开题报告
电子信息工程
光纤通信中的衰减、色散及非线性特性的研究
一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义
如今光纤通信已经得到迅速的发展，这与其优越性是分不开的。光纤通信的主要优点有：（1）传输损耗小，容量大；（2）尺寸小，重量轻，有利于敷设和运输；(3) 抗电磁干扰性能好，适合应用于强电干扰和电磁辐射的环境中；（4）光纤之间的串话小；（5）制造光纤的主要原料是二氧化硅，它是地球上蕴藏最丰富的物质，取之不尽，用之不竭。但光纤通信也受到光纤的衰减效应、色散效应、非线性效应等诸多因素的制约。
光纤材料的本征吸收和本征散射是光纤的固有衰减机理，光纤材料的本征散射主要指瑞利散射。光纤的损耗特性主要包括光纤自身的损耗和通信系统的插入损耗等。这方面的新技术有低噪声放大技术、新型调制格式等。色散是指不同频率的电波以不同的相速度和群速度在介质中传播的物理现象。光纤的色散包括模式色散、材料色散、波导色散。这方面的新技术有群速度色散、偏振模色散等。非线性折射率波动效应可分为三大类：自相位调制（SPM），交叉相位调制（XPM)以及四波混频（FWM）。非线性受激散射可分为布里渊散射和拉曼散射两种形式。这方面的新技术有非线性光学效应的抑制等。
光纤的损耗决定了光纤通信系统中的无中继传输距离，光纤的色散导致光脉冲的展宽，从而从两个方面影响系统的传输性能，在传输距离一定的情
况下，色散限制系统的传输速率；在传输速率一定的条件下色散限制系统的传输距离。光纤的衰减效应、色散效应、非线性效应严重的影响了光纤通信的质量与传输距离，所以对光纤的衰减效应、色散效应、非线性效应的研究，是对光纤通信的发展有重大意义的。
二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：
本课题主要研究以下四个方面：
（1）光纤通信的基本定义及特点
（2）光纤的衰减效应的定义、基本特性及仿真
（3）光纤的色散效应的定义、基本特性及仿真
（4）光纤的非线性效应的定义、基本特性及仿真
三、研究步骤、方法及措施：
2010年11月--2011年2月为准备阶段
查阅资料，酝酿课题仿真资料等
2011年3月-2011年4月写出初稿
2011年5月实施阶段
积累资料，完善仿真方案，写出论文,结题验收
四、参考文献
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浅谈光纤通信技术的发展及其应用 发表时间：2016-11-02T16:56:20.480Z 来源：《基层建设》2016年14期作者：张运器 [导读] 摘要：随着社会的发展和时代的进步，我国的综合国力逐渐增强，人们对通信的技术和质量也有了更高的要求。 广州市奇成通信技术服务有限公司 摘要：随着社会的发展和时代的进步，我国的综合国力逐渐增强，人们对通信的技术和质量也有了更高的要求。光纤通信作为新兴技术被广泛的应用在各国各行业的科技领域中，尤其是在电信网络中起着不可忽视的作用，在我国的通信行业中，光纤通信技术占据着主要的作用。光纤通信技术不仅能在通信主干路中得到应用，还能在电力通信的控制系统中得到应用，对工业进行控制和检测，为通信行业带来了很大的积极作用，为通信行业的发展和进步奠定了基础。 关键词：光纤通信技术；发展趋势；通信行业；应用 虽然光纤通信技术被广泛的应用在各国的通信行业中，但是光纤通信技术的使用历史并不是很长，早在二十世纪就有科学家对光纤通信进行了探索，但由于极高的造价导致研究不得不中断。光纤通信技术使通信行业得到了前所未有的发展，现阶段光纤通信的技术取得了得到了很大的提高，不断得到补充的新技术使我国通信行业的能力得到了极大的提高，使全国的大部分地区都实现了光纤通信技术的应用。只有良好的利用光纤通信，不断的提高光纤通信的技术才能使我国的通信行业得到长足的发展。 一、光纤通信的特点 光纤通信能够获得广泛的应用和发展主要是因为其具有多方面的特点，从而得到了更多人们和行业的重视。第一，光纤通信拥有很宽的传输频带，使通信的容量大大增加。和铜线、电缆等传输方式相比，光纤通信的带宽很大，现阶段我国还使用了密集波分复用的技术，此技术也使光纤的传输容量得到了极大提高。第二，拥有较长的中继距离，光纤通信的损耗很小，这个特点在传统的微波传输中难以得到体现。在较长的传输线路中，能够有效的将中继站数量控制在最小，使传输的成本得以降低。第三，拥有较好的保密性能并伴有强大的抗干扰能力。在进行光纤传输时，光波导结构会使光信号得到很好的限制，即使在特殊的地区渗漏的光波量也极小，使信号得到更好的保护。第四，光纤通信具有极高的传输质量。在外界环境等因素改变时，光纤通信不会受其影响，拥有很强的适应能力，使传输的信号以高质量被传输到需要的地方。第五，有效的节约了成本。制作光纤的原材料是石英玻璃，基础材料则为二氧化硅，这种原材料的价格较低，我国拥有丰富的原材料，使用这种材料能有效的节约金属的使用量，有效的节约了成本。第六，使用较灵活。光纤拥有很轻的重量，而且规格比较小，在进行光纤维护和施工时，传输和铺设都及其方便，并且能够在水底和架空时进行铺设。 二、光纤通信技术的发展 （一）由光入网的发展趋势 在我国光纤通信技术的发展过程中，由光入网一直是一个难题的，但在今后的光纤通信技术发展正，由光入网是其必须实现的发展趋势。通过技术的发展，由光入网趋势将在我国光纤通信技术中得以实现，将会成为网络中不可缺少的一项环节，由光入网将使通信行业实现网络化和智能化。另外，我国还有很多使用铜线进行通信的现象，铜线和光纤相比还存在很大的技术反差。在这种现在存在的同时，接入网络就显得尤为重要，是我国通信行业得到真正发展的一个非常重要的节点。