华中科大光纤通信01z
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80Gbit_s光纤通信系统偏振复用技术研究
DWDM 容量 10G IP 业务量增长 DWDM 容量 100G
（a） （a）近年 IP 业务的增长速度
（b）
（b）未来 IP 业务增长和 DWDM 系统容量需求趋势 图 1.1：近年来通信 IP 业务和 DWDM 增长和需求趋势
一方面人们对高速率、 高容量通信的需求不断攀升， 另一方面光纤丰富的 20THz 潜在带宽资源给予了实现超高速、超大容量的通信无限可能，从而刺激着人们对高 速光纤通信系统的持续关注和不断深入的研究。 目前，对于商用水平而言，单信道传输速率为 40Gbit/s 的光纤通信系统的技术 已经比较成熟，也有很多工程案例。例如，2005 年，日本 NEC 和法国 Alcatel 公司 分别在 100km 距离上实现了总容量为 10.9Tbit/s(273 40Gbit/s)和总容量为 10.2Tbit/s(256 40Gbit/s)的传输容量。最近几年，不论是实验室的研究，还是设 备制造厂商，或者是标准的制定者，开始将眼光投向具有更高速率的光纤通信系统
（请在以上方框内打“√” ）
学位论文作者签名： 日期： 年 月 日
指导教师签名： 日期： 年 月 日
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文
1
1.1 引言
绪 论
随着信息化社会中语音、图像、数据等信息通信的急剧增长,尤其是 IP 业务的 迅速发展,使得人们对通信容量的需求越来越大，如下图 1.1（a）显示的统计数据表 明，2003 年至 2007 年的五年时间里，仅仅是 AT&T 公司设备中 IP 网络的通信量就增 加了 5 倍，且主要的增长速度表现在最近两年，而下图（b）的数据分析显示到 2010 年，IP 网络的对传输速率的要求将从 2000 年的 10Gb/s 增长到 100Gb/s[1]。
（a） （a）近年 IP 业务的增长速度
（b）
（b）未来 IP 业务增长和 DWDM 系统容量需求趋势 图 1.1：近年来通信 IP 业务和 DWDM 增长和需求趋势
一方面人们对高速率、 高容量通信的需求不断攀升， 另一方面光纤丰富的 20THz 潜在带宽资源给予了实现超高速、超大容量的通信无限可能，从而刺激着人们对高 速光纤通信系统的持续关注和不断深入的研究。 目前，对于商用水平而言，单信道传输速率为 40Gbit/s 的光纤通信系统的技术 已经比较成熟，也有很多工程案例。例如，2005 年，日本 NEC 和法国 Alcatel 公司 分别在 100km 距离上实现了总容量为 10.9Tbit/s(273 40Gbit/s)和总容量为 10.2Tbit/s(256 40Gbit/s)的传输容量。最近几年，不论是实验室的研究，还是设 备制造厂商，或者是标准的制定者，开始将眼光投向具有更高速率的光纤通信系统
（请在以上方框内打“√” ）
学位论文作者签名： 日期： 年 月 日
指导教师签名： 日期： 年 月 日
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文
1
1.1 引言
绪 论
随着信息化社会中语音、图像、数据等信息通信的急剧增长,尤其是 IP 业务的 迅速发展,使得人们对通信容量的需求越来越大，如下图 1.1（a）显示的统计数据表 明，2003 年至 2007 年的五年时间里，仅仅是 AT&T 公司设备中 IP 网络的通信量就增 加了 5 倍，且主要的增长速度表现在最近两年，而下图（b）的数据分析显示到 2010 年，IP 网络的对传输速率的要求将从 2000 年的 10Gb/s 增长到 100Gb/s[1]。
光纤光学第三章
刘德明：光纤光学 华中科技大学·光电子工程
10
光通信速率的不断提升
速率(Mb/s) 2 8 34 155 622 1.25 Gb/s 2.5 Gb/s 10 Gb/s 40 Gb/s 160 Gb/s 容纳电话(路） 30 120 480 1920 7680 15436 30720 122880 491520 1966080
远离截止条件为：
43
刘德明：光纤光学 华中科技大学·光电子工程
EHιm模式(ι>0, q= 1): 导模截止
本征值方程: 上式可以简化为: Jl+1 /(UJl)=Kl+1/WKl
W
m个
44
刘德明：光纤光学 华中科技大学·光电子工程
EHιm模式(ι>0, q= 1): 导模远离截止
45
刘德明：光纤光学 华中科技大学·光电子工程
