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

内传送，各个频段之间不会相互影响，所以不同路的信号可以同时传送。这就是频分多路复用（FDM）。

下面是TDM和FDM的示意图。

TDM和FDM

波分多路复用：是FDM应用于光纤信道的一个变例。

码分多址（CDMA）：这种技术多用于移动通信，不同的移动台（或手机）可以使用同一个频率，但是每个移动台（或手机）都被分配带有一个独特的"码序列"，该序列码与所有别的"码序列"都不相同，所以各个用户相互之间也没有干扰。因为是靠不同的"码序列"来区分不同的移动台（或手机），所以叫做"码分多址"（CDMA）技术。

空分多址（SDMA）：这种技术是利用空间分割构成不同的信道。举例来说，在一颗卫星上使用多个天线，各个天线的波束射向地球表面的不同区域。地面上不同地区的地球站，它们在同一时间、即使使用相同的频率进行工作，它们之间也不会形成干扰。

空分多址（SDMA）是一种信道增容的方式，可以实现频率的重复使用，充分利用频率资源。空分多址还可以和其它多址方式相互兼容，从而实现组合的多址技术，例如空分·码分多址

（SD-CDMA）。

光发射端机

光发送端机组成如图所示。

光发送端机组成

从PCM设备（电端机）送来的电信号是适合PCM传输的码型，为HDB3码或CMI码。信号进入光发送机后，首先进入输入接口电路，进行信道编码，变成由"0"和"1"码组成的不归零码（NRZ）。然后在码型变换电路中进行码型变换，变换成适合于光线路传输的mBnB码或插入码，再送入光发送电路，将电信号变换成光信号，送入光纤传输。

线路编码：又称信道编码，其作用是消除或减少数字电信号中的直流和低频分量，以便于在光纤中传输、接收及监测。大体可归纳为三类：扰码二进制、字变换码、插入型码。

我们知道将一种数据形式转换成适合于在信道上传输的某种电信号形式，这类技术统称为调制/解调技术。

码名单极性脉冲双极性脉冲不归零码（NRZ）归零码(RZ) 曼彻斯特编码

特点用电压的有、无表示两个二进制数。用正、负电压分别表示两个二进制数。是指在一个码元时间内，电压保持恒定，这种码又称为全宽码。是指在一个码元的时间内，非零电压的持续时间小于一个码元的时间即在一个码元的后半部分时间内，电压总是要归于零。利用电平的跳跃来表示"0"或"1"

优缺点积累直流分量，会损坏电镀层。可有效抑制直流分量。续"1"或"0"时，码元不易区分。带宽较大便于提取时钟信号，常用于局域网中。

调制方式：模拟通信可采用调幅、调频、调相等多种调制方式，采用数字调制时，相应地称为幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）；信号只有两种状态的ASK称为通断键控（OOK），当前的数字通信系统使用OOK-PCM格式，属于强度调制-直接检测（IM-DD）通信方式，是通信方式中最简单、最初级的方式。而相干通信系统则可使用ASK、FSK或

PSK-PCM格式，是复杂、高级的通信方式

光发射机包括以下参数：

发送光功率（dBm）

光谱特性

最大均方根宽度

最大20dB跌落宽度

最小边模抑制比（SMSR）

光中继器

目前，实用的光纤数字通信系统都是用二进制PCM信号对光源进行直接强度调制的。光发送机输出的经过强度调制的光脉冲信号通过光纤传输到接收端。由于受发送光功率、接收机灵敏度、光纤线路损耗、甚至色散等因素的影响及限制，光端机之间的最大传输距离是有限的。

例如，在1.31μm工作区34Mb／s光端机的最大传输距离一般在50～70km，140Mb／s光端机的最大传输距离一般在40～60km。如果要超过这个最大传输距离，通常考虑增加光中继器，以放大和处理经衰减和变形了的光脉冲。目前的光中继器常采用光电再生中继器，即光一电－光中继器，这相当于光纤传输的接力站。如此，就可以把传输距离大大延长。

传统的光中继器采用的是光－电－光(O-E-O)的模式，光电检测器先将光纤送来的非常微弱的并失真了的光信号转换成电信号，再通过放大、整形、再定时，还原成与原来的信号一样的电脉冲信号。然后用这一电脉冲信号驱动激光器发光，又将电信号变换成光信号，向下一段光纤发送出光脉冲信号。通常把有再放大(re-amplifying)、再整形（re-shaping）、再定时（re-timing）这三种功能的中继器称为"3R"中继器。这种方式过程繁琐，很不利于光纤的高速传输。

自从掺铒光纤放大器问世以后，光中继实现了全光中继，通常又称为1R（re-amplifying）再生。此技术目前仍然是通信领域的研究热点。下面是3R再生向1R再生的转变示意图。

3R再生向1R再生的转变

光接收机

从光纤传来的光信号进入光接收电路，将光信号变成电信号并放大后，进行定时再生，又恢复成数字信号。由于发送端有码型变换，因此，在接收端要进行码型反变换，然后将信号送入输出接口电路，变成适合PCM传输的HDB3码或CMI码，送给PCM。

在数字通信系统中，光接收机的性能用误码率来衡量。

接收机主要性能参数：接收灵敏度、光接收机的动态范围。

接收机灵敏度

接收机的灵敏度是表征光接收机调整到最佳工作状态时，光接收机接收微弱光信号的能力。

在数字接收机中，允许脉冲判决有一定的误差范围。如果接收机将"1"码误判为"0"码，或者将"0"码误判为"1"码，这就叫1个错误比特。如果在100个比特中判错了一个比特，则称误比特率为1／100，即10-2。数字通信要求，如果误比特率小于10-6，则基本上可以恢复原来的数字信号。如果误比特率大于10-3，则基本上不能进行正常的电话通信。对于数字光通信系统来说，一般要求系统的误比特率小于10-9，即10亿个脉冲中只容许发生一个误码。

因此，光接收机灵敏度定义为：在保证达到所要求的误比特率的条件下，接收机所需要的最小输入光功率。接收灵敏度一般用dBm来表示，它是以lmW光功率为基础的绝对功率，或写为

