现代通信技术光纤通信技术 ppt课件
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现代通信技术简介ppt课件
专题三 现代通信技术简介
现代通信技术 现代通信手段 GPS全球定位系统
1
历史： 1492年哥伦布发现了新大陆，但派他去探险的西班牙
皇后半年后才得此消息。然而，在1969年7月20日美国 “阿波罗” l1号把人类第一次送上月球时，仅在1.3 s内， 这一振奋人心的消息就传遍了全世界。自20世纪50年代以 来，半导体技术和电子计算机技术的迅速发展，开创了现 代通信技术的新纪元。那么，现代通信技术包含哪些技术？ 现代通信手段有哪些？
(1) 无线寻呼系统。它是一种传送简单信息的单向呼 叫系统，是城市公用电话系统的一种补充通信方式，涉及 到移动通信技术、微电脑技术和市话交换技术，它主要由 寻呼控制中心(即基站)和寻呼接收器组成。
7
(2)微小型移动通讯系统
中国移动2G网络采用GSM标准 TD-SCDMA标准（中国） 中国联通2G网络采用GSM标准 WCDMA标准（欧洲） 中国电信2G网络采用CDMA标准 CDMA2000 EVDO（美国）
3
二、现代通信手段 现代通信手段主要包括卫星通信、光纤通信、移动通 信和计算机通信这四种。 1. 卫星通信 自1957年前苏联发射第一颗人造地球卫 星以来，人造卫星即被广泛应用于通信、广播、电视等领 域。卫星通信是微波通信的一种。它是利用人造地球卫星 作为中继站，来转发无线电波而进行的两个或多个地球站 之间的通信。具有通信容量大、覆盖面积广、传输损伤小、 抗干扰能力强等优点。
10
三、GPS全球定位系统 GPS是 “全球定位系统”。它由人造卫星、地面监 控系统以及用户手中具有接收和发送功能的仪器三部分组 成。使用全球定位系统时，人造卫星、地面监控系统和用 户手中的接收器确定用户在地球上所处的相对位置，并将 结果返回给用户，这样用户就可以知道自己所处的位置了。
现代通信技术 现代通信手段 GPS全球定位系统
1
历史： 1492年哥伦布发现了新大陆，但派他去探险的西班牙
皇后半年后才得此消息。然而，在1969年7月20日美国 “阿波罗” l1号把人类第一次送上月球时，仅在1.3 s内， 这一振奋人心的消息就传遍了全世界。自20世纪50年代以 来，半导体技术和电子计算机技术的迅速发展，开创了现 代通信技术的新纪元。那么，现代通信技术包含哪些技术？ 现代通信手段有哪些？
(1) 无线寻呼系统。它是一种传送简单信息的单向呼 叫系统，是城市公用电话系统的一种补充通信方式，涉及 到移动通信技术、微电脑技术和市话交换技术，它主要由 寻呼控制中心(即基站)和寻呼接收器组成。
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(2)微小型移动通讯系统
中国移动2G网络采用GSM标准 TD-SCDMA标准（中国） 中国联通2G网络采用GSM标准 WCDMA标准（欧洲） 中国电信2G网络采用CDMA标准 CDMA2000 EVDO（美国）
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二、现代通信手段 现代通信手段主要包括卫星通信、光纤通信、移动通 信和计算机通信这四种。 1. 卫星通信 自1957年前苏联发射第一颗人造地球卫 星以来，人造卫星即被广泛应用于通信、广播、电视等领 域。卫星通信是微波通信的一种。它是利用人造地球卫星 作为中继站，来转发无线电波而进行的两个或多个地球站 之间的通信。具有通信容量大、覆盖面积广、传输损伤小、 抗干扰能力强等优点。
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三、GPS全球定位系统 GPS是 “全球定位系统”。它由人造卫星、地面监 控系统以及用户手中具有接收和发送功能的仪器三部分组 成。使用全球定位系统时，人造卫星、地面监控系统和用 户手中的接收器确定用户在地球上所处的相对位置，并将 结果返回给用户，这样用户就可以知道自己所处的位置了。
光纤通信(第二版)课件PPT(刘增基著)
第1章 概 论