K1=n1k0 K2=n2k0
35
刘德明：光纤光学 华中科技大学·光电子工程
模式分类的 q 参数
36
刘德明：光纤光学 华中科技大学·光电子工程
§3.4.2模式本征值
n n
n
模式的本征值β可由U或W求得 在一般情况下由本征值方程求本征值很复杂, 只能利用计算机进行数值计算。 两种情形可很容易地确定本征值:
11
刘德明：光纤光学 华中科技大学·光电子工程
波分复用技术的发展
1310nm/1550nm窗口的波分复用
仍用于接入网，但很少用于长距离传输
1550nm窗口的密集波分复用(DWDM)
可广泛用于长距离传输，用于建设全光网络
12
刘德明：光纤光学 华中科技大学·光电子工程
可利用的波长资源
n n n n n n
10
光通信速率的不断提升
速率(Mb/s) 2 8 34 155 622 1.25 Gb/s 2.5 Gb/s 10 Gb/s 40 Gb/s 160 Gb/s 容纳电话(路） 30 120 480 1920 7680 15436 30720 122880 491520 1966080
远离截止条件为：
43
刘德明：光纤光学 华中科技大学·光电子工程
EHιm模式(ι>0, q= 1): 导模截止
本征值方程: 上式可以简化为: Jl+1 /(UJl)=Kl+1/WKl
W
m个
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刘德明：光纤光学 华中科技大学·光电子工程
EHιm模式(ι>0, q= 1): 导模远离截止
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刘德明：光纤光学 华中科技大学·光电子工程
K1=n1k0 K2=n2k0
35
刘德明：光纤光学 华中科技大学·光电子工程
模式分类的 q 参数
36
刘德明：光纤光学 华中科技大学·光电子工程
§3.4.2模式本征值
n n
n
模式的本征值β可由U或W求得 在一般情况下由本征值方程求本征值很复杂, 只能利用计算机进行数值计算。 两种情形可很容易地确定本征值:
11
刘德明：光纤光学 华中科技大学·光电子工程
波分复用技术的发展
1310nm/1550nm窗口的波分复用
仍用于接入网，但很少用于长距离传输
1550nm窗口的密集波分复用(DWDM)
可广泛用于长距离传输，用于建设全光网络
12
刘德明：光纤光学 华中科技大学·光电子工程
可利用的波长资源
n n n n n n
全光学偏振控制器
收稿日期:2001-04-16.基金项目:国家自然科学基金资助项目(69777011).第22卷第6期半 导 体 光 电Vol.22No.62001年12月Semiconductor OptoelectronicsDec.2001文章编号:1001-5868(2001)06-0394-03全光学偏振控制器王 铁,曹明翠,罗风光(华中科技大学激光技术国家重点实验室,湖北武汉430074)摘 要: 提出了一种全光学偏振控制器,它能够将光纤输出的随机偏振光变为稳定的具有确定偏振态的光信号。
整个器件全部采用无源光学元件实现。
测试表明,该器件插入损耗小于0.7dB ,偏振相关损耗小于0.02dB ,并具有体积小、结构紧凑、宜于装配、与其他光器件组合简单的优点。
关键词: 光通信;光器件;偏振控制中图分类号: TN929.11 文献标识码: AAll 2optical Polarized B eam ControllerWAN G Tie ,CAO Ming 2cui ,L UO Feng 2guang(N ational K ey Lab.on Laser T echnology ,H u azhong U niversity of Science and T echnology ,Wuhan 430074,China)Abstract : A new all 2optical polarization controller is introduced ,which can transfer a random polarization at the output of fiber to the stable definite polarization.All parts of the device are made up of passive optical elements.Its insertion loss is better than 0.7dB ,with the polarization dependent loss of less than 0.02dB.It is characterized by small size and compact configuration ,and is adapted to assemble to couple with other optical devices.K ey w ords : optical communication ;optical device ;polarization control1 引言全光网的发展需要一些新的光电子器件来支持。
