通信系统综合设计与实践
光接收机的特性研究
院（系）名称信息工程学院
电子与通信工程系
专业名称
学生姓名
指导教师
2016年6月16日
课程设计任务书
2015—2016学年第二学期
专业：光电信息科学与工程学号： 37 姓名：郑智虹
课程设计名称：光纤通信系统课程设计
设计题目：光接收机的特性研究
完成期限：自 2016 年 6 月 6 日至 2016 年 6 月 19 日共 2 周
一、设计依据
光接收机是光纤通信系统的重要组成部分，它的作用是将由光纤传来的微弱光信号转化为电信号，经放大，处理后恢复原信号。光接收机性能对整个光纤通信系统的传输质量有着很大的影响，通过对光接收机的误码率，灵敏度，动态范围等性能参数的研究，为光接收机的性能检测和维护等方面的工作提供科学的数据参考。并用Optimist仿真软件进行仿真，搭建光接收机的传输系统平台，通过参数的设置，分析最小误码率下的入纤光功率。
二、要求及主要内容
1．查阅相关文献，掌握影响光接收机灵敏度的因素。
2．学会Optimist仿真软件的使用方法，并搭建光接收机的传输平台；
3．结合仿真平台，分析最佳眼图效果下的灵敏度、Q值、增益、功率等参数。分析光接收机的传输性能。
三、途径和方法
1．查阅相关文献，掌握光接收机的基本结构和基本工作原理；
2．利用Optimist仿真软件搭建光接收机传输系统；
3． APD和PIN两种光电检测器的对比分析，验证光接收机的性能及影响接收机灵敏度的主要因素；
4．设置参数，定向分析两种光电检测器在传输系统中的优越性。
四、时间安排
1．课题讲解：2小时。
2．阅读资料：10小时。
3．撰写设计说明书：12小时。
4．修订设计说明书：6小时。
五、主要参考资料
[1] 李履信．光纤通信系统[M]．机械工业出版社，
[2] 刘增基，周洋溢．光纤通信[M]．西安电子科技大学出版社
[3] 王磊，裴丽．光纤通信的发展和未来[J]．中国科技信息
[6] 汪杰军．光纤通信系统中光发射机的设计[M]．现代电子技术，2008
指导教师（签字）：教研室主任（签字）：
批准日期：年月日
摘要
光纤通信技术（optical fiber communications）从光通信中脱颖而出，已成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。光纤通信作为一门新兴技术，其近年来发展速度之快、应用面之广是通信史上罕见的，也是世界新技术革命重要标志和未来信息社会中各种信息的主要传送工具。本文章首先介绍了光接收机的发展历史及理论知识；其次使用optisystem模拟仿真软件，利用仿真，修改光接收机性能参数，分析系统的性能和影响性能的参数因子；最后对光路结构改进以提高光接收机的性能。
关键字：光纤通信技术，光接收机
目录
1.绪论 ................................................... 错误!未定义书签。光纤通信技术的发展历史、目的及意义...................... 错误!未定义书签。光接收机简介............................................ 错误!未定义书签。
光接收机的类型......................................... 错误!未定义书签。论文结构和内容.......................................... 错误!未定义书签。
2.光接收机的基本理论 ..................................... 错误!未定义书签。光接收机的结构 ......................................... 错误!未定义书签。
光接收电路............................................. 错误!未定义书签。
输出电路............................................... 错误!未定义书签。
其他电路............................................... 错误!未定义书签。光接收机性能指标........................................ 错误!未定义书签。
灵敏度................................................. 错误!未定义书签。
动态范围.............................................. 错误!未定义书签。
影响接收机性能的主要因素............................... 错误!未定义书签。灵敏度及噪声分析........................................ 错误!未定义书签。
理想接收机灵敏度....................................... 错误!未定义书签。
光接收机噪声分析....................................... 错误!未定义书签。
光接收机误码率......................................... 错误!未定义书签。
3.光接收机的仿真模拟 ..................................... 错误!未定义书签。
O PTI S YSTEM软件简介 ...................................... 错误!未定义书签。
光接收机O PTI S YSTEM仿真.................................. 错误!未定义书签。
APD接收机散粒噪声增强................................ 错误!未定义书签。
误比特率对接收机灵敏度的影响......................... 错误!未定义书签。
最小光功率对接收机灵敏度的影响........................ 错误!未定义书签。
本章小结............................................... 错误!未定义书签。总结 ..................................................... 错误!未定义书签。
参考文献 ................................................. 错误!未定义书签。
1.绪论
光纤通信技术的发展历史、目的及意义
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。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。
在光纤通信系统中，光接收机（Optical receiver）的任务是以最小的附加噪声及失真，恢复出光纤传输后由光载波所携带的信息，因此光接收机的输出特性综合反映了整个光纤通信系统的性能。
光发射机发射的光信号经传输后，不仅幅度衰减了，而且脉冲波形也展宽了，光接收机的作用就是检测经过传输的微弱光信号，并放大、整形、再生成原传输信号。
光接收机简介
光接收机是光纤通信系统的主要组成部分，其性能是整个光纤通信系统性能的综合反映。由光发送机发出的光信号在光纤线路中传输时，不仅会受到损耗的影响而造成幅度衰减，同时光纤色散和非线性效应等可能会引起脉冲波形展宽，由此造成的信号质量下降会增加接收机接收信号的难度，这些都对接收机的性能提出了较高的要求。
光接收机的主要功能是将经光纤线路传输后的微弱光信号进行光电变换，然后经过必要的处理后恢复成原始的信号。一个典型的直接检测光接收机主要由光接收电路和输出接口电路组成。
光接收机的性能直接影响光纤通信系统的传输距离、误码率和通信质量。
光接收机的类型
光接收机分为模拟光接收机和数字光接收机两种。模拟光接收机用于接收模拟信号，比如说光纤CATV信号。当前的通信系统由于大多采用数字信号，因而主要用的是数字光接收机。检测方式分为相干检测方式和非相干检测方式。相干检测方式首先接收将接收到的光信号与一个光本地振荡器在光混频器混频之后，再被光电检测器变换成一定要求的电信号，类似于无线电收音机。常用的非相干检测方式就是直接功率检测方式，通过光电二极管直接将接收的光信号恢复成基本调制信号的过程。
论文结构和内容
通过阅读大量的资料及现在人们对光纤通信系统的研究，本文主要对光纤传输系统中光接收机的特性的研究。第一章叙述了光纤通信技术的发展，其次讲解了光接收机的简述及分类；第二章介绍了光接收机的结构组成及工作原理，还说明了光接收机的性能指标；第三章简单介绍了optisystem这个软件，最后是光接收机的仿真分析。
2.光接收机的基本理论
光接收机的结构
图光接收机结构
(1)光电检测器的输出信号电流很小，必须由低噪声、宽频带的前置放大器进行放大。
