光纤通信系统光源综述
光纤通信系统光源综述
摘要：光源是光纤传输系统中的重要器件。它的作用是将电数字脉冲信号转换为光数字脉冲信号并将此信号送入光纤线路进行传送。目前，光纤通信系统中普遍采用的两大类光源是激光器（LD）和发光管（LED）。在这类光源具备尺寸小，耦合效率高，响应速度快，波长和尺寸与光纤适配，并且可在高速条件下直接调制等有点。在高速率、远距离传输系统中，均采用光谱宽度很窄的分布反馈式激光器（DFB）和量子阱激光器（MQW）。在采用多模光纤的数据网络中，现在使用了新型的垂直腔面发射激光器（VCSEL）。
关键词：光纤通信、光源、LD、LED
光纤通信系统光源综述
1．光纤通信系统光源的特点
1.1光纤通信对光源性能的基本要求
（1）发光波长与光纤的低衰减窗口相符。石英光纤的衰减—波长特性上有三个低衰耗的“窗口”，即850nm附近、1300nm附近和1550nm附近。因此，光源的发光波长应与这三个低衰减窗口相符。AlGaAs/GaAs激光二极管和发光二极管可以工作在850nm左右，InGaAsP/InP激光二极管和发光二极管可以覆盖1300nm和1550nm两个窗口。
（2）足够的光输出功率。在室温下能长时间连续工作的光源，必须按光通信系统设计的要求，能提供足够的光输出功率。以单模光源为例，目前激光而激光能提供500uW到2mW的输出光功率，发光二极管可输出10uW左右的输出光功率。为了适应中等距离（例如10-25km）传输要求，有的厂家研制了输出光功率为100-300uW左右的小功率激光器。
（3）可靠性高、寿命长。光纤通信系统一旦割接进网，就必须连续工作，不允许中断，因此要求光源必须可靠性高、寿命长，初期激光二极管的寿命只有几分钟，是无法实用的。现在的激光二极管寿命已达百万小时以上，这对多中继的长途系统来说是非常必要的。例如北京到武汉约1000km，若平均50km设一个中继站，单系统运行，则全程不少于40只激光二极管，若每只二极管的平均寿命为100万小时，则从概率统计的角度，每2.5万小时（相当于2.8年）就可能出现一次故障。
（4）温度稳定性好。光源的工作波长和输出光功率，都与温度有关，温度变化会使光通信系统工作不稳定甚至中断，因此希望光源有较好的温度特性。目前较好的激光二极管已经不再需要用致冷器和ATC电路来保持工作温度恒定，只需有较好的散热器即可稳定工作。
（5）光谱宽度窄。由于光纤有色散特性，使较高速率信号的传输距离受到一定限制。若光源谱线窄，则在同样条件下的无中继传输距离就长。例如，单模155Mb/s系统要求无再生传输全程总色散为300ps/nm，当采用普通单模光纤工作在1550nm窗口时，是一个色散限制系统，这时光纤色散约为18-20ps （km·nm）。如果光源谱宽为1nm，只传输17km左右；若光源谱宽为0.2时，传输距离可大80多km。目前较好的激光二极管谱宽已可做到小于0.1nm。
（6）调制特性好。光源调制特性要好，即有较高的调制效率和较高的调制频率，以满足大容量高速率光纤通信系统的需要。
（7）与光纤的耦合效率高。光源发出的光最终要耦合进光纤才能进行传输，因此希望光源与光纤有较好的耦合效率，使入纤功率大，中继间距加大。
目前一般激光二极管的耦合效率为20%—30%，较高水平的耦合效率可超过50%。
（8）尺寸小、重量轻。通信用光源必须尺寸小、重量轻，便于安装使用，利于减小设备的重量与体积。
1.2一般光源的类型与应用特点
目前光纤通信使用的光源均为半导体激光器（LD）和发光二极管（LED）。半导体光源最突出的优点是其工作波长可以对准光纤的低损耗、低色散窗口，此外它们还具有体积小、功耗低、易于实现内调制等特点，因而特别适用于光纤通信。半导体光源也存在非常突出的缺点，包括输出功率小、热稳定性差、远场发散角大。所谓远场发射角大，是指半导体光源发出的激光功率不够集中，因而有相当一部分光功率不能耦合进光纤，这一部分丢失的光功率就是“入纤损耗”的主要机理。半导体光源的输出功率小和入纤损耗大，对于光通信应用的主要影响是限制了通信的无再生距离。半导体光源的热稳定性差，因而对端机的环境温度有严格要求。
目前国内使用的LD有：双异质结（DH）激光器、掩埋条形（HL）激光器、分布反馈（DFB）激光器和多量子阱（MQW）激光器。输出功率大、阈值电流低、热稳定性好的量子阱（QW）激光器已完全达到商用水平。发光二极管亦分为边发光、面发光和超辐射三种结构。GaAs-GaAlAs系列用于中心波长为850nm的短波长光源，InP-InGaAsP系列则为1310nm、1550nm的长波长光源材料。光源的工作波长只取决于其材料的组成，与结构无关。同一波长的LD和LED采用相同组分的有源层，它们的区别在于结构和工作原理不同。表1-1列出了半导体光源性能指标的大致量级。从表中可以看出LD的输出功率大，入纤耦合效率高，但稳定性较差，而LED的输出功率小，耦合损耗也较大，但稳定性好，一般长途干线使用LD作为光源，短距离的本地网发送机选用LED。
表1-1
2．半导体光源的工作原理
2.1 发光二极管的工作原理
半导体发光二极管（LED）基本应用GaAlAs和InGaAsP材料，可以覆盖整个光纤通信系统使用波长范围，典型值为0.85um、1.31um及1.55um。在PN结构上，使用最多的是双异质结构（DH）。
2.1.1 发光二极管的类型结构
按照器件输出光的方式，可以将发光二极管分为三种类型结构：表面发光二极管、边发光二极管及超辐射发光二极管。
三种发光二极管的结构分别如图2-1、图2-2所示。图中，P表示较大禁带宽度（带隙）的空穴型半导体材料，其中的导电机理主要决定于空穴；p表示较小禁带宽度的空穴型半导体材料，其中的导电机理也主要决定于空穴；N 表示较大禁带宽度的电子型半导体材料，其中的导电机理主要决定于电子。这里的双异质结构是指禁带宽度较大的P型和N型限制层与禁带宽度较小的p型有源层之间使用了不同的物理材料。
尾纤
P型限制层P型限制层
尾纤
P型有源层P型有源层
N型限制层N型限制层
图2-1 表面发光二极管的结构图2-2 边发光二极管和超辐射发光二极管的结构
三种发光二极管的输出光方式是不同的：表面发光二极管输出的光束方向垂直于有源层；边发光二极管和超辐射发光二极管是沿着有源层发光的。
2.1.2 发光二极管的工作原理
由于在结构上发光二极管没有谐振腔，因此它不存在阈值问题。当给LED 外加合适的正向电压时，Pp结之间的势垒（相对于空穴）和Np结之间的势垒（相对于电子）降低，大量的空穴和电子分别从P区扩散到p区和从N区扩散到p区（由于双异质结构，p区中外来的电子和空穴不会分别扩散到P区和N区），在有源区形成粒子数反转分布状态，最终克服受激吸收及其他衰减而产生自发辐射的光输出。
