光纤通信技术与设备PPT完整全套教学课件

光纤通信技术与设备第一讲绪论1绪论2.1光纤光缆2.2光缆的敷设与接续3.1半导体的发光机理3.2半导体发光2极管3.3半导体激光器3.4PIN光检测器3.5APD光检测器4.1光发射机原理4.2光接收机原理5.1SDH体制优劣势.ppt5.1SDH体制基本概念.ppt5.2SDH复用方式.ppt5.2SDH帧结构及组成功能.ppt5.4SDH设备的逻辑组成5.5SDH自愈网.ppt5.6波分复用.ppt6.1设备简介6.2设备系统结构6.3网管软件简介6.4维护及故障排除7PTN光纤通信发展与定义目录12光纤通信系统基本组成3光纤通信关键技术光纤通信发展与定义1光纤通信发展与定义光纤通信是以光波为信息载体（载频）,以光纤为传输媒质的通信方式。

光纤通信关键技术：1）合适的光源2）合适的传输介质

（光纤窗口）（1.8μm至0.8μm）远红外红外可见光紫外线（300至25μm）（25至0.76μm）（0.76至0.39）长波中波短波微波毫米波光波X射线γ射线宇宙射线

3000km30km300m3m3cm0.3mm3μm30nm0.3nm30pm0.3pm波长

0102104106108101010121014101610181020频率（Hz）光纤通信发展与定义

1880年，美国科学家贝尔发明光电话。光通信开始起源发展。1960年,美国人梅曼发明第一台红宝石激光器。1966年，英籍华人高锟指出：如果能够减少玻璃中的杂质含量，就可以制造出损耗低于20dB/km的光纤。1970年是使光纤通信发展出现跨越的一年，美国康宁公司研制出了损耗系数为20dB/km的光纤.同年，美贝尔公司研制出使用寿命长达几小时的半导体激光器。光纤通信从此进入飞速发展。1976、1979年电报电话公司研制低损耗。光纤通信发展与定义

1966---1976年,是从基础研究到商业应用的开发时期。短波长、低速率、多模光纤，无中继可达10KM1976---1986年是以提高传输速率和增加传输距离为目的和大力推广的发展阶段。多模到单模光纤通信系统，无中继可达50-100KM1986----1996年是以实现超大容量超长距离为目标,全面深入开展新技术援救阶段。光纤通信发展与定义波长新技术备注第一代0.85um500MB/S第二代1.31um85GB/S第三代1.55um1000GB/S第四代频分、波分2000GB/S第五代光弧子、光时分、波分复用..PTNOTN超大容量表1光纤通信发展史光纤通信系统组成2光纤通信系统组成光纤通信系统由电端机、光端机、光纤线路、光中继器（光放大器）、复用设备组成。如图1所示。图1光纤通信系统组成光纤通信系统组成光端机：光发射机的作用就是进行电/光转换，并把转换成的光脉冲信号码流输入到光纤中进行传输。光接收机的作用就是进行光/电转换。光收器件一般是PIN和APD。光源器件一般是LED和LD。光纤：完成光波的传输。电发射/接受：对电信号进行

复用/解服用、放大等处理图2光通信系统基本光纤通信系统组成光纤光缆线路：是把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变(失真)和衰减传输到光接收机，图3。组成：光纤、光纤接头和光纤连接器低损耗“窗口”：普通石英光纤在近红外波段，除杂质吸收峰外，其损耗随波长的增加而减小，在0.85μm、1.31μm和1.55μm有三个损耗很图43光纤低损耗窗口光纤通信系统组成光源:激光器和发光二极管激光器性能好价格较贵发光二极管性能稍次价格较低激光器的发射波长和光检测器光电二极管的波长响应，都要和光纤这三个波长窗口相一致。目前在实验室条件下，1.55μm的损耗已达到0.154dB/km，接近石英光纤损耗的理论极限。光电监测器功能：完成光/电的转换器件：PINAPD光放大器功能：放大光信号，延长中继距离器件：半导体光纤放大器、非线性光纤放大器、掺杂光纤放大器光无源器件：光纤活动连接器、固定连接器、光纤衰减器、无源耦合器、光分支器、光隔离器和光开关光纤通信系统组成光纤通信的优点传输衰减小，传输距离长。传输频带宽，通信容量大。抗电磁干扰，传输质量好。体积小、重量轻、便于施工和维护。原材料丰富，节约有色金属，有利于环保；价格低廉。易碎不易接续。光纤通信的缺点①需要光/电和电/光变换部分；②光直接放大难；③电力传输困难；④弯曲半径不宜太小；⑤需要高级的切断接续技术；⑥分路耦合不方便。光纤通信关键技术3光纤通信关键技术新技术光波分复用相干波分复用超长波光纤通信技术光弧子技术应用有线、无线通信网构成因特网的计算机局域网和广域网有线电视的干线和分配网综合光纤业务接入网光纤通信关键技术光纤通信的发展（1）光纤通信的基础研究方面（2）光纤研制方面（3）无源光器件研制方面（4）光传输设备和系统的研究方面（5）光接入网的研究方面（6）理论研究方面趋势（1）向超高速系统发展（2）向超大容量WDM系统演进（3）向光传送网方向发展（4）向G.655光纤发展（5）向宽带光纤接入网方向发展谢谢光纤通信技术与设备第二讲光纤光缆光纤光缆目录12光纤的导光原理3光纤的传输特性光纤光缆1光纤光缆-光纤的结构

涂覆层套层套层

纤芯

包层n1n2n1>n2一次涂覆层套层纤芯包层图1光纤的结构示意图光纤光缆纤芯位于光纤中心，直径2a为5～75μm(8-10),作用是传输光波。包层位于纤芯外层，直径2b为100～150μm,作用是将光波限制在纤芯中。纤芯和包层即组成裸光纤，两者采用高纯度二氧化硅（SiO2）制成，但为了使光波在纤芯中传送，应对材料进行不同掺杂，使包层材料折射率n2比纤芯材料折射率n1小，即光纤导光的条件是n1＞n2。一次涂敷层是为了保护裸纤而在其表面涂上的聚氨基甲酸乙脂或硅酮树脂层(环氧丙烯酸脂)，厚度一般为30～150μm。套层又称二次涂覆或被覆层，多采用聚乙烯塑料或聚丙烯塑料、尼龙等材料。经过二次涂敷的裸光纤称为光纤芯线。光纤光缆紧套光纤：在一次涂覆的光纤上再紧紧地套上一层尼龙或聚乙烯等塑料套管，光纤在套管内不能自由活动。松套光纤：在光纤涂覆层外面再套上一层塑料套管，光纤可以在套管中自由活动。图2光纤的结构光纤光缆-光纤的分类光纤光缆-光纤的分类（a）阶跃光纤（b）光纤（c）w型光纤图3光纤的纤芯折射率剖面分布光纤光缆-光纤制备实用通信光纤由纤芯、包层、和涂覆层三部分结构。光纤的制造包括原料提纯、熔炼预制棒和拉丝涂覆三道主要工序。1、PCVD生产工艺2、光纤拉丝涂覆工艺多模光纤和单模光纤是由光纤中传输的模式数决定的，判断一根光纤是不是单模传输，除了光纤自身的结构参数外，还与光纤中传输的光波长有关。单模光纤就是允许多个模式在其中传输的光纤，或者说在多模光纤中允许存在多个分离的传导模。只能传输一种模式的光纤称为单模光纤。单模光纤只能传输基模(最低阶模)，它不存在模间时延差，因此它具有比多模光纤大得多的带宽，这对于高码速传输是非常重要的。单模光纤的带宽一般都在几十GHz·km以上。光纤光缆-光缆光缆由加强件、缆芯、填充物和外护层等组成，光缆主要种类表1所示。分类方法

