光纤通信系统的组成与工作原理
西安翻译学院XI’AN FANYI UNIVERSITY
高职高专毕业设计
题目：光纤通信系统的组成与工作原理
专业：通信技术
班级：9312201
姓名：田静
指导教师：孙豪
20 11 年 12月
光纤通信系统的组成与工作原理
田静
（西安翻译学院信息工程学院710105）
中文摘要：光纤通信系统是以光为载波，利用纯度极高的玻璃拉制成极细的光导纤维作为传输媒介，通过光电变换，用光来传输信息的通信系统。本文主要从五个方面来论
述了光纤通信系统。第一方面主要介绍了光纤通信系统的发展；第二方面主要介
绍了光纤通信系统的组成；第三方面主要介绍了光纤通信系统的分类；第四方面
主要介绍了光纤通信系统的工作原理；第五方面主要介绍了光纤通信系统的现状
和发展趋势。在当今的社会和经济发展中，信息容量日益剧增，为提高信息的传
输速度和容量，光纤通信已被广泛的应用于信息化的发展，将会成为继微电子技
术之后信息领域中的重要技术。
关键词：光纤通信发展工作原理重要技术
Abstract：Optical fiber communication system is as light as carrier, using high purity glass is made into fine optical fiber as transmission medium, through photoelectric conversion,
optical communication system. This article mainly from the five aspects of the optical
fiber communication system. The first aspect mainly introduces the development of
optical fiber communication system; second aspects mainly introduced the optical
fiber communication system; third aspects mainly introduces the classification of
optical fiber communication system; fourth aspects mainly introduces the working
principle of optical fiber communication system; fifth aspects mainly introduced the
optical fiber communication system present situation and development trend. In
today's social and economic development, information capacity is increasing, in order
to improve the information transmission rate and capacity, the optical fiber
communication has been widely used in the development of information technology,
will become afterwards microelectronics technology in the field of technical
information.
Keywords：Optical fiber communication Development Working principle Key technology
一、光纤通信系统的发展
1977年，美国西屋电气公司在亚特兰大成功地进行了世界上第一个光纤通信的现场实验，系统采用GaAlAs（镓铝砷）半导体激光器作光源，多模光纤作传输介质，速率为44.736Mbit/s，传输110km，使光纤通信向实用化迈出了一步。
光纤通信作为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中，起着举足轻重的作用。光纤即光导纤维的简称。光纤通信是以光为载频，以光导纤维为传输媒质的一种通信方式。光纤与以往的铜导线相比，具有损耗低，频带宽，无电磁感应等传输特点。因此，人们希望将光纤作为灵活性强，经济的优质传输介质，广泛地应用于数字传输方式和图像通信方式中，这种通信方式在今后非话业务的发展中是不可缺少的。
由于光纤通信具有一系列优异的特点，因此，光纤通信技术近几年来发展速度之快，应用面之广是通信史上罕见的。可以说，这种新兴技术，是世界新技术革命的重要标志，又是未来信息社会中各种信息网的主要传输工具。光纤通信经过30多年的发展，其经历了五个阶段，其中有三代光纤通信系统由试验研究已进入了实用阶段。
1．第一代光纤通信系统
1978年，第一代光纤通信系统，即0.85um多模光纤通信系统，正式投入商用，光源为半导体激光器（LD）或发光二极管（LED），工作波长λ=0.85μm，该光纤通信系统称为短波通信系统。比特率为20Mb/s~100Mb/s，最大中继距离为10Km，最大容量约为500（MB/S）Km。
2．第二代光纤通信系统
20世纪80年代初，第二代早期多模光纤通信系统（1.3um）多模光纤通信系统问世。光源为半导体激光器，工作波长λ＝1.3μm，该波段为石英系光纤第二代低损耗窗口，有较低的损耗和色散，信道均为均匀多模光纤。由于多模光纤的横向色散，故该早期多模光纤的比特限制在100Mb/S以下。随着光纤由多模光纤发展到单模光纤，单模光纤比多模光纤的色散系数更低，损耗更小，因此，采用单模光纤则可进一步提高中继距离。1981年，英国贝尔实验室演示了一个单模光纤通信系统，其传输距离为44Km，传输速率为2Gb/s，并且很快引入到商业系统。1987年第二代单模光纤通信系统（1.3μm）引入到商业系统，速率为1.7 Gb/s，中继距离为50Km左右。
3．第三代光纤通信系统