2.2 激光二极管的工作原理
在结构上，半导体激光二极管（LD）与其他类型的激光器是相同的，都主要由三部分构成：激励源、工作物质及谐振腔。激励源的主要作用是使工作物质形成粒子数反转分布状态，为受激放大提供条件。有多种激励方式，
半导体LD采用电激励方式。工作物质的主要作用是提供合适的能带结构，以便LD能够在要求的波长发光。与LED比较，谐振腔是LD独有的，其主要作用是提供正反馈功能。
大部分半导体LD使用材料与LED相同，覆盖了整个光纤通信系统使用波长范围。在PN结构上，使用最多的是与LED相同的双异质结构（DH）。
2.2.1 激光二极管的类型结构
（1）常用激光二极管的类型结构。在双异质结构的LD中，通常采用具有横模限制作用的激光二极管结构，这种激光二极管称为条形激光二极管（SLD）或窄区激光二极管。条形激光二极管又可以分为增益波导型激光二极管和折射率波导型激光二极管两种。增益波导型激光二极管是利用增益区的宽度来限制横模的，而增益区宽度又取决于电流经过的区域宽度：条形有源区有电流流过，因此该区域具有光增益；而条形有源区外没有电流流过，所以该区域没有光增益。最终，将辐射光横模限制在条形有源区内部。折射率波导型激光二极管通过局部折射率较大的选择（类似于光纤波导的作用），而使该局部对光横模具有限制作用。
（2）单频激光二极管。一般地，普通激光二极管只能工作于多纵模状态，其增益峰值附近的数个模式携带着大部分的输出光功率。这主要是因为普通激光二极管的反馈对所有纵模都是一样的，所以纵模选择性只能借助于增益谱来完成。由于纵模选择性较差，因此影响了光纤通信系统的传输速率的提高。一种改善纵模选择性的方法是采用不同频率的选择反馈机理，即谐振腔对不同频率具有不同的损耗。为了实现频率选择反馈，目前常常使用分布反馈和耦合腔机理。根据这些机理制成的激光二极管，主要应用于高速率、波分复用及相干光纤通信等系统中。还有一些改善LD特性的、非常有用的激光二极管，如垂直腔激光二极管和量子阱激光二极管等。
2.2.2 激光二极管的工作原理
（1）LD的能带结构。在结构上，LD与LED的主要区别是LD有谐振腔，而LED没有。这也就决定了LD具有受激辐射的特征。
（2）LD的工作原理。当给LD外加适当的正向电压时，由于有源区粒子数的反转分布而首先发生自发辐射现象，那些传播方向与谐振腔高反射率界面垂直的自发辐射光子会在有源层内部边传播、边发生受激辐射放大（其余自发辐射光子均被衰减掉），直至传播到高反射率界面又被反射回有源层，再次向另一个方向传播受激辐射放大。如此反复，知道放大作用足以克服有源层和高反射率界面的损耗后，就会向高反射率界面外面输出激光。
高反射率界面高反射率界面
P型限制层
P型有源层
N型限制层
图2-3 DFB激光二极管结构
在图中，两个高反射率界面构成一个谐振腔。谐振腔除了完成正反馈作用外，还具有部分或完全进行激光频率、相位、方向选择功能。
3．光源的工作特性
3.1 LED的工作特性
3.1.1 P-I特性
LED的P-I特性如图3-1所示。就P-I特性曲线整体而言，由于没有阈值而使LED具有非常优良的线性。因此，LED在模拟光纤通信系统中有着广泛的应用。图中曲线①表示表面发光二极管的P-I特性；曲线②表示边发光二极管的P-I特性；曲线③表示超辐射发光二极管的P-I特性。在P-I特性上，表面发光二极管与边发光二极管类似，而超辐射发光二极管更接近于激光二极管。一般来说，LED的发射光功率比LD要小，这是LED应用于短距离系统和其具有长工作寿命的重要原因。
（相对单位）
①
②
③
I（相对单位）
图3-1 LED的P-I特性
图3-2 LED的光谱特性
3.1.2 光谱特性
LED的光谱特性如图3-2所示。在图中，λP为LED的峰值工作波长；△λ为谱线宽度，其定义为光强度下降到最大值一半时对应的波长宽度。
谱线宽度对系统性能有很大的影响，△λ越大，与波长相关的色散就越大，系统所能传输的信号速率也就越低。在短波长范围，△λ的典型值为25-40nm，在长波长1.31μm波段，△λ的典型值为50-100nm。
3.1.3 温度特性
温度特性影响到LED的平均发送光功率、P-I特性的线性及工作波长。当温度增加时，LED的平均发送光功率就会下降。工作温度的增大还会使LED 线性工作区域变窄，从而增加了光发送电路的噪声，导致系统性能的降低。随着温度的增加，还会使峰值工作波长向长波方向漂移，导致系统附加衰减增大。
实际上，LED的工作状态对温度的依赖性要远远小于LD，因此，在实际应用中LED光发送机中不需要特殊的自动温度控制电路，这有利于电路设计的简化及系统可靠性的提高。
3.2 LD工作特性
3.2.1 LD的P-I特性
LD的P-I特性如图3-3所示，就P-I特性曲线整体而言，由于存在阈值现象，整体线性不如LED。但是，由于LD常常在阈值以上使用，所以也有着可以接受的线性度。图中，Ith是LD的阈值电流，其定义为自发辐射区曲线与受激辐射区曲线之间的拐点对应的电流值。Ith越大，意味着发送同样平均光功率时LD中流过的总电流就越大。而总的工作电流越大，LD的工作寿命必然越小。
图3-3 LD的P-I特性
图3-4 LD的光谱特性
3.2.2 光谱特性
LD的光谱特性如图3-4所示。在图中，λ0为LD的峰值波长，△λ为谱线宽度，其定义为纵模包络或主模光强度下降到最大值一半时对应的波长宽度。一般要求多纵模激光二极管光谱特性包络内含有3-5个纵模，即△λ值约为3-5nm，较好的单纵模激光二极管的△λ值约为0.1nm，甚至更小。像对LED的要求一样，△λ越小越好。由于激光二极管谐振腔的频率选择作用，LD的谱线宽度要比LED小得多，这是LD应用于长距离、大容量系统的一个基本原因。
3.2.3 温度特性
与LED比较，温度主要对LD的阈值电流、输出光功率及峰值工作波长影响较大。为了降低温度对LD的影响，可以采用两种方法：选择温度特性优异的新型LD，或通过一个外加的自动温度控制电路，使LD的温度特性能够满足系统的要求。由于温度过高会损坏LD的晶体发光面，因此，在光发送机中设置自动温度控制电路是保护LD的一项措施。
4. 光源的主要技术指标及简易检测
表4-1
国产半导体光源的典型指标
在没有任何测试仪表或测试手段的情况下，可以通过PN结的测试来初步判断光源器件的好坏。使用仪表为普通指针式万用表，利用高阻抗档测试光源器件PN结的正、反向电阻。若正向电阻小于20kΩ、反向电阻大于500k Ω，则一般表示PN结正常。但是，应该指出的是PN结正常的光源器件不一定其他特性都是正常的。当然PN结不正常的光源器件肯定不能正常工作。另外，由于数字万用表电压较高，容易击穿器件的PN结，因此，测试中不能使用这种万用表。