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。例如，在给定的误比特率为10-9时，接收机能接收的最小平均光功率为InW（即10-9W），光接收机灵敏度为-60dBm。

影响接收机灵敏度的主要因素是噪声，表现为信噪比。信噪比越大，表明接收电路的噪声越小，对灵敏度影响越小。光接收机灵敏度是系统性能的综合反映，除了上述接收机本身的特性以外，接收信号的波形也对灵敏度产生影响，而接收信号的波形主要由光发送机的消光比和光纤的色散来决定。光接收机灵敏度还与传输信号的码速有关，码速越高，接收灵敏度就越差。这就影响了高速传输系统的中继距离。速率越高，接收机灵敏度越差，中继距离就越短。

接收机的动态范围

光接收机前置放大器输出的信号一般较弱，不能满足幅度判决的要求，因此还必须加以放大。在实际光纤通信系统中，光接收机的输入信号将随具体的使用条件而变化。造成这种变化的原因，可能是由于温度变化引起了光纤损耗的变化，也可能是由于一个标准化设计的光接收机，使用在不同的系统中，光源的强弱不同，光纤的传输距离也不同。这样，传给光接收机的光功率就不可能一样。

为了使光接收机正常工作，接收信号不能太弱，否则会造成过大的误码。但接收信号也不能太强，否则会使接收机放大器过载，而造成失真。因此光接收机正常工作时，接收光信号的强度应该有一个范围。把光接收机在保证一定的误比特率条件下，所能接收的最大光功率与最小光功率之差，称作光接收机的动态范围。一般希望光接收机的动态范围越大越好，实际中一般为16～20dB。

备用系统与辅助设备

为了确保系统的畅通，通常设置备用系统。正常情况下只有主系统工作，一旦主要系统出现故障，就可以立即切换到备用系统，这样就可以保障通信的正确无误。

辅助设备是对系统的完善，它包括监控管理系统、公务通信系统、自动倒换系统、告警处理系统、电源供给系统等。

其中，监控管理系统可对组成光纤传输系统的各种设备自动进行性能和工作状态的监测，发生故障时会自动告警并予以处理，对保护倒换系统实行自动控制。对于设有多个中继站的长途通信线路及装有通达多方向、多系统的线路维护中心局来说，集中监控是必须采用的维护手段。

公务电话为各中继站与终端站之间提供业务联络。

"输入分配"和"输出倒换"组成了自动保护倒换装置。它是为提高线路的可靠性和可利用率而准备的热备用系统。主用系统出现故障时，会自动切换到备用系统工作。备用的方式是多种多样的，可以是一个主系统配备一个备用系统，也可以是多个主系统共用一个备用系统。是采用一主一备还是多主一备系统工作，要根据使用要求和使用条件而定。我国省内通信和本地网中采用一主一备方式较多，这主要是因为前期建设的系统数较少，又要设保护系统的缘故。而长途干线中主要采用多主一备系统，以提高机线设备的利用率。

评价光纤数字通信

误码特性和抖动特性是评价光纤数字通信系统的重要指标。

误码特性

什么是误码？误码的基本概念是：在数字通信系统中，当发送端发送"1"码时，接收端收到的却是"0"码；而当发送端发送"0"码时，接收端却接收到了"1"码，这种接收码与发送码不一致的情况就叫做误码。产生误码的主要原因是传输系统的噪声和脉冲抖动。

在数字光纤通信系统中，误码性能用误比特率BER来衡量。

BER＝错误比特数/传输总的比特数

对于数字光通信系统来说，一般要求系统的误比特率小于10-9。

抖动特性

抖动，又称为相位抖动，是指数字脉冲信号的相位摆动,或时间上的前后摆动。

在系统测量中，描述抖动程度的单位是"单位间隔"，简写为UI，其意义是指一个码元的时间长度。对于不同的群次，、不同码速率的相应1UI的时间是不相同的。例如，对于PCM一次群信号，1UI=1/(2.048*106)ns≈122ns；而对于PCM二次群信号，依此类推。另外，抖动还可以用"度"为单位来表示，并规定1UI=360°。

在光前数字通信系统中，必须把抖动限制在一定的范围之内，否则，会导致定时脉冲的相位偏离最佳判决位置，结果造成误判概率的增加和引起再生脉冲流的时间间隔不规则，码间距不一致。

铁腕高压，直接检测

强度调制－直接检测系统（IntensityModulation/DirectDetection）是最简单的一种传输方式，目前大多数的光纤通信系统都采用这种传输技术。"强度调制"是指在发送端，用电的脉冲信号来控制光源，使其按照信号的强弱发光或者不发光；"直接检测"是指在接收端用光电检测器直接检测光的有无，再转化为电信号。从历史的眼光来看，这仅相当于无线电技术发展初期的马可尼时代。

系统的中继距离

我们知道，光纤数字通信系统是适于远距离、大容量通信的。在长距离传输中，需要使用中继器来放大经过长距离传输而减弱了的信号，就像接力赛跑一样，一个人累了的时候需要换一个人继续向前传递。在通信系统中，中继距离越长，中继站数目越少，系统的成本就越低，可靠性也越高。延长系统的中继距离是科技工作者的奋斗目标之一。

光纤数字传输系统的最大中继距离是指在光发射机和光接收机之间不设中继器时能传输的最远距离，在设计一个光纤通信系统时，计算最大中继距离是十分重要的。

光纤传输系统的最大中继距离由四个因素决定。

1．发送机输出耦合进光纤的平均光功率。耦合进光纤的功率越大，中继距离越长。

2．光纤的色散，若光纤的色散大，则经过一定距离传输后出现的波形失真就严重。传输的距离越长，波形失真就越严重。在数字通信系统中，波形失真将引起码间干扰，使光接收灵敏度降低，影响系统的中继距离。

3．光纤的损耗。光纤线路的损耗包括光纤活动连接器损耗和光纤的熔接损耗，当然主要是光纤的每公里损耗。如果光纤每公里损耗越小，则信号光功率在光纤上的损失就越小,光信号在光纤中的传输距离就越远。