光缆种类按所使用的光线分类单模光缆、多模光缆、（阶跃型、渐变型）按缆芯结构划分层绞式、骨架式、大束管式、带式、单元式按外护套结构分类无铠装、钢带铠装、钢丝铠装按光缆中有无金属分类有金属光缆、无金属光缆按维护方式分类充油光缆、充气光缆按敷设方式分类直埋光缆、管道光缆、架空光缆、水底光缆按适用范围分类中继光缆、海底光缆、用户光缆、局内光缆、长途光缆表1光缆种类光纤光缆-光缆层绞式把松套光纤绕在中心加强件周围绞合而构成。

骨架式把紧套光纤或一次被覆光纤放入中心加强件周围的螺旋形塑料骨架凹槽内而构成。中心束管式把一次被覆光纤或光纤束放入大套管中，加强件配置在套管周围而构成。

带状式把带状光纤单元放入大套管内，形成中心束管式结构，也可以把带状光纤单元放入骨架凹槽内或松套管内，形成骨架式或层绞式结构。光纤光缆-光缆12芯光缆光纤带色谱标识光纤序号：123456789101112光纤颜色：蓝＼橙＼绿＼棕＼灰＼白＼红＼黑(白)＼黄＼紫＼粉红＼青绿光缆端别面对光缆截面由领示光纤以红—绿顺时针为A端，逆时针为B端，其中层绞式可按松套管的颜色确定领示色；也可按厂家提供的有关资料，如不能区分则按光缆外护套上标注长度的数码确定小数为A大数为B光纤光缆-光缆光缆的型号及命名法(YD/T908-1997)

型号由型式和规格两大部分组成型式由5个部分构成，各部分均用代号表示。其中结构特征指缆芯结构和光缆派生结构特征。光缆的规格是由光纤和导电电芯线的有关规格组成光纤的规格与导电芯线的规格之间用“+”隔开。实例1：金属加强构件、松套层绞填充式、铝-聚乙烯粘结护套、皱纹钢带铠装、聚乙烯套的通信用室外光缆，包含12根5./125μm二氧化硅渐变型多模光纤和5个用语远供电及监测的铜线径为0.9mm的4线组，光缆的型号应表示为：GYTA5312A1a+5×4×0.9。实例2：金属加强构件、骨架填充式、铝-聚乙烯粘结护套通信用室外光缆，包含24根B1.1类单模光纤，型号应为：GYGTA24B1.1光纤的导光原理2光纤的导光原理1、光具有的性质：1）光波射线理论2）粒子流波动理论折射和折射率光线在不同的介质中以不同的速度传播，描述介质的这一特征的参数就是折射率，或称折射指数。折射率可由下式确定：

n=c/v

其中ν是光在某种介质中的速度，с是光在真空中的速度。在折射率为n的介质中，光传播速度变为c/n，光波长变为

0/n（

0表示光在真空中的波长）。表1中给出了一些介质的折射率。材料空气水玻璃石英钻石折射率1.0031.331.52～1.891.432.42光纤的导光原理图4（a）光的折射图4（b）光的反射斯涅耳定律给出了定义这些光线方向的规则：

1=

3

n1sin

1=n2sin

2

全反射是光信号在光纤中传播的必要条件。光纤的导光原理若要使光线在光纤中实现长距离传输，必须使光线在纤芯与包层的界面上发生全反射，即入射角大于临界角。由前面分析已知光纤的临界角为图5阶跃光纤的导光原理光纤的导光原理图5渐变光纤的导光原理光纤的导光原理光纤的导光原理对于阶跃型光纤，当光线在纤芯与包层界面上发生全反射时，光波在纤芯中传播轨迹为折线，相应的端面入射角记为光纤波导的孔径角（或端面临界角）。即只有光纤端面入射角大于的光线才能在光纤中传播，故光纤的受光区域是一个圆锥形区域，圆锥半锥角的最大值就等于。为表示光纤的集光能力大小，定义光纤波导孔径角的正弦值为光纤的数值孔径（NA），即：光纤的导光原理由于，上式简化成为可见，光纤的数值孔径与纤芯与包层直径无关，只与两者的相对折射率差有关。若纤芯和包层的折射率差越大，NA值就越大，即光纤的集光能力就越强。对于阶跃型光纤，由于纤芯折射率均匀分布，纤芯端面各点的数值孔径都相同，即各点收光能力相同。对于渐变型光纤，纤芯折射率分布不均匀，光线在其端面不同点入射，光纤的收光能力不同，因此渐变型光纤数值孔径定义为：光纤的传输特性3光纤的传输特性光纤的几何特性包括芯直径、包层直径、纤芯/包层同心度、不圆度和光纤翘曲度等。光纤的光学特性有折射率分布、最大理论数值孔径、模场直径及截至波长等。光纤的传输特性主要是指光纤的损耗特性和色散特性，另有机械特性和温度特性。