(2)信号进行高增益的放大并对经传输和放大后的失真信号进行补偿与整形
(3)将信号的基线（低电平）固定在某一电平上，解决信号的基线漂移，以便于判决
(4)从收到的带有噪声和畸变的波形中识别信码“1”和“0”。然后由再生电路重新产
生和发端一样的数字脉冲序列。
光接收电路
光接收电路由检测器、前置放大器、主放大器、自动增益控制和均衡电路组成。它将光信号变换成一定幅度的、波形好的电信号，供后续电路进行再生判决。
（1）光检测与前置放大器
光电检测器完成光电转换。由发送端发出的光信号经过光纤线路传输后，到达接收端已经很微弱。检测器输出的电流仅在nA数量级。所以必须采用多级放大将微弱的电信号放大至判决电路能正确识别。
由于信号微弱又带有噪声，如果采用一般的放大器进行放大，放大器本身就会将前一级放大器所引入的噪声也进行放大，信噪比并没有得到改善。因此多级放大器的前级必须满足低噪声、高增益的要求，才能得到较大的信噪比。
（2）主放和均放
信号经前置放大器输出仍然比较微弱，不能满足幅度判决的要求，因此还必须加以放大。由于光接收机的入射光功率有一个可变化的动态范围，因此放大器增益也应随入射光功率的变化得到相应的调整，以适应在不同输入信号情况下仍能保持输出电平稳
定。即实现自动增益控制。在光接收机中，把实现自动增益控制的放大级称为主放大器。
均放电路的主要作用是对接收到的信号进行均衡以利于定时判决。
（3）基线处理与定时再生
由于传输线路上所传送的码流中“0”、“1”分布并不均匀，并不可避免地有连续的“0”或连续的“1”出现，使得信号中的直流成分有起伏变化，这种信号在接收机中处理时，因各级间的耦合均为交流耦合，即RC耦合，这会使信号的基线随直流成分的变化而漂移。
这种漂移严重时，会使判决产生误码。在发送端虽已进行了线路码型变换，以使码流中的“0”、“1”分布尽可能均匀使信号中的直流分量尽可能恒定，但是由于种种原因，难以达到理想程度。因此在定时再生电路中，首先要对基线漂移进行处理，即将信号的基线（低电平）固定在某一电平上。
经过基线处理的信号，首先要进行幅度判决，然后再经过时钟提取，还原出幅度和时钟准确的再生信号是定时再生。
输出电路
输出电路是光端机接收部分在定时再生之后的信号处理部分。通常包括线路码型反变换、输出接口两大部分。低中速率的光端机，则将这两部分安装在一块机盘中，称为输出盘。在“光电合架”设备中，取消了输出接口电路，则码型反变换部分和光接收电路装在同一块机盘中。
其他电路
告警电路、倒换电路、公务电路、电源电路
光接收机性能指标
光接收机的主要性能指标包括接收机灵敏度、动态范围、过载功率、误码率、信噪比、Q值等，其中灵敏度和动态范围是光接收机的关键指标。
灵敏度表示在给定的误码率（或信噪比）条件下，光接收机接收微弱信号的能力。
动态范围表示光接收机适应输入信号变化的能力。
灵敏度
光接收机灵敏度是表征光接收机调整到最佳状态时，接收微弱光信号的能力。它可
用下列三种物理量表示。
在保证达到所要求的误码率（或信噪比）条件下，接收机所需的：
（1）输入的最小平均光功率P R ；
（2）每个光脉冲的最低平均光子数n 0；
（3）每个光脉冲的最低平均能量E d 。
三种表示方法之间的关系：
（式2-1） 式中：T 为脉冲码元时隙，T =1/fb
hf 是一个光子能量
PR 的单位为W ，常用mW 。若用dBm 来表示灵敏度Sr ，则可写为：
（式2-2）
动态范围
动态范围表征的是光接收机适应输入信号变化的能力，也即光接收机灵敏度和过载
功率之间的差值。即
（式2-3）
影响接收机性能的主要因素
由上述计算接收机最小接收光功率的公式中看出，在一定误码率条件下，影响接收
机灵敏度的因素有：码间干扰、消光比、暗电流、量子效率、光波波长、信号速率、各种噪声等。下面只对码间干扰、消光比、暗电流的影响进行分析。
(1)码间干扰
在光纤通信系统中，光接收机的输入光脉冲信号宽度与光发送脉冲及光纤的带宽有
关。在光纤色散较大的情况下，光脉冲通过光纤时将被展宽，产生码间干扰，降低光接收机的灵敏度。
(2)消光比
T hf n T E P d R 220==)(1lg 10dBm mW P S R r =)(lg 10)(1)(lg 10)(1)(lg 10min max min max dB P P mW mW P mW mW P D =-=
光源在直接强度调制下，由于要考虑一定的偏置电流，使得无信号脉冲时仍会有一
定的输出功率。这种残留的光将在接收机中产生噪声，影响接收机灵敏度。定义参数消光比（EXT ）为：
（式2-4）
一般要求EXT ≤10%。
当EXT ≠0时，光源的残留光使检测器产生噪声。EXT 越大时对灵敏度的影响也越大，其值与使用的光检测器有关。
(3)暗电流
光电检测器中的暗电流对光接收机灵敏度的影响与消光比的影响相似。暗电流与光
源无信号时的残留光一样，在接收机中产生噪声，降低接收机的灵敏度。
在APD 光电检测器中，有两种暗电流，一种是无倍增的，一种是有倍增的，后者对灵敏度的影响要比前者更大一些。
灵敏度及噪声分析
光接收机的作用是将接收到的微弱的数字光信号通过光电二极管转换为光电流，并
经放大、整形、判决等信号处理，完成信号的准确检测。一个性能优良的光接收机应具有尽可能高的接收灵敏度。但灵敏度的提高受到了接收机中存在的噪声的影响。噪声的存在将会降低接收机的灵敏度。
理想接收机灵敏度
考虑一个理想光纤通信系统，即是假设系统的频带无限宽，系统无噪声。对这样的
系统，我们可认为，发送端调制信号是矩形脉冲，光脉冲信号经过光纤传输到接收端，经过光电检测器检测得到的电信号还是矩形脉冲。那在这种系统中，接收机的灵敏度将受到什么限制呢最大可能的值是多少呢
（1）理想接收机灵敏度的计算
根据 （式2-5） 在误码率要求为Pe=10-9时，即可求出Ed ，即为理想光纤通信系统接收灵敏度。 （式2-6）
”码时平均输出光功率全“”码时平均输出光功率全“10=EXT hf E N e d e P P /)
0(η-===η/21hf E d =
由上式可见，理想光纤通信系统的灵敏度（Pe=10-9时）为21个光子的能量。 或者用下式表示
（式2-7）
由此可知，理想接收机的灵敏度与光信号速率、光波频率（或波长）、检测器的量子效率η有关。
（2）工程中灵敏度的计算
在实际工程应用中，接收机所需的最小接收光功率可按如下近似公式计算。 当光电检测器为PIN 时：
（式2-8） 当光电检测器为APD 时：
（式2-9）
式中fb 为系统码速Mbit/s ，
fb0为基准计算码速，f b0=25Mbit/s 。
光接收机噪声分析
光接收机中存在各种噪声源，根据噪声产生的不同机理，噪声可分为两类：散粒噪声和热噪声。接收机中的噪声源及其引入部位如图4-12所示。其中散粒噪声包括光检测器的量子噪声、暗电流噪声、漏电流噪声和APD 倍增噪声；热噪声主要指负载电阻产生的热噪声，放大器噪声（主要是前置放大器噪声）中，既有热噪声，又有散粒噪声。
图 光接收机噪声
对于光检测器的噪声，采用的主要方法是从建立噪声的数学模型着手进行分析。（此处推导过程不作要求）
如果规定误码率指标为不超过Pe ＝10-9，则最小必须接收的光脉冲能量应为 (式2-10)
λη/5.10b R hcf P =2
/30
89)(1025.310b b R e f f P P --?==，6
/7099)(1064.110b b R e f f P P --?==，
信号S N 暗电流噪声
倍增噪声热噪声放大器噪声ηhf E 21min =
如果量子效率η＝1，则最小检测的光脉冲能量必须等于21hf，也就是说最小必须接收21个光子，才能保证误码率不大于10-9。如发送端发出的“1”码和“0”码等概率出现（数目相等）每位码持续时间为T，那么平均检测光功率必须至少为
（式2-11）
这就是接收机灵敏度对规定误码率Pe＝10-9的基本极限，即所谓量子极限。
光接收机误码率
光接收机的误码主要由散粒噪声、倍增噪声、热噪声等综合的总噪声引起。误码的多少及分布不仅和总噪声的大小有关，还与总噪声的分布有关。入射光子在PIN内产生的电子或在APD内产生的一次电子通常服从泊松分布。但经过电子倍增，再经放大、均衡后，噪声分布变得很复杂。所以要精确计算误码率及灵敏度就比较困难。
（1）误码率的定义是
（式2-12）
造成误码的原因很多，如光纤的色散、光电二极管的噪声、前置放大器的噪声等，在这里讨论的是光接收机噪声对误码率的影响。
为了计算光接收机的误码率，必须知道滤波器输出信号的概率分布。
（2）最小误码率分析
在判决点上电压V0超过D的概率，即为把“0”码误判为“1”码的概率可以表示为
（式2-12）把“1”码误判为“0”码的概率为
（式2-13）P e,01＝P e,10时可获得最小的误码率
（式2-14）
（式2-15）
T
hf
P
2
21
min
=
总的比特数
出错的比特数
=
BER
22
,0100
()exp())
22
e D D
V x
P P V D dV dx
N
∞∞
=>=-=-
?
