光纤通信全套课件
光纤通信原理
光纤通信原理作业 1、 LP01是单模光纤中的基模，它是一种B模。 A. 双折射 B. 线极化 C. 圆极化 D. 园双折 2、在目前的实用光纤通信系统中采用A调制方式，即将调制信号 直接作用在光源上，使光源的输出功率随调制信号的变化而变化。 B. 间接 C. 外 D. 分接 3、费米能级E f可视为能级被电子占据的界限，它是反映物质中电子在各能级 上A的参量。 A. 分布 B. 跃迁 C. 辐射 D. 放大 4、电子占据某能级的几率服从A分布。 A. 费米统计 B. 柏松 C. 指数 D. 平方 5、色散位移单模光纤是在A um处，实现衰减最小和色散最小. A. 1.55 B. 1550 C. 1560 D. 1.5１ 6、零色散光纤是指工作波长为A nm的单模光纤，可获得最小的衰 减特性和特性。 ，色散 B. 1310 ，色散 C. 1.55 ，放大 D. 1.51，复用 光电检测器是利用材料的B，来实现光电转换的器件。 A. 受激吸收
B. 光电效应 C. 非线性 D. 受激辐射 8、光学谐振腔中的纵模是指腔中驻波沿轴向的分布状态，纵模间隔Δf= B。A. B. C. D. 9、光纤色散包括C、和模式色散。 单纵模、多纵模 B. 极化色散、多纵模 C. 材料色散、波导色散 D. 双折射、圆极化 10、受激辐射中产生一个C。 A. 菲涅尔现象 B. 费米能级 C. 全同光子 D. 耦合模式 11、光纤通信的三个低损耗窗口是1310nm、850nm、C μm。 B. 1550 C. 1.55 D. 1.51 12、当光纤纤芯的折射率与包层的折射率C时，称为弱导波光纤。
光纤通信原理及应用
光纤通信原理及应用 摘要：光纤通信技术是利用半导体激光器等光电转换器将电信号转换成光信号，并使其在光纤中快速、安全地传输的一门新兴技术。光纤是一种理想的传输媒体，它具有传输时延低、高通信质量、高带宽、抗干扰能力强等特点。光纤在高速以太网中有着广泛的应用。论文主要分析了光电信号的转换、光纤通信的基本原理并介绍了光纤在通信领域中的一些应用。 关键词：光纤通信；光电转换；全反射 1. 引言 光纤是用光透射率高的电介质构成的光通路，它是一种介质圆柱光波导，它是用非常透明的石英玻璃拉成细丝，主要由纤芯和包层构成双层通信圆柱体。光纤通信就是在发送端利用半导体激光转换器将电信号转换成光信号并利用光导纤维传递光脉冲来进行通信，光波通过纤芯以全反射的方式进行传导，有光脉冲相当于1，没有光脉冲相当于0。同时，接收端利用光电二极管或半导体激光器做成光检测器，检测到光脉冲时将光信号还原成电信号。在由于可见光的频率非 常高，约为8 10MHz的量级，因此一能做到使用一根光个光纤通信系统的传输带宽远远大于其它的传输媒体的带宽。同时利用光的频分复用技术，就纤来同时传输多个频率很接近的光载波信号，使得光纤的传输能力成倍地提高。 2.理论模型 在光纤通信系统的发送端使用光电信号检测电路将电信号转换成光信号，并使得光信号以大于某一角度入射到光通道，此时光信号在光纤以全反射的方式不断向前传输，并在接收端再将光信号转换成电信号进行进一步的处理。 2.1 光电信号检测电路的基本原理 光电检测电路主要由光电器件、输入电路和前置放大器组成。其中，光电检测器件是实现光电转换的核心器件，它把被测光信号转换成相应的电信号；输入电路为光电器件正常的工作条件，进行电参量的变换并完成前置放大器的电路匹配；前置放大器能够放大光电器件输出的微弱电信号，并匹配后置处理电路与检测器件之间的阻抗。 2.1.1 光电信号输入电路的静态计算 图解计算法是利用包含非线性元件的串联电路的图解法对恒流源器件的输入电路进行计算。反射偏置电压作用下的光电二极管的基本输入电路如下：
光纤通信原理试题__参考答案