光波在光纤中传输，随着传输距离的增加，而光功率强度逐渐减弱，光纤对光波产生衰减作用，称为光纤的损耗。

光纤的损耗限制了光信号的传播距离。光纤的损耗主要取决于吸收损耗、散射损耗、弯曲损耗3种损耗。光纤的传输特性-损耗特性（1）吸收损耗：光纤吸收损耗是制造光纤的材料本身造成的损耗，包括紫外吸收、红外吸收和杂质吸收。（2）散射损耗：由于材料的不均匀使光信号向四面八方散射而引起的损耗称为瑞利散射损耗。光纤制造中，结构上的缺陷会引起与波长无关的散射损耗（3）弯曲损耗：光纤的弯曲会引起辐射损耗。实际中，有两种情况的弯曲：一种是曲率半径比光纤直径大得多的弯曲；一种是微弯曲。决定光纤衰减常数的损耗主要是吸收损耗和散射损耗，弯曲损耗对光纤衰减常数的影响不大。光纤的传输特性（4）衰减系数：光纤的衰减系数是指光在单位长度光纤中传输时的衰耗量，单位一般用dB/km。它是描述光纤损耗的主要参数。在单模光纤中有两个低损耗区域，分别在1310nm和1550nm附近，即通常说的1310nm窗口和1550nm窗口；1550nm窗口又可以分为C-band（1525nm～1562nm）和L-band（1565nm～1610nm）。图6所示。图6损耗曲线光纤的传输特性-色散特性光脉冲中的不同频率或模式在光纤中的群速度不同，这些频率成分和模式到达光纤终端有先有后，使得光脉冲发生展宽，这就是光纤的色散，如图7所示。色散一般用时延差来表示，所谓时延差，是指不同频率的信号成分传输同样的距离所需要的时间之差。图7色散引起的脉冲展宽示意图光纤的传输特性-色散特性光纤的色散可分为模式色散、色度色散、偏振模色散。（1）模式色散多模光纤中不同模式的光束有不同的群速度，在传输过程中，不同模式的光束的时间延迟不同而产生的色散，称模式色散。（2）色度色散由于光源的不同频率（或波长）成分具有不同的群速度，在传输过程中，不同频率的光束的时间延迟不同而产生色散称为色度色散。色度色散包括材料色散和波导色散。光纤的传输特性-色散特性①材料色散由于材料折射率随光信号频率的变化而不同，光信号不同频率成分所对应的群速度不同，由此引起的色散称为材料色散。②波导色散由于光纤波导结构引起的色散称为波导色散。其大小可以和材料色散相比拟，普通单模光纤在1.31μm处这两个值基本相互抵消。注：模式色散主要存在于多模光纤。单模光纤无模式色散，只有材料色散和波导色散。当波长在1.31μm附近，色散接近为零。色散系数就是单位波长间隔内光波长信号通过单位长度光纤所产生的时延差，用D表示，单位是ps/（nm·km）。光纤的传输特性-机械特性光纤的机械特性主要包括耐侧压力、抗拉强度、弯曲以及扭绞性能等，使用者最关心的是抗拉强度。（1）光纤的抗拉强度光纤的抗拉强度很大程度上反映了光纤的制造水平。影响光纤抗拉强度的主要因素是光纤制造材料和制造工艺。①预制棒的质量。②拉丝炉的加温质量和环境污染。③涂覆技术对质量的影响。④机械损伤。（2）光纤断裂分析存在气泡、杂物的光纤，会在一定张力下断裂，如图8所示。图9光纤断裂光纤的传输特性-机械特性（3）光纤的寿命光纤的寿命，习惯称使用寿命，当光纤损耗加大以致系统开通困难时，称其已达到了使用寿命。从机械性能讲，寿命指断裂寿命。（4）光纤的机械可靠性一般来说，二氧化硅包层光纤的机械可靠性已经得到广泛的认可。为了提高光纤的机械可靠性，在光纤的外包层中掺入二氧化钛，从而增加网络的寿命。

光纤的传输特性-温度特性光纤的温度特性，是指在高、低温条件下对光纤损耗的影响，一般是损耗增大。如图9所示图9

光纤温度特性谢谢光纤通信技术与设备第三讲光缆的敷设与接续概述目录12光缆的敷设3光缆的接续概述1光纤光缆-概述

光缆经单盘检验合格后由大分屯点（集中检验现场），按布放计划及时安全地运至放缆作业组分屯点或直接运至布放现场以及由分屯点在布放时运至施工现场。

虽然光缆要比电缆轻得多，但由于整盘较长，一般光缆制造长度２～４km，每盘光缆的重量也比较重。因此，光缆分屯运输同样非常重要，它对加速工程进展、确保安全敷设、提高工程质量是非常重要的。光缆线路按建筑形式分为直埋、架空、管道和水底（海底）的光缆敷设方法。光缆的敷设2光纤光缆-光缆的敷设

光缆敷设的器材主要有终端牵引机、辅助牵引机、导引装置、穿缆器、牵引端头、脚扣、滑车、梯子和常用工具等。。光缆敷设的一般规定1.弯曲半径光缆的弯曲半径不应小于光缆外径的15倍，施工过程中不应小于20倍。2.牵引力采用牵引方式布放光缆时，牵引力不应超过光缆大允许张力的80％，而且主要牵引力应作用在光缆的加强芯上，瞬间最大牵引力不超过允许能力的100％。3.端别有A，B端要求的光缆要按设计要求的方向布放光缆，光缆牵引端头可以预制也可以现场制作。直埋或水底铠装光缆，可作网套或牵引端头。光缆的敷设4.布放要求为防止在牵引过程中扭转损伤光缆，牵引端头与牵引索之间应加入转环。布防光缆时，光缆必须由缆盘上方放出并保持松弛的弧形。光缆布防过程中应无扭转，严禁打背扣、浪涌等现象发生。光缆布放采用机械牵引时，应根据牵引长度、地形条件、牵引张力等因素选用集中牵引、中间辅助牵引或分散牵引等方式。机械牵引敷设时，牵引机速度调节范围因为0～20m/min,且为无级调速。牵引张力可以调节，并具有自动停机性能，当牵引力超过规定值时，应能自动告警并停止牵引。人工牵引敷设时，速度要均匀，一般控制在10m/min左右为宜，且牵引长度不易过长，若光缆过长，可以分几次牵引。为了确保光缆敷设质量和安全，施工过程中必须严密组织并有专人指挥。要备有优良好的联络手段（工具），严禁在无联络工具的情况下作业。光缆的敷设5.布放质量光缆布放完毕，应检查光纤是否良好。光缆端头应做密封防潮处理，不得浸水。光缆布放的质量要求光缆布放过程中以及安装、回填中均应注意光缆安全，严禁损伤光缆；发现护层损伤应及时修复。光缆布放完毕，发现可疑时，应及时测量，确认光纤是否良好。光缆端头必须作严格的密封防潮处理，不得浸水。未放完的光缆不得在野外放置（无人值守情况下），埋式缆布放后应及时回土。（不少于30cm）。光缆的敷设-架空敷设

架空光缆主要分为钢绞线支承式和自承或两种，应优先选用前者。我国基本都是用采钢绞线支承式，这种结构是通过杆路吊线托挂或捆扎（缠绕）架设。架空光缆应具备相应机械性能，如防震、防风、雪、低温变化负荷产生的张力并具有防潮、防水性能。架空线路的杆间距离，市区为35～40m，郊区为40～50m，郊外随不同气象负荷区而异，最短25m，最长67m，可作适当调整。我国负荷区是依据风力、冰凌、温度三要素进行划分的。架空光缆线路应充分利用现有架空明线或架空电缆的杆路加挂光缆，其杆路强度及其它要求应符合架空线路的建筑标准。架空光缆的吊线采用规格为7/2.2mm的镀锌钢绞线。吊线的安全系数应不低于3(S≥3)。对于长途一级干线需要采用架空挂设时，埋式钢丝铠装光缆，重量超过1.5kg/m，在重负荷区可减少杆间距或采用7/2.6mm钢绞线。架空光缆应根据使用环境，选择符合温度特性要求的光缆。－30℃以下的地区不宜采用架空方式。在明线线路上挂设光缆时，因明线线路已完全淘汰，不用考虑光缆金属加强构件对明线有无影响；而明线线条仍可保留，以给光缆提供的防雷、防强电保护。光缆的敷设-架空敷设