22
()(
1
,1011
1
()
()exp[]())
22
m m
V D V D
m
e m m m
V V Y
P P V V V D d V V dY
N
----
-∞-∞
-
=->---=-
10
,
01
,
10
,
01
,2
1
2
1
e
e
e
e
e
P
P
P
P
P=
=
+
=
?∞-
=
Q
e
dx
x
P)
2
exp(
2
12
π
3.光接收机的仿真模拟
OptiSystem软件简介
随着光纤通信系统日新月异的发展，光通信系统越来越复杂。现行的光纤通信系统通常包括众多非线性器件和非高斯噪声源，对这样的光纤通信系统的设计与分析是非常复杂的，需要耗费极其多的时间。因此，人工或者单纯依靠经验计算设计光纤通信系统已经越来越显得力不从心。在这背景下，这些设计和分析任务被高效、有效、先进的计算机辅助软件执行已成为必然的趋势。OptiSystem就此营运而生。
OptiSystem是一款创新的光纤通信系统设计与仿真软件，它集成了设计、测试和优化各种光网络物理层等诸多功能，从模拟视频广播系统到洲际骨干光纤链路的设计均可以使用OptiSystem进行设计、测试、优化。
OptiSystem作为一款独立的产品，不依赖于其他模拟框架。它是一款基于现实光纤通信系统模型的系统级仿真软件。它拥有强大的新的模拟环境、真正的分层结构定义组件。它允许添加用户自定义组件，具备良好的系统扩展性，可以实现与其他仿真软件比如Matlab的无缝衔接。
OptiSystem具备全面的用户图形界面（GUI,Graphical User Interface）,可以灵活控制光学元件的布局、网表、组件模型、演示图形等。拥有丰富的元件库，其中包含大量的有源和无源器件，可以满足一般情况下系统仿真的需求。并且相关器件均包括实际的、波长相关的参数。参数的扫描和优化允许用户研究特定的器件技术参数对系统性能的影响。
光接收机OptiSystem仿真
APD接收机散粒噪声增强
本仿真用于实现光接收机使用PIN光电二极管和APD雪崩光电二极管是接受信号的噪声性能。
图接收机使用PIN和APD性能比较原理图
APD光接收机在相同入射光功率的情况下具有更高的信噪比SNR，而其信噪比带的改善来源于使光电流以倍增因子M增加的内增益。
（1）确定光衰减器的最佳值
图光衰减器衰减变化量
图衰减量为5db时，APD眼图
图衰减量为10db时，APD眼图
图光衰减量为时，APD眼图
由图,,对比得知，光衰减量为10时，眼图效果最佳。下面就以光衰减量为10。（2）
图APD光接收机Gain的参数变化
图 Gain=时，APD眼图
图 PIN眼图
由图和图对比可以看出，这时，APD系统的品质因数高于PIN系统。
图 Gain=时，APD眼图
由图37图比发现，如果倍增因子M增大，则会存在一个点，在这个点上散粒噪声会降低系统性能，因此找到最优的APD增益是很重要的。
图 APD不同增益下的Q值分布
雪崩光电二极管APD在不同的增益下Q值分布曲线如图，由图可知，增益越大，APD 的Q值越高。
《光纤通信》课程设计 学院： 姓名： 班级： 学号： 指导老师： 高速光纤通信中的偏振模色散及其补偿技术 目录
1．引言 (03) 2．光纤中偏振模色散的定义 (03) 3．偏振模色散的测量方法 (05) 4．偏振模色散的补偿技术 (05) 4.1光补偿方案之一 (05) 4.2光补偿方案之二 (05) 4.3电补偿方案之一 (06) 4.4电补偿方案之二 (06) 5．偏振模色散的研究动态 (07) 6．结束语 (08) 摘要偏振模色散已成为当前发展下一代高速长距离光纤传输系统的主要限制因素。 介绍了偏振模色散的概念、描述方法以及测试和补偿技术。根据国外的研究情况和我国的具 体实情,指出研究偏振模色散的测试和补偿技术对提高高速光纤通信技术的水平具有重大意 义。最后在此基础上提出了开展相关研究的建议。 关键词高速光纤通信，偏振模色散，补偿技术 1．引言 当代社会是信息化的社会，用户对通信容量的需求日益增加。在这种需求的推动下， 作为现代长途干线通信主体的光纤通信一直在朝着高速率、大容量和长距离的方向发展。在 单信道速率不断提升的同时，密集波分复用技术(DWDM)也已日趋成熟并商用化。 从技术的角度来看，限制高速率信号长距离传输的因素主要包括光纤衰减、非线性和 色散。掺铒光纤放大器(EDFA)的研制成功，使光纤衰减对系统的传输距离不再起主要限制作 用。而非线性效应和色散对系统传输的影响随着非零色散位移光纤（NZDSF）的引入也逐渐 减小和消除。随着单信道传输速率的提高和模拟信号传输带宽的增加，原来在光纤通信系统 中不太被关注的偏振模色散(PMD)问题近来变得十分突出。与光纤非线性和色散一样，PMD 能损害系统的传输性能，限制系统的传输速率和距离，并被认为是限制高速光纤通信系统传 输容量和距离的最终因素。正是由于PMD对高速大容量光纤通信系统有着不可忽视的影响， 所以
《光纤通信技术》模拟试题 一、填空（共10题，每题3分） 1、均匀光纤的导光原理为全反射原理，它的数值孔径表示了光纤收集光线的能力。 2、单模光纤的色散包括材料色散和波导色散。 3、线极化波是指波的电场矢量空间取向不变，即合成矢量的端点的轨迹为一直线的波 ，以 LP 表示。 4、在弱波导光纤中，光射线几乎与光纤轴线平行，因此，弱波导光纤中的和分布是一种近似的TEM 波。 5、在研究光和物质相互作用时,爱因斯坦指出存在三种不同的基本过程: 自发辐射、受激吸收、受激辐射。 6、谐振腔的谐振条件是2 11ln 21r r L G +==内αα。 7、光纤通信系统所使用的光源与光纤色散相互作用，给系统引进了的干扰和噪声主要有三种，即码间干扰、模分配噪声、啁啾声。 8、发送机的消光比是全“0”码时的平均输出光功率与全“1”码时的输出光功率之比. 9、判决器和时钟恢复电路和起来构成码形成电路。 10、STM-N 帧结构分为三个区域：段开销区、净负荷区和管理单元指针。 11、平方律型折射指数分布光纤中总的模数量等于4 2 V 。 12、当物质中处于高能级上的粒子数大于处于低能级上的粒子数时，则物质处于粒子数反转状态。 13、光电检测器是利用材料的光电效应来实现光电转换的。 14、传输网主要由传输设备和网络节点构成的。 15、在SDH 帧结构中，段开销是用于传送网络运行、管理和维护的附加字节。 三、画图题（共1题，每题10分） 1、画出采用直接调制的数字光纤通信光发射端机的方框图。 见教材P 100 四、问答题：（共1题，每题15分） 1、什么是模分配噪声？它是如何产生的 五、计算题：（共3题。共35分） 1、.已知阶跃光纤的n 1=1.62，n 2=1.52, 试计算：相对折射率Δ （2）数值孔径 (1）22 221222162 .1252.162.12?-=-=?n n n (2)56.006.0262.121=??=?=n NA 2、计算STM-1帧结构中段开销SOH 的容量(速率)。
湖南工业大学 课程设计 资料袋 计算机与通信学院（系、部）2013 ~ 2014 学年第 2 学期课程名称数字光纤通信指导教师刘丰年职称副教授学生姓名专业班级学号 题目图像、声音的光纤传输系统 成绩起止日期2014 年05月16 日～2014年05月22 日 目录清单
