光纤通信基础知识及光模块工作原理

无线光通信的原理和核心部件的一些思考

无线光通信的原理和核心部件的一些思考摘要：现阶段，随着科技水平的不断提升，在很大程度上促进着我国通信行业的发展。通信技术作为通信行业的重要支撑力量，在很大程度上决定着传输效率。以往传统的无线电以及光纤通信技术，虽然不会受到地形方面的影响，信道容量非常大，但是传输效率却非常慢。在这种情况下，我们积极的应用无线光通信技术，不仅不会受到地形因素的影响，而且还有着较强的保密性以及较快的传输效率。基于此，本文深入浅出地阐述了无线光通信原理；其次分析了无线光通信核心部件；最后探讨了无线光通信优缺点。关键词：无线光通信；优缺点；研究分析一、无线光通信原理概述无线光通信技术的的工作原理，主要包含着以下三个方面的内容：首先，需要发射出数据信号，然后借助光信号进行传输，最终接收完成信息传输任务。无线光通信系统应用的是光电转换技术，在调制完成电信号对光发射机的光源之后，借助具备天线功能的光学望远镜来传输光信号，在望远镜接受到信号后，将信号全部集中在光电检测器，其次信号到达接收机后，完成光信号转换成电信号，然后经过调制调解器，完成信息读取工作，最终接入无线光信号。但是，在这一过程当中需要我们指出的是，光波信号的不同，其透过率也是存在着一定的差异的。在这种情况下，我们要想更加有效的提升透过率以及系统功率，我们就必须要选择更高性能的波段窗口，来确保光信号的稳定传输。二、无线光通信核心部件分析（一）无线光通信发射机无线光信号主要是借助发射机所产生的，通过将不同类型的电信号，在经过调制解调器的转换之后，成为光信号。无线光通信并不是借助光缆进行传输的，因此光信号主要是椭圆光斑，是由激光管芯激发进而产生的。在这一过程当中，光学行为耦合替代了以往的同轴耦合，传输距离越远的话，那么耦合准值也就越高。我们在设定耦合准值的过程当中，需要充分结合光学耦合效率来进行，避免影响到信号的接收。此外，我们在借助发射机发射光信号的过程当中，应积极的做好人眼防护措施，避免造成危害。（二）无线光通信光学天线无线光信号并不会受到光纤输送路径方面的影响，因而在实际的发射过程当中，往往会存在一定的发散角，导致信号出现泄露的现象。在这种情况下，我们要想最大限度的确保最终的接受准确度，我们就应在接收端设置一套光学天线系统，充分借助其凸、凹透镜的聚焦原理，更好的聚集光信号，降低信号的泄露。光学天线的增益效果和天线的孔径存在密切的关联，如果孔径过大或者过小的话，都会在一定程度上影响着最终的接收效益。在这种情况下，我们在选取天线孔径的时候，就需要充分的结合我们的实际工作状况来进行。除此之外，我们还要严格的设定聚光斑点尺寸的精确度，切实提高光信号的接收效率。（三）无线光通信接收机光信号在传播的整个过程当中，所存在的反射以及折射的现象，会产生码间串扰现象。不仅如此，光信号如果受到空气散射的话，也会消耗信号。在这种情况下，我们在选择接收机的时候，就必须要选择一些有着信号接收灵敏度较强、

光开关的原理及种类

一、前言光纤通信技术的问世和发展给通信业带来了革命性的变革，目前世界大约85％的通信业务经光纤传输，长途干线网和本地中继网也已广泛使用光纤。同时，密集波分复用(DWDM) 技术的发展和成熟为充分应用光纤传输的带宽和容量开拓了广阔的空间，具有高速率、大带宽明显优势的DWDM 光通信网络已经成为目前通信网络发展的趋势。特别是近几年，以IP 为主的Internet 业务呈现爆炸性增长，这种增长趋势不仅改变了IP 网络层与底层传输网络的关系，而且对整个网络的组网方式、节点设计、管理和控制提出了新的要求。一种智能化网络体系结构—自动交换光网络(ASON ：automatic switched optical networks) 成为当今系统研究的热点，它的核心节点由光交叉连接(OXC ：optical cross connect) 设备构成，通过OXC ，可实现动态波长选路和对光网络灵活、有效的管理。光交叉互连(OXC) 技术在日益复杂的DWDM 网中是关键技术之一，而光开关作为切换光路的功能器件，则是OXC 中的关键部分。光开关矩阵是OXC 的核心部分，它可实现动态光路径管理、光网络的故障保护、波长动态分配等功能，对解决目前复杂网络中的波长争用，提高波长重用率，进行网络灵活配置均有重要的意义。光开关不仅是OXC 中的核心器件，它还广泛应用于以下领域。 (1)光网络的保护倒换系统，实际的光缆传输系统中都留有备用光纤，当工作通道传输中断或性能劣化到一定程度，光开关将主信号自动转至备用光纤系统传输，从而使接收端能接收到正常信号而感觉不到网路已出了故障，其会将网络节点连成环形以进一步改善网络的生存性。 (2)网络性能的实时监控系统，在远端光纤测试点，通过1XN多路光开关把多根光纤接到光时域反射仪上，进行实时网络监控，通过计算机控制光开关倒换顺序和时间，实现对所有光纤的检测，并将检测结果传回网络控制中心，一旦发现某一路出现问题，可在网管中心直接进行处理。 ( 3)光开关还应用在光纤通信器件测试系统以及城域网、接入网的差／分复用和交换设备中。光开关的引入使未来全光网络更具灵活性、智能性、生存性。光开关技术已经成为未来光联网、光交换的关键技术，在通信、自动控制等领域发挥着越来越重要的作用。在众多种类的光开关中，微机械(MEMS) 光开关被认为最有可能成为光开关的主流器件。本文在概述多种光开关原理特点的基础上，重点分析了几种主要的MEMS 光开关，并阐述了各自的结构与性能特点。二、光开关的原理及种类光开关性能参数有多种，如：快切换速度、高隔离度、小插入损耗、对偏振不敏感及可靠性，不同领域对它的要求也各不相同。其种类有保护、切换系统中常用的传统光机械开关，也有这几年飞速发展的新型光开关，如：热光开关、液晶开关、电光开关、声光开关、微光机电系统光开关(MOEMS ，micro optic electro mechanical systems) 、气泡开关等。在超高速光通信领域，还有马赫-曾德尔(Maeh-Zehnder) 干涉型光开关、非线性环路镜(NOLM ，nonlinear optical fiber loop mirror) 光开关等光控开关。 1、机械光开关传统机械光开关的工作原理：通过热、静电等动力，旋转微反射镜，将光直接送到或反射到