架空光缆采用吊线托挂即吊挂式，是最广泛的架设方法。目前国内架空光缆多数采用这种方式。

光缆挂钩的要求与预放，吊挂式光缆挂钩的程式可按规定要求选用。所用挂钩程式应一致；光缆挂钩卡挂间距要求为50cm，允许偏差不大于3cm，电杆两侧的第一个挂钩距吊线的杆上的固定点边缘为25cm左右。光缆卡挂应均匀，挂钩在吊线上的搭扣方向一致，挂钩托板齐全。一般在光缆架设后按上述要求调节整理好挂钩。当光缆采用挂钩预放置布放时，应先在光缆架设前，预先在吊线上安装挂钩。光缆的敷设-架空敷设（1）滑轮牵引方式为顺利布放光缆和不损伤护层，采用导向滑轮。在光缆盘一侧（始端）牵引至（终点）。安装方法如图1所示的导向索和２个滑轮，并在电杆部位安装一个大号滑轮。每隔20～30m安装1个导引滑轮，一边将牵引绳通过每一滑轮，一边按顺序安装，直至到达光缆盘处与牵引端头连好。采用端头牵引机或人工牵引，注意光缆所受张力大小。一盘光缆分几次牵引时，与管道敷设一样采用“∞”方式分段牵引。每盘光缆牵引完毕，由一端开始用光缆挂钩分别将光缆托挂于吊线上，替下导引滑轮，并按本节有关要求在杆上作伸缩弯、整理挂钩间隔等。光缆接头预留长度为8～10m（杆高），应盘成圆圈后用扎线扎在杆上。图1光缆滑轮牵引布放方法示意图光缆的敷设-架空敷设（2）杆下牵引法对于野外杆下障碍不多的情况下，可采用杆下牵引法，如图1-23所示。采用埋式光缆牵引方法把光缆牵引至终点。边安装光缆挂钩，边将光缆挂在吊线上（此时施工人员坐滑车比较方便）。在挂设光缆的同时，将杆上预留、挂钩间距一次完成。并作好接头预留长度和端头处理。图2光缆滑轮牵引布放方法示意图光缆的敷设-架空敷设预留挂钩牵引法，按光缆规程规定，每隔50Cm挂光缆挂钩，并穿好引线。准备布放光缆两端（光缆盘及牵引点）的安装滑轮。引线可用2.5—3.0mm铁线或尼龙绳、钢丝绳等，引线通过挂钩至光缆盘的光缆端头，通过网套式牵引端头连接光缆。牵引光缆完毕后，再补充整理光缆挂钩，调整间距50Cm。并在杆上作伸缩弯和放好接头预留长度。布放法与滑轮牵引法相似如图3所示。图3预挂挂钩牵引法示意图光缆的敷设-管道敷设1）管孔资料核实

按设计规定的管道路由和占用管孔，检查是否空闲以及进、出口的状态。按光缆配盘图核对接头位置所处地貌和接头安装位置，并观察（检查）是否合理和可能。2）管孔清洗方法

人工管孔清洗；机器洗管法，在国外，对于塑料管道大多采用自动减压式洗管技术。由于塑料管道密封性较高，利用气洗方式洗管比较先进。对于水泥管道，由于密封性和磨擦力不宜采用气压洗管方式，不适宜用这种方式。3）清洗步骤

久闭未开的人孔内可能存在可然性气体和有毒气体。入孔作业人员在人孔顶盖打开后应先用换气扇通入新鲜空气对人孔换气，若人孔内有积水时应用抽水机排除。光缆的敷设-管道敷设用穿管器或竹片慢慢穿至下一个孔后，如图4所示，始端与清洗刷等连接好，注意清洗工具末端接好牵引铁线，然后在第一管孔抽出穿管器或竹片。用同样方法继续洗通其它管道。图4机械清洗管道光缆的敷设-管道敷设预放塑料子管，随着通信的大力发展，城市电信管道日趋紧张。根据光缆直径小的优点，为充分发挥管道的作用，提高经济、社会效益，人们广泛采用对管孔分割使用的方法，即在一个管孔内采用不同的分隔形式可布放3～4根光缆。我国目前普遍采取在一具管孔中预放3～6根塑料子管的分隔方法。塑料子管的布放方法应符合下列要求：在同一管孔内布放两根以上的子管时，将子管每隔2~5米捆绑一次，同时布放，尽量采用不同色谱的子管。若采用无色子管，应在两端头做了标志；布放长度小于300米时可直通；子管伸出20~30cm密封保护；布放子管的环境温度-5~+30℃（5）在管孔中子管不应有接头；本次工程需用的子管应作临时堵塞，不用的子管作固定堵塞；穿放塑料子管的管孔，应安装塑料管法兰盘以固定子管。光缆的敷设-管道敷设1.机械牵引法集中牵引法，集中牵引法即端头牵引法，牵引钢丝通过牵引端头与光缆端头连好；用终端牵引机按设计张力将整条光缆牵引至预定敷设地点。如图5（a）所示。分散牵引法，不用终端牵引机而是用2～3部辅助牵引机完成光缆敷设。这种方法主要是由光缆外护套承受牵引力，在光缆侧压力允许条件下施加牵引力，因此用多台辅助牵引机使分散的牵引力协同完成。如图5（b）是管道光缆分散牵引法的典型例子。中间辅助牵引法，这是一种较好的敷设方法，它既采用终端牵引机又使用辅助牵引机。一般以终端牵引机通过光缆牵引端头牵引光缆，辅助牵引机在中间给予辅助使一次牵引长度得到增加。它具有集中牵引和分散牵引的优点，克服了各自的缺点。因此，在有条件时选用中间辅助牵引方法为好。如图5(c)所示。光缆的敷设-管道敷设图5机械牵引法光缆的敷设-管道敷设图6

人工牵引法人工牵引法由于光缆具有轻、细、软等特点，故在没有牵引机情况下，可采用人工牵引方法来完成光缆的敷设。人工牵引方法的要点是在良好的指挥下尽量同步牵引。牵引时一般为集中牵引与分散牵引相结合，即有一部分人在前边牵引索（穿管器或铁丝）、每个人孔中有1～2人帮助拉。前边集中拉的人员应考虑牵引力的允许值，尤其在光缆引出口处，应考虑光缆牵引力和侧压力。人工牵引布放长度不宜过长，常用的办法是采用倒“∞”法即牵引出几个人孔后，将光缆引出盘“∞”，然后再向前敷设，如距离长还可继续将光缆引出盘“∞”直至整盘光缆布放完毕。人工牵引导引装置，不象机械牵引要求那么严格，但拐弯和引出口处还是应安装导引管为宜。如图6所示。光缆的敷设-管道敷设

管道光缆敷设以机械牵引中的中间辅助方式敷设步骤为例。

1）估算牵引张力、制定敷设计划

为避免盲目施工，必须根据路由调查结果和施工单位敷设机具条件制定切实可行的敷设计划。

2）人力组合和指挥系统

为了敷设的安全和提高生产效率，应合理安排、统一指挥，有条不紊地工作。3）拉入钢丝绳

管道或子管一般已有牵引索，若没有牵引索应及时预放好，一般用铁丝或尼龙绳。机械牵引敷设时，首先在缆盘处将牵引钢丝绳与管孔内预放牵引索连好，另一端由端头牵引机牵引管孔内预放的牵引索，将钢丝绳引至牵引机位置，并作好牵引准备。光缆的敷设-管道敷设

4）光缆牵引

光缆端头按规定方法制作合格并接至钢丝绳；按牵引张力、速度要求开启终端牵引机；值守人员应注意按计算的牵引力操作；光缆引至辅助牵引机位置后，将光缆按规定安装后，并使辅助机以与终端牵引机同样的速度运转；光缆牵引至牵引人孔时，应留足供接续及测试用的长度；若需将更多的光缆引出人孔，必须注意引出人孔处内导轮及人孔口壁摩擦点的侧压力，要避免光缆受压变形。光缆的接续3光缆的接续