湖南工业大学 课程设计任务书 2013—2014学年第2学期 计算机与通信学院通信工程专业班级课程名称：数字光纤通信 设计题目：图像、声音的光纤传输系统 完成期限：自 2014 年 5 月 16日至 2014 年5月22 日共 1 周 指导教师（签字）：年月日 系（教研室）主任（签字）：年月日
数字光纤通信 设计说明书 声音、图像光纤传输系统 起止日期： 2014年 05 月 16 日至 2014年 05 月 22 日 学生姓名 班级 学号 成绩 指导教师(签字) 计算机与通信学院 2014年 05 月 22 日
指导教师（签字）：年月日系（教研室）主任（签字）：年月日
图像、声音光纤传输系统 一、设计原理 1、GT-RC-II 型光纤通信实验系统简介： （1）、电源模块：提供实验箱各模块电源。 （2）、1310nm光发送模块：实现模拟信号、数字信号在1310nm光发送机中的光传输及自动光功率控制功能（采用电路来实现）。 (3) 1550nm光发送模块：实现模拟信号、数字信号在1550nm光发送机中的光传输及自动光功率控制功能（采用专用芯片来实现）。 (4) 1310nm光接收模块：实现1310nm光纤传输信号的接收，实现接收信号光电转换，滤波及放大，将其恢复为标准的电脉冲数据信号。 （5）1550nm光接收模块：实现1550nm光纤传输信号的接收，实现接收信号光电转换，滤波及放大，将其恢复为标准的电脉冲数据信号。 实验系统主要由光发模块、光收模块、光无源器件和辅助通信模块等组成。光发端机完成将电信号直接调制至光载波上去，采用强度调制（IM）；光接收机完成光信号的解调，采用直接检测（DD），属于非相干解调。光载波由半导体光源产生，由半导体光检测器将光信号转换成电信号从而达到传输信号的目的。 2、模拟光纤通信系统的结构 模拟基带直接光强调制(DIM)光纤传输系统由光发射机(光源通常为发光二极管)、光纤线路和光接收机(光检测器)组成，这种系统的方框图如图1所示。 图1 模拟光纤通信系统由以下五个部分组成: （1）光发送机：光发送机是实现电/光转换的光端机。它由光源、驱动器和调
《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
试题2 《光纤通信技术》综合测试（二） 一、填空题 1、为了使光波在纤芯中传输，包层的折射率必须纤芯的折射率。 2、光纤的典型结构是多层同轴圆柱体，它由、和三部分组成。 3、光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长是：，， ；最低损耗窗口的中心波长是在： 。 4、光纤的色散分为色散 色散色散和色散。 5、光与物质的粒子体系的相互作用主要有三个过程是：，， ；产生激光的最主要过程是： 。 6、光源的作用是将变换为；光检测器的作用是将 转换为。 二、单项选择题 1 光纤通信指的是：[ ] 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 光纤单模传输条件，归一化频率V应满足：[ ] A V>2.405 B V<2.405 C V>3.832 D V<3.832 3 使用连接器进行光纤连接时，如果接续点不连续，将会造成：[ ] A 光功率无法传输； B 光功率的菲涅耳反射； C 光功率的散射损耗； D 光功率的一部分散射损耗，或以 反射波形式返回发送端。 4 在激光器中，光的放大是通过：[ ] A 光学谐振腔来实现； B 泵浦光源来实现； C 粒子数反转分布的激活物质来 实现； D 外加直流来实现。 5 掺铒光纤的激光特性：[ ] A 主要由起主介质作 用的石英光纤决定； B 主要由掺铒元素决 定； C 主要由泵浦光源决 定； D 主要由入射光的工 作波长决定 6 下面说法正确的是：[ ] A 多模光纤指的是传输多路信号； B 多模光纤可传输多种模式； C 多模光纤指的是芯径较粗的光纤； D 多模光纤只能传输高次模。 7 下面哪一种光纤是色散位移单模光纤？[ ] A 光纤； B 光纤； C 光纤；
武汉大学电工电子信息学院实验报告 电子信息学院通信工程专业2015年 9 月17日 实验名称光纤通信的光传输指导教师易本顺 姓名徐佑宇年级2012级学号2012301200003成绩 一、预习部分 1.实验目的 2.实验基本原理 3.主要仪器设备(含必要的元器件、工具) 一、实验目的 1、通过光传输系统课程设计使学生熟悉常见的几种传输网络的特点及应用场 合； 2、了解ZXMP S325的具体硬件结构，加深对于光传输的理解； 3、掌握 ZXMP S325 的组网过程以及网管工具的使用，培养学生在传输组网工 程方面的实际应用技能。 二、实验设备 1、SDH设备：ZXMP S325； 2、实验用维护终端 三、实验原理 SDH技术是目前通信网络的主流技术，它以其突出的技术优势为网络提供优质、高效、可靠的通信业务，能够满足带宽数据及图像视频等多业务的传输需求，自愈功能强。 1、光传输原理及优势 SDH 全称同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy）， SDH 规范了数字信号的帧结构、复用方式、传输速率等级、接口码型特性，提供了一个国际支持框架，在此基础上发展并建成了一种灵活、可靠、便于管理的世界电信传输网。这种传输网易于扩展，适于新电信业务的开展，并且使不同厂家生产的设备互通成为可能，这正是网络建设者长期以来追求的目标。 其优势主要体现在以下几个方面： （1）接口方面 ·电接口：STM-1是SDH的第一个等级，又叫基本传输模块，比特率为155.520Mb/s，STM-N是SDH第N个等级的同步传送模块，比特率是STM-1的N倍（N=4n=1,4,16...）·光接口：仅对电信号扰码，光口信号码型是加扰的NRZ码，采用世界统一的7级扰码。 （2）复用方式 低速SDH信号以字节间插方式复用进高速SDH帧结构中，位置均匀、有规律，是可预见的
《光纤通信》课程设计报告 设计名称：光纤中光孤子传输特性 专业：08光信息科学与技术 成员姓名：张XX、胡X、 成员学号： 指导老师：李X
