光纤通信PPT模板
光纤通信基础（PPT版）
光纤通信基础（PPT版）
光纤通信技术，简称光纤通信，由纤芯，包层和涂层组成，内芯一般为几十微米或几微米，中间层称为包层，通过纤芯和包层的折射率不同，从而实现光信号在纤芯内的全反射也就是光信号的传输，涂层的作用就是增加光纤的韧性保护光纤。
光纤结构
光纤由纤芯，包层和涂层组成，内芯一般为几十微米或几微米，中间层称为包层，通过纤芯和包层的折射率不同，从而实现光信号在纤芯内的全反射也就是光信号的传输，涂层的作用就是增加光纤的韧性保护光纤。
光纤通信是利用光波作载波，以光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式。
发展历史
1966年英籍华人高锟博士发表了一篇划时代性的论文，他提出利用带有包层材料的石英玻璃光学纤维，能作为通信媒质。从此，开创了光纤通信领域的研究工作。
1977年美国在芝加哥相距7000米的两电话局之间，首次用多模光纤成功地进行了光纤通信试验。0.85微米波段的多模光纤为第一代光纤通信系统。
1981年又实现了两电话局间使用1.3微米多模光纤的通信系统，为第二代光纤通信系统。
1984年实现了1.3微米单模光纤的通信系统，即第三代光纤通信系统。
20世纪80年代中后期又实现了1.55微米单模光纤通信系统，即第四代光纤通信系统。
20世纪末或21世纪初发明了第五代光纤通信系统，用光波分复用提高速率，用光波放大增长传输距离的系统，光孤子通信系统可以获得极高的速率，在该系统中加上光纤放大器有可能实现极高速率和极长距离的光纤通信。
光纤通信整理
1 第一章
1-1 什么是光纤通信? 目前使用的通信光纤大多数采用基础材料为SiO2的光纤,它是工作在电磁波的哪个区?波长范围是多少?对应的频率范围是多少?
光纤通信是利用光导纤维传输光波信号的通信方式。
目前使用的通信光纤大多数采用基础材料为SiO2的光纤。它是工作在近红外区，波长为0.8～1.8μm，对应的频率为167～375THz。
1-2 试画出光纤通信系统组成的方框图。
一个光纤通信系统通常由电发射机、光发射机、光接收机、电接收机和由光纤构成的光缆等组成。
1-3 通信系统的容量用BL积表示，B和L分别是什么含义?
系统的通信容量用比特率—距离积表示，B为比特率，L为中继间距。
1-4 光纤通信的主要优点是什么?
光纤通信之所以受到人们的极大重视，是因为和其他通信手段相比，具有无以伦比的优越性。
(1) 通信容量大
(2) 中继距离远
(3) 抗电磁干扰能力强，无串话
(4) 光纤细，光缆轻
(5) 资源丰富，节约有色金属和能源。
光纤还具有均衡容易、抗腐蚀、不怕潮湿的优点。因而经济效益非常显著。
第二章
2-8 构成激光器的三个基本条件是什么?
构成一个激光器需要如下三个要素如图所示：
（1） 激光工作物质（2）激励（3）光学谐振腔 2
第三章
3-1 填空题
(1) 通信用的光纤绝大多数用 石英 材料制成。
折射率高的中心部分叫 纤芯 ，折射率稍低的外层称为 包层 。
(2) 表示光纤捕捉光射线能力的物理量被定义为 数值孔径 ，用 NA 表示。
(3) 在阶跃型光纤中， LP01 模是最低工作模式， LP11 是第一高阶模。
(4) 阶跃型光纤的单模传输条件是 0＜V＜2.405 。
(5) 渐变型光纤中不同射线具有相同轴向速度的现象称为 光纤的自聚焦现象 。
光纤通信
光通信
光通信就是以光波为载波的通信
全光网络 未来传输网络的最终目标，是构建全光网络，即在接入网、城域网、骨干网完全实现“光纤传输代替铜线传输”。而目前的一切研发进展，都是“逼近”这个目标的过程。
目前世界上最大的望远镜是位于夏威夷的凯克望远镜，直径10米,由36面1.8米的六角型镜面拼合而成，耗资一亿三千万美元，主要是由美国的一个企业家凯克捐助修建的，第一面凯克望远镜建造
光纤之路――舍我其谁