在光缆线路上，要把若干段光缆中各条光纤永久地连接成满足设计长度要求的传输线路；在光纤传输系统中，（需要通过活动连接）把光设备的发送、接收器件与光纤线路连接起来又要能随时拆卸调度（更换）、水线主备用水底光缆与主干光缆间的光纤连接，调换；在光纤传输性能测量工作中，需要将光纤临时连接等等。这些都要采用不同的光纤连接方式，且工艺要求上满足需要。固定连接（死接头）应用场合有光缆线路中光纤间的永久性连接，其主要方法电弧熔接法、机械连接法（粘接、匹配）；活动连接（活接头）应用场合有传输系统的机、线（纤）间、水线倒换箱、光仪表耦合，其主要方法光连接器；临时连接应用场合有测量尾纤、假纤与被测光纤间耦合、连接，其主要方法V型槽对准、弹性毛细管连接、临时性固定连接。光缆的接续

光纤熔接方式，国际上基本都是采取预放电熔接方式。1977年日本NTT公司首先改进成的预放电方式，通过预熔（0.1～0.3s）将光纤端面的毛刺、残留物等清除，使端面趋于清洁、平整，使熔接质量、成功率有了明显提高。

采用空气预放电熔接的装置、设备，称之为光纤熔接机。由于光纤的不同和技术进步，促使多功能、性能不断完善和多功能机种出现。目前研制生产光纤熔接机的国家、厂家不少，就熔接机的种类来说，按一次熔接光纤数量可分为单纤（芯）熔接机和多纤（芯）熔接机两种。单纤（芯）熔接机是目前使用最广泛的一种常用机型，多纤（芯）熔接机主要用于带状光缆的连接。按光纤类别可分为多模熔接机、单模熔接机和多模/单模熔接机三种。一般多模熔接机不能用于单模熔接，单模熔接机可用于多模熔接，但不经济。多模/单模熔接机可通过转换控制机构实现多模和单模光纤的熔接。光缆的接续光纤端面处理包括去除套塑层、清洁、去除预涂覆层、清洁和切割制备端面。光纤熔接过程及其工艺流程如图7所示谢谢第一节SDH半导体的发光机理光纤通信工程光子目录12光与物质作用形式3PN结光子1光子

爱因斯坦的光量子学说认为，光是由能量为hf的光量子组成的，其中h=6.628×10−34J·s（焦耳·秒），称为普朗克常数，f是光波频率，人们将这些光量子称为光子。E=hf光子

半导体晶体，原子核外的电子运动轨道因相邻原子的共有化运动要发生不同程度的重叠，晶体中的能级如图1所示。最低能级E1称为基态（价带），能量比基态大的能级Ei(i=2,3,4…)称为激发态。图1晶体中的能级光与物质作用形式2光与物质作用形式有源器件（光源和检测器）的物理基础是光和物质相互作用的效应。可以归结为光与原子的相互作用，将发生受激吸收、自发辐射和受激辐射三种物理过程。能级和电子跃迁如图2所示。光与物质作用形式（1）在正常状态下，电子通常处于低能级E1，在入射光的作用下，电子吸收光子的能量后跃迁到高能级E2，产生光电流，这种跃迁称为受激吸收──光电检测器。动画演示。（2）处于高能级E2上的电子是不稳定的，即使没有外界的作用，也会自发地跃迁到低能级E1上与空穴复合，释放的能量转换为光子辐射出去，这种跃迁称为自发辐射──发光二极管。自发辐射光是非相干光。动画演示。（3）在高能级E2上的电子，受到能量为hf12的外来光子激发时，使电子被迫跃迁到低能级E1上与空穴复合，同时释放出一个与激发光同频率、同相位、同方向的光子（称为全同光子）。由于这个过程是在外来光子的激发下产生的，所以这种跃迁称为受激辐射──激光器。受激辐射光为相干光。动画演示。光与物质作用形式思考：正常状态下，大量电子在低能级，如何实现光的放大？如设低能级上的粒子密度为N1，高能级上的粒子密度为N2，在正常状态下，N1＞N2，总是受激吸收大于受激辐射。即在热平衡条件下，物质不可能有光的放大作用。受激辐射是产生激光的关键。粒子数反转分布状态是使物质产生光放大而发光的首要条件。要想物质产生光的放大，就必须使受激辐射大于受激吸收，即使N2＞N1（高能级上的电子数多于低能级上的电子数），这种粒子数的反常态分布称为粒子（电子）数反转分布。PN结3PN结

图3半导体的能带和电子分布(a)本征半导体；(b)N型半导体；(c)P型半导体一般状态下，本征半导体的电子和空穴是成对出现的，用Ef位于禁带中央来表示，见图3(a)。在本征半导体中掺入施主杂质，称为N型半导体。在N型半导体中，Ef增大，导带的电子增多，价带的空穴相对减少，见图3(b)。在本征半导体中，掺入受主杂质，称为P型半导体。在P型半导体中，Ef减小，导带的电子减少，价带的空穴相对增多，见图3(c)。PN结

图4

PN结的能带和电子分布(a)P-N结内载流子运动；(b)零偏压时P-N结的能带图；(c)正向偏压下P-N结能带图在P型和N型半导体组成的PN结界面上，由于存在多数载流子(电子或空穴)的梯度，因而产生扩散运动，形成内部电场，见图4(a)。内部电场产生与扩散相反方向的漂移运动，直到P区和N区的Ef相同，两种运动处于平衡状态为止，结果能带发生倾斜，见图4(b)，动画演示。这时在PN结上施加正向电压，产生与内部电场相反方向的外加电场，结果能带倾斜减小，扩散增强。PN结

图4

PN结的能带和电子分布(a)P-N结内载流子运动；(b)零偏压时P-N结的能带图；(c)正向偏压下P-N结能带图电子运动方向与电场方向相反，便使N区的电子向P区运动，P区的空穴向N区运动，最后在PN结形成一个特殊的增益区（虚线内）。增益区的导带主要是电子，价带主要是空穴，结果获得粒子数反转分布，见图4(c)。谢谢第二节SDH半导体的发光二极管光纤通信技术与设备概述目录12表面发光二极管3边发光二极管概述1概述

半导体LED发出的是不可见的红外光，而显示所用LED发出的是可见光，如红光、绿光等，但是它们的发光机理基本相同。发光二极管的发射过程主要对应光的自发辐射过程，当注入正向电流时，注入的非平衡载流子在扩散过程中复合发光，所以LED是非相干光源，并且不是阈值器件，它的输出功率基本上与注入电流成正比。LED的谱宽较宽（30～60nm），辐射角也较大。在低速率的数字通信和较窄带宽的模拟通信系统中，LED是可以选用的最佳光源，与半导体激光器相比，LED的驱动电路较为简单，并且产量高，成本低。

发光二极管LED的发光原理与激光器相同，所用材料也相同。所不同的是，在结构上，激光器有谐振腔，LED没有；LD发激光，ED发荧光。光通信中常用的有表面发光二极管和边发光二极管。表面发光二极管2表面发光二极管表面LED有平底碗型和集成透镜型两种。下图1是平底碗型表面LED。图1平底碗型表面发光LED结构表面发光二极管

①所用材料与LD相同，主要有GaAlAs和InGaAsP。②LED无谐振腔。③LED从正面发光，也就是出光方向与有源区垂直。LED利用自发辐射发光，是无阈值器件。边发光二极管3边发光二极管