1990年，第三代光纤通信系统已能商业应用，光源为铟鐌砷磷半导体激光器，单模光纤工作波长为1.55um，称为长波系统。1979年其损耗达到0.2dB/Km，是石英光纤的第三个低损耗工作窗口，由于在1.55um处，光纤的色散较高，损耗较小，终于在1990年第三代光纤通信系统引入商业系统，其传输速率在2.4~2.5Gb/S，中继距离可达100Km左右。另外，最近几年，又将1.30um和1.55um合用，即单模光纤具有二个工作波长窗口，因此传输速率可达到10Gb/S,传输距离为100－200Km左右。
4．第四代光纤通信系统
此代通信系统又称相干光纤通信系统，它是利用激光的相干性，将无线通信中采用的“外差”或“容差”接收和先进的调幅键控制，相移键控制，频移键控制等应用到光纤通信系统中，相干光纤系统已在实验室中得到成功，可用于长途骨干和综合业务的数字网，日本已在1990年实现了2223Km的中继距离。
5．第五代光纤通信系统
该代通信系统又称光弧子通信系统，它是利用光纤的非线性进行超大容量，超常距离的通信方式。光弧子（Soliton），又称光弧粒子，它是一种特殊的波，在经过长距离传输后，仍保持波形不失真，而且，即使两侧光弧子波相互碰撞后，依然保持各自原来的形状不变。弧子的概念，首先在流体力学中提到，早在1834年，英国一个科学家拉塞耳，发现一艘船在狭窄的苏格兰运河中快速行进，当突然停止时，船头发现了一股水柱滚滚向前，水柱形状不变，当它和其它幅度较低速度的波相遇时，这个波可以不失真地穿过。于是，它首先引进了弧子这个概念来描述这个现象。
光弧子是一种非常窄，并具有很强地光脉冲。光弧子的存在是光纤速度色和自位调制平衡的结果，它的产生是由于在单模光纤中，当光的强度增加到一定程度时，将出现非线性效应。光弧子脉冲很窄，达0.2ps，因此，可实现大容量长距离的通信，先后由美国、英国、日本等国家试验，到1995年试验可以达到8100Km(20Gb/S)，40Gb/S可达5000Km。
二、光纤通信系统的组成
光纤通信系统的组成如下图所示：
图1 光纤通信体统的组成框图
它主要由电端机、光端机、光纤、中继器等组成。通信是双方向的，现在仅以一个方向为例，说明其工作的主要过程。一个方向包括6个部分，即电发送侧、光发送侧、光纤、中继器、光接收侧、电接收侧。电发送侧和电接收侧属于电端机（多路调制解调设备），同理，光发送侧和光接收侧属于光端机。此外还有一些附属设备，如光纤配线架等。
1．光发信机：光发信机是实现电/光转换的光端机。它由光源、驱动器和调制器组成，其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输，电端机就是常规的电子通信设备。
2．光收信机：光收信机是实现光/电转换的光端机。它由光检测器和光放大器组成，其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端机去。
3．光纤或光缆：光纤或光缆构成光的传输通路。其功能是将发信端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。
4．中继器：中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减；另一个是对波形失真的脉冲近行政性。
5．电发送侧：其主要任务是将电信号进行放大、复用、成帧等处理，然后输送到光发送侧。
6．电接收侧：其主要任务是对电信号进行解复用、放大等处理。
7．光纤连接器、耦合器等无源器件：由于光纤或光缆的长度受光纤拉制工艺和光缆施工条件的限制，且光纤的拉制长度也是有限度的（如1Km)。因此一条光纤线路可能存在多根光纤相连接的问题。于是，光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合，对光纤连接器、耦合器等无源器件的使用是必不可少的。
目前实用的光纤通信系统都采用直接检波系统。直接检波系统就是在发送端直接把信号调制到光波上，而在接收端用光电检波管直接把被调治的光波检波为原信号的系统。电端机就是一般电信号设备，例如载波机或电视图象发送与接受设备等。光端机则是把电信号转变为光信号（发送光端机），或把光信号转变为电信号（接收光端机）的设备。发送光端机的作用是将发送的电信号进行处理，加在半导体激光器上，使电信号调制光波，然后将此已调制光波送入光导纤维，已调制光波经光导纤维传送至接收光端机的半导体光电管上检波。检波后得到的电信号经过适当处理再送接受电端机，然后按一般电信号处理。这就是整个光纤通信的过程。
三、光纤通信系统的分类
光纤通信系统通常分为五大类，即按波长分类、按光纤的模式分类、按光纤的传输型号分类、按传输速率分类、按应用范围分类等。
1．按波长分类
短波长光纤通信系统，工作波长在0.8~0.9μm范围，典型值为0.85μm，这种系统的中继间距离较短，目前使用较少。
长波长光纤通信系统，工作波长在1.0~1.6μm范围，通常采用1.3μm~1.5μm两种波长。这类系统的中继距离较长，尤其是采用1.5μm零色散位移的单模光纤时，140Mbit/s系统的中继距离可达到100Km。
超长波长光纤通信系统，采用非石英光纤，例如卤化物光纤，工作波长大于2μm时，衰减为10-2~10-5dB/Km，可实现1000Km无中继传输。
2．按光纤的模式分类
单模光纤通信系统，采用石英单模光纤作为传输线，传输容量大，距离长，目前建设的光纤通信系统都是这一类型的。
多模光纤通信系统，采用石英多模梯度光纤作为传输线路，因传输频率受限制，一般应用于140Mbit/s以下的系统。
3．按光纤的传输型号分类
光纤模拟通信系统，它是用模拟信号直接对光源进行强度调制的系统。
光纤数字系统，它是用PCM数字电信号直接对光源进行强度调制的系统，其通信距离长，传输质量高，是被广泛采用的系统。
4．按传输速率分类
低速光纤通信系统，一般传输信号速率为2Mbit/S或8Mbit/S。
高速光纤通信系统，它的传输信号速率为34Mbit/S、140Mbit/S以上的系统。有时把速率等于140Mbit/S和高于140Mbit/S的系统才称为高速通信系统。如1.5G/S，2.5G/S等。
