光纤通信系统课件

1、光纤通信的概念1、光通信

光通信是利用光波来传送信息的。2、光纤通信光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式。1、光纤通信的概念1、光通信2、光纤通信1光通信光纤通信人们通常把应用石英光纤的有线光通信简称为光纤通信（opticalfibercommunication）≠光通信光纤通信人们通常把应用石英光纤的有线光通信简称为光纤通2电磁频谱：电磁波的波长范围发送信号的频率越高（波长越短），可载送的信息量就越多光波是电磁波，光波范围包括红外线、可见光、紫外线，其波长范围为：300μm～6×10−3μm。电磁频谱：电磁波的波长范围发送信号的频率越高（波长越短），光3光纤通信的光波波谱光纤通信的波谱在1.67×1014Hz～3.75×1014Hz之间，即波长在0.8μm～1.8μm之间，属于红外波段，将0.8μm～0.9μm称为短波长，1.0μm～1.8μm称为长波长，2.0μm以上称为超长波长。

表1-1 各种单位的换算公式c＝3×108m/s1MHz（兆赫）＝106Hzλ＝c/f1GHz（吉赫）＝109Hz1μm（微米）＝10-6m1THz（太赫）＝1012Hz1nm（纳米）＝10−9m1PHz（拍赫）＝1015Hz1Å（埃）＝10−10m光纤通信的光波波谱c＝3×108m/s1MHz（兆赫）＝104光电话机红宝石激光器光导纤维2、光纤通信的发展历程光电话机红宝石激光器光导纤维2、光纤通信的发展历程5

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1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载波传送话音的“光电话”。•1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载6

这种光电话利用太阳光或弧光灯作光源，通过透镜把光束聚焦在送话器前的振动镜片上，使光强度随话音的变化而变化，实现话音对光强度的调制。这种光电话利用太阳光或弧光灯作光源，通过透镜把光束聚7

在接收端，用抛物面反射镜把从大气传来的光束反射到硅光电池上，使光信号变换为电流，传送到受话器。在接收端，用抛物面反射镜把从大气传来的光束反射到硅光8

由于当时没有理想的光源和传输介质，这种光电话的传输距离很短，并没有实际应用价值，因而进展很慢。然而，光电话仍是一项伟大的发明，它证明了用光波作为载波传送信息的可行性。因此，可以说贝尔光电话是现代光通信的雏型。由于当时没有理想的光源和传输介质，这种光电话的传输9

激光具有波谱宽度窄，方向性极好，亮度极高的良好特性。激光是一种高度相干光，它的特性和无线电波相似，是一种理想的光载波。•

1960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红宝石激光器，给光通信带来了新的希望。

激光器的发明和应用，使沉睡了80年的光通信进入一个崭新的阶段。红宝石激光器激光具有波谱宽度窄，方向性极好，亮度极高的良好特性。10

实验证明：用承载信息的光波，通过大气的传播，实现点对点的通信是可行的，但是通信能力和质量受气候影响十分严重。大气光通信激光器一问世，人们就模拟无线电通信进行了大气激光通信的研究。实验证明：用承载信息的光波，通过大气的传播，11

由于雨、雾、雪和大气灰尘的吸收和散射，光波能量衰减很大。例如，雨能造成30dB/km的衰减，浓雾衰减高达120dB/km。另一方面，大气的密度和温度不均匀，造成折射率的变化，使光束位置发生偏移。因而通信的距离和稳定性都受到极大的限制。

由于没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质，对光通信的研究曾一度走入了低潮。由于雨、雾、雪和大气灰尘的吸收和散射，光波能量衰减很121966年，英籍华裔学者高锟和霍克哈姆发表了关于传输介质新概念的论文《用于光频的光纤表面波导》,

指出了利用光纤(OpticalFiber)进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信——光纤通信的基础。光导纤维1966年，英籍华裔学者高锟和霍克哈姆发表了关于传输介质13高锟(K.C.Kao)博士深入研究了光在石英玻璃纤维中的严重损耗问题，发现这种玻璃纤维引起光损耗的主要原因是其中含有过量的铬、铜、铁与锰等金属离子和其他杂质，其次是拉制光纤时工艺技术造成了芯、包层分界面不均匀及其所引起的折射率不均匀，他还发现一些玻璃纤维在红外光区的损耗较小。光纤之父：英籍华人高锟(K.C.Kao)博士工作地点：英国标准电信研究所高锟(K.C.Kao)博士深入研究了光在石英玻璃纤维中的严重14光纤通信发明家高锟(左)

1998年在英国接受IEE

授予的奖章光纤通信发明家高锟(左)

1998年在英国接受IEE授予15•

1970年，美国康宁(Corning)公司研制成功损耗20dB/km

的石英光纤。把光纤通信的研究开发推向一个新阶段。

1970年，光纤研制取得了重大突破•1970年，美国康宁(Corning)公司研制成功损16

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1972年，康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到4dB/km。

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1973年，美国贝尔(Bell)实验室的光纤损耗降低到

2.5dB/km。

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1976年，日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗降低到0.47dB/km

。

•1972年，康宁公司高纯石英多模光纤损17•

在以后的10年中，波长为1.55μm

的光纤损耗：

1979年是0.20dB/km；

1984年是0.157dB/km；

1986年是0.154dB/km，接近了光纤最低损耗的理论极限。•在以后的10年中，波长为1.55μm的光纤损耗181、频带很宽，传输容量很大光纤的容量大——“超高速公路”

马路越宽，容许通过的车辆越多，交通运输能力也越大。如果把通信线路比作马路，那么应该说是通信线路的频带越宽，容许传输的信息越多，通信容量就越大。3、光纤通信的特点与应用1、频带很宽，传输容量很大光纤的容量大——“超高速公路”马路19光纤通信与电缆或微波通信传输能力的比较

通信手段传输容量(话路)/条中继距离/km1000km内中继器个数微波无线电9605020小同轴9604250中同轴180061600光缆19203033光缆14000(1Gb/s)8411光缆6000(445MB/S)1347光纤通信与电缆或微波通信传输能力的比较通信手段传输容量(202.损耗很小，中继距离很长且误码率很小。

目前，实用的光纤通信系统使用的光纤多为石英光纤，此类光纤在1.55μm波长区的损耗可低到0.18dB/km，比已知的其他通信线路的损耗都低得多，因此，由其组成的光纤通信系统的中继距离也较其它介质构成的系统长得多。例如，同轴电缆通信的中继距离只有几千米，最长的微波通信是50千米左右，而光纤通信系统的最长中继距离已达300千米。2.损耗很小，中继距离很长且误码率很小。 213.重量轻、体积小