结构如下图2。边发光二极管由端面出光，光的方向性较好，与光纤耦合效率高，电/光转换效率比表面发光二极管好。图2

边发光二极管的结构发光二极管发光二极管LED的发光原理与激光器相同。所不同的是，在结构上，激光器有谐振腔，LED没有；LD发激光，LED发荧光。LED发出的是多频光，光谱宽度较大（30～40nm），发散角也较大，达40°～120°，如图3所示。①由于是自发辐射，谱线较宽，一般为30～40nm②不是相干光，光的方向性较差，发散角为40°～120°③输出的光强和效率都比较低④光功率对温度的依赖性比LD小⑤P-I曲线的线性范围较大，动态范围大，失真小，图4所示。发光二极管图3（a）线宽的定义（b）LED的谱线宽度发光二极管图4LED的P-I特性谢谢第二节

半导体激光器光纤通信技术与设备概述目录12激光器3半导体激光器LD概述1概述光源是光发送机里的关键核心器件，其功能是把电信号转换为光信号。主要分为半导体光源和非半导体光源。1）半导体光源：半导体发光二极管（LED）和半导体激光二极管（LD）。2）非半导体光源：固体激光器(掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)激光器)和气体激光器等概述能发出一定波长范围的电磁波(包括可见光与紫外线、红外线等不可见光)的物体称为光源。光分可见光和不可见光两种。波长在0.39-0.76um的是可见光，波长在6nm-0.39um的是紫外光，波长在0.76-300um的是红外光。发光二极管用LED：荧光激光二极管用LD：激光激光器具有发射方向集中、亮度高、相干性优越和单色性好等。是一种新型光源。LED通常和多模光纤耦合，用于1.31μm或0.85μm波长的小容量、短距离的光通信系统。LD通常和单模光纤耦合，用1.31μm或1.55μm大容量、长距离光通信系统。概述用半导体材料作为工作物质的激光器，称为半导体激光器（LD），对LD的要求如下。①光源的发光波长应符合目前光纤的三个低损耗窗口（即0.85μm、1.31μm和1.55μm）。②能够在室温下长时间连续工作，并能提供足够的光输出功率。目前LD的尾纤输出功率可达500μW～2mW；LED的尾纤输出功率可达10μW左右。③与光纤耦合效率高。④光源的谱线宽度要窄。较好的LD的谱线宽度可达到0.1nm。⑤寿命长，工作稳定。激光器2激光器半导体激光器（LD）是用半导体材料作为工作物质的激光器，称为半导体激光器，也称为半导体激光自激振荡器。半导体激光器要实现激光发射工作，必需满足以下三个条件：必须有产生激光的工作物质（也叫激活物质）；必须有能够使工作物质处于粒子数反转分布状态的激励源（也叫泵浦源）；必须有能够完成频率选择及反馈作用的光学谐振腔。激光器（1）产生激光的工作物质

即处于粒子数反转分布状态的工作物质，称为激活物质或增益物质，它是产生激光的必要条件。（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。激光器半导体激光器是向半导体PN结注入电流，实现粒子数反转分布，产生受激辐射，再利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光振荡的，当受激辐射产生的光强大于谐振腔的损耗时，激光就可以向外输出。即激光的输出要满足谐振腔的阈值条件。实现受激辐射和粒子数反转分布。半导体激光器LD3半导体激光器LD

图2DH激光器工作原理双异质结构；(b)能带；

(c)折射率分布；(d)光功率分布半导体激光器LD1)加正向偏压

当在二极管上加正向偏压时，电子从N型层通过PN结向P-GaAs层注入，空穴从P型层向P-GaAs层注入，电子和空穴在P-GaAs层中复合发光。2)双异质结对电子和光子的限制作用

双异质结把电子和光子限制在有源区内，其作用表现在两方面。一方面，P-GaAs的禁带宽度比GaAlAs大，电子难于越过两边的边界，被限制在P-GaAs层内，使有源区的电子浓度增加；另一方面，P-GaAs折射率比GaAlAs大，将光子限制在有源区。半导体激光器LD3)光放大和振荡①有源区内电子数实现反转。②电子能级跃迁与空穴结合自发辐射发光，光被限制在有源区。③方向向着谐振腔镜面的光由于受激辐射被放大。④当受激辐射大于谐振腔阈值时，激光向外输出。半导体激光器LD1）阈值特性（P-I特性）

对于LD，当外加正向电流达到某一数值时，输出光功率急剧增加，这时将产生激光振荡，这个电流称为阈值电流，用Ith表示。典型半导体激光器的输出特性曲线如图3所示。为了稳定可靠的工作，阈值电流越小越好。图3

典型半导体激光器的输出特性曲线半导体激光器LD2）激光器的光谱特性主要由其纵模决定。多纵模、单纵模激光器的典型光谱曲线如图4（a）和图4（b）所示。图4激光器的光谱特性半导体激光器LD3）温度特性激光器的阈值电流和输出光功率随温度变化的特性为温度特性。从激光器阈值电流随温度变化的曲线如图5所示，阈值电流随温度的升高而加大。图5激光器的温度特性谢谢光纤通信技术与设备第四讲PIN光检测器概述目录12光电二极管3PIN光电检测器概述1概述光电检测器的作用：把光信号转换为电信号，光电检测器是利用半导体材料的光电效应实现光电转换。要求：①在系统的工作波长上具有足够高的响应度，即对一定的入射光功率，能够输出尽可能大的光电流；②具有足够快的响应速度，能够适用于高速或宽带系统；③具有尽可能低的噪声，以降低器件本身对信号的影响；④具有良好的线性关系，以保证信号转换过程中的不失真；⑤具有较小的体积、较长的工作寿命等；⑥工作电压尽量低，使用简便。概述

1）外光电效应（光电倍增管）：入射光能量大，能将光敏材料的的内部电子全部激发出来。典型器件：APD雪崩光电二极管

2）内光电效应（PIN：入射光子不直接激发光子，仅仅使内部电子从较低能级跃迁到较高能级。典型器件：PIN光电二极管光电二极管2光电二极管光电二极管结构由光照、PN结、耗尽区、自建场、外加反偏压、电信号输出等组成。图1光电二极管结构光电二极管光电二极管工作原理：光电检测器是外加反向偏压的PN结，当入射光作用时，发生受激吸收产生光生电子-空穴对，这些电子-空穴对在耗尽层内建电场作用下形成漂移电流，同时在耗尽层两侧部分电子-空穴对由于扩散运动进入耗尽层，在电场作用下形成扩散电流，这两部分电流之和为光生电流。图2光电二极管结构光电二极管

在耗尽层形成漂移电流。内部电场的作用，电子向N区运动，空穴向P区运动如果光子的能量大于或等于带隙(hf≥Eg)当入射光作用在PN结时发生受激吸收PN结界面内部电场漂移运动能带倾斜电子和空穴的扩散运动N-----PPIN光电二极管3PIN光电二极管P+N+I入射光电极电极E抗反射膜图3PIN光电检测器结构与电能分布