参考文献
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[5] 朱宗玖谭振建白志青.光纤通信原理与应用.清华大学出版社，2013
光纤通信技术概述解析
3.3 光纤通信技术 一、光纤通信系统概述及基本结构 光纤通信系统是以光纤为传输媒介, 光波为载波的通信系统。主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成, 其基本结构原理如图所示。 系统中还包含了一些互联和光信号处理部件, 如光纤连接器、隔离器、光开关等。图中电端机和光端机均包括发送和接收两部分, 两者合起来构成发送器和接收器。其中发送光端机是将电信号变换成光信号,接收光端机则是将光信号转换成电信号。 1、发送器 发送器由发送光端机和电端机构成, 其核心是一个光源。光源的主要功能就是将一个信息信号从电子格式转换为光格式。今天的光纤通信系统采用发光二极管或激光二极管作为光源。两者都是小型的半导体
设备, 可以有效地将电信号转换为光信号。LD 输出的光功率较大, 谱线窄, 一般适合长距离、大容量的通信系统, 但其寿命较短, 价格高; LED 光源发出的光功率较小, 光谱线较宽, 调制速率较低, 输出线性好, 寿命长, 成本低, 适用于短距离和中小容量的系统。它们需要与电源相连并且需要调制电路。 2、光纤 光纤通信系统中的传输介质是光纤。光纤通信系统中发送器端的光信息信号就是通过光纤传送到接收器端的。实际上, 同任何其他通信链路一样, 光纤提供发送器和接收器间的连接。同时, 光纤对光信号进行传导, 就像铜线和同轴线传导电信号一样。它大概和人的头发的粗细相同, 为了保护非常脆弱的光纤, 使其不受恶劣的外部环境和机械的损害, 通常将光纤封装在特定的结构中。裸露的光纤包上保护膜后封装到其他几层中, 所有这些就构成了光纤光缆。 3、接收器 接收器由接收光端机和电端机构成。接收光端机的主要部分包括光检测器、放大器、均衡器、判决器、自动增益控制电路和时钟电路。其中光检测器是接收光端机的核心, 光检测器的主要功能就是把光信息信号转换回电信号( 光电流) 。光纤通信系统中的光检测器主要有PIN 二极管、雪崩光电二极管( APD) 。APD 比PIN 更灵敏, 而且对外部放大功能要求更低。A PD 的缺点是具有相对较长的渡越时间以及由于雪崩放大造成的附加内部噪声。 4、光中继器
光纤通信实习报告范文
光纤通信实习报告范文 生产任务单的基本内容以及一些常用的光通讯英文术语。为更好地开展以后的工作，现将本次实习总结如下：本次实习主要分以下四部分： 一、产品的工艺流程： 产品的工艺流程一般包括以下几个环节：串件－固化－研磨－组装－测试－端检－包装。 1.串散件： 根据不同的产品型号选择不同的散件，严格按照顺序进行连接，一般大口朝上，起到环环相扣的作用。常用的散件有：尾套（红、黑、白、绿、蓝、黄）、弹簧、圆环、压环、止动环、内框、外框、内螺、外螺、插芯、白管、防尘帽。 根据研磨盘的大小确定每捆多少根，方便研磨。串好后对齐两端用扎线整理平整，方便接下来的工序。剥缆皮不可用力过大，光纤容易断，根据不同的产品型号，选择不同的切割齿，剥不同长度的缆皮。对于转接的光缆串散件时要分清两头，防止两边串重。要认真领悟散件作用，严格区分不同的颜色要求，做到不重不漏不乱。 2.固化： （1）剥纤：用剥纤刀剥光纤，控制长度 （2）组装插芯：白管放正（LC插芯要白管），勿忘放弹簧（外框、内框、白管、弹簧）
（3）注胶插芯：控制胶量（插芯头出现胶珠为宜）和时间（一次注射12个，防止胶干 （4）连接光纤和插芯：轻，易断；纤芯露出一小段为止 固化前要清洁固化炉；固化时应注意温度，炉温稳定时才可固化，不同光缆设置不同的固化时间和温度，并摆放整齐光缆，防止烧掉热缩管和光缆。胶干后将变成红褐色。固化后金属散件不要接触到光缆。 3.组装：使用的工具有压紧机（压接压环和小圆环）、压接钳、尖嘴钳、剪刀（剪卡普隆丝）、刀片（割缆皮）。 （1）剪卡普隆丝，按规定预留长度 （2）固定卡普隆丝和缆皮 （3）压紧机压接压环和小圆环 （4）对于FC、ST产品则要组装内螺、外螺: 内螺外螺要拧紧。 （5）套紧尾套 （6）检查插芯弹性，弹性不好的用钳子移动插芯位置再试。 4.研磨：根据不同的产品型号选择不同的研磨盘，对称装上光缆，保证平衡，在离插芯约15CM处扎好，并使光缆与插芯成一条直线，防止光缆与插芯相连处断裂。 第一轮研磨除胶：先在砂纸上成8或0字型进行磨胶，
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1、世界光纤通信发展史 光纤的发明，引起了通信技术的一场革命，是构成21世纪即将到来的信息社会的一大要素。 1966年出生在中国上海的英籍华人高锟，发表论文《光频介质纤维表面波导》，提出用石英玻璃纤维（光纤）传送光信号来进行通信，可实现长距离、大容量通信。 1970年损失为20db/km 的光纤研制出来了。据说康宁公司花费3000万美元，得到30米光纤样品，认为非常值得。这一突破，引起整个通信界的震动，世界发达国家开始投入巨大力量研究光纤通信。 1976年，美国贝尔实验室在亚特兰大到华盛顿间建立了世界第一条实用化的光纤通信线路，速率为45mb/s。 在上世纪70年代末，大容量的单模光纤和长寿命的半导体激光器研制成功。光纤通信系统开始显示出长距离、大容量无比的优越性。 1996年技术取得突破，贝尔实验室发展了技术，美国mci公司在1997年开通了商用的线路。光纤通信系统的速率从单波长的2.5gb/s和10gb/s爆炸性地发展到多波长的
光纤通信技术的发展历史
论文题目：光纤通信技术发展历史 姓名：谢新云 学号：0932002231 专业班级：通信技术（2） 院系：电子通信工程学院 指导老师：彭霞 完成时间：2011年10月22日