4．满足一定误比特率要求的光接收机灵敏度。接收灵敏度越高，即满足系统误比特率要求的最低接收光功率越小，中继距离就越长。

对于某一光纤通信系统来说，发送光功率和光接收灵敏度一般都是已知的，影响其中继距离的因素主要是损耗限制和色散限制。对于单模光纤通信系统来说，传输速率在140Mb/s以下的系统一般只受损耗限制，色散对其影响不大；而传输速率在565Mb／s以上的系统，由于光源有一定的谱线宽度，可能会给中继距离带来较大影响。现在，采用动态单纵模激光器，特别是多量子阱激光器（MQW）后，连传输速率为2.5Gb／s的系统也几乎不受色散限制了。

同步数字序列

在数字通信发展的初期，为了适应点到点通信的需要，大量的数字传输系统都是准同步数字体系（PDH），准同步是指各级的比特率相对于其标准值有一个规定的容量偏差，而且定时用的时钟信号并不是由一个标准时钟发出来的，通常采用正码速调整法实现准同步复用。

随着数字交换的引入，由光通信技术的发展带动的长距离大容量数字电路的建设，以及网络控制和宽带综合业务数字网（B-ISDN）的发展需要，暴露了现有的准同步数字序列存在的一些固有弱点。主要是：北美、日本、欧洲三种数字体制互不兼容；没有世界性的标准光接口规范，在光路上无法互通和调配；难以上、下话路；网络维护管理复杂，缺乏灵活性，无法适应不断演变的电信网的要求。

随着光纤通信技术和大规模集成电路的高速发展，1986年美国提出了一种以光纤通信为基础的同步光纤网（SONET）概念，作为现代化通信网的基本结构。1988年ITU-T对SONET概念进行了修改，重新命名为同步数字序列，简称SDH，使之成为不仅适用于光纤通信，也适合于微波和卫星传输的体制。现在SDH已经成为国际上公认的新一代的理想传输网体制。

在电信网中所运载的种类繁多的信息首先必须规范化，然后再纳入数字序列的某一级的一种速率信号之中，即成为电信网所传输的异步或同步数字序列信号的内容。SDH的最低分级是155.520Mb/s，称为基本传送模块，用STM-1表示。STM-N则表示速率为N×155.520Mb/s的传送模块，其中N一般取1、4、16、64、256。

下面是光纤通信传输体制的发展历程：

1972年ITU-T前身CCITT提出第一批PDH建议

1976和1988年又提出两批建议--形成完整的PDH体系

1984年美国贝尔实验室开始同步信号光传输体系的研究

1985年美国国家标准协会(ANSI)根据贝尔实验室提出的全同步网的构想,委托T1X1委员会起草光同步网标准,并命名为SONET(SynchronousOpticalNETwork)

1986年CCITT开始以SONET为基础制订SDH

1988年通过了第一批SDH建议

1990以后,SDH已成为光纤通信基本传输方式；目前

,SDH不仅是一套新的国际标准,

又是一个组网原则

,也是一种复用方法。

下面列出了几种传输技术（既包括电又包括光）的实现方式：

明线技术，FDM模拟技术，每路电话4kHz；光纤线,光缆线,光通信,光纤原理

小同轴电缆6O路FDM模拟技术，每路电话4kHz；

中同轴电缆1800路FDM模拟技术，每路电话4kHz；

光纤通信140Mb／sPDH系统，TDM数字技术，每路电话64kb／ｓ；

光纤通信2.5Gb／sSDH系统，TDM数字技术，每路电话64kb／s；

光纤通信N×2.5Gb／sWDM系统，TDM数字技术+光频域FDM模拟技术，每路电话64kb ／s。

光纤通信实验材料

实验一半导体激光器P-I特性测试实验 一、实验目的 1、学习半导体激光器发光原理和光纤通信中激光光源工作原理 2、了解半导体激光器平均输出光功率与注入驱动电流的关系 3、掌握半导体激光器P（平均发送光功率）-I（注入电流）曲线的测试方法 二、实验内容 1、测量半导体激光器输出功率和注入电流，并画出P-I关系曲线 2、根据P－I特性曲线，找出半导体激光器阈值电流，计算半导体激光器斜率效率 三、实验仪器 1、ZY12OFCom23BH1型光纤通信原理实验箱1台 2、FC接口光功率计1台 3、FC-FC单模光跳线 1根 4、万用表1台 5、连接导线 20根 四、实验原理 光源是把电信号变成光信号的器件，在光纤通信中占有重要的地位。性能好、寿命长、使用方便的光源是保证光纤通信可靠工作的关键。 光纤通信对光源的基本要求有如下几个方面：首先，光源发光的峰值波长应在光纤的低损耗窗口之内，要求材料色散较小。其次，光源输出功率必须足够大，入纤功率一般应在10微瓦到数毫瓦之间。第三，光源应具有高度可靠性，工作寿命至少在10万小时以上才能满足光纤通信工程的需要。第四，光源的输出光谱不能太宽以利于传输高速脉冲。第五，光源应便于调制，调制速率应能适应系统的要求。第六，电—光转换效率不应太低，否则会导致器件严重发热和缩短寿命。第七，光源应该省电，光源的体积、重量不应太大。 作为光源，可以采用半导体激光二极管（LD,又称半导体激光器）、半导体发光二极管（LED）、固体激光器和气体激光器等。但是对于光纤通信工程来说，除了少数测试设备与工程仪表之外，几乎无例外地采用半导体激光器和半导体发光二极管。 本实验简要地介绍半导体激光器，若需详细了解发光原理，请参看各教材。 半导体激光二极管（LD）或简称半导体激光器，它通过受激辐射发光，是一种阈值器件。处于高能级E2的电子在光场的感应下发射一个和感应光子一模一样的光子，而跃迁到低能级E1，这个过程称为光的受激辐射，所谓一模一样，是指发射光子和感应光子不仅频率相同，而且相位、偏振方向和传播方向都相同，它和感应光子是相干的。由于受激辐射与自发辐射的本质不同，导致了半导体激光器不仅能产生高功率（≥10mW）辐射，而且输出光发散角窄（垂直发散角为30～50°，水平发散角为0～30°），与单模光纤的耦合效率高（约30％～50％），辐射光谱线窄（Δλ＝0.1～1.0nm），适用于高比特工作，载流子复合寿命短，能进行高速信号（>20GHz）直接调制，非常适合于作高速长距离光纤通信系统的光源。 半导体激光器的特性，主要包括阈值电流Ith、输出功率P0、微分转换效率η、峰值波长λp、光束发散角、脉冲响应时间t r、t f等。除上述特性参数之外，有时也把半导体激光器的工作电压、工作温度等列入特性参数。