光纤重量很轻，直径很小。即使做成光缆，在芯数相同的条件下，其重量还是比电缆轻得多，体积也小得多。3.重量轻、体积小22

4.抗电磁干扰性能好

光纤由电绝缘的石英材料制成，光纤通信线路不受各种电磁场的干扰和闪电雷击的损坏。无金属光缆非常适合于存在强电磁场干扰的高压电力线路周围和油田、煤矿等易燃易爆环境中使用。光纤(复合)架空地线(OpticalFiberOverheadGroundWire，OPGW)是光纤与电力输送系统的地线组合而成的通信光缆，已在电力系统的通信中发挥重要作用。

4.抗电磁干扰性能好23

5.泄漏小，保密性能好

在光纤中传输的光泄漏非常微弱，即使在弯曲地段也无法窃听。没有专用的特殊工具，光纤不能分接，因此信息在光纤中传输非常安全。

6.节约金属材料，有利于资源合理使用

制造同轴电缆和波导管的铜、铝、铅等金属材料，在地球上的储存量是有限的；而制造光纤的石英(SiO2)在地球上基本上是取之不尽的材料。制造8km管中同轴电缆，1km需要120kg铜和500kg铝；而制造8km光纤只需320g石英。所以，推广光纤通信，有利于地球资源的合理使用。

5.泄漏小，保密性能好24光纤还有其他一些优良特性，也为普通金属导线所不及。它不怕潮湿和腐蚀，可以架在空中，也可埋入地下；它有较高的抗拉强度，与铁接近，比铜还高得多；它有较强的耐高低温能力，从-65~200°C，在一般的飞机、舰艇和车辆上都可使用；它可实现多功能传输，同时传递话音、数据、传真、图像等各种信息。

7.其它光纤还有其他一些优良特性，也为普通金属导线所不及。它不怕潮湿25光纤通信的缺点

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质地脆、机械强度低；

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切断、连接技术要求高；

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分路、耦合比较麻烦；光纤通信的缺点•质地脆、机械强度低；26光纤通信的应用1.光纤通信网光纤公用电信网：核心网、城域网我国市内电话光缆传输试验从1978年开始。目前，公用电信网的传输线基本上均是采用光纤光缆连接。光纤局域网光纤宽带网光纤接入网无线通信网海底光缆及洲际通信网

光纤通信的应用1.光纤通信网272.能源、交通和其他电力系统的监视、控制和管理：由于使用了光纤，不受强电磁干扰，不仅信息传输量增大，而且工作更加可靠。传输信息用的光纤，可以放在输电线、地线的中心，不受干扰，施工方便。用电设备观测雷击很困难，因为雷击对电设备也可能造成破坏。而用光纤却可以直接观测雷击现象，观测装置由检测器、光纤和观测记录仪等组成。雷击时位于铁塔上的检测器产生瞬间高电压，由于是光纤传输，对观测记录仪不会造成影响。2.能源、交通和其他28

煤炭系统的监视、控制和管理：电监控系统信号均为电信号，在含瓦斯高的矿井中容易引起爆炸。因此，如果考虑安全因素，电信号功率不能太大，这又导致传输距离受限。而如果采用光纤系统，很多设备可以无源化，即保证了安全，又能实现远距离监控。煤炭系统的监视、控制和管理：电监控系统信号均为电信号293.军事战术通信主要有两种系统：一种是本地分配系统，包括战地指挥所的布线，兵器之间的连接，野战计算机的互连，以及基地信息传输系统等；一种是长距离战术通信系统，一般通信距离超过1千米。水下通信系统是扫雷舰与浮游载体之间的数据传输线路。扫雷舰的主要任务是清扫航道上的水雷，而利用浮游载体扫雷最为安全而可靠。扫雷舰与浮游载体之间连着3根光纤：一根光纤把水下浮游载体探测到的声纳信号和遥测信号（都是视频信号）传给舰船；另一根光纤用来传输舰船给水下浮游载体的控制信息；第三根光纤备用。光纤反潜战网络，也就是把光纤传输线路与水听器相连，把监测到的敌潜声音信号通过光纤传输到舰上或岸上信息处理中心，以便确定作战方案。光纤用于水下通信，探测的灵敏度高，传输的信息量大，抗各种干扰的能力强，而且重量轻、浮力大。3.军事30航空母舰：机载通信、舰载通信。雷达：在雷达室与作战情报中心之间传输信息，不仅改善了抗干扰能力和保密性能，而且还能更好保证作战情报中心的安全。光纤制导武器主要包括光纤制导导弹和光纤制导鱼雷。它用光纤传输目标图像，制导精度高，导弹射程远，而且更安全可靠，是一种由射击手控制的人工智能武器。光纤通信系统课件314、光纤通信的基本组成光纤通信系统的基本组成4、光纤通信的基本组成光纤通信系统的基本组成32(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。(1)光发信机光发信机是实现电/光转换的光33(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，送到接收端的电端汲去。

(2)光收信机光收信机是实现光/电转换的光端机。它34(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。(3)光纤或光缆光纤或光缆构成光的传输通路。35(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进行整形。(4)中继器中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成36光纤的结构光纤通信中采用的传输媒介是光纤，光纤与加强元件、外护层等组合而成光缆。

光纤的结构光纤通信中采用的传输媒介是光纤，光纤与加强37光纤的结构纤芯

包层

涂敷层主要成分是高纯度的二氧化硅，掺有少量的掺杂剂，其作用是适当提高纤芯的折射率。主要成分也是高纯度的二氧化硅，掺有少量的掺杂剂，其作用是适当降低包层的折射率。由丙烯酸酯、硅橡胶和尼龙组成，其作用是增加光纤的机械强度与可弯曲性。光纤的结构纤芯包层涂敷层主要成分是高纯度的二氧化硅，掺38光纤导光的原理

包层(n2)

芯线(n1)

入射

出射

光纤是一种介质波导，具有把光封闭在其中并沿轴向进行传播的波导结构，其直径大约只有0.1mm，它是由两种折射率不同的玻璃构成的。n1、n2的大小关系是什么？光纤导光的原理包层(n2)芯线(n1)入射出射39光纤的折射率分布阶跃型多模光纤渐变型多模光纤光纤的折射率分布光纤的折射率分布阶跃型多模光纤渐变型多模光纤光纤的折射率分布40光在阶跃折射率多模光纤中的传播光在渐变折射率多模光纤中的传播光在阶跃折射率多模光纤中的传播光在渐变折射率多模光纤中的传播41光纤的模式