概论 目前，在实际运用中相当有前途的一种通信技术之一，即光纤通信技术已成为现代化通信非常重要的支柱。作为全球新一代信息技术革命的重要标志之一，光纤通信技术已经变为当今信息社会中各种多样且复杂的信息的主要传输媒介，并深刻的、广泛的改变了信息网架构的整体面貌，以现代信息社会最坚实的通信基础的身份，向世人展现了其无限美好的发展前景。 自上世纪光纤通信技术在全球问世以来，整个的信息通讯领域发生了本质的、革命性的变革，光纤通信技术以光波作为信息传输的载体，以光纤硬件作为信息传输媒介，因为信息传输频带比较宽，所以它的主要特点是:通信达到了高速率和大容量，且损耗低、体积小、重量轻，还有抗电磁干扰和不易串音等一系列优点，从而备受通信领域专业人士青睐，发展也异常迅猛。 光纤通信不仅可以应用在通信的主干线路中，也可以在电力通信控制系统中发挥作用，进行工业监测、控制，现在在军事上也被广泛应用，基于各领域对信息量的需求不断增长，光纤通信技术的应用发展趋势也备受关注。一条完整的光纤链路除受光纤本身质量影响外，还取决于光纤链路现场的施工工艺和环境。 本文针对光纤通信技术的发展及趋势展开研究，分别介绍了光纤通信技术的发展历史和现状，以及光纤通信技术的发展趋势，对一些先进的光纤通信技术进行了介绍。 关键字：光纤通信技术，发展历史，现状，发展趋势
目录 概论 (1) 目录 (2) 第一章光纤通信技术的形成 (3) 1.1早期的光通信 (3) 1.2 现在光纤通信技术的形成 (3) 1.2.1 光纤通信器件的发展 (3) 1.2.2 光纤 (5) 第二章光纤通信技术的现状 (8) 2.1 光纤光缆 (8) 2.2 光电子器件 (8) 2.3光纤通信系统 (14) 第三章我国光纤通信技术的发展 (15) 参考文献 (16)
北邮2017秋季光纤通信技术光纤通信技术阶段作业一
一、单项选择题（共20道小题，共100.0分） 1.目前光纤通信的长波长低损耗工作窗口是1310nm 和 nm。 A.1550 B.1480 C.980 D.1510 知识点: 第一章概述 学生答 案: [A;] 得分: [5] 试题分 值: 5.0 提示: 2.在目前的实用光纤通信系统中采用___________ 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。 A.直接 B.间接 C.外 D.分接 知识点: 第一章概述 学生答 案: [A;] 得分: [5] 试题分 值: 5.0 提示: 3.渐变型光纤是指___________是渐变的。 A.纤芯和包层的折射率 B.纤芯的折射率 C.包层的折射率 D.模式数量 知识点: 光纤结构和分类 学生答 案: [B;]
得分: [5] 试题分 值: 5.0 提示: 4.变化的电场和变化的磁场的相互激发，从而形 成的传播。 A.色散 B.误码 C.时延 D.电波 知识点: 光纤基础理论 学生答 案: [D;] 得分: [5] 试题分 值: 5.0 提示: 5.如果电磁波的横向场的极化方向在传输过程中保持不变的横电磁波称 为。 A.园偏振光 B.椭圆极化波 C.圆极化波 D.线极化波 知识点: 光纤基础理论 学生答 案: [D;] 得分: [5] 试题分 值: 5.0 提示: 6.全反射条件是____________________。 A.n1 sinθ1=n2 sinθ2 B.k0n1<β< k0n2 C.0≤φ≤φmax D.n1 > n2，900>θ1≥θc 知识点: 光纤基础理论
光纤通信技术调研报告
光纤通信技术现状综述 信息工程学院通信工程赵爱杰20092420253 导读 概述 主要技术 相干光通信技术 概念 关键技术 主要优势 光孤子通信技术 概念 关键技术 主要优势 全光通信网 概念 关键技术 主要优势 总结 参考网站 概述 光纤通信，顾名思义，就是利用光导纤维传导经过调制而携带信息的光信号，实现信息传递的通信方式。光纤通信技术发展历史并不长，1966年高锟发表论文《Dielectric-Fibre surface waveguides for optical frequencies》奠定了光纤技术进入实用的里程碑。经过短短几十年发展，现在光纤技术已经以其突出优势在通信领域得到了广泛应用。 光纤技术相比其他通信技术，具有其无与伦比的优越性，其中最突出的就是其超大容量：理论上讲，一根头发丝粗细的光纤可同时传输1000亿个话路，虽然目前如此高的传输量仍未达到，但相比明线、双绞线、同轴电缆、无线信道这些传统传输介质，其传输能力仍然高出几十甚至上千倍，而把若干根光纤聚集成光缆的传输信息量就可想而知了。所以可以预见，当下乃至未来若干年的信息爆炸时代，光纤通信将逐步成为信息传输的主流技术。 其次，光纤技术还有很多传统传输技术无法比拟的有点，如传输距离长、保密性能好、适应能力强、抗干扰性好、体积小重量轻，便于施工维护、制造原料来源广，生产成本低廉等。 主要技术 目前光纤通信的主要技术有：相干光通信技术，光孤子通信技术，全光通信
网等，下面注意作简要介绍： 相干光通信技术： 所谓相干光技术就是在光通信中使用相干调制和外差检测技术。所谓相干调制，就是利用传输信号来控制光载波的频率、相位和幅度。外差检测，就是利用一束本机振荡产生的激光与输入信号在光混频器中进行混频，得到与信号光频率、相位和幅度按相同规律变化的中频信号的技术。 在发送端，采用外调制方式将信号调制到光载波上传输，当信号光到达接收端时，首先与一束本振光信号进行相干耦合，然后由平衡接收机进行探测。相干光通信根据本振光频率与信号光频率不等或相等，可分为外差检测和零差检测。前者光信号经光电转换后获得的是中频信号，还需要二次解调才能被转换成基带信号。后者光信号经光电转换后被直接转换成基带信号，不用二次解调，但它要求本振光频率与信号光频率严格匹配，并且要求本振光与信号光的相位锁定。 关键技术： 1）外光调制技术，光调制是根据某些电光或声光晶体的光波传输特性随电压或声压等外界因素的变化而变化的物理现象而提出的。外光调制器主要包括三种：利用电光效应制成的电光调制器、利用声光效应制成的声光调制器和利用磁光效应制成的磁光调制器。采用以上外调制器，可以完成对光载波的振幅、频率和相位的调制。 2）偏振保持技术，在相干光通信中，相干探测要求信号光束与本振光束必须有相同的偏振方向，才能获得相干接收所能提供的高灵敏度，所以在相干光通信中应采取光波偏振稳定措施。主要有两种方法：一是采用“保偏光纤”使光波在传输过程中保持光波的偏振态不变；二是使用普通单模光纤，在接收端采用偏振分集技术，信号光与本振光混合后首先分成两路作为平衡接收，对每一路信号又采用偏振分束镜分成正交偏振的两路信号分别检测，然后进行平方求和，最后对两路平衡接收信号进行判决，选择较好的一路作为输出信号。 3）频率稳定技术，激光器稳频技术主要有三种，(1)将激光器的频率稳定在某种原子或分子的谐振频率上。在1.5μm波长上，已经利用氨、氪等气体分子实现了对半导体激光器的频率稳定；(2) 利用光生伏特效应、锁相环技术、主激光器调频边带的方法实现稳频；(3)利用半导体激光器工作温度的自动控制、注入电流的自动控制等方法实现稳频。 相干光通信技术相对于传统的光强度调制有突出有点： 1）灵敏度高，中继距离长，相干光通信的一个最主要优点是相干检测能改善接收机的灵敏度。相同条件下，相干接收机比普通接收机灵敏度高20dB，可以达到接近散粒噪声极限的高性能，因此也增加了光信号的无中继传输距离。 2）选择性好，通信容量大，相干光通信提高了接收机的选择性，在直接检测中，接收波段较大，为抑制噪声干扰，探测器通常需要放置窄带滤光片，但其频带仍然很宽。在相干外差探测中，探测的是信号光和本振光的混频光，因此只有在中频频带内的噪声才能进入系统，而其他噪声均被带宽较窄的微波中频放大器滤除。可见，外差探测有良好的滤波性能。此外，由于相干检测优良的波长选择性，相干接收机可以使频分复用系统的频率间隔大大缩小，从而实现密集波分复用，具有以频分复用实现更高传输速率的潜在优势。