光纤通信原理试题＿1 参考答案 一、单项选择题（本大题共10小题，每小题1分，共10分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1. 光纤通信指的是（ B ） A 以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式； B 以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式； C 以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式； D 以激光作载波、以导线为传输媒介的通信方式。 2.已知某Si-PIN 光电二极管的响应度R 0＝0.5 A/W ，一个光子的能量为2.24×10－19 J ，电子电荷量为1.6×10 －19 C ，则该光电二极管的量子效率为（ ） A.40％ B.50％ C.60％ D.70％ R 0=e 错误！未找到引用源。 /hf 3.STM-4一帧中总的列数为（ ） A.261 B.270 C.261×4 D.270×4 4.在薄膜波导中，要形成导波就要求平面波的入射角θ1满足（ ） A.θc13<θ1<θc12 B.θ1=0° C.θ1<θc13<θc12 D.θc12<θ1<90° 5.光纤色散系数的单位为（ ） A.ps/km B.ps/nm C.ps/nm.km ? D.nm/ps?km 6.目前掺铒光纤放大器的小信号增益最高可达（ ） A.20 dB B.30 dB C.40 dB D.60 dB 7.随着激光器使用时间的增长，其阈值电流会（ ） A.逐渐减少 B.保持不变 C.逐渐增大 D.先逐渐增大后逐渐减少 8.在阶跃型（弱导波）光纤中，导波的基模为（ ） A.LP00 值为0 B.LP01 C.LP11为第一高次模 D.LP12 9.在薄膜波导中，导波的截止条件为（ ） A.λ0≥λC B.λ0<λC C.λ0≥0 D.λ0≤1.55μm 10.EDFA 在作光中继器使用时，其主要作用是（ ） A.使光信号放大并再生 ? B.使光信号再生 C.使光信号放大 D.使光信号的噪声降低 二、填空题（本大题共20小题，每小题1分，共20分） 请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分。 1.根据传输方向上有无电场分量或磁场分量，可将光（电磁波）的传播形式分为三类：一为_TEM_波；二为TE 波；三为TM 波。 2.对称薄膜波导是指敷层和衬底的_折射率相同_的薄膜波导。 3.光学谐振腔的谐振条件的表示式为__错误！未找到引用源。______。q L c n 2= λ 4.渐变型光纤中，不同的射线具有相同轴向速度的这种现象称为_自聚焦_现象。 5.利用_光_并在光纤中传输的通信方式称为光纤通信。 6.在PIN 光电二极管中，P 型材料和N 型材料之间加一层轻掺杂的N 型材料，称为本征层（I ）层。 7. 光源的作用是将 电信号电流变换为光信号功率 ；光检测器的作用是将 光信号功
(整理)光纤通信原理及基础知识
偏振模色散受限的最大理论传输距离 B 当比特率大于10Gbs 偏振模色散必须考虑降低光纤偏振模色散值 改进光纤的几何形状导致裸纤的旋转 10 PMD ps4 km 25 Gbs 10 Gbs 40 Gbs 30 180km llkm lkm 10 1600 km 100 km 6km 05 6400 km 400 km 25km 02 40000 km 2500 km 156km 光纤的光学及传输特 性参数之一------偏振模色散受限的最大理 论传输距离光纤的基本参数固有和非固有的偏振模色散原因包层 中心为椭圆包层偏心进入气体侧压涂层椭圆涂层偏心非固有 原因侧压弯曲扭曲光纤的光学及传输特性参数之一------偏振 模色散光纤的基本参数定义光纤作为单模光纤工作的最 短波长工作波长超过此波长时只能传输基模此时光纤为单模光纤工作波长低于此波长 时除基模外高次模也可传输此时光纤为多模光纤光纤的光学及 传输特性参数之一------截止波长光纤的基本参数弯曲损耗 宏观弯曲损耗是指光纤在以远远大于光纤外径的曲率半径弯曲时所 引入的附加损耗微观弯曲损耗是指光纤受到不均匀应力的 作用光纤轴产生的微小不规则弯曲所引入的附加损耗光纤的光学及 传输特性参数之一------弯曲损耗光纤的基本参数衰减系数 色散系数截止波长弯曲损耗 1310nm波长处036dBkm 1550nm 波长处022dBkm 1310nm波长处 0ps nmkm 1550nm波长处19ps nmkm cc1260nm 以75mm为直径松绕100圈1550nm波长处附加衰减005dB