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%。第三种是采用课程论文（含市场调查报告）和平时成绩相结合的方式，课程论文占总成绩的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%。九、教材及教学参考书 1.主教材《光纤通信原理与技术》，吴德明编著，科学出版社，第二版，2010年9月 2.参考书（1）《光纤通信原理与仿真》，郭建强、高晓蓉、王泽勇编著，西南交通大学出版社，第一版，2013年5月（2）《光通信原理与技术》，朱勇、王江平、卢麟，科学出版社，第二版，2011年8月

光纤通信考试题库

一．单项选择题（每题1分,共20分） 1、在激光器中，光的放大是通过（Ａ）Ａ．粒子数反转分布的激活物质来实现的Ｂ．光学谐振腔来实现的Ｃ．泵浦光源来实现的Ｄ．外加直流来实现的 2、下列哪一项不是要求光接收机有动态接收范围的原因?( B ) A．光纤的损耗可能发生变化B．光源的输出功率可能发生变化 C．系统可能传输多种业务D．光接收机可能工作在不同系统中 3、光纤通信中光需要从光纤的主传输信道中取出一部分作为测试用时，需用（Ｂ）Ａ．光衰减器Ｂ．光耦合器Ｃ．光隔离器Ｄ．光纤连接器 4、使用连接器进行光纤连接时，如果接头不连续时将会造成（D）Ａ．光功率无法传输Ｂ．光功率的菲涅耳反射Ｃ．光功率的散射损耗Ｄ．光功率的一部分散射损耗或以反射形式返回发送端5、在系统光发射机的调制器前附加一个扰码器的作用是（A） A．保证传输的透明度B．控制长串“1”和“0”的出现 C．进行在线无码监测D．解决基线漂移 6、下列关于交叉连接设备与交换机的说法正确的是（A） A．两者都能提供动态的通道连接B．两者输入输出都是单个用户话路 C．两者通道连接变动时间相同D．两者改变连接都由网管系统配置 7、目前EDFA采用的泵浦波长是( C ) A．0.85μm和1.3μm B．0.85μm和1.48μm C．0.98μm和1.48μm D．0.98μm和1.55μm 8、下列不是WDM的主要优点是( D ) A．充分利用光纤的巨大资源B．同时传输多种不同类型的信号 C．高度的组网灵活性，可靠性D．采用数字同步技术不必进行玛型调整9、下列要实现OTDM解决的关键技术中不包括（ D ） A．全光解复用技术B．光时钟提取技术 C．超短波脉冲光源D．匹配技术 10、掺饵光纤的激光特性（A）Ａ．由掺铒元素决定Ｂ．有石英光纤决定Ｃ．由泵浦光源决定Ｄ．由入射光的工作波长决定 11、下述有关光接收机灵敏度的表述不正确的是( A) A．光接收机灵敏度描述了光接收机的最高误码率 B．光接收机灵敏度描述了最低接收平均光功率 C．光接收机灵敏度描述了每个光脉冲中最低接收光子能量 D．光接收机灵敏度描述了每个光脉冲中最低接收平均光子数 12、光发射机的消光比，一般要求小于或等于（B） A．5％B．10％C．15％D．20％ 13、在误码性能参数中，严重误码秒（SES）的误码率门限值为（D） A．10-6B．10-5C．10-4D．10-3 14、日前采用的LD的结构种类属于（D） A．F-P腔激光器（法布里—珀罗谐振腔）B．单异质结半导体激光器 C．同质结半导体激光器D．双异质结半导体激光器 15、二次群PCM端机输出端口的接口码速率和码型分别为（B）

