光纤通信(朱宗玖)第八章精品PPT课件
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光纤通信PPT课件
就叫做“受激辐射的光放大”，简称激光。
1950年，波尔多一所中学的教师阿尔弗雷德·卡斯特 勒同让·布罗塞尔发明了“光泵激”技术。这一发明后 来被用来发射激光
14
2.2.1 光纤通信概述
1951年，美国哥伦比亚大学的一位教授查尔斯·汤 斯（Townes）对微波的放大进行了研究，经过三年 的努力，他成功地制造出了世界上第一个“微波激 射器”，即“受激辐射的微波放大”的理论。 1958年，汤斯和肖洛在《物理评论》杂志上发表了 他们的“发明”——关于“受激辐射的光放大”（ 即LASER）的论文。
意思是“受激辐射的光放大”。
13
2.2.1 光纤通信概述
什么叫做“受激辐射”？ 在组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分 布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光子 的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上，这时 将会辐射出与激发它的光相同性质的光，而且在某种 状态下，能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这
17
2.2.1 光纤通信概述
第二种方式：把光束限制在特定空间
透镜波导：在金属管内每隔一定距离安装一个透镜，
每个透镜把经传输的光束聚到下一个透镜而实现
18
2.2.1 光纤通信概述
反射镜波导：用与光束传输方向成45度角的两个
平行反射镜代替透镜而构成
首先：现场施工中校准和安装十分复杂； 其次：地面活动对波导影响很大
5
2.2.1 光纤通信概述
各种传输介质所能承载的载波大小：
铜线——1MHz 同轴电缆——100MHz 无线电——500kHz～100MHz 微波（包括卫星信道）——100GHz 光纤——几百THz NEC和Alcatel报道他们的传输容量分别达到
10.92Tb/s和10.02Tb/s。（采用波分复用技术 ）
1950年，波尔多一所中学的教师阿尔弗雷德·卡斯特 勒同让·布罗塞尔发明了“光泵激”技术。这一发明后 来被用来发射激光
14
2.2.1 光纤通信概述
1951年，美国哥伦比亚大学的一位教授查尔斯·汤 斯（Townes）对微波的放大进行了研究，经过三年 的努力，他成功地制造出了世界上第一个“微波激 射器”，即“受激辐射的微波放大”的理论。 1958年，汤斯和肖洛在《物理评论》杂志上发表了 他们的“发明”——关于“受激辐射的光放大”（ 即LASER）的论文。
意思是“受激辐射的光放大”。
13
2.2.1 光纤通信概述
什么叫做“受激辐射”？ 在组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分 布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光子 的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上，这时 将会辐射出与激发它的光相同性质的光，而且在某种 状态下，能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这
17
2.2.1 光纤通信概述
第二种方式：把光束限制在特定空间
透镜波导：在金属管内每隔一定距离安装一个透镜，
每个透镜把经传输的光束聚到下一个透镜而实现
18
2.2.1 光纤通信概述
反射镜波导：用与光束传输方向成45度角的两个
平行反射镜代替透镜而构成
首先：现场施工中校准和安装十分复杂； 其次：地面活动对波导影响很大
5
2.2.1 光纤通信概述
各种传输介质所能承载的载波大小：