光纤中光孤子传输特性 光孤子理论的出现，对于现代通信技术的发展起到了里程碑的作用。因为现代通信技术的发展一直朝着两个方向的努力：一是大容量的传输，二是延长中继距离。光孤子传输不变形的特点决定了他在通信领域的应用前景。普通的光纤通信必须每隔几十千米设立一个中继站，经对信号的脉冲整形放大误码检查后再发射出去，而用光孤子通信则可不设中继站，只要对光纤损耗进行增益补偿，即可把光信号无畸变的传输到很远的地方。 光孤子形成的机理 光孤子是光纤中两种最基本的物理现象，即群速度色散和SPM 共同的作用形成的。光纤中的强度引起的折射率非线性ＳＰＭ效应（光学柯尔效应），在反常区导致的光脉冲压缩可以抵消ＧＶＤ效应形成的光脉冲展宽，从而保持光脉冲传输过程中的形状不变。光孤子的形成机理是光纤中群速度色散和自相位调制效应在反常区的精确平衡。二而光纤耗损造成的脉冲能量的损失，则用每一段传输距离后的光放大器来补偿，保持其非线性效应作用的存在。 光孤子传输 １．系统的构成 将光孤子作为信息的载波可实现光孤子通信，其传输系统如下图： 图 光纤孤子传输系统的基本构成 该系统由5个基本功能组成： １．光孤子发送终端（TX ） ２．光孤子接受终端（RX ） ３．光孤子传输光纤（STF ） ４．光孤子能量补偿放大器（ＯＡ，ＯＡ１－ＯＡｎ） ５．光孤子传输控制装置（ＴＣＳ） 图中ＳＳ为光孤子源，ＭＯＤ为光调制器，ＴＳ为测试设备。 系统中的ＴＸ由超短脉冲半导体或掺饵光纤激光器，光调制器，信息源和光纤功率放大器构成，用于产生光孤子脉冲信号；ＲＸ由宽带光接收机或频谱分析仪，误码仪与条纹相机构成，用于测试系统的传输特性或通信能力；ＳＴＦ由普通单模光纤或色散位移光纤ＤＳＦ构成，OA1--ＯＡｎ由ＥＤＦＡ或ＳＯＡ组成，ＴＣＳ由导频滤波器，强度或相位调制器，非线性元件和色散补偿光纤等组成，设置在沿传输系统不同的区域，用于克服或降低由放大器放大带来的放大自 ｓｓ ｍｏｄ ＯＡ ＯＡ1 STF ＯＡ2 STF STF TCS ＯＡn STF TS TX RX
2014-2015年度《光纤通信技术》期末考试试题 1 .用图示的方法介绍现代数字光纤通信系统构成，并简述各主 要部分的功能？（10分） 1、答：X 光发送机 0 ?---------------------------- □----------------------------- □ （1）光发送机功能：将数字或者模拟电信号加载到光波上，并耦合进光纤中进行传输（2）光放大器功能：补偿光信号在通路中的传输衰减，增大系统的传输距离 （3）光接收机功能：将光信号转换回电信号，恢复光载波所携带的原信号 2 .用图示的方法介绍光发射机的构成，并简要说明各部分的功 能？简单阐述直接调制和外调制的区别？（10分） 3.请用图示的方法简述光纤的构成，比较单模与多模光纤的区另 U?光纤数值孔径是衡量光纤什么的特性物理量？对于光纤
输入信号光 掺钳光纤 光隔离器. + 八 光隔离器光滤波器！ Z\ 输出 !信号光 通信系统而言，是否光纤数值孔径越大越好？（10分） 4.由于光纤本身导致通信系统性能下降的因素有哪些？如何克 服？（10分） 5.用图示的方法说明掺钥光纤放大器EDFA的工作原理和构成, 各 部分的作用是什么？掺钳光纤放大器级联后增益不平坦情 况恶化，列举两种解决方法？（10分） 1.掺钳光纤放大器主要由一段掺钳光纤，泵浦光源，光隔离器，光耦合器构成5'。采用掺 银单模光纤作为增益物质，在泵浦光激发下产生粒子数反转，在信号光诱导下实现受激辐射放大；2'泵浦光和信号光一起由光耦合器注入光纤：2'光隔离器的作用是只允许光单向传输，用于隔离反馈光信号，提高性能。2， 滤波器均衡技术：采用透射谱与掺杂光纤增益谱反对称的滤波器使增益平坦° 2' 增益钳制技术:监测放大器的输入光功率，根据其大小调整泵浦源功率,从而实现增益钳制，是目前最成熟的方法° 2 6 .请简要阐述波分复用技术的工作原理，并用图示的方法说明？ （10 分） 7.简述受激布里渊散射与受激拉曼散射的概念？它们有什么区 另U? （io分） 8.请说出五种你所了解的无源光器件的名称，并简述其用途？ 光耦合器
课程设计报告 课程名称光纤通信 课题名称通信系统综合实验 一、设计内容与设计要求 1、设计内容 1）多路数据＋多路电话光纤综合传输系统的实现 2）多路数据＋多计算机＋单路图像/语音全双工光纤综合传输系统的实现3）*多路计算机＋双路图像/语音全双工光纤综合传输系统的实现 2、设计目的 掌握变速率时分复用的原理、实现方法； 学习并掌握计算机RS232通信技术； 掌握时分复用技术和波分复用技术的灵活搭配使用； 实现数字和语音同时通信。 3、实验仪器与设备 1.光纤通信实验系统2台。 2.示波器1台。 3.波分复用器2个。 4.电话2部。 I
5.FC/FC光纤跳线2根。 6.计算机若干台串口通信电缆若干根。 7.1310nm/1550nm波长波分复用器2个。 8.摄像头1个。 9.监视器1个（或用电话代替）。 4、设计原理 《多路数据＋多路电话光纤综合传输系统》综合了固定速率时分复用、解固定速率时分复用、PCM编译码、波分复用等几个子系统，具体的实验原理可以参看《光纤通信原理教学系统实验指导书》中的实验二十一、实验二十四、实验二十五、实验二十的方法； 《多路数据＋多计算机＋单路图像图像/语音全双工光纤综合传输系统》拟实现模拟图像、数据在同一光纤中传输。即在光纤中同时传输数字数据和模拟信号。一种解决方案综合了《光纤通信原理教学系统实验指导书》中的实验二十六、实验二十七、实验十六的知识； 《多路计算机＋双路图像/语音全双工光纤综合传输系统》综合了固定速率时分复用、解固定速率时分复用、变速率时分复用、解变速率时分复用、位时钟提取（数字锁相环DPLL）原理及实现五个实验，具体的实验原理可以参看《光纤通信原理教学系统实验指导书》中的实验二十一、实验二十三、实验二十四、实验二十五、实验二十六、实验二十七。 5、设计要求 掌握结构化系统设计的主体思想，以自下而上逐步完善的方法实现指定的通信系统功能，并按要求测试相关参数、波形等实验数据，以积累一些典型的通信子系统的功能、性能、参数等知识以及系统集成的知识。 (1)在规定的时间内以小组为单位完成相关的系统功能实现、数据测试和记录并进行适当的分析。 (2)按本任务书的要求，编写《课程设计报告》（Word文档格式）。并用A4纸打印并装订； II
一、填空题（20分) 1、目前光纤通信所用光波得光波波长范围为:0、８～1、8μm,属于电磁波谱中得近红外区。 2、光纤得典型结构就是多层同轴圆柱体，它由、与三部分组成. 3、光纤通信中常用得三个低损耗窗口得中心波长就是: , ，；最低损耗窗口得中心波长就是在: 。 4、光纤得色散分为色散色散与色散。 5、光与物质得粒子体系得相互作用主要有三个过程就是：，，；产生激光得最主要过程就是: 。６、光源得作用就是将变换为；光检测器得作用就是将转换为. 二、单项选择题(15分） 1光纤通信指得就是：［Ｂ] A以电波作载波、以光纤为传输媒介得通信方式； B 以光波作载波、以光纤为传输媒介得通信方式; C 以光波作载波、以电缆为传输媒介得通信方式; D 以激光作载波、以导线为传输媒介得通信方式。 2 光纤单模传输条件，归一化频率V应满足：［Ｂ］ -－－-A—V>2、40５——--—－B－V〈２、405-——－－-C- V＞3、832————－D- Ｖ〈3、832 3 使用连接器进行光纤连接时,如果接续点不连续，将会造成:[Ｃ］ A 光功率无法传输； B 光功率得菲涅耳反射; Ｃ光功率得散射损耗； D 光功率得一部分散射损耗，或以反射波形式返回发送端。 4 在激光器中，光得放大就是通过：［Ｃ] A 光学谐振腔来实现; B 泵浦光源来实现； C粒子数反转分布得激活物质来实现; D 外加直流来实现. ５掺铒光纤得激光特性：［B] A主要由起主介质作用得石英光纤决定; B 主要由掺铒元素决定; C 主要由泵浦光源决定; D 主要由入射光得工作波长决定. 三、（15分)如图所示,用射线理论分析子午光线在阶跃光纤中得传输原理.