1970年激光器和低损耗光纤这两项关键技术的重大突破，使光纤通信开始从理想变成可能，这立即引起了各国电信科技人员的重视，他们竞相进行研究和实验。1974年美国贝尔研究所发明了低损耗光纤制作法――CVD法（汽相沉积法），使光纤损耗降低到1分贝／公里；1977年，贝尔研究所和日本电报电话公司几乎同时研制成功寿命达100万小时（实用中10年左右）的半导体激光器，从而有了真正实用的激光器。1977年，世界上第一条光纤通信系统在美国芝加哥市投入商用，速率为45Mb／s。 进入实用阶段以后，光纤通信的应用发展极为迅速，应用的光纤通信系统已经多次更新换代。70年代的光纤通信系统主要是用多模光纤，应用光纤的短波长（850纳米）波段。80年代以后逐渐改用长波长（1310纳米），光纤逐渐采用单模光纤，到90年代初，通信容量扩大了50倍，达到2.5Gb／s。进入90年代以后，传输波长又从1310纳米转向更长的1550纳米波长，并且开始使用光纤放大器、波分复用（WDM）技术等新技术。通信容量和中继距离继续成倍增长。广泛地应用于市内电话中继和长途通信干线，成为通信线路的骨干。
战略地位
本世纪30年代，有人提出这样的观点：“总有一天光通信会取代有线和微波通信而成为通信主流”。该观点反映出光纤通信技术在未来通信中已显示出其重要性。今天，光通信技术已经很成熟，光纤通信已是各种通信网的主要传输方式，光纤通信在信息高速公路的建设中扮演着至关重要的角色，欧美等发达国家已经把光纤通信放在了国家发展的战略地位。现在光纤的使用已不只限于陆
现代光纤通信技术
第一章 现代光纤通信技术
1.1 概述
1.2 通信设备
构成通信网的最全然的设备是用户端设备、传输链路设备和转接交换设备。
1.3 广域网分类
1.4 通信协定
1.4.1 协定
平日将收集分层构造以及各层协定的集合称为收集体系构造。比较有名的收集体系构造有国际标准化组织ISO(International for Standardization)提出的开放体系体系构造OSI(Open
System Interconnection);美国国防部提出的传输操纵协定TCP/IP；国际电信联盟提出的公共数据网X系列协定；IBM公司提出的体系收集体系构造SNA等。
1.4.2 标准化组织
1. 国际标准化组织ISO
2. 国际电信联盟-电信标准化部ITU-T(International Telecommunication Union)
一向负责制订电信网的标准系列。
3. 因特网工程义务组IETF(Internet Engineering Task Force)
负责研究因特网的体系构造以及新一代因特网标准规范的研究和制订
第二章 数字通信技巧
第三章 光纤通信技巧
3.1 光纤通信
3.1.1光纤通信的成长
3.1.2 光纤通信的特点
1. 传输频带宽，通信容量大年夜。由信息理论明白，载波频率越高，通信容量就越大年夜。
2. 损耗低。今朝有用的光纤均为石英系光纤，要减小损耗，主假如靠进步玻璃纤维的纯度。
3. 在应用频带内，光线对每一频率成分的损耗几乎一样。是以，体系中才去的均衡方法比传统的电信体系简单，甚至能够不必采取。
4. 光纤内传播的光能几乎不辐射，是以专门难被窃听，也可不能造成同一光缆中各光纤之间串扰
5. 不受电磁干扰。因为光纤长短金属的介质材料。
6. 线径细、重量轻，便于敷设。
7. 资本丰富。制造玻璃光纤的原料是适应，其来源十分丰富。
3.1.3 通信体系中重要技巧指标
1.分贝dB
光纤通信实验讲义
光纤通信实验讲义
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光纤通信实验讲义
实验一 P-I特性曲线的绘制及光纤熔接机的使用
一、 实验目的
1、 学习半导体激光器发光原理
2、 了解半导体激光器平均输出光功率与注入电流的关系
3、 掌握半导体激光器P-I曲线的测试及绘制方法
4、 了解光纤熔接机的操作方法
二、 实验内容
测量半导体激光器功率和注入电流，并画出P-I关系曲线。
使用光纤熔接机实现两根光纤的熔接。
三、 实验仪器
示波器，RC-GT-III型光纤通信实验系统，光功率计，万用表，光纤熔断器一台。
四、 基本原理
1、 半导体激光器的功率特性及伏安特性
图1-1 激光器的功率特性 图1-2 激光器的伏安特性
半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系如图1-1所示，该特性有一个转折点，相应的驱动电流称为门限电流(或称阈值电流)，用Ith表示。在门限电流以下，激光器工作于自发发射，输出荧光功率很小，通常小于100puW；在门限电流以上，激光器工作于受激发射，输出激光，功率随电流迅速上升，基本上成直线关系。激光器的电流与电压的关系相似于正向二极管的特性，如图1-2所示，但由于双异质结包含两个PN结，所以在正常工作电流下激光器两极间的电压约为1.2V。