通过实现光纤的接入网能使存在的问题得以解决。除了这种情况以外，还要适当的使各地的节点和与网络结构的适应度得到减少，这样能在一定程度上扩大覆盖率，从而使故障率和维修产生的费用都得到相应的减少。 （二）光纤通信技术的新一代光纤 由于社会的不断进步和发展，各行业都得到了不同程度的提高，业务量等数据都在不断的增长。电信网络也跟随着这一形式向下一个光纤通信技术的方向不断努力，这一新技术要遵循着可持续发展的目标。要想真正实现新一代的光纤技术就要拥有超大容量的光缆，光缆的组成为逛到纤维。大容量的光缆和传统的光缆相比具有很多的优点，不仅能够适应网络业务的超长距离，还要拥有良好的稳定性。根据这种要求，我国通信行业的技术人员已经研发出了新型的光纤，光纤具有不同的型号，例如，G.655光纤和全波光纤等。这样的光纤能够适合干线网和城域网的不同需要，根据不同需要制定不同的光纤，更有效的促进了其传输质量和速度，使光纤通信技术得到了真正的提高和发展。 （三）实现波分复用系统 在我国的通信行业中，传统的手段是利用电分复用系统对信号进行传输，随着时代的进步，这种传统的方法已经不能适应人们的需求，逐渐的对电分复用系统进行取代，波分复用系统将会得到人们的广泛应用。虽然波分复用系统得到了应用，但还是存在很多的问题。在进行200纳米光纤进行宽带传输时，利用率会极其低，使用了波分复用系统能有效的解决此类问题的发生，它能将很多个不同的波长使用同一时间进行同时传输，这样就使传输的容量得到提高。实现波分复用系统的优点具体表现在以下几个方面：第一，波分复用能有效的对信号功率和徐律进行脱钩处理，使通信不再受到传统关节点的影响。第二，波分复用系统能和光纤进行配合使用，从而使光纤的传输效率得到很大的提高，增加了资源的利用率。第三，运用波分复用系统能够节省大量的光纤，同时也使通信所产生的成本得到了减少。 三、光纤通信技术的应用 （一）光纤通信技术在电力通信行业中的应用 电力通信主要是要实现电网的商业化、现代化和自动化，电力通信是安全系统和自动化系统进行稳定工作的基础和前提，电力通信能够实现电力市场的现代化管理和运营商业化，为电力市场提供了很多的技术保障和支持。光纤通信技术在电力通信领域有着很大的应用，起初只是提供了传统的管道、架空和地埋等技术方法，对普通的电缆进行铺设这样能使电信部门的光纤通信网络逐渐实现系统化。随着光纤技术的不断进步和发展，光纤通信能够实现信号的大容量传输且损耗非常小，根据这种特点被电力通信部门应用，并受到了业界的一直好评。 （二）光纤通信技术在智能交通领域的应用 交通管理在我国越来越受到重视，智能交通的目的就是将交通管理和运营等方面的工作进行信息化管理，其核心的内容则是信息采集、信息的传输和信息的处理，通过对信息的综合运用能使交通系统实现准确且高效的运输管理体制。在智能交通中应用光纤通信技术主要是实现收费联网和监控等各录像数据和信息的传递，使交通系统更加稳定的运行，为公路等交通的安全和通常奠定了基础，进一步促进
光纤通信概论 一、单项选择题 1、光纤通信指的就是: 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 光纤通信所使用的波段位于电磁波谱中的: A 近红外区 B 可见光区 C 远红外区 D 近紫外区 3 目前光纤通信所用光波的波长范围就是: A 0、4～2、0 B 0、4～1、8 C 0、4～1、5 D 0、8～1、6 4 目前光纤通信所用光波的波长有三个,它们就是: A 0、85、1、20、1、80 ; B 0、80、1、51、1、80 ; C 0、85、1、31、1、55 ; D 0、80、1、20、1、70。 6 下面说法正确的就是: A 光纤的传输频带极宽,通信容量很大;
B 光纤的尺寸很小,所以通信容量不大; C 为了提高光纤的通信容量,应加大光纤的尺寸; D 由于光纤的芯径很细,所以无中继传输距离短。 二、简述题 1、什么就是光纤通信？ 2、光纤的主要作用就是什么？ 3、与电缆或微波等电通信方式相比,光纤通信有何优点？ 4、光纤通信所用光波的波长范围就是多少？ 5、光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长分别就是多少？ 光纤传输特性测量 一、单项选择题 1 光纤的损耗与色散属于: A 光纤的结构特性; B 光纤的传输特性; C 光纤的光学特性; D 光纤的模式特性。 2 光纤的衰减指的就是: A 由于群速度不同而引起光纤中光功率的减少; B 由于工作波长不同而引起光纤中光功率的减少; C光信号沿光纤传输时,光功率的损耗; D 由于光纤材料的固有吸收而引起光纤中光功率的减少。
第一章基本理论 1、阶跃型折射率光纤的单模传输原理是什么？答：当归一化频率V小于二阶模LP11归一化截止频率，即0＜V＜2.40483时，此时管线中只有一种传输模式，即单模传输。 2、管线的损耗和色散对光纤通信系统有哪些影响？答：在光纤通信系统中，光纤损耗是限制无中继通信距离的重要因素之一，在很大程度上决定着传输系统的中继距离；光纤的色散引起传输信号的畸变，使通信质量下降，从而限制了通信容量和通信距离。 3、光纤中有哪几种色散？解释其含义。答：（1）模式色散：在多模光纤中存在许多传输模式，不同模式沿光纤轴向的传输速度也不同，到达接收端所用的时间不同，而产生了模式色散。（2）材料色散：由于光纤材料的折射率是波长的非线性函数，从而使光的传输速度随波长的变化而变化，由此引起的色散称为材料色散。（3）波导色散：统一模式的相位常数随波长而变化，即群速度随波长而变化，由此引起的色散称为波导色散。 