空间光通信技术简介
空间光通信技术简介 空间光通信又称为激光无线通信或无线光通信。根据用途又可分为卫星光通信和大气光通信两大类。自从60年代激光器问世开始，人们就开研究激光通信，这时的研究也主要集中在地面大气的传输中，但因各种困难未能进入实际应用。低损耗光纤波导和实用化半导体激光器的诞生为激光通信的实际应用打开了大门，目前光纤通信已经遍布世界各国的各个城市。由于对无线通信的需求的增长，再有卫星激光通信的快速发展，自从90年代开始，人们又开始重新对地面无线光通信感兴趣，进行了大量的研究，并且开发出可以实用的商业化产品。 一、开展空间光通信研究的意义及应用前景 1.作为卫星光通信链路地面模拟系统的技术组成部分 卫星光通信链路系统在上卫星前必须有地面模拟演示系统，以保障电子系统、光学系统、机械自动化控制系统等各子系统的良好工作。在链路捕捉完成以后，与以太网相连的无线光通信系统借助于光链路的桥梁，源源不断地输送以太网上的信息，这是考验光链路稳定性能的重要指标。 2.为低轨道卫星与地面站间的卫星光通信打下良好的技术基础 低轨道卫星与地面站的通信会受到天气的影响，选择干旱少雨地区建立地面站在相当程度上缓解了这一矛盾，再通过地面站之间的光纤网可以把卫星上信息送到所需地点，这从技术上牵涉到空间光通信网与光纤网连接问题，这方面问题已经基本得到解决。 3.空间光通信具有巨大的潜在市场和商业价值 ●可以克服一些通常容易碰到的自然因素障碍 当河流、湖泊、港湾、马路、立交桥和其它自然因素阻碍铺设光纤时，无线光通信系统可跨越宽阔的河谷，繁华的街道，将两岸或者岛屿与陆地连接起来。 ●提供大容量多媒体宽带网接入 用无线光通信系统作为接入解决方案，不需耗资、耗时地铺设光纤就能满足对办公大楼或商业集中区大容量接入的需要。 ●可为大企业、大机关提供部大容量宽带网 无线光通信系统能在企业、机关围为建筑物与建筑物之间的大容量连接提供一种开放空间传送的解决方案。 ●为公安、军队等重要部门提供高速宽带通信。 ●支持灾难抢救的应急系统 无线光通信系统可为灾难抢救提供一种大容量的临时通信解决方案 ●为一时性大规模的重要活动提供临时的大规模通信系统 例如，奥运会和其他体育运动会、音乐会、大型会议以及贸易展览会等专门活动往往需要大容量宽带媒体覆盖。无线光通信系统能提供一种迅速、经济而有效的解决方案，不受原有通信系统的带宽限制，也不用再去办理光纤铺设许可证。 二、空间光通信的优势 1.组网机动灵活 无线光通信设备将来可广泛适用于数据网（Ethernet，Token Ring，Fast Ethernet，FDDI，ATM,STM-x等）、网、微蜂窝及微微蜂窝（E1/T1—E3/T3，OC-3等）、多媒体（图像）通信等领域。可以把这些网上信息加载在光波上，在空气中直接传输出去，这种简便的通信方式对于频率拥挤的环境是非常理想的，例如：城市、大型公司、大学、政府机构、办公楼群等。
《光纤通信》教学大纲
《光纤通信》教学大纲 一、课程描述 光纤通信是20世纪70年代开始发展起来的一种通信新技术。80年代以后，随着我国通信技术的迅速发展，光纤通信有了长足的发展，成为社会信息基础设施中不可缺少的一部分，广泛应用于各个领域。 《光纤通信》是结合光纤通信的发展，系统地介绍光纤通信系统的基本原理、基本概念、基本技术和基本分析设计方法，全面反映全光通信技术概貌的课程，为学生学习后续的光纤通信设备、光缆线路工程、综合布线工程、宽带接入技术及现代通信技术等通信专业课程奠定基础。 《光纤通信》是通信工程专业的一门专业任选课，包括光纤通信传输理论，光纤与光缆，光源与光发送机，光检测器与光接收机，无源光器件与集成光路，光纤系统中的信号传输和光纤通信系统等内容。先修课程是通信原理、信号与系统、高频电路。 二、课程目标 1、使学生掌握光纤通信的基本概念和基本原理，理解光发射机和光接收机的基本理论和特性。 2、理解和掌握光纤通信系统的构成、性能指标及光纤通信新技术。 三、课程内容和教学要求 这门学科的知识与技能要求分为知道、理解、掌握、学会四个层次。这四个层次的一般涵义表述如下： 知道——是指对这门学科的基本知识、基本理论的认知。 理解——是指运用已了解的基本原理说明、解释一些现象。 掌握——是指利用掌握的理论知识对一些较复杂的功能线路进行解释，说明其工作过程，估计有关参数。 学会——是指在利用仪表和工具完成对某些功能线路的设计、组装、参数测量，并根据理论知识计算相关参数，理论与实验作比较。能识别操作中的一般差错。 教学内容和要求表中的“√”号表示教学知识和技能的教学要求层次。
本标准中打“*”号的内容可作为自学，教师可根据实际情况确定要求或不布置要求。 教学内容及教学要求表
光纤通信技术介绍
光纤通信技术介绍 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。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。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。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。用光波分复用提高速率，用光波放大增长传输距离的系统，为第五代光纤通信系统。新系统中，相干光纤通信系统，已达现场实验水平，将得到应用。光孤子通信系统可以获得极高的速率，20世纪末或21世纪初可能达到实用化。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。 就光纤通信技术本身来说，应该包括以下几个主要部分:光纤光缆技术、光交换技术传输技术、光有源器件、光无源器件以及光网络技术等。 光纤技术的进步可以从两个方面来说明: 一是通信系统所用的光纤; 二是特种光纤。早期光纤的传输窗口只有3个，即850nm(第一窗口)、1310nm(第二窗口)以及1550nm(第三窗口)。