光在光纤中只能以一组独立的光线传播。一般来说，在纤芯内一组光束是以不同的角度传播，传播的角度范围从零到临界角。大于临界角的光线不满足全反射的条件，穿过纤芯进入包层。这此不同的光束称为模式。把严格按照光纤中心轴线传播的模式称为零级模式，或基模；其他与光纤中心轴线成一定角度的光束称为高次模。光纤的模式光在光纤中只能以一组独立的光线传播42光纤的类型按传导光波的模数不同，光纤可分为多模光纤和单模光纤。

光纤的类型按传导光波的模数不同，光纤可分为多模光纤和43(1)多模光纤当光纤的几何尺寸（主要是芯径d1）远大于光波波长时，光纤传输的过程中会存在着多种传输模式，这样的光纤称为多模光纤。

(2)单模光纤当光纤的几何尺寸(主要是芯径d1)较小，与光波长在同一数量级(如在8~10m范围)，这时，光纤只允许一种模式(基模)在其中传播，其余的高次模全部截止，这样的光纤称为单模光纤。此时不存在模间时延差，具有比多模光纤大得多的带宽，这对于高码速传输非常重要。(1)多模光纤(2)单模光纤44三种基本类型光纤的结构

(a)突变型多模光纤；(b)渐变型多模光纤；(c)单模光纤纤芯和包层的折射率呈突变分布。纤芯和包层的折射率不发生突然变化。三种基本类型光纤的结构(a)突变型多模光纤；(b)渐45多模光纤的优点－与单模比较由于多模光纤的纤芯较粗，容易将光功率注入光纤易于将相同的光纤连接在一起可以使用发光二极管LED作为光源，因为LED价格便宜，使用寿命长，电路简单

多模光纤的主要缺点：因为每个模的传播速度略微不同，所以其存在模间色散。多模光纤的优点－与单模比较由于多模光纤的纤芯较粗，容易将光功46单模光纤的优点它的带宽很宽它的缺点是：必须使用半导体激光器作为光源，所以价格较贵，电路复杂操作不如多模方便，因为纤芯较细单模光纤的优点它的带宽很宽47光纤的损耗1.吸收损耗

·本征吸收

·杂质吸收2.散射损耗

当光在光纤中传输时，随着传输距离的增加，光功率逐渐减小，这种现象即称为光纤的损耗。(单位：dB/km)损耗的表示：光纤的损耗1.吸收损耗2.散射损耗当光在光纤48光纤的传输损耗是光纤通信系统中一个非常重要的问题，低损耗是实现远距离光纤通信的前提。形成光纤损耗的原因很复杂，归结起来主要包括两大类：吸收损耗和散射损耗损耗特征曲线光纤的传输损耗是光纤通信系统中一个非常重要的问题，低损耗是实49

吸收作用是光波通过光纤材料时，有一部分光能变成热能，从而造成光功率的损失。造成吸收损耗的原因很多，但都与光纤材料有关，下面主要有本征吸收和杂质吸收。1.吸收损耗光纤吸收损耗吸收作用是光波通过光纤材料时，有一部分50（1）本征吸收它是光纤基本材料（例如：纯SiO2）固有的吸收，并不是有杂质或缺陷所引起的。因此，本征吸收基本上确定了任何特定材料的吸收的下限。吸收损耗的大小与波长有关，对于SiO2石英系光纤，本征吸收有两个吸收带，一个是紫外吸收带；一个是红外吸收带。（1）本征吸收它是光纤基本材料（例如：纯SiO2）固有的吸收51（2）杂质吸收光纤制造过程引入的有害杂质带来较强的非本征吸收解决方法：(1)光纤材料化学提纯，比如达到99.9999999%的纯度OH－和过渡金属离子，如铁、钴、镍、铜、锰、铬等(2)制造工艺上改进（2）杂质吸收光纤制造过程引入的有害杂质带来较强的非本征吸收522.散射损耗由于光纤的材料、形状、折射指数分布等的缺陷或不均匀（这些缺陷可能是光纤中的气泡、裂痕，纤芯和包层交界处粗糙等），使光纤中传导的光散射而产生的损耗称为散射损耗。2.散射损耗由于光纤的材料、形状、折射指数分布等的缺陷或不均533.辐射损耗－主要是指弯曲损耗宏弯：曲率半径比光纤的直径大得多的弯曲微弯：光纤轴线产生微米级的高频弯曲q¢<qqq>qcq¢RqqCladdingCore弯曲曲率半径减小宏弯损耗指数增加3.辐射损耗－主要是指弯曲损耗宏弯：曲率半径比光纤的直径大得54微弯损耗微弯的原因： 光纤的生产过程中的带来的不均 成缆时受到压力不均

使用过程中由于光纤各个部分热胀冷缩的不同导致的后果： 造成能量辐射损耗高阶模功率损耗低阶模功率耦合到高阶模微弯损耗微弯的原因：高阶模功率损耗低阶模功率耦55

当日光通过棱镜或水雾时会呈现按红橙黄绿青蓝紫顺序排列的彩色光谱。这是由于棱镜材料(玻璃)或水对不同波长(对应于不同的颜色)的光呈现的折射率n

不同，从而使光的传播速度不同和折射角度不同，最终使不同颜色的光在空间上散开。自然光的色散自然光红橙黄绿青蓝紫光纤的色散当日光通过棱镜或水雾时会呈现按红橙黄绿青蓝紫56色散(Dispersion)：光纤所传信号的不同频率成分有不同的传输速度，当它们到达终端时会产生信号脉冲展宽，从而引起信号失真。色散(Dispersion)：光纤所传信号的不同57色散的种类

模式色散材料色散波导色散色散的种类模式色散58模式色散同一种波长的光，由不同的传输模式时间延迟不同而引起，造成了脉冲的展宽，只在多模光纤中存在。模式色散同一种波长的光，由不同的传输模式时间延迟不同而引起，59材料色散由于光纤的折射率随波长而改变，模式内部不同波长成分的光（实际光源不是纯单色光）的时间延迟不同而产生。取决于光纤材料折射率的波长特性；取决于光源的谱线宽度。材料色散由于光纤的折射率随波长而改变，模式内部不同波长成分的60波导色散由于光纤的几何结构、纤芯尺寸、几何形状等原因，使一部分光在光纤中传播，另一部分在包层中传播。由于在纤芯中和包层中传播速度的不同而造成光脉冲展宽，称之为波导色散。单模光纤中传播模80%能量在纤芯，20%能量在包层波导色散由于光纤的几何结构、纤芯尺寸、几何形状等原因，使一部61光纤的种类－按材料来分这种光纤的纤芯和包层是由SiO2掺有适当的杂质制成。这种光纤的损耗低，强度和可靠性较高，目前应用做广泛。（1）石英系光纤（2）石英芯、塑料包层光纤这种光纤的芯子是用石英制成，包层采用硅树脂。石英光纤光纤的种类－按材料来分这种光纤的纤芯和包层是由SiO2掺有适62（3）塑料光纤这种光纤的芯子和包层都由塑料制成。目前，在光纤通信中主要使用石英系光纤。塑料光纤（3）塑料光纤这种光纤的芯子和包层都由塑料制成。塑料光纤63光缆的结构和种类