5、光纤非线性效应对光纤通信系统有什么影响？答：光纤中的非线性效应对于光纤通信系统有正反两方面的作用，一方面可引起传输信号的附加损耗，波分复用系统中信道之间的串话以及信号载波的移动等，另一方面又可以被利用来开发如放大器、调制器等新型器件。 6、单模光纤有哪几类？答：单模光纤分为四类：非色散位移单模光纤、色散位移单模光纤、截止波长位移单模光纤、非零色散位移单模光纤。 12、光缆由哪几部分组成？答：加强件、缆芯、外护层。 *、光纤优点：巨大带宽（200THz）、传输损耗小、体积小重量轻、抗电磁干扰、节约金属。*、光纤损耗：光纤对光波产生的衰减作用。 引起光纤损耗的因素：本征损耗、制造损耗、附加损耗。 *、光纤色散：由于光纤所传输的信号是由不同频率成分和不同模式成分所携带的，不同频率成分和不同模式成分的传输速度不同，导致信号的畸变。 引起光纤色散的因素：光信号不是单色光、光纤对于光信号的色散作用。 色散种类：模式色散（同波长不同模式）、材料色散（折射率）、波导色散（同模式，相位常数）。 *、单模光纤：指在给定的工作波长上只传输单一基模的光纤。
浅谈光纤通信技术发展的以及前景 作者：闫景超 引言：光纤通信技术的应用是一次世界性的改革，它把人类带上了信息的高速公路。光纤通信在信息传递方面起着主导作用，在将来的科学进步中，光纤通信会起着举足重轻的作用。 关键词：光纤通信应用前景 1.光纤通信概念 光纤通信是以光波为信息载体，通过光纤来传递的一种通信设施。因为它具有容量大，传输距离远，传输速度快，经济等特点，所以在当今被广泛应用。 2.光纤通信的特点 (1)光纤通信容量大；传输距离长;一根细细的光纤可以承载很多个光信息，而它的传输时以光速传播，并且损耗非常小。(2)由于光纤较细，质量轻，所以便于铺设和运输(3)光纤通信具有抗电磁干扰能力，传输信息不易丢失和失真。(4)信号串扰小、保密性能好;(5)光纤通信用材少，而且不污染环境(7)光缆适应性强,寿命比较长。 3.光纤通信的发展 光纤通信的发展史虽然只有二三十年，但由于它无比的优越性，使它成为了现代化通信网络中最为重要的传输媒介。 总体来说，光纤通信的发展大致分为4个阶段。 第一阶段（1966——1976年）是冲基础研究到商业应用的开发时期。这个时期中，出现了短波长（850nm）低速率（34或45Mb/s）多模光纤通信系统，无中继传输距离约为10km。 第二阶段（1976——1986年）是以提高传输速率和增加传输距离为研究目标的大力推广应用的大发展时期。在这个时期，光纤从多模发展到单模，工作波长从短波长（850nm）发展到长波长（1310nm和1550nm），实现了工作波长为1310nm，传输速率为140—565Mb/s的单模光纤通信系统，无中继传输距离为50到100km。 第三阶段（1986——1996年）是以超大容量超长距离为目标，全面深入开展新技术研究的事情。在这个时期，出现了1550nm色散位移单模光纤通信系统。采用外调制技术，传输速率可达2.5—10Gb/s，无中继传输距离可达100—150km，实验室可以达到更高水平。 第四阶段（1996年至今）是采用光放大器，波分复用光纤通信系统的超长距离的光弧子通信系统的时期。具体来讲国外的发展状况： 20世纪60年代中期，所研制的最好的光纤损耗在400dB以上 1966年英国标准电信研究所高锟及Hockham从理论上预言光纤损耗可降至20dB/km以下 日本于1969年研制出第一根通信用光纤损耗为100dB/km 1970年康宁公司（Corning）采用“粉末法”先后获得了损耗低于20dB/km和4dB/km的低损耗石英光纤1974年贝尔实验室（Bell）采用改进的化学汽相沉积法制出性能优于康宁公司的光纤产品。 到1979年，掺锗石英光纤在1.55μm处的损耗已经降到0.2dB/km，这一数值已经十分接近由Rayleigh散射所决定的石英光纤理论损耗极限 国内光纤通信的发展： 1963年开始光通信的研究 1977年，第一根短波长(0.85mm)阶跃型石英光纤问世，损耗 为300dB/km 1978年，阶跃光纤的衰减降至5dB/km。研制出短波长多模梯 度光纤，即G.651光纤 1979年，研制出多模长波长光纤，衰减为1dB/km。建成5.7
第8章复习思考题 参考答案 8-1 光纤通信系统的基本结构有哪几种 答：光纤通信系统除点对点结构外，另外四种基本结构是树形、总线形、环形和星形，如图8.1.1所示。 图8.1.1 光纤通信网络基本结构 8-2 试画出点对点光纤传输系统的构成框图 答：图8.1.2给出了采用光-电-光再生中继和光放大中继的点对点光纤传输系统示意图。 图8.1.2 点对点光纤传输系统 8-3 什么是损耗限制系统什么是色散限制系统 答：光纤色散导致光脉冲展宽，从而构成对系统BL乘积的限制。当色散限制传输距离
