光纤通信系统简介-3

光纤简介一、光纤概述光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。

微细的光纤封装在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂。

通常，光纤一端的发射装置使用发光二极管〔light emitting diode,LED〕或一束激光将光脉冲传送至光纤，光纤另一端的接收装置使用光敏元件检测脉冲。

二、光纤工作波长光是一种电磁波。

可见光部分波长范围是：390nm—760nm(纳米)，大于760nm部分是红外光，小于390nm部分是紫外光。

μμμμ，μμμm以上的损耗趋向加大。

三、光纤分类光纤的分类主要是从工作波长、折射率分布、传输模式、原材料和制造方法上作一归纳的，各种分类如下。

〔1〕工作波长：紫外光纤、可观光纤、近红外光纤μμμm〕。

〔2〕折射率分布：阶跃〔SI〕型光纤、近阶跃型光纤、渐变〔GI〕型光纤、其它〔如三角型、W型、凹陷型等〕。

〔3〕传输模式：单模光纤〔含偏振保持光纤、非偏振保持光纤〕、多模光纤。

〔4〕原材料：石英光纤、多成分玻璃光纤、塑料光纤、复合材料光纤〔如塑料包层、液体纤芯等〕、红外材料等。

按被覆材料还可分为无机材料〔碳等〕、金属材料〔铜、镍等〕和塑料等。

〔5〕制造方法：预塑有汽相轴向沉积〔VAD〕、化学汽相沉积〔CVD〕等，拉丝法有管律法〔Rod intube〕和双坩锅法等。

四、单模光纤与多模光纤光纤是一种光波导，因而光波在其中传播也存在模式问题。

所谓“模”是指以一定角速度进入光纤的一束光。

模式是指传输线横截面和纵截面的电磁场结构图形，即电磁波的分布情况。

一般来说，不同的模式有不同的的场结构，且每一种传输线都有一个与其对应的基模或主模。

基模是截止波长最长的模式。

除基模外，截止波长较短的其它模式称为高次模。

根据光纤能传输的模式数目，可将其分为单模光纤和多模光纤。

多模光纤允许多束光在光纤中同时传播，从而形成模分散〔因为每一个模光进入光纤的角度不同它们到达另一端点的时间也不同，这种特征称为模分散〕。

光纤通信延长中继距离入纤功率灵敏度五、计算题1．弱导波阶跃型光纤芯子和包层的折射指数分别为n1=1.5, n2=1.48, 试计算：光纤的数值孔径。

2．上题中，若纤芯半径a=6μm, λ0=1μm, 试计算光纤中传输的模数量。

3．阶跃型光纤，若n1=1.5, λ0=1μm, 若Δ=0.018，当保证单模传输时，光纤芯径取多大？4.已知阶跃光纤的n1=1.62，n2=1.52, 试计算：（1）相对折射率Δ（2）数值孔径5.已知阶跃型光纤的n1=1.5，Δ=0.01，芯子半径a=10μm，波长λ0=1.5μm, 试计算：（1）数值孔径NA （2）归一化频率（3）入射光线的激励角范围6. 已知均匀光纤的n1=1.51，Δ=0.01，工作波长λ0=0.85μm, 当纤芯半径a=25μm，此光纤中传输的导模数是多少？若要实现单模传输，纤芯半径应为多少？7. 已知阶跃型光纤的n1=1.5，Δ=0.5%，λ0=1.3μm, 若光纤中的导模数量N=2，试问至少纤芯半径为多大？8．已知光功率为2.4mw，光波频率为1015Hz,求单位时间传播的光子数。

9．某光纤通信系统，其发送光功率为-4dBm，光接收机灵敏度为-40dBm，设备富余度为6 dB，光缆富余度为0.1dB/km，光纤接头损耗为0.2dB/km，且不考虑色散的影响，求当无光缆配线架时，如果希望最长中继距离为60 km，此时的光缆的衰减系数为多大？10．有622Mbit/s速率的单模光缆传输系统，应用InGaAs-LD，其It<50mA，标称波长为1310nm，光谱宽度为2nm，发送光功率为-2.3dBm, 接收灵敏度为-38dBm, 动态范围≥20dB。

采用的光缆其固有损耗为0.3dB/km, 接头损耗为0.1dB/km，光连接器衰减为1dB，光纤色散系数≤2.0ps/nm·km, 光纤富余度为0.1dB/km。

若考虑1dB色散代价（ε取0.115），5dB 设备富余度，试计算在系统设计时，最大中继距离为多少？11、若一个2.5Gbit/s单模光缆通信系统，其系统总体要求如下：系统中采用的激光器为单纵摸激光器，其阈值电流小于50mA，激光器工作于1550nm.光脉冲谱线宽度Δλmax≤1.8nm。