光缆一般由缆芯、加强元件和护层三部分组成。缆芯：由单根或多根光纤芯线组成，有紧套和松套两种结构。紧套光纤有二层和三层结构。加强元件：用于增强光缆敷设时可承受的负荷。一般是金属丝或非金属纤维。护层：具有阻燃、防潮、耐压、耐腐蚀等特性，主要是对已成缆的光纤芯线进行保护。根据敷设条件可由铝带/聚乙烯综合纵包带粘界外护层（

LAP），钢带（或钢丝）铠装和聚乙烯护层等组成。为什么需要光缆呢？光缆的结构和种类光缆一般由缆芯、加强元件和护层三部分组64

光缆的基本结构按缆芯组件的不同一般可以分为层绞式、骨架式、束管式和带状式四种。光缆的基本结构按缆芯组件的不同一般可以分为层65(1)层绞式结构层绞式光缆的结构类似于传统的电缆结构方式，故又称为古典式光缆。光缆的典型结构示意图(1)(1)层绞式结构光缆的典型结构示意图(1)66(2)骨架式结构骨架式光缆中的光纤置放于塑料骨架的槽中，槽的横截面可以是V形、U形或其他合理的形状，槽的纵向呈螺旋形或正弦形，一个空槽可放置5~10根一次涂覆光纤。光缆的典型结构示意图(2)(2)骨架式结构光缆的典型结构示意图(2)67(3)束管式结构束管式结构的光缆近年来得到了较快的发展。它相当于把松套管扩大为整个纤芯，成为一个管腔，将光纤集中松放在其中。光缆的典型结构示意图(3)(3)束管式结构光缆的典型结构示意图(3)68(4)带状式结构带状式结构的光缆首先将一次涂覆的光纤放入塑料带内做成光纤带，然后将几层光纤带叠放在一起构成光缆芯。光缆的典型结构示意图(4)(4)带状式结构光缆的典型结构示意图(4)69光缆的型号和规格光缆型号由它的型式代号和规格代号构成，中间用一短横线分开。（1）光缆型式由五个部分组成，如图所示。光缆的型号和规格光缆型号由它的型式代号和规格代号构成，中间用70光纤通信系统课件71Ⅴ：外护层的代号及其意义为：外护层是指铠装层及其铠装外边的外护层，外护层的代号及其意义如表所示。Ⅴ：外护层的代号及其意义为：72（2）光缆规格由五部分七项内容组成，如图所示。（2）光缆规格由五部分七项内容组成，如图所示。73光纤通信系统课件74Ⅴ：适用温度代号及其意义。A——适用于−40℃～+40℃B——适用于−30℃～+50℃C——适用于−20℃～+60℃D——适用于−5℃～+60℃Ⅴ：适用温度代号及其意义。75光纤通信系统课件76通信用光器件分类有源光器件：无源光器件：光源光电检测器光纤连接器光耦合器光衰减器光放大器有源和无源光器件的区别在于其内部是否发生光电能量转换。通信用光器件分类有源光器件：无源光器件：光源光纤连接器有源和77有源光器件－激光器1激光器的组成和常见激光器常用激光器由三部分组成：

工作物质泵浦源光学谐振腔激光工作物质激励能源谐振腔激光器结构示意图有源光器件－激光器1激光器的组成和常见激光器常用激光器由三781、光的吸收和放大（1）原子能级和晶体的能带电子绕核运动的能量是不连续的、分立的量子态，称之为原子的不同能级。E1E2E3E4能量

E1、光的吸收和放大（1）原子能级和晶体的能带E1E2E3E479（2）能级的光跃迁：电子在原子能级间的跃迁过程中以光子形式交换能量。E2E1E2E1h=E2-E1

自发发射

典型应用：发光二极管（2）能级的光跃迁：E2E1E2E1h=E2-E180E2E1E2E1h

=E2-E1

受激辐射感应光子能量应等于电子跃迁的能级之差，产生的光子与感应光子是相干的，为全同光子；光得到放大。h

=E2-E1典型应用：半导体激光器E2E1E2E1h=E2-E1受激辐射81E2E1E2E1h

=E2-E1受激吸收感应光子能量应等于电子跃迁的能级之差；消耗外来光能，产生电子－空穴对。典型应用：

光电二极管E2E1E2E1h=E2-E1受激吸收82光与物质的相互作用，可以归结为光与原子的相互作用，将发生受激吸收、自发辐射、受激辐射三种物理过程。如图所示。光与物质的相互作用，可以归结为光与原子的相互作用，将发生受激83（2）泵浦源使工作物质产生粒子数反转分布的外界激励源，称为泵浦源。物质在泵浦源的作用下，使得N2＞N1，从而受激辐射大于受激吸收，有光的放大作用。这时的工作物质已被激活，成为激活物质或增益物质。（3）光学谐振腔激活物质只能使光放大，只有把激活物质置于光学谐振腔中，以提供必要的反馈及对光的频率和方向进行选择，才能获得连续的光放大和激光振荡输出。激活物质和光学谐振腔是产生激光振荡的必要条件。半导体激光器的受激辐射条件（2）泵浦源半导体激光器的受激辐射条件84半导体激光器LD

谐振腔产生振荡—受激发光。1、LD的优点

1).谱线窄：1~5nm2).与光纤的耦合效率高：20%-90%3).阈值器件：I<Ith时，发微光；I>Ith时，发激光。预偏置。2、LD缺点

1).线性度差

2).温度特性不如LED3、LD应用大容量、长距离

Ith电流P半导体激光器LDIth电流P85光纤通信系统课件86发光二极管LED

是由砷化钾类的P、N型材料构成的二极管（正偏置）。1、LED的优点

1).线性度好

2).温度特性好（100度，50%）

3).使用简单、价格低、寿命长2、LED缺点

1).谱线宽：30~100nm2).与光纤的耦合效率低：1~2%，图像，对准，距离。3、LED应用小容量、短距离P电流发光二极管LEDP电流87无源光器件－光纤连接器

