光纤通信第五版_第六章讲义02
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光纤通信第五版-调制
VCC INT VCC
VCC INT
VCC
2
3
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1
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1
B NC 0
1
BNC 5
5
4
B NC
3
2
B NC 1
1
BNC 5
5
4
B NC
0 .01 uF C 41
4
3
4
3
O PE N 1
O PE N 0
IO IO V CCI IOO2 G INOD V CCI NT GND IO IO IO IO IO V CCI INOT G INOD IO D PCL K3 /IOO IO IO IO V CCI INOT GND V CCI O2 GND IO IO IO IO IO IO
I 发光二极管（LED）
P
LD的特点：工作电流超
输出光功率 过 阈 值 电 流 时 才 输 出 激
光，是有阈值的器件。
I
调制电流信号
半导体激光器 （LD）
LD驱动电路：驱动LD光 源器件发光必须是直流偏 置电流Ib和信号电流Im共 同作用的结果。
P I
发光二极管（LED）
LED 的 特 点 ： 线 性 好 ， 驱动电路不需要直流偏置 调整电路；光功率随温度 变化不大。
☺声光调制：声光（弹光）效应—被介质中弹性
波衍射的光波的强度、频率、方向等都随超声 场变化。（利用声光晶体）
☺磁光调制：法拉第效应—外加磁场引起线偏振光
偏振方向旋转。
电光调制
电折射调制器
电折射调制器利用了晶体材料的电光效应， 常用的晶体材料有： 铌酸锂晶体（LiNbO3）、 钽酸锂晶体（LiTaO3）和砷化镓（GaAs）。
现代光纤通信系统-第六章
11无线接入网速率自适应数字用户线radslrateadapteddigitalsubscriberline甚高数据速率数字用户线vdslveryhighbitratedigitalsubscriberline单线数字用户线sdslsinglepairdigitalsubscriberline非对称数字用户线adslasymmetricdigitalsubscriberline高比特率数字用户线hdslhighbitratedigitalsubscriberline铜缆接入网光纤到办公室fttofibertotheoffice光纤到户ftthfibertothehome光纤到大楼fttbfibertothebuilding光纤到路边fttcfibertothecurb光纤接入网有线接入网接入网光纤接入网7城域本地网核心网接入网计算机电话计算机电话计算机电话光纤接入网8光纤用户接入网的基本结构9a高层光接入10一般住宅接入网11pon网络12有无有第三波长支持视频有无有网络保护602020有效传输距离km1
22
3、在SDH帧结构中，丰富的开销比特用于网络的运行、 维 护和管理，便于实现性能监测、故障检测和定位、故障报 告等管理功能。 4、采用数字同步复用技术，其最小的复用单位为字节， 不 必进行码速调整，简化了复接分接的实现设备，由低速信 号复接成高速信号，或从高速信号分出低速信号，不必逐 级进行。
…
同步复接 (a) 中继线 DMX STM- N 分接 Drop Add
同步分接 n
1:m
m:1
n
中继线 MUX STM- N 复接 配置管理
(c)
28
STM- n STM- n
(a) 中继线 中继线 DM X STM - N 分接 Drop STM - n Add STM - n 复接 M UX STM - N
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3、在SDH帧结构中，丰富的开销比特用于网络的运行、 维 护和管理，便于实现性能监测、故障检测和定位、故障报 告等管理功能。 4、采用数字同步复用技术，其最小的复用单位为字节， 不 必进行码速调整，简化了复接分接的实现设备，由低速信 号复接成高速信号，或从高速信号分出低速信号，不必逐 级进行。
…
同步复接 (a) 中继线 DMX STM- N 分接 Drop Add
同步分接 n
1:m
m:1
n
中继线 MUX STM- N 复接 配置管理
(c)
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STM- n STM- n
(a) 中继线 中继线 DM X STM - N 分接 Drop STM - n Add STM - n 复接 M UX STM - N
光纤通信第六章1-概述与非线性
第6.1讲 WDM长距离传输的限制因素极其 抑制技术