光纤通信一、概论小结一、名词概念1、光纤：光纤是传光的纤维波导或光导纤维的简称。

2、光纤通信：光纤通信是以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式。

3、光纤通信系统：光纤通信系统是以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信系统。

二、光在电磁波谱中的位置----光也是一种电磁波，只是它的频率比无线电波的频率高得多。

红外线、可见光和紫外线均属于光波的范畴。

1、可见光是人眼能看见的光，其波长范围为：0.39 至0.76 。

2、红外线是人眼看不见的光，其波长范围为：0.76 至300 。

一般分为：（1）近红外区：其波长范围为：0.76 至15 ；（2）中红外区：其波长范围为：15 至25 ；（3）远红外区：其波长范围为：25 至300 ；三、光纤通信所用光波的波长范围（1）光纤通信所用光波的波长范围为0.8 至1.8 ，属于电磁波谱中的近红外区。

（2）在光纤通信中，常将0.8 至0.9 称为短波长，而将0.8 至0.9 称为长波长。

四、光纤通信中常用的低损耗窗口（1）0.85 、1.31 和1.55 左右是光纤通信中常用的三个低损耗窗口。

（2）早期光纤通信系统传输所用的是多模光纤，其工作波长在0.85 的第一个工作窗口。

（3）非色散位移光纤（G.652光纤）工作在1.31 附近的第二个工作窗口。

（4）色散位移光纤（G.653光纤）工作在1.55 附近的第二个工作窗口。

-五、光纤通信的特点与电缆或微波等电通信方式相比，光纤通信的优点如下：(1)传输频带极宽，通信容量很大；(2)由于光纤衰减小，无中继设备，故传输距离远；(3)串扰小，信号传输质量高；(4)光纤抗电磁干扰，保密性好；(5)光纤尺寸小，重量轻，便于传输和铺设；(6)耐化学腐蚀；(7)光纤是石英玻璃拉制成形,原材料来源丰富（一）概论习题1、什么是光纤通信？2、光纤的主要作用是什么？3、与电缆或微波等电通信方式相比，光纤通信有何优点？4、为什么说使用光纤通信可以节约大量有色金属？5、为什么说光纤通信具有传输频带宽，通信容量大？6、可见光是人眼能看见的光，其波长范围是多少？7、红外线是人眼看不见的光，其波长范围是多少？8、近红外区：其波长范围是多少？9、光纤通信所用光波的波长范围是多少？10、光纤通信中常用的三个低损耗窗口的中心波长分别是多少（二）单元测试(单项选择题）1 光纤通信指的是：1以电波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式；2 以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式；3 以光波作载波、以电缆为传输媒介的通信方式；4以激光作载波、以导线为传输媒介的通信方式。

第1篇一、实验目的1. 了解光纤通信系统的基本原理和组成。

2. 掌握光纤通信系统的设计方法和步骤。

3. 熟悉光纤通信系统中的关键设备和技术指标。

4. 培养实际操作能力和分析问题的能力。

二、实验原理光纤通信系统是一种利用光波在光纤中传输信息的通信系统。

其基本原理是：将信息信号转换为光信号，通过光纤传输，再在接收端将光信号转换回信息信号。

光纤通信系统主要由以下几部分组成：1. 光源：产生光信号，如激光器、LED等。

2. 光纤：传输光信号，具有低损耗、宽带宽等特点。

3. 光发射器：将电信号转换为光信号，如调制器。

4. 光接收器：将光信号转换为电信号，如解调器。

5. 光缆：连接各个设备，实现光信号的传输。

三、实验设备1. 光纤通信实验箱2. 光源3. 光纤4. 光发射器5. 光接收器6. 光功率计7. 光谱分析仪8. 计算机及仿真软件四、实验内容1. 光纤通信系统基本组成和原理的学习。

2. 光源的选择和特性测试。

3. 光纤的连接和测试。

4. 光发射器和解调器的连接和测试。

5. 光纤通信系统的性能测试和优化。

五、实验步骤1. 光源选择和特性测试：（1）根据实验要求选择合适的激光器或LED作为光源。

（2）使用光谱分析仪测试光源的波长、光谱宽度、光功率等特性。

2. 光纤的连接和测试：（1）将光纤连接到光源和光接收器上。

（2）使用光功率计测试光纤的损耗和连接处的损耗。

3. 光发射器和解调器的连接和测试：（1）将光发射器和解调器连接到光纤上。

（2）使用光功率计测试光发射器和解调器的输出光功率和接收光功率。

4. 光纤通信系统的性能测试和优化：（1）使用计算机及仿真软件模拟光纤通信系统的性能。

（2）根据测试结果分析系统的性能，找出问题并进行优化。

六、实验结果与分析1. 光源特性测试：激光器的波长为1550nm，光谱宽度为0.1nm，光功率为10mW。

2. 光纤连接测试：光纤连接损耗为0.1dB，连接处的损耗为0.05dB。

光纤通信(第三版)教学教材光纤通信(第三版)第一章1用光导纤维进行通信最早在哪一年由谁提出？用光导纤维进行通信最早在1966年由英籍华人高锟提出 2光纤通信有哪些优点？光纤通信的优点是：频带宽、传输容量大；损耗小、中继距离长；重量轻、体积小；抗电磁干扰性能好；泄漏小、保密性好；节约金属材料，有利于资源合理使用。