中间的I层是N型掺杂浓度很低的本征半导体；两侧是掺杂浓度很高的P型和N型半导体，用P+

和N+表示。I层很厚，吸收系数很小，入射光很容易进入材料内部被充分吸收而产生大量电子-空穴对，因而大幅度提高了光电转换效率。两侧P+

和N+层很薄，吸收入射光的比例很小，I层几乎占据整个耗尽层，因而光生电流中漂移分量占支配地位，从而大大提高了响应速度。另外，可通过控制耗尽层的宽度，来改变器件的响应速度PIN光电检测器PN结上有内建电场。当PN结加上反向电压后，入射光主要在耗尽区被吸收，在耗尽区产生光生载流子(电子空穴对)。在耗尽区电场作用下，电子向N区漂移，空穴向P区漂移，产生光生电动势。在远离PN结的地方，因没有电场的作用，电子空穴作扩散运动，产生扩散电流。因I层宽。加了反偏压后，空间电荷区加宽，绝大多数光生载流于部落在耗尽层内进行高效、高速漂移，产生漂移电流。漂移电流远远大干扩散电流，所以PIN光电二极管的灵敏度高。接通回路，负载上有电流，于是将光信号转变为电信号。谢谢光纤通信技术与设备第五讲APD光检测器概述目录12APD检测器3APD检测器工作特性概述1概述雪崩光电二极管应用光生载流子在其耗尽区(高场区)内的碰撞电离效应而获得光生电流的雪崩倍增。N+P+I（P）入射光电极抗反射膜PE强电场区低电场区图1APD光电检测的结构及能量分布图1APD光电检测的结构及能量分布图1APD光电检测的结构及能量分布APD检测器2光电二极管APD的雪崩倍增效应，是在二极管的P-N结上加高反向电压，在结区形成一个强电场；在高场区内光生载流子被强电场加速，获得高的动能，与晶格的原子发生碰撞，使价带的电子得到了能量；越过禁带到导带，产生了新的电子—空穴对；新产生的电子—空穴对在强电场中又被加速，再次碰撞，又激发出新的电子—空穴对……如此循环下去，形成雪崩效应，使光电流在管子内部获得了倍增。

APD就是利用雪崩效应使光电流得到倍增的高灵敏度的检测器。光电二极管用雪崩光电二极管(APD)将光信号转换为电信号的过程如图所示。光信号包括信号光和背景光；电信号输出包含信号、背景、咕电流和非倍增的暗电流;对三种电流．即信号、背景和暗电流产生雪崩增益；系统的输出包含信号和噪声。图2光电检测过程APD光电检测器工作特性3PIN光电二极管1）响应度在一定波长的光照射下，光电检测器的平均输出电流与入射的平均光功率之比称为响应度(或响应率)。2）量子效率量子效率定义为通过结区的载流子数与入射的光子数之比，常用符号η表示。3）响应速度 光电二极管的响应速度是指它的光电转换速度。4）暗电流 暗电流主要由体内暗电流和表面暗电流组成。谢谢光纤通信技术与设备第一讲光发射机原理概述目录12光发射机3光发射机技术指标概述1概述光纤通信系统、主要由光发送设备、光接收机设备、光传输设备组成。光发送设备和光接收机设备常称为光发射机和光接收机，两者合在一起为光端机。把电端机输出的数字基带信号对光源进行直接光强度调制转换为光信号，并用耦合技术有效注入光纤线路。电/光转换是用承载信息的数字电信号对光源进行调制实现。光发射机2光发射机数字光发送机的基本组成包括均衡放大、码型变换、复用、扰码、时钟提取、光源、光源的调制电路、光源的控制电路（ATC和APC）及光源的监测和保护电路等。如图1。。扰码线路编码调制电路光源背向光监测码型变换均衡放大输入码型变换电路APCAPC光发送电路时钟提取告警检测电信号光信号图1光发射机的组成框图光发射机光发射机的作用是将从复用设备送来的HDB3信码变换成NRZ码，接着将NRZ码编为适合在光缆线路上传输的码型，最后在进行电/光转换，将电信号转换成光信号并耦合进光纤。（1）均衡放大：补偿由电缆传输所产生的衰减和畸变。（2）码型变换：将HDB3码或CMI码变化为NRZ码。（3）复用：用一个大传输信道同时传送多个低速信号。（4）扰码：使信号达到“0”、“1”等概出现，利于时钟提取。（5）时钟提取：提取PCM时钟信号，供给其它电路使用。（6）调制（驱动）电路：完成电/光变换任务。（7）光源：产生作为光载波的光信号。（8）温度控制和功率控制：稳定工作温度和输出平均光功率。（9）其他保护、监测电路：如光源过流保护电路、无光告警电路、LD偏流（寿命）告警等。光发射机1）自动功率控制APC图2APC自动功率控制光发射机2）自动温度控制（ATC）原理图3ATC电路原理光发射机PCM通信系统中的接口速率和码型，如表1所示。表1 PDH接口码速率与接口码型

PCM系统中的这些码型并不都适合在数字光纤通信系统中传输。为此，在光端机中必须进行码型变换。在PDH系统中，常用的线路编码有分组码mBnB，1B2B码（CMI、DMI和双相码等）和插入码，SDH光纤通信系统中广泛使用的是加扰的NRZ码。各种码的编码规律、传输速率如表2所示。基

群二

次

群三

次

群四

次

群接口码速率

(Mbit/s)2.0488.44834.368139.264接口码型HDB3HDB3HDB3CMI光发射机码

型码型变换规则传输速率误码监测适用系统1B2B码CMI“1”：11,00交替“0”：012fi按编码规则检查PDH双相码“1”：10

“0”：012fi同上DMI“1”：11,00交替“0”：01（前二个码为01，11时）10（前二个码为10，00时）2fi同上分组码mBnB在nB码中选择不均等值小的码作公共码；正负模式交替nfi/m（1）查禁用码字（2）利用DRS插入码mB1P（1）P码满足奇校验规则（2）P码满足偶校验规则(m+1)fi/m奇偶校验mB1C(m+1)fi/m模2和=0加扰NRZ给输入NRZ序列加扰fi无SDH表2常用的线路编码光发射机技术指标3光发射机技术指标1）光发射机的平均输出光功率衡量光发射机的输出能力，测量平均输出光功率的仪表是光功率计，光功率单位是dBm。

2）消光比的定义为全“1”码平均发送光功率与全“0”码平均发送光功率之比。可用下式表示

式中，P11为全“1”码时的平均光功率；P00为全“0”码时的平均光功率。一般要求EXT≥10dB。谢谢光纤通信技术与设备第五讲光接收机原理光接收机目录12光接收机性能指标3光中继器光接收机1光接收机

光接收机作用是将光纤传输后的幅度被衰减、波形产生畸变的、微弱的光信号变换为电信号，并对电信号进行放大、整形、再生后，再生成与发送端相同的电信号，输入到电接收端机，并且用自动增益控制电路（AGC）保证稳定的输出。

光接收机中的关键器件是半导体光检测器，它和接收机中的前置放大器合称光接收机前端。前端性能是决定光接收机的主要因素。光接收机强度调制—直接检波（IM-DD）的光接收机方框图如图4所示，主要包括光电检测器、前置放大器、主放大器、均衡器、时钟恢复电路、取样判决器以及自动增益控制（AGC）电路等。

图1数字光接收机方框图光接收机1．光电检测器

光电检测器是把光信号变换为电信号的关键器件，对其要求是：①在系统的工作波长上要有足够高的响应度，即对一定的入射光功率，光电检测器能输出尽可能大的光电流。②波长响应要和光纤的3个低损耗窗口兼容。③有足够高的响应速度和足够的工作带宽。④产生的附加噪声尽可能低，能够接收极微弱的光信号。⑤光电转换线性好，保真度高。⑥工作性能稳定，可靠性高，寿命长。⑦功耗和体积小，使用简便。