《光纤通信技术》复习题答案

《光纤通信技术》复习题一．基本概念 1．什么样的电磁波叫做“光”？目前的光纤通信用的是什么光？波长是多少？答：光是一种电磁波，光频为10E14HZ量级，波长为μm 量级。可见光大约指0.4μm ~0.76μm 波长范围的电磁波。光通信采用的波长0.85μm、1.31μm和1.55μm。即在电磁波近红外区段。 2．光纤通信的特点？答：一、传输频带宽，通信容量大二、传输损耗低，中继距离长三、不怕电磁干扰四、保密性好，无串音干扰五、光纤尺寸小,重量轻,利于敷设和运输六、节约有色金属和原材料七、抗腐蚀性能好 3．光纤的NA和LNA各是什么意义？什么是光线模式的分立性？答：入射最大角称为孔径角，其正弦值称为光纤的数值孔径。数值孔径表示光纤采光能力的大小。在光纤端面上芯区各点处允许光线射入并形成导模的能力是不一样的，折射率越大的位置接收入射光的能力越强。为了定量描述光纤端面各点位接受入射光的能力，取各点位激发最高次导模的光线入射角度为局部孔径角θ’C (r) ，并定义角的正弦值为该点位的局部数值孔径LNA。光是有一定波长的，将光线分解为沿轴向和径向的两个分量，传输光波长λ也被分为λZ和λr。沿径向传输的光波分量是在相对的芯/包层界面间（有限空间）往返传输，根据波形可以稳定存在的条件——空间长度等于半波长的整数倍，而空间长度已由光纤结构所确定，所以径向波长分量λr不能随意了，从而导致它们夹角不能随意也即不能连续变化，即光线模式的分立性。 4．什么是光纤的色散？光纤的色散分为哪几种？在单模光纤中有哪些色散？答：脉冲信号在光纤中传输时被展宽的现象叫光纤的色散。分为模间色散和模内色散。模内色散又分为材料色散和波导色散。多模光纤：模式色散和材料色散；单模光纤：材料色散和波导色散。 5．归一化频率V和截止频率VC各如何定义？有何区别和联系？答：归一化频率见书28页，截止频率见27页。实际光纤中能够传输的导模模式必须满足V>Vc。

光纤通信基础知识

光纤通信基础知识基本光纤通信系统最基本的光纤通信系统由数据源、光发送端、光学信道和光接收机组成。其中数据源包括所有的信号源，它们是话音、图象、数据等业务经过信源编码所得到的信号；光发送机和调制器则负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号，先后用过的光波窗口有0.85、1.31和1.55。光学信道包括最基本的光纤，还有中继放大器EDFA等；而光学接收机则接收光信号，并从中提取信息，然后转变成电信号，最后得到对应的话音、图象、数据等信息。下面是光通信系统图。光通信系统图数字光纤通信系统光纤传输系统是数字通信的理想通道。与模拟通信相比较，数字通信有很多的优点，灵敏度高、传输质量好。因此，大容量长距离的光纤通信系统大多采用数字传输方式。电发射端机主要任务是PCM编码和信号的多路复用。多路复用是指将多路信号组合在一条物理信道上进行传输，到接收端再用专门的设备将各路信号分离出来，多路复用可以极大地提高通信线路的利用率。在光纤通信系统中，光纤中传输的是二进制光脉冲"0"码和"1"码，它由二进制数字信号对光源进行通断调制而产生。而数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的，称为PCM（pulsecodemodulation），即脉冲编码调制。这种电的数字信号称为数字基带信号，由PCM电端机产生。

抽样是指从原始的时间和幅度连续的模拟信号中离散地抽取一部分样值，变换成时间和幅度都是离散的数字信号的过程。抽样所得的信号幅度是无限多的，让这些幅度无限多的连续样值信号通过一个量化器，四舍五入，使这些幅度变为有限的M种（M为整数），这就是量化。由于在量化的过程中幅度取了整数，所以量化后的信号与抽样信号之间有一个差值（称为量化误差），使接收端的信号与原信号间有一定的误差，这种误差表现为接收噪声，称为量化噪声。码位数M越多，分级就越细，误差越小，量化噪声也越小。编码是指按照一定的规则将抽样所得的M种信号用一组二进制或者其它进制的数来表示，每种信号都可以由N个2二进制数来表示，M和N满足M=2N。例如如果量化后的幅值有8种，则编码时每个幅值都需要用3个二进制的序列来表示。需要注意的是，此处的编码仅指信源编码，这和后面提到的信道编码是有所区别的。现以话音为例来说明这个过程。我们知道话音的频率范围是300～3,400Hz，在抽样的时候，要遵循所谓的奈奎斯特抽样率，实际中按8,000Hz的速率进行抽样。为了保证通话的质量，在长途干线话路中采用的是8位码（28=256个码组）。这样量化值有256种，每一种量化值都需要用8位二进制码编码，那么每一个话路的话音信号速率为8×8＝64kbps。奈奎斯特抽样定理：要从抽样信号中无失真地恢复原信号，抽样频率应大于2倍信号最高频率。多路复用技术包括：频分多路复用（FDM）、时分多路复用（TDM）、波分多路复用（WDM）、码分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）。时分多路复用：当信道达到的数据传输率大于各路信号的数据传输率总和时，可以将使用信道的时间分成一个个的时间片（时隙），按一定规则将这些时间片分配给各路信号，每一路信号只能在自己的时间片内独占信道进行传输，所以信号之间不会互相干扰。频分多路复用：当信道带宽大于各路信号的总带宽时，可以将信道分割成若干个子信道，每个子信道用来传输一路信号。或者说是将频率划分成不同的频率段，不同路的信号在不同的频段