南京工程学院 通信工程学院 实验报告 课程名称光纤通信_________ 实验项目名称光纤通信实验_______ 实验学生班级通信（卓越）131_____ 实验学生姓名吴振飞_____ _____ 实验学生学号 208130429_________ 实验时间2016.6.15___ 实验地点信息楼C413_______ 实验成绩评定 ______________________ 指导教师签字 ______________________ 2016年 6月 19日
目录 实验一半导体激光器P-I特性测试实验 (1) 一、实验目的 (1) 二、实验仪器 (1) 三、实验原理 (1) 四、实验内容 (2) 五、实验步骤 (2) 六、注意事项 (2) 七、思考题 (3) 实验二光电探测器特性测试实验 (3) 一、实验目的 (3) 二、实验仪器 (3) 三、实验原理 (3) 四、实验内容 (4) 五、实验步骤 (4) 六、注意事项 (4) 实验三电话光纤传输系统实验 (4) 一、实验目的 (4) 二、实验内容 (5) 三、预备知识 (5) 四、实验仪器 (5) 五、实验原理 (5) 六、注意事项 (6) 七、实验步骤 (6) 九、思考题 (6)
实验一半导体激光器P-I特性测试实验 一、实验目的 学习半导体激光器发光原理和光纤通信中激光光源工作原理；了解半导体激光器平均输出光功率与注入驱动电流的关系；掌握半导体激光器 P(平均发送光功率) -I(注入电流) 曲线的测试方法。 二、实验仪器 1、ZYE4301G 型光纤通信原理实验箱 1 台 2、光功率计1 台 3、FC/PC-FC/PC 单模光跳线 1 根 4、万用表(自带) 1 台 5、连接导线 20 根 三、实验原理 半导体激光二极管(LD) 或简称半导体激光器，它通过受激辐射发光，(处于高能级E2的电子在光场的感应下发射一个和感应光子一模一样的光子，而跃迁到低能级E1，这个过程称为光的受激辐射，所谓一模一样，是指发射光子和感应光子不仅频率相同，而且相位、偏振方向和传播方向都相同，它和感应光子是相干的。) 是一种阈值器件。由于受激辐射与自发辐射的本质不同，导致了半导体激光器不仅能产生高功率(≥10mW) 辐射，而且输出光发散角窄(垂直发散角为 30~50°，水平发散角为 0~30° )，与单模光纤的耦合效率高(约 30%~50%)，辐射光谱线窄(Δλ =0.1~1.0nm)，适用于高比特工作，载流子复合寿命短，能进行高速信号(>20GHz) 直接调制，非常适合于作高速长距离光纤通信系统的光源。 对于线性度良好的半导体激光器，其输出功率可以表示为ηω (1-1) Pe=)(2thDIIq ?η其中intintaaamirmirD+=ηη，这里的量子效率ηint，表征注入电子通过受激辐射转化为光子的比例。在高于阈值区域，大多数半导体激光器的ηint接近于 1。 1-1 式表明，激光输出功率决定于内量子效率和光腔损耗，并随着电流而增大，当注入电流I>Ith时，输出功率与I成线性关系。其增大的速率即P-I曲线的斜率，称为斜率效率 dPη2DeqdIηω= (1-2) P-I特性是选择半导体激光器的重要依据。在选择时，应选阈值电流Ith尽可能小， Ith对应P值小，而且没有扭折点的半导体激光器，这样的激光器工作电流小，工作稳定性高，而且不易产生光信号失真。并且要求P-I曲线的斜率适当。斜率太小，则要求驱动信号太大，给驱动电路带来麻烦; 斜率太大，则会出现光反射噪声及使自动光功率控制环路调整困难。半导体激光器具有高功率密度和极高量子效率的特点，微小的电流变化会导致光功率输出变化，是光纤通信中最重要的一种光源，半导体激光器可以看作为一种光学振荡器，要形成光的振荡，就必须要有光放大机制，也即激活介质处于粒子数反转分布，而且产生的增益足以抵消所有的损耗。将开始出现净增益的条件称为阈值条件。一般用注入电流值来标定阈值条件，也即阈值电流Ith，当输入电流小于Ith时，其输出光为非相干的荧光，类似于LED发出的光，当电流大于Ith
光通信技术课程设计 一、系统功能描述 此系统是一个通过红外通信进行简单信号传输的装置，分为发送和接收两部分。发送装置接有简易键盘，按下按键后，单片机采集信号处理后通过红外发送出去。接收装置收到信号后，进行解析，然后通过数码管显示出相应的码型。 二、系统所用元器件及设备 发送端： AT89C52×1、红外发射二极管×1、8050×1、按键开关×10、11.0592M晶振×1 电容：10μF×1、20pF×2 电阻：1k?×2、100?×1 接收端： 74LS273×1、AT89C52×1、按键开关×1、7段共阳极数码管×2、8550×2、11.0592M晶振×1、红外接收器SM0038×1 电容：10μF×2、20pF×2 电阻：100?×2、1k?×1、4.7k?×2 设备： 稳压电源5v 示波器 三、系统实现功能原理 发送端： 输入方式采用3×3阵列（9按键）键盘，一共6根信号线，接入单片机P1口。每个按键在单片机P1口上对应唯一8位2进制值。当按下键盘上的不同按键时，通过编码器产生与之相应的特定的二进制脉冲码信号。将此二进制脉冲码信号先调制在38KHz的载波上，经过放大后，激发红外发光二极管转发成波长940nm的红外线光传输出去。 接收端： 红外接收器采用一体化红外遥控接收器SM0038,红外线数字信号则经过红外接收器取出数字信号数据经单片机译码，最后送到显示电路。 主要芯片AT89C51： 引脚图： 功能介绍： AT89C51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4K BYTES的可反复擦写的只
读程序存储器（PEROM）和128 BYTES的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和FLASH存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。 AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和FLASH存储器结合在一起，特别是可反复擦写的FLASH存储器可有效地降低开发成本。 管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL 门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL 门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管脚备选功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 /ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可
