光纤通信第五章光纤线路技术及器件光环形器
光纤通信第5章.ppt
影响光纤的连接损耗有多种，主要包括 以下2个方面：
(1)光纤结构参数失配引起的连接损耗，主 要包括光纤芯径尺寸失配、数值孔径失配 以及折射率分布失配等3个方面。
① 光纤芯径尺寸失配（主要在单模光纤中 考虑）
②数值孔径失配（多模光纤中起作用）
③折射率分布失配（多模光纤中起作用）
（2）两光纤相对位置偏离引起的连接损耗
对掺铒光纤进行激励的泵浦功率低，仅需几十毫 瓦，而喇曼放大器需要1W以上；
增益高、噪声低、输出功率大。增益可达40dB， 噪声系数可低至3-4dB，输出功率可达14-20dBm；
连接损耗低，与光纤连接损耗可低至0.1dB；
对各种类型、速率与格式的信号传输透明。
一、EDFA的基本结构
两根光纤相对位置偏离引起的连接损耗主要 包括横向错位引起的损耗、倾斜损耗以及间隙损 耗。
①横向错位引起的损耗
②纵向间隙引起的损耗 ③角度偏移引起的损耗
• 2）回波损耗大。
回波损耗是指在光纤连接处，后向反射光功率Pr相对输 入光功率Pi比的分贝值。回波（绝对值）越大越好，以减小 反射光对光源和系统的影响，其典型值应不小于45dB。
2
1
2
1
3
3 3端口环行器
4 4端口环行器
从图中可见，从任何端口进入的光都能被定向到任 何其它的端口，但必须按顺序通过。
环行器的主要参数： 隔离度： 插入损耗： 偏振相关损耗： 工作波长：
3、衰减器 衰减器是在控制状态下减少传输光功率的装置。
衰减器在光网络中最重要的应用包括：
防止接收器达到饱和（保证输入功率在接收器的 动态范围内）。
3、特性参数
在耦合器/分离器基础上，又增加了新的特性参数。
光缆线路教材
广西移动《光缆线路和通信管道工程的规划设计》培训课件光缆线路设计主要内容1、工程项目的建设程序与设计阶段的划分2、光缆线路工程的基本设计流程3、光缆线路设计的原则、标准和技术要求4、光缆、线路器材5、光缆线路的规划设计6、广西移动客户有线接入工程设计及案例工程项目的建设程序与设计阶段的划分可行性研究项目建议书初步设计设计任务书规划阶段设计阶段专家评估技术设计设计评审三阶段设计二阶段设计一阶段设计施工图设计设计评审计划安排招标采购设备器材、施工队伍等建设准备施工组织准备阶段施工阶段线路施工设备安装测试生产准备试运行线路初验设备初验系统验收交付使用竣工投产阶段工程移交主要内容1、工程项目的建设程序与设计阶段的划分2、光缆线路工程的基本设计流程3、光缆线路设计的原则、标准和技术要求4、光缆、线路器材5、光缆线路的规划设计6、广西移动客户有线接入工程设计及案例光缆线路工程设计的基本程序施工图/一阶段设计基本程序：①调研、收集资料、编制线路建设方案（确定光纤、光缆类型、光缆总体路由），在1/50000地形图上绘制路由方案图；②实地查勘选择路由、测量定位、绘制草图和记录路由情况，确定对障碍物的处理、防护措施等；③绘图CAD图纸、统计工程量；④填报光缆器材采购清单，提交采购；⑤编制预算；⑥编制设计文件以及会审材料；⑦设计评审（评审通过后即成为工程正式的技术文件）。
如何设计光缆线路？图纸设计文件包含说明的内容预算项目可行性研究报告设计任务书设计会审现场查勘初步设计施工图设计现场指导与回访客户光缆线路项目勘察设计流程项目启动确定建设方案现场勘察技术方案、图纸和预算编制编制设计文本需修改设计评审合格跟踪施工服务光缆线路项目勘察设计流程制订初步路由方案紧急 项目方案核对 (完成五万分之一图 和线路方案资料)（计划、网运、工程）设计进行现场勘查 施工单位现场路由确认 监理单位现场路由确认带点与确认 绘制路由草图 机房查勘配合数据统计（县市综合员、维护人员、监理）路由草图审核 草图接收设计交底进行草图移交（地市工程管理人员）电脑绘图 设计编制与汇总施工单位设计会审 修改出版设计变更流程光缆线路项目勘察设计流程提出管线建设初步方案共建共享共建共享信息（移动公司原始建设需求）管线查勘十个工作日反馈信息有沿途是否有其他运营商管线无按共建共享要求查勘和设计线路（满足4条吊线的强度）有关规划、建设、管理部门调研其他运营商管线是否可以共享否是查勘其他运营商的线路移交草图施工流程（附挂、加吊线、整治）主要内容1、工程项目的建设程序与设计阶段的划分2、光缆线路工程的基本设计流程3、光缆线路设计的原则、标准和技术要求4、光缆、线路器材5、光缆线路的规划设计6、广西移动客户有线接入工程设计及案例光缆线路的设计、施工、验收、监理规范ζ YD5102-2010通信线路工程设计规范ζ YD5121-2010通信线路工程验收规范ζ YD5148-2007架空光(电)缆通信杆路工程设计规范ζ GB50373-2006通信管道与通道工程设计规范ζ GB50374-2006通信管道工程施工及验收规范ζ YD5025-2005长途通信光缆塑料管道工程设计规范ζ YD5043-2005长途通信光缆塑料管道工程验收规范ζ YD5072-2005通信管道和光(电)缆通道工程施工监理规范总体原则-集团指导意见发挥无线优势，延伸基站光缆，以IP技术为基础，通过CM-IMS提供多媒体信息服务，即“无线+基站光缆延伸+IP+IMS” ；全业务城域传送网建设应面向需求、保证效益、统筹战略性资源储备与效益的关系、做好收入预测和投资回报分析。
光纤通信第五章光纤线路技术原理及器件波分复用器件
1.6nm 100G 0.8nm 50G 0.4nm 25G
光纤通信第五章光纤线路技术原理 及器件波分复用器件
光纤通信第五章光纤线路技术原理 及器件波分复用器件
Frequency Wavelength Frequency Wavelength
(THz)
(nm)
(THz)
(nm)
196.1
基于偏振干涉的光梳状滤波器
偏振干涉系统：起偏器P1、双折射晶体平行 平板及检偏器P2
FX
X
X
P1
S
Z
45°
Y
Y
P1
P2
光纤通信第五章光纤线路技术原理 及器件波分复用器件
透过起偏器的光场的振幅为A0，光通过 双折射晶体平行平板后在X、Y方向的分 量分别为
AxA0co4s5ex pj2(Lon/l) AyA0si4n5ex pj2(Len/l)
闪耀光栅剖面图
BOE1
l1 ln
l┋1
F1
ln
L1 L2 透射式二元光学波分复用器件
光纤通信第五章光纤线路技术原理 及器件波分复用器件
光纤通信第五章光纤线路技术原理 及器件波分复用器件
干涉滤波片型
采用干涉滤波片来实现不同波长的光的 分离，实现分/合波功能。
由于采用了微等离子体镀膜技术，介质 膜窄带滤光片的光学性能有了很大改善， 工艺也较为成熟。透过率高，带宽窄，
1528.77 193.1
1552.52
196.0
1529.55 193.0
1553.33
195.9
1530.33 192.9
1554.13
195.8
1531.12 195.8
ห้องสมุดไป่ตู้
光纤通信-第五章-光纤线路技术与器件-光环形器
偏振相关型光隔离器
由起偏器、检偏器和旋光器三部分组成。
偏振无关型光隔离器
主要技术指标
插入损耗 回波损耗 隔离度
偏振相关损耗（PDL） 偏振模色散（PMD）
插入损耗(IL)
指在光隔离器通光方向上传输的光信号由 于引入光隔离器而产生的附加损耗。
无源器件和有源器件
无源器件(passive device)：本身不发生 光电或电光转换的器件。如光隔离器、 光耦合器、光环形器等实现连接光路、 分配光功率以及合波和分波等作用。
有源器件(active device)：本身会发生光 电或电光转换的器件，如激光器、光电 检测器、光放大器等。
光隔离器(isolator)
套管结构
由插针和套管组成，都是精密的机械结 构和光学结构
光纤固定在插针里，两个插针在套管中 对接并保证两根光纤的对准 套管 插针
光纤
光纤
插针
可用不锈钢、陶瓷、玻璃、塑料等材料制作
陶瓷材料具有极好的温度稳定性，线膨胀系 数很小，且与石英光纤的线膨胀系数接近，
使用最多
f 2.499±0.0005 f 0.125±0.001
由端口2>端口3;
…… 若端口N输入的光可由
端口1输出，称为环行 器，若不可以，称为准 环行器
应用
双向通信中的重要器件，完成正反向传 输光的分离
单纤双向通信、上/下话路、合波/分波 及色散补偿等
结构
光 分 偏 光 偏分 光 纤 束 振 束 振束 纤 准 合 旋 变 旋合 准 直 束 转 换 转束 直 器 镜 镜 器 镜镜 器
第五章 光纤线路技术及器件
主要内容
一、光隔离器和光环形器 二、光纤的连接 三、光衰减器和光开关 四、光纤耦合器 五、光纤光栅 六、波分复用器件 七、平面及矩形光波导技术及器件 八、光放大器 九、色散补偿技术