华中科技大学光电子器件导论2012级A卷参考答案
答：(i)光纤的纤芯半径 a 应小于 3.34μm；(ii) 1.4976<n2<1.50 应如何选择
三、(本题 20 分)某一半导体的带隙 Eg 随绝对温度 T 变化的情况可以用 Varshni 方程描述：
四、(本题 20 分) (1)光学谐振腔是激光器的重要组成部分，它的作用是什么？激光输出中 的不同模式的产生原因是什么？(8 分) 答：(1) 激光器中光学谐振腔(常称谐振腔)的主要作用有两个方面：①提供轴向的光波模 的正反馈； ②控制振荡模式的特性， 从而提高激光器的相干性。 或①产生与维持激光振荡； ②控制输出光束的质量。谐振腔内可能存在的本正态称为腔的模式。(4 分) 由于每个模式的电磁场分布，特别是腔的模界面内场的分布不同，每个模的谐振频率 不同，每个模对应的发散角不同，每个模在腔内往返一次对应的功率损耗不同，从而产生 了不同模式。(4 分)
-1-
V
2
0
n1a 2 2.405
(4 分) 2.405 0 2.405 1.31μm 3.34 μm 2 n1 2 2 1.50 2 0.5%
a
(ii)若光纤的纤芯直径 d=10μm，即纤芯半径 a=5μm，保证光纤单模传输时，
V
2
0
题号 题分 得分
一 14
二 16
三 20
四 20
五 18
六 12
总分 100
在纤芯中向前传播的。(1 分)
可能需要的物理常数：真空中的光速 c=2.9979× 108ms–1；普朗克常数 h=6.6261× 10–34Js；电子电荷 e=1.60218× 10–19C；玻尔茨曼常数 kB=1.3807 × 10–23 J K–1；室温下 GaAs 的禁带宽度为 1.424eV；水的 折射率为 1.33。
三、(本题 20 分)某一半导体的带隙 Eg 随绝对温度 T 变化的情况可以用 Varshni 方程描述：
四、(本题 20 分) (1)光学谐振腔是激光器的重要组成部分，它的作用是什么？激光输出中 的不同模式的产生原因是什么？(8 分) 答：(1) 激光器中光学谐振腔(常称谐振腔)的主要作用有两个方面：①提供轴向的光波模 的正反馈； ②控制振荡模式的特性， 从而提高激光器的相干性。 或①产生与维持激光振荡； ②控制输出光束的质量。谐振腔内可能存在的本正态称为腔的模式。(4 分) 由于每个模式的电磁场分布，特别是腔的模界面内场的分布不同，每个模的谐振频率 不同，每个模对应的发散角不同，每个模在腔内往返一次对应的功率损耗不同，从而产生 了不同模式。(4 分)
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V
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0
n1a 2 2.405
(4 分) 2.405 0 2.405 1.31μm 3.34 μm 2 n1 2 2 1.50 2 0.5%
a
(ii)若光纤的纤芯直径 d=10μm，即纤芯半径 a=5μm，保证光纤单模传输时，
V
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0
题号 题分 得分
一 14
二 16
三 20
四 20
五 18
六 12
总分 100
在纤芯中向前传播的。(1 分)
可能需要的物理常数：真空中的光速 c=2.9979× 108ms–1；普朗克常数 h=6.6261× 10–34Js；电子电荷 e=1.60218× 10–19C；玻尔茨曼常数 kB=1.3807 × 10–23 J K–1；室温下 GaAs 的禁带宽度为 1.424eV；水的 折射率为 1.33。
武汉大学光纤通信
