光纤通信系统概述及常识简介
光纤通信原理与系统
光纤通信原理与系统
光纤通信原理与系统
一、光纤通信简介
1. 光纤通信是一种利用光纤实现通信的传输技术。
被广泛应用于电信、广播、数据传输等多个领域中。
2. 光纤的传输速度非常快，在传输损耗非常低的同时可以实现传输距
离超过几百公里以上。
可以大大减轻传输线路的构建成本。
二、光纤传输原理
1. 光纤传输原理基于光纤的特性，光纤管内使用的是采用了空穴—对
称间接发射的差分激光信号，其信号传输能力与传输距离都要比单级
光稳定性强些。
2. 光纤管内使用的有模式容积激光器，其具有高线性度、高强度等特点，可以在光纤中传输比较稳定的信号，而且抗干扰能力也非常强。
三、光纤系统
1. 光纤系统由光纤、光源、光纤连接器、激光器等组成，支持多种光
纤传输技术，不仅可以实现高速的数据传输，还可以支持宽带、多媒
体通信等功能。
2. 光纤连接器可以连接多个光纤，从而可以实现大范围的信息传输，
是一种高性能、性能稳定、易于使用的通信设备。
3. 激光器用于把电信号变成光信号，并在光纤中传输，是整个光纤传
输系统的核心，它可以大大提高光纤传输系统的性能。
四、其它
1.另外，光纤传输设备也需要控制器、光纤连接器以及双头线来实现，可以根据不同的应用需求完成设备的布置，可以充分发挥光纤的传输
和通讯能力，
2.同时在应用时，也要注意防止噪声污染，保证光纤中传输的信号纯净，并且要安装光纤信号衰减补偿装置，来避免光纤信号的衰减问题。
光纤通信系统第一章
光电晶体管
具有较高的响应速度和灵敏度，适用于中短距离光纤通信系统。
光放大器技术
1 2
掺铒光纤放大器（EDFA） 利用掺铒光纤中的铒离子实现光放大，具有较高 的增益和较宽的带宽，广泛应用于长距离光纤通 信系统。
拉曼光纤放大器（RFA） 利用拉曼散射效应实现光放大，具有较低的噪声 和较好的稳定性，适用于多波段光纤通信系统。
波分复用（WDM）
同时利用光信号的频率和相位信 息实现复用，可以提高光纤通信 系统的传输容量和速率。
04
光纤通信系统的性能指标
带宽与传输速率
带宽
带宽是衡量通信系统传输信息能力的重要指标，指在单位时间内传输的数据量。光纤通信系统的带宽通常以兆赫 兹（MHz）或吉赫兹（GHz）表示，带宽越大，传输速率越高。
发光二极管（LED）
能够发出宽光谱的光，但相干性和方向性较差，通常用于短距离光 纤通信系统。
半导体激光器（SDL）
结合了LD和LED的特点，具有较高的相干性、方向性和单色性，广 泛应用于长距离光纤通信系统。
光检测器技术
PIN光电二极管
响应速度快，线性范围广，常用于高速光纤通 信系统。
APD雪崩光电二极管
未来的发展趋势
超高速传输
光子集成电路
随着数据量的不断增加，光纤通信系统的 传输速率将进一步提高，实现更快速的数 据传输。
光子集成电路是未来光纤通信系统的重要 发展方向，能够实现光信号的集成和处理 。
全光网络
智能化发展
全光网络是未来通信网络的发展趋势，能 够实现光信号的透明传输和处理，提高通 信网络的效率和可靠性。
光纤的结构与特性
光纤的结构
光纤由纤芯、包层和涂覆层组成，其中纤芯是传输光信号的主要部分，包层用于 保护纤芯，涂覆层则起到保护光纤不受外界环境影响的作用。
光纤通信系统
形成光缆
5
中继器
中继器
由于光纤的传输损耗和散射 效应，光信号在传输过程中 会逐渐衰减，因此需要使用 中继器来放大和整形光信号，
以实现长距离传输
中继器通常由掺铒光纤放大 器(EDFA)和光-电-光转换器
组成
掺铒光纤放大器可以对光信 号进行放大，提高光信号的 能量
光纤通信系统主要由光发信机、 光收信机、光缆、中继器等组
成
2
光发信机
光发信机
光发信机是实现电信 号转换为光信号的设 备，主要由光源、驱 动电路和调制电路组