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％。
第5章 光纤接入网技术
（2）光波分多址(OWDMA)方式
· 光波分多址(OWDMA)方式是每个 ONU使用不同的工作波长，OLT接收端通 过分波器来区分来自不同ONU的信号。
· OWDMA方式的原理如图5-18所示。
（3）光码分多址(OCDMA)
· 光码分多址(CDMA)方式是给每个 ONU分配一个唯一的多址码，将各ONU的 上行信号码元与自己的多址码进行模二加， 再调制相同波长的激光器，在OLT用各 ONU的多址码恢复各ONU的信号。
2、EPON的设备功能
（1）光线路终端（OLT）
· OLT的具体功能为： ①提供EPON与服务提供商核心网的
数据、视频和话音网络的接口，具有复用/ 节复用功能；
②光/电转换、电/光转换。
③分配和控制信道的连接，并有实时监 控、管理及维护功能；
④具有以太网交换机或路由器的功能。
· OLT布放位置一般有3种方式： ● OLT放置于局端中心机房(交换机房、 数据机房等) ● OLT放置于远端中心机房 ● 户外机房或小区机房
（3）总线形结构
· 总线形结构的光纤接入网如图5-8所示。
2、有源光网络（AON）的拓扑结构
· 有源光网络（AON）的拓扑结构一般 采用双星形、链形和环形结构。
（1）有源双星形结构
· 有源双星形结构如图5-9示所示。
（2）链形结构
· 当涉及通信的所有点串联起来并使首 末两个点开放时就形成了链形结构（线形 结构），如图5-10所示。
· 根据采用的技术不同，无源光网络 （PON）又可以分为以下几类。
● APON——基于ATM的无源光网络（在 PON中采用ATM技术），后更名为宽带PON （BPON）；
光纤通信第五章3用课件
（2）增益平坦控制技术
目前EDFA的增益平坦技术主要可分为两 大类：一是研究设计自身增益平坦EDFA， 如经过优化设计EDFA(粒子数强烈反转法、 增益互补法)，特种光纤等等；二是EDFA 外部采用各种增益均衡技术，如衰减法、 单独放大法、滤波法(插入各种无源光滤波 器，如M—z滤波器、声光可调滤波器、镀 介质膜的滤波器光纤环镜和光纤光栅)等
NF( f ) SNRin SNRout
NF (实际 E） N(等 F 效分立放 •ex大 1p(L 器 ) ）
39
4.多波长泵浦时的组合增益谱
（OFC2001）
设计宽带RAMAN放大器不仅要考虑信号和泵浦之间的受激 喇曼散射，还要考虑 ➢ 信号和信号之间的受激喇曼散射 ➢ 泵浦和泵浦之间的受激喇曼散射 ➢ 双径后向瑞利散射
（2）输出功率特性
15
（3）EDFA的增益变化曲线
信 号 增 (益d B )
40
EDFA的增益与泵浦功率、
35
输入功率和EDF的长度有关，
30
25
EDF存在最佳长度。
20
泵浦功率: 90mW
15
泵浦功率: 50mW 泵浦功率: 30mW
10
5
35
12
0
30
10
0 25 50 75 100 125 150 175 200 掺 铒 光 纤 长 度 (m)
8
5.5.3 掺铒光纤放大器
(Erbium-doped Fiber Amplifier, EDFA)
1．EDFA的工作原理
9
1、掺铒光纤放大器原理
a) 三能级跃迁
1μs
铒是镧系稀土元素,原子序数是68, 原子量为167.3, 利用其4f能级
光纤通信概论课件
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光纤放大技术
总结词
简化网络结构
详细描述
光纤放大技术简化了网络结构，减少了中继 站的数量，降低了网络的复杂性和成本。这 有助于提高网络的可靠性和可维护性，降低 运营和维护成本。
光纤放大技术
总结词
推动光网络发展
详细描述
光纤放大技术是推动光网络发展的重要支撑 技术之一。它促进了光网络的规模应用和发 展，使得光网络成为现代通信网络的主流技
光的衍射
光波在传播过程中遇到障碍物或孔隙时，会绕过障碍物或孔隙继续传播的现象。 衍射是光波的波动性的另一重要表现，它也是光学仪器和光通信中常用的技术手 段。
光的全反射
• 光的全反射：当光从光密介质射向光疏介质时，如果入射角大 于某一临界角，光波将在界面上完全反射回光密介质，而不能 进入光疏介质的现象。全反射是光纤通信中的重要原理之一， 它使得光波能够在光纤中实现低损耗、长距离的传输。