连接器俗称活动接头，是用于设备（光端机、光测试仪表等）与光纤之间的连接或光纤与其他光无源器件之间的连接。无源光器件－光纤连接器连接器俗称活动接头，是用于设备（光88（4）部分常见光纤连接器（4）部分常见光纤连接器89光纤通信系统课件90无源光器件－光耦合器光耦合器的功能是把一个输入光信号分配给多个输出，或把多个输入的光信号组合成一个输出。无源光器件－光耦合器光耦合器的功能是把一个输入光信号分配给多91

光耦合器主要特性1）

耦合比CR——是一个指定输出端的光功率Poc和全部输出端的光功率总和Pot的比值。2）

附加损耗Le——是全部输入端光功率总和Pit和全部输出端光功率总和Pot的比值。光耦合器主要特性92无源光器件－光衰减器光衰减器主要用于光纤通信系统的特性测试和其他测试中，是对光功率有一定衰减量的器件。根据衰减量是否变化，可以分为固定衰减器和可变衰减器。无源光器件－光衰减器光衰减器主要用于光纤通信系统的特性测试和93

光衰减器的基本原理在玻璃基片上蒸镀透射系数（或反射系数）变化很小的金属膜，使通过镀膜玻璃片的光功率被膜层材料吸收一部分，光强度受到衰减。金属膜可以是镍铬等化合物材料，光的衰减量有膜的厚度进行控制。光衰减器的基本原理在玻璃基片上蒸镀透射系数（94

由于光纤通信系统一般都是双向的，所以我们将光发射机和接收机做在一起，称为光端机。光纤通信系统的组成光发射机、光接收机、中继器和光纤由于光纤通信系统一般都是双向的，所以我们将光发射机和95光发射机

光发射机的作用是将电信号变成光信号，然后送入光纤中传输出去。光发射机主要是由光源、光源驱动、调制以及信道编码电路三部分组成。光发射机光发射机的作用是将电信号变成光信号，然后送96光发射机原理图ATC驱动APC光源光监测均衡码型变换扰码编码时钟数字基带信号信道编码电路光源驱动与调制电路光发射机原理图ATC驱动APC光源光监测均衡码型变换扰码编97光接收机

光接收机的作用是接收经光纤传输衰减后的十分微弱的光信号，从中检测出传送的信息，放大到足够大后，供终端处理使用。它包括光电检测器、光信号接收电路和信道解码电路三部分。光接收机光接收机的作用是接收经光纤传输衰减后的十分98光接收机原理图光电检测器放大器均衡器判决器解码解扰码型反变换时钟恢复电路AGC电信号光信号接收电路信道解码电路光信号光接收机原理图光电放均衡器判决器解码解扰码型反变换时钟恢复991、光纤通信的概念1、光通信

光通信是利用光波来传送信息的。2、光纤通信光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式。1、光纤通信的概念1、光通信2、光纤通信100光通信光纤通信人们通常把应用石英光纤的有线光通信简称为光纤通信（opticalfibercommunication）≠光通信光纤通信人们通常把应用石英光纤的有线光通信简称为光纤通101电磁频谱：电磁波的波长范围发送信号的频率越高（波长越短），可载送的信息量就越多光波是电磁波，光波范围包括红外线、可见光、紫外线，其波长范围为：300μm～6×10−3μm。电磁频谱：电磁波的波长范围发送信号的频率越高（波长越短），光102光纤通信的光波波谱光纤通信的波谱在1.67×1014Hz～3.75×1014Hz之间，即波长在0.8μm～1.8μm之间，属于红外波段，将0.8μm～0.9μm称为短波长，1.0μm～1.8μm称为长波长，2.0μm以上称为超长波长。

表1-1 各种单位的换算公式c＝3×108m/s1MHz（兆赫）＝106Hzλ＝c/f1GHz（吉赫）＝109Hz1μm（微米）＝10-6m1THz（太赫）＝1012Hz1nm（纳米）＝10−9m1PHz（拍赫）＝1015Hz1Å（埃）＝10−10m光纤通信的光波波谱c＝3×108m/s1MHz（兆赫）＝10103光电话机红宝石激光器光导纤维2、光纤通信的发展历程光电话机红宝石激光器光导纤维2、光纤通信的发展历程104

•

1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载波传送话音的“光电话”。•1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载105

这种光电话利用太阳光或弧光灯作光源，通过透镜把光束聚焦在送话器前的振动镜片上，使光强度随话音的变化而变化，实现话音对光强度的调制。这种光电话利用太阳光或弧光灯作光源，通过透镜把光束聚106

在接收端，用抛物面反射镜把从大气传来的光束反射到硅光电池上，使光信号变换为电流，传送到受话器。在接收端，用抛物面反射镜把从大气传来的光束反射到硅光107

由于当时没有理想的光源和传输介质，这种光电话的传输距离很短，并没有实际应用价值，因而进展很慢。然而，光电话仍是一项伟大的发明，它证明了用光波作为载波传送信息的可行性。因此，可以说贝尔光电话是现代光通信的雏型。由于当时没有理想的光源和传输介质，这种光电话的传输108

激光具有波谱宽度窄，方向性极好，亮度极高的良好特性。激光是一种高度相干光，它的特性和无线电波相似，是一种理想的光载波。•

1960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红宝石激光器，给光通信带来了新的希望。

激光器的发明和应用，使沉睡了80年的光通信进入一个崭新的阶段。红宝石激光器激光具有波谱宽度窄，方向性极好，亮度极高的良好特性。109

实验证明：用承载信息的光波，通过大气的传播，实现点对点的通信是可行的，但是通信能力和质量受气候影响十分严重。大气光通信激光器一问世，人们就模拟无线电通信进行了大气激光通信的研究。实验证明：用承载信息的光波，通过大气的传播，110

由于雨、雾、雪和大气灰尘的吸收和散射，光波能量衰减很大。例如，雨能造成30dB/km的衰减，浓雾衰减高达120dB/km。另一方面，大气的密度和温度不均匀，造成折射率的变化，使光束位置发生偏移。因而通信的距离和稳定性都受到极大的限制。

由于没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质，对光通信的研究曾一度走入了低潮。由于雨、雾、雪和大气灰尘的吸收和散射，光波能量衰减很1111966年，英籍华裔学者高锟和霍克哈姆发表了关于传输介质新概念的论文《用于光频的光纤表面波导》,