武汉大学光纤通信论文浅谈光纤通信在各学科的应用卢庆亮国际软件学院2010302580233指导教师: 何对燕专业名称: 光纤通信完成日期: 武汉大学2011年11月目录1 引言 (1)1.1 科技名词定义 (1)1.2 光纤通信简介 (1)1.3 光纤通信特点 (1)1.4光纤通信原理 (2)1.5 光纤通信发展 (2)1.6 光纤通信应用领域 (2)2 光纤通信在配电网自动化上的应用 (2)2.1 前言 (2)2.2 配电网自动化对通信的要求 (3)2.3 正文 (3)2.4 光纤通信在配电网上的实现方案 (4)3 新一代光纤通信——光波分复用技术 (5)3.1 光波分复用技术 (5)3.2 WDM系统基本构成 (6)3.3 双纤单向WDM系统组成 (6)3.4 光波分复用器和解复用器 (6)3.5 WDM技术的主要技术特点 (7)4 结论和建议 (7)4.1 结论及认识 (7)4.2 结语 (7)致谢 (8)主要参考文献 (8)1 引言1.1 科技名词定义中文名称：光纤通信英文名称：optic-fiber communication;fiber-optic communications定义1：以光导纤维为传输介质的通信方式。
应用学科：电力（一级学科）；调度与通信、电力市场（二级学科）定义2：以光纤作为光信号传输媒介的通信。
应用学科：通信科技（一级学科）；光纤传输与接入（二级学科）1.2 光纤通信简介光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的一种通信方式。
从原理上看,构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。
光纤除了按制造工艺、材料组成以及光学特性进行分类外，在应用中,光纤常按用途进行分类，可分为通信用光纤和传感用光纤。
传输介质光纤又分为通用与专用两种,而功能器件光纤则指用于完成光波的放大、整形、分频、倍频、调制以及光振荡等功能的光纤，并常以某种功能器件的形式出现。
1.3 光纤通信特点(1)通信容量大、传输距离远；一根光纤的潜在带宽可达20THz。
华中科大光纤通信chapter 1 introductionPPT课件
• Digital hierarchy 数字体系
• DWDM: dense wavelength division multiplexing • SONET：同步光网络
密集波分复用
• SDH：同步数字体系
• Modulation format 调制格式
• STM：同步转移模块
• Regenerator 再生器
2020/11/12
OE, HUST
2
Bibliography
Fiber-optic Communication Systems (The 3rd Edition), G. P. Agrawal, Wiely-Interscience, 2001
光纤通信技术，张新亮编著，华中科技大学，2002 《光纤通信》（第三版），[美]G. Keiser著，李玉权等译，
• Nyquist criterion 奈奎斯特准则
• Launched power 发射功率
• Quantization noise 量化噪声
• IM/DD: 强度调制/直接探测
• PPM：脉冲位置调制
• BER： 误码率
• PDM：脉冲宽度调制
• Receiver sensitivity 接收机灵敏度
1966, K.C.Kao 1000 dB/km to 20 dB/km
(by reducing concentration of impurities)
1970, Corning →20 dB/km
1972, Corning → 7dB/km
1973, Bell lab →2.5dB/km
1976, Japan →0.5dB/µm
lcvlvc2 v l1.55m, v 2 .0 1 0 1 4H z2 0 0 T H z
光纤传感技术-华中科技大学光学与电子信息学院
2.2 分布式光纤传感系统-光时域反射计
2.3 分布式拉曼光纤传感系统
2.4 分布式布里渊光纤传感系统
2.5 分布式光偏振时域反射计传感系统
2.6 光纤传感器组网技术
2.7 无源光纤传感网络系统与技术
2.8 有源光纤传感网络系统与技术
第三章光纤光栅传感技术与系统（6学时）
3.1 Bragg光纤光栅传感原理
3.2 基于Bragg光纤光栅的几种传感器
3.3 其他类型的光纤光栅的传感应用
3.4 准分布式光纤光栅传感系统
3.5 光纤光栅传感系统的典型工程应用
第四章基于光子晶体光纤的光纤传感技术（6学时）
4.1 光子晶体光纤的原理与制备技术
4.2 光子晶体光纤的传感特性分析
4.3 基于光子晶体光纤的几种典型传感器
开课学期：spring
总学时：32
学分：2
先修课程要求：fiber optics, physical optics, optical fiber communication
课程组教师姓名
职 称
专 业
年 龄
学术方向
Ming Tang
Prof.