成
光源是发信机的核 心器件，目前常用 的光源有半导体激 光器和发光二极管
驱动电路的作用是 为光源提供足够的 电流，使其发出稳
定的光信号
调制电路的作用是 将电信号加载到光 信号上，实现电信
的可靠性和效率
5
绿色光纤：在光纤的制造和使用过程中，需要注重环保和 节能，推动光纤通信系统的绿色发展
光纤通信系统的关键技术和发展趋势
总的来说，光纤通信系统将继续向着高速、大容量、智 能化、环保等方向发展
未来，随着技术的不断进步和应用需求的不断增加，光 纤通信系统将会得到更加广泛的应用和推广，为人们提
光纤通信系统
-
1 概述 2 光发信机 3 光收信机 4 光缆 5 中继器 6 光纤通信系统的优点和缺点 7 光纤通信系统的应用和发展趋势 8 光纤通信系统的前景展望 9 光纤通信系统的关键技术和发展趋势
1
概述
概述
光纤通信系统是一种利用光波 在光纤中传输信息的通信方式
由于光纤具有传输容量大、抗 干扰能力强、传输距离长等优 点，光纤通信系统已成为现代 通信网的主要传输方式之一
光纤通信 知识点总结
光纤通信知识点总结引言光纤通信是一种通过光纤传输光信号的通信技术，它使用光纤作为传输媒质，通过光的反射、折射和传播来实现信息的传输。
光纤通信具有带宽大、传输速度快、抗干扰性强、安全可靠等优点，因此在现代通信中得到了广泛的应用。
本文将对光纤通信的相关知识点进行总结，包括光纤通信的基本原理、组成结构、传输特点、光纤通信系统的组成和工作原理、光纤通信的发展趋势等内容。
一、光纤通信的基本原理1. 光的特性光波是一种电磁波，具有波粒二象性，既可以表现为波动又可以表现为微粒。
光波的主要特性包括波长、频率、相速度、群速度等。
2. 光纤的基本原理光纤是一种通过光的全反射来传输光信号的一种传输媒质。
它的基本结构是由一根纤维芯和包覆在外的包层组成，通过这样的结构使得光信号可以沿着光纤的传输方向不断进行反射和传播。
二、光纤通信的组成结构1. 光纤的结构光纤由芯和包层构成，芯是由单质或复合材料制成，包层是由低折射率的材料构成，使得光可以在芯和包层的界面上发生全反射。
2. 光纤的连接器连接器是光纤通信中的重要部分，它用于将光纤连接在一起，保证光信号的传输质量。
3. 光纤的光源和接收器光源是产生光波的设备，用于向光纤中输入光信号；接收器是用于接收光纤传输过来的光信号，并将其转换为电信号。
三、光纤通信的传输特点1. 带宽大光纤通信的带宽远远大于传统的铜线通信，可以传输更多的信息。
2. 传输距离远光纤通信的传输距离远远大于铜线通信，可以满足更长距离的通信需求。
3. 传输速度快光纤通信的传输速度远远快于铜线通信，可以实现更快的数据传输。
4. 抗干扰性强光纤通信的信号传输过程中不受电磁干扰，抗干扰性能强。
5. 安全可靠光纤信号传输过程中不会泄露电磁波，安全可靠。
四、光纤通信系统的组成和工作原理1. 光纤通信系统的组成光纤通信系统由光源、光纤、接收器、调制解调器、复用器、解复用器等组成。
2. 光纤通信系统的工作原理光源产生光信号，光信号经过调制解调器进行调制，然后通过光纤进行传输，接收器接收光信号并将其转换为电信号，经过复用器和解复用器将多个信号合并或分解，最终传输到目标设备。
光纤通信基础知识ppt课件
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
光纤通信系统的基本概念、组成及特点。
光纤通信系统的基本概念、组成及特点。
光纤通信系统是以光为载波，利用纯度极高的玻璃拉制成极细的光导纤维作为传输媒介，通过光电变换，用光来传输信息的通信系统。
光纤通信系统由三部分组成：光发射机、光接收机和光纤链路。
光发射机由模拟或数字电接口、电压—电流驱动电路和光源组件组成。