一、概况 二、非线性光学效应及其对光纤通信的影响 三、色散的积累与补偿
2018/11/7
北京邮电大学顾畹仪
1
长距离传输中的限制因素
EDFA的ASE噪声的积累
和OSNR的下降
群速度色散高阶色散导致 信号眼图劣化 各种非线性光学效应的影 响
2018/11/7 北京邮电大学顾畹仪 9
2018/11/7
北京邮电大学顾畹仪
10
自发喇曼散射和受激喇曼散射
dI s g R I 0 I s dz I s ( L ) I s ( 0) e
L
gR ≈ 7 *10-12 cm/W
g R I 0 Leff
Leff
z L e dz ( 1 e ) / 0
2018/11/7 北京邮电大学顾畹仪 7
3）Non-Linear Effects in Fiber
• Stimulated Scattering Effects 受激光散射 • Interaction between photons and phonons
– Stimulated Raman Scattering (SRS) 受激喇曼散射 – Stimulated Brillouin Scattering (SBS) 受激布里渊散射 • Refractive Index Effects 非线性折射率调制
2018/11/7
北京邮电大学顾畹仪
22
6) 光孤子通信
当光强较低时，脉冲在时域展宽；主要表现出
光纤的色散效应； SPM引起的啁啾在一定条件下可以补偿群速度 色散——光孤子通信； 孤子现象是非线性薛定谔方程的解。
一、概况 二、非线性光学效应及其对光纤通信的影响 三、色散的积累与补偿
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北京邮电大学顾畹仪
1
长距离传输中的限制因素
EDFA的ASE噪声的积累
和OSNR的下降
群速度色散高阶色散导致 信号眼图劣化 各种非线性光学效应的影 响
2018/11/7 北京邮电大学顾畹仪 9
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北京邮电大学顾畹仪
10
自发喇曼散射和受激喇曼散射
dI s g R I 0 I s dz I s ( L ) I s ( 0) e
L
gR ≈ 7 *10-12 cm/W
g R I 0 Leff
Leff
z L e dz ( 1 e ) / 0
2018/11/7 北京邮电大学顾畹仪 7
3）Non-Linear Effects in Fiber
• Stimulated Scattering Effects 受激光散射 • Interaction between photons and phonons
– Stimulated Raman Scattering (SRS) 受激喇曼散射 – Stimulated Brillouin Scattering (SBS) 受激布里渊散射 • Refractive Index Effects 非线性折射率调制
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北京邮电大学顾畹仪
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6) 光孤子通信
当光强较低时，脉冲在时域展宽；主要表现出
光纤的色散效应； SPM引起的啁啾在一定条件下可以补偿群速度 色散——光孤子通信； 孤子现象是非线性薛定谔方程的解。
光纤通信6第六章光纤通信系统与工程
28
第6章 光纤通信系统与工程
对光纤线路码型的要求
① 易于从信号码流中提取时钟分量。要求减少码流 中长连“0’和长连“1”个数； ② 码流中直流分量较稳定，以利于接收端的判决。 要求码流中“0’’、“‘l”分布均匀；
③ 要求码型有一定规律性，便于对终端站和各中继
站进行不间断业务的误码检测。
29
第6章 光纤通信系统与工程
11
第6章 光纤通信系统与工程
3.两种数字体系
系 列 码率（Mb/s) 话路数 北美 日本 体 制
PDH
一次群 1.544 24 二次群 6.312 × 4=96 三次群 32.064(日) 44.736(美) × 5=480(日) × 7=672(美) 34.368 × 4=480 四次群 97.728 271.176 × 3=1440 × 3=4032 五次群 397.2 × 4=5760
为了建立世界性的统一标准， ITU－T完成了有关SDH的31个标准：
比特率、网络节点接口、复用结构、复用设备、网络管理、线路系统和 光接口、SDH信息模型、网络结构和抖动性能、误码性能、网络保护结构
等
在世界范围内就SDH的基本软硬件问题也达成了一致协议。
16
第6章 光纤通信系统与工程