光纤通信概论

《光纤通信概论》的读书报告摘要：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。光纤通信以其带宽、大容量、低损耗、抗电磁干扰、体积小、重量轻等一系列优点，成为现代通信的主要支柱之一。范围很广：军事，经济，生活，铁路，公路，煤矿，铁矿，广电，移动，电信等领域。几乎所用跟通信有关的都涉及到了光纤。关键词：光纤通信技术发展现状发展趋势光纤通信是通信技术领域中的一个伟大的技术革命。信息在光域上的传输、存储、交换技术的突破，为构建起全球光网络奠定了物质基础。麦克斯韦早已揭示通信世界的巨大资源是电磁波谱。通信技术的技术演进史，既说明了通信技术利用电磁波谱（频率范围）经历了由低频率到高频率端的发展，也阑述了人类对带宽资源需求日益提高。各种通信技术的陆续诞生，充分证实人们在用各种方法利用电磁波谱创造巨大的财富。光纤通信发展可以大致分为三个阶段：第一阶段是从基础研究到商业应用的开发时期。第二阶段是以提高传输速率和增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期。第三阶段是以超大容量超长距离为目标、全面深入开展新技术研究的时期。 1. 光纤通信的里程碑1966年7月，英籍华裔学者高锟博士在Proc. IEE杂志上发表了一篇十分著名的论文《用于光频的光纤表面波导》，该文从理论上分析证明了用光纤作为传输媒体以实现光通信的可能性，设计了通信用光纤的波导结构，更重要的是科学地予言了制造通信用低损耗光纤的可能性，即通过加强原材料提纯、加入适当的掺杂剂，可把光纤的衰减系数降低到20dB/km以下。而当时世界上只能制造用于工业、医学方面的光纤，其衰减系数在1000dB/km以上。在当时，对于制造衰减系数在20dB/km以下的光纤，被认为是可望而不可及的。以后的事实发展雄辩地证明了高锟博士论文的理论性和科学大胆予言的正确性，所以该文被誉为光纤通信的里程碑。 2. 导火线1970年美国康宁公司根据高锟论文的设想，用改进型化学汽相沉积法（MCVD法）制造出当时世界上第一根超低损耗光纤，成为光纤通信爆炸性发展的导火线。虽然当时康宁公司制造出的光纤只有几米长，衰减系数约20dB/km，但它毕竟证明了用当时的科学技术与工艺方法制造通信用超低损耗光纤的可能性，也就是说找到了实现低衰耗传输光波的理想媒体，这是光纤通信的重大实质性突破。 3.爆炸性发展自1970年以后，世界各发达国家对光纤通信的研究倾注了大量的人力与物力，其来势之凶、规模之大、速度之快远远超出了人们的意料，从而使光纤通信技术取得了极其惊人的进展。 (1)光纤损耗1976年：0.5dB/km；1979年：0.2dB/km；1990年：0.14dB/km；它已经接近石英光纤的理论损耗极限值0.1dB/km。 (2)光器件1970年，美国贝尔实验室研制出世界上第一只在室温下连续波工作的砷化镓铝半导体激光器，为光纤通信找到了合适的光源器件。后来逐渐发展到性能更好、寿命达几万小时的异质结条形激光器和现在的寿命达几十万小时分布反馈式单纵模激光器（DFB）以及多量子阱激光器（MQW）。光接收器件也从简单的硅PD光电二极管发展到量子效率达90％以上的Ⅲ-Ⅴ族雪崩光电二极管APD。 (3)光纤通信系统正是光纤制造技术和光电器件制造技术的飞速发展，以及大规模、超大规模集成电路技术和微处理器技术的发展，带动了光纤通信系统从小容量到大容量、从短距离到长距离、从旧体制（PDH）到新体制（SDH）的迅猛发展。1976年，美国在亚特兰大开通了世界上第一个实用化光纤通信系统，码速率仅为45Mbit/s，中继距离为10km。1985年，140Mbit/s多模光纤通信系统商用化，并着手单模光纤通信系统的现场试验工作。1990

光纤通信原理实验

光纤通信原理实验一、实验目的： 1、了解光纤通信系统的工作原理； 2、了解光纤通信的基本特点； 3、通过波分复用解复用器件（WDM）实现双波长单纤单向音频视频通信传输；二、光纤通信的发展过程：到了20世纪中页，出身上海的英藉华人高锟（K.C.Kao）博士，通过在英国标准电信实验室所作的大量研究的基础上，对光波通信作出了一个大胆的设想。他认为，既然电可以沿着金属导线传输，光也应该可以沿着导光的玻璃纤维传输。并大胆地预言，只要能设法降低玻璃纤维的杂质，就有可能使光纤的损耗从每公里1000分贝降低到20分贝／公里，从而有可能用于通信。从此揭开了光纤通信的帷幕。光纤通信的发展过程如表1所示。三、光纤通信优点： 1．光波频率很高，光纤传输的频带很宽，故传输容量很大，理论上可通上亿门话路或上万套电视，可进行图像、数据、传真、控制等多种业务；目前的通信材料主要电缆、波导管、微波和光缆，电缆、波导管、微波和光缆通信容量的对比如表2所示。可以看出光缆的通信容量远远大于其它的通信材料。表2电缆、波导管、微波和光缆通信容量的对比