为了克服气候对激光通信的影响，人们自然想到把激光束 限制在特定的空间内传输, 因而提出了透镜波导和反射镜波导的 光波传输系统。透镜波导是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会聚到下一个透镜而实现的。 反射镜波导和透镜波导相似，是用与光束传输方向成45°角的 两个平行反射镜代替透镜而构成的。这两种波导，从理论上讲 是可行的，但在实际应用中遇到了不可克服的困难。首先，现 场施工中校准和安装十分复杂；其次，为了防止地面活动对波
由于没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质，对光通信的 研究曾一度走入了低谷。
第1章 概 论
1.1.2 现代光纤通信 1966 年，英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆
(C.A.Hockham)发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用 光纤(Optical Fiber)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。当时石英纤维的损耗高达 1000 dB/km以上，高锟等人指出：这样大的损耗不是石英纤维 本身固有的特性，而是由于材料中的杂质，例如过渡金属(Fe、 Cu等)离子的吸收产生的。材料本身固有的损耗基本上由瑞利 (Rayleigh)散射决定，它随波长的四次方而下降，其损耗很小。 因此有可能通过原材料的提纯制造出适合于长距离通信使用的 低损耗光纤。如果把材料中金属离子含量的比重降低到10－6以 下，就可以使光纤损耗减小到10 dB/km。再通过改进制造工艺 的热处理提高材料的均匀性，可以进一步把损耗减小到几 dB/km。这个思想和预测受到世界各国极大的重视。
十一五 普通高等教育“十一五”国家级规划教材
光 纤 通 信(第二版)
刘增基 周洋溢 胡辽林 编著
任光亮 周绮丽
西 安 电 子西科 技 大 学 出 版 社
光纤通信原理和技术PPT课件
波长（µm） 系统类型
0.85
IM/DD
光纤 多模
BL(Gb/s·km) 年代
2
1978
1.3
IM/DD
单模
第1章 绪论
1.1 光通信发展史 1.2 国内外光纤通信技术发展概况 1.3 光纤通信系统的基本构成
第1章 绪论
1.1 光通信发展史
1.1.1 现代通信的发展
人类社会出现后，人与人之间就需要信息交流。原始社会 人们可以靠声音（语言）、肢体动作（肢体语言）或面部表情 等交流信息，这就是原始的通信，是人们面对面的交流。
60年代最好的光纤传输衰减为1000dB/km，即传输1km， 光功率降到原来的1/10100≈0，因而这种光纤不可能用作通 信媒质。当时没有人相信光纤可以用于通信，也没有人从 事光纤用于通信的研究。英藉华人学者高锟博士的贡献在 于理论上证明这样大的传输衰减是由于光纤中杂质吸收和 散射引起的。如将光纤提纯，则传输衰减可以降到可在通 信中实用的程度（最初提出的指标是20dB/km）[1].这一贡 献具有深远意义，完全改变了通信容量不适应社会发展的 需求，推动了信息社会更快地到来。由于这一贡献，高锟 博士获得了2009年诺贝尔物理学奖。
第1章 绪论
2.半导体激光器性能的突破
1960年发明的第一个激光器是红宝石(固体)激光器，不久 （1961年）半导体激光器研制成功，但当时需要在低温(液氮) 下脉冲工作。后来采用异质结技术使激光器可在常温下连续 工作，但开始只有数小时甚至数分钟的寿命，由于寿命极短 不能实用化。经过一段时间的努力，才研制成功可实用的半 导体激光器。现在的半导体激光器的性能有了极大的提高， 其寿命可达106小时，甚至达108小时，功率可达10 毫瓦量级 (泵浦激光器可达几百毫瓦),可调谐范围几百GHz,线宽低到 1―10MHz(外腔激光器能达几十kHz)，适用于各种光通信系统， 为光纤通信实用化打下了基础。激光器价格也在不断下降， 干线通信系统所用激光器已降到千美元量级；几十美元，甚 至几美元的半导体激光器可用于接入网系统。
通信原理ppt课件
移动通信系统组成
详细描述移动通信系统的各个组成部分，包括基站、移动终端、 网络设备等。
移动通信工作原理
阐述移动通信的工作原理，包括信号的发射、传输和接收过程， 以及移动终端如何实现移动通信。