阈值条件就是光谐振腔中维持光振荡的条件。
图1-3 LD半导体激光器P-I曲线示意图
半导体激光器具有高功率密度和极高量子效率的特点，微小的电流变化会导致光功率输出变化，是光纤通信中最重要的一种光源，激光二极管可以看作为一种光学振荡器，要形成光的振荡，就必须要有光放大机制，也即激活介质处于粒子数反转分布，而且产生的增益足以抵消所有的损耗。将开始出现净增益的条件称为阈值条件。一般用注入电流值来标定阈值条件，也即阈值电流Ith，当输入电流小于Ith时，其输出光为非相干的荧光，类似于LED发出光，当电流大于Ith时，则输出光为激光，且输入电流和输出光功率成线性关系，该实验就是对该线性关系进行测量，以验证P-I的线性关系．
光纤光学课件第一章
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光纤光学课件第一章
1幻灯片 1 光纤光学 第一章 光纤传输的基本理论 W-C Chen
Foshan Univ. 幻灯片 2 1. 前言 低损耗光纤的问世导致了光波技术领域的革命， 开创了光纤通信的时代。
光纤在工程上的使用促使人们需要对光纤进行深入研究， 形成一门新的学科光纤光学。
幻灯片 3 光纤的分类 幻灯片 4 2实用光纤主要的三种基本类型 (a) 突变型多模光纤； (b) 渐变型多模光纤；
（c） 单模光纤 横截面2a2brn折射率分布纤芯包Ait(a)输入脉冲光线传播路径～多模光纤 幻灯片 5 阶跃折射率光纤剖面测量图（华工光通信研究所）
3 单模光纤 多模光纤 幻灯片 6 光纤结构 光纤（Optical
Fiber） 是由中心的纤芯(Core)和外围的包层(Cladding)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， 并起一定的机械保护作用。
设纤芯和包层的折射率分别为 n1 和 n2， 光能量在光纤中传输的必要条件是n1n2。
幻灯片 7 主要用途： 突变型多模光纤只能用于小容量短距离系统。
渐变型多模光纤适用于中等容量中等距离系统。
单模光纤用在大容量长距离的系统。
特种单模光纤大幅度提高光纤通信系统的水平 1.55 m
光纤通信 2
1、什么是通信：信息的传送，由发送、传输、接受组成。
2、什么是光纤通信：利用激光作为信息的载波信号，并通过光纤来传送信息的通信系统。
3、光通信的三要素：光源；传输介质；光检测；
4、光纤通信技术的主要优缺点：
1.传输频带宽;2.损耗低;3.不受电磁干扰，抗干扰性好;4.保密性好;5.质量轻;6.资源丰富。
1.接口昂贵2.抗拉强度低3.光纤连接困难4.分路、藕合比较麻烦。
5、光纤可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。
6、最基本的光纤通信系统由数据源、光发送端、光学信道和光接收端组成。
7、光发射端机由：光源、驱动器和调制器组成。
8、光接收端机由：光探测器(核心)、放大器和相关电路组成。
9、光探测器通过直接检测或相干检测的方式实现光电转换。
10、光接收机灵敏度： 其中Pmin指在给定误比特率的条件下，接收机能接收的最小平均光功率。
11、光纤的基本特性参数：损耗（dB/km）和色散（ps/nm.km）【这两个家伙越小越好】。
12、中继器：修复传输信号产生的失真，和补充传输过程中的损耗。
13、“全光网络”是指信号以光的形式通过整个网络，直接在光域内进行信号的传输、再生和交换/选路，中间不经过任何光电转换，以达到全光透明性，实现任意时间、任意地点、传送任何格式信号的一种理想目标网络。
14、光纤通信系统中所用的光纤都存在损耗和色散，当信号强度较高时还存在非线性效应。
15、光纤数值孔径NA（最大入射角）=2221nn（n1为芯；n2为包。）
16、对于阶跃型光纤，数值孔径为常数。