模拟或数字电接的作用是实现口阻抗匹配和信号电平匹配（限制输入信号的振幅）作用。
光源—光纤耦合器的作用是把光源发出的光耦合到光纤或光缆中。
光接收机由光检测器组件、放大电路和模拟或数字电接口组成。
光检测器组件包括一段光纤（尾纤或光纤跳线）、光纤—光检波器耦合器、光检测器和电流—电压转换器。
光检测器将光信号转化为电流信号。
然后再通过电流—电压转换器,变成电压信号输出。
模拟或数字电接口对输出电路其阻抗匹配和信号电平匹配作用。
光纤链路由光纤光缆、光纤连接器、光缆终端盒、光缆线路盒和中继器等组成。
光纤光缆由石英或塑料光纤、金属包层和外套管组成。
光纤通信系统的特点有：1.频带宽、传输容量大，损耗小、中继距离长，重量轻、体积小，抗电磁干扰性能好，泄漏小、保密性好，节约金属材料，有利于资源合理使用。
2.传输损耗小：在光纤通信系统中，由于采用了石英等材质作为光纤材料，其传输损耗比普通金属线要小得多。
3.传输容量大：由于光纤通信系统采用光信号传输，因此其传输容量比普通金属线要大得多。
4.抗电磁干扰性能好：由于光纤通信系统采用光信号传输，因此其抗电磁干扰性能比普通金属线要好得多。
5.保密性好：由于光纤通信系统采用光信号传输，因此其保密性比普通金属线要好得多。
6.节约金属材料：由于光纤通信系统采用石英等材质作为光纤材料，因此可以节约大量的金属材料。
7.易于安装和维护：由于光纤通信系统采用光信号传输，因此其安装和维护相对容易。
8.适用于远距离传输：由于光纤通信系统采用石英等材质作为光纤材料，因此可以适用于远距离传输。
9.适用于大规模网络：由于光纤通信系统采用光信号传输，因此可以适用于大规模网络。
光纤通信知识演示文稿资料课件
目录
• 光纤通信概述 • 光纤通信原理 • 光纤通信系统组成 • 光纤通信的应用 • 光纤通信的未来发展
01
光纤通信概述
光纤通信定义
光纤通信是一种利用光波在光纤中传输信息的一种通信方式。它通过将电信号转 换为光信号，在光纤中传输，并在接收端将光信号转换回电信号，实现信息的传 递。
光纤通信系统主要由光源、光纤、光检测器和传输介质等部分组成。其中，光纤 是核心部分，负责传输光信号。
光纤通信发展历程
01
02
03
04
1960年代
光纤通信的初步探索和研究阶 段，人们开始认识到光纤在通
信领域的应用潜力。
1970年代
实验阶段，开始进行光纤通信 实验，验证其可行性和优势。
1980年代
商用阶段，光纤通信开始进入 商用领域，逐渐应用于长途和
光的调制方式
01
02
03
强度调制
通过改变光源的输出强度 来传递信息。在强度调制 中，信息被编码为光信号 的明暗变化，即光强。
频率调制
息被编码为光信号的波长 变化。
相位调制
通过改变光的相位来传递 信息。在相位调制中，信 息被编码为光信号的相位 变化。
光的解调方式
光功率放大器
用于放大光信号的功率，提高传输距 离和接收机的接收灵敏度。
05
04
调制器
用于将电信号调制到光信号上，使光 信号的幅度、相位或频率随电信号变 化。
光中继器
功能
光中继器用于放大和 整形光信号，补偿光 纤传输中的损耗和色 散，延长通信距离。
组成
光中继器主要由光接 收机、光放大器和光 发送机组成。
保护层用于保护光纤不受外界环境的影响 和损伤，保证光信号的传输质量和稳定性 。
光纤通信系统教材
光纤通信系统教材一、光纤通信概述光纤通信是一种利用光波在光纤中传输信息的通信方式。
相比于传统的电通信方式，光纤通信具有传输容量大、传输距离远、传输损耗低、抗电磁干扰等优点，因此在现代通信领域得到了广泛应用。
二、光纤传输原理光纤传输的基本原理是光的全反射。
当光波入射到光纤的芯层时，如果入射角大于或等于临界角，光波将在芯层与包层的交界处发生全反射，从而被限制在芯层中传播。