指出了利用光纤(OpticalFiber)进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信——光纤通信的基础。光导纤维1966年，英籍华裔学者高锟和霍克哈姆发表了关于传输介质112高锟(K.C.Kao)博士深入研究了光在石英玻璃纤维中的严重损耗问题，发现这种玻璃纤维引起光损耗的主要原因是其中含有过量的铬、铜、铁与锰等金属离子和其他杂质，其次是拉制光纤时工艺技术造成了芯、包层分界面不均匀及其所引起的折射率不均匀，他还发现一些玻璃纤维在红外光区的损耗较小。光纤之父：英籍华人高锟(K.C.Kao)博士工作地点：英国标准电信研究所高锟(K.C.Kao)博士深入研究了光在石英玻璃纤维中的严重113光纤通信发明家高锟(左)

1998年在英国接受IEE

授予的奖章光纤通信发明家高锟(左)

1998年在英国接受IEE授予114•

1970年，美国康宁(Corning)公司研制成功损耗20dB/km

的石英光纤。把光纤通信的研究开发推向一个新阶段。

1970年，光纤研制取得了重大突破•1970年，美国康宁(Corning)公司研制成功损115

•

1972年，康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到4dB/km。

•

1973年，美国贝尔(Bell)实验室的光纤损耗降低到

2.5dB/km。

•

1976年，日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗降低到0.47dB/km

。

•1972年，康宁公司高纯石英多模光纤损116•

在以后的10年中，波长为1.55μm

的光纤损耗：

1979年是0.20dB/km；

1984年是0.157dB/km；

1986年是0.154dB/km，接近了光纤最低损耗的理论极限。•在以后的10年中，波长为1.55μm的光纤损耗1171、频带很宽，传输容量很大光纤的容量大——“超高速公路”

马路越宽，容许通过的车辆越多，交通运输能力也越大。如果把通信线路比作马路，那么应该说是通信线路的频带越宽，容许传输的信息越多，通信容量就越大。3、光纤通信的特点与应用1、频带很宽，传输容量很大光纤的容量大——“超高速公路”马路118光纤通信与电缆或微波通信传输能力的比较

通信手段传输容量(话路)/条中继距离/km1000km内中继器个数微波无线电9605020小同轴9604250中同轴180061600光缆19203033光缆14000(1Gb/s)8411光缆6000(445MB/S)1347光纤通信与电缆或微波通信传输能力的比较通信手段传输容量(1192.损耗很小，中继距离很长且误码率很小。

目前，实用的光纤通信系统使用的光纤多为石英光纤，此类光纤在1.55μm波长区的损耗可低到0.18dB/km，比已知的其他通信线路的损耗都低得多，因此，由其组成的光纤通信系统的中继距离也较其它介质构成的系统长得多。例如，同轴电缆通信的中继距离只有几千米，最长的微波通信是50千米左右，而光纤通信系统的最长中继距离已达300千米。2.损耗很小，中继距离很长且误码率很小。 1203.重量轻、体积小

光纤重量很轻，直径很小。即使做成光缆，在芯数相同的条件下，其重量还是比电缆轻得多，体积也小得多。3.重量轻、体积小121

4.抗电磁干扰性能好

光纤由电绝缘的石英材料制成，光纤通信线路不受各种电磁场的干扰和闪电雷击的损坏。无金属光缆非常适合于存在强电磁场干扰的高压电力线路周围和油田、煤矿等易燃易爆环境中使用。光纤(复合)架空地线(OpticalFiberOverheadGroundWire，OPGW)是光纤与电力输送系统的地线组合而成的通信光缆，已在电力系统的通信中发挥重要作用。

4.抗电磁干扰性能好122

5.泄漏小，保密性能好

在光纤中传输的光泄漏非常微弱，即使在弯曲地段也无法窃听。没有专用的特殊工具，光纤不能分接，因此信息在光纤中传输非常安全。

6.节约金属材料，有利于资源合理使用

制造同轴电缆和波导管的铜、铝、铅等金属材料，在地球上的储存量是有限的；而制造光纤的石英(SiO2)在地球上基本上是取之不尽的材料。制造8km管中同轴电缆，1km需要120kg铜和500kg铝；而制造8km光纤只需320g石英。所以，推广光纤通信，有利于地球资源的合理使用。

5.泄漏小，保密性能好123光纤还有其他一些优良特性，也为普通金属导线所不及。它不怕潮湿和腐蚀，可以架在空中，也可埋入地下；它有较高的抗拉强度，与铁接近，比铜还高得多；它有较强的耐高低温能力，从-65~200°C，在一般的飞机、舰艇和车辆上都可使用；它可实现多功能传输，同时传递话音、数据、传真、图像等各种信息。

7.其它光纤还有其他一些优良特性，也为普通金属导线所不及。它不怕潮湿124光纤通信的缺点

•

质地脆、机械强度低；

•

切断、连接技术要求高；

•

分路、耦合比较麻烦；光纤通信的缺点•质地脆、机械强度低；125光纤通信的应用1.光纤通信网光纤公用电信网：核心网、城域网我国市内电话光缆传输试验从1978年开始。目前，公用电信网的传输线基本上均是采用光纤光缆连接。光纤局域网光纤宽带网光纤接入网无线通信网海底光缆及洲际通信网

光纤通信的应用1.光纤通信网1262.能源、交通和其他电力系统的监视、控制和管理：由于使用了光纤，不受强电磁干扰，不仅信息传输量增大，而且工作更加可靠。传输信息用的光纤，可以放在输电线、地线的中心，不受干扰，施工方便。用电设备观测雷击很困难，因为雷击对电设备也可能造成破坏。而用光纤却可以直接观测雷击现象，观测装置由检测器、光纤和观测记录仪等组成。雷击时位于铁塔上的检测器产生瞬间高电压，由于是光纤传输，对观测记录仪不会造成影响。2.能源、交通和其他127