铜线——1MHz 同轴电缆——100MHz 无线电——500kHz～100MHz 微波（包括卫星信道）——100GHz 光纤——几百THz NEC和Alcatel报道他们的传输容量分别达到
10.92Tb/s和10.02Tb/s。（采用波分复用技术 ）
光纤通信基础知识ppt课件
应用场景
光检测器广泛应用于光纤通信、光传 感、激光雷达等领域，特别是在高速、 长距离的光纤通信系统中，光检测器 的作用尤为关键。
光放大器
光放大器是光纤通信系统中的关键器件之一，主要分 为掺铒光纤放大器（EDFA）和拉曼光纤放大器（RA）
两类。
输入 标题
作用
光放大器的作用是对光信号进行放大，补偿光纤传输 过程中的光信号损耗，提高光纤通信系统的传输距离 和稳定性。
光检测器
分类
光检测器是光纤通信系统中的另一重 要器件，主要分为光电二极管（PIN） 和雪崩光电二极管（APD）两类。
性能参数
光检测器的性能参数包括响应度、带 宽、噪声等，这些参数直接影响着光 纤通信系统的接收灵敏度和动态范围。
作用
光检测器的作用是将光信号转换为电 信号，从而实现光信号的接收和检测。
模拟光纤通信系统的应用
03
在音频广播、视频传输等领域得到广泛应用。
光纤通信系统设计
01
光纤通信系统设计的基本原则
确保系统的传输性能、稳定性、可靠性和经济性。
02
光纤通信系统设计的主要内容
包括光源、光检测器、光纤、中继器和放大器等器件的选择和配置。
03
光纤通信系统设计的优化
通过采用先进的调制技术、编码技术等手段，提高系统的传输性能和容
性能参数
光源的性能参数包括波长、光谱宽度、输出功率、阈值电 流等，这些参数对光纤通信系统的性能和稳定性有着重要 影响。
作用
光源的作用是将电能转换为光能，为光纤通信系统提供光 信号。
应用场景
光源广泛应用于光纤通信、光传感、光谱分析等领域，特 别是在长距离、大容量的光纤通信系统中，光源的作用尤 为重要。
光纤通信发展历程
光检测器广泛应用于光纤通信、光传 感、激光雷达等领域，特别是在高速、 长距离的光纤通信系统中，光检测器 的作用尤为关键。
光放大器
光放大器是光纤通信系统中的关键器件之一，主要分 为掺铒光纤放大器（EDFA）和拉曼光纤放大器（RA）
两类。
输入 标题
作用
光放大器的作用是对光信号进行放大，补偿光纤传输 过程中的光信号损耗，提高光纤通信系统的传输距离 和稳定性。
光检测器
分类
光检测器是光纤通信系统中的另一重 要器件，主要分为光电二极管（PIN） 和雪崩光电二极管（APD）两类。
性能参数
光检测器的性能参数包括响应度、带 宽、噪声等，这些参数直接影响着光 纤通信系统的接收灵敏度和动态范围。
作用
光检测器的作用是将光信号转换为电 信号，从而实现光信号的接收和检测。
模拟光纤通信系统的应用
03
在音频广播、视频传输等领域得到广泛应用。
光纤通信系统设计
01
光纤通信系统设计的基本原则
确保系统的传输性能、稳定性、可靠性和经济性。
02
光纤通信系统设计的主要内容
包括光源、光检测器、光纤、中继器和放大器等器件的选择和配置。
03
光纤通信系统设计的优化
通过采用先进的调制技术、编码技术等手段，提高系统的传输性能和容
性能参数
光源的性能参数包括波长、光谱宽度、输出功率、阈值电 流等，这些参数对光纤通信系统的性能和稳定性有着重要 影响。
作用
光源的作用是将电能转换为光能，为光纤通信系统提供光 信号。
应用场景
光源广泛应用于光纤通信、光传感、光谱分析等领域，特 别是在长距离、大容量的光纤通信系统中，光源的作用尤 为重要。
光纤通信发展历程
光纤通信PPT资料
表8.2是国际电信联盟对CWDM信道间隔的划分。全波长18个 光信道。
8.2 WDM的基本组成
前边已介绍，也可自己看看这一节内容。
8.3 WDM系统中的关键器件
8.3.1 WDM系统中的光源
1. WDM系统对光源的要求
LED：谱线宽度50~100nm,输出功率低，调制速率低，不适于 WDM光源。 F-P腔LD：谱线宽度8nm左右，可作为粗波分复用（CWDM）。
☆ 光频分复用 (OFDM) 波分复用密集程度与电通信的频分复用密集程度相当时。