4.光中继器 在光纤通信线路上，光纤的吸收和散射导致光信号衰减， 光纤的色散将使光脉冲信号畸变，导致信息传输质量降低，误 码率增高，限制了通信距离。
6
第6章 光纤通信系统与工程
2. PCM端机 实现模拟信号到数字信号
转换(A/D转换)，完成PCM
编码，并且按照时分复用 的方式把多路信号复接、
合群，从而输出高比特率
的数字信号。 PCM编码包括取样、量化、 编码三个步骤。 这个过程可以通过下图来 说明。
第6章 光纤通信系统与工程
对光纤线路码型的要求
① 易于从信号码流中提取时钟分量。要求减少码流 中长连“0’和长连“1”个数； ② 码流中直流分量较稳定，以利于接收端的判决。 要求码流中“0’’、“‘l”分布均匀；
③ 要求码型有一定规律性，便于对终端站和各中继
站进行不间断业务的误码检测。
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第6章 光纤通信系统与工程
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第6章 光纤通信系统与工程
3.两种数字体系
系 列 码率（Mb/s) 话路数 北美 日本 体 制
PDH
一次群 1.544 24 二次群 6.312 × 4=96 三次群 32.064(日) 44.736(美) × 5=480(日) × 7=672(美) 34.368 × 4=480 四次群 97.728 271.176 × 3=1440 × 3=4032 五次群 397.2 × 4=5760
为了建立世界性的统一标准， ITU－T完成了有关SDH的31个标准：
比特率、网络节点接口、复用结构、复用设备、网络管理、线路系统和 光接口、SDH信息模型、网络结构和抖动性能、误码性能、网络保护结构
等
在世界范围内就SDH的基本软硬件问题也达成了一致协议。
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第6章 光纤通信系统与工程
4.光中继器 在光纤通信线路上，光纤的吸收和散射导致光信号衰减， 光纤的色散将使光脉冲信号畸变，导致信息传输质量降低，误 码率增高，限制了通信距离。
6
第6章 光纤通信系统与工程
2. PCM端机 实现模拟信号到数字信号
转换(A/D转换)，完成PCM
编码，并且按照时分复用 的方式把多路信号复接、
合群，从而输出高比特率
的数字信号。 PCM编码包括取样、量化、 编码三个步骤。 这个过程可以通过下图来 说明。
光纤通信原理第6章光纤通信系统
6.3 模拟光纤通信系统 6.3.1 模拟调制技术 6.3.2 基带直接强度调制（D-IM) 6.3.3 副载波复用强度调制（SCM-IM) 6.4 相干光纤通信系统 6.4.1 基本原理 6.4.2 调制与解调技术 6.4.3 相干光纤通信的优点及关键技术 6.4.4 实例 6.5 光纤孤子通信 6.5.1 基本原理 6.5.2 损耗管理孤子系统 6.5.3 色散管理孤子系统
图1.3.1 点对点光通信系统结构框图
6.1.2 数字光纤通信系统基本结构
n*E1
n*E1
n*E1
语音、图 像等模拟 信号
PCM成 数字信号
1、连0、连1多
语音、图
2、含DC分量 3、高频分量多
6.1.2 数字光纤通信系统基本结构
像等模拟 信号
4、不能自检误码
适合光纤传输的码
整形
码型变换
编码扰码
n*E1 三电平码
状态显示 调配开关
电源接口
输入E1接口
光输入输出接口
3次群PDH光端机照片
输出E1接口
PDH光端机结构框图
3次群PDH光端机电路原理图 6块IC+1个光收发一体模块构成一个光端机！
脉冲编码调制（PCM）
T
fs
fs
•取样间隔T=抽样频率1/fs •将幅度分为23=8个等级，量 化器中对取样值四舍五入 •用3位二进制码代表每种幅度
基群
30
二次群
120
三次群
480
码速Mb/S 2.048 8.448 34.368
SDH
0.064×32 2.048×4+0.256 8.448×4+0.576
四次群 1920
139.264 34.368×4+1.792
光纤通信第五版调制ppt课件
➢ 输出脉冲光功率最大值Pmax和最小值Pmin的比值为消光比
10lg Pmax
Pmin
实际的消光比η>10 dB
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
消光比
P Ith
Pmax Pmin
输出光功率脉冲
光发射机的功能
➢ 电光变换---将信息从电信号“搬移”到高端电磁波 （光）的电路组件,及完成为了适应光信号的有关信号 变换(线路编码)
➢ 输入的是双极性数字电信号(电压)，输出的是“有 光”、“无光”或“光平”高低代表的数字信号(功率)
➢ 在光通信系统中，可能的承载信息的参量有光的强度、 光的频率、光的相位、光的偏振.