5．按应用范围分类
公用光纤通信系统，电信部门应用的光纤通信系统称为公用光纤通信系统，它包括光纤市话中继通信系统，光纤长途通信系统，光纤用户环路通信系统等。
专用光纤通信系统，指电信部门以外的各部门应用的光纤通信系统，例如电力、铁路、交通、石油、广播、银行、军事等应用的部门，统称为专用光纤通信系统。
四、光纤通信系统的工作原理
光纤是由单根玻璃光纤、紧靠纤芯的包层、一次涂履层以及套塑保护层组成。纤芯和包层由两种光学性能不同的介质构成，内部的介质对光的折射率比环绕它的介质的折射率高，因此当光从折射率高的一侧射入折射率低的一侧时，只要入射角度大于一个临界值，就会发生反射现象，能量将不受损失。这时包在外围的覆盖层就象不透明的物质一样，防止了光线在穿插过程中从表面逸出。由发光二极管LED或注入型激光二极管ILD发出光信号沿光纤传播，在另一端则有PIN 或APD光电二极管作为检波器接收信号。为确保信号的有效传输，在光发送端之前需增加光放大器，以提高入纤的光功率，在接收端的光电检测器之后将微信号进行放大，以提高接收能力。
1．光纤类型
根据光在光纤中的传播方式可将光纤划分为两种类型：即多模光纤和单模光纤。多模光纤又根据其包层的折射率进一步分为突变型折射率光纤和渐变型折射率光纤。多模光纤主要用于短距离、低速率的通信，用于干线传输网建设的光纤主要有三种，即G.652 常规单模光纤、G.653色散位移单模光纤和G.655 非零色散位移光纤。而其中的G.653光纤除了在日本等国家的干线网上有应用之外，在我国的干线网上几乎没有应用。G.655光纤中的新型光纤最多，如低色散斜率光纤、大有效面积光纤、无水峰光纤等。G.652单模光纤：在C波段1530 ～1565 nm 和L波段1565～1625nm的色散较大，系统速率达到2.5 Gbit/s 以上时，需要进行色散补偿，在10 Gbit/s时系统色散补偿成本较大，它是目前传输网中敷设最为普遍的一种光纤。G.653 色散位移光纤：在C波段和L波段的色散很小，在1550nm是零色散，系统速率可达到20 Gbit/s和40 Gbit/s，是单波长超长距离传输的最佳光纤。但是，由于其零色散的特性，在采用DWDM 扩容时会出现非线性效应，产生四波混频（FWM ），导致信号串扰，因此不太适用于DWDM 。G.655 非零色散位移光纤：在C波段和L波段的色散较小，避开了零色散区，既抑制了四波混频，也可以开通高速系统。新型的G.655光纤可以使有效面积扩大到一般光纤的1.5 ～2倍，大有效面积可以降低功率密度，减少光纤的非线性效应。
2．光纤的优点
(1)传输频带宽、通信容量大。
(2)光纤传输损耗低、中继距离长。
(3)光纤传输的信号不受电磁的干扰、保密性强、使用安全。
(4)光纤具有抗高温和耐腐蚀的性能，因而可以抵御恶劣的工作环境。
(5)光纤的体积小、重量轻，便于敷设。
(6)制作光纤的原材料丰富，石英光纤的主要成分是二氧化硅（SiO2）。
3．光缆的制造：
光缆的制造过程一般分以下几个过程：
(1)光纤的筛选：选择传输特性优良和张力合格的光纤。
(2)光纤的染色：应用标准的全色谱来标识，要求高温不退色不迁移。
(3)二次挤塑：选用高弹性、低膨胀系数的塑料挤塑成一定尺寸的松套管，将光纤纳入并填入防潮防水的凝胶。
(4)光缆绞合：将数根挤塑好松套管的光纤与加强单元绞合在一起。
(5)挤光缆外护套：在绞合的光缆外加一层护套。
4．光缆的种类
(1)按敷设方式分有：自承重架空光缆、管道光缆、铠装地埋光缆和海底光缆。
(2)按光缆结构分有：束管式光缆、层绞式光缆、紧抱式光缆、带式光缆、非金属光缆和可分支光缆。
(3)按用途分有：长途通信光缆、短途室外光缆、混合光缆和建筑物内用光缆。
5．光纤产生损耗的原因
造成光纤损耗的主要因素有：本征、弯曲、挤压、杂质、不均匀和对接等。
(1)本征：是光纤的固有损耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。
(2)弯曲：光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉，造成损耗。
(3)挤压：光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。
(4)杂质：光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光，造成的损失。
(5)不均匀：光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。
(6)对接：光纤对接时产生的损耗，如：不同轴( 单模光纤同轴度要求小于0.8μm)、端面与轴心不垂直、端面不平、对接心径不匹配和熔接质量差等。
6．光纤损耗的分类：
光纤损耗大致可分为光纤具有的固有损耗以及光纤制成后由使用条件造成的附加损耗。固有损耗包括散射损耗、吸收损耗和因光纤结构不完善引起的损耗；附加损耗则包括微弯损耗、弯曲损耗和接续损耗。附加损耗是在光纤的铺设过程中人为造成的。在实际应用中，不可避免地要产生光纤连接损耗，光纤微小弯曲、挤压、拉伸受力也会引起损耗，究其主要原因是在这些条件下，光纤纤芯中的传输模式发生了变化，因此，附加损耗是可以尽量避免的。在固有损耗中，散射损耗和吸收损耗是由光纤材料本身的特性决定的，在不同的工作波长下引起的固有损耗也不同。材料的吸收损耗是由于制造光纤材料中的粒子吸收光能以后，产生
振动、发热，而将能量散失掉而产生的；散射损耗是由于光纤材料分子的“瑞利散射”而引起的光损耗，鉴于目前的光纤制造工艺水平，可以说瑞利散射损耗是无法避免的。
7．光纤接续衰减的产生
影响光纤接续损耗的因素较多，大体可分为光纤本征因素和非本征因素两类。光纤本征因素是指光纤自身因素，主要有：光纤模场直径不一致、两根光纤芯径失配、纤芯截面不圆、纤芯与包层同心度不佳等，其中光纤模场直径不一致影响最大。影响光纤接续损耗的非本征因素即接续技术。
(1)轴心错位：当错位1.2μm 时，接续损耗达0.5dB 。