近几年相继开发出第四窗口(L波段)、第五窗口(全波光纤)以及S波段窗口。其中特别重要的是无水峰的全波窗口。这些窗口开发成功的巨大意义就在于从1280nm到1625nm 的广阔的光频范围内，都能实现低损耗、低色散传输，使传输容量几百倍、几千倍甚至上万倍的增长。这一技术成果将带来巨大的经济效益。另一方面是特种光纤的开发及其产业化，这是一个相当活跃的领域。 1. 有源光纤 这类光纤主要是指掺有稀土离子的光纤。如掺铒(Er3+)、掺钕(Nb3+)、掺镨(Pr3+)、掺镱(Yb3+)、掺铥(Tm3+)等，以此构成激光活性物质。这是制造光纤光放大器的核心物质。不同掺杂的光纤放大器应用于不同的工作波段，如掺饵光纤放大器(EDFA)应用于1550nm附近(C、L波段);掺镨光纤放大器(PDFA)主要应用于1310nm波段;掺铥光纤放大器(TDFA)主要应用于S波段等。这些掺杂光纤放大器与喇曼(Raman)光纤放大器一起给光纤通信技术带来了革命性的变化。它的显著作用是:直接放大光信号，延长传输距离;在光纤通信网和有线电视网(CATV网)中作分配损耗补偿;此外，在波分复用(WDM)系统中及光孤子通信系统中是不可缺少的关键元器件。正因为有了光纤放大器，才能实现无中继器的百万公里的光孤子传输。也正是有了光纤放大器，不仅能使WDM传输的距离大幅度延长，而且也使得传输的性能最佳化。 2. 色散补偿光纤(Dispersion Compensation Fiber，DCF) 常规G.652光纤在1550nm波长附近的色散为17ps/nm×km。当速率超过2.5Gb/s时，随着传输距离的增加，会导致误码。若在CATV系统中使用，会使信号失真。其主要原因是正色散值的积累引起色散加剧，从而使传输特性变坏。为了克服这一问题，必须采用色散值为负的光纤，即将反色散光纤串接入系统中以抵消正色散值，从而控制整个系统的色散大小。这里的反色散光纤就是所谓的色散补偿光纤。在1550nm处，反色散光纤的色散值通常在-50~200ps/nm×km。为了得到如此高的负色散值，必须将其芯径做得很小，相对折射率差做得很大，而这种作法往往又会导致光纤的衰耗增加(0.5~1dB/km)。色散补偿光纤是利用基模波导色散来获得高的负色散值，通常将其色散与衰减之比称作质量因数，质量因数当然越大越好。为了能在整个波段均匀补偿常规单模光纤的色散，最近又开发出一种既补偿色散又能补偿色散斜率的"双补偿"光纤(DDCF)。该光纤的特点是色散斜率之比(RDE)与常规光纤相同，
光纤通信综述
一、概述 随着社会信息技术的发展,3G网络的实施,4G网络的开发与研 究,IPTV三网融合、物联网等的实施和提出,对现有的网络提出了革 命性的要求,人类对于信号传输带宽的需求一直在以惊人的速度增长。移动性、无线化、数字化和宽带化是当今信息业发展的趋势,超高速、超大容量成为信息传送追求的主要目标。 光纤通信(Optical Fiber Communications)技术是利用光波作为载波来传递信息的技术。当今，光纤以其传输频带宽、抗干扰性高和信号衰减小，而远优于电缆、微波通信的传输，已成为世界通信中主要传输方式。 在20世纪60年代初期，由于人们无法解决光的散射等问题，光通信一直没有重大的发展。直到20世纪60年代中期，情况才发生改变，而改变这一现状的正是一位中国人-高锟。1966年，高锟发表了关于通信传输新介质的论文，提出可以利用光导纤维进行信息传输的可能性和技术途径，这才奠定了光通信的基础。1970年，美国康宁公司 按照高锟的思路造出了损耗为20dB/km的石英光纤，使得光纤的研制取得重大突破。1972年，该公司生产的高纯石英多模光纤的损耗下 降到4dB/km。到了20世纪80年代初，单模光纤在波长1.55um的损耗已经下降到0.2dB/km，而目前G.654光纤在1.55um波长附近损耗仅0.1510.2dB/km，接近光纤的理论极限。由于高锟在开创光纤通信历史上的卓越贡献，2009年10月6日被授予了诺贝尔物理学奖。
光纤通信(Optical Fiber Communications)技术是利用光波作为载波来传递信息的技术。当今，光纤以其传输频带宽、抗干扰性高和信号．衰减小，而远优于电缆、微波通信的传输，已成为世界通信中主要传输方式。 在20世纪60年代初期，由于人们无法解决光的散射等问题，光通信一直没有重大的发展。直到20世纪60年代中期，情况才发生改变，而改变这一现状的正是一位中国人-高锟。1966年，高锟发表了关于通信传输新介质的论文，提出可以利用光导纤维进行信息传输的可能性和技术途径，这才奠定了光通信的基础。1970年，美国康宁公司按照高锟的思路造出了损耗为20dB/km的石英光纤，使得光纤的研制取得重大突破。1972年，该公司生产的高纯石英多模光纤的损耗下降到4dB/km。到了20世纪80年代初，单模光纤在波长1.55um的损耗已经下降到0.2dB/km，而目前G.654光纤在1.55um波长附近损耗仅0.1510.2dB/km，接近光纤的理论极限。由于高锟在开创光纤通信历史上的卓越贡献，2009年10月6日被授予了诺贝尔物理学奖。 目前，随着数据业务的爆炸性增长，通信道路越来越拥挤，光通信将成为唯一的出路。因此，现在世界上所有新建的通信干线均采用光纤。波分复用(WDM)系统也在海底光缆系统上使用，Tyco全球网大西洋部分有对光纤，目标容量为每对光纤传输64个10Gb/s WDM信道。2002年阿10.2Tb/s(25642.7Gb/s)L波段成功进行了距离为尔卡特在C波段和3100km的传输实验。根据OFC2009年报道，NTT 2007年演示了一个线路容量为10Tb/s的系统[NThB1]，该系统采用DWDM的DQPSK
光纤通信技术 判断题精选概述