小于损耗限制的传输距离时，系统是色散限制系统。 否则，就是损耗限制系统。在给定工作波长下，L随着B 的增加按对数关系减小。在短波长0.85 m波段上，由于光纤损耗较大（典型值为 dB/km），根据码率的不同，中继距离通常被限制在10~30 km。而长波长~1.6 m系统，由于光纤损耗较小，在1.3 m处损耗的典型值为~ dB/km，在1.55 m处为 dB/km，中继距离可以达到100~200 km，尤其在1.55 m波长处的最低损耗窗口，中继距离可以超过200 km。一般说来，1.3 m单模光纤通信系统在B < 1 Gb/s 时为损耗限制系统，在B >1 Gb/s时可能成为色散限制系统。 8-4 若光纤的色散太大，将给系统带来什么问题 答：色散引起脉冲展宽，可能对系统的接收性能形成两方面的影响。 首先，脉冲的部分能量可能逸出到比特时间以外而形成码间干扰。这种码间干扰可以采用线性通道优化设计，即使用一个高增益的放大器（主放大器）和一个低通滤波器，有时在放大器前也使用一个均衡器，以补偿前端的带宽限制效应，使这种码间干扰减小到最小。 其次，由于光脉冲的展宽，在比特时间内光脉冲的能量减少，导致在判决电路上SNR降低。为了维持一定的SNR，需要增加平均入射光功率。 8-5 简述系统对激光器、探测器和光纤的技术要求 答：光纤通信对光源的要求是： （1）电光转换效率高，驱动功率低，寿命长，可靠性高； （2）单色性和方向性好，以减少光纤的材料色散，提高光源和光纤的耦合效率；采用单纵模激光器可以使模分配噪声（MPN）的影响降到最小；边模抑制比MSR> 100（20 dB）时，可使模分配噪声（MPN）的影响降到最小。 （3）对于模拟调制，还要求光强随驱动电流变化的线性要好，以保证有足够多的模拟调制信道。 （4）但是在1.55 m波长系统中，即使采用边模抑制比大的单模LD，LD的频率啁啾也是对系统的主要限制因素。 （5）因此高速光纤通信系统，多采用多量子阱结构DFB LD，以减小频率啁啾的影响。
光纤通信系统中色散补偿技术 蒋玉兰 (浙江华达集团富阳，31 1400) 【摘要】本文叙述了光通信系统中一个重要的参数—色散，以及G65光纤通信系统的色散补偿技术。文章还详细说明了各种补偿技术原理，并比较其优缺点。最后强调说明色散补偿就是用来补偿光纤线路色散和非线性失真的技术。 1概述 光纤通信的发展方向是高速率、大容量。它从PDH 8 Mb/s, 34Mb/s,140Mb/s, 565Mb/s 发展到SDH 155Mb/s，622Mb/s，2.5Gb/s，10Gb/s。现在又进展为波分复用WDM、密集型波分复用DWDM。同时，光纤的结构从G652、G653、G654，发展到G655，以及G652C 类。光纤的技术指标很多，其中色散是其主要的技术指标之一。 色散就是指不同颜色(不同频率)的光在光纤中传输时，由于具有不同的传播速度而相互分离。单模光纤主要色散是群时延色散，即波导色散和材料色散。这些色散都会导致光 脉冲展宽，导致信号传输时的畸变和接收误码率的增大。 对于新建工程新敷设高速率或WDM光缆线路，可以采用非零色散位移光纤（NZ-DCF），ITU一T将这种光纤定名为G655。G655光纤在1 550 nm处有非零色散，但数值很小（0.1~10.0pb/nm·km）。其色散值可以是正，也可以是负。若采用色散管理技术，可以在很长距离上消除色散的积累。同时，对WDM系统的四波混频现象也可压得很低，有利于抑制非线性效应的影响。 自从光纤通信商用开始，至今20余年，国内外已大量敷设了常规单模光纤(G652)的 光缆，这类光缆工作在1550nm波段时，有18ps/nm·km的色散，成为影响中继距离的主要因素。所以，对高速率长距离的系统必须要考虑色散补偿问题。 光纤色散产生的因素有:材料色散、波导色散、模式色散等等。但主要是前面两项因素引起不同波长的光在光纤中传播造成群时延差。解决光信号色散引起群时延差的方法就是色散补偿技术。 2光纤色散述语 色散: 光源光谱组成中的不同波长的不同群速度在一根光纤中传输所引起的光脉冲展宽。 材料色散: 因折射率随光的波长不同呈非线性，所以产生材料色散。由单模光纤的纤芯和包层材料所引起的色散，考虑到光纤的弱导条件(△< 第一章通信网技术概述 1.1概述 1.2通信设备 构成通信网的最基本的设备是用户端设备、传输链路设备和转接交换设备。 1.3广域网分类 1.4通信协议 1.4.1 协议 通常将网络分层结构以及各层协议的集合称为网络体系结构。比较著名的网络体系结构有国际标准化组织ISO(International for Standardization)提出的开放系统体系结构OSI(Open System Interconnection);美国国防部提出的传输控制协议TCP/IP；国际电信联盟提出的公共数据网X系列协议；IBM公司提出的系统网络体系结构SNA等。 1.4.2 标准化组织 1. 国际标准化组织ISO 2. 国际电信联盟-电信标准化部ITU-T(International Telecommunication Union) 一直负责制定电信网的标准系列。 3. 因特网工程任务组IETF(Internet Engineering Task Force) 负责研究因特网的体系结构以及新一代因特网标准规范的研究和制定 第二章数字通信技术 第三章光纤通信技术 3.1 光纤通信 3.1.1光纤通信的发展 3.1.2 光纤通信的特点 1. 传输频带宽，通信容量大。由信息理论知道，载波频率越高，通信容量就越大。 2. 损耗低。目前实用的光纤均为石英系光纤，要减小损耗，主要是靠提高玻璃纤维的纯度。 3. 在运用频带内，光线对每一频率成分的损耗几乎一样。因此，系统中才去的均衡措施比传统的电信系统简单，甚至可以不必采用。 4. 光纤内传播的光能几乎不辐射，因此很难被窃听，也不会造成统一光缆中各光纤之间串扰 5. 不受电磁干扰。因为光纤是非金属的介质材料。 6. 线径细、重量轻，便于敷设。 7. 资源丰富。制作玻璃光纤的原料是适应，其来源十分丰富。 3.1.3 通信系统中主要技术指标 1.分贝dB 分贝dB 是以常用对数表示的两个电压或两个功率之比的一种计量单位。 浅谈光纤通信技术的发展现状 发表时间：2017-05-05T14:59:34.220Z 来源：《基层建设》2017年3期作者：刘创李雄彬[导读] 本文分析光纤通信技术特性，分析光纤通信技术的应用，从而提出光纤通信技术的发展方向。 