2．不受电磁干扰，保密性好；损耗小，中继距离远。光纤是由非金属的石英介质材料构成的，它是绝缘体，不怕雷电和高压，不受电磁干扰，甚至包括太阳风暴也影响不到光纤通信，2000年6月8日的太阳风暴，差点使俄罗斯的一颗导航卫星失去方向。太阳风暴还会造成人造卫星的短路，许多靠卫星传播的通信业务可能因此停顿。1998 年5月，美国银河4号卫星因受太阳风暴影响而失灵，造成北美地区80%的寻呼机无法使用，金融服务陷入脱机状态，信用卡交易也中断了，有试验表明，在核爆炸发生时，地球上所有的电通信将中断，而唯有光通信几乎不受影响；光纤中传输的是频率很高的光波，而各种干扰的频率一般都比较低，所以它不能干扰频率比它高的多的光波。打个比方说，光纤中的光波好比是在万丈高空飞行的飞机，任凭地上行驶的火车、汽车如何得多，也不会影响到它的飞行。 3．光纤材料来源丰富，可节约大量有色金属(如铜、铝)，且直径小、重量轻。相同话路的光缆要比电缆轻90%～95%(光缆重量仅为电缆重量的十分之一到二十分之一)，而直径不到电缆的五分之一。通21000话路的900对双绞线，其直径为3英寸，重量为8 吨/公里；通讯量为其十倍的光缆，直径仅0.5英寸，重量仅450磅/公里。 4．耐高温、高压、抗腐蚀，工作可靠等等优点就不一一罗列了。四、光纤通信的原理：光纤通信系统的工作原理如图1所示：图1 光纤通信系统的工作原理

(完整版)光纤通信简答题

光纤通信简答题 1-2 光纤通信有哪些优点光纤通信具有许多独特的优点，他们是： 1. 频带宽、传输容量大； 2. 损耗小、中继距离长； 3. 重量轻、体积小； 4. 抗电磁干扰性能好； 5. 泄漏小、保密性好； 6．节约金属材料，有利于资源合理使用。 2-6 什么是光纤的色散？对通信有何影响？多模光纤的色散由什么色散决定？单模光纤色散又有什么色散决定答：色散是由于不同成分的光信号在光纤中传输时，因群速度不同产生不同的时间延迟而引起的一种物理效应。对于多模光纤，主要是模式色散。对于单模光纤，只有色度色散和偏振模色散。 2-7 光纤数值孔径的定义是什么？其物理意义是什么答：数值孔径（Numerical Aperture，NA）定义为 =（2.2.3） NA n NA表示光纤接收和传输光的能力，NA（或αmax）越大，光纤接收光的能力越强，从光源到光纤的耦合效率越高。对无损耗光纤，在αmax 内的入射光都能在光纤中传输。NA越大，纤芯对光能量的束缚能力越强，光纤抗弯曲性能越好。但NA越大，经光纤传输后产生的输出信号展宽越大，因而限制了信息传输容量，所以要根据使用场合，选择适当的NA。 3-1 连接器和跳线的作用是什么？接头的作用又是什么答：1,、连接器是把两个光纤端面结合在一起，以实现光纤与光纤之间可拆卸活动连接的器件。 2、跳线用于终端设备和光缆线路及各种光无源器件之间的互连，以构成光纤传输系统。 3、接头是把两个光纤端面结合在一起，以实现光纤与光纤之间的永久性固定连接。

3-2 耦合器的作用是什么？它有哪几种耦合器的功能是把一个或多个光输入分配给多个或一个光输出。耦合器有T 形耦合器、星形耦合器、方向耦合器和波分耦合器。 3-6 简述马赫-曾德尔幅度调制器的工作原理答：最常用的幅度调制器是在L iN b O 3晶体表面用钛扩散波导构成的马赫-曾德尔（M-Z ）干涉型调制器，如图3.5.5所示。使用两个频率相同但相位不同的偏振光波，进行干涉的干涉仪，外加电压引入相位的变化可以转换为幅度的变化。在图3.5.5（a ）表示的由两个Y 形波导构成的结构中，在理想的情况下，输入光功率在C 点平均分配到两个分支传输，在输出端D 干涉，所以该结构扮演着一个干涉仪的作用，其输出幅度与两个分支光通道的相位差有关。两个理想的背对背相位调制器，在外电场的作用下，能够改变两个分支中待调制传输光的相位。由于加在两个分支中的电场方向相反，如图 3.5.5（a ）的右上方的截面图所示，所以在两个分支中的折射率和相位变化也相反，例如若在A 分支中引入π/2的相位变化，那么在B 分支则引入-π/2相位的变化，因此A 、B 分支将引入相位π的变化。假如输入光功率在C 点平均分配到两个分支传输，其幅度为A ，在输出端D 的光场为 ()()()t A t A t A E ωφφωφωcos cos 2cos cos output =-++∝ （3.5.5）输出功率与2output E 成正比，所以由式（3.5.5）可知，当0=φ时输出功率最大，当2π=φ时，两个分支中的光场相互抵消干涉，使输出功率最小，在理想的情况下为零。于是 ()() φφ2out out cos 0=P P （3.5.6）由于外加电场控制着两个分支中干涉波的相位差，所以外加电场也控制着输出光的强度，虽然它们并不成线性关系。 3-11 光开关的作用是什么？主要分为哪两类答：光开关的功能是转换光路，以实现光信号的交换。光开关可以分为两大类：一类是机械式光开关，也包括微机械光开关；另一类光开关是固体光开关。 4-1 简述半导体发光基理