8.1 WDM工作原理 8.1.1 WDM工作原理
目前单波长可以达到40Gb/s，但原中继器已经不能胜任， 单波长提高传输容量必须构建新的路由，升级比较困难。
升级措施：
（1）波分复用：每个波长无须达到40Gb/s，多个波长可大幅度 提高通信容量。当今采用波分复用技术最高速率已达到11Tb/s。 （2）采用光时分复用和光码分复用：但目前技术还不很成熟。 单波长时分和码分在实验室已经达到640Gb/s (0.64Tb/s)。 我们重点讲解波分复用技术。
收端要求，必须自动进行调谐，（自动检测波长，转换到相 应光电二极管上）时间要求几ns。
8.3.3 WDM系统中的光放大器
对WDM系统若用过去的中继器，光电光，只能真对一 个波长，多个波长则会使中继器十分庞大，是不现实的。
用掺铒光纤放大器EDFA，在1550nm窗口附近，约有35nm 带宽。可以对该波长范围的WDM系统进行光放大。
（3）光栅外腔激光器
在LD外边增加一个可移动和可转动的光栅，该光栅与LD 的自然解理面构成一个外腔。移动光栅可粗调，转动光栅可细 调。调谐范围达80nm，不足之处，体积大，稳定性差，调谐 速度慢，早期曾用于WDM系统，现在只当作测试光源。
8.2 WDM的基本组成
前边已介绍，也可自己看看这一节内容。
8.3 WDM系统中的关键器件
8.3.1 WDM系统中的光源
1. WDM系统对光源的要求
LED：谱线宽度50~100nm,输出功率低，调制速率低，不适于 WDM光源。 F-P腔LD：谱线宽度8nm左右，可作为粗波分复用（CWDM）。
☆ 光频分复用 (OFDM) 波分复用密集程度与电通信的频分复用密集程度相当时。
8.1 WDM工作原理 8.1.1 WDM工作原理
目前单波长可以达到40Gb/s，但原中继器已经不能胜任， 单波长提高传输容量必须构建新的路由，升级比较困难。
升级措施：
（1）波分复用：每个波长无须达到40Gb/s，多个波长可大幅度 提高通信容量。当今采用波分复用技术最高速率已达到11Tb/s。 （2）采用光时分复用和光码分复用：但目前技术还不很成熟。 单波长时分和码分在实验室已经达到640Gb/s (0.64Tb/s)。 我们重点讲解波分复用技术。
收端要求，必须自动进行调谐，（自动检测波长，转换到相 应光电二极管上）时间要求几ns。
8.3.3 WDM系统中的光放大器
对WDM系统若用过去的中继器，光电光，只能真对一 个波长，多个波长则会使中继器十分庞大，是不现实的。
用掺铒光纤放大器EDFA，在1550nm窗口附近，约有35nm 带宽。可以对该波长范围的WDM系统进行光放大。
（3）光栅外腔激光器
在LD外边增加一个可移动和可转动的光栅，该光栅与LD 的自然解理面构成一个外腔。移动光栅可粗调，转动光栅可细 调。调谐范围达80nm，不足之处，体积大，稳定性差，调谐 速度慢，早期曾用于WDM系统，现在只当作测试光源。
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)。
精品课件-光纤通信(第二版)(张宝富)-第8章 SDH与WDM光网络
第8章 SDH与WDM光网络
SONET的基本帧结构为一个由9行、270列字节构成的二维 结构，其中的一个字节等于8比特。其中的段包括再生段或称 中继段（指的是光端机与再生器或再生器之间的连接）和复用 段（指的是相邻的复用设备之间的连接），而通道指的是一个 完全的端到端的数字连接，如标称速率2.048Mb/s之间的连接 等。如图8.2所示，基于SONET帧的周期为125μs，因此基本 SONET信号的传输比特速率为90×9×8bit／ 125μs=51.84Mb/s，对应的电信号称为STS-1信号。所有 SONET信号的速率都是STS-1信号速率的整数倍，即STS-M信号。 由ANSIT1.105标准认可的M值仅为1、3、12、24、48和192。 STS-M是所谓的电信号速率，经过电光变换后的物理层光信号 为OC-M，OC表示光载波。