光纤通信面临的挑战
技术成熟度
虽然光纤通信技术已经取得了长 足的进步，但在一些特殊环境和 应用场景中，技术成熟度仍需进
一步提高。
成本与投资
光纤通信系统的建设和维护成本较 高，需要大量的资金投入，同时也 需要探索更加有效的商业模式。
网络安全与隐私
随着光纤通信网络的普及，网络安 全和隐私保护问题也日益突出，需 要加强技术和管理措施，保障网络 的安全和用户的隐私。
军事领域
光纤通信在军事领域中具有保 密性好、抗电磁干扰等优点， 广泛应用于军事通信。
企业和校园网络
光纤通信也广泛应用于企业和 校园网络的建设，提供高速、 稳定的数据传输服务。
02
光纤通信系统组成
光源和光发送机
光源
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光纤的连接
光纤的连接将两根光纤端面结合在一起， 实现光信号的持续传输。
根据连接方式的不同，可分为活动连接和 固定连接。
利用活动连接器是实现活动连接的主要方 法
熔接法是固定连接的主要方法
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
活动连接器
连接两根光纤或光缆使其成为光通路的 可以重复装拆的活接头
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
法拉第旋光效应
光隔离器主要利用磁光晶体的法拉第效应。
法拉第效应是法拉第在1845年首先观察到的 不具有旋光性的材料在磁场作用下使通过该 物质的光的偏振方向发生旋转，也称磁致旋 光效应。沿磁场方向传输的偏振光，其偏振
方向旋转角度q=VBL (B磁场强度，L材料长
偏振无关型光隔离器
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
主要技术指标
插入损耗 回波损耗 隔离度
偏振相关损耗（PDL） 偏振模色散（PMD）
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
插入损耗(IL)
指在光隔离器通光方向上传输的光信号由 于引入光隔离器而产生的附加损耗。
IL=10logPo Pi
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
光隔离器(isolator)
光隔离器是一种只允许光沿一个方向通 过Байду номын сангаас在相反方向阻挡光通过的光无源器 件
作用：防止光路中的后向传输光对光源 以及光路系统产生不良影响
例如：半导体激光器、光纤放大器 应用：光纤通信、光信息处理系统、光
纤传感以及精密光学测量系统等 分类：偏振相关型和偏振无关型两类
端口2→端口3
端 x口
1 23 4 5 6
端 口
1
2
3
4
z
y
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
端口3→端口4
端 x口
1 23 4 5 6
端 口
1
2
3
4
z
y
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
技术指标
包括插入损耗、回波损耗、隔离度、串 音、偏振相关损耗、偏振模色散等
串音指两个不相邻端口之间理论上不能 接收到光信号但实际中由于种种原因而 接收到的功率以dB表示的相对值，
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
光环形器(circulator)
多端口非互易 N（N>2）个端口 光由端口1>端口2；
由端口2>端口3; …… 若端口N输入的光可由 端口1输出，称为环行 器，若不可以，称为准 环行器
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
应用
双向通信中的重要器件，完成正反向传 输光的分离
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
光纤线路技术