有线通信系统
有线通信概述
介绍有线通信的基本原理、特点和应用领域。
有线通信系统组成
详细描述有线通信系统的各个组成部分，包括电 话线、光纤、交换机等。
多进制解调
在接收端使用相应的算法将接收到的波形还原为原始的数字 信号。
数字通信的优缺点
优点 抗干扰能力强：数字信号在传输过程中不易受到干扰，能够保证信息的准确传输。
保密性好：数字通信可以通过加密技术保证信息的安全性。
数字通信的优缺点
• 便于存储和复制：数字信号可以方便地存储和复制，不会因传输而损失信息。
有线通信工作原理
阐述有线通信的工作原理，包括信号的传输和接 收过程。
计算机网络通信系统
计算机网络概述
介绍计算机网络的基本概念、发展历程和应用领域。
计算机网络组成
详细描述计算机网络的各个组成部分，包括路由器、交换机、服务 器等。
计算机网络工作原理
阐述计算机网络的工作原理，包括信号的传输和接收过程，以及如何 实现网络通信。
STEP 03
周期性
模拟信号通常具有周期性 ，可以通过傅里叶变换将 其分解为不同频率的正弦 波。
模拟信号在传输过程中满 足线性叠加原理，即不同 频率的信号可以相互叠加 。
调幅调制与解调
调幅调制
将需要传输的消息信号与载波信号相乘，得到调幅波信号，实现将消息信号加载到载波 信号上的过程。
解调
通过将调幅波信号再次与载波信号相乘，得到原始的消息信号，实现从调幅波中提取出 消息信号的过程。
详细描述移动通信系统的各个组成部分，包括基站、移动终端、 网络设备等。
移动通信工作原理
阐述移动通信的工作原理，包括信号的发射、传输和接收过程， 以及移动终端如何实现移动通信。
有线通信系统
有线通信概述
介绍有线通信的基本原理、特点和应用领域。
有线通信系统组成
详细描述有线通信系统的各个组成部分，包括电 话线、光纤、交换机等。
多进制解调
在接收端使用相应的算法将接收到的波形还原为原始的数字 信号。
数字通信的优缺点
优点 抗干扰能力强：数字信号在传输过程中不易受到干扰，能够保证信息的准确传输。
保密性好：数字通信可以通过加密技术保证信息的安全性。
数字通信的优缺点
• 便于存储和复制：数字信号可以方便地存储和复制，不会因传输而损失信息。
有线通信工作原理
阐述有线通信的工作原理，包括信号的传输和接 收过程。
计算机网络通信系统
计算机网络概述
介绍计算机网络的基本概念、发展历程和应用领域。
计算机网络组成
详细描述计算机网络的各个组成部分，包括路由器、交换机、服务 器等。
计算机网络工作原理
阐述计算机网络的工作原理，包括信号的传输和接收过程，以及如何 实现网络通信。
STEP 03
周期性
模拟信号通常具有周期性 ，可以通过傅里叶变换将 其分解为不同频率的正弦 波。
模拟信号在传输过程中满 足线性叠加原理，即不同 频率的信号可以相互叠加 。
调幅调制与解调
调幅调制
将需要传输的消息信号与载波信号相乘，得到调幅波信号，实现将消息信号加载到载波 信号上的过程。
解调
通过将调幅波信号再次与载波信号相乘，得到原始的消息信号，实现从调幅波中提取出 消息信号的过程。
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
光纤通信技术应用1光纤光缆认识PPT培训课件
04
光纤通信的优势与挑战
光纤通信的优势
高带宽
光纤通信使用光信号作 为传输介质，具有极高 的带宽，可以同时传输
大量数据。
低损耗
光纤传输过程中的光信 号衰减极小，传输距离 长，降低了中继站的需
求。
抗干扰能力强
光纤不受电磁波干扰， 保证了通信的稳定性和
可靠性。
安全保密
光信号在光纤中传输时 不易被窃取，提高了通
光纤通信技术的发展历程
总结词
起步、突破、普及
详细描述
光纤通信技术自20世纪60年代起步，经历了石英光纤突破和光电器件技术发展等 阶段，逐渐普及应用于通信领域。
光纤通信技术的应用场景
总结词
长距离通信、宽带接入、数据中心、 工业自动化
详细描述
光纤通信技术在长距离通信、宽带接 入、数据中心和工业自动化等领域有 广泛应用，以其高速和大容量的传输 能力满足了各行业的通信需求。
02
光纤与光缆的介绍
光纤的结构与分类
光纤的结构
光纤由纤芯、包层和涂覆层组成。纤芯是传输光信号的主要 部分，包层用于反射光信号，涂覆层起到保护光纤的作用。
光纤的分类