通过在光纤中不断发生全反射，光波可以在光纤中传播很远的距离。
三、光源与光调制光源是光纤通信系统中的重要组成部分，用于产生光波。
常用的光源有发光二极管（LED）和激光器（LD）。
光调制则是将信息加载到光波上的过程，常用的调制方式有直接调制和外部调制。
四、光探测器与光解调光探测器是光纤通信系统中的重要组成部分，用于接收光波并将光波转换成电信号。
常用的光探测器有光电二极管（PIN）和雪崩光电二极管（APD）。
光解调则是将从光波中提取出信息的过程，常用的解调方式有相干解调和非相干解调。
五、光纤光缆及其连接光纤光缆是光纤通信系统中传输光波的介质，具有传输容量大、传输损耗低等优点。
光纤光缆的连接方式有熔接和冷接等，连接时需要注意接头的质量和密封性，以保证信号传输的质量和稳定性。
六、光放大与光再生中继由于光纤传输过程中的损耗和散射等原因，光信号的强度会逐渐减弱。
为了延长传输距离和提高信号质量，需要在适当的位置放置光放大器和光再生中继器对光信号进行放大和再生。
常用的光放大器有掺铒光纤放大器（EDFA）和拉曼光纤放大器（FRA），常用的光再生中继器有光电转换器和数字中继器等。
七、光纤通信系统性能光纤通信系统的性能主要包括传输速率、传输距离、误码率、抖动、色散等方面。
其中，传输速率指的是单位时间内传输的数据量，传输距离指的是信号传输的距离，误码率指的是传输过程中出现错误的概率，抖动指的是信号时间上的不稳定，色散指的是不同频率的光波在光纤中传播速度不同而引起的脉冲展宽现象。
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光纤 电/光转换器
半导体发光管LED，非相干光源，线性度 好，并且价格低 半导体激光器LD。具有功率大，发散角 小，稳定，谱宽窄，调制速率高，缺点
是线性度不好
调制方式(直接调制与间接调制)
1.
直接调制：是用电信号直接 调制半导体激光器或发光LED 的驱动电流，使输出光随电 信号变化而实现。主要采用 光强调制。 技术简单，成本低，但受光 源频率特性限制，调制速率 不高
光信号
p i t t t
input
光纤 电/光转换器
p
t p t
判决电路 中继器 光纤
output
i
抽样时钟
t 光电接收器
信号在传输过程中的变化过程 (畸变、衰减、放大、再生)
一、光发射机(电光转换，调制)
光发射机：把输入电信号转换为光信 号，并用耦合技术把光信号最大限度 地注入光纤线路 组成：光源(核心)，驱动，调制电路
纤 心 n1 包 层 n2 涂敷层
高纯度，特细 n1>n2光纤截面 Nhomakorabea
光能量主要在纤心中传播 = (n1-n2)/n1 相对折射率差
光纤分类
材料: 射率n1分布: 传播模式:
塑料、玻璃(SiO2) 突变、梯度、渐变 单模、多模
n1 n2
1.1.2 现代光通信
光源：发光管LED 、半导体激光器LD 传输介质：光纤
模拟调制
数字调制(调幅)
1.1.1 探索时期的光通信
可视光 通信
手势 烽火台－－烟与光 交通灯 Bell光电话
大气光通信
稚形
失败的 方向
透镜光通信
共同点与缺点在哪里？
[Q]:红灯为什么放在最上面？
1880 Bell 光电话
幻想吗？
光
反射导引光通信
光通信路在何方？
需求：大容量、长距离传输、稳定性好、低成本 方向：
光纤通信课程主要内容
器件
设备 系统
2,3
4 5,6
新技术
7
光纤、光器件（光源，光检测器，光无源 器件）的结构、原理、性能、参数 光端机（发射机，接收机，线路编码电路） 数字光纤通信系统 系统组成、设计、 容量距离预算 模拟光纤通信系统 光纤通信新技术
光纤通信发展的四个阶段
1.