OE
34
Fiber communication and sensing
职 称
专 业
年 龄
学术方向
唐明
教授
光电
34
光纤通信与传感
孙琪真
副教授
光电
31
光纤通信与传感
课程负责教师教育经历及学术成就简介：
唐明教授，博士，教育部新世纪优秀人才支持计划入选者，楚天学者特聘教授,国际电子与电气工程师协会高级会员（Senior member of IEEE），日本应用物理学会会员。2001年于华中科技大学光电子工程系获得学士学位；2001年至2005年于新加坡南洋理工大学（NTU）电子与电气工程学院攻读博士课程并于2005年获得博士学位；2005年至2009年于新加坡南洋理工大学网络技术研究中心（NTRC）从事博士后研究；2009年2月至2011年2月加入日本理化学研究所（RIKEN）极端光子学研究项目组（Extreme Photonics Program）任特别研究员；2011年1月作为引进人才加入华中科技大学。
2.3 分布式拉曼光纤传感系统
2.4 分布式布里渊光纤传感系统
2.5 分布式光偏振时域反射计传感系统
2.6 光纤传感器组网技术
2.7 无源光纤传感网络系统与技术
2.8 有源光纤传感网络系统与技术
第三章光纤光栅传感技术与系统（6学时）
3.1 Bragg光纤光栅传感原理
3.2 基于Bragg光纤光栅的几种传感器
3.3 其他类型的光纤光栅的传感应用
3.4 准分布式光纤光栅传感系统
3.5 光纤光栅传感系统的典型工程应用
第四章基于光子晶体光纤的光纤传感技术（6学时）
4.1 光子晶体光纤的原理与制备技术
4.2 光子晶体光纤的传感特性分析
4.3 基于光子晶体光纤的几种典型传感器
开课学期：spring
总学时：32
学分：2
先修课程要求：fiber optics, physical optics, optical fiber communication
课程组教师姓名
职 称
专 业
年 龄
学术方向
Ming Tang
Prof.
OE
34
Fiber communication and sensing
职 称
专 业
年 龄
学术方向
唐明
教授
光电
34
光纤通信与传感
孙琪真
副教授
光电
31
光纤通信与传感
课程负责教师教育经历及学术成就简介：
唐明教授，博士，教育部新世纪优秀人才支持计划入选者，楚天学者特聘教授,国际电子与电气工程师协会高级会员（Senior member of IEEE），日本应用物理学会会员。2001年于华中科技大学光电子工程系获得学士学位；2001年至2005年于新加坡南洋理工大学（NTU）电子与电气工程学院攻读博士课程并于2005年获得博士学位；2005年至2009年于新加坡南洋理工大学网络技术研究中心（NTRC）从事博士后研究；2009年2月至2011年2月加入日本理化学研究所（RIKEN）极端光子学研究项目组（Extreme Photonics Program）任特别研究员；2011年1月作为引进人才加入华中科技大学。
光纤通信系统中差分相位调制平衡接收机系统误码率的精确计算
古Ｅｓ（￡）ｅｘｐＥｊ０（ｔ）＋ｊＰ（￡）］Ｅｅｘｐ（ｊＡｑ，＋ｊＡｏ）一１］，
（６）
其中
起（ｔ）一去［咒（ｆ一丁）一恕（ｆ）］，
（７）
．／ｘＯ—Ｏ（ｔ一丁）一口（ｆ）， △驴一９（￡一Ｔ）一９（￡），
（８）
上述带有光和电噪声的信号最后要通过减法器和电滤波器来完成解调。
对于逻辑信号“１”来说，连续比特问隔的相位差是零，即Ａ０＝０。这里假设妒（￡）＝ｏ，护（ｆ）一ｏ。记Ｊｓ—
（１华中科技大学武汉光电国家实验室，湖北武汉 ４３００７４；２华为技术有限公司光网络部，广东深圳５１８１２９）
摘要采用高斯函数近似方法以及傅里叶变换法分析推导出高速光纤通信技术中所采用的差分相位调制
（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｐｈａｓｅ－ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ，ＤＰＳＫ）一平衡接收机系统中的差分非线性相位噪声△舻的精确表示，把它应用于考
器（ＥＤＦＡ），其增益为Ｇ，同时引入加性的自发辐射
Ｅ。（￡）一Ｅｓ（ｆ）ｅｘｐ｛ｊ［臼（￡）＋９（ｆ）］）＋咒（￡。的光滤波器
其中Ｅ。（ｆ）是经ＥＤＦＡ放大的信号场强振幅，假设
来降低ＡＳＥ噪声的影响，然后再进入一个双臂的马
光滤波器和电滤波器是理想的带通滤波器，Ｅｓ（ｆ）也
赫一曾德尔干涉仪（ＭＺＩ）。信号分为两路，其中一路 是进入ＭＺＩ的幅度，口（ｆ）是ＤＰＳＫ信号的相位信
延迟～个比特周期丁，另外一路不变，再对两路信号
息，够（ｆ）是非线性相位噪声，也是本文研究重点，
进行干涉，干涉后将相位信息转换为幅度信息。经 ，ｚ（ｆ）是ＥＤＦＡ产生的ＡＳＥ噪声。
过干涉实现了“加”和“减”的两路幅度信号分别进入
目前虽然已经有许多研究，但是都很难得到准 确的误码率估计。对于ＤＰＳＫ系统中噪声进行了
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OE of HUST
10
2009319
OE of HUST
11
光的折射和反射