《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

光纤通信实验报告汇总

南京工程学院 通信工程学院 实验报告 课程名称光纤通信_________ 实验项目名称光纤通信实验_______ 实验学生班级通信（卓越）131_____ 实验学生姓名吴振飞_____ _____ 实验学生学号 208130429_________ 实验时间2016.6.15___ 实验地点信息楼C413_______ 实验成绩评定 ______________________ 指导教师签字 ______________________ 2016年 6月 19日

目录 实验一半导体激光器P-I特性测试实验 (1) 一、实验目的 (1) 二、实验仪器 (1) 三、实验原理 (1) 四、实验内容 (2) 五、实验步骤 (2) 六、注意事项 (2) 七、思考题 (3) 实验二光电探测器特性测试实验 (3) 一、实验目的 (3) 二、实验仪器 (3) 三、实验原理 (3) 四、实验内容 (4) 五、实验步骤 (4) 六、注意事项 (4) 实验三电话光纤传输系统实验 (4) 一、实验目的 (4) 二、实验内容 (5) 三、预备知识 (5) 四、实验仪器 (5) 五、实验原理 (5) 六、注意事项 (6) 七、实验步骤 (6) 九、思考题 (6)

实验一半导体激光器P-I特性测试实验 一、实验目的 学习半导体激光器发光原理和光纤通信中激光光源工作原理；了解半导体激光器平均输出光功率与注入驱动电流的关系；掌握半导体激光器 P(平均发送光功率) -I(注入电流) 曲线的测试方法。 二、实验仪器 1、ZYE4301G 型光纤通信原理实验箱 1 台 2、光功率计1 台 3、FC/PC-FC/PC 单模光跳线 1 根 4、万用表(自带) 1 台 5、连接导线 20 根 三、实验原理 半导体激光二极管(LD) 或简称半导体激光器，它通过受激辐射发光，(处于高能级E2的电子在光场的感应下发射一个和感应光子一模一样的光子，而跃迁到低能级E1，这个过程称为光的受激辐射，所谓一模一样，是指发射光子和感应光子不仅频率相同，而且相位、偏振方向和传播方向都相同，它和感应光子是相干的。) 是一种阈值器件。由于受激辐射与自发辐射的本质不同，导致了半导体激光器不仅能产生高功率(≥10mW) 辐射，而且输出光发散角窄(垂直发散角为 30~50°，水平发散角为 0~30° )，与单模光纤的耦合效率高(约 30%~50%)，辐射光谱线窄(Δλ =0.1~1.0nm)，适用于高比特工作，载流子复合寿命短，能进行高速信号(>20GHz) 直接调制，非常适合于作高速长距离光纤通信系统的光源。 对于线性度良好的半导体激光器，其输出功率可以表示为ηω (1-1) Pe=)(2thDIIq ?η其中intintaaamirmirD+=ηη，这里的量子效率ηint，表征注入电子通过受激辐射转化为光子的比例。在高于阈值区域，大多数半导体激光器的ηint接近于 1。 1-1 式表明，激光输出功率决定于内量子效率和光腔损耗，并随着电流而增大，当注入电流I>Ith时，输出功率与I成线性关系。其增大的速率即P-I曲线的斜率，称为斜率效率 dPη2DeqdIηω= (1-2) P-I特性是选择半导体激光器的重要依据。在选择时，应选阈值电流Ith尽可能小， Ith对应P值小，而且没有扭折点的半导体激光器，这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，而且不易产生光信号失真。并且要求P-I曲线的斜率适当。斜率太小，则要求驱动信号太大，给驱动电路带来麻烦; 斜率太大，则会出现光反射噪声及使自动光功率控制环路调整困难。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，半导体激光器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发出的光，当电流大于Ith

光纤通信实验报告

光纤通信实验报告 班级：14050Z01 姓名：李傲 学号：1405024239

实验一光发射机的设计 一般光发送机由以下三个部分组成： 1)光源（Optical Source）：一般为LED和LD。 2)脉冲驱动电路（Electrical Pulse Generator）：提供数字量或模拟量的电信号。 3)光调制器（Optical Modulator）：将电信号（数字或模拟量）“加载”到光波上。以 光源和调制器的关系来看，分为光源的内调制（图1.1）和光源的外调制（图1.2）。 采用外调制器，让调制信息加到光源的直流输出上，可获得更好的调制特性、更好的调制速率。目前常采用的外调制方法为晶体的电光、声光及磁光效应。图1.2的结构中，光源为频率193.1Thz 的激光二极管，同时我们使用一个Pseudo-Random Bit Sequence Generator模拟所需的数字信号序列，经过一个NRZ脉冲发生器（None-Return-to-Zero Generator）转换为所需要的电脉冲信号，该信号通过一个Mach-Zehnder调制器，通过电光效应加载到光波上，成为最后入纤所需的载有“信息”的光信号。 图1.1内调制光发射机图1.2外调制光发射机 对于直接强度调制状态下的单纵模激光器，其载流子浓度的变化是随注入电流的变化而变化。这样使有源区的折射率指数发生变化，从而导致激光器谐振腔的光通路长度相应变化，结果致使振荡波长随时间偏移，导致所谓的啁啾现象。啁啾是高速光通讯系统中一个十分重要的物理量，因为它对整个系统的传输距离和传输质量都有关键的影响。 内容：铌酸锂（LiNbO3）型Mach-Zehnder调制器中的啁啾（Chirp）分析 1设计目的 对铌酸锂Mach-Zehnder调制器中的外加电压和调制器输出信号啁啾量的关系进行模拟和分析，从而决定具体应用中MZ调制器的外置偏压的分布和大小。 2设计布局图 外调制器由于激光光源处于窄带稳频模式，可以降低或者消除系统的啁啾量。典型的外调制器是由铌酸锂（LiNO3）晶体构成。本设计中，通过对该晶体外加电压的分析调整而最终减少该光发送机中的啁啾量，其模型的设计布局图如图1.3所示。