2.
3.
4.
66~76，从实验到商用0.85um,45-34Mb/s,多模, 10km 76~86，由短波长(0.85um)到长波长(1.31-1.55 um) ，由多模到单模, 140M*100Km 86~96， 进一步提高速率、增加距离。 (2.5-10G) * (100-108km) 1.55um色散移位，外调制技术, 96-至今: 超大容量波分复用，超长距离光孤子通信, 光
300THz (总带宽) 20THz (长波长带宽) 20GHz (目前水平)
100 THz 10 THz
1 m 10 m 100 m
“通信系统的 传输容量取决 于对载波调制 的频带宽度， 载波频率越高， 频带宽度越 宽。”
1 THz 100 GHz 10 GHz 1 GHz 100 MHz 10 MHz 1 MHz
优点三:重量轻
③
• •
重量轻，体积小
适合用于军事、航空、宇宙飞船等应用 利于解决地下管道拥挤问题
8 芯 光缆 电缆 6.3 15 47 5 光缆 0.42 1 21 1 18 芯 电缆 11 26 65 9.6
项目
重量/(kg·-1) m 重量比 直径/mm 截面积比
0.42 1 21 1
光缆和电缆的重量和截面积比较
优缺点小结：
① ② ③ ④ ⑤ ⑥
频带很宽，容量巨大 损耗小，中继距离很长，误码率小 重量轻，体积小，可绕性好，易铺设 抗电磁干扰性能好 泄漏小，保密性好 节约金属，成本低(光纤没有铜，偷了也没用)
缺点：质地脆弱，机械强度低；切断，连接技术 复杂；分路，耦合方式麻烦
不同传输线路与平均每话路成本
平行双绞线电缆 同轴电缆 微波 光缆 10－ 1 10－ 2 10－ 3 10－ 4 10－ 5 10 102 103 104 105 106
早期的困难是光在石英纤维中的损耗高达 1000dB/km，光信号不可能传得很远。而这种损 耗并不是石英的固有特性
注： dBm与dB(分贝毫与分贝)
dBm是光功率(及无线电功率)的常用单位, dB表示损耗 dBm=10*log10(P/1mW)
dB=10*log10(P1/P2)=10*log10(P1) dBm -10*log10(P2)dBm dB=20*log10(A1/A2)
激光源
光纤
光信号输出 电信号 输入 驱动器
光强
P=KI
(a)
电流
间接调制
2.