广东海格怡创科技有限公司 510000 摘要：随着科学技术的不断发展，通信技术的重大变革，由于互联网时代的到来，电商企业逐渐增多，国民经济的发展受到光线通信技术的影响。光纤通信传输信息过程中具有速度快，距离长、信息容量大、损耗低、超强抗电磁干扰能力和高保密性等优点，被广泛应用到通信、军队、医学等各个领域。本文分析光纤通信技术特性，分析光纤通信技术的应用，从而提出光纤通信技术的发展方向。 关键词：光纤通信；传输；信号光纤通信技术是现代通信行业先进技术的代表，成为了通信行业业务最广泛的技术形式。光纤技术在社会推广以来，不仅给人们的日常生活创造带来了许多方便，对企业的正常通信运用也给予了很大的帮助。随着我国科技研究水平的提升，对于光纤技术的改革发展有了更深刻的认识，需要我们从客观的角度去认识这一技术革新趋势。 一、光纤通信技术的特点 1、频带极宽，通信容量大 光纤通信技术当中作为传输介质的光纤比导波管或者同轴电缆损耗要低很多；光纤传输带宽比电缆或者铜线大很多；光纤通信容量比微波通信容量大几十倍。由于设备端的限制，单波长光纤通信系统带宽大的优势往往得不到充分的发挥，解决这个问题需要通过技术手段来增加传输的容量，用密集波复用技术来解决。其他传输介质不能达成的传输距离远、容量大的特点，恰恰就是光纤通信技术最大的特点和优势所在。 2、损耗低，能够有效地减少施工成本 各行各业的经济运行过程，都需要考虑到降低成本，达到效益的最大化，通信行业也一样。目前，相比较其他传输介质商品石英光纤的损耗是最低的，在理论上想要将传输损耗降到更低，未来可以采用非石英极低损耗传输介质。系统施工成本可以通过光纤通信系统得到减少，已达成更高的经济效益。由于制作光纤的主要材料是玻璃材料，玻璃材料是电气绝缘体，因此不用担心接地回路。 3、抗电磁干扰能力强 石英绝缘性好，并且具有很强的抗腐蚀性，同时抗电磁干扰能力也很强，基本上不受认为假设电缆的干扰，也不受其他外部环境影响。石英材料的这一特点在军事上用途很广泛，在强电领域的通讯应用作用也特别大。 4、无串音干扰，保密性好 电磁波在电波传输过程中保密性差，容易泄露；光波在光纤中的传播则保密性强得多，而且不易发生串扰现象。光纤同时具有柔软、径细、易铺设、重量轻、成本低、原材料资源丰富、寿命长、温度稳定性好等诸多优点，世界上各个国家喜欢使用光纤来发展通信产业，其主要原因也在于此。 5、光纤芯细、占据空间小，防窃听 光波在光纤中传输，信息不会因为光信号泄露二被人窃听。另外，光纤芯很细，多芯组成光缆的直径也很小，传输系统使用光缆作为传输通道所占空间小，地下管道拥挤的问题得到了有效解决。 二、光纤通信技术的应用 1、光纤通信技术在电力通信领域的应用。 我国光纤通信产业发展极其迅速，我国许多地区的电力系统都在建设专用的电力通信网络，实现电力专用通信网从主干线到接入网向光纤的过渡以及光纤通信网的电力传输，将光纤通信技术引入到电力系统中，是一项重要举措。光纤通信为电力系统的运行提供了可靠保障，光纤通信网的不断扩大和完善，将为人们的生活带来更多的便利。 2、光纤通信技术在广电行业的应用 光纤通信技术在广播电视网中发挥重要作用，如今已经形成了以光纤网络为基础的网建。现有的有线电视网络经过改造之后能够实现多媒体的传输，在广电领域中，光纤是信号传输的载体，对信号进行可靠的传输，通过光纤可以导出优质的音频和视频。光纤传输系统具有传输频带极宽，通信容量很大，衰减低，串扰小，抗干扰能力强的特点，不会影响信号质量；不会像卫星传送那样接收时信号延时较大，而且容易受干扰。这也是广电领域普遍愿意采用光纤通信的原因之一。此外，用户开可以通过广播电视网来访问互联网，提高了网络利用率。 3、光纤通信技术在军事领域中的应用 如今的军事武器要依靠信息技术的支持，与卫星通信或微波通信相比，光纤通信容量大，抗干扰、保密性好，而且可以实现一条光缆数据多路传输，数据传输量大，适用于军事通信、抵抗敌方破坏、军事战术以及空中通讯等。军事装备上可以利用光纤通讯技术进行信息的传递，如今世界各国都在加强光纤通信技术在军事装备中的应用。 4、光纤通信在电信干线传输网中的应用 光纤通信技术在通信行业中的引入为通信事业的发展和进步做出了重要贡献，光纤通信系统以其特有的优势，已经成为通信方式的首选通讯系统。光纤通信网络能够满足各种形式的通信要求，目前在我国电信干线中传输网络建设中已经得到了广泛应用，促进了我国经济的发展，提高了人们的生活水平，未来的电信干线传输网必将覆盖全国。 三、光纤通信技术的趋势 在社会技术变革调整环境下，我国的光纤通信技术也会出现更快的发展，这些对于新时期的通信行业都是一大促进。光纤通信技术在未来时期的发展中，主要存在以下趋势： 1、大容量 随着电力光纤材料的更新优化，很多先进的光纤技术和设备都得到了更新。而新一代的光纤材料引进也促进了交叉容量的扩大，当前的容量最大可超过80G，这就满足了高数据的信息传输需求。光纤通信技术中容量增大，可显著提高系统运行的效率。 2、智能化 、光在光纤中传输是利用光的（ 折射 ）原理。 、光纤通信系统中最常用的光检测器有：（ ???光电二极管 ）、（ 雪崩光电二极管 ）。 、要使物质能对光进行放大，必须使物质中的? 受激辐射 ?强于? 受激吸收 ?，即高能级上的粒子数多于低能级上的粒子数。物质的这一种反常态的粒子数分布，称为粒子数的反转分布。 、在多模光纤中，纤芯的半径越? 大 ?，可传输的导波模数量就越多。 、（ 波导色散 ）是指由光纤的光谱宽度和光纤的几何结构所引起的色散。 ?、 ??的缺陷之一：在复用信号的帧结构中，由于? 开销比特 ?的数量很少，不能提供足够的运行、管理和维护功能，因而不能满足现代通信网对监控和网管的要求。 