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
声光布拉格调制器由声光介质、电声换能 器、吸声（反射）装置等组成。电压调制信号 经过电声换能器转化为超声波，然后加到电光 晶体上。电声换能器利用某些晶体(如石英、 LiNbO3等)的压电效应，在外加电场的作用下 产生机械振动形成声波。
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
直接强度调制和外调制的区别
电信号输入 线路编码
驱动电路
LD 或 光信号 LED
直接调制的光发射机
控制电路
电信号输入 线路编码
驱动电路
控制电路
LD或LED
光信号 外调制器件
▪LED驱动电路要求： 提 供所需的驱动电流及满足 其动态变化的幅度和充分 发挥调制速率的作用，即 保证其输出光脉冲波形相 应的速度。
10lg Pmax
Pmin
实际的消光比η>10 dB
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
消光比
P Ith
Pmax Pmin
输出光功率脉冲
光发射机的功能
➢ 电光变换---将信息从电信号“搬移”到高端电磁波 （光）的电路组件,及完成为了适应光信号的有关信号 变换(线路编码)
➢ 输入的是双极性数字电信号(电压)，输出的是“有 光”、“无光”或“光平”高低代表的数字信号(功率)
➢ 在光通信系统中，可能的承载信息的参量有光的强度、 光的频率、光的相位、光的偏振.
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
声光布拉格调制器由声光介质、电声换能 器、吸声（反射）装置等组成。电压调制信号 经过电声换能器转化为超声波，然后加到电光 晶体上。电声换能器利用某些晶体(如石英、 LiNbO3等)的压电效应，在外加电场的作用下 产生机械振动形成声波。
寒假来临，不少的高中毕业生和大学 在校生 都选择 去打工 。准备 过一个 充实而 有意义 的寒假 。但是 ，目前 社会上 寒假招 工的陷 阱很多
直接强度调制和外调制的区别
电信号输入 线路编码
驱动电路
LD 或 光信号 LED
直接调制的光发射机
控制电路
电信号输入 线路编码
驱动电路
控制电路
LD或LED
光信号 外调制器件
▪LED驱动电路要求： 提 供所需的驱动电流及满足 其动态变化的幅度和充分 发挥调制速率的作用，即 保证其输出光脉冲波形相 应的速度。
通信技术概论第六章光纤通信
光发射机2
2 合
器
波
光功率
光发射机N N
放大
（BA）
12 …..N
光线路放大
（OA）
光线路放大
（OA）
1 光发射机1
分 2 光发射机2
波
光前置放大 器
（PA）
N 光发射机N
发送端
接收端
通信技术概论第六章光纤通信
通信技术概论第六章光纤通信
单模光纤和多模光纤比较
项目 距离 数据传输率 光源 信号衰减 端接 造价
单模光纤 长 高
激光 小
较难 高
通信技术概论第六章光纤通信
多模光纤 短 低
发光二极管 大
较易 低
光纤的主要损耗
损耗
吸收损耗：OH-和金属离子 散射损耗： 其他损耗：光纤连接、弯曲
通信技术概论第六章光纤通信
通信技术概论第六章光纤通信
1.激光器(光发送机)
半导体激光器和发光二极管 半导体激光器
阈值特性 光谱特性 温度特性 转换效率
通信技术概论第六章光纤通信
2.常用连接器类型
SC LC MT-RJ DSC VF-45 Opti-Jack
通信技术概论第六章光纤通信
常用连接器类型
FC Type
密集波分复用系统
通信技术概论第六章光纤通信
2.光缆
按芯数分为单芯、双
加元光强件纤
加强
芯、多芯
元件
按结构分为层绞式、 骨架式、带状等
按敷设场合分为架空、 直埋、管道、移动、 室内、水下、海底等