间接调制：又称外调制，是 把激光的产生和调制分开， 光纤 激光源 用独立的调制器调制激光器 输出的光信号。
光信号输出 驱动器 优点:调制速率高，但技术 输入 复杂，在大容量的波分复用 (a) 和相干光通信中使用 电信号
电信号输入 光纤
受光源的非线性失真影响不大(与模拟相比)
缺点是频带占用率高
光纤通信系统其它分类：
光纤模式
多模光纤通信系统（经济）采用多模，梯度折射率光 纤，传输速率低 单模光纤通信系统 （大容量）采用单模光纤，传输容 量大，距离长
调制方式
波长窗口
直接光强调制光纤系统 外差调制光纤系统 长波长光纤通信系统(1.31um,1.55um) 短波长光纤通信系统 (0.85um,短距离低容 量)
960 960 1800 1920 14000(1Gb/s) 6000(445MB/S)
50 4 6 30 84 134
20 250 1600 33 11 7
WDM与TDM传输能力
复用技术 WDM 传输容量 /Gb·-1 s 20×17 20×132 跨距/km 50 研制单位 AT&T NEC
系统/ 话路公里 相对造价
话路数/条
2.2光纤通信系统应用
电信通信网干线 计算机网：广域网，光纤以太网，光纤到户等 有线电视网干线，分配网 综合业务光纤接入网等
最新发展：WiFi无线宽带基础设施(请搜索)1.3 光纤通信系统的基本组成
发 射 信 息 源 电 发 射 机 电信号 输入 光 发 射 机 基本光纤传输系统
新光源: 大功率、高调制速率 (激光器：功率大，单色性好) 传输介质:低损耗、高带宽 (多模、单模光纤)
高灵敏度接收机
“光纤通信” 把载送信息的光信号约束在光纤中传输。 信道
光在光纤中传输
信源
信宿
包层 n2 纤芯 n1
光纤内部结构
双层同心透明圆柱细丝 纤心＋包层 材料：石英SiO2 物理性质：
p
t
抽样时钟
再生中继器与光放大器
中继器的作用是把经过长距离光纤传输后衰减和畸变后 的微弱光信号放大、整形、再生。
中继器 光检测器 光源
光放大器则直接放大光信号，但还没有整形的能力，不 能消除色散的影响。
1.3.3 光纤通信系统分类(内容不同于教材)
1.
按信号格式分：
模拟通信系统 曾广泛用于广播电视网 数字通信系统 占主要部分,传输数字信号(如PCM). 传输质量高，抗干扰能力强，可再生中继，可传输 各种数据，灵活性大，可加密等；
提高光纤通信速率的途径
1. 2. 3.
4.
5.
容许带宽取决于 (1)光纤色散；(2)光源的 调制特性、方式 1.31um零色散光纤 1.55um色散移位光纤 空分复用12*12=144 波分复用WDM, 光频分复用OFDM 减小光源谱线宽度，采用外调制技术
光纤与其它通信容量比较
通信手段 微波无线电 小同轴 中同轴 光缆 光缆 光缆 传输容量(话路)/条 中继距离/km 1000 km内 中继器个数
1T 10 T 100 T 1000 T (注) M： 106 G： 109 T： 1012
引用数据
②
光纤损耗很小，中继距离长且误码率很小.
1.31um:0.50dB/km 1.55um:0.20dB/km 1.55um色散移位光纤
2.5G*150km, 10G*100km
损耗不随频率增加而增加 误码率低于10-(9~12)
练习1： 1mw的入射光经过损耗分别为1000dB/km, 0.2dB/km的光纤传输100km后，
① ②
损耗是多少? 输了光功率为多少？分别用dBm,mW作单位。
光纤通信发展重要成果
1966 ，高锟光纤低损耗论文: 提纯20dB/km，材料均匀 性*dB/km; (2009年诺贝尔物理学奖，光纤之父) 70’,康宁20dB/km; 72’,4dB/km; 74’,1.1dB/km, 86’, 0.154dB/km 70’, 室温连续运行的短波长GaAlAs激光器，并发 展了发光二极管;77’ 1.5us LD 76’, Atlanta第一个实用光纤通信系统现场试验 44.7Mb/s*10km (光源还未完全研究成功)
TDM
160 20 20
50 140
NTT NTT 法Telcom
优点二: 损耗小
1000
－1)
km 传输损耗 /(dB·
100 10 1 0.1 10 M
轴 同 准 轴 标 同 底 海 mm 38
51 mm 波导器
光纤