、光接收机的主要指标有光接收机的动态范围和（ 灵敏度 ）。 ?、激光器能产生激光振荡的最低限度称为激光器的（ 阈值条件 ）。 ?、光纤的（ 色散 ）是引起光纤带宽变窄的主要原因，而光纤带宽变窄则会限制光纤的传输容量。 、误码性能是光纤数字通信系统质量的重要指标之一，产生误码的主要 原因是传输系统的脉冲抖动和（ 噪声 ）。 二、选择题：（每小题 分，共 ?分。 单选题， ：多选题） 、 ????于（）年接受了 ????概念，并重新命名为 ??。?、 ?? 、 ?? 、 ??? 、 ?? 、掺铒光纤放大器（????）的工作波长为（ ）??波段。?、 ?? 、 ?? ?、 ? ?、 ? 、发光二极管发出的光是非相干光，它的基本原理是（ ）。?、受激吸收 、自发辐射 ?、受激辐射 ?、自发吸收 、要精确控制激光器的输出功率，应从两方面着手：一是控制（ ? ）；二是控制（ ? ）。 ?、微型半导体制冷器 ?、调制脉冲电流的幅度 、热敏电阻 ?、激光器的偏置电流 、光纤传输特性主要有（ ?? ） ?、色散 ?、损耗 ?、模场直径 ? 、截止波长 三、简答题（ 、 题各 分， 题 分，共 ?分。） 、什么是光纤色散？光纤色散主要有几种类型？其对光纤通信系统有何影响？ 由于光纤中传输的信号包含不同的频率成分或各种模式成分，在传输过程中，因群速度不同互相散开，引起传输信号波形失真、脉冲展宽的物理现象称为色散。??分? 光纤色散的存在使传输的信号脉冲畸变，从而限制了光纤的传输容量 龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/6413526700.html, 浅谈现代光纤通信传输技术的应用 作者：杨华宇 来源：《数字技术与应用》2019年第06期 摘要：本文探讨了现代光纤通信传输技术的特点，分析了光纤通信技术的应用现状，研究了现代光纤通信传输技术的应用。 关键词：光纤通信传输技术;实际应用;信号传输 中图分类号：TN929.11 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）06-0043-02 1 现代光纤通信传输技术的特点 1.1 通信传输容量较大 光纤通信技术是以光波为媒介的通信传输方式，光波的电磁波比正常的无线电波的频率高，但是波长低于无线电波的波长。从中可以看出，光纤传输技术的传输频带十分的宽，这样的带宽提高了通信过程中传送数据的能力，在一定的单位时间内，传输信息数据的人员借助光纤通信技术能够传输大容量的数据。它不仅仅具有通信传输数据容量大的特点，而且其通信传输速度非常快。 1.2 节省传输成本 目前，光纤通信传输使用的材料是石英，石英比其他的通信传输介质相比，是目前损耗最低的材料，开展跨度较大的距离中继传输时，能够较少石英材料的消耗，节省整体通信系统的建设投资。其次，在光纤的建设过程中，光纤的线芯径十分的细，大约为零点一毫米，直径也很小，如此能够节省大量的金属材料，建设设计光纤时所占用的传输空间较小。另外，光纤自身的重量非常轻，比正常的电缆要轻上好几倍，质地柔软，原材料的建设成本较低。使用光纤通信传输技术能够大大地节省了建设成本，具有经济性。 1.3 抗干扰力强，保密性较强 由于光纤是绝缘性材料，所以在通信信息传输过程中不会受到外界的干扰，而致使通信数据受损，光纤通信传输技术的数据保护性强，具有很强的抗干扰力。另外，光纤通信传输的信息数据在传输过程处于光缆之中，光缆的芯径十分地细，即便通信信息传输遇到转弯处，泄露的通信信息光波也非常地微弱，难以被人截取信号，信息几乎不可能从光纤中泄漏出去。即便是泄露了信号光波，也会被光纤表面的不透明的包皮包裹着，而致使外面的人接收不到光波信号。而且，光纤在进行传输信号的过程中，不论是存在多少的光纤，也可实现无串音干扰，这保证了光纤通信传输技术使用时通信信息的高度保密性。 在简单控制系统中，调节器为比例动作。广义被控对象的传递函数已知为： （1）s a e s T s G τ?= 1)( （2）5 ) 1(8 .0)(Ts s G += 其中，τ、T 和的数值已知，单位为s 。 a T 用衰减频率特性法求)221.0(75.0==m ψ和)366.0(9.0==m ψ时，调节器的整定参数。 解：（1）对象的传函s a e s T s G τ?= 1)(， 其衰减频率特性为：)() (1),(ωωτωωωj m a e j m T j m G +??+?= 其幅频特性为：2 1),(m T e j m G a m += ωωτω 相频特性为：?? ? ??????=∠m j m G 1arctan ),(πτωω；（注：为弧度制） 而控制器的传递函数为：，其衰减频率特性为p c K s G =)(p c K j m G =),(ω，幅频特性为 p c K j m G =),(ω，相频特性为0),(=∠ωj m G 。 则可知，相角应满足ππτωωω?=+?? ? ??????=∠+∠01arctan ),(),(m j m G j m G s s c s ，即 τ ωm s 1arctan = （1） 幅值应满足11),(),(2 =+= ?m T K e j m G j m G s a p m s c s s ωωωτω，即 s m s a p e m T K τωω2 1+= (2) （i ） 当)221.0(75.0==m ψ时，带入（1）式，得 τ τ ω353.1221.01 arctan == s 结果带入（2）式得 τ τ a a p T e T K 028 .1221.01353 .1353 .1*221.02 =+= （ii ） 当)366.0(9.0==m ψ时，带入（1）式，得 τ τ ω220.1266.01 arctan == s 结果带入（2）式得 τ τ a a p T e T K 831 .0366.01220 .1220.1*366.02 =+= （2）对象的传函5 ) 1(8 .0)(Ts s G += ， 其衰减频率特性为：[]5 )(18 .0),(ωωωj m T j m G +?