ey
x2
k02n12i 2 2k0 n1
Jm kcr
Km kc' r
0ra ar
；.
15
光波在光纤中传输时的特征方程
J
K
n12 n22
J
K
m2
1 u2
1 W2
n12 n22
1 u2
1 W2
截止条件下: k0n2 W a 2 k02n22 0
m0
J
K
n12 n22
J
K
0
J
K
J
' m
u
uJm u
K
' m
W
WKm W
0
TE