第8章 SDH与WDM光网络 表8.5 常用的SONET和SDH的传输速率
第8章 SDH与WDM光网络
8.1.3 SDH的帧结构 SDH的帧结构是以字节为基础的矩形块状帧结构。如图
8.3所示，它由270×9×N个字节组成，每个字节8bit。帧结 构中的字节传输是按照从左至右、从上至下的顺序进行的。首 先从图中左上角的第一个字节开始，从左至右传输270个字节 后，转入第二行传输另外的270个字节，这样从上至下直至完 成一帧9行9×270个字节的传输。传输一帧的时间为125μs， 则STM-1的传输速率为9×270×8bit/125μs=155.52Mb/s。
第8章 SDH与WDM光网络
8.1.2 SDH的速率体系 为了打破PDH体制的固有缺陷，最初由美国的贝尔通信研
究所的科学家提出了所谓的同步光网络（SONET）的概念和相 应的标准，这一体系于1986年成为美国数字体系的新标准。 与此同时，欧洲和日本等国提出了自己的意见。1988年，当 时的CCITT（现改为ITU-T）经过讨论协商，接受了SONET的概 念，并进行了适当的修改，重新命名为同步数字体系（SDH）。 虽然SONET的ANST1.105标准和SDH的ITU-T的建议两者在实现 上有差异，但所有的SONET规范与SDH建议是兼容的。
光纤通信课件第八章
图8-1 同轴线的开剥长度
5
8.1.3 具体操作步骤
（4）剥除同轴线内芯的绝缘层，露出内芯，其长度与同 轴头的连接长度一致，如图8-2所示。
图8-2 同轴线绝缘层的开剥长度
6
8.1.3 具体操作步骤
（5）将同轴线的内芯插入同轴头的内芯中，要求插到同 轴头内芯的底部。 （6）用烙铁将同轴线的内芯和同轴头内芯的连接处焊牢， 要求焊点光滑，有光泽，如图8-3所示。
注：实际工程 测量时，常加入 一段“过渡光纤” 来减小盲区对测 量结果的影响。
图8-10 OTDR盲区定义示意图
19
8.2.2 OTDR的原理与使用
（3）测量精度 是指因仪表方面的因素对长度测量结果的影响，有： 第一是仪表折射率的设置。由于OTDR是依据测量时间， 利用公式L=ct/2n来计算光纤长度的。为保证测量结果的 准确性，每次测量之前必须根据光纤实际折射率值对仪表 参数进行设置，但因它们之间总存在误差，导致测量结果 产生误差。 第二是仪表内部作为时钟的晶振频率的准确性和稳定度。 因所测得时间的准确度受时钟影响，所以时钟影响会给长 度测量带来一定的误差。 第三是仪表在进行数据处理时采样的间隔。取样点越多， 取样间隔越小，实际曲线和显示曲线就越接近，误差就越
8.2.1 学习目的
（1）掌握用背向散射法测量光纤衰减和光纤长度的原 理；
（2）掌握光时域反射仪的工作原理和使用方法； （3）掌握用背向散射法测量光纤衰减和光纤长度的方 法和操作步骤。
9
8.2.2 OTDR的原理与使用
1．OTDR工作原理
瑞利散射：当光线在光纤中传播时，由于光纤中存在着 分子级大小的结构上的不均匀，光线的一部分能量会改变 其原有传播方向向四周散射，这种现象被称为瑞利散射。
5
8.1.3 具体操作步骤
（4）剥除同轴线内芯的绝缘层，露出内芯，其长度与同 轴头的连接长度一致，如图8-2所示。
图8-2 同轴线绝缘层的开剥长度
6
8.1.3 具体操作步骤
（5）将同轴线的内芯插入同轴头的内芯中，要求插到同 轴头内芯的底部。 （6）用烙铁将同轴线的内芯和同轴头内芯的连接处焊牢， 要求焊点光滑，有光泽，如图8-3所示。
注：实际工程 测量时，常加入 一段“过渡光纤” 来减小盲区对测 量结果的影响。
图8-10 OTDR盲区定义示意图
19
8.2.2 OTDR的原理与使用
（3）测量精度 是指因仪表方面的因素对长度测量结果的影响，有： 第一是仪表折射率的设置。由于OTDR是依据测量时间， 利用公式L=ct/2n来计算光纤长度的。为保证测量结果的 准确性，每次测量之前必须根据光纤实际折射率值对仪表 参数进行设置，但因它们之间总存在误差，导致测量结果 产生误差。 第二是仪表内部作为时钟的晶振频率的准确性和稳定度。 因所测得时间的准确度受时钟影响，所以时钟影响会给长 度测量带来一定的误差。 第三是仪表在进行数据处理时采样的间隔。取样点越多， 取样间隔越小，实际曲线和显示曲线就越接近，误差就越