根据纤芯和包层的折射率不同，光纤可分为单模光纤和多模 光纤。单模光纤只传输单一模式的光信号，适用于长距离传 输；多模光纤可传输多个模式的光信号，适用于短距离传输 。
光纤通信在智能交通领域的应用
总结词
光纤通信技术为智能交通提供了实时、高效的信息传 输解决方案，推动了交通行业的智能化发展。
详细描述
智能交通系统需要对大量的数据进行快速、准确的处理 和传输，光纤通信技术以其大容量、高速率的优势，满 足了智能交通系统的需求。通过光纤网络，可以实现交 通信号灯控制、交通监控、车辆调度等系统的实时数据 传输和处理，提高交通运行效率和管理水平，提升交通 安全和减少交通拥堵。同时，光纤通信技术也在无人驾 驶汽车中发挥着重要作用，为无人驾驶汽车的导航、定 位、控制等方面提供了稳定、可靠的信息传输保障。
光纤通信ppt模板课件
1966年英籍华人高琨博士提出光导纤维的
概念在全世界范围内掀起了发展光纤通信 的高潮。
1978年工作于0.8μm的第一代光波系统正
式投入商业应用。
上世纪80年代初，早期的采用多模光纤的
第二代光波通信系统问世。
1990年，工作于2.4Gb/s，1.55μm的第三代
光波系统已能提供通信商业业务。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1.5光纤通信的发展趋势
国家863计划通信技术主题专家组副组长 纪
越峰 ：在高速光传输方面，目前已实现了 10.96Tbit/s（274波×40Gbit/s）的实验系统 ；在超长距离传输方面，已达到了4000km 无电中继的技术水平
我国已成为世界上为数不多的几个掌握了
全套SDH和WDM光通信系统系列产品技术 的国家之一，在世界光通信系统和光网络 领域已经占据了一席之地。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1.3光纤通信的特点
传输频带宽，通信容量大。 中继距离远。 抗电磁干扰能力强，无串话。 光纤细，光缆轻。 资源丰富，节约有色金属和能源。 均衡容易。 经济效益好。 抗腐蚀、不怕潮湿。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
（2）G.653光纤。G.653光纤特点是零色散
波长由G.652光纤的1.31μm位移到1.55μm制 得的光纤，故其称为色散位移光纤。G.653 光纤同时实现了1.55μm窗口的低衰减系数 和小色散系数。但是当其用于带有掺铒光 纤放大器的波分复用系统中时，由于光纤 芯中的光功率密度过大产生了非线性效应 ，限制了G.653光纤在单信道速率10Gbit/s以 上波分复用或密集波分复用系统中的应用
概念在全世界范围内掀起了发展光纤通信 的高潮。
1978年工作于0.8μm的第一代光波系统正
式投入商业应用。
上世纪80年代初，早期的采用多模光纤的
第二代光波通信系统问世。
1990年，工作于2.4Gb/s，1.55μm的第三代
光波系统已能提供通信商业业务。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1.5光纤通信的发展趋势
国家863计划通信技术主题专家组副组长 纪
越峰 ：在高速光传输方面，目前已实现了 10.96Tbit/s（274波×40Gbit/s）的实验系统 ；在超长距离传输方面，已达到了4000km 无电中继的技术水平
我国已成为世界上为数不多的几个掌握了
全套SDH和WDM光通信系统系列产品技术 的国家之一，在世界光通信系统和光网络 领域已经占据了一席之地。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1.3光纤通信的特点
传输频带宽，通信容量大。 中继距离远。 抗电磁干扰能力强，无串话。 光纤细，光缆轻。 资源丰富，节约有色金属和能源。 均衡容易。 经济效益好。 抗腐蚀、不怕潮湿。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
（2）G.653光纤。G.653光纤特点是零色散
波长由G.652光纤的1.31μm位移到1.55μm制 得的光纤，故其称为色散位移光纤。G.653 光纤同时实现了1.55μm窗口的低衰减系数 和小色散系数。但是当其用于带有掺铒光 纤放大器的波分复用系统中时，由于光纤 芯中的光功率密度过大产生了非线性效应 ，限制了G.653光纤在单信道速率10Gbit/s以 上波分复用或密集波分复用系统中的应用