17、光纤刀光的原理：光纤利用纤芯的折射率高于包层的折射率的特点，使落于数值孔径的光能收集到光纤中，并在光纤的纤芯与包层之间发生全反射， 从而将光约束在光纤中传播。
18、光线通过长为L的直线光线的最大时延为：
19、光线在光纤中传播时的时延现象称为色散。
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光纤通信 4
★第一章 概 述
问：1. 什么叫光纤通信？它与光通信有何区别？
答：光纤通信是指利用光导纤维传输光波信号的通信方式。光通信只是指以光波的形式携带信号传输的通信方式，并不要求光波信号一定要在光纤中传输。
问：2.光纤通信的低损耗窗口指什么？为什么叫窗口？
答：光纤通信的低损耗窗口指0.85μm，1.31μm ，1.55μm。由于用这三个波长传输信号时损耗很小，因此信号能够从发送端传送到接收端，就好像窗户能够透光一样，因此低损耗的波长可以称为窗口。
问：3. 光折射率的含义是什么？代表什么？
答：光折射率可以用n表示，等于自由空间中的光速与光波在某一介质中的传播速度的比值。 n越大，表示光波所在的介质传播速度慢，可以理解成该介质粒子分布密集，n越小，表示光波所在的介质传播速度快，因此可以理解成该介质粒子分布稀疏。
★第二章 光导纤维
问：4. 色散如何理解？色散对信号有什么影响？
答：光纤中传输的光信号是由不同的频率成份和不同的模式成份构成，它们有不同的传播速度，从而使波形在时间上发生展宽，这种现象称为色散。色散会使光脉冲展宽，因此会造成波形展宽，从而产生码间干扰。
问：5.如何解释光纤中的模式色散、材料色散及波导色散？
答：材料色散是由于材料本身的折射率随频率而变化，使得信号各频率成份的群速不同引起的色散。波导色散是对于光纤某一模式而言，在不同的频率下，相位常数β不同，使得群速不同而引起的色散。模式色散是指光纤不同模式在同一频率下的相位常数β不同，因此群速不同而引起的色散
问：6.
请问多模光纤的多模指的是什么？
答：多模指的是多个模式，模式是指能够独立存在、独立传输的电磁场的结构形式。
问：7. 请问多模光纤中有哪几种模式，各种模式有什么区别？ 答：多模光纤中可以有无穷多模式，主要看光纤尺寸、纤芯折射率、入射光波长等因素。各模式的区别主要是电磁场的结构形式不同。
问：8. 一根多模光纤中可以存在多少模式？
45.光纤通信
实验四十五 光纤通信
【演示器材】
如图45-1所示，系统由信号调制器、信号解调器、半导体激光器、光电耦合器以及光纤构成。
【操作与现象】
将激光器连接到信号调制器的输出端口，并将激光器固定在轨道上；用光纤刀将光纤两端的端口切平整，分别固定在光纤支架上；打开信号调制器电源，调整激光器的方向，使之与光纤一端正对，调整凸透镜的位置，使激光束聚焦在光纤的断口上，以另一端是否有明亮的激光射出为判断依据；调整光纤另一端的方向和光电耦合器正对；光电耦合器连接到信号解调器的输入端口；打开信号解调器，改变信号调制器上的信号源，微调光纤两个端口的耦合情况，可以在信号解调器的音箱中听到相应的声音，实现光纤通信。
【原理解析】
1．光纤
要想弄清楚光纤是如何通信的，首先要知道什么是光纤？
光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。实际上就是一根很细的高折射率的玻璃丝，外面包了一层低折射率的硅玻璃包层，最外面是加强用的树脂涂层。如图45-2所示。
光纤能够工作的基本原理是光的全反射。通常光线穿过两种介质时，从第一种介质照射到介面上，一部分光线透过介面进入第二种介质中，方向发生一定偏折，称为折射；而一部分会反射回第一种介质，反射光线符合反射定律，折射光线符合折射定律，折射角与入射角以及两种介质的折射率的关系由惠更斯原理确定。光线从折射率较高的介质射向折射率较低的介质时，入射角存在一个临界值，称为临界角，当入射角大于临界角时，折射光线消失，所有的光线全部反射回入射介质，称为全内反射。 图45-2 光纤结构 图45-1 光纤通信演示仪
图47- 3 光纤内部光路
光纤正是利用了光的全内反射实现的，光线以一个特定角度进入光纤，在光纤内芯中多次全反射，从而实现光路连同。如图47-2所示：
2.通信
通信(Communication)就是信息的传递，是指由一地向另一地进行信息的传输与交换，其目的是传输消息。