《光纤通信》教学大纲 一、课程描述 光纤通信是20世纪70年代开始发展起来的一种通信新技术。80年代以后，随着我国通信技术的迅速发展，光纤通信有了长足的发展，成为社会信息基础设施中不可缺少的一部分，广泛应用于各个领域。 《光纤通信》是结合光纤通信的发展，系统地介绍光纤通信系统的基本原理、基本概念、基本技术和基本分析设计方法，全面反映全光通信技术概貌的课程，为学生学习后续的光纤通信设备、光缆线路工程、综合布线工程、宽带接入技术及现代通信技术等通信专业课程奠定基础。 《光纤通信》是通信工程专业的一门专业任选课，包括光纤通信传输理论，光纤与光缆，光源与光发送机，光检测器与光接收机，无源光器件与集成光路，光纤系统中的信号传输和光纤通信系统等内容。先修课程是通信原理、信号与系统、高频电路。 二、课程目标 1、使学生掌握光纤通信的基本概念和基本原理，理解光发射机和光接收机的基本理论和特性。 2、理解和掌握光纤通信系统的构成、性能指标及光纤通信新技术。 三、课程内容和教学要求 这门学科的知识与技能要求分为知道、理解、掌握、学会四个层次。这四个层次的一般涵义表述如下： 知道——是指对这门学科的基本知识、基本理论的认知。 理解——是指运用已了解的基本原理说明、解释一些现象。 掌握——是指利用掌握的理论知识对一些较复杂的功能线路进行解释，说明其工作过程，估计有关参数。 学会——是指在利用仪表和工具完成对某些功能线路的设计、组装、参数测量，并根据理论知识计算相关参数，理论与实验作比较。能识别操作中的一般差错。 教学内容和要求表中的“√”号表示教学知识和技能的教学要求层次。
本标准中打“*”号的内容可作为自学，教师可根据实际情况确定要求或不布置要求。 教学内容及教学要求表
光纤通信. 1.光纤结构光纤是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。纤芯的折射率比包层稍高，损耗比包层更低，光能量主要在纤芯内传输。包层为光的传输提供反射面和光隔离，并起一定的机械保护作用。设纤芯和包层的折射率分别为n1和n2，光能量在光纤中传输的必要条件是n1>n2。 2.光纤主要有三种基本类型: 突变型多模光纤,渐变型多模光纤, 单模光纤. 相对于单模光纤而言，突变型光纤和渐变型光纤的纤芯直径都很大，可以容纳数百个模式，所以称为多模光纤 3.光纤主要用途：突变型多模光纤只能用于小容量短距离系统。渐变型多模光纤适用于中等容量中等距离系统。单模光纤用在大容量长距离的系统。1.55μm 色散移位光纤实现了10 Gb/s容量的100 km的超大容量超长距离系统。色散平坦光纤适用于波分复用系统，这种系统可以把传输容量提高几倍到几十倍。三角芯光纤有效面积较大，有利于提高输入光纤的光功率，增加传输距离。偏振保持光纤用在外差接收方式的相干光系统，这种系统最大优点是提高接收灵敏度，增加传输距离。 4.分析光纤传输原理的常用方法：几何光学法.麦克斯韦波动方程法 5.几何光学法分析问题的两个出发点: 〓数值孔径〓时间延迟. 通过分析光束在光纤中传播的空间分布和时间分布. 几何光学法分析问题的两个角度: 〓突变型多模光纤〓渐变型多模光纤. 6.产生信号畸变的主要原因是光纤中存在色散，损耗和色散是 光纤最重要的传输特性：损耗限 制系统的传输距离, 色散则限制 系统的传输容量. 7.色散是在光纤中传输的光信 号，由于不同成分的光的时间延 迟不同而产生的一种物理效 应. 色散的种类：模式色散、材 料色散、波导色散. 8. 波导色散纤芯与包层的折射 率差很小，因此在交界面产生全 反射时可能有一部分光进入包 层之内，在包层内传输一定距离 后又可能回到纤芯中继续传输。 进入包层内的这部分光强的大 小与光波长有关，即相当于光传 输路径长度随光波波长的不同 而异。有一定谱宽的光脉冲入射 光纤后，由于不同波长的光传输 路径不完全相同，所以到达终点 的时间也不相同，从而出现脉冲 展宽。具体来说，入射光的波长 越长，进入包层中的光强比例就 越大，这部分光走过的距离就越 长。这种色散是由光纤中的光波 导引起的，由此产生的脉冲展宽 现象叫做波导色散。 9. 偏振模色散：实际光纤不可避 免地存在一定缺陷，如纤芯椭圆 度和内部残余应力，使两个偏振 模的传输常数不同，这样产生的 时间延迟差称为偏振模色散或 双折射色散。 10. 损耗的机理包括吸收损耗和 散射损耗两部分。吸收损耗是 由SiO2材料引起的固有吸收和 由杂质引起的吸收产生的。散射 损耗主要由材料微观密度不 均匀引起的瑞利散射和由光纤 结构缺陷(如气泡)引起的散射产 生的。瑞利散射损耗是光纤的固 有损耗，它决定着光纤损耗的最 低理论极限。 11.光线的损耗：（1）吸收损耗： a.本征吸收损耗：紫外吸收损 耗，红外吸收损耗b.杂质吸收损 耗c.原子缺陷吸收损耗（2）散 射损耗 a线性散射损耗：瑞利散 射，光纤结构不完善引起的散射 损耗（3）弯曲损耗 a.宏弯：曲 率半径比光纤的直径大得多的 弯曲 b.微弯：微米级的高频弯 曲，微弯的原因：光纤的生产过 程中的带来的不均；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. 与宏弯的情况相同，模 场直径大的模式容易发生微弯 损耗 12. 柔性光纤的优点：1. 对光的 约束增强 2. 在任意波段均可实 现单模传输：调节空气孔径之间 的距离 3. 可以实现光纤色散的 灵活设计 4. 减少光纤中的非线 性效应5. 抗侧压性能增强 13. 光纤的制作要求（1）透明（2） 能将其拉制成沿长度方向均匀 分布的具有纤芯-包层结构的细 小纤维；（3）能经受住所需要 的工作环境。光纤是将透明材料 拉伸为细丝制成的。 14. 光纤预制棒简称光棒，是一 种在横截面上有一定折射率分 布和芯/包比的的透明的石英玻 璃棒。根据折射率的不同光棒可 从结构上分为芯层和包层两个 部分，其芯层的折射率较高，是 由高纯SiO2材料掺杂折射率较 高的高纯GeO2材料构成的，包 层由高纯SiO2材料构成。制作 方法: 外部气相沉积法；气相轴 相沉积法；改进的化学气相沉积 法；等离子化学气相沉积法。 15. 光缆基本要求：保护光纤固 有机械强度的方法，通常是采用 塑料被覆和应力筛选。光纤从高 温拉制出来后，要立即用软塑料 进行一次被覆和应力筛选，除去