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。

光纤通信实验报告全

光纤通信实验报告 实验1.1 了解和掌握了光纤的结构、分类和特性参数，能够快速准确的区分单模或者多模类型的光纤。 实验1.2 1.关闭系统电源，将光跳线分别连接TX1550、RX1550两法兰接口（选择工作波长为 1550nm的光信道），注意收集好器件的防尘帽。 2.打开系统电源，液晶菜单选择“码型变换实验—CMI码PN”。确认，即在P101铆孔 输出32KHZ的15位m序列。 3.示波器测试P101铆孔波形，确认有相应的波形输出。 4.用信号连接线连接P101、P203两铆孔，示波器A通道测试TX1550测试点，确认有 相应的波形输出，调节 W205 即改变送入光发端机信号（TX1550）幅度，最大不超 过5V。即将m序列电信号送入1550nm光发端机，并转换成光信号从TX1550法兰接 口输出。 5.示波器B通道测试光收端机输出电信号的P204试点，看是否有与TX1550测试点一 样或类似的信号波形。 6.按“返回”键，选择“码型变换实验—CMI码设置”并确认。改变SW101拨码器 设置（往上为1，往下为0），以同样的方法测试，验证P204和TX1550测试点波 形是否跟着变化。

7.轻轻拧下TX1550或RX1550法兰接口的光跳线，观测P204测试点的示波器B通道是否还有信号波形？重新接好，此时是否出现信号波形。 8.以上实验都是在同一台实验箱上自环测试，如果要求两实验箱间进行双工通信，如何设计连接关系，设计出实验方案，并进行实验。 9.关闭系统电源，拆除各光器件并套好防尘帽。 实验2.1 1.关闭系统电源，按照图 2.1.1将1550nm光发射端机的TX1550法兰接口、FC-FC单模 尾纤、光功率计连接好（TX1550通过尾纤接到光功率计），注意收集好器件的防尘帽。2.打开系统电源，液晶菜单选择“码型变换实验-- CMI码设置” 确认，即在P101铆 孔输出32KHZ的SW101拨码器设置的8比特周期性序列，如10001000。 3.示波器测试P101铆孔波形，确认有相应的波形输出。

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

光纤通信实验报告汇总(参考)

实验一用户电话接口实验 一、实验目的 1、掌握用户电话接口电路的主要功能 2、了解实现用户接口电路功能芯片Am79R70的主要性能和特点 二、实验内容 1、掌握用户线接口电路的主要功能 2、了解Am79R70的结构和工作原理 3、了解电话接续的原理及其各种语音控制信号的波形 三、实验仪器 1、ZY1804I型光纤通信原理实验系统1台 2、20MHz 双踪数字示波器1台 3、电话机2部 4、连接导线20根 四、实验原理 1、用户线接口电路功能及其作用 在现代通信设备与程控交换中，由于交换网络不能通过铃流、馈电等电流，因而将过去在公用设备（如绳路）实现的一些功能放到“用户电路”来实现。 在程控交换机中，用户电路也可称为用户线接口电路（Subscriber Line Interface Circuit—SLIC）。根据用户电话机的不同，用户接口电路可分为模拟用户电话接口电路和数字用户电话接口电路。模拟用户电话接口电路与模拟电话相连，数字用户电话接口电路和数字终端相连（如ISDN），而在此实验箱中采用模拟用户电话接口电路。 模拟用户线接口电路在实现时最大的压力应是能承受馈电、铃流和外界干扰等高压大电流的冲击，过去都是采用晶体管、变压器、继电器等分立元件构成，但随着微电子技术的发展，各种集成的SLIC相继出现，他们大都采用半导体工艺或是薄膜、厚膜会合工艺，性能稳定，价格低廉，已实现了通用化。 在程控交换机中模拟用户接口电路一般要具有B（馈电），R（振铃），S（监视），C（编译码），H（混合），T（测试），O（过压保护）七项功能。具体含义是： 1、馈电（B-Battery feeding）：向用户话机馈送直流电流。通常要求馈电电压为-48V，环路电流不小于18mA。 2、过压保护（O-Overvoltage protection）：防止过压过流冲击损坏电路和设备。 3、振铃控制（R-Ringing Control）：向用户话机馈送铃流，通常为25Hz/75Vrms正弦波。 4、监视（S-Supervision）：监视用户线的状态，检测话机摘机、挂机与拨号脉冲灯信号已送往控制网络和交换网络。 5、编解码与滤波（C-CODEC/Filter）：在数字交换中，它完成模拟话音与数字码间的转换。编译码通常采用PCM码的方式，其编码器（Coder）和译码器（Decoder）统称为CODEC。相应的防混叠与平滑低通滤波器的带宽范围为：300Hz~3400Hz，编码速率为64Kb/s。 6、混合（H-Hybird）：完成二线与四线的转换功能，即实现模拟二线双向信号与PCM发送和接收数字四线信号之间的分离。 7、测试（T-Test）：对用户电路进行测试。 模拟用户接口电路的结构如图所示：