中国光纤通信技术的现状及未来.

中国光纤通信技术的现状及未来光纤通信是我国高新技术中与国际差距较小的领域之一。光纤通信由于其具有的一系列特点, 使其在传输平台中居于十分重要的地位。虽然目前移动通信, 甚至卫星移动通信的热浪再现高波,但 Telecom99的展示说明,光纤通信仍然是最主要的传输手段。在北美,信息量的 80%以上是通过光纤网来传输的。在我国光纤通信也得到广泛的应用,全国通信网的传输光纤化比例已高达 82%。光纤通信技术的应用基本达到国际同类水平,自主开发的光纤通信产品也比较接近国际同类产品水平, 但实验室的研究水平还有一定的差距。本文扼要回顾我国光通信走过的历程, 并从光纤光缆、光器件、光传输设备和系统等几方面介绍光通信的研发、应用现状, 展望光通信在我国的应用前景, 将激励我们为振兴我国光通信民族产业做出更大的贡献。 1 我国光通信历程的回顾我国的光通信起步较早, 70年代初就开始了大气传输光通信的研究,随之又进行光纤和光电器件的研究,自 1977年初,研制出第一根石英光纤起,跨过一道道难关,取得了一个又一个零的突破。如今回顾起来,所经历的“里程碑”依然历历在目: 1977年,第一根短波长 (0. 85mm 阶跃型石英光纤问世,长度为 17m ,衰减系数为300dB/km。研制出 Si-APD 。 1978年,阶跃光纤的衰减降至 5dB/km。研制出短波长多模梯度光纤,即 G .651光纤。研制出 GaAs-LD 。 1979年,研制出多模长波长光纤,衰减为 1dB/km。建成 5.7km 、 8Mb/s光通信系统试验段。

1980年, 1300nm 窗口衰减降至 0.48dB/km, 1550nm 窗口衰减为 0.29dB/km。研制出短波长用的 GaAlAs-LD 。 1981年,研制出长波长用的 InGaAsP-LD 和 PIN 探测器。多模光纤活动连接器进入实用。研制出 34Mb/s光传输设备。 1982年,研制成功长波长用的激光器组件和探测器组件 (PIN-FET。研制出光合波分波器、光耦合器、光衰减器、滤光器等无源器件。研制出 140Mb/s光传输设备。 1984年,武汉、天津 34Mb/s市话中继光传输系统工程建成 (多模。 1985年,研制出 1300nm 单模光纤,衰减达 0.40dB/km。 1986年,研制出动态单纵模激光器。 1988年,全长 245km 的武汉椌V輻沙市 34Mb/s多模光缆通信系统工程通过邮电部鉴定验收。扬州——高邮 4Mb/s单模光缆通信系统工程通过邮电部鉴定验收。 1989年,汉阳——汉南 40Mb/s单模光传输系统工程通过邮电部鉴定验收。 1990年, 研制出 G .652标准单模光纤, 最小衰减达 0.35dB/km。到 1992年降至0.26dB/km。成功地研制出 1550nm 分布反馈激光器 (DFB-LD。 1991年,研制出 G .653色散位移光纤。最小衰减达 0.22dB/km。