光接收机2．放大器光接收机的放大器包括前置放大器和主放大器两部分。对前置放大器要求是较低的噪声、较宽的带宽和较高的增益。前置放大器的的类型目前有3种：低阻抗前置放大器、高阻抗前置放大器和跨阻抗前置放大器（或跨导前置放大器）。主放大器一般是多级放大器，它的功能主要是提供足够高的增益，把来自前置放大器的输出信号放大到判决电路所需的信号电平。并通过它实现自动增益控制（AGC），以使输入光信号在一定范围内变化时，输出电信号应保持恒定输出。主放大器和AGC决定着光接收机的动态范围。

光接收机3．均衡器均衡器的作用是对已畸变(失真)和有码间干扰的电信号进行均衡补偿，减小误码率。4．再生电路再生电路的任务是把放大器输出的升余弦波形恢复成数字信号，由判决器和时钟恢复电路组成。5．自动增益控制（AGC）AGC就是用反馈环路来控制主放大器的增益。作用是增加了光接收机的动态范围，使光接收机的输出保持恒定。

光接收机AGC就是利用反馈环路来控制主放大器的增益。AGC的作用是增加了光接收机的动态范围。自动增益控制（AGC）电路原理框图如2所示。

图2自动增益控制电路原理光接收机性能指标2光接收机性能指标数字光接收机主要指标有光接收机的灵敏度和动态范围。1）光接收机的灵敏度

光接收机的灵敏度是指在系统满足给定误码率指标的条件下，光接收机所需的最小平均接收光功率Pmin（mW）。工程中常用毫瓦分贝（dBm）来表示，即光接收机性能指标2）光接收机的动态范围光接收机的动态范围是指在保证系统误码率指标的条件下，接收机的最低输入光功率（dBm）和最大允许输入光功率（dBm）之差（dB）。光中继器3光中继器光信号在传输过程会出现两个问题：①光纤的损耗特性使光信号的幅度衰减，限制了光信号的传输距离；②光纤的色散特性使光信号波形失真，造成码间干扰，使误码率增加。以上两点不但限制了光信号的传输距离，也限制了光纤的传输容量。为增加光纤的通信距离和通信容量，必须设置光中继器。光中继器的功能是补偿光能量损耗，恢复信号脉冲形状有：①补偿衰减的光信号；②对畸变失真的信号波形进行整形。光中继器主要有两种：一种是传统的光中继器（即光电中继），一种是全光中继器。光中继器传统的光中继器采用光—电—光（O-E-O）转换形式的中继器。如图3所示。图3典型的数字光中继器原理方框图光电中继器的结构形式：有的设在机房中，有的是箱式或罐式，有的是直埋在地下或架空光缆在电杆上。光中继器目前全光放大器主要是掺铒光纤放大器。掺铒光纤放大器是一个直接对光波实现放大的有源器件，其工作原理如图7所示。用掺铒光纤放大器作中继器的优点是，设备简单，没有光—电—光的转换过程，工作频带宽。缺点是，光放大器作中继器时，对波形的整形不起作用。图4掺铒光纤放大器用作光中继器的原理框图谢谢第5.1节SDH基本概念光纤通信技术与设备了解SDH体现相关定义等基本概念学习目标掌握SDH体系速率标准及计算过程了解字节间插复用方式123SDH基本概念目录12SDH体系速率标准SDH基本概念1SDH体制：Synchronousdigitalhierarchy(同步数字体系),根据ITU-T的建议定义，是为传输不同速度的数字信号提供相应等级的标准化信息结构，包括映射，定位、复用以及相关的同步方法组成的一个技术体制。SDH采用的信息结构等级称为同步传送模块STM-N（N=1，4，16，64，…），最基本的模块为STM-1，也是STM的基础速率STM-1=155.520Mbit/s。SDH基本概念SDH速率标准29*270（字节）270列STM-1帧结构9行125usSTM-1=9*270*8bit*8000/s=155.520Mbit/s先行后列，按字节传送帧频=8000帧/sSDH基帧A1A2A3B1B2B3D1D2D3C1C2C3A1B1C1D1A2B2C2D2A3B3C3D3A帧：3个字节B帧：3个字节C帧：3个字节D帧：3个字节E帧：3*4个字节帧周期不变字节间插复用40123456789ABCDEF012356789ABCDEF44444STM-10123456789ABCDEFSTM-4STM-16SDH字节间插复用等级STM-1STM-4STM-16STM-64速率（Mbit/s)2.5G10G155.520622.0802488.3209553.280STM-4=4*STM-1STM-16=16*STM-1STM-64=64*STM-1SDH体系速率标准总结总结：本节课学习了SDH体现的相关基本概念，包括体系的定义、速率标准及计算过程，字节间插复用方式。练习练习：一个2.5G的光传输网络可以复用多少个STM-1？谢谢第5.1节SDH体制优劣势光纤通信技术与设备掌握PDH体现的缺陷学习目标掌握SDH体系的优势了解SDH体制存在的不足123PDH存在缺陷目录12SDH体制优劣势PDH存在缺陷1

电接口----地区性的电接口标准，有两大体系三个不同的速率标准；400Mb/s100Mb/s32Mb/s6.3Mb/s日本系列274Mb/s45Mb/s6.3Mb/s565Mb/s139Mb/s34Mb/s8Mb/s2Mb/s1.5Mb/s北美系列欧洲系列×4×4×4×4×4×4×3×5×6×7×41.5Mb/sPDH体制缺陷（一）-接口缺陷

光接口----PDH体制的光接口没有标准化，各自厂家不同的线性码型，设备之间不能互通；专用的PDH光信号厂商A厂商B厂商B标准电接口互通2Mbit/s或34Mbit/sPDH体制PDH体制缺陷（一）-接口缺陷140OLTE34814034822883434140140OLTESDHSDHPDHPDH采用异步复用方式，通过比特塞入（码速调整）法进行逐级复接。2MPDH体制缺陷（二）-复用方式PDH帧结构中开销比特较少，不能提供足够的运行、管理和维护（OAM）能力；TS0TS1TS2TS15TS16TS17TS18TS31（a)PCM30/322048kbit/s帧结构PDH体制缺陷（三）-运行维护功能PDH体制没有统一的网管接口，不利于形成统一的电信管理网。SDH体制PDH体制缺陷（四）-网管功能SDH体制优劣势2SDH体制：Synchronousdigitalhierarchy(同步数字体系),根据ITU-T的建议定义，是为传输不同速度的数字信号提供相应等级的标准化信息结构，包括映射，定位、复用以及相关的同步方法组成的一个技术体制。SDH基本概念1、接口优势：

光接口----SDH光口信号码型是加扰的NRZ码，采用世界统一的7级扰码，保证不同厂家的设备能够进行互通。电接口----SDH采用的世界范围内标准化的信息结构，称为同步传送模块STM-N（N=1，4，16，64，…），最基本的模块为STM-1，也是STM的基础速率STM-1=155.520Mbit/s。SDH体制优势（一）﹡低速SDH----高速SDH，字节间插复用﹡低速PDH-----SDH，同步复用和灵活的映射﹡老体制设备是否还可发挥作用﹡对新体制能否接入﹡用于OAM的开销多﹡OAM功能