(2)轴心倾斜：当光纤断面倾斜1°时，约产生0.6dB 的接续损耗，如果要求接续损耗≤0.1dB ，则单模光纤的倾角应为≤0.3° 。
(3)端面分离：活动连接器的连接不好或熔接机放电电压较低时，很容易产生端面分离，造成连接损耗较大。
(4)端面质量：光纤端面的平整度差时也会产生损耗，甚至气泡。
接续点附近光纤物理变形：光缆在架设过程中的拉伸变形，接续盒中夹固光缆压力太大等，都会对接续损耗有影响，甚至熔接几次都不能改善。
(5)其他因素的影响：接续人员操作水平、操作步骤、盘纤工艺水平、熔接机中电极清洁程度、熔接参数设置、工作环境清洁程度等均会影响到熔接损耗的值。
8．降低光纤接续损耗的措施
一条线路上尽量采用同一批次的优质裸纤，对于同一批次的光纤，其模场直径基本相同，光纤在某点断开后，两端间的模场直径可视为一致，因而在此断开点熔接可使模场直径对光纤熔接损耗的影响降到最低程度。光缆架设按要求进行。在光缆敷设施工中，严禁光缆打小圈及折、扭曲，牵引力不超过光缆允许的80 ％，瞬间最大牵引力不超过100 ％，牵引力应加在光缆的加强件上，避免光纤芯受损伤导致的接续损耗增大。接续光缆应在整洁的环境中进行，严禁在多尘及潮湿的环境中露天操作，光缆接续部位及工具、材料应保持清洁，不得让光纤接头受潮，准备切割的光纤必须清洁、不得有污物，切割后光纤不得在空气中暴露时间过长。选用精度高的光纤端面切割器来制备光纤端面，切割的光纤应为平整的镜面，无毛刺，无缺损，光纤端面的轴线倾角应小于1度。熔接机要正确使用，要根据光纤类型正确合理地设置熔接参数、预放电电流、时间及主放电电流、主放电时间等，特别是在放置与使用环境差别较大的地方，应根据当时的气压、温度、湿度等环境情况，重新设置熔接机的放电电压及放电位置以及使V 型槽驱动器复位等调整。
五、光纤通信体统的现状和发展趋势
（一）光纤通信系统的现状
1．波分复用技术
波分复用技术可以充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源。根据每一信道光波的频率(或波长)不同，将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器(合波器)，将不同规定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输。在接收端，再由一波分复用器(分波器)将这些不同波长承载不同信号的光载波分开。由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立(不考虑光纤非线性时)，从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。
2．光纤接入技术
光纤接入网是信息高速公路的“最后一公里” 。实现信息传输的高速化，满足大众的需求，不仅要有宽带的主干传输网络，用户接入部分更是关键，光纤接入网是高速信息流进千家万户的关键技术。在光纤宽带接入中，由于光纤到达位置的不同，有FTTB、FTTC、FTTCab 和FTTH 等不同的应用，统称FTTx。FTTH(光纤到户) 是光纤宽带接入的最终方式，它提供全光的接入，因此，可以充分利用光纤的宽带特性，为用户提供所需要的不受限制的带宽，充分满足宽带接入的需求。目前，国内的技术可以为用户提供FE 或GE 的带宽，对大中型企业用户来说，是比较理想的接入方式。
（二）光纤通信系统的发展趋势
对光纤通信而言，超高速度、超大容量和超长距离传输一直是人们追求的目标，而全光网络也是人们不懈追求的梦想。
1．光接入网通信技术。光接入网通信技术的更进一步发展现存技术上的接入网依旧是双绞线铜线的连接，仍然是原始的、落后的模拟系统，而网络中的光接入技术的应用使其成为了全数字化的，且高度集成的智能化网络。光接入网通信技术所要达到的主要目标有：最大程度的使维护费用得到降低，故障率得到明显下降；可以用于新设备的开发和新收入的不断增加；与本地网络相结合，达到减少节点数目和扩大覆盖面范围的目的；通过光网络的建立，为多媒体时代的到来做好准备；另外，可以最大化的利用光纤本身的一些优势特点。
2．光孤子。光孤子是一种特殊的PS 数量级的超短光脉冲，由于它在光纤的反常色散区，群速度色散和非线性效应相互平衡，因而经过光纤长距离传输后，波形和速度都保持不变。光孤子通信就是利用光孤子作为载体实现长距离无畸变的通信，在零误码的情况下信息传递可达万里之遥。光孤子技术未来的前景是：在传输速度方面采用超长距离的高速通信，时域
和频域的超短脉冲控制技术以及超短脉冲的产生和应用技术使现行速率10~20Gbit/s 提高到100Gbit/s 以上；在增大传输距离方面采用重定时、整形、再生技术和减少ASE，光学滤波使传输距离提高到100000km 以上；在高性能EDFA方面是获得低噪声高输出EDFA。当然实际的光孤子通信仍然存在许多技术难题，但目前已取得的突破性进展使人们相信，光孤子通信在超长距离、高速、大容量的全光通信中，尤其在海底光通信系统中，有着光明的发展前景。
3．全光网络。未来的高速通信网将是全光网，全光网是光纤通信技术发展的最高阶段，也是理想阶段。传统的光网络实现了节点间的全光化，但在网络结点处仍采用电器件，限制了目前通信网干线总容量的进一步提高，因此真正的全光网已成为一个非常重要的课题。全光网络以光节点代替电节点，节点之间也是全光化，信息始终以光的形式进行传输与交换，交换机对用户信息的处理不再按比特进行，而是根据其波长来决定路由。目前，全光网络的发展仍处于初期阶段，但它已显示出了良好的发展前景。从发展趋势上看，形成一个真正的、以WDM技术与光交换技术为主的光网络层，建立纯粹的全光网络，消除电光瓶颈已成为未来光通信发展的必然趋势，更是未来信息网络的核心，也是通信技术发展的最高级别，更是理想级别。
光纤通信技术现已作为一种重要的现代信息传输技术之一，在现在的信息社会背景下得到了普遍意义上的应用，在全球通信领域及相关行业在全球处于非常低迷的状态时，光纤通信技术仍得到了一些发展。依照我国现行的通信技术领域的发展模式，光纤通信技术的应用必会代替一切其他的信息传送方式，而成为未来通信领域发展的主流技术，带领人类进入全光时代!