煤炭系统的监视、控制和管理：电监控系统信号均为电信号，在含瓦斯高的矿井中容易引起爆炸。因此，如果考虑安全因素，电信号功率不能太大，这又导致传输距离受限。而如果采用光纤系统，很多设备可以无源化，即保证了安全，又能实现远距离监控。煤炭系统的监视、控制和管理：电监控系统信号均为电信号1283.军事战术通信主要有两种系统：一种是本地分配系统，包括战地指挥所的布线，兵器之间的连接，野战计算机的互连，以及基地信息传输系统等；一种是长距离战术通信系统，一般通信距离超过1千米。水下通信系统是扫雷舰与浮游载体之间的数据传输线路。扫雷舰的主要任务是清扫航道上的水雷，而利用浮游载体扫雷最为安全而可靠。扫雷舰与浮游载体之间连着3根光纤：一根光纤把水下浮游载体探测到的声纳信号和遥测信号（都是视频信号）传给舰船；另一根光纤用来传输舰船给水下浮游载体的控制信息；第三根光纤备用。光纤反潜战网络，也就是把光纤传输线路与水听器相连，把监测到的敌潜声音信号通过光纤传输到舰上或岸上信息处理中心，以便确定作战方案。光纤用于水下通信，探测的灵敏度高，传输的信息量大，抗各种干扰的能力强，而且重量轻、浮力大。3.军事129航空母舰：机载通信、舰载通信。雷达：在雷达室与作战情报中心之间传输信息，不仅改善了抗干扰能力和保密性能，而且还能更好保证作战情报中心的安全。光纤制导武器主要包括光纤制导导弹和光纤制导鱼雷。它用光纤传输目标图像，制导精度高，导弹射程远，而且更安全可靠，是一种由射击手控制的人工智能武器。光纤通信系统课件1304、光纤通信的基本组成光纤通信系统的基本组成4、光纤通信的基本组成光纤通信系统的基本组成131(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。(1)光发信机光发信机是实现电/光转换的光132(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，送到接收端的电端汲去。

(2)光收信机光收信机是实现光/电转换的光端机。它133(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。(3)光纤或光缆光纤或光缆构成光的传输通路。134(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进行整形。(4)中继器中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成135光纤的结构光纤通信中采用的传输媒介是光纤，光纤与加强元件、外护层等组合而成光缆。

光纤的结构光纤通信中采用的传输媒介是光纤，光纤与加强136光纤的结构纤芯

包层

涂敷层主要成分是高纯度的二氧化硅，掺有少量的掺杂剂，其作用是适当提高纤芯的折射率。主要成分也是高纯度的二氧化硅，掺有少量的掺杂剂，其作用是适当降低包层的折射率。由丙烯酸酯、硅橡胶和尼龙组成，其作用是增加光纤的机械强度与可弯曲性。光纤的结构纤芯包层涂敷层主要成分是高纯度的二氧化硅，掺137光纤导光的原理

包层(n2)

芯线(n1)

入射

出射

光纤是一种介质波导，具有把光封闭在其中并沿轴向进行传播的波导结构，其直径大约只有0.1mm，它是由两种折射率不同的玻璃构成的。n1、n2的大小关系是什么？光纤导光的原理包层(n2)芯线(n1)入射出射138光纤的折射率分布阶跃型多模光纤渐变型多模光纤光纤的折射率分布光纤的折射率分布阶跃型多模光纤渐变型多模光纤光纤的折射率分布139光在阶跃折射率多模光纤中的传播光在渐变折射率多模光纤中的传播光在阶跃折射率多模光纤中的传播光在渐变折射率多模光纤中的传播140光纤的模式

光在光纤中只能以一组独立的光线传播。一般来说，在纤芯内一组光束是以不同的角度传播，传播的角度范围从零到临界角。大于临界角的光线不满足全反射的条件，穿过纤芯进入包层。这此不同的光束称为模式。把严格按照光纤中心轴线传播的模式称为零级模式，或基模；其他与光纤中心轴线成一定角度的光束称为高次模。光纤的模式光在光纤中只能以一组独立的光线传播141光纤的类型按传导光波的模数不同，光纤可分为多模光纤和单模光纤。

光纤的类型按传导光波的模数不同，光纤可分为多模光纤和142(1)多模光纤当光纤的几何尺寸（主要是芯径d1）远大于光波波长时，光纤传输的过程中会存在着多种传输模式，这样的光纤称为多模光纤。

(2)单模光纤当光纤的几何尺寸(主要是芯径d1)较小，与光波长在同一数量级(如在8~10m范围)，这时，光纤只允许一种模式(基模)在其中传播，其余的高次模全部截止，这样的光纤称为单模光纤。此时不存在模间时延差，具有比多模光纤大得多的带宽，这对于高码速传输非常重要。(1)多模光纤(2)单模光纤143三种基本类型光纤的结构

(a)突变型多模光纤；(b)渐变型多模光纤；(c)单模光纤纤芯和包层的折射率呈突变分布。纤芯和包层的折射率不发生突然变化。三种基本类型光纤的结构(a)突变型多模光纤；(b)渐144多模光纤的优点－与单模比较由于多模光纤的纤芯较粗，容易将光功率注入光纤易于将相同的光纤连接在一起可以使用发光二极管LED作为光源，因为LED价格便宜，使用寿命长，电路简单

多模光纤的主要缺点：因为每个模的传播速度略微不同，所以其存在模间色散。多模光纤的优点－与单模比较由于多模光纤的纤芯较粗，容易将光功145单模光纤的优点它的带宽很宽它的缺点是：必须使用半导体激光器作为光源，所以价格较贵，电路复杂操作不如多模方便，因为纤芯较细单模光纤的优点它的带宽很宽146光纤的损耗1.吸收损耗

·本征吸收

·杂质吸收2.散射损耗

当光在光纤中传输时，随着传输距离的增加，光功率逐渐减小，这种现象即称为光纤的损耗。(单位：dB/km)损耗的表示：光纤的损耗1.吸收损耗2.散射损耗当光在光纤147光纤的传输损耗是光纤通信系统中一个非常重要的问题，低损耗是实现远距离光纤通信的前提。形成光纤损耗的原因很复杂，归结起来主要包括两大类：吸收损耗和散射损耗损耗特征曲线光纤的传输损耗是光纤通信系统中一个非常重要的问题，低损耗是实148

吸收作用是光波通过光纤材料时，有一部分光能变成热能，从而造成光功率的损失。造成吸收损耗的原因很多，但都与光纤材料有关，下面主要有本征吸收和杂质吸收。1.吸收损耗光纤吸收损耗吸收作用是光波通过光纤材料时，有一部分149（1）本征吸收它是光纤基本材料（例如：纯SiO2）固有的吸收，并不是有杂质或缺陷所引起的。因此，本征吸收基本上确定了任何特定材料的吸收的下限。吸收损耗的大小与波长有关，对于SiO2石英系光纤，本征吸收有两个吸收带，一个是紫外吸收带；一个是红外吸收带。（1）本征吸收它是光纤基本材料（例如：纯SiO2）固有的吸收150（2）杂质吸收光纤制造过程引入的有害杂质带来较强的非本征吸收解决方法：(1)光纤材料化学提纯，比如达到99.9999999%的纯度OH－和过渡金属离子，如铁、钴、镍、铜、锰、铬等(2)制造工艺上改进（2）杂质吸收光纤制造过程引入的有害杂质带来较强的非本征吸收1512.散射损耗由于光纤的材料、形状、折射指数分布等的缺陷或不均匀（这些缺陷可能是光纤中的气泡、裂痕，纤芯和包层交界处粗糙等），使光纤中传导的光散射而产生的损耗称为散射损耗。2.散射损耗由于光纤的材料、形状、折射指数分布等的缺陷或不均1523.辐射损耗－主要是指弯曲损耗宏弯：曲率半径比光纤的直径大得多的弯曲微弯：光纤轴线产生微米级的高频弯曲q¢<qqq>qcq¢RqqCladdingCore弯曲曲率半径减小宏弯损耗指数增加3.辐射损耗－主要是指弯曲损耗宏弯：曲率半径比光纤的直径大得153微弯损耗微弯的原因： 光纤的生产过程中的带来的不均 成缆时受到压力不均

