光纤通信Fiber-opticcommunications

1、Fiber-optic communications光纤通信山东大学信息学院 李显业Fiber-optic communications光纤通信山东大学信息学院 李显业光纤通信Fiber-opticcommunications2基本器件光 调 制3复用技术4光纤耦合5概 述11.1 早期的光通信烽火台烽火台贝尔光电话贝尔光电话光可以传递信息。大气传输，传输距离短，天气影响严重。光可以传递信息。大气传输，传输距离短，天气影响严重。光波导？光波导？透镜波导透镜波导 内窥镜内窥镜光纤通信Fiber-opticcommunications2基本器件光 调 制3复用技术4光纤耦合5概 述11.2 光纤通

2、信高锟研究了石英玻璃光纤中的严重损耗问题高锟研究了石英玻璃光纤中的严重损耗问题石英光纤中石英光纤中的主要损耗的主要损耗吸收损耗吸收损耗散射损耗散射损耗弯曲损耗弯曲损耗本征吸收本征吸收杂质吸收杂质吸收原子缺陷吸收原子缺陷吸收紫外吸收紫外吸收 红外吸收红外吸收 过渡金属离子吸收过渡金属离子吸收瑞丽散射损耗瑞丽散射损耗光纤结构不完整引起散射损耗光纤结构不完整引起散射损耗弯曲损耗弯曲损耗微弯损耗微弯损耗光纤通信Fiber-opticcommunications2基本器件光 调 制3复用技术4光纤耦合5概 述11.2 光纤通信波长波长(nm)损耗损耗系数系数(db/km)第第一一传传输输窗窗口口第第二二

3、传传输输窗窗口口第第三三传传输输窗窗口口随着光纤高损耗问题的解决，激光器的发展，以及光纤通讯表现出的信随着光纤高损耗问题的解决，激光器的发展，以及光纤通讯表现出的信息容量大、抗干扰能力强、保密性好、等优点，逐渐进入实际应用。息容量大、抗干扰能力强、保密性好、等优点，逐渐进入实际应用。光纤通信Fiber-opticcommunications光 调 制3复用技术4光纤耦合52.1 光纤通信系统的组成2基本组成概 述1点火点火大气大气传播传播人眼人眼光发送机光发送机光纤传递光纤传递光接受机光接受机光发光发送机送机中继中继器器光接光接受机受机光纤通信Fiber-opticcommunications

4、光 调 制3复用技术4光纤耦合5 2.2 光纤2基本器件技术发展1纤芯纤芯包层包层涂覆层涂覆层光纤的主要组成：光纤的主要组成：纤芯：高度透明的材料，光在里边传输。纤芯：高度透明的材料，光在里边传输。包层：折射率相对纤芯较小，使光线被束缚在纤芯里。包层：折射率相对纤芯较小，使光线被束缚在纤芯里。涂覆层：用来保护光纤不受水汽侵蚀，机械磨损，增强涂覆层：用来保护光纤不受水汽侵蚀，机械磨损，增强光纤柔韧性。光纤柔韧性。光纤通信Fiber-opticcommunications光 调 制3复用技术4光纤耦合52.2 光纤2基本器件技术发展1光纤的光纤的分类分类：阶跃型光纤阶跃型光纤1，按纤芯截面折射率分

5、：，按纤芯截面折射率分：渐变型光纤渐变型光纤nR2，按传输模式的数量分：，按传输模式的数量分：多模型光纤多模型光纤单模型光纤单模型光纤3，其他分类方法。，其他分类方法。 按工作波长分按工作波长分 按套塑类型分等按套塑类型分等光纤通信Fiber-opticcommunications光 调 制3复用技术4光纤耦合52.2 光纤2基本器件技术发展1阶跃型多模光纤：阶跃型多模光纤：相对折射率差相对折射率差 ：用来描述折射率相对变化：用来描述折射率相对变化数值孔径数值孔径NA ：用来描述光纤集光能力的大小：用来描述光纤集光能力的大小归一化频率归一化频率V ：用来描述光纤中传播模式：用来描述光纤中传播模

6、式多模光纤中有不同模式的存在，具有不同的群速度。多模光纤中有不同模式的存在，具有不同的群速度。把由不同速度造成的时延叫做光纤的响应时间把由不同速度造成的时延叫做光纤的响应时间这个现象叫做光纤的模式色散这个现象叫做光纤的模式色散光纤通信Fiber-opticcommunications光 调 制3复用技术4光纤耦合52.2 光纤2基本器件技术发展1渐变型多模光纤：渐变型多模光纤：相对折射率差相对折射率差 ：用来描述折射率相对变化：用来描述折射率相对变化数值孔径数值孔径NA ：用来描述光纤集光能力的大小：用来描述光纤集光能力的大小归一化频率归一化频率V：用来描述光纤中传播模式：用来描述光纤中传播模

7、式多模光纤中有不同模式的存在，具有不同的群速度。多模光纤中有不同模式的存在，具有不同的群速度。把由不同速度造成的时延叫做光纤的响应时间把由不同速度造成的时延叫做光纤的响应时间光纤通信Fiber-opticcommunications光 调 制3复用技术4光纤耦合52.2 光纤2基本器件技术发展1阶跃型阶跃型单单模光纤：模光纤：相对折射率差相对折射率差 ：用来描述折射率相对变化：用来描述折射率相对变化数值孔径数值孔径NA ：用来描述光纤集光能力的大小：用来描述光纤集光能力的大小响应时间：主要由光源线宽引起响应时间：主要由光源线宽引起归一化频率归一化频率V ：用来描述光纤中传播模式：用来描述光纤中