最新光纤通信基础复习题及答案

光纤通信基础复习题 及答案

光纤通信基础复习题 1．光通信的发展大致经历几个阶段？ 光通信的发展大致经历如下三个阶段 可视光通信阶段：我国古代的烽火台，近代战争中的信号弹、信号树，舰船使用的灯塔、灯光信号、旗语等，都属于可视光通信。 大气激光通信阶段：光通信技术的发展应该说始于激光器的诞生。1960年美国人梅曼发明了第一台红宝石激光器，使人们开始对激光大气通信进行研究。激光大气通信是将地球周围的大气层作为传输介质，这一点与可视光通信相同。但是，激光在大气层中传输会被严重的吸收并产生严重的色散作用，而且，还易受天气变化的影响。使得激光大气通信在通信距离、稳定性及可靠性等方面受到限制。 光纤通信阶段：早在1950年，就有人对光在光纤中的传播问题开始了理论研究。1951年发明了医用光导纤维。但是，那时的光纤损耗太大，达到1000 dB/km，即一般的光源在光纤中只能传输几厘米。用于长距离的光纤通信几乎是不可能。1970年，美国康宁公司果然研制出了损耗为20dB/km的光纤，使光纤远距离通信成为可能。自此，光纤通信技术研究开发工作获得长足进步，目前，光纤的损耗已达到0.5dB/km（1.3μm）0.2dB/km（1.55μm）的水平。 2. 光纤通信技术的发展大致经历几个阶段？ 第一阶段（1966～1976）为开发时期. 波长: λ= 0.85um, 光纤种类: 多模石英光纤, 通信速率: 34～45Mb/s, 中继距离: 10km. 第二阶段（1976～1986）为大力发展和推广应用时期. 波长: λ= 1.30um, 光纤种类: 单模石英光纤, 通信速率: 140～565Mb/s,

光纤通信实验报告

一、实验目的 1.了解数字光发端机平均输出光功率的指标要求 2.掌握数字光发端机平均输出光功率的测试方法 3.了解数字光发端机的消光比的指标要求 4.掌握数字光发端机的消光比的测试方法 二、实验仪器 1.ZYE4301G型光纤通信原理实验箱1台 2.光功率计1台 3.FC/PC-FC/PC单模光跳线1根 4.示波器1台 5.850nm光发端机1个 6.ST/PC-FC/PC多模光跳线1根 三、实验原理 四、实验内容 1.测试数字光发端机的平均光功率 2.测试数字光发端机的消光比 3.比较驱动电流的不同对平均光功率和消光比的影响 五、实验步骤 Ａ、1550nm数字光发端机平均光功率及消光比测试 1.伪随机码的产生：伪随机码由CPLD下载模块产生，请参看系统简介中的CPLD下载模块。将PCM编译码模块的4.096MH Z时钟信号输出端T661与CPLD下载模块的NRZ信号产生电路的信号输入端T983连接，NRZ信号输出端T980将产生4M速率24－1位的伪随机信号，用示波器观测此信号。将此信号与1550nm光发模块输入端T151连接，作为信号源接入1550nm光发端机。 2.用FC-FC光纤跳线将光发端机的输出端1550T与光功率计连接，形成平均光功率测试系统，调整光功率计，使适合测1550nm信号。 3.用K60、K90和K15接通PCM编译码模块、CPLD模块和光发模块的电源。 4.用光功率计测量此时光发端机的光功率，即为光发端机的平均光功率。 5.测消光比用数字信号源模块输出的NRZ码作为信号源。用K60接通电源，用用示波器从T504观测此信号，将K511接1、2或2、3可观测到速率的变化，将此信号接到T151，作为伪随机信号接入光发端机。 6.用数字信号源模块的K501、K502、K503将数字信号拨为全“1”，测得此时光功率为P1，将数字信号拨为全“0”，测得此时光功率为P0。 7.将P1，P0代入公式2-1式即得1550nm数字光纤传输系统消光比。 Ｂ、1310nm数字发端机平均光功率及消光比测试 8.信号源仍用4M速率24－1位的伪随机信号，与1310nm光发模块输入端T101连接。 9.用FC-FC光纤跳线将1310nm光发模块输出端1310T与光功率计连接，形成平均光功率测试系统，调整光功率计，使适合测1310nm信号。 10.将BM1拨至数字，BM2拨至1310nm。 11.接通PCM编译码模块、CPLD模块和1310nm光发模块(用K10)的电源。 12.用万用表在T103和T104监控R110（阻值为1Ω）两端电压，调节电位器W101，使半导体激光器驱动电流为额定值25mA。 13.用光功率计测量此时光发端机的光功率，即为光发端机的平均光功率。 14.测消光比用数字信号源模块输出的NRZ码作为信号源，请参看系统简介中的数字信号源模块部分。用示波器从T504观测此信号，连接T504与T101，将数字信号拨为全“1”，测得此时光功率为P1，将数字信号拨为全“0”，测得此时光功率为P0。

光纤通信实验报告

光纤通信实验报告 课程名称光纤通信实验 实验一 光源的P-I特性、光发射机消光比测试 一、实验目的 1、了解半导体激光器LD的P-I特性、光发射机消光比。 2、掌握光源P-I特性曲线、光发射机消光比的测试方法。 二、实验器材 1、主控&信号源模块、2号、25号模块各一块 2、23号模块（光功率计）一块 3、FC/PC型光纤跳线、连接线若干 4、万用表一个 三、实验原理 数字光发射机的指标包括：半导体光源的P-I特性曲线测试、消光比（EXT）测试和平

均光功率的测试。 1、半导体光源的P -I 特性 I(mA) 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，也即启动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。半导体激光器的输出光功率与驱动电流的关系如上图所示，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I th 表示。在门限电流以下，激光器工作于自发辐射，输出（荧光）光功率很小，通常小于100pW ；在门限电流以上，激光器工作于受激辐射，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类似于正向二极管的特性。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。 P -I 特性是选择半导体激光器的重要依据。在选择时，应选阈值电流I th 尽可能小，没有扭折点， P -I 曲线的斜率适当的半导体激光器：I th 小，对应P 值就小，这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，消光比大；没有扭折点，不易产生光信号失真；斜率太小，则要求驱动信号太大，给驱动电路带来麻烦；斜率太大，则会出现光反射噪声及使自动光功率控制环路调整困难。 2、光发射机消光比 消光比定义为：00 11 10lg P EXT P 。 式中P 00是光发射机输入全“0”时输出的平均光功率即无输入信号时的输出光功率。P 11是光发射机输入全“1”时输出的平均光功率。从激光器的注入电流（I ）和输出功率（P ）的关系，即P -I 特性可以清楚地看出消光比的物理概念，如下图所示。