光纤通信总结

一绪论 1. 1966年英籍华裔学者高琨和霍克哈姆发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信——光纤通信的基础。 2. 光纤通信技术不断创新：光纤从多模发展到单模，工作波长从0.85μm 发展到1.31μm ，传输速率从几十Mb/s 发展到几十Gb/s 。 3. 任何通信系统追求的最终技术目标都是要可靠地实现最大可能的信息传输容量和传输距离。 4. 电缆通信和微波通信的载波是电波，光纤通信的载波是光波。 5. 直接调制是用电信号直接调制半导体激光器或发光二极管的驱动电流，是输出光随电信号变化而实现的，这种方案技术简单、成本较低、容易实现，但调制速率受激光器的频率特性所限制。外调制是把激光的产生和调制分开，用独立的调制器调制激光器的输出光而实现的，这种调制的优点是调制速率高，缺点是技术复杂，成本较高。 6. 目前，使用光纤通信系统普遍采用直接调制——直接检测方式，光接收机最重要的特性参数是灵敏度。 7. 光纤通信系统包括电信号处理部分和光信号传输部分。光信号传输部分主要由基本光纤传输系统组成，包括光发射机、光纤传输线路和光接收机三个部分。光纤通信系统可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。二光纤和光缆 1、光纤是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。纤芯的折射率比包层稍高，损耗比包层更低，光能量主要在纤芯内传输。包层为光的传输提供反射面和光隔离，并起一点的机械保护作用。 2、光纤类型：突变型多模光纤、渐变性多模光纤、单模光纤等等 3、损耗限制系统的传输距离，色散则限制系统的传输带宽。色散是在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的传播时间不同而产生的一种物理效应。色散一般包括模式色散、材料色散和波导色散。模式色散：是由于不同模式的传播时间不同而产生的，它取决于光纤的折射率分布，并和光纤材料折射率的波长特性有关。材料色散：是由于光纤的折射率随波长而变化，以及模式内部不同波长成分的光，其传播时间不同而产生的。波导色散：是由于波导结构参数与波长有关而产生的，它取决于波导尺寸和纤芯与包层的相对折射率差。(27) 4、光纤损耗包括吸收损耗和散射损耗。 5、光纤带宽测量有时域和频域两种基本方法。时域法是测量通过光纤的光脉冲产生的脉冲展宽，又称脉冲法；频域法测量通过光纤的频率响应，又称扫频法。两种方法是等效的，扫频法通常用于多模光纤的测量。 6、光纤色散测量有相移法、脉冲时延法和干涉法等。 2-6光纤色散产生的原因及其危害是什么？答 :光纤色散是由光线中传输的光信号的不同成分光的传播时间不同而产生的。光纤色散对光纤传输系统的危害有：若信号是模拟调制的，色散将限制带宽；若信号是数字脉冲，色散将使脉冲展宽，限制系统传输速率（容量） 2-7 光纤损耗产生的原因及其危害是什么? 答：光纤损耗包括吸收损耗和散射损耗。吸收损耗是由2SiO 材料引起的固有吸收和杂质引起的吸收产生的。散射损耗主要由材料微观密度不均匀引起的瑞丽散射和光纤结构缺陷（如气泡）引起的散射产生的。光纤损耗使系统的传输距离受到限制，大损耗不利于长距离光纤通信。三通信用光器件 1、有源器件包括光源、光检测器和光放大器，光无源器件主要有连接器、耦合器、波分复用器、调制器、光开关和隔离器等。 2、有源器件的物理基础是光和物质相互作用的效应。（1）在正常状态下，电子处于低能级1E ，在入射光作用下，它会吸收光子的能量跃迁到高能级2E 上，这种跃迁称为受激吸收。电子跃迁后，在低能级；留下相同数目的空穴。（2）在高能级2E 的电子是不稳定的，即使没有外界的作用，也会自动地跃迁到低能级1E 上与空穴复合，释放的能量转换为光子辐射出去，这种跃迁称为自发辐射。（3）在高能级2E 的电子，受到入射光的作用，被迫跃迁到低能级1E 上与空穴复合，释放的能量产生光辐射，这种跃迁称为受激辐射。受激辐射是受激吸收的逆过程。光子在1E 和2E 两个能级之间跃迁，吸收的光子能量或辐射的光子能量都要满足波尔条件。即1212hf E E =- 式中，s J h ??=-3410628.6，为普朗克常数，12f 为吸收或辐射的光子频率。受激辐射和自发辐射产生的光的特点很不相同。 6、发光二极管（LED ）的工作原理与激光器（LD ）有所不同，LD 发射的是受激辐射光，LED 发射的是自发辐射光。LED 的结构和LD 相似，大多是采用双异质结结构，把有源层夹在P 和N 型限制层中间，不同的是LED 不需要光学谐振腔，没有阈值。（57） 7、LED 通常和多模光纤耦合，用于m μ3.1（或m μ85.0）波长的小容量短距离系统。

光纤通信

光纤通信的优点 (1)通信容量大、传输距离远;一根光纤的潜在带宽可达20THz。采用这样的带宽，只需一秒钟左右，即可将人类古今中外全部文字资料传送完毕。目前400Gbit/s 系统已经投入商业使用。光纤的损耗极低，在光波长为1.55μm附近，石英光纤损耗可低于0.2dB/km，这比目前任何传输媒质的损耗都低。因此，无中继传输距离可达几十、甚至上百公里。(2)信号串扰小、保密性能好; (3)抗电磁干扰、传输质量佳,电通信不能解决各种电磁干扰问题，唯有光纤通信不受各种电磁干扰。(4)光纤尺寸小、重量轻,便于敷设和运输; (5)材料来源丰富,环境保护好，有利于节约有色金属铜。(6)无辐射,难于窃听,因为光纤传输的光波不能跑出光纤以外。(7)光缆适应性强,寿命长。光纤通信系统本词条主要介绍光纤通信系统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。随着国际互联网业务和通信业的飞速发展，信息化给世界生产力和人类社会的发展带来了极大的推动。光纤通信作为信息化的主要技术支柱之一，必将成为21世纪最重要的战略性产业。光纤光纤通信技术和计算机技术是信息化的两大核心支柱，计算机负责把信息数字化，输入网络中去；光纤则是担负着信息传输的重任。当代社会和经