三、判断题 （）1. 光纤熔接机分为单芯熔接机和带状熔接机，单芯熔接机无法熔接带状光纤，带状熔接机无法熔接单芯光纤。 （）2. 光纤熔接时的热缩加固步骤要求热缩管内不能有气泡。 （）3. 光缆接头盒在最后安装时，应使用生胶或密封胶条将接头盒边缘密封，但接头盒的光缆进出口则可不密封。 （）4.单模光纤只能跟单模光纤对熔，多模光纤只能与多模光纤对熔，目前熔接机无法将单模光纤与多模光纤混熔。 （）5. 光缆的弯曲半径不小于光缆外径的15倍。 （）6. 深海光缆是指敷设于海水深度大于1000米海区的光缆。 （）7.同一台光时域反射仪在设置相同的情况下事件盲区总是小于衰减盲区。 （）8.光时域反射仪只收光，本身不发光。 （）9.掺铒光纤放大器EDFA可调节的波长有限，适于工作在1550nm窗口。 （）10. 长途电缆的防雷保护系统接地电阻应小于4Ω，困难地区应不大于10Ω。 （）11.光缆金属护套对地绝缘是光缆电气特性的一个重要指标，金属护套对地绝缘的好坏，直接影响光缆的防潮、防腐蚀性能及光缆的使用寿命。 （）12. 电缆线路应做防雷保护系统接地，其间距宜为4km，电气化区段电缆线路的屏蔽地线可代替防雷地线。 （）13.电气化区段进行通信维护工作时，必须遵守《电气化铁路有关人员电气安全规则》的有关规定。 （）14.熔接质量好坏是通过熔接处外形良否计算得来的，推定的熔接损耗只能作为熔接质量好坏的参考值，而不能作为熔接点的正式损耗值。正式损耗值必须通过OTDR测试得出。（）15.电气化区段电缆屏蔽保护地线测试整治检查的周期是1年1次，并安排在每年的雨季前完成。 （）16.通信线路发生故障时，工区人员应服从调度和有关机械室（网管）的统一指挥。（）17.通信线路中严禁设置影响通信传输质量和危及人身设备安全的非通信回线。 （）18.铝护套电缆弯曲半径不应小于电缆外径的7.5倍； （）19.光信号在光纤中传输时，色散导致信号能量降低。 （）20.盲区决定了2个可测特征点的靠近程度，盲区有时也被称为OTDR的2点分辨率。对OTDR来说，盲区越大越好。 （）21．用OTDR测试时，如果设定的折射率比实际折射率偏大，则测试长度比实际长度大。 （）22．利用低色散光纤也可以减少四波混频对系统性能的影响。 （）23. LC型连接器所采用的插针和套筒的尺寸是普通SC、FC等所用尺寸的一半，为1.5mm。 （）24. SDH传输体制只适用于光纤信道。 （）25．熔接机推定的熔接损耗值可作为熔接点的正式损耗值。
《光纤通信技术》习题
《光纤通信技术》习题 第一章概述 1、填空题 光纤通信是以 为载频，以 为传输介质的通信方式 1966年7月，英籍华人 博士从理论上分析证明了用光纤作为传输介质以实现光通信的可能性；1960年7月，美国科学家 发明了红宝石激光器 光纤通信系统的短波长窗口为 ，长波长窗口为 。光纤通信系统的通信窗口波长范围为 。 在光通信发展史上， 和 两个难题的解决，开创了光纤通信的时代。 2、简答题 光纤通信为什么能够成为一种主要的通信方式？ 光纤通信系统由哪几部分组成？并说明各部分在系统中所完成的功能。现有光纤通信使用的光波长有哪几种？对应的频率是多少？它们在整个电磁波谱中处在什么位置？ 第二章光纤及其导光原理 1、填空题 光纤的导光原理与结构特性可用 理论与 理论两种方法进行分析。 单模光纤中不存在 色散，仅存在 色散，具体来讲，可分为 和 。 光纤色散参数的单位为 ，表示两个波长间隔为 的光波传输 后到达时间的延迟 对纯石英光纤，在λ= 处，色散参数D=D M+D W=0，这个波长称
为 。 在单模光纤中，由于光纤的双折射特性使两个正交偏振分量以不同的群速度传输，也将导致光脉冲展宽，这种现象称为 色散。 单模传输条件是归一化参量V 。 允许单模传输的最小波长称为 。 数值孔径（NA）越大，光纤接收光线的能力就越 ，光纤与光源之间的耦合效率就越 2、简答题 光纤由哪几部分构成？各起什么作用？ 简述G.651、G.652、G.653、G.654、G.655光纤的特性。 简述光纤的传输特性 3、计算题 阶跃折射率分布的光纤的芯径d=2a为100μm，折射率n1=1.458，包层的折射率n2=1.450，在该光纤中传输的光波的波长λ=850nm。 （1）计算该光纤的V参数？ （2）估算在该光纤内传输的模式数量是多少？ （3）计算该光纤的数值孔径？ （4）计算该光纤单模工作的波长？（考试试卷A卷计算题） 已知均匀光纤纤芯的折射率为n1=1.5，相对折射率差△=0.01，芯半径a=25μm，试求： （1）LP01、LP02、LP11和LP12模的截止波长各为多少？ （2）若λ0=1μm，光纤的归一化频率V以及其中传输的模式数量M各等于多少 均匀光纤，若n1=1.5，λ0=1.3μm，试计算： （1）若△=0.25，为了保证单模传输，其纤芯半径应取多大？ （2）若取a=5μm，为了保证单模传输，△应取多大？
光纤通信技术特点和发展
光纤通信技术的特点和发展趋势 摘要：光纤通信是指利用光与光纤传递信息的一种方式，光纤通信不仅可以应用在通信的主干线路中，也可以在电力通信控制系统中发挥作用，既有经济优势又有技术优势，光纤通信由于超高速、低误码、高可靠，价格低廉，已成为信息的最重要传输手段和信息社会的重要基础设施。本文探讨光纤通信技术的优点和缺点以及光纤通信的发展和现状。 光纤通信在技术功能构成上主要分为：(1)信号的发射；(2)信号的合波；(3)信号的传输和放大；(4)信号的分离；(5)信号的接收。
关键词：光纤通信技术特点现状发展趋势 1、光纤通信技术 2、 光纤通信是利用光导纤维传输光信号，以实现信息传递的一种通信方式，属于有线通信的一种，光经过调变后便能携带信息，利用光波作载体，以光纤作为传输媒介，将信息从一处传至另一处，是光信息科学与技术的研究与应用领域。可以把光纤通信看成是以光导纤维为传输媒介的“有线”光通信。光纤由内芯和包层组成，内芯一般为几十微米或几微米，比一根头发丝还细；外面层成为包层，包层的作用是保护光纤。实际上光纤通信系统使用的不是单根的光纤，而是许多光纤聚集在一起的组成的光缆，由于玻璃材料是制作光纤的主要材料，它是电气绝缘体，因而不需要担心接地回路，光波在光纤中传输，不会发生信息传播中的信息泄露现象，光纤很细，占用的体积小，这解决了实施的空间问题。光纤通信系统的组成，现代的光纤通信系统多半包括一个发射器，将电信号转换成光信号，再通过光纤将光信号传递。光纤多半埋在地下，连接不同的建筑物。系统中还包括数种光放大器，以及一个光接收器将光信号转换回电信号。在光纤通信系统中传递的多半是数位信号，来源包括计算机、电话系统，或是有线电
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
光纤通信教案
课程教案 （2015—2016学年第二学期） 课程名称：光纤通信 授课学时： 44学时 授课班级：电子信息工程13级 任课教师：
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第2章光纤与光缆 （一）教学内容： 基本光学定律和定义，光纤模式和结构，光纤波导传输的基本原理，圆波导的模式理论，单模光纤的基本原理，光纤材料和制造基本原理。 重点：光纤模式和结构，光纤波导传输的基本原理，单模光纤的基本原理，光 纤材料和制造基本原理。 难点：圆波导的模式理论 （四）概述 对光纤的结构和分类做简单介绍,对光纤的导光原理采用射线法和标量近似解法进行重点分析。对单模光纤的结构特点、主模及单模传输条件进行讨论。介绍光纤的传输特性及特殊光纤。