光纤通信原理光纤传输原理图
光纤通信原理光纤传输原理图 光纤通信原理 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。掺铒光纤是在石英光纤中掺入了少量的稀土元素铒(Er)离子的光纤，它是掺铒光纤放大器的核心。从20世纪80年代后期开始，掺铒光纤放大器的研究工作不断取得重大的突破。WDM技术、极大地增加了光纤通信的容量。成为当前光纤通信中应用最广的光放大器件。 光纤放大器是光纤通信系统对光信号直接进行放大的光放大器件。在使用光纤的通信系统中，不需将光信号转换为电信号，直接对光信号进行放大的一种技术。掺铒光纤放大器(EDFA即在信号通过的纤芯中掺入了铒离子Er3 + 的光信号放大器)是1985年英国南安普顿大 学首先研制成功的光放大器，它是光纤通信中最伟大的发明之一。掺铒光纤放大器的工作原理： 铒光纤放大器主要是由一段掺铒光纤（长约10-30m）和泵浦光源组成。其工作原理是：掺铒光纤在泵浦光源（波长980nm或1480nm）的作用下产生受激辐射，而且所辐射的光随着输入光信号的变化而变化，这就相当于对输入光信号进行了放大。研究表明，掺铒光纤放大器通常可得到15-40db的增益，中继距离可以在原来的基础上提高
100km以上。那么，人们不禁要问：科学家们为什么会想到在光纤放大器中利用掺杂铒元素来提高光波的强度呢？我们知道，铒是稀土元素的一种，而稀土元素又有其特殊的结构特点。长期以来，人们就一直利用在我学器件中掺杂稀土元素的方法，来改善光学器件的性能，所以这并不是一个偶然的因素。另外，为什么泵浦光源的波长选在980nm或1480nm呢？其实，泵浦光源的波长可以是520nm、650nm、980nm、和1480nm，但证明波长980nm的泵浦光源激光效率最高，次之是波长1480nm的泵浦光源。 掺铒光纤放大器的基本结构： EDFA的基本结构，它主要由有源媒质(几十米左右长的掺饵石英光纤，芯径3-5微米，掺杂浓度(25-1000)x10-6)、泵浦光源(990或1480nm LD)、光耦合器及光隔离器等组成。信号光与泵浦光在铒光纤内可以在同一方向(同向泵浦)、相反方向(反向泵浦)或两个方向(双向泵浦)传播。当信号光与泵光同时注入到铒光纤中时，铒离子在泵光作用下激发到高能级上，三能级系统)，并很快衰变到亚稳态能级上，在入射信号光作用下回到基态时发射对应于信号光的光子，使信号得到放大。其放大的自发发射(ASE)谱，带宽很大(达20-40nm)，且有两个峰值分别对应于1530nm和1550nm。 掺铒光纤放大器的优点:
光纤通信原理期末复习题
1.1966年由英籍华人高锟和霍克哈姆提出可以使用 光纤作为传输介质。 2.在光电二极管中只有入射波长λ< λ（>,<或=）的光入 c 射才能产生光电效应，所以 λ称为截止波长。 c 3.分析光纤中光的传输特性时有两种理论：射线光学理论和 波动光学理论。 4.光纤与光纤的连接方法有两大类：一类是活动连接，另 一类是固定连接。 5.单模传输条件是归一化参量满足归一化频率 V≤2.405 。 6.LED和LD在结构上的最大差异是：LD具有谐振腔。 7.光发送机主要由光源、驱动电路和辅助电路组成。 8.接收机中存在的噪声源可分为两类：散粒噪声和热噪声。 9.光放大器是基于受激辐射原理，实现入射光信号放大的 一种器件，其机制与激光器完全相同。 10.是无源器件的输入和输出端口之间的光功率之比。 A 插入损耗 B回波损耗 C反射系数 D偏振相关损耗 11.指利用高速光开关把多路光信号在时域里复用 到一路上的技术。[ B ] A 光波分复用技术 B 光时分复用技术 C 光频分复用技术 D 码分复用技术 12.若输入光发射机的信号全为“0”时，输出光发射机的平 均光功率为 P；输入信号全为“1”时，输出的平均光功率为 P，则消光比EXT的表达式是。[ C ] 1