一、填空题（40分，每空1分） 1、光纤通信是光纤为传输媒质。以光波为载波的通信方式。 2、无源器件主要有光纤连接器、波分复用器、光调制器、光隔离器、光耦合器和光衰减器、光开关等。 3、单模光纤纤芯直径一般为 8~10um ，多模光纤纤芯直径为 50~80 um ，光纤包层直径一般为 125 um 。 4、光缆结构包括缆芯、铠装和护套。常用光缆有层绞式、骨架式、中心管式、带状式等结构。 5、光纤主要的传输特性是损耗和色散。 7、在光纤通信系统中，对光源的调制可分外调制和内调制两类。 8、掺铒光纤放大器应用方式有中继放大器、前置放大器和 后置放大器。 10、EDFA的泵浦结构方式有：a. 同向泵浦；b. ___反向泵浦____结构；c.双向泵浦结构。 11、SDH的主要复用步骤是映射、定位和复用。 12、光中继器实现方式有光-电-光形式中继放大器 和光放大器两种 1、为增大光接收机的接收动态范围，应采用（ B ）电路。 A．ATC B．AGC C．APC D．ADC 2、光纤数字通信系统中不能传输HDB3码的原因是( A ) A.光源不能产生负信号光 B.将出现长连“1”或长连“0” C.编码器太复杂 D.码率冗余度太大 4、在光纤通信系统中，EDFA以何种应用形式可以显著提高光接收机的灵敏度( A ) A.作前置放大器使用 B.作后置放大器使用 C.作功率放大器使用 D.作光中继器使用 5、STM－4每秒可传输的帧数是( D ) A.1000 B.2000 C.4000 D.8000
6、STM-N一帧的字节数是( C )。 A.2709 B.274N9 C.270N9 D.261N9 7、在光纤通信系统中，当需要保证在传输信道光的单向传输时，采用( B )。 A.光衰减器 B.光隔离器 C.光耦合器 D.光纤连接器 8、决定光纤通信中继距离的主要因素是( B ) A.光纤的型号 B.光纤的损耗和色散 C.光发射机的输出功率 D.光接收机的灵敏度 9、下列哪一个不是SDH网的特点( D ) A.具有全世界统一的接口标准 B.大量运用软件进行系统配置的管理 C.复用映射结构灵活 D.指针调整技术降低了设备复杂性 10、将光限制在有包层的光纤纤芯中的作用原理是（ B ） A.折射 B.在包层折射边界上的全内反射 C.纤芯—包层界面上的全内反射 D.光纤塑料涂覆层的反射 三、简答题（20分） 1、简述掺铒光纤放大器（EDFA）工作原理。（9分） 1、在掺铒光纤（EDF）中，铒离子有三个能级：基态E1、亚稳态E2和激发态E3。 当泵浦光的光子能级等于E3和E1的能量差时，铒离子吸收泵浦光的光能从基态跃迁到激发态，但激发态不稳定，电子很快返回到E2，若输入的信号光的光子能量等于E 2和E1之间能量差，则电子从E2跃迁到E1，产生受激辐射光，故光信号被放大。 2、光纤通信有哪些优点？（6分） 2、①传输衰减小，传输距离长。 ②频带宽，通信容量大。 ③抗电磁干扰，传输质量好。 ④体积小、重量轻、便于施工。 ⑤原材料丰富，节约有色金属，有利于环保 ⑥易碎不易接续。 3、什么叫光纤损耗？造成光纤损耗的原因是什么？（5分） 3、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。损耗一般用损耗系数α表示。 （dB/km）（3分） 损耗产生的主要原因是光纤材料的吸收、散射作用和光纤在使用过程中由于连接、弯曲而导致附加光功率损失。（2分）
OptiSystem实验 一、OptiSystem简介 OptiSystem是一款创新的光通讯系统模拟软件包，它集设计、测试和优化各种类型宽带光网络物理层的虚拟光连接等功能于一身，从长距离通讯系统到LANS 和MANS都适用。OptiSystem有一个基于实际光纤通讯系统模型的系统级模拟器，并具有强大的模拟环境和真实的器件和系统的分级定义。它的性能可以通过附加的用户器件库和完整的界面进行扩展，从而成为一系列广泛使用的工具。全面的图形用户界面提供光子器件设计、器件模型和演示。丰富的有源和无源器件库，包括实际的、波长相关的参数。参数扫描和优化允许用户研究特定的器件技术参数对系统性能的影响。OptiSystem满足了急速发展的光子市场对于一个强有力而易于使用的光系统设计工具的需求，深受系统设计者、光通信工程师、研究人员的青睐。 OptiSystem软件允许对物理层任何类型的虚拟光连接和宽带光网络的分析，从远距离通讯到MANS和LANS都适用。它可广泛应用下列场合： 1．物理层的器件级到系统级的光通讯系统设计； 2．CATV或者TDM?WDM网络设计； 3．SONET?SDH的环形设计； 4．传输装置、信道、放大器和接收器的设计； 5．色散图设计； 6．不同接受模式下误码率（BER）和系统代价（Penalty）的评估； 7．放大系统的BER和连接预算计算。 实验1 OptiSystem快速入门：以“激光外调制”为例 一、实验目的 1、掌握软件的简单操作 2、了解软件的元件库 3、掌握建立新的project（新的工作界面） 4、掌握搭建系统：将元件从元件库中拖入project、连线、搭建系统 5、掌握设置参数 6、掌握软件的运行、观察结果、导出数据 二、实验过程 1.建立一个新文件。（File>New） 2.将光学器件从数据库里拖入主窗口进行布局. 3.光标移至有锁链图标出现时，进行连线。（如图1所示） 4．设置连续波激光器参数。 （1）点击frequency>mode, 出现下拉菜单，选中script。 （2）在value中输入数据并作评估。 （3）点击单位，选择“THZ”，点击OK 回主窗口。（如图2所示）
《光纤通信技术》课程大纲 课程名称：光纤通信技术 课程类别：核心课 学分：4学分 适用专业：通信工程专业、计算机应用专业 先修课程：数字通信原理、数据通信原理 一、课程的教学目的 《光纤通信技术》是信息与通信工程学科一门重要的专业课程。课程定位为需要学习通信工程、计算机通信技术等专业，从事信息通信、计算机、网络等相关行业的学员。光纤通信系统具有低的传输损耗和宽的传输频带的特点，成为高速数据业务的理想传输通道。课程以光纤的导光原理和激光器的发光原理为基础内容，同时涵盖了各种实用光网络技术。课程以提高学生基本技能素质与新技术、新手段的应用能力为目标，培养能满足光纤网络工程的规划建设、系统调测、电信核心网络和接入网络的工程等需要的应用型人才。 为了更好地掌握本课程的知识，每章后面均附有大量的习题，并对主要知识点进行了总结。鉴于本课程是实践性很强的专业课程，其教学内容既包括理论学习内容，又涵盖与之相关的实践实验活动内容，为以后学习光纤通信工程新技术打下基础。 二、相关课程的衔接 学习本课程需要先修《数字通信原理》、《数据通信原理》等专业基础课程以及《现代交换技术》、《宽带接入技术》等相关课程；后续课程包括《光网络》、《多媒体通信》等。三、教学的基本要求 要求掌握《光纤通信技术》的基本概念、工作原理，了解相关扩展知识。熟练进行光纤通信技术的工程分析及工程计算。 熟悉实验原理及内容，能够利用所学基本知识完成简单电路的分析和设计。 四、课程教学方法 下载教学内容导学、详解、实时辅导、教案、综合练习题等资料。 为了更好地掌握本课程的知识，每章后面均附有大量的习题，并对主要知识点进行了总结。本课程含有实验，使本课程更多地与实践接轨，为以后学习光纤通信工程新技术打下基础。