8.2.1 学习目的
（1）掌握用背向散射法测量光纤衰减和光纤长度的原 理；
（2）掌握光时域反射仪的工作原理和使用方法； （3）掌握用背向散射法测量光纤衰减和光纤长度的方 法和操作步骤。
9
8.2.2 OTDR的原理与使用
1．OTDR工作原理
瑞利散射：当光线在光纤中传播时，由于光纤中存在着 分子级大小的结构上的不均匀，光线的一部分能量会改变 其原有传播方向向四周散射，这种现象被称为瑞利散射。
光纤通信技术 ppt课件
光纤通信技术
主要参考书目及网址
《光通信原理与应用》朱宗玖等 编著 清华大学出版社 《光纤通信技术》孙学康等著 人民邮电出版社
中国光纤通信 光纤在线 光电新闻网
学习意义
光纤通信技术在近30多年里得到了极大的发展， 目前它和移动通信、卫星通信已经成为电信领域 发展的基石。
掌握一些光纤通信技术有助于学习现代通信 技术和拓宽知识面,为以后的学习深造和工作做好 知识储备。
真正的奇迹是在1966年才出现。
1966年，英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)及 其同事霍克哈姆(C.A.Hockham)在其发表的研究 论文中指出，“玻璃纤维”的严重损耗是由其 里面所含杂质（如铜、铁、铬等金属离子）太 多及石英玻璃拉制工艺的不均匀性产生的。论 文《介质纤维表面光频波导》明确提出：
从事管理、销售工作；
从事技术开发、设备制造、科研、网络运营 及维护、工程施工及安装等工作或考研。
先修课程
《通信系统原理》 《模拟电路》 《电磁场与微波技术》
目录
1 第一章 通信基础知识 2 第二章 光纤 3 第三章 光缆 4 第四章 光器件 5 第五章 光纤传输系统 6 第六章 光网络
第一章 通信基础知识
1、如果能将光纤中过渡金属离子减少到最低限 度，并改进制造工艺，有可能使光纤损耗降到 最低（预见可减小到20dB/km以下）； 2、光纤可以实现高速通信； 3、给出了光纤原始结构。
高锟(C.K.Kao)博士上述发现的重要意义在 于：指出了光纤高损耗的真正来源以及研制通 信光纤的正确方向。这一发现直接导致了在其 后数年内通信光纤制造领域所发生的质的飞跃， 以及光纤通信产业的迅速兴起。
光纤通信发明家高锟(左) 1998年在英国接受IEE授予的奖章；并于2009年
主要参考书目及网址
《光通信原理与应用》朱宗玖等 编著 清华大学出版社 《光纤通信技术》孙学康等著 人民邮电出版社
中国光纤通信 光纤在线 光电新闻网
学习意义
光纤通信技术在近30多年里得到了极大的发展， 目前它和移动通信、卫星通信已经成为电信领域 发展的基石。
掌握一些光纤通信技术有助于学习现代通信 技术和拓宽知识面,为以后的学习深造和工作做好 知识储备。
真正的奇迹是在1966年才出现。
1966年，英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)及 其同事霍克哈姆(C.A.Hockham)在其发表的研究 论文中指出，“玻璃纤维”的严重损耗是由其 里面所含杂质（如铜、铁、铬等金属离子）太 多及石英玻璃拉制工艺的不均匀性产生的。论 文《介质纤维表面光频波导》明确提出：
从事管理、销售工作；
从事技术开发、设备制造、科研、网络运营 及维护、工程施工及安装等工作或考研。
先修课程
《通信系统原理》 《模拟电路》 《电磁场与微波技术》
目录
1 第一章 通信基础知识 2 第二章 光纤 3 第三章 光缆 4 第四章 光器件 5 第五章 光纤传输系统 6 第六章 光网络
第一章 通信基础知识
1、如果能将光纤中过渡金属离子减少到最低限 度，并改进制造工艺，有可能使光纤损耗降到 最低（预见可减小到20dB/km以下）； 2、光纤可以实现高速通信； 3、给出了光纤原始结构。