3简述通信网络的份层结构. 4比较光在空气和光纤中传输的速度，哪个传输得快？光在光纤中传输的速度比在空气中传输得慢，慢n 倍，n 是光纤纤芯折射率。

5简述抗反射膜的工作原理/复接层层) /网络层 OADM: OXC ：o 光分插复用光交叉连接当光入射到光电器件的表面时总会有一些光被反射回来，除增加耦合损耗外，还会对系统产生不利的影响，为此需要在器件表面镀一层电介质材料，以便减少反射 6简述电介质镜的工作原理电介质镜由数层折射率交替变化的电介质材料组成，从界面上反射的光相长干涉，使反射光增强，如果层数足够多，波长为的反射系数接近17简述分光镜的工作原理两个三角棱镜A 和C 被一层低折射率薄膜B 分开，此时A 中的一些光线穿过薄膜B 进入C ，然后从立方棱镜出去。

由于A 镜斜面阻止全反射的作用，导致产生透射光束，因此入射光束被分成两束。

两种光束能量分配的比例取决于薄膜层厚度和它的折射率。

8说明为什么布拉格衍射的条件是sin d m θλ=?假定入射光束是平行波，因此裂缝变成相干光源。

并假定每个裂缝的宽度a 比把裂缝分开的距离d 更小，从两个相邻裂缝以角度θ发射的光波间的路经差是d sin θ9说明半波片相位延迟的工作原理假如 L 是晶体片的厚度，寻常光（o ）和非寻常光（e ）通过晶体经历的相位变化不同。

于是出射光束和分量通过相位延迟片产生的相位差是φ = π是半波长延迟10说明平面介质波导传输单模光线的条件波导中有一个允许在其中传输的最大模数。

最大模数m 必须满足等式A:()φ-≤V m 2 等式B ：()2122212n n aV -=λπV 数也叫V 参数，或归一化频率，在平面波导中也叫归一化厚度。

第1篇实验名称：光纤通信实验实验课程：光电工程实训实验日期：2023年X月X日实验目的：1. 了解光纤通信的基本原理和系统组成。

2. 掌握光纤通信中信号的调制与解调技术。

3. 学习光纤通信系统中的传输性能参数的测量方法。

4. 通过实验验证光纤通信系统的实际应用效果。

实验原理：光纤通信是利用光波在光纤中传输信息的一种通信方式。

它具有传输速率高、传输距离远、抗干扰能力强、信号传输质量高等优点。

光纤通信系统主要由光发射机、光纤、光接收机和信号处理单元组成。

在实验中，我们将通过以下步骤来验证光纤通信的基本原理和性能：1. 光发射机：将电信号转换为光信号。

2. 光纤：作为传输介质，将光信号传输到远方。

3. 光接收机：将光信号转换为电信号。

4. 信号处理单元：对电信号进行放大、整形、解调等处理。

实验设备：1. 光发射机2. 光纤3. 光接收机4. 光功率计5. 信号发生器6. 示波器7. 光纤连接器实验步骤：一、光纤通信系统搭建1. 将光发射机的输出端连接到光纤的一端。

2. 将光纤的另一端连接到光接收机的输入端。

3. 将信号发生器输出的信号连接到光发射机的输入端。

二、光发射机测试1. 将信号发生器输出一个频率为1MHz的正弦波信号。

2. 利用示波器观察光发射机的输出波形，确保输出光信号的稳定性和幅度。

三、光纤传输性能测试1. 利用光功率计测量光发射机输出端的光功率。

2. 在光纤的另一端，利用光功率计测量接收到的光功率。

3. 计算光信号的传输损耗。

四、光接收机测试1. 利用示波器观察光接收机的输出波形，确保输出电信号的稳定性和幅度。

2. 利用信号发生器输出一个频率为1MHz的正弦波信号，通过光接收机解调后，观察解调后的电信号。

五、信号处理单元测试1. 将解调后的电信号输入到信号处理单元。

2. 利用示波器观察信号处理单元的输出波形，确保输出信号的稳定性和幅度。

实验结果与分析：1. 光发射机输出光信号稳定，频率为1MHz，幅度为1V。