光纤通信基础复习题及答案

光纤通信基础复习题 1．光通信的发展大致经历几个阶段？光通信的发展大致经历如下三个阶段可视光通信阶段：我国古代的烽火台，近代战争中的信号弹、信 号树，舰船使用的灯塔、灯光信号、旗语等，都属于可视光通信。 大气激光通信阶段：光通信技术的发展应该说始于激光器的诞生。1960 年美国人梅曼发明了第一台红宝石激光器，使人们开始对激光大气通信进行研究。激光大气通信是将地球周围的大气层作为传输介质，这一点与可视光通信相同。但是，激光在大气层中传输会被严重的吸收并产生严重的色散作用，而且，还易受天气变化的影响。使得激光大气通信在通信距离、稳定性及可靠性等方面受到限制。 光纤通信阶段：早在1950 年，就有人对光在光纤中的传播问题开始了理论研究。1951 年发明了医用光导纤维。但是，那时的光纤损耗太大，达到1000 dB/k m,即一般的光源在光纤中只能传输几厘米。用于长距离的光纤通信几乎是不可能。1970 年，美国康宁公司果然研制出了损耗为20dB/km 的光纤,使光纤远距离通信成为可能。自此,光纤通信技术研究开发工作获得长足进步,目前,光纤的损耗已达到0.5dB/km （1.3 卩n）0.2dB/km （1.55 卩m）的水平。 2. 光纤通信技术的发展大致经历几个阶段？ 第一阶段（1966?1976）为开发时期. 波长：入二0.85um, 光纤种类: 多模石英光纤, 通信速率： 34 ?45Mb/s, 中继距 离： 10km. 第二阶段（1976?1986）为大力发展和推广应用时期. 波长：入二1.30um, 光纤种类：单模石英光纤, 通信速率： 140 ?565Mb/s, 中继 距离： 50 ?100km. 第三阶段（1986?1996）以超大容量超长距离为目标,全面推广 及开展新技研究时期. 波长：入二1.55um,

光纤通信基础知识.docx

1 ?光纤通信概论 L1光纤通信概论 光纤通信：以光作为信息载体，利用光纤传输携带信息的光波，以达到通信 之目 的。 数字光纤通信系统的基本组成：光发送机、光接收机、光纤。 典型的数字光纤通信系统方框图： 数字光纤通信系统 发送端的电端机把信息（如话音）进行模/数转换，用转换后的数字信号去调 制发送机中的光源器件LD,输出发出携带信息的光波。光波经光纤传输后到达 接收端，光接收机把数字信号从光波中检测出来送给电端机，而电端机再进行数 /模转换，恢复成原来的信息。 携带信息的光波：数字信号为T”时，光源器件发送一个”传号”光脉冲；当数 字信号为”0”时，光源器件发送一个”空号”（不发光）。 1.2光纤通信优点 1） 、通信容量大 一根光纤同时传输24万个话路，比传统的明线、同轴电缆、微波等要高出 几十乃至上千倍。波分复用技术的采用，把一根光纤当作几根、几十根光纤使用, 通信容量近乎无限。 2） 、中继距离长 光纤具有极低的衰耗系数，目前商用化石英光纤已达0.19dB/km 以下，配 以适当的光发送与光接收设备，中继距离达数百公里以上，特别适用于长途一、 二级干线通信。 光纤通信基础 电端机 （A/D ） 匚n 中继器 电端机 （D/A ） 模拟信号 模拟倍号 光发送机 匚^光接收机

3）、保密性能好。 4）、抗干扰能力强 光波在光纤中传输时只在其芯区进行，不存在传统的电磁波辐射，因此其保密性能极好，同时也不怕外界强电磁场的干扰，抗干扰能力强。 5）、便于施工和维护 体积小、重量轻。光缆的敷设方式方便灵活，既可以直埋、管道敷设，又可以水底和架空。 2光纤与光缆 2」光纤的构造 光纤呈圆柱形是由单根玻璃纤维、紧靠纤心的包层、一次涂履层以及套塑保护层组成。 2.2光纤的导光原理 光是一种频率很高的电磁波，而光纤本身是一种介质波导。 我们从几何光学的角度来简单讨论光纤的导光原理 全反射原理： 光线在均匀介质中是以肓线传播的，但在两种不同介质的分界面会产生反射和折射现象，如图所示:

光纤通信实验一

实验报告 课程名称无源光实验 实验项目实验1.1、实验1.2、实验1.3、 实验1.4、实验1.5

第一部分无源光实验 实验1.1 单模光纤特性测量 一、实验目的 1、能够熟练测量光的特性 2、掌握单模光纤特性 二、实验仪器 1、 ZH7002型光纤通信多功能综合实验系统一台 2、光功率计一台 3、单模光纤跳线一根 三、实验原理 光纤是光波的传输媒质，按光纤中传输模式的多少，光纤可分为多模光纤和单模光纤两类。在单模光纤中只能传输一个模式，多模光纤则能承载成百上千个模式。 一般的光纤通信系统中，对光纤的要求为：（1）低传输损耗；（2）高带宽和高数据传输速率；（3）与系统元件（光源、光检测器等）的耦合损耗低；（4）高的机械稳定性；（5）在工作条件下光和机械性能的退化慢；（6）容易制造。 单模光纤的结构、参数和各组成部分的作用与多模光纤是类似的，它们的不同之处在于：单模光纤有模场直径和截止波长两个特殊参数。单模光纤的典型几何参数如表1所示。 表1 单模光纤的典型几何参数 参数指标 模场直径，μm （8.6～10.5）±0.7 包层直径，μm 125±1 芯／包层同心度误差，μm ≤0.8 包层不圆度，％≤2％