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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：
外调制光纤通信系统设计
课程设计题目：外调制光纤通信系统设计 学院：信息科学与工程学院 年级专业：09级光电子1班 学号：xxxxxxxx 学生姓名：xxxxx 指导教师：xxx
一、设计要求 设计10Gpb速率的外调制光纤链路，保证链路能正常通信，误码率BER小于10-12，对应的品质因数Q大于7 二、设计技术参数 1）DFB-LD（SLM），光源中心波长λ0=1552.5nm（193.1Thz），谱线宽度Δλ=0.1 nm(12.5GHz) 2)光纤传输距离120km 3)光发射机发射光功率范围：10dBm～13dBm，可取10dBm 4)APD光接收机灵敏度范围：-25dBm～-9dBm ，可取-18dBm 5) G.652标准单模光纤，光纤的衰减系数α=0.2dB/km，色散系数D=17ps/nm/km 6) 色散补偿光纤衰减系数α=0.5dB/km, 色散系数D=-100ps/(nm.km) 7) 线路编码为NRZ 8) 连接器损耗α=1dB/个 二、设计要点 链路采用外调制的模式，系统通过电信号（NRZ码）控制光调制器产生光信号。产生的光信号通过光纤传输至信号接收端，经光电探测器转换为电信号，完成链路的传输。 衰减：在实际工作中，光纤有一个衰减系数，光信号会随着传输而衰减。为了使光信号传输到探测器时，信号的功率在光电探测器的灵敏度范围之内，链路设计放大模块将信号放大。 色散：不同频率的光波在光纤中传播的速度不同，频率较小的光传播速度快，频率较大的光传播速度慢。由于链路采用的光源激光器存在一定的带宽，因而光信号在传输过程中会产生色散，传输距离越长，色散现象越严重。针对色散问题，链路设计了色散补偿光纤来消除色散。 因此，设计链路所需要解决的主要问题是色散和衰减。通过改变色散光纤的长度和放大器的放大方法来消除传输中带来的色散问题和衰减问题。另外，在设计时，系统的噪声因素也应考虑在内。 三、链路设计 1.根据要求设计链路 通信链路由信号源、线路编码器、光源、连接器、光纤、必要补偿单元、连接器、光接收机组成。设计时，使用伪随机码发生器充当信号源，用连续波激光器和M-Z调制器组成外调制型光源，用1dB衰减器充当连接器，使用不同参数的光纤分别充当传输光纤和色散补偿光纤，使用7dB衰减器充当系统衰减富余量，使用眼图分析仪来观察链路传输的眼图、分析链路的误码率和品质因数。设计链路，初始时不添加色散光纤（色散光纤长度为0）和增益，检测系统的眼图和品质因数。如下图所示：
光纤通信系统与应用(胡庆)复习总结
红色：重点、绿色：了解 第1章 1、光纤通信的基本概念：以光波为载频，用光纤作为传输介质的通信方式。光纤通信工作波长在于近红外区：0.85～2.00μm的波长区，对应频率: 167～375THz。 对于SiO2光纤，在上述波长区内的三个低损耗窗口，是目前光纤通信的实用工作波长，即0.85μm、 1.31μm 1.55μm及 1.625μm 2、光纤通信系统的基本组成：P5 图1-3 目前采用比较多的系统形式是强度调制/直接检波（IM/DD）的光纤数字通信系统。该系统主要由光发送设备（光发射机）、光纤传输线路、光接收设备（光接收机）、光中继器以及各种耦合器件组成。 各部件功能： 电发射机：对来自信源的信号进行模/数转换和多路复用处理； 光发送设备：实现电/光转换； 光接收机：实现光/电转换； 光中继器：将经过光纤长距离衰减和畸变后的微弱光信号放大、整形、再生成具有一定强度的光信号，继续送向前方，以保证良好的通信质量。 3、光纤通信的特点：（可参照P1、2） 优点：（1），传输容量大。（2）传输损耗小，中继距离长。 （3）保密性能好：光波仅在光纤芯区传输，基本无泄露。 （4）抗电磁干扰能力强：光纤由电绝缘的石英材料制成，不受电磁场干扰。（5）体积小、重量轻。（6）原材料来源丰富、价格低廉。 缺点：1）弯曲半径不宜过小；2）不能远距离传输；3）传输过程易发生色散。 4、适用光纤：P11 G.652 和G.654：常规单模光纤，色散最小值在1310nm处，衰减最小值在1550nm 处。常见的结构有阶跃型和下凹型单模光纤。 G.653：色散位移光纤，色散最小值在1550nm处，衰减最小值在1550nm处。难 以克服FWM混频等非线性效应带来的影响。 G.655：非零色散光纤，色散在1310nm处较小，不为0；衰减最小值在1550nm 处。可以尽量克服FWM混频等非线性效应带来的影响。 补充：1、1966年7月，英籍华人（高锟）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。 2、数字光纤通信系统有准同步数字体系（PDH）和同步数字体系（SDH）两种传输体制。
光纤通信原理实验
光纤通信原理实验 一、实验目的： 1、了解光纤通信系统的工作原理； 2、了解光纤通信的基本特点； 3、通过波分复用解复用器件（WDM）实现双波长单纤单向音频视频通信传输； 二、光纤通信的发展过程： 到了20世纪中页，出身上海的英藉华人高锟（K.C.Kao）博士，通过在英国标准电信实验室所作的大量研究的基础上，对光波通信作出了一个大胆的设想。他认为，既然电可以沿着金属导线传输，光也应该可以沿着导光的玻璃纤维传输。并大胆地预言，只要能设法降低玻璃纤维的杂质，就有可能使光纤的损耗从每公里1000分贝降低到20分贝／公里，从而有可能用于通信。从此揭开了光纤通信的帷幕。光纤通信的发展过程如表1所示。 三、光纤通信优点： 1．光波频率很高，光纤传输的频带很宽，故传输容量很大，理论上可通上亿门话路或上万套电视，可进行图像、数据、传真、控制等多种业务；目前的通信材料主要电缆、波导管、微波和光缆，电缆、波导管、微波和光缆通信容量的对比如表2所示。可以看出光缆的通信容量远远大于其它的通信材料。 表2电缆、波导管、微波和光缆通信容量的对比