教学环节教学过程 引言 本章课程的讲授 在整个通信技术的发展中传输介质始终是人们需要不断研究和改进的课题，光通信从19世纪前就已得到应用，但由于没有找到合适的传输介质，使得光通信无法充分发挥其优点。1966年英籍华人科学家C.K.Kao发表论文提出可以利用纯度极高的石英玻璃作为传输煤质来传送光信号，从而拉开了光纤通信技术飞速发展的序幕（C.K.Kao博士也因此成就获得2009年Nobel物理学奖）。近半个世纪来，人们对光纤的结构、制造工艺不断改善，使得光纤的传输性能越来越优良，光纤已经成为现代长途干线网络信息传输的首选传输介质。 本章将对光纤进行详细的讨论，使学生对光纤通信课程建立较好的基本理解。 在讲授基本内容之前请学生回答自己对实际生活中所接触的光纤光缆的认识和理解，大家在什么地方用过光纤呢？家里或宿舍上网时信息是通过什么进行传输或如何进行传输的呢？通过提问对学生进行较好的引导，让学生上课时很快提高兴趣。 2.1 光纤的结构和分类 2.1.1 光纤的结构 光纤有不同的结构形式。目前，通信用的光纤绝大多数是用石英材料做成的横截面很小的双层同心玻璃体，外层玻璃的折射率比内层稍低。折射率高的中心部分叫做纤芯，其折射率为，直径为2a；折射率低的外围部分称为包层，其折射率为，直径为2b。 让学生自行思考为何要采用这种结构？提问！强调纤芯和包层的折射率很接近、差值不能太大。 采用芯包结构的目的： （1）进行全反射，减小散射损耗。 （2）增加纤芯的机械强度。 （3）保护纤芯不受外界的污染。 1 n 2 n
《光纤通信技术》 课程大纲
《光纤通信技术》课程大纲 课程名称：光纤通信技术 课程类别：核心课 学分：4学分 适用专业：通信工程专业、计算机应用专业 先修课程：数字通信原理、数据通信原理 一、课程的教学目的 《光纤通信技术》是信息与通信工程学科一门重要的专业课程。课程定位为需要学习通信工程、计算机通信技术等专业，从事信息通信、计算机、网络等相关行业的学员。光纤通信系统具有低的传输损耗和宽的传输频带的特点，成为高速数据业务的理想传输通道。课程以光纤的导光原理和激光器的发光原理为基础内容，同时涵盖了各种实用光网络技术。课程以提高学生基本技能素质与新技术、新手段的应用能力为目标，培养能满足光纤网络工程的规划建设、系统调测、电信核心网络和接入网络的工程等需要的应用型人才。 为了更好地掌握本课程的知识，每章后面均附有大量的习题，并对主要知识点进行了总结。鉴于本课程是实践性很强的专业课程，其教学内容既包括理论学习内容，又涵盖与之相关的实践实验活动内容，为以后学习光纤通信工程新技术打下基础。 二、相关课程的衔接 学习本课程需要先修《数字通信原理》、《数据通信原理》等专业基础课程以及《现代交换技术》、《宽带接入技术》等相关课程；后续课程包括《光网络》、《多媒体通信》等。三、教学的基本要求 要求掌握《光纤通信技术》的基本概念、工作原理，了解相关扩展知识。熟练进行光纤通信技术的工程分析及工程计算。 熟悉实验原理及内容，能够利用所学基本知识完成简单电路的分析和设计。 四、课程教学方法 下载教学内容导学、详解、实时辅导、教案、综合练习题等资料。 为了更好地掌握本课程的知识，每章后面均附有大量的习题，并对主要知识点进行了总结。本课程含有实验，使本课程更多地与实践接轨，为以后学习光纤通信工程新技术打下基础。
光纤通信系统光源综述
光纤通信系统光源综述 摘要：光源是光纤传输系统中的重要器件。它的作用是将电数字脉冲信号转换为光数字脉冲信号并将此信号送入光纤线路进行传送。目前，光纤通信系统中普遍采用的两大类光源是激光器（LD）和发光管（LED）。在这类光源具备尺寸小，耦合效率高，响应速度快，波长和尺寸与光纤适配，并且可在高速条件下直接调制等有点。在高速率、远距离传输系统中，均采用光谱宽度很窄的分布反馈式激光器（DFB）和量子阱激光器（MQW）。在采用多模光纤的数据网络中，现在使用了新型的垂直腔面发射激光器（VCSEL）。 关键词：光纤通信、光源、LD、LED
光纤通信系统光源综述 1．光纤通信系统光源的特点 1.1光纤通信对光源性能的基本要求 （1）发光波长与光纤的低衰减窗口相符。石英光纤的衰减—波长特性上有三个低衰耗的“窗口”，即850nm附近、1300nm附近和1550nm附近。因此，光源的发光波长应与这三个低衰减窗口相符。AlGaAs/GaAs激光二极管和发光二极管可以工作在850nm左右，InGaAsP/InP激光二极管和发光二极管可以覆盖1300nm和1550nm两个窗口。 （2）足够的光输出功率。在室温下能长时间连续工作的光源，必须按光通信系统设计的要求，能提供足够的光输出功率。以单模光源为例，目前激光而激光能提供500uW到2mW的输出光功率，发光二极管可输出10uW左右的输出光功率。为了适应中等距离（例如10-25km）传输要求，有的厂家研制了输出光功率为100-300uW左右的小功率激光器。 （3）可靠性高、寿命长。光纤通信系统一旦割接进网，就必须连续工作，不允许中断，因此要求光源必须可靠性高、寿命长，初期激光二极管的寿命只有几分钟，是无法实用的。现在的激光二极管寿命已达百万小时以上，这对多中继的长途系统来说是非常必要的。例如北京到武汉约1000km，若平均50km设一个中继站，单系统运行，则全程不少于40只激光二极管，若每只二极管的平均寿命为100万小时，则从概率统计的角度，每2.5万小时（相当于2.8年）就可能出现一次故障。 （4）温度稳定性好。光源的工作波长和输出光功率，都与温度有关，温度变化会使光通信系统工作不稳定甚至中断，因此希望光源有较好的温度特性。目前较好的激光二极管已经不再需要用致冷器和ATC电路来保持工作温度恒定，只需有较好的散热器即可稳定工作。 （5）光谱宽度窄。由于光纤有色散特性，使较高速率信号的传输距离受到一定限制。若光源谱线窄，则在同样条件下的无中继传输距离就长。例如，单模155Mb/s系统要求无再生传输全程总色散为300ps/nm，当采用普通单模光纤工作在1550nm窗口时，是一个色散限制系统，这时光纤色散约为18-20ps （km·nm）。如果光源谱宽为1nm，只传输17km左右；若光源谱宽为0.2时，传输距离可大80多km。目前较好的激光二极管谱宽已可做到小于0.1nm。 （6）调制特性好。光源调制特性要好，即有较高的调制效率和较高的调制频率，以满足大容量高速率光纤通信系统的需要。 （7）与光纤的耦合效率高。光源发出的光最终要耦合进光纤才能进行传输，因此希望光源与光纤有较好的耦合效率，使入纤功率大，中继间距加大。