8、传播模式光纤通信Fiber-opticcommunications光 调 制3复用技术4光纤耦合52.2 光纤2基本器件技术发展1光纤通信Fiber-opticcommunications光 调 制3复用技术4光纤耦合52.2 光纤2基本器件技术发展1光纤通信Fiber-opticcommunications光 调 制3复用技术4光纤耦合52.2 光纤2基本器件技术发展1传递函数传递函数 响应时间与带宽：响应时间与带宽：脉冲响应函数脉冲响应函数衰减函数衰减函数光纤通信Fiber-opticcommunications光 调 制3复用技术4光纤耦合52.2 光纤2基本器件技术发展1传递函数传递函

9、数 响应时间与带宽：响应时间与带宽：光纤通信Fiber-opticcommunications光 调 制3复用技术4光纤耦合52.3 中继器2基本器件技术发展1光纤拉曼放大器（全波段）光纤拉曼放大器（全波段）优点：高增益，低噪声，稳定性高，耦合效率高。优点：高增益，低噪声，稳定性高，耦合效率高。缺点：放大波长范围有限。缺点：放大波长范围有限。掺铒光纤放大器（掺铒光纤放大器（1520nm-1600nm1520nm-1600nm）优点：噪声系数低，全波段放大，增益谱宽，作用时间短（飞秒）。优点：噪声系数低，全波段放大，增益谱宽，作用时间短（飞秒）。缺点：泵浦光源功率高，对偏振敏感等。缺点：泵浦光源

10、功率高，对偏振敏感等。优点：可以对信号滤波，整型等处理。优点：可以对信号滤波，整型等处理。电中继电中继 光光电电光光缺点：速度慢缺点：速度慢光中继光中继 光光光光光纤通信Fiber-opticcommunications光 调 制3复用技术4光纤耦合52.4 光源2基本器件技术发展1光纤通信中光源满足的要求：光纤通信中光源满足的要求：1，高功率。，高功率。2，能够高速调制。，能够高速调制。3，线宽比较小。，线宽比较小。4，低噪声。，低噪声。5，稳定性等。，稳定性等。主要主要的光源为发光二极管（的光源为发光二极管（LED）和激光二极管（）和激光二极管（LD）。）。发光二极管发光二极管：优点：寿命

11、长，成本相对低。优点：寿命长，成本相对低。 缺点：调制速率低，线宽较大。缺点：调制速率低，线宽较大。激光二极管：激光二极管：优点：高速度，窄线宽。优点：高速度，窄线宽。 缺点：对温度敏感。缺点：对温度敏感。光纤通信Fiber-opticcommunications光 调 制3复用技术4光纤耦合52.5 光电探测器2基本器件技术发展1PINPIN光电二级管：主要用于短距离小容量的光纤通信系统。光电二级管：主要用于短距离小容量的光纤通信系统。雪崩光电二级管：主要用于长距离大容量的光纤通信系统。雪崩光电二级管：主要用于长距离大容量的光纤通信系统。光纤通信Fiber-opticcommunicatio

12、ns复用技术4光纤耦合53.1 调制变量2基本器件技术发展1光 调 制3场调制：场调制： 由电磁波，微波通讯发展而来。分为振幅调制（AM），相位调制（PM），频率调制（FM）。 相对困难： 1：光源要求性高。需要一个具有稳定的振幅，相位或者频率并且能够自由变化调制的具有高度相干性的光源。 2：直接调制通常比较困难，需要额外的电光调制器。 3：检测器件要求高。(外差检测系统)强度调制：强度调制： 对光强的调制，可由变化的电流对光强调制。 可直接检测（direct detection receiver）光纤通信Fiber-opticcommunications复用技术4光纤耦合53.2 调制方式2

13、基本器件技术发展1光 调 制3编码方式：脉冲编码调制编码方式：脉冲编码调制(Pulse Code Modulation, PCM)1，开关键控调制，开关键控调制(On-off Keying, OOK)2，频移键控调制，频移键控调制(Frequency shift keying, FSK)3，相移键控调制，相移键控调制(Phase shift keying, PSK)4，ASK, SC, .调制方式：调制方式：光纤通信Fiber-opticcommunications光纤耦合54.1 时分复用2基本器件技术发展1光 调 制3复用技术4通过光开关把多路信号在时域里复用到一路光上面。通过光开关把多路

14、信号在时域里复用到一路光上面。t1 1t2 2t3 3t4 4111111000000TDM比特交错时分复用分组交错时分复用光纤通信Fiber-opticcommunications光纤耦合54.2 频/波分复用2基本器件技术发展1光 调 制3复用技术4 在一根光纤中同时传输多个频率的光信号的复用方式叫做频分复用（FDM）。当光信号之间的频率间隔大于100GHZ时，通常叫做波分复用（WDM）我们接触到的复用技术LTE-A 载波聚合双百兆，双4G！光纤通信Fiber-opticcommunications光纤耦合54.2 频/波分复用2基本器件技术发展1光 调 制3复用技术4光纤通信Fiber-opticcommunications5. 光纤耦合器2基本器件技术发展1光 调 制3复用技术4光纤耦合5将光信号进行分路，合路，插入，分配的一种器件。将光信号进行分路，合路，插入，分配的一种器件。分类：分类： 从功率上：波长分配耦合器，光功率分配器。从功率上：波长分配耦合器，光功率分配器。 从端口形式上：从端口形式上：T型，型，X型，星型，树形耦合器。型，星型，树形耦合器。 从传导模式上：单模耦合器，多模耦合器。从传导模式上：单模耦合器，多模耦合器。主要原理：主