《光纤通信原理》课件
光接收机
光接收机是用于接收和还原光信号的设备，它由光检测器和信号处理电路组成 。光检测器将接收到的光信号转换为电信号，信号处理电路则对电信号进行放 大、滤波和均衡等处理，以恢复原始的电信号。
光放大器与光中继器
光放大器
光放大器用于放大传输中的光信号，以提高光纤通信系统的传输距离和可靠性。常见的 光放大器包括掺铒光纤放大器（EDFA）和拉曼放大器等。
01
02
广播电视
光纤传输具有大容量、长距离传输的 特点，广泛应用于广播电视节目的传 输。
03
企业和校园网络
光纤网络具有高速、稳定、安全的特 点，成为企业和校园网络的首选。
电力通信
光纤通信在电力系统中用于实现自动 化控制、远程监控等功能，保障电力 系统的安全稳定运行。
05
04
军事和航空航天
光纤通信具有抗电磁干扰、轻便等特 点，在军事和航空航天领域得到广泛 应用。
塑料光纤
由高透明度的聚合物材料 制成，具有柔韧性好、成 本低等优点，但传输损耗 较大。
石英光纤
由纯度极高的石英玻璃拉 制而成，具有低损耗、高 透明度、耐高温等优点， 是应用最广泛的光纤。
光纤的传输特性
光的全反射
光纤利用光的全反射原理传输光信号，具有很强的抗干扰能力和 保密性。
光的偏振
光纤中的光波具有偏振状态，对光的传输特性有一定影响。
光的干涉与衍射
光纤中的光波会受到光的干涉与衍射作用，对光的传输方向和强 度产生影响。
光纤的损耗与色散
光纤的损耗
光纤传输光信号时会因为吸收、散射等原因产生能量损耗，限制了传输距离和信号质量。
光纤的色散
光纤传输光信号时会因为不同频率或模式
04
光中继器
光接收机是用于接收和还原光信号的设备，它由光检测器和信号处理电路组成 。光检测器将接收到的光信号转换为电信号，信号处理电路则对电信号进行放 大、滤波和均衡等处理，以恢复原始的电信号。
光放大器与光中继器
光放大器
光放大器用于放大传输中的光信号，以提高光纤通信系统的传输距离和可靠性。常见的 光放大器包括掺铒光纤放大器（EDFA）和拉曼放大器等。
01
02
广播电视
光纤传输具有大容量、长距离传输的 特点，广泛应用于广播电视节目的传 输。
03
企业和校园网络
光纤网络具有高速、稳定、安全的特 点，成为企业和校园网络的首选。
电力通信
光纤通信在电力系统中用于实现自动 化控制、远程监控等功能，保障电力 系统的安全稳定运行。
05
04
军事和航空航天
光纤通信具有抗电磁干扰、轻便等特 点，在军事和航空航天领域得到广泛 应用。
塑料光纤
由高透明度的聚合物材料 制成，具有柔韧性好、成 本低等优点，但传输损耗 较大。
石英光纤
由纯度极高的石英玻璃拉 制而成，具有低损耗、高 透明度、耐高温等优点， 是应用最广泛的光纤。
光纤的传输特性
光的全反射
光纤利用光的全反射原理传输光信号，具有很强的抗干扰能力和 保密性。
光的偏振
光纤中的光波具有偏振状态，对光的传输特性有一定影响。
光的干涉与衍射
光纤中的光波会受到光的干涉与衍射作用，对光的传输方向和强 度产生影响。
光纤的损耗与色散
光纤的损耗
光纤传输光信号时会因为吸收、散射等原因产生能量损耗，限制了传输距离和信号质量。
光纤的色散
光纤传输光信号时会因为不同频率或模式
04
光中继器
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▪ 光纤色散的表示法：
• 光纤的色散系数D(λ) ——定义为单位光谱线宽光源在单位
长度光纤上所引起的时延差
D pk s m nm
• 最大时延差Δτ(群时延差）——描述光纤中速度最快和最慢
的光波成分的时延之差。时延差越大，色散就越严重。
• 光纤带宽——用光纤的频率特性来描述光纤的色散。
ppt课件
• 衡量光纤损耗特性的参数为衰减系数（损耗系数）α，定义为单位 长度光纤引起的光功率衰减
10lgPi dBk m
L Po
α(λ)为在波长λ处的衰减系数；Pi为输人光纤的光功率；Po为光纤输出的 光功率；L为光纤的长度
• 光纤的损耗特性是光纤的一个很重要的传输参数，它对于评价光纤 质量和确定光纤通信系统的中继距离有着决定性的作用。
n0