2．不受电磁干扰，保密性好；损耗小，中继距离远。光纤是由非金属的石英介质材料构成的，它是绝缘体，不怕雷电和高压，不受电磁干扰，甚至包括太阳风暴也影响不到光纤通信，2000年6月8日的太阳风暴，差点使俄罗斯的一颗导航卫星失去方向。太阳风暴还会造成人造卫星的短路，许多靠卫星传播的通信业务可能因此停顿。1998 年5月，美国银河4号卫星因受太阳风暴影响而失灵，造成北美地区80%的寻呼机无法使用，金融服务陷入脱机状态，信用卡交易也中断了，有试验表明，在核爆炸发生时，地球上所有的电通信将中断，而唯有光通信几乎不受影响；光纤中传输的是频率很高的光波，而各种干扰的频率一般都比较低，所以它不能干扰频率比它高的多的光波。打个比方说，光纤中的光波好比是在万丈高空飞行的飞机，任凭地上行驶的火车、汽车如何得多，也不会影响到它的飞行。 3．光纤材料来源丰富，可节约大量有色金属(如铜、铝)，且直径小、重量轻。相同话路的光缆要比电缆轻90%～95%(光缆重量仅为电缆重量的十分之一到二十分之一)，而直径不到电缆的五分之一。通21000话路的900对双绞线，其直径为3英寸，重量为8 吨/公里；通讯量为其十倍的光缆，直径仅0.5英寸，重量仅450磅/公里。 4．耐高温、高压、抗腐蚀，工作可靠等等优点就不一一罗列了。 四、光纤通信的原理： 光纤通信系统的工作原理如图1所示： 图1 光纤通信系统的工作原理
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
(通信企业管理)第章_光纤通信系统的设计精编
（通信企业管理）第章_光纤通信系统的设计
第7章光纤通信系统 于前面几章中，我们已经学习了光纤通信系统中基本元器件的功能，从光源、光检测器、光放大器等有源器件到连接器、隔离器等无源器件。于这章里我们将讨论如何将这些器件通过光纤组合形成具有完整通信功能的系统。光纤通信系统就其拓扑而言是多种多样的，有星形结构、环形结构、总线结构和树形结构等，其中最简单是点到点传输结构。从应用的技术来见，分光同步传输网、光纤用户网、复用技术、高速光纤通信系统、光孤子通信和光纤通信于计算机网络中的应用等等。从其地位来分，又有骨干网、城域网、局域网等。不同的应用环境和传输体系，对光纤通信系统设计的要求是不壹样的，这里我们只研究简单系统的设计，即点到点传输的光纤通信系统。内容包括设计原则、数字和模拟通信系统的设计，最后给出了设计实例，以期读者对光纤通信方面的知识有壹全面了解。 6.1设计原则 6.1.1工程设计和系统设计 光纤通信系统的设计包括俩方面的内容：工程设计和系统设计。 工程设计的主要任务是工程建设中的详细经费概预算，设备、线路的具体工程安装细节。主要内容包括对近期及远期通信业务量的预测；光缆线路路由的选择及确定；光缆线路敷设方式的选择；光缆接续及接头保护措施；光缆线路的防护要求；中继站站址的选择以及建筑方式；光缆线路施工中的注意事项。设计过程大致可分为：项目的提出和可行性研究；设计任务书的下达；工程技术人员的现场勘察；初步设计；施工图设计；设计文件的会审；对施工现场的技术指导及对客户的回访等。 系统设计的任务遵循建议规范，采用较为先进成熟的技术，综合考虑系统经济成本，合理选用器件和设备，明确系统的全部技术参数，完成实用系统的合成。 6.1.2系统设计的内容 光纤通信系统的设计涉及到许多相互关联的变量，如光纤、光源和光检测器的工作特性、
光纤通信系统第三版-沈建华-机械工业出版社
光纤通信系统第三版-沈建华-机械工业出版社
《光纤通信》作业（2016.1.30） 1.1 光纤通信有哪些特点？ 1、光纤通信的优点： （1）传输容量大。（2）传输损耗小，中继距离长。（3）信号泄漏小，保密性好。（4）节省有色金属。（5）抗电磁干扰性能好。（6）重量轻，可挠性好，敷设方便。 2、光纤通信的缺点： （1）抗拉强度低。（2）连接困难。（3）怕水。 1.2 简述光纤通信系统的主要组成部分。 光纤通信系统的主要组成部分为：（1）光纤光缆、（2）光源（光发送机）、（3）光检测器（光接收机）、（4）无源器件、（5）光放大器（光中继器）。 1.4为什么使用石英光纤的光纤通信系统中，工作波长只能选择850nm、1310nm、1550nm三种？ 由于目前使用的光纤均为石英光纤，而石英光纤的损耗——波长特性中有三个低损耗的波长区，即波长为850nm、1310nm、1550nm三个低损耗区。为此，光纤通信系统的工作
波长只能是选择在这三个波长窗口。 2.1 光纤传输信号产生能量衰减的原因是什么？光纤的损耗系数对通信有什么影响？ 1、光纤产生能量衰减的原因包括：（1）吸收、（2）散射和（3）辐射。 2、光纤的损耗系数会导致信号功率损失，造成信号接收困难。 2.2 在一个光纤通信系统中，光源波长为1550nm，光波经过5km长的光纤线路传输后，其光功率下降了25%，则该光纤的损耗系数为多少？
2.3 光脉冲在光纤中传输时，为什么会产生瑞利散射？瑞利散射损耗的大小与什么有关？ 瑞利散射是由于光纤内部的密度不远匀引起的，从而使折射率沿纵向产生不均匀，其不均匀点的尺寸比光波波长还要小。光在光纤中传输时，遇到这些比波长小，带有随机起伏的不均匀物质时，改变了传输方向，产生了散射。 2、瑞利散射损耗的大小与成正比。 2.4 光纤中产生色散的原因是什么？色散对通信有什么影响？ 1、光纤的色散是由于光纤中所传输的光信号不同的频率成分和不同模式成分的群速度不同而引起的传输信号畸变的一种物理现象。 2、色散会导致传输光脉冲的展宽，继而引起码间干扰，增加误码。对于高速率长距离光纤通信系统而言，色散是限制系统性能的主要因素之一。 2.5 光纤中色散有几种？单模传输光纤中主要是什么色散？多模传输光纤中主要存在什么色散？
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
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。
光纤通信系统设计实例