按用途分为通信用光 缆和非通信用光缆
通信技术概论第六章光纤通信
3.光传播的基本知识
临界角
入射角=反射角
光纤通信的简介
现代通信技术辅导6第六章光纤通信一、知识点∙光纤通信概述。
∙光纤与光缆。
∙光纤通信系统。
二、重点难点内容（一）光纤通信概述本节介绍光纤通信的概念、发展、实用工作窗日以及光纤通信的特点。
光纤即为光导纤维的简称。
光纤通信是以光纤为传输媒质，以光信号为信息载体的通信方式。
1. 光纤通信的发展史1966年，英籍华人高馄指出：如果能够减少玻璃中的杂质含量，就可以制造出损耗低于20dB/km 的光纤。
1970 年是使光纤通信发展出现跨越的一年，美国康宁公司研制出了损耗系数为20dB / km的光纤。
同年，美贝尔公司研制出使用寿命长达几小时的半导体激光器，光纤通信从此进入飞速发展。
通过以上的发展时期可以把光纤通信的发展归纳为三个阶段：1966～1976年：从基础研究到商业应用的开发时期；1976～1986 年：以提高传输速率和增加传输距离为目的和大力推广的发展阶段；1986～1996年：以实现超大容量超长距离为目标，全面深入开展新技术的援救阶段。
2.目前光纤通信的实用工作波长光纤通信传输的信号是光波信号，光波是人们熟悉的电磁波，其波长在微米级，频率为1014Hz ～1015Hz数量级。
根据电磁波潜可知，紫外线、可见光、红外线均属于光波的范畴，μm ～1.8μm。
可分为短波长目前光纤通信使用的波长范围是在近红外区，即波长为0.8μm，长波长波段是指波长为1.31μm和波段和长波长波段，短波长波段是指波长为0.85μm，这是目前光纤通信所采用的只个工作波长，也叫工作窗口。
1.553.光纤通信的特点目前光纤通信己经成为通信中的最主要的传输技术，以下优点。
( l ) 传输频带宽，通信容量大由信氨论知道，载波频率越高，通信容量越大。
它与其他通信传输系统相比，具有目前光纤通信使用的光载波频率在1014Hz ～1015Hz数量级，比常用的微波频率高104倍～105倍，因而，通信容量原则上比微披通信高104倍～105 倍。
( 2 ) 传输衰减小，传输距离长普通传输线的传输损耗，主要是由铜线的电阻以及导线间电容的漏电引起的，要想降低损耗，就得增大传输线的尺寸。
光纤通信第五版_第六章讲义01
光子
高能级
低能级
6.3
46
6.3 激光器原理
氖气的原子-光子互动过程 2. 自发辐射：激发的氖原子可以自发从高能级跌落到低 能级，并发出一个光子，自发辐射是非相干的荧光。
光子
高能级
低能级
6.3
47
6.3 激光器原理
氖气的原子-光子互动过程 3. 受激辐射：一个入射的0.633 mm波长的光孤子，可以 诱发一个激发态的氖原子放出光子，这就是受激辐射。 两个光子同频同相，受激发射光为相干光
（3）增加有源层形成电介质平板波导
6.2
11
6.1 发光二极管
异质结结构说明：
（1）带隙能量的改变产生了势垒，势垒将电荷限制在了有源区 （2）有源层边界材料（折射率）的改变形成了电介质波导，波导将光
波限制在了有源区
6.2
12
6.1 发光二极管
异质结结构说明：
（3）电极的条形几何结构限制了电流只能在一个狭窄的区域流动，因 此增加了电流密度。
c 2L
增益
谐振腔条件 f
f
输出光谱 f 图中所示输出为三个纵模
6.3 54
6.3 激光器原理
其余几点说明： 输出光束为高斯形式 如果气体管的直径足够大，将会出现高阶的横模，这 些模式与平板电介质波导中的模式类似
横模数量越少，光束发散角越小，纵模数量越少，光
源线宽越小
6.3
55
6.4 半导体激光器
氦氖激光器在光纤中的应用： 1. 连续性测试：断裂处的视觉检查 光纤 散射光 输出光
2. 测量NA
NA = sin 2 光纤
6.3 44
6.3 激光器原理
氦氖激光器
L 管 氦氖气体 z 光窗