A 0110lg P P B 00110lg P P P + C 1010lg P P D 10110lg P P P + 13. 波分复用光纤通信系统在发射端，N 个光发射机分别发 射 。 [ D ] A N 个相同波长的光信号，经过光波分复用器WDM 合到一 起，耦合进单根光纤中传输 B N 个不同波长的光信号，经过光波分复用器WDM 变为波 长相同的光信号，耦合进单根光纤中传输 C N 个相同波长的光信号，经过光波分复用器WDM 变为波 长不同的光信号，耦合进单根光纤中传输 D N 个不同波长的光信号，经过光波分复用器WDM 合到一 起，耦合进单根光纤中传输 14. 决定了光纤放大器所能放大的波长。 [ C ] A 光纤传导模式 B 光纤的衰减 C 掺杂到纤芯中的稀土离子的特性 D 光纤纤芯的直径 15. STM-4的速率约为 Mb/s 。 [ B ] A STM-1 155 B STM-4 622 C STM-16 2488 D STM-16 9953 16. 当使用雪崩光电二极管时，由于倍增过程的随机特性所产生 的附加噪声，称为 。[ ] A 散粒噪声 B 暗电流噪声 C 量子噪声 D APD 倍增噪声 19. 掺铒光纤放大器中泵浦光源的作用是 。[ ] A 叠加加强信号光 B 叠加削弱信号光 C 使掺铒光纤处于粒子数反转分布状态 D 对信号光进行调制
最新光纤通信原理试题
1.决定光纤通信中继距离的主要因素是( B ) A.光纤的型号 B.光纤的损耗和传输带 C.光发射机的输出功率 D.光接收机的灵敏度 2.弱导光纤中纤芯折射率n1和包层折射率n2的关系是( A ) A.n1≈n2 B.n1=n2 C.n1>>n2 D.n1< 一填空题 1光波属于电磁波范畴,包括、和。 2.目前实用通信光纤的基础材料是。 3.目前光纤通信采用比较多的系统形式是的光纤数字通信系统。 4.光发射机的主要作用是耦合进光纤。 5.光接收机的主要作用是将光纤送过来的光信号转换成电信号。 6.目前光纤通信的实用工作波长在近红外区，即波长区，对应频率。 7.目前光纤通信的三个实用窗口为、及。 8.在传播方向上既无电场分量也无磁场分量，称为。 9.在传播方向上有磁场分量但无电场分量，称为。 10.在传播方向上有电场分量但无磁场分量，称为。 11.光纤损耗的单位是。 12.单位长度光纤传输带宽的单位是。 13.光接收机中的重要部件是能够完成光/电转换任务的光电检测器，目前主要采用 和。 14.光发射机中的重要器件是能够完成电-光转换的半导体光源，目前主要采用 或。 15.光纤纤芯的折射率n1包层折射率n2。 16.按照光纤横截面折射率分布不同来划分，光纤可分为和。 17.按照纤芯中传输模式的多少来划分，光纤可分为和。 18.单模光纤的纤芯直径约为。 19.多模光纤的纤芯直径约为。 20.光缆的结构可分为、和三大部分。 21.影响光纤最大传输距离的主要因素是光纤的和。 22.光纤损耗包括：光纤的损耗，光纤与的耦合损耗，光纤之间的损耗等。 23.色散的大小用来表示。 24.色散的程度用时延差来表示，时延差越大，色散就会。 25.时延差的单位是。 26.单模光纤中的色散不存在，只有和。 27.光纤通信系统中，性能和性能是传输性能中的两个主要指标。 28.抖动的程度原则上可以用、、来表示，现在多数情况是用 。 29.抖动容限可分为容限和容限。 30.掺铒光纤放大器的英文缩写是。 31.渐变型光纤由于芯子中的折射指数n1是随半径r变化的，因此子午线是。 32.