1
nrn012ar g
2
n2
r 0 r a r a
g是折射率分布指数;a是纤芯 半径；r是纤芯中任意一点到轴 心的距离。
g GI F SIF
使群时延差减至最小的最佳 折射率分布指数g为2左右
ppt课件
8
10lgPi dBk m
L Po
9.2.3 光纤的传输特性
光纤的损耗特性
• 光波在光纤中传输时，随着传输距离的增加，光功率会不断下降。 光纤对光波产生的衰减作用称为光纤的损耗。
▪ 瑞利(Relay)散射——由纤芯材料的微小颗粒或气孔等分子级的结构不均 匀引起的，瑞利散射系数与波长的四次方(λ4)成反比。
▪ 非线性散射：受激Raman散射；受激Brillouin散射。
• 其它损耗：
▪ 弯曲损耗：微弯损耗；宏弯损耗
▪ 连接损耗
▪ 耦合损耗
ppt课件
10
▪ 光纤的损耗特性曲线—损耗谱
ppt课件
9
▪ 引起光纤损耗的因素
光纤的损耗因素主要有吸收损耗、散射损耗和其它损耗。
• 光纤的吸收损耗(Absorption Loss):
▪ 本征吸收：
• 红外吸收——由于分子震动引起的吸收（Si-O键共振吸收），它在
1500 - 1700 nm波长区对光纤通信有影响；
• 紫外吸收——由于电子跃迁引起的吸收，它在700－1100 nm波长区
是非均匀、且连续变化p的pt课。件
4
▪ 此外还有三角型折射率光纤，其纤芯折射率分布曲线 为三角型；双包层光纤、四包层光纤等，如图：
按光纤中的传导模式数量分类
▪ 单模光纤、多模光纤
按光纤构成的原材料分类
▪ 石英系光纤、多组分玻璃光纤、塑料包层光纤、全塑光纤
按光纤的套塑层分类
2. 紧套光纤、松套光纤
氢氧根离子 (HO-)引起的谐波吸收峰 紫外吸收、 Relay散射
红外吸收
ppt课件
11
光纤的色散特性
光纤色散的概念
▪ 光纤色散(Fiber Dispersion)：由于光纤所传输的信 号是由不同频率成分和不同模式成分所携带的，由 于不同频率成分和不同模式成分的光在光纤中的传 输速度不同，从而导致信号畸变的一种物理现象。
按光纤横截面的折射率分布分类
▪ 阶跃光纤(SIF：Step-Index Fiber)：纤芯折射率n1，包层折射 率包层n2。的纤界芯面和上包发层生的突折变射。率都是均匀分布的，折射率在纤芯和
1. 渐匀变的光，纤而(在G纤IF：芯G中r折ad射ed率-Innd1则ex随F着ibe纤r)芯：的包半层径的的折加射大率而n2，减是小均，
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▪ 光纤色散的种类
根据色散产生的原因，光纤色散的种类主要可以分为模式色 散、材料色散和波导色散3种。
• 模式色散（模间色散）——在多模光纤中存在许多传输模式，
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5
9.2.2 光纤的导光原理
▪ 光的波粒二像性：既可以将光看成光波（电磁波），也可以 将光看作是由光子组成的粒子流。
▪ 光纤中光的传输特性的两种分析方法（理论）：射线光学 （几何光学）理论、波动光学理论。
▪ 射线光学：用光射线代表光能量传输线路。这种理论适用于 光波长远远小于光波导尺寸的多模光纤，可以得到简单、直 观的分析结果。
对光纤通信有影响。
▪ 杂质吸收：
• 过渡金属离子Cu2+,Fe2+,Mn3+,Cr3+,Ni2+,V3+引起的吸收;
• 氢氧根离子 (HO-)引起的吸收，吸收峰在2.8μm，但是在1.39 μm，
1.24 μm，0.95 μm附近有谐波吸收峰。
• 光纤的散射损耗(Scattering Loss):
由制作缺陷和本征散射产生
第9章 光纤通信技术
▪ 9.1 光纤通信概述
• 9.1.1 电磁波谱
信息的传输是以电磁波为媒 介进行的。通信所用的波段 是在波长为千米至微米数量 级范围。由于通信容量与电 磁波频率成正比例的增大， 所以探索将更高频率的电磁 波用于通信技术是人们追求 的目标。
ppt课件
1
ppt课件
2
▪ 9.1.2 光纤通信系统基本结构与特点
• 光纤通信系统和其他通信系统相比具有的优点：
频带宽，通信容量大
传输损耗低，无中继距离长
抗电磁干扰
光纤通信串话小，保密性强，使用安全
体积小，重量轻，便于敷设
1.材料资源丰富
ppt课件
3