光纤通信系统设计 1 概述 图 1.1 标准光纤通信系统架构 2 模拟系统设计 光纤系统中，各组件的累加损耗应足够低以符合探测器的阈值要求。模拟系统中，充足的功率意味着高SNR，另外，组件的组合应该提供足够的带宽以通过较高的调制频率，因此，应对单个器件的损耗和带宽进行分析，并计算整个系统的功率分配和带宽预算。 2.1 系统规格 2.1.1 初始方案 以设计简单的点对点视频系统为例，电视广播信号的带宽为6MHz，要求SNR为50dB。 表2.1 系统方案一：窄带宽和低功率 Carrier Source LED0.8-0.9um Information Channel MMF (SI or GRIN) Detector PIN-PD 表2.2 系统方案二：高带宽和高功率 Carrier Source LD 1.3um Information Channel SMF Detector APD 2.1.2 负载电阻计算 已知PIN-PD的电容和传输带宽，根据方程 求得负载电阻
取近似值，计算得为6.24MHz。 2.2 功率预算 2.2.1 平均光功率计算 标准的SNR方程是 由于使用PIN-PD作为光电探测器，假设系统是热噪声限系统，调制系数m为100%，SNR方程简化为 由于放大器噪声的存在，将实际温度T替换为等效噪声温度，假设环境温度T为300K，放大器噪声系数F为2，则，又已知PD响应率为，计算平均光功率P为 取P近似值为。 2.2.2 平均光电流计算 根据平均光功率P为，计算得PIN-PD的平均光电流，远大于暗电流（几个纳安），因此系统中暗电流的影响可以忽略，计算热噪声电流均方值 散粒噪声电流均方值 可以得到，热噪声功率是散粒噪声功率的近7倍，符合最开始采用热噪声限模型的假设。 预测平均光电流为时，并没有驱动探测器进入非线性区，最大饱和电流等于偏置电压与负载电阻的比值，使用5V偏压时，最大允许电流为（或），远远大于，系统不存在饱和问题。 2.2.3 详细方案 光源SE LED SI MMF
光纤通信系统的原理与分析
光纤通信论文 光纤通信论文 光纤通信系统工程设计 摘要 根据课堂所学内容的原理，这次我们设计的任务是34MB/S光纤通信系统工程,具体设计是从实训楼D339到数学A楼弱电间之间开通一套34MB光纤系统。 要求设计当中要选择合适的路线，并计算总长度以及光纤的长度、光纤的使用芯数，而且要选择合适的光纤、光缆和光端机。并写出具体的实施及方案、工程造价、光通路保护、光端机安装后的系统调测，并说明如何对工程施工质量进行控制。 目录 前言 (1) 第1章概论 (2) 1.1 光纤通信发展的历史 (2) 1.2光纤通信发展的现状 (2) 1.3光纤通信的发展趁势 (3) 第2章光通信系统 (5) 2.1 光纤的介绍 (5) 2.1.1光纤概念 (5) 2.1.2光纤传输原理分析 (5) 2.1.3光纤的传输特性 (5)
2.1.4光纤的型号介绍 (7) 2.2光缆的介绍 (8) 2.2.1光缆历史 (8) 2.2.2光缆的种类 (8) 2.2.3光缆网是信息高速路的基石 (9) 2.3光端机的介绍 (9) 2.3.1模拟光端机 (10) 2.3.2数字光端机 (10) 2.4光纤通信的介绍 (11) 2.5光纤通信技术与产业发展中几个值得思考的问题 (11) 2.5.1积极创新开发具有自主知识产权的新技术 (12) 2.5.2开发具有先进技术水平、与使用环境、施工技术相配套的新产品 (12) 第3章材料选择 (13) 3.1距离测量 (13) 3.2光纤、光缆选择 (13) 3.3光端机选择 (14) 第4章具体的实施及方案 (17) 4.1光缆线路的施工程序 (17) 4.2光缆的直埋敷设 (18) 4.3 用光纤将发送与接收连接 (18) 第5章光通路保护 (19) 第6章光端机安装后的系统调测 (21) 6.1光发送机参数测试 (21)
OptiSystem仿真实例
OptiSystem 仿真实例 目录 1光发送机（Optical Transmitters）设计 1.1光发送机简介 1.2光发送机设计模型案例：铌酸锂（LiNbO3）型Mach-Zehnder调制器的啁啾（Chirp） 分析 2光接收机（Optical Receivers）设计 2.1光接收机简介 2.2光接收机设计模型案例：PIN光电二极管的噪声分析 3光纤（Optical Fiber）系统设计 3.1光纤简介 3.2光纤设计模型案例：自相位调制（SPM）导致脉冲展宽分析 4光放大器（Optical Amplifiers）设计 4.1光放大器简介 4.2光放大器设计模型案例：EDFA的增益优化 5光波分复用系统（WDM Systems）设计 5.1光波分复用系统简介 5.2光波分复用系统使用OptiSystem设计模型案例：阵列波导光栅波分复用器（AWG ） 的设计分析 6光波系统（Lightwave Systems）设计 6.1 光波系统简介 6.2 光波系统使用OptiSystem设计模型案例：40G单模光纤的单信道传输系统设计 7色散补偿（Dispersion Compensation）设计 8.1 色散简介 8.2 色散补偿模型设计案例：使用理想色散补偿元件的色散补偿分析 8孤子和孤子系统（Soliton Systems） 9.1 孤子和孤子系统简介 9.2 孤子系统模型设计案例： 9结语
1 光发送机（Optical Transmitters ）设计 1.1 光发送机简介 一个基本的光通讯系统主要由三个部分构成，如下图1.1所示： 作为一个完整的光通讯系统，光发送机是它的一个重要组成部分，它的作用是将电信号转变为光信号，并有效地把光信号送入传输光纤。光发送机的核心是光源及其驱动电路。现在广泛应用的有两种半导体光源：发光二级管（LED ）和激光二级管（LD ）。其中LED 输出的是非相干光，频谱宽，入纤功率小，调制速率低；而LD 是相干光输出，频谱窄，入纤功率大、调制速率高。前者适宜于短距离低速系统，后者适宜于长距离高速系统。 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，可划分为光源的内调制和光源的外调制。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为一个基本的外调制激光发射机结构：在该结构中，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 图1.1 光通讯系统的基本构成 1）光发送机 2） 传输信道 3）光接收机 图2 外调制激光发射机