渐变型光纤靠原理将子午线限制在芯子中，沿轴线传输。 33.弱导波光纤中的光线几乎与光纤轴。 34.弱导波光纤中的光波是近似的。 35.在阶跃型光纤中，不论是子午线还是斜射线，都是根据原理，使光波在芯子和包层的界面上全反射，而把光波限制在中向前传播的。 36.导波传输常数的变化范围。 37.当时，电磁场能量不能有效地封闭在纤芯中，而向包层辐射，这种状态称为导波的临界状态。 《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 光纤通信原理参考答案 第一章习题 1-1 什么是光纤通信 光纤通信是利用光导纤维传输光波信号的通信方式。 1-2 光纤通信工作在什么区，其波长和频率是什么 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～μm，对应的频率为167～375THz。 1-3 BL积中B和L分别是什么含义 系统的通信容量用BL积表示，其含义是比特率—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。主要有： (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着。 1-5 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。 1-5 试叙述光纤通信的现状和发展趋势。 略 第二章习题 2-1 有一频率为Hz 13 103?的脉冲强激光束，它携带总能量W=100J ，持续 时间是τ=10ns(1ns=10-9s)。此激光束的圆形截面半径为r=1cm 。 求： (1) 激光波长； (2) 平均能流密度； (3) 平均能量密度； (4) 辐射强度； （1）m c 5 13 81010 3103-=??==νλ （2）2132 29/1018.3) 10(1010100 ms J S W S ?=???=?= --πτ （3）s m J c S w 2 5813/1006.110 31018.3?=??== （4）2 13 /1018.3ms J S I ?== 2-2 以单色光照射到相距为0.2mm 的双缝上，双缝与屏幕的垂直距离为1m 。 （1） 从第一级明纹到同侧旁第四级明纹间的距离为7.5mm ，求单色光的波长； （2） 若入射光的波长为6×10-7m ，求相邻两明纹间的距离。 （1）λδk D ax ±== a D x λ=1 a D x λ44= a D x x λ 314=- m D x x a 7141053) (-?=-= λ （2）m a D x 3103-?==?λ 光纤通信原理复习要点提示 （2010年12月） 第一章光纤通信概述 本章主要掌握要点提示：①光纤通信的定义②组成。并了解其优点、发展史和发展趋势1．近代通信技术分为电通信和光通信两类。目前广泛使用的光通信方式是利用光纤传输光波信号。 2．光纤通信的容量通常用BL积来表示，其中B表示为比特率，L为：中继距离。3．画图：画出光纤通信系统的组成结构图，并简述系统中各部分的主要作用。 第二章光的性质 本章主要掌握要点提示：①光的吸收，色散n=f（λ）和散射；②激光 1．要产生激光，须选择传播方向和频率一定的某一光信号优先放大，而将其他方向和频率的光信号加以抑制。为了获得单色性、方向性都很好的激光，需要加入一个光学谐振腔。 2．电磁波是一种横波，横波指质点的振动方向与传播方向垂直的机械波。 3．色散是指介质的折射率n随光波波长λ而变化的现象。介质的折射率n是随着波长λ的增加而减小的称为正常色散。 4．激光形成的条件有：能实现粒子束反转的物质；泵浦和光学谐振腔。5．激光的模式有两种：纵模和横模，其是激光腔内与腔轴垂直的横截面内的稳定光场分布。6．当光通过不均匀介质时，会偏离原来的方向而向四周传播，这种现象称为光的： C 。 A. 吸收 B. 色散 C. 散射 D. 辐射 7．