9.2 光纤传输原理与特性 ▪ 9.2.1 光纤的结构和分类
纤芯(Core); 包层(Claddinn axn1 2n2 2n1 2
数值孔径(NA：Numerical Aperptputr课e件)表征了光纤端面收集入射光的能力。 7
多模渐变折射率光纤的射线光学理论分析
多模渐变折射率光纤纤芯中的折射率是连续变化的。它随纤芯半 径r的增加按一定规律减小。 渐变折射率光纤的折射率分布可以表示为：
6
采用射线光学分析光纤的特性
多模阶跃折射率光纤的射线光学理论分析
在多模阶跃光纤的纤芯中，光按直线传输，在纤芯和包 层的界面上光发生反射。
光纤的相对折射率差
n 1 2 n 2 2 2 n 1 2
由光纤中光线在界面 的全反射条件，可以 推出临界角
c
arcsinn2 n1
可以定义光纤的数 值孔径为
▪ 波动光学：把光纤中的光作为经典电磁场来处理。从波动方 程和电磁场的边界条件出发，可以得到全面、正确的解析或 数字结果，给出光纤中的场的结构形式（即传输模式），从 而给出光纤中完善的场的描述形式。它的特点是：能够精确、 全面地描述光纤的传输特性，这种理论适合于单模光纤和多 模光纤的分析。
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• 光纤的色散系数D(λ) ——定义为单位光谱线宽光源在单位
长度光纤上所引起的时延差
D pk s m nm
• 最大时延差Δτ(群时延差）——描述光纤中速度最快和最慢
的光波成分的时延之差。时延差越大，色散就越严重。
• 光纤带宽——用光纤的频率特性来描述光纤的色散。
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• 衡量光纤损耗特性的参数为衰减系数（损耗系数）α，定义为单位 长度光纤引起的光功率衰减
10lgPi dBk m
L Po
α(λ)为在波长λ处的衰减系数；Pi为输人光纤的光功率；Po为光纤输出的 光功率；L为光纤的长度
• 光纤的损耗特性是光纤的一个很重要的传输参数，它对于评价光纤 质量和确定光纤通信系统的中继距离有着决定性的作用。
n0
1
nrn012ar g
2
n2
r 0 r a r a
g是折射率分布指数;a是纤芯 半径；r是纤芯中任意一点到轴 心的距离。
g GI F SIF
使群时延差减至最小的最佳 折射率分布指数g为2左右
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10lgPi dBk m
L Po
9.2.3 光纤的传输特性
光纤的损耗特性
• 光波在光纤中传输时，随着传输距离的增加，光功率会不断下降。 光纤对光波产生的衰减作用称为光纤的损耗。
▪ 瑞利(Relay)散射——由纤芯材料的微小颗粒或气孔等分子级的结构不均 匀引起的，瑞利散射系数与波长的四次方(λ4)成反比。
▪ 非线性散射：受激Raman散射；受激Brillouin散射。
• 其它损耗：
▪ 弯曲损耗：微弯损耗；宏弯损耗
▪ 连接损耗
▪ 耦合损耗
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▪ 光纤的损耗特性曲线—损耗谱
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▪ 引起光纤损耗的因素
光纤的损耗因素主要有吸收损耗、散射损耗和其它损耗。
• 光纤的吸收损耗(Absorption Loss):
▪ 本征吸收：
• 红外吸收——由于分子震动引起的吸收（Si-O键共振吸收），它在
1500 - 1700 nm波长区对光纤通信有影响；
• 紫外吸收——由于电子跃迁引起的吸收，它在700－1100 nm波长区
是非均匀、且连续变化p的pt课。件
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▪ 此外还有三角型折射率光纤，其纤芯折射率分布曲线 为三角型；双包层光纤、四包层光纤等，如图：
按光纤中的传导模式数量分类
▪ 单模光纤、多模光纤
按光纤构成的原材料分类
▪ 石英系光纤、多组分玻璃光纤、塑料包层光纤、全塑光纤
按光纤的套塑层分类
2. 紧套光纤、松套光纤
氢氧根离子 (HO-)引起的谐波吸收峰 紫外吸收、 Relay散射