+= 其幅频特性为：() [] 2 /522 2 18 .0),(ω ωωT Tm j m G +?= 相频特性为：ω ω ωTm T j m G ??=∠1arctan 5),(； 而控制器的传递函数为：，其衰减频率特性为p c K s G =)(p c K j m G =),(ω，幅频特性为 p c K j m G =),(ω，相频特性为0),(=∠ωj m G 。 则可知，相角应满足πωωωω?=+??=∠+∠01arctan 5),(),(s s s c s Tm T j m G j m G ，即 ? ???? ? += 5tan 15 tan ππ ωm T s （3） 幅值应满足() [] 118.0),(),(2 /522 2 =+?= ?s s p s c s T Tm K j m G j m G ωωωω (4) （iii ） 当)221.0(75.0==m ψ时，带入（3）式，得 光线非线性效应及其对光纤通信系统的影响摘要：随着科技的飞速发展、信息时代的到来，信息的传输变得越来越重要。光纤作为众多传输介质中的一种有着其它介质不可替代的优越性。它传输容量大、传输带宽宽、抗干扰能力强。然而，由于光纤中的损耗和色散的限制，使得光纤通信的发展受到了制约。如果要获得更长的传输距离，则要加大入纤光功率，这样就引起了光纤非线性效应的产生。本文详细地讨论了几种重要的光纤非线性效应，如受激布里渊散射(SBS)、受激喇曼散射(S RS)、自相位调制(SPM)、交叉相位调制（XPM）、克尔效应（Kerr）、超短脉冲孤立子（S oliton）等现象。并对其在光纤通信中的应用进行了展望 。 关键字：光纤非线性效应、散射、阈值、光功率 光纤的非线性效应 尽管用于光纤的玻璃材料的非线性很弱，但由于纤芯小，纤芯内场强非常高，且作用距离长，使得光纤中的非线性效应会积累到足够的强度，导致对信号的严重干扰和对系统传输性能的限制。 光纤传输的衰耗和色散与光纤长度呈线性变化的，呈线性效应，而带宽系数与光纤长度呈非线性效应。非线性效应一般在WDM系统上反映较多，在SDH 系统反映较少，因为在WDM 设备系统中，由于和波器、分波器的插入损耗较大，对16 波系统一般相加在10dB 左右，对32 波系统，相加在15dB 左右，因此需采用EDF A进行放大补偿，在放大光功率的同时，也使光纤中的非线性效应大大增加，成为影响系统性能，限制中继距离的主要因数之一，同时，也增加了ASE 等噪声。 光纤中的非线性效应包括：①散射效应（受激布里渊散射SBS 和受激拉曼散射SRS 等）、②与克尔效应相关的影响，即与折射率密切相关（自相位调制SPM 、交叉相位调制XPM 、四波混频效应FWM ），其中四波混频、交叉相位调制对系统影响严重。 折射率非线性变化 SBS、SRS及FWM过程所引起的波长信道的增益或损耗与光信号的强度有关。这些非线性过程对某些信道提供增益而对另一些信道则产生功率损耗，从而使各个波长间产生串扰。 从本质上说，任何物质都是由分子、原子等基本组成单元组成。在常温下，这些基本组成单元在不断地作自发热运动和振动。光纤中的受激布里渊散射SBS和受激拉曼散射SRS 都是激光光波通过光纤介质时，被其分子振动所调制的结果，而且SB S 和SRS都具有增益特性，在一定条件下，这种增益可沿光纤积累。SBS 与SRS 的区别在于，SBS 激发的是声频支声子，SRS激发的是光频支声子。受激布里渊散射SBS 产生原理：SBS是光纤中泵浦光与声子间相互作用的结果，在使用窄谱线宽度光源的强度调制系统中，一旦信号光功率超过受激布里渊散射SBS 的门限时（SB S的门限较低，对于1550nm 的激光器，一般为7~8dBm ），将有很强的前向传输信号光转化为后向传输，随着前向传输功率的逐渐饱和，使后向散射功率急剧增加。 在WDM+EDFA 的系统中，注入到光纤中的功率大于SBS 的门限值，会产生S BS 散射。SBS 对WDM系统的影响主要是引起系统通道间的串扰及信道能量的损失。布里渊频移量在1550nm 处约为10~11GHz ，当WDM系统的信道间隔（即波长间隔）与布里渊频移量相等时，就会引起信道间的串扰，但目前的WDM 系统， 本科学年论文 学 院 物理电子工程学院 专 业 电子科学与技术 年 级 2008级 姓 名 王震 论文题目 光纤通信技术发展历程、特点及现状 指导教师 张新伟 职称 讲师 成 绩 2012年1月10日 学号： 目录 摘要 (1) Abstract (1) 绪论 (1) 1光纤通信发展历程 (1) 1.1 世界光纤通信发展史 (1) 1.2 中国光纤通信发展史 (2) 2 光纤通信技术的特点 (3) 2.1 频带极宽，通信容量大 (3) 2.2 损耗低，中继距离长 (3) 2.3 抗电磁干扰能力强 (3) 2.4 无串音干扰，保密性好 (3) 3 不断发展的光纤通信技术 (3) 3.1 SDH系统 (3) 3.2 不断增加的信道容量 (3) 3.3 光纤传输距离 (4) 3.4 向城域网发展 (4) 3.5 互联网发展需求与下一代全光网络发展趋势 (4) 4 结束语 (4) 参考文献 (4) 光纤通信技术发展历程、特点及现状 摘要：光纤通信是利用光作为信息载体、以光纤作为传输的通信方式。