光与物质的作用实质上就是光与原子的相互作用，下列D 不属于光与原子的相互作用。 A. 受激吸收 B. 受激辐射 C . 自发辐射 D. 散射8．激光是通过 A 产生的。 A. 受激辐射 B. 自发辐射 C. 热辐射 D. 电流 第三章光纤 本章主要掌握要点提示：①光纤的结构，类型和各自的导光原理；②基膜LP01的概念，阶跃型光纤只传输基膜的条件；第一高阶模是指哪种标量模；③光纤的损耗特性，色散特性，传输带宽；④单模光纤 1．光纤的典型结构是多层同轴圆柱体，自内向外为：纤芯，包层和涂覆层。纤芯折射 n的高纯度二氧化硅。 率通常是折射率为 1 2．对于渐变型光纤，具有不同条件的子午射线，从同一地点出发，达到相同的终端。这种现象称为光纤的自聚焦。 3．光在光纤中传输时的衰减量可用光纤的损耗系数来表示，其单位为：dB/km 。 μ。 4．光纤通信中，石英光纤的三个低损耗窗口为： A m A. 0.85; 1.31; 1.55 B. 0.85; 1.27; 1.55 数字光纤通信 1、概述 八十年代dB/km 2.0低衰减光纤的出现光纤带宽的提高以及InGaAsP长波长激光器 PIN管和APD管的研制成功推动了光纤通信的快速发展。 近几年来数字光纤通信向越来越广泛的应用领域和更高级阶段发展。大容量，长距离的数字光纤通信传输系统正在逐步取代传统的电缆传输通信系统。这是因为数字光纤通信具有明显的优势：如传输带宽很宽，通信容量大，不受电磁场干扰，抗腐蚀和抗辐射能力强，重量轻等。 数字光纤通信的基本原理是将数字通信中的数据传输信号首先经过电/光转换变换成光脉冲数字信号，然后通过光纤光缆传输到数字通信的接收端，最后再经过光/电转换、放大、均衡与定时判决再生成传输的数据信号。这一变换过程如图1所示，光发送机中的光源器件接收数字信号的调制(激光器LD 或发光二极管LED)发射光脉冲信号。光接收机完成光/电变换，即由光检测器(PIN光电二极管或雪崩光电二极管APD)把光信号变成电信号，经光接收器放大、均衡再生成数字信号。 图1 数字基本光纤传输系统 2、数字光发送机 光发送机是数字光纤通信系统的三大组成部分(光发送机、光纤光缆、光接收机)之一。其功能是将电脉冲信号变换成光脉冲信号，并以数字光纤通信系统传输性能所要求的光脉冲信号波形从光源器件组件发射出去。光发送机原理方框图见图2所示，主要由整形或码型变换电路、光源驱动电路和发射光源电路组成，图中的其它部分电路，如光检测放大、比较放大、功控与保护及温度控制电路，是为了实现光发射机的各项技术指标结合光源器件的应用特性而采取的相应补偿措施。 图2 数字光发送机原理框图 光源是光发射机的核心，光发射机的性能基本上取决于光源的特性。在光纤通信中对光源的选择要求如下： (1) 发光波长应与光纤的低损耗窗口相符。已知石英光纤的3个低损耗窗口分别是m μ85.0、m μ31.1、m μ55.1左右，光源的发光波长应在上述之一的范围内。 (2) 光源输出的光功率要足够大，且稳定度要高。一般要求有数十微瓦到数毫瓦才能使光中继距离满足系统要求。 (3) 可靠性高、寿命长。 (4) 发光谱线宽度要窄。即单色性要好，以减少光纤的色散，使较高速率的信号能传输较长的距离。 (5) 调制性能要好，主要是要有较高的调制效率和较高的调制速率(即响应速度要快)，以满足大容量高速光纤通信系统的需要。如果调制效率不高，不仅能量消耗大，而且会因发热严重而缩短寿命。 (6) 与光纤的耦合效率要高。当光纤的数值孔径一定时，光源的发射角要小，这样才能有较强的方向性，使能量集中注入光纤。 (7) 光源要体积小、重量轻，便于安装。 目前，在光纤通信系统中可供选择的光源有激光二极管（LD ）和发光二极管(LED)两种。 发光二极管的基本结构是一个半导体 PN 结，在外部加上驱动电流后就会发光，产生的波长为m μ9.0~8.0，其制作简单，价格便宜，受温度影响小，但输出光发散较大，功率有限，调制速率不高，只能注入多模光纤，一般用于低成本光通信系统。 