• 光在两种折射率不同的介质的交界面上会产生反射和折射 现象； • 反射定律：反射线位于入射线和法线线NN’所决定的平面 内，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ射线和入射线处于法线NN’的的两侧，反射角等于 入射角，即θ ’ =θ ； 1 1 • 折射定律：反射线位于入射线和法线线NN’所决定的平面 内，反射线和入射线处于法线NN’的的两侧，入射角和折 射角满足以下关系： sinθ /sinθ =n /n 1 2 2 1
送话器
振动镜
透镜2
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22
自由光通信 vs 波导光通信
• 自1960年激光器发明后人们拥有了一种高亮度的光源；
红宝石(694.3nm) , Nd:YAG(1064nm), 固体激光器 气体激光器 半导体激光器（0.33~360 mm)，光纤激光器
+ HeNe(632.8nm), Ar (488nm), CO (10.6mm) 2
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FWHM半值全宽
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相干光和非相干光
• 所谓光的干涉是指两列（或几列）光相遇，在空间形成的 明暗交替干涉条纹稳定分布的现象； • 相干光波的频率必须相同，相位差必须恒定，振动方向必 须一致。这三个条件称为相干波条件，满足相干波条件的 光称为相干光，不满足相干波条件的光称为非相干光； • 相干光的叠加是振幅叠加，而非相干光的叠加是场强叠 加；
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26
• 1970年实现了半导体激光器在室温下连续工作，为光纤 通信提供了体积小，功耗低，容易调制的光源； • 1970小型半导体激光光源和低损耗光纤的同时问世，光 纤通信终于成为现实，1970年是光纤通信的元年；
光纤通信技术
光纤通信技术
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1
课程学习意义
• 自20世纪70年代以来，光纤通信一直以惊人的速度发展 着，她为通信网络提供了难以想象的传输带宽，成为信息 网络最主要的传输手段； • 目前，无论是在陆地还是海底，在世界范围内都已形成了 拥有巨大传输带宽的光纤通信网络； • 光纤通信系统不仅在骨干网中发挥着重要作用，其巨大带 宽使得光纤成为用户宽带接入的终极解决方案，例如光纤 到户（FTTH）能够为用户提供视频、数据和语音服务； • 本课程能够为今后工作打下良好基础。
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9
光的偏振
• 光的偏振态是指在垂直于光波传播方向z的平面内光矢量E 的振动状态； • 如果光矢量只沿一个固定方向振动，称它为线偏振光。如 果光矢量的振动方向周期性的旋转，其轨迹呈一（椭） 圆，则称它（椭）圆偏振光。 • （椭）圆偏振光可以视为两个在同一方向上传播的频率相 同、振动方向互相垂直的线偏振光波的叠加。
34 E=hf，式中h＝6.626x10 Js为普朗克常数；
• 光的能量是光子能量的总和，对于一定频率的光，光子的 数目越多，光的强度就越大；
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19
1.2 光纤通信的发展历史
• 什么是光纤通信系统？ • 光纤通信系统由哪些部分组成？各有什么功能？ • 光纤通信系统有哪些优点和缺点？ • 如何衡量光纤通信系统的整体性能？ • 分贝、数字信号、调制格式、信号复用的概念？ • 光纤通信技术经历了哪些发展阶段？ • 光纤通信技术的发展路线？现代光纤通信技术的发展趋势如何？ • TDM标准和WDM标准？
充气管道
透镜
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• 1966年高琨博士提出可以利用光纤作为光信号的传输介 质，因此被认为是光纤之父。他提出可通过降低光纤中杂质 浓度的方法将光纤损耗从1000dB/km（20m传输后功率下降 为1％）降低到20dB/km； • 1970年美国Corning公司将光纤损耗降低到20dB/km， 因此这一年被认为是光纤诞生的一年（1979年Corning公 司将光纤损耗降低到0.2dB/km，已接近理论极限值）；
– 半导体激光器（LD）； – 发光二极管（LED）；
• 信号调制：直接调制、间接调制
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• 发射机波段划分： C波段 1530～1565nm; L波段 1570~1610nm; S波段 1460~1530nm；
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光纤通信系统的组成
中继器 光发射机 （E/O） 光纤 光纤 光接收机 （O/E）
电端机
电端机 数语 视 据音 频