单模光纤以其损耗低、频带宽、容量大、成本低、易于扩容等优点，作为一种理想的信息传输介质，得到了广泛的应用。 四、 实验步骤 准备工作：将实验箱左上端的跳线开关KE01和KJ02都设置在“5B6B ”工作方式下（右端：2－3），将5B6B 编码模块中的输入数据选择开关KB01设置在“m 序列”工作方式（右端：2－3），KX02设置在“正常”位置；用发送波长为1310nm 和1550nm 的光纤发送器作为光源；并准备好尾纤，为保证测试精度，测量前先用酒精棉将光纤头清洁一下。 1、 弯曲损耗测量 (1) 将单模光纤跳线的一端接入光纤收发模块中激光收发器UE01的发送端，然后 用光功率计测量该光源的光功率并记录结果。 1310nm ：-8.06dBm 1550nm ：-3.48dBm (2) 人为地抖动跳线，定量地观察光功率值的波动范围。（为什么变化比较小？） 1310nm ：-8.03dBm~-8.12dBm 1550nm ：-3.61dBm~-3.89dBm 因为光纤具有高机械稳定性。 2、 不同波长（1310nm 与1550nm ）的光信号在光纤中衰减量的测量（连接方法可 参考图1.2） 1310／1550nmLD ZH7002 跳线 连接器 跳线 光功率计 图1.2 跳线连接示意图 (1) 将跳线的一端接到光发送波长为1310nm 的激光发送器的输出端，用光功 率计测出该点的光功率13p ，在此跳线的另一端通过连接器再接入一根跳 线，测光功率'13p ，计算出差值' 131313d p p =-。（注：此差值中包含有连 接器的损耗） 13p =-8.11dBm '13p =-8.79dBm ' 131313d p p =-=0.68dBm (2) 将跳线的一端接到光发送波长为1550nm 的激光发送器的输出端，用光功

光纤通信实验报告

OptiSystem实验 一、OptiSystem简介 OptiSystem是一款创新的光通讯系统模拟软件包，它集设计、测试和优化各种类型宽带光网络物理层的虚拟光连接等功能于一身，从长距离通讯系统到LANS 和MANS都适用。OptiSystem有一个基于实际光纤通讯系统模型的系统级模拟器，并具有强大的模拟环境和真实的器件和系统的分级定义。它的性能可以通过附加的用户器件库和完整的界面进行扩展，从而成为一系列广泛使用的工具。全面的图形用户界面提供光子器件设计、器件模型和演示。丰富的有源和无源器件库，包括实际的、波长相关的参数。参数扫描和优化允许用户研究特定的器件技术参数对系统性能的影响。OptiSystem满足了急速发展的光子市场对于一个强有力而易于使用的光系统设计工具的需求，深受系统设计者、光通信工程师、研究人员的青睐。 OptiSystem软件允许对物理层任何类型的虚拟光连接和宽带光网络的分析，从远距离通讯到MANS和LANS都适用。它可广泛应用下列场合： 1．物理层的器件级到系统级的光通讯系统设计； 2．CATV或者TDM?WDM网络设计； 3．SONET?SDH的环形设计； 4．传输装置、信道、放大器和接收器的设计； 5．色散图设计； 6．不同接受模式下误码率（BER）和系统代价（Penalty）的评估； 7．放大系统的BER和连接预算计算。 实验1 OptiSystem快速入门：以“激光外调制”为例 一、实验目的 1、掌握软件的简单操作 2、了解软件的元件库 3、掌握建立新的project（新的工作界面） 4、掌握搭建系统：将元件从元件库中拖入project、连线、搭建系统 5、掌握设置参数 6、掌握软件的运行、观察结果、导出数据 二、实验过程 1.建立一个新文件。（File>New） 2.将光学器件从数据库里拖入主窗口进行布局. 3.光标移至有锁链图标出现时，进行连线。（如图1所示） 4．设置连续波激光器参数。 （1）点击frequency>mode, 出现下拉菜单，选中script。 （2）在value中输入数据并作评估。 （3）点击单位，选择“THZ”，点击OK 回主窗口。（如图2所示）

光纤通信技术课程标准

光纤通信技术课程标准 课程名称：光纤通信技术理论与实践 适用专业：通信 1 课程定位和设计思路 1-1课程定位 《光纤通信技术理论与实践》是通信技术专业学生必修的一门专业课，通过本课程的学习，要求学生掌握光纤通信系统的基本组成； 了解光缆的结构及光纤传光原理，掌握光缆接续技术；熟悉通信用光器件及参数；掌握光端机的组成和特性；光纤通信系统设计的初步问题； SDH标准、设备原理、以及SDH组网配置等；了解光纤通信新技术，如光纤放大器、光波复用技术、光交换技术、光时分复用技术、相干光通信技术、单波长的 SDH 传送网，多波长的 WDM 全光网和光接入网等。 1-2设计思路 《光纤通信技术理论与实践》是通信专业一门必修的专业基础实践课程，该课程采用学做一体，通过五个项目：项目一、光缆系统工程（五个工作任务）；项目二、光传输链路组成与测试（四个工作任务）；项目三、光纤传输系统组建与测试（三个工作任务）；项目四、SDH 设备应用、SDH 接口及测试、组网配置（六个工作任务）；项目五、光纤通信新技术应用报告（一个工作任务）来进行教学，该课程原则上在第二学年第三学期每周4学时，共16周/学期，共64学时/学期，4个学分/学期。 2 工作任务和课程目标 2-1 工作任务

2-2 课程目标 经过66学时的教学，让学生在知识目标，能力目标，和思想教育目标达到相应的要求，并为今后进一步学习后面的课程打下基础。 1．知识目标： （1）掌握光纤通信系统的基本组成； （2）了解光缆的结构及光纤传光原理，掌握光缆接续技术； （3）熟悉通信用光器件及参数； （4）掌握光端机的组成和特性； （5）光纤通信系统设计的初步问题； （6）SDH标准、设备原理、以及SDH组网配置等； （7）了解光纤通信新技术及发展方向，如光纤放大器、光波复用技术等； 2．能力目标： 教学训练与企业技能鉴定标准、职业认证资格相结合，在校内实训基地、校企合作 的校外实训基地通过实际工程任务的训练、展示以完成上述技能操作目标。。 3．思想教育目标： （1）学会一定的沟通、交际、组织、团队合作的社会能力； （2）具有一定的自学、创新、可持续发展的能力； （3）具有一定的解决问题、分析问题的能力； （4）具有良好的职业道德和高度的职业责任感。 3 课程内容和要求 项目一、光缆系统工程 工作任务一、列举光纤通信的典型应用 （一）实训目的 1.光纤通信的使用波段。 2.光纤通信的特点。 3.光纤通信系统的组成。 （二）实训内容 1.了解光纤通信的使用波段；