为了实现光信号从发射机至接收机的传 送，在整个光纤的传输线路上既需要解 决由光纤损耗、色散及非线性引起的信 号衰减和畸变等问题，还需要解决信号 的调制、信号的选路、线路的连接、光 功率的分配、光功率的控制、杂散光的 隔离等一系列工程实践问题。
光纤通信第五章光纤线路技 术及器件光环形器
第五章 光纤线路技术及器件
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
主要内容
一、光隔离器和光环形器 二、光纤的连接 三、光衰减器和光开关 四、光纤耦合器 五、光纤光栅 六、波分复用器件 七、平面及矩形光波导技术及器件 八、光放大器 九、色散补偿技术
用于光源到光纤、光纤到光纤、光纤与 深测器、器件之间等的连接
必须具备损耗低、体积小、重量轻、可 靠性高、便于操作、重复性和互换性好 以及价格低廉等优点。要求能承受机械 振动和冲击、适应一定的温度和湿度环 境条件、装拆时防止杂质污染的保护措 施。
值越大越好
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
偏振相关损耗和偏振模色散
偏振相关损耗（PDL）：指输入光偏振 态发生变化而其它参数不变时，器件插 入损耗的最大变化量，是衡量器件插入 损耗受偏振态影响程度的指标。
偏振模色散（PMD）：指通过器件的信 号光不同偏振态之间的相位延迟差。
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
RL =10logPr Pi
(dB ) Pi
Pr
Pi：正向输入光隔离器的光信号功率 Pr ：返回输入端口的光功率
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
隔离度
指在逆光隔离器通光方向上传输的光信 号由于引入光隔离器而产生的损耗
Iso=10logP Poi (dB ) Pi’：反向输入光隔离器的光信号功率 Po’：返回输入端口的光功率
分束/合束镜
将任意状态的输入光变成分解成两束偏 振方向垂直的偏振分量
双折射平行平板、楔形双折射晶体
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
偏振旋转镜
90度非互易旋转器
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
端口1→端口2
端 x口
1 23 4 5 6
端 口
1
2
3
4
z
y
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
无源器件和有源器件
无源器件(passive device)：本身不发生 光电或电光转换的器件。如光隔离器、 光耦合器、光环形器等实现连接光路、 分配光功率以及合波和分波等作用。
有源器件(active device)：本身会发生光 电或电光转换的器件，如激光器、光电 检测器、光放大器等。
度，V维尔德常数为材料的特性常数)。
偏振方向的旋转只与磁场强度的方向有关， 而与光传播的方向无关。
磁光材料有钇铁石榴石（YIG）、铋铁石榴 石（SIC）等。光纤通信第五章光纤线路技术及器
件光环形器
偏振相关型光隔离器
由起偏器、检偏器和旋光器三部分组成。
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
(dB )
Pi：输入的光信号功率，
Pi
Po
Po ：经过光隔离器后的功率，
显然， IL值越小越好。
光隔离器的插入损耗来源于偏振器、法拉 第旋转器等各部分的插入损耗。
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
回波损耗(RL)
回波损耗：指由于构成光隔离器的各元 件、光纤以及空气折射率失配引起的反 射造成的对入射光信号的衰减。
单纤双向通信、上/下话路、合波/分波 及色散补偿等
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器
结构
光 分 偏 光 偏分 光 纤 束 振 束 振束 纤 准 合 旋 变 旋合 准 直 束 转 换 转束 直 器 镜 镜 器 镜镜 器
端 x口
1 23 4 5 6
端 口
1
2
3
4
z
y
光纤通信第五章光纤线路技术及器 件光环形器