红外吸收
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光纤的色散特性
光纤色散的概念
▪ 光纤色散(Fiber Dispersion)：由于光纤所传输的信 号是由不同频率成分和不同模式成分所携带的，由 于不同频率成分和不同模式成分的光在光纤中的传 输速度不同，从而导致信号畸变的一种物理现象。
按光纤横截面的折射率分布分类
▪ 阶跃光纤(SIF：Step-Index Fiber)：纤芯折射率n1，包层折射 率包层n2。的纤界芯面和上包发层生的突折变射。率都是均匀分布的，折射率在纤芯和
1. 渐匀变的光，纤而(在G纤IF：芯G中r折ad射ed率-Innd1则ex随F着ibe纤r)芯：的包半层径的的折加射大率而n2，减是小均，
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▪ 光纤色散的种类
根据色散产生的原因，光纤色散的种类主要可以分为模式色 散、材料色散和波导色散3种。
• 模式色散（模间色散）——在多模光纤中存在许多传输模式，
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9.2.2 光纤的导光原理
▪ 光的波粒二像性：既可以将光看成光波（电磁波），也可以 将光看作是由光子组成的粒子流。
▪ 光纤中光的传输特性的两种分析方法（理论）：射线光学 （几何光学）理论、波动光学理论。
▪ 射线光学：用光射线代表光能量传输线路。这种理论适用于 光波长远远小于光波导尺寸的多模光纤，可以得到简单、直 观的分析结果。
对光纤通信有影响。
▪ 杂质吸收：
• 过渡金属离子Cu2+,Fe2+,Mn3+,Cr3+,Ni2+,V3+引起的吸收;
• 氢氧根离子 (HO-)引起的吸收，吸收峰在2.8μm，但是在1.39 μm，
1.24 μm，0.95 μm附近有谐波吸收峰。
• 光纤的散射损耗(Scattering Loss):
由制作缺陷和本征散射产生
第9章 光纤通信技术
▪ 9.1 光纤通信概述
• 9.1.1 电磁波谱
信息的传输是以电磁波为媒 介进行的。通信所用的波段 是在波长为千米至微米数量 级范围。由于通信容量与电 磁波频率成正比例的增大， 所以探索将更高频率的电磁 波用于通信技术是人们追求 的目标。
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▪ 9.1.2 光纤通信系统基本结构与特点
• 光纤通信系统和其他通信系统相比具有的优点：
频带宽，通信容量大
传输损耗低，无中继距离长
抗电磁干扰
光纤通信串话小，保密性强，使用安全
体积小，重量轻，便于敷设
1.材料资源丰富
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9.2 光纤传输原理与特性 ▪ 9.2.1 光纤的结构和分类
纤芯(Core); 包层(Claddinn axn1 2n2 2n1 2
数值孔径(NA：Numerical Aperptputr课e件)表征了光纤端面收集入射光的能力。 7
多模渐变折射率光纤的射线光学理论分析
多模渐变折射率光纤纤芯中的折射率是连续变化的。它随纤芯半 径r的增加按一定规律减小。 渐变折射率光纤的折射率分布可以表示为：
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采用射线光学分析光纤的特性
多模阶跃折射率光纤的射线光学理论分析
在多模阶跃光纤的纤芯中，光按直线传输，在纤芯和包 层的界面上光发生反射。
光纤的相对折射率差
n 1 2 n 2 2 2 n 1 2
由光纤中光线在界面 的全反射条件，可以 推出临界角
c
arcsinn2 n1
可以定义光纤的数 值孔径为
▪ 波动光学：把光纤中的光作为经典电磁场来处理。从波动方 程和电磁场的边界条件出发，可以得到全面、正确的解析或 数字结果，给出光纤中的场的结构形式（即传输模式），从 而给出光纤中完善的场的描述形式。它的特点是：能够精确、 全面地描述光纤的传输特性，这种理论适合于单模光纤和多 模光纤的分析。
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