光纤通信系统第三版~沈建华~机械工业出版社
《光纤通信》作业（2016.1.30） 1.1 光纤通信有哪些特点？ 1、光纤通信的优点： （1）传输容量大。（2）传输损耗小，中继距离长。（3）信号泄漏小，性好。（4）节省有色金属。（5）抗电磁干扰性能好。（6）重量轻，可挠性好，敷设方便。 2、光纤通信的缺点： （1）抗拉强度低。（2）连接困难。（3）怕水。 1.2 简述光纤通信系统的主要组成部分。 光纤通信系统的主要组成部分为：（1）光纤光缆、（2）光源（光发送机）、（3）光检测器（光接收机）、（4）无源器件、（5）光放大器（光中继器）。 1.4为什么使用石英光纤的光纤通信系统中，工作波长只能选择850nm、1310nm、1550nm三种？ 由于目前使用的光纤均为石英光纤，而石英光纤的损耗——波长特性中有三个低损耗的波长区，即波长为850nm、1310nm、1550nm三个低损耗区。为此，光纤通信系统的工作波长只能是选择在这三个波长窗口。
2.1 光纤传输信号产生能量衰减的原因是什么？光纤的损耗系数对通信有什么影响？ 1、光纤产生能量衰减的原因包括：（1）吸收、（2）散射和（3）辐射。 2、光纤的损耗系数会导致信号功率损失，造成信号接收困难。 2.2 在一个光纤通信系统中，光源波长为1550nm，光波经过5km长的光纤线路传输后，其光功率下降了25%，则该光纤的损耗系数为多少？ 2.3 光脉冲在光纤中传输时，为什么会产生瑞利散射？瑞利散射损耗的大小与什么有关？ 瑞利散射是由于光纤部的密度不远匀引起的，从而使折射率沿纵向产生不均匀，其不均匀点的尺寸比光波波长还要小。光在光纤中传输时，遇到这些比波长小，带有随机起伏的不均匀物质时，改变了传输方向，产生了散射。 2、瑞利散射损耗的大小与成正比。
第6章 光纤通信系统的设计
第6章光纤通信系统的设计 在前面几章中，我们已经学习了光纤通信系统中基本元器件的功能，从光源、光检测器、光放大器等有源器件到连接器、隔离器等无源器件。在这章里我们将讨论如何将这些器件通过光纤组合形成具有完整通信功能的系统。光纤通信系统就其拓扑而言是多种多样的，有星形结构、环形结构、总线结构和树形结构等，其中最简单是点到点传输结构。从应用的技术来看，分光同步传输网、光纤用户网、复用技术、高速光纤通信系统、光孤子通信和光纤通信在计算机网络中的应用等等。从其地位来分，又有骨干网、城域网、局域网等。不同的应用环境和传输体系，对光纤通信系统设计的要求是不一样的，这里我们只研究简单系统的设计，即点到点传输的光纤通信系统。内容包括设计原则、数字和模拟通信系统的设计，最后给出了设计实例，以期读者对光纤通信方面的知识有一全面了解。 6.1 设计原则 6.1.1 工程设计与系统设计 光纤通信系统的设计包括两方面的内容：工程设计和系统设计。 工程设计的主要任务是工程建设中的详细经费概预算，设备、线路的具体工程安装细节。主要内容包括对近期及远期通信业务量的预测；光缆线路路由的选择及确定；光缆线路敷设方式的选择；光缆接续及接头保护措施；光缆线路的防护要求；中继站站址的选择以及建筑方式；光缆线路施工中的注意事项。设计过程大致可分为：项目的提出和可行性研究；设计任务书的下达；工程技术人员的现场勘察；初步设计；施工图设计；设计文件的会审；对施工现场的技术指导及对客户的回访等。 系统设计的任务遵循建议规范，采用较为先进成熟的技术，综合考虑系统经济成本，合理选用器件和设备，明确系统的全部技术参数，完成实用系统的合成。 6.1.2系统设计的内容 光纤通信系统的设计涉及到许多相互关联的变量，如光纤、光源和光检测器的工作特性、系统结构和传输体制等。 例如，目前在骨干网和城域网中普遍选择同步数字序列SDH(Synchronous Digital Hierarchy)作为系统制式，在设计SDH体制的光纤通信系统时，首先要掌握其标准和规范，SDH的传输速率分为STM-1(155.52Mb/s)、STM-4(622.08Mb/s)、STM-16(2.5Gb/s)和STM-64(10Gb/s)等四个级别。ITU-T对每个级别（STM-64正在研究中）所使用的工作波长范围、光纤通道特性、光发射机和接收机的特性都作了规定，并对其应用给出了分类代码，表6.1给出了STM-1标准光接口的主要指标，其中应用分类代码中的符号I表示距离不超过2km的局内应用，S表示距离在15km的局间短距离应用，L表示距离在40～80km的局间长距离应用，符号后的数字表示STM的速率等级和工作波长（1310nm）。 又例，对于局域网(LAN)的设计，IEEE、TIA/EIA等组织也有相关的标准，见表6.2，对数据速率、波长作了规定。表6.3表示了波长范围以及相应技术的要求。对于数据速率为10Mbit/s或100Mbit/s的LAN系统，其光缆的长度可以查阅IEEE802.3u和TIA/EIA568A标准。表6.4为其建议的最大光缆长度。 虽然光纤通信系统的形式多样，但在设计时，不管是否有有成熟的标准可循，以下几点是必须考虑的：①传输距离。②数据速率或信道带宽。③误码率（数字系统）或载噪比和非线性失真（模拟系统）。在作过相关的分析后，我们要决定：是采用多模光纤还是单模光纤，并涉及到纤芯尺寸、折射率剖面、带宽或色散、损耗、数值孔径或模场直径等参数的选取；是采用LED还是LD光源，涉及到波长、谱线宽度、输出功率、有效辐射区、发射方向图、发射模式数量等指标的确定；是采用PIN还是APD接收器，它涉及到响应度、工作波长、
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< 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，光纤通信原理光纤传输原理图
光纤通信技术介绍