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数 语 据 音
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视 频
光发射机
驱动电路 光源 驱动电路 光源 外调制器
• 光源（Optical Source）提供光载波：
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光（波）通信
• 通信系统可以利用电信号，也可以利用光信号作为载体进 行信息的传输； • 利用光波作为载体进行信息传输称为光（波）通信。例如： 中国古代的烽火台，现在用以指挥交通的红绿灯以及战争 中采用的信号弹均可算作光（波）通信 。
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– 光电光式结构复杂，成本较高。 – 全光中继方式中采用光放大器补偿光信号的衰减目前DWDM通信 系统中普遍采用的中继方式。
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光的单色性
• 普通光源发出的光，其颜色成分复杂，谱线宽度比较大； • 激光器发出的光是具有良好的单色性，这是激光器区别于 普通光源的一个重要的特点。 （常见的通信用单纵模工作 半导体激光器，其谱线宽度约为0.2nm ） • 占据较窄波长范围的单色光不是单一波长（或频率）的 光，称它为“准单色光”； • 将光强I等于最大光强I 一半的波长范围Δλ称为“谱线 max 宽度”（FWHM，3dB），Δλ愈小，谱线宽度越窄，光 的单色性越好；
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光的色散
• “色散”可以直接地由复色光（可见光）通过透明物质（例 如三棱镜）分解成单色光（红、橙、黄、绿、青、蓝、紫） 这种物理现象观察得到； • 单色性不好的光波在光纤中传输时，会产生复杂的色散现 象，从而引起光信号的失真；
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10Gb/s高速PIN探测器
2.5Gb/s小型化APD型光接收模块
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中继器
• 光信号在光纤中传输一段距离后不可避免地会受到各种衰 减，光信号将变得越来越弱，同时受光纤色散的影响，脉 冲展宽会引起信号失真，此时需要对衰减并失真的光信号 进行放大、整形和重新定时，然后再进行传输。 • 中继方式有光电光和全光两种方式：
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第一章 导言
1.1 光的本性（复习） 1.2 光纤通信发展的历史回顾（了解） 1.3 光纤通信系统的基本组成及特点（掌握） 1.4 光纤通信中的一些基本概念（掌握）
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1.1 光的本性
• 光既具有波粒二象性：既可以将光看作是由光子组成的粒 子流，也可以将光看成光波； • 相应的在分析光电器件时可以采取两种不同的观点（理 论）：
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光接收机
偏置电路
光探测器(O/E)
电放大器
数据恢复电路
电比特流信号
• 光探测器（Photodetector）将光信号变为电信号。 • 光探测分为：PIN管和APD管； • 信号处理电路：
– 电放大器：对微弱的光电流进行放大和滤波； – 数据恢复电路：确定采样时间和判决阈值，将电信号还原成比 特流信号；
– 当研究光通信中的无源器件（光纤、波分复用器、干涉仪）时，多 运用光的波动性理论； – 当研究光通信中的有源器件（激光器、发光二极管、光电探测器） 时，多运用光的粒子性理论。
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1.1.1 光的波动性
• 光波是一种电磁波，由振荡的电场和磁场组成，可以表示 为：
液体激光器 染料激光器 300nm～800nm
• 自由光通信：大气光通信、水下光通信； • 现代光通信一般指“光纤波导光通信”，即利用低损耗的光 纤波导进行光的传输，避免外界的影响，从而实现持久可 靠的通信。
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• 提出了空心式光波导管、薄膜式光波导、透镜阵列式光波 导等多种传光方式。 • 但由于这些光波导系统体积庞大，不便于安装和使用，只 有当光束与管道的轴线严格对中时才能有效传输，这对于 长距离通信是很难做到的，因而未能得到实际推广应用。
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光的全反射
• 光波从光密介质折射进入到光疏介质时，有可能发生全反 射。发生全反射的临界角θ 为： c
1 θ =sin (n /n ) c 2 1
• 入射角大于全反射角θ 的光线将会发射全反射。 c