激光二极管也是一种半导体 PN 结器件，含有刻蚀或解理衬底作为反射面以增强 PN 结上的光场。因此，激光二极管结合了 LED 和光谐振腔反射的特点,输出的激光功率比较高，发散角度小，调制率高，可以注入多模和单模光纤。 光源驱动电路是光发送机的主干电路 它将电脉冲信号通过电流强度调制的方式调制半导体激光器或发光二极管发射出光脉冲信号。在数字光纤通信系统中 光纤通信原理 大家好，这节课由我给大家讲述光纤通信原理，那么，在上课之前，我们先来看看课题的字面意思，光纤通信原理，光纤、通信、原理；光纤，也就是一根根玻璃丝儿；通信，就是信息之间的相互交流与传递，那么光纤通信，说白了，就是以一根玻璃丝儿为媒介来进行信息沟通。好，下面我们来对光纤通信进行具体研究，本节课主要分为三大部分：第一、什么是光纤通信；第二、光纤通信的优点与应用；第三、光纤通信系统的基本组成。 一、什么是光纤通信 在讲光纤通信之前，我们先看看光通信发展的基本历史，在古代的时候，咱们中国人用“烽火台”报警，欧洲人用旗语传送信息，这些都可以看成是原始形式的光通信，在望远镜发明出来后，又极大地延长了这种目视通信的距离，这些是最原始的光通信。 时间到了19世纪，在1880年的时候，美国人贝尔发明了一种用光波做载波传送话音的“光电话”。最原始的电话，是用电流来作为传递信号的媒介，这种光电话说白了就是在语音通话的时候，抛开电线这个导体，直接用太阳光来作为传递声音的媒介。但是当时没有理想的光源，而且这种光电话的传送距离也很短，所以在当时并没有实际的价值。但是这种光电话仍然是一项伟大的发明，因为它证明了以光波作媒介的可行性。因此可以说贝尔发明的光电话是现代光通信的雏 形。 1960年，美国人梅曼发明了一台红宝石激光器，也就是说，梅曼发明了激光，这个激光的发现是给光通信带来了新的希望，因为激光和普通光相比，它的波谱宽度窄，方向性好，亮度也高，它的特性和无线电波相似，所以说激光是一种理想的载波媒介。激光器的发现，让沉睡了80多年的光通信进入了一个崭新的阶段。 但是，新的问题又来了，在利用光通信的时候不可能就一束光秃秃的激光在跑，得把它放在一个载体里面，那么这个载体是什么呢，一时半会儿还找不到，所以说光通信的发展又走入到了低谷里。 在1966年，英籍华裔学者高琨和霍克哈姆发表了一篇关于传输介质的论文，这篇论文指出了利用光纤进行信息传输的可能性和技术途径，这篇论文算是奠定了光纤通信的基础。光纤，就是石英纤维，也可以说是玻璃丝，如果用未经过加工的石英纤维做传输介质的话，损耗会非常大，达到1000dB\km；但是高琨的这篇论文提出了一个观点，如果把石英纤维里的铜离子和铁离子过滤掉，那么石英纤维的损耗会大大减少。 在1970年的时候，作为光纤通信用的光源也取得了实质性的进展。在美国的贝尔实验室成功研制出了双异质半导体激光器，由于光线和半导体激光器的进步，因此1970年是光纤发展的一个重要时间。 任何通信系统追求的最终技术目标都是要可靠的实现最大可能的 吉大15春学期《光纤通信原理》在线作业一 单选题多选题判断题 一、单选题（共 17 道试题，共 68 分。） 1. 石英光纤材料的零色散系数波长在（）nm附近。 A. 127 B. 1270 C. 227 D. 2270 -----------------选择：B 2. 在光纤通信中，光接收机再生电路的任务是把放大器输出的升余弦波形恢复成（），它由判决电路和时钟恢复电路组成。 A. .模拟信号 B. 数字信号 C. 电子信号 D. 光子信号 -----------------选择：B 3. 光纤相对折射指数差的定义为 ( ) A. Δ =n 1 － n 2 B. Δ =n 2 － n 1 C. Δ =(n 21 － n 22 )/2n 21 D. Δ =(n 21 － n 22 )/n 21 -----------------选择：C 4. 在WDM光网络中自由空间光交换是指在空间无干涉地控制光的（）的光交换。 A. 波长 B. 路径 C. 时隙 D. 