使用过程中由于光纤各个部分热胀冷缩的不同导致的后果： 造成能量辐射损耗高阶模功率损耗低阶模功率耦合到高阶模微弯损耗微弯的原因：高阶模功率损耗低阶模功率耦154

当日光通过棱镜或水雾时会呈现按红橙黄绿青蓝紫顺序排列的彩色光谱。这是由于棱镜材料(玻璃)或水对不同波长(对应于不同的颜色)的光呈现的折射率n

不同，从而使光的传播速度不同和折射角度不同，最终使不同颜色的光在空间上散开。自然光的色散自然光红橙黄绿青蓝紫光纤的色散当日光通过棱镜或水雾时会呈现按红橙黄绿青蓝紫155色散(Dispersion)：光纤所传信号的不同频率成分有不同的传输速度，当它们到达终端时会产生信号脉冲展宽，从而引起信号失真。色散(Dispersion)：光纤所传信号的不同156色散的种类

模式色散材料色散波导色散色散的种类模式色散157模式色散同一种波长的光，由不同的传输模式时间延迟不同而引起，造成了脉冲的展宽，只在多模光纤中存在。模式色散同一种波长的光，由不同的传输模式时间延迟不同而引起，158材料色散由于光纤的折射率随波长而改变，模式内部不同波长成分的光（实际光源不是纯单色光）的时间延迟不同而产生。取决于光纤材料折射率的波长特性；取决于光源的谱线宽度。材料色散由于光纤的折射率随波长而改变，模式内部不同波长成分的159波导色散由于光纤的几何结构、纤芯尺寸、几何形状等原因，使一部分光在光纤中传播，另一部分在包层中传播。由于在纤芯中和包层中传播速度的不同而造成光脉冲展宽，称之为波导色散。单模光纤中传播模80%能量在纤芯，20%能量在包层波导色散由于光纤的几何结构、纤芯尺寸、几何形状等原因，使一部160光纤的种类－按材料来分这种光纤的纤芯和包层是由SiO2掺有适当的杂质制成。这种光纤的损耗低，强度和可靠性较高，目前应用做广泛。（1）石英系光纤（2）石英芯、塑料包层光纤这种光纤的芯子是用石英制成，包层采用硅树脂。石英光纤光纤的种类－按材料来分这种光纤的纤芯和包层是由SiO2掺有适161（3）塑料光纤这种光纤的芯子和包层都由塑料制成。目前，在光纤通信中主要使用石英系光纤。塑料光纤（3）塑料光纤这种光纤的芯子和包层都由塑料制成。塑料光纤162光缆的结构和种类

光缆一般由缆芯、加强元件和护层三部分组成。缆芯：由单根或多根光纤芯线组成，有紧套和松套两种结构。紧套光纤有二层和三层结构。加强元件：用于增强光缆敷设时可承受的负荷。一般是金属丝或非金属纤维。护层：具有阻燃、防潮、耐压、耐腐蚀等特性，主要是对已成缆的光纤芯线进行保护。根据敷设条件可由铝带/聚乙烯综合纵包带粘界外护层（

LAP），钢带（或钢丝）铠装和聚乙烯护层等组成。为什么需要光缆呢？光缆的结构和种类光缆一般由缆芯、加强元件和护层三部分组163

光缆的基本结构按缆芯组件的不同一般可以分为层绞式、骨架式、束管式和带状式四种。光缆的基本结构按缆芯组件的不同一般可以分为层164(1)层绞式结构层绞式光缆的结构类似于传统的电缆结构方式，故又称为古典式光缆。光缆的典型结构示意图(1)(1)层绞式结构光缆的典型结构示意图(1)165(2)骨架式结构骨架式光缆中的光纤置放于塑料骨架的槽中，槽的横截面可以是V形、U形或其他合理的形状，槽的纵向呈螺旋形或正弦形，一个空槽可放置5~10根一次涂覆光纤。光缆的典型结构示意图(2)(2)骨架式结构光缆的典型结构示意图(2)166(3)束管式结构束管式结构的光缆近年来得到了较快的发展。它相当于把松套管扩大为整个纤芯，成为一个管腔，将光纤集中松放在其中。光缆的典型结构示意图(3)(3)束管式结构光缆的典型结构示意图(3)167(4)带状式结构带状式结构的光缆首先将一次涂覆的光纤放入塑料带内做成光纤带，然后将几层光纤带叠放在一起构成光缆芯。光缆的典型结构示意图(4)(4)带状式结构光缆的典型结构示意图(4)168光缆的型号和规格光缆型号由它的型式代号和规格代号构成，中间用一短横线分开。（1）光缆型式由五个部分组成，如图所示。光缆的型号和规格光缆型号由它的型式代号和规格代号构成，中间用169光纤通信系统课件170Ⅴ：外护层的代号及其意义为：外护层是指铠装层及其铠装外边的外护层，外护层的代号及其意义如表所示。Ⅴ：外护层的代号及其意义为：171（2）光缆规格由五部分七项内容组成，如图所示。（2）光缆规格由五部分七项内容组成，如图所示。172光纤通信系统课件173Ⅴ：适用温度代号及其意义。A——适用于−40℃～+40℃B——适用于−30℃～+50℃C——适用于−20℃～+60℃D——适用于−5℃～+60℃Ⅴ：适用温度代号及其意义。174光纤通信系统课件175通信用光器件分类有源光器件：无源光器件：光源光电检测器光纤连接器光耦合器光衰减器光放大器有源和无源光器件的区别在于其内部是否发生光电能量转换。通信用光器件分类有源光器件：无源光器件：光源光纤连接器有源和176有源光器件－激光器1激光器的组成和常见激光器常用激光器由三