高锟(C.K.Kao)博士上述发现的重要意义在 于：指出了光纤高损耗的真正来源以及研制通 信光纤的正确方向。这一发现直接导致了在其 后数年内通信光纤制造领域所发生的质的飞跃， 以及光纤通信产业的迅速兴起。
光纤通信发明家高锟(左) 1998年在英国接受IEE授予的奖章；并于2009年
《光纤通信概述》PPT课件 (2)
2021/7/9
20
§1-3 光纤通信系统的基本组成与应用
一、光纤通信系统的基本组成 光纤通信，就是利用光纤来传输携带信息的光
波以达到通信的目的。其基本组成如下：
光放大器
2021/7/9
21
§1-3 光纤通信系统的基本组成与应用
1. 信道（光纤线路） 完成光信号（携带信息）的传输，由光纤/光缆、
5. 光孤子通信；
6. 光纤放大器；
7. 全光通信（两个含义）。
2021/7/9
29
§1-4 光纤通信的新发展
2021年，单根光纤每秒106或101兆兆位（美国和日 本），每秒钟传输时长三个月的高清电视视频，165公 里，380个激光器发送光脉冲。
单路速率不断提升， 已达到10、20、40Gb/s
2021/7/9
32
思考题
➢光纤通信最早在哪一年、由谁提出? ➢光纤通信的里程碑事件有哪些？ ➢光纤通信有哪些优点? ➢光纤的通信的发展阶段？ ➢光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分作用。
2021/7/9
33
光纤接头、光纤连接器组成，其中光纤具有两个重 要的特性参数：损耗和色散。
0.85µm的约2dB/km，1.31µm的约0.5dB/km， 1.55µm的约0.2dB/km。 2. 光发射机
功能：完成电信号→光信号的转换，并把光信 号流耦合进光纤进行传输；由光源、驱动电路以及 其他辅助电路组成。核心部件：LED或LD光源。 通过电信号对光源的调制实现电光转换。
1. optisys/optisystem：光通讯系统、放大器仿真软 件包；
2. Fiber-CAD；
3. Attolight：光纤光栅设计软件；
4. Optigrating：光纤、波导光栅仿真设计软件；
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1.
首先，在理论方法方面，基于标准非线性薛 定谔方程和逆散射理论，深入研究了理想孤子解 的基本结构和特征；基于光孤子通信系统的实际 结构和扰动非线性薛定谔方程，建立了研究光孤 子传输特性的各种扰动理论方法，深入研究了光 孤子的动力学过程、动态演化特性、稳定性及稳 定传输的条件和能力；基于光孤子的粒子性，建 立了分析孤子相互作用的各种理论方法，揭示了 光时分复用、波分复用系统中光孤子相互作用的 机制和规律。
(1) 自锁模掺铒光孤子激光器原理图如 图8.3所示。
图8.3 自锁模掺铒光孤子激光器
(2) 法布里—珀罗光纤孤子激光器 (3) DFB激光器/ 目前最简单也用得比较多的孤子源是如 图10.5所示的DFB激光器FB激光器/集成调制孤子源
其次，在光孤子通信系统分析设计模 型方面，基于不同系统结构、运行条件和 性能要求，研究了光孤子传输方案和理论 模型，建立了平均孤子或导引中心孤子模 型及动态孤子和绝热孤子传输方案，确立 了系统结构的基本模式。
iq2 2eId Bg 2x
2.
经过十余年对孤子脉冲传输研究， 探索了各种实验系统方案和系统设计方 法，解决了许多关键技术，脉冲在光纤 中传输时所产生的色散、损耗和非线性 是公认的三大影响孤子脉冲传输的因素 ，掺铒光纤放大器(EDFA)问世后，损耗 问题已经得到很好的解决，
项目 ESTHER
MIDAS
主持单位
意大利 Pirellic av i
S.P.A
英国 Southampton
大学
表 10.2 部分欧共体孤子发展计划
参加单位
目标
主要指标
但是随着孤子脉冲源脉宽越来越窄， 色散作用越来越影响孤子的传输，于是对 色散进行补偿成为一个紧要的技术，现在 光孤子通信系统的色散补偿大体有两类技 术：一类是弱色散和局部色散补偿；另一 类是周期性全局强色散补偿。
3.