速度 -----------------选择：B 5. 下列哪一项不是要求光接收机有动态接收范围的原因?( ) 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 -----------------选择：B 6. 薄膜波导中的单模传输条件为 ( ) A. λ c (TE 0 )< λ 0 < λ c (TM 0 ) B. λ c (TM 0 )< λ 0 < λ c (TE 0 ) C. λ c (TE 1 )< λ 0 < λ c (TM 1 ) D. λ c (TM 0 )< λ 0 < λ c (TE 1 ) -----------------选择：B 7. 随着激光器温度的上升，其输出光功率会 ( ) 一 填空题 1光波属于电磁波范畴,包括可见光、红外线和紫外线. 2.目前实用通信光纤的基础材料是 二氧化硅 . 3.目前光纤通信采用比较多的系统形式是强度调制/直接检波的光纤数字通信系统. 4.光发射机的主要作用是将电信号转换成光信号耦合进光纤。 5.光接收机的主要作用是将光纤送过来的光信号转换成电信号。 6.目前光纤通信的实用工作波长在近红外区，即0.8～1.8μm 波长区，对应频率为167~375THz 7.目前光纤通信的三个实用窗口为0.85μm 、1.31μm 及1.55μm 。 8.在传播方向上既无电场分量也无磁场分量，称为横电磁波。 9.在传播方向上有磁场分量但无电场分量，称为横电波。 10.在传播方向上有电场分量但无磁场分量，称为横磁波。 11. 光纤损耗的单位是dB/km 。 12. 单位长度光纤传输带宽的单位是MHz .km 。 13. 光接收机中的重要部件是能够完成光/电转换任务的光电检测器，目前主要采用光电二极管（PIN ）和雪崩光电二极管（APD ）。 14.光发射机中的重要器件是能够完成电-光转换的半导体光源，目前主要采用半导体激光器（LD ）或半导体发光二极管（LED ）。 15.光纤纤芯的折射率n 1大于包层折射率n 2。 16.按照光纤横截面折射率分布不同来划分，光纤可分为阶跃型光纤和渐变型光纤。 17.按照纤芯中传输模式的多少来划分，光纤可分为单模光纤和多模光纤。 18. 单模光纤的纤芯直径约为4～10μm 。 19. 多模光纤的纤芯直径约为50μm 。 20.光缆的结构可分为缆芯、加强元件和护层三大部分。 21.影响光纤最大传输距离的主要因素是光纤的损耗和色散。 22.光纤损耗包括：光纤本身的损耗，光纤与光源的耦合损耗，光纤之间的连接损耗等。 23.色散的大小用时延差来表示。 24.色散的程度用时延差来表示，时延差越大，色散就会越严重。 25.时延差的单位是ps/km.nm 。 26.单模光纤中的色散不存在模式色散，只有材料色散和波导色散。 27.光纤通信系统中，误码性能和抖动性能是传输性能中的两个主要指标． 28.抖动的程度原则上可以用时间、相位、数字周期来表示，现在多数情况是用数字周期表示． 29.抖动容限可分为输入抖动容限和输出抖动容限． 30. 掺铒光纤放大器的英文缩写是EDFA 。 31.渐变型光纤由于芯子中的折射指数n 1是随半径r 变化的，因此子午线是曲线。 32.渐变型光纤靠折射原理将子午线限制在芯子中，沿轴线传输。 33.弱导波光纤中的光线几乎与光纤轴平行。 34.弱导波光纤中的光波是近似的横电磁波。 35.在阶跃型光纤中，不论是子午线还是斜射线，都是根据全反射原理，使光波在芯子和包层的界面上全反射，而把光波限制在芯子中向前传播的。 36.导波传输常数的变化范围 。 37.当 时，电磁场能量不能有效地封闭在纤芯中，而向包层辐射，这种状态0201k n k n β<<02k n β=光纤通信原理题库1
光纤通信原理与技术课程教学大纲
光纤通信原理参考答案
光纤通信原理复习要点提示
数字光纤通信原理
光纤通信原理
吉大15春学期《光纤通信原理》在线作业一
光纤通信原理题库答案 试题及答案 吉林大学机考 答案在最后