济发展中，信息容量日益剧增，为提高信息的传输速度和容量，光纤通信被广泛的应用于信息化的发展，成为继微电子技术之后信息领域中的重要技术。基本光纤通信系统最基本的光纤通信系统由数据源、光发送端、光学信道和光接收机组成。其中数据源包括所有的信号源，它们是话音、图象、数据等业务经过信源编码所得到的信号；光发送机和调制器则负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号，先后用过的光波窗口有0.85、1.31和1.55。光学信道包括最基本的光纤，还有中继放大器EDFA等；而光学接收机则接收光信号，并从中提取信息，然后转变成电信号，最后得到对应的话音、图象、数据等信息。数字光纤通信系统光纤传输系统是数字通信的理想通道。与模拟通信相比较，数字通信有很多的优点，灵敏度高、传输质量好。因此，大容量长距离的光纤通信系统大多采用数字传输方式。在光纤通信系统中，光纤中传输的是二进制光脉冲"0"码和"1"码，它由二进制数字信号对光源进行通断调制而产生。而数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的，称为PCM（pulse code modulation），即脉冲编码调制。这种电的数字信号称为数字基带信号，由PCM电端机产生。光纤通信系统基本构成（1）光发信机光发信机是实现电/光转换的光端机。它由光源、驱动器和调制器组成。其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。电端机就是常规的电子通信设备。（2）光收信机光收信机是实现光/电转换的光端机。它由光检测器和光放大器组成。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端汲去。（3）光纤或光缆光纤或光缆构成光的传输通路。其功能是将发信端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。（4）中继器

《光纤通信》原荣第三版第3章复习思考题参考答案

第3章复习思考题参考答案 3-1 连接器和跳线的作用是什么接头的作用又是什么答：连接器是把两个光纤端面结合在一起，以实现光纤与光纤之间可拆卸（活动）连接的器件。跳线用于终端设备和光缆线路及各种光无源器件之间的互连，以构成光纤传输系统。接头是把两个光纤端面结合在一起，以实现光纤与光纤之间的永久性（固定）连接。接头用于相邻两根光缆（纤）之间的连接，以形成长距离光缆线路。 3-2 耦合器的作用是什么它有哪几种耦合器的功能是把一个或多个光输入分配给多个或一个光输出。耦合器有T 形耦合器、星形耦合器、方向耦合器和波分耦合器。 3-3 简述波导光栅解复用器的工作原理阵列波导光栅由N 个输入波导、N 个输出波导、两个具有相同结构的N N 平板波导星形耦合器以及一个平板阵列波导光栅组成，如图3.4.4所示。这种光栅相邻波导间具有恒定的路径长度差L ，由式（）可知，其相邻波导间的相位差为 λ φL n ?= ?eff π2 （3.4.6）式中，是信号波长，?L 是路径长度差，通常为几十微米，eff n 为信道波导的有效折射率，它与包层的折射率差相对较大，使波导有大的数值孔径，以便提高与光纤的耦合效率。？输入光从第一个星形耦合器输入，在输入平板波导区（即自由空间耦合区）模式场发散，把光功率几乎平均地分配到波导阵列输入端中的每一个波导，由阵列波导光栅的输入孔阑捕捉。由于阵列波导中的波导长度不等，由式（3.4.6）可知，不同波长的输入信号产生的相位延迟也不等。AWG 光栅工作原理是基于马赫-曾德尔干涉仪的原理，即两个相干单色光经过不同的光程传输后的干涉理论，所以输出端口与波长有一一对应的关系，也就是说，由不同波长组成的入射光束经阵列波导光栅传输后，依波长的不同就出现在不同的波导出口上。此处设计采用对称结构，根据互易性，同样也能实现合波的功能。星形耦合器星形耦合器输入输出 1 2 N ... . . .?L =常数 n eff λ1λ2λN ...λN λ1 λ2 R /2 R 光栅圆罗兰圆o Q 自由空间区图3.4.3 由阵列波导光栅（AWG ）组成的解复用器/路由器简述介质薄膜干涉滤波器解复用器的作用（见原荣编著《光纤通信（第2版）》3.4.3节）答：介质薄膜光滤波器解复用器利用光的干涉效应选择波长。可以将每层厚度为1/4波长，高、低折射率材料（例如TiO 2 和SiO 2）相间组成的多层介质薄膜，用作干涉滤波器，如图3.4.5所示。在高折射率层反射光的相位不变，而在低折射率层反射光的相位改变180O 。连续反射光在前表面相长干涉复合，在一定的波长范围内产生高能量的反射光束，在这一范围之外，则反射很小。这样通过多层介质膜的干涉，就使一些波长的光通过，而另一些波长的光透射。用多层介质膜可构成高通滤波器和低通滤波器。两层的折射率差应该足够大，以便获得陡峭的滤波器特性。()4.2~2.2TiO 2=n 和()46.1S iO 2=n 通常用于介质薄膜的材料。30层以上的干涉滤波器已经制造出来，因此1.55 m 波长时的通带宽度可窄至1 THz 。用介质薄膜滤波器可构成WDM 解复用器，如图和图所示。