欧共体各国协同组建了多项孤子发 展项目，欧洲各相关光通信公司、研究 所和大学基本上都参加了其项目研究， 表10.2给出了其中三个项目的基本情况。
第八章 光纤通信新技术
8.1 相干光通信 8.2 光孤子通信技术 8.3 光子晶体光纤 8.4 FTTH技术
8.1 相干光通信
8.1.1 相干光通信技术基本原理及发展
相干光通信系统可以把光频段划分为许多频
道，从而使光频段得到充分利用，即多信道光纤
通信。
与强度调制—直接检测系统不同，相干光纤 通信系统在光接收机中增加了外差或零差接收所 需的本地振荡光源，该光源输出的光波与接收到 的已调光波在满足波前匹配和偏振匹配的条件下 ，进行光电混频。
8.1.2
1. 光源技术
相干光纤通信系统中对信号光源和本 振光源的要求比较高，它要求光谱线窄、 频率稳定度高。
2.
一般相干光通信的光调制有半导体 激光器直接调制和光波导型外调制两种 。半导体激光器直接调制技术一般是采 用具有动态单纵模特性的DFB激光器来 进行直接调制，采用该技术在调制过程 中可以使光谱保持良好的窄谱特性，同 时频率也较稳定。
图10.1 相干光通信系统的结构示意图
如图8.1所示，光源发出频率为fs的光 脉冲，通过调制器将已经变成电信号的信
号源调制到光脉冲包络上，通过长距离线
路传输后，到达接收端，接收端采用外差
技术，首先通过耦合器将光信号和本振光
源信号同时送到光电检测器接收，本振光 源频率为fs+fIF，信号光和本振光在满足波 前匹配和偏振匹配的条件下混频，得到频 率为fIF的中频信号，该信号经过放大后送 到解调器解调，最终到达接收电路完成通 信过程。
(3)偏振控制技术
前面已经指出：相干光通信系统接收端必 须要求信号光和本振光的偏振同偏，才能取得 良好的混频效果，提高接收质量。
8.2 光孤子通信技术
8.2.1 光孤子通信技术的基本原理 1.
根据光学知识，光脉冲可以用下列
E(z,t)=A(z,t)exp［j(ω0t-β0z)］
其 中 ： A(z，t) 是 脉 冲 包 络 ， 对 于 常 用的直接检波光通信系统我们主要关心 光脉冲的包络情况。
3. 接收技术
相干光通信的接收技术包括两部分， 一部分是光的接收技术，另一部分是中频 之后的各种制式的解调技术。
(1)平衡接收法
在FSK制式中，由于半导体激光器在调 制过程中，难免带有额外的幅度调制噪声 ，利用平衡接收方法可以减少调幅噪声。
(2)相位分集接收法
除了调幅噪声外，如果本振光相位和信号 光相位有相对起伏，就将产生相位噪声，严重 影响接收效果。
相干光通信系统灵敏度的提高主要是因为 它采用了本地振荡得到了一定的增益，根据 无线电知识中外差接收技术知识可以得到光 电检测器的电流［15］
Is
2 e
hf
Ps PL m(t g ) cos[(s L )t (s L )]
式中：η为光电检测量子效率，h为普朗克 常量，e为电子电量，f为光频率，Ps为信号光 功率，PL为本振光功率，m为调制系数，(tτg)为群延时，ωs、ωL和φs、φL分别为信号光 和本振光的角频率和相位。
在考虑色散作用下，并引入光纤非线性 效应中自相位调制作用时，光脉冲包络的传 输方程可写为下式［7］
A z
1
A t
j 2
2
2 t
A
2
1 6
3
3A t 3
i
A2A
式中：A(z,t)为脉冲包络，β1=1/νg，β2为 群速度色散系数，β3为高阶色散系数，γ是代 表自相位调制效应的非线性系数。
2.
作为理想情况下的光通信，孤子脉 冲应该具有很好的确定的形状、宽度、 功率和能量，为了解决这样的问题，已 提出了几种解决方案。
理想情况下，孤子脉冲源应该是集成 在单个芯片上的，参考文献［19］报道说，用 单个半导体器件—集成的多量子阱DFB激光 器/调制器，已经得到脉冲重复频率为 20GHz、脉宽为7ps的变换限制孤子脉冲。
8.2.2光孤子通信技术的新进展
光孤子通信从理论的提出到20世纪 80年代在实验中发现孤子，并提出将光 孤子作为一种信息载体用于高速光纤通 信已有几十年的过程了，经过广大科研 工作者的不懈努力，光孤子通信系统取 得了许多新的进展。