光纤通信是以其传输频带宽、通信容量大、中继距离长、损耗低特点，并具有抗电磁干扰能力强，保密性好的优势，光纤通信不仅可以应用在通信的主干线路中，还可以应用在电力通信控制系统中，进行工业监测、控制，而且在军事领域的用途也越来越为广泛。光纤通信技术正朝着超大容量、超长距离传输和交换、全光网络方向发展。 关键词：光纤通信；发展历程；特点；发展现状 绪论 光纤通信技术已成为现代通信的主要通信方式，在现代信息网中起着非常重要的作用，随着信息技术的发展，大容量光纤通信网络的建设，光电子技术将起到越来越重要的作用。光电子技术将继微电子技术之后再次推动人类科学技术的革命。有专家预测，21世纪将是“光子世纪”，十年内，光子产业可能会全面取代传统电子工业，成为本世纪最大的产业。光纤通信又进入了一个蓬勃发展的新时期，而这一次发展将涉及信息产业的各个领域，其范围更广，技术更新，难度更大，动力更强，无疑将对21世纪信息产业的发展和社会进步产生巨大影响。 1 光纤通信发展历程 1.1 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。于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，采用的是多模光纤，光源用的是发光管LED，波长是0.85微米的红外光。在上世纪70 1、光纤色散为什么会影响传输距离 光信号再光纤中传输时不但幅度会因损耗而减小，波形也会由于信号中的发送信号调制和光源谱宽中的频率分量小，光纤步同模式分量再光纤中的群速度不同二发生愈来愈大的失真，脉冲带宽，从而限制光纤的最高信息传输速率，影响传输距离。 2、G.652--G.655的主要特点及适用场合 G.652:国内大规模使用，具有1310nm，零色散，损耗 0.3-0.4db/km G.653:适用波分复用系统，1550nm,零色散，有四波混频效应G.655:试用波分复用光纤传输系统，1530-1565nm，少量色散，有效控制非线性效应 3、LED发光原理：半导体发光基里是，在构成半导体晶体的原子内部，存在这不同的能带。如果占据高能带（导带）的电子跃迁到低能带（价带）上，就将期间的能量差（禁带能量）以光的形式放出。其波长由能带差所决定。能带差和发出光的振荡频率之间有 4、半导体激光器的工作原理 半导体激光器产生激光输出的基本条件是形成的粒子反转、提供光反馈以及满足激光振荡的阈值条件。通过一定的激励方式，在半导体物质的能带（导带和价带）之间，或者半导体物质的能带与杂质能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用，产生激光。 5、光纤通信特点：优点：传输频带宽，通信容量大；损耗小，中继距离远；抗电磁干扰能力强，无串话；光纤细，光缆轻；经济效应好；抗腐蚀，不怕潮湿 缺点：质地脆，机械强度低；连接比较困难，耦合不方便6、自聚焦定义 所有光纤同时到达光纤轴上的某点，即所有光线都有相同的空间周期L，这种现象称为自聚焦 7、平面光波导：包层、衬底、波导薄膜 8、光纤的损耗特性： 定义：损耗是光纤的一个重要传输质量，是光纤传输系统中中继距离的组要限制因素之一 分类：材料的吸收损耗、光纤的散射损耗、辐射损耗 材料的吸收损耗：红外和紫外吸收损耗（本根吸收）、OH离子吸收损耗（杂质吸收）、金属离子吸收损耗（杂质吸收）9、光纤的色散 定义：由于信号中的各种分量在光纤中的群速度不同引起的分类：模间色散、波导色散、材料色散、偏振模色散10、单模光纤的非线性效应： 受激拉曼散射、受激布里渊散射、四波混频、自相位调制 9、跃迁三种过程：受激吸收、自发发射、受激发射 10、噪声源 分类：光检测器噪声（量子噪声：与信号电平成正比；APD 倍增噪声；暗黑流噪声和漏电流噪声）和背景噪声 13：EDFA放大器（掺铒光纤放大器） 主要工作在C波段，由有源媒质（即掺铒石英光纤）、泵浦光源、光耦合器、光隔离器 14:波分复用（WDM） 在一条光纤上同时传输几个、几十个、甚至几千个不同波长的光载波信道，每个光载波携带不同的信息 15：简述WDM设备的两种传输方式 单纤单向：一般使用 单纤双向：节省光纤’系统复杂‘减少传输效率 16、光纤的导光特性基于光射线在芯包界面上的全反射，使光线限定在纤芯中传输 17、P-I特性：温度高时，同样工作电流下LED输出功率下降1、光发生全反射的条件：入射角大于等于临界角 1.如只要求中继器对光信号进行放大则可以：使用放大器 2.单模光纤能够支持传导模式：一个 3.光在光纤中传输的速度比在空气中传输的慢 4.非零色散移位光纤是：G.655光纤 5.单模光纤的色散：波长色散 6.普通单模光纤是：G.652光纤 7.G.652光纤在1.3um的损耗是：0.35dB 8.波导色散不是引起光纤传输衰弱的原因 9.在光纤通信系统中，当需要从光纤的主传输信道中取出一部分光作为测试用是，需要光耦合器来完成 10.光纤调制方式：强度调制（IM/DD） 11. 光纤结构：自内而外为纤芯，包层，涂覆层 12.梯度光纤分为子午光纤和斜射光纤 13.当节约光纤的归一化频率V<2.405时，实现单模传输 14.半导体光电：PIN光电二极管和APD 15.光纤分类：模式（多模和单模），折射率（阶跃和梯度） 16.损耗影响传输距离现代光纤通信技术
浅谈光纤通信技术的发展现状
光纤通信 期末考试试卷(含答案)
浅谈现代光纤通信传输技术的应用
衰减频率特性
光纤非线性效应及对光纤通信的影响
光纤通信技术发展历程、特点及现状
光纤色散为什么会影响传输距离
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