1,光纤通信简介与光纤的导光原理介绍。

光纤的光传输原理是什么？1.光纤通信原理——简介光纤通信(Fiber-optic communication)，也作光纤通讯。

光纤通信是以光作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式，首先将电信号转换成光信号，再透过光纤将光信号进行传递，属于有线通信的一种。

光经过调变后便能携带资讯。

自1980年代起，光纤通讯系统对于电信工业产生了革命性，同时也在数位时代里扮演非常重要的角色。

光纤通信传输容量大，保密性好等优点。

光纤通信现在已经成为当今最主要的有线通信方式。

2.光纤通信原理——组成部分最基本的光纤通信系统由光发信机、光收信机、光纤线路、中继器以及无源器件组成。

其中光发信机负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号，光纤线路负责传输信号，而光收信机负责接收光信号，并从中提取信息，然后转变成电信号，最后得到对应的话音、图象、数据等信息。

(1)光发信机----由光源、驱动器和调制器组成，实现电/光转换的光端机。

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。

(2)光收信机----由光检测器和光放大器组成，实现光/电转换的光端机。

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，送到接收端的电端级去。

(3)光纤线路----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。

(4)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。

(5)无源器件----包括光纤连接器、耦合器等，完成光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合。

3.光纤通信原理光纤通信的原理就是：在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化，并通过光纤经过光的全反射原理传送;在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。

光纤的导光原理是什么
光纤是一种能够将光信号传输的特殊导光材料，它的导光原理是通过光的全反射来实现的。

光纤的导光原理是基于光在介质中传播时发生全反射的物理现象，而光纤的核心部分则是利用高折射率的材料包裹在低折射率的材料中，从而实现光信号的传输。

下面将详细介绍光纤的导光原理。

首先，光的全反射是指光线从光密介质射向光疏介质时，当入射角大于临界角时，光线将完全反射回光密介质中，不会发生透射现象。

这种全反射的现象使得光线能够在光纤中来回传输，实现光信号的传输功能。

其次，光纤的核心部分是由高折射率的材料构成的，而外部包裹着低折射率的材料。

这种结构使得光线在传输过程中会发生全反射现象，从而能够一直保持在光纤的内部，不会发生损耗和泄漏。

另外，光纤的导光原理还涉及到光的入射角和临界角的关系。

当光线以大于临界角的入射角射入光纤时，光线将会完全反射回光纤内部，而不会发生漏光现象。

这种特性使得光纤能够实现长距离的光信号传输，而不会受到太大的衰减和损耗。

总的来说，光纤的导光原理是基于光的全反射现象，利用高折射率的核心材料和低折射率的包层材料构成的特殊结构，使得光线能够在光纤中高效地传输。

这种原理使得光纤在通信、传感和医疗等领域都有着广泛的应用，成为现代科技中不可或缺的重要组成部分。

《光纤通信》的复习要点《光纤通信》课程复习要点和重点浙江传媒学院陈柏年（2014年6⽉）第⼀章概述1、光纤通信：以光波作为信号载体，以光纤作为传输媒介的通信⽅式。

2、光纤通信发展历程：（1）光纤模式：从多模发展到单模；（2）⼯作波长：从短波长到长波长；（3）传输速率：从低速到⾼速；（4）光纤价格：不断下降；（5）应⽤范围：不断扩⼤。

3、光纤通信系统基本组成：（1）光纤，（2）光发送器，（3）光接收器，（4）光中继器，（5）适当的接⼝设备。

第⼆章光纤光缆⼀、光纤（Fibel）1、光纤三层结构：（1）纤芯（core），（2）包层（coating），（3）涂覆层（jacket）。

2、各类光纤的缩写和概念：SIF（突变型折射率光纤），GIF（渐变折射率光纤）；DFF（⾊散平坦光纤）、DSF（⾊散移位光纤）；MMF（多模光纤），SMF（单模光纤）；松套光纤，紧套光纤。

⼆、光的两种传输理论（⼀）光的射线传输理论1、光纤的⼏何导光原理：光纤是利⽤光的全反射特性导光；纤芯折射率必须⼤于包层折射率，但相差不⼤。

2、突变型折射率多模光纤主要参数：★（1）光纤的临界⾓θc：只有在半锥⾓为θ≤θc的圆锥内的光束才能在光纤中传播。

★（2）数值孔径NA：⼊射媒质折射率与最⼤⼊射⾓（临界⾓）的正弦值之积。

与纤芯与包层直径⽆关，只与两者的相对折射率差有关。

它表⽰光纤接收和传输光的能⼒。

（3）光纤的时延差Δτ：时延差⼤，则造成脉冲展宽和信号畸变，影响光纤的容量，模间⾊散增⼤。

3、渐变型折射率多模光纤主要参数：（1）⾃聚焦效应：如果折射率分布恰当，有可能使不同⾓度⼊射的全部光线以同样的轴向速度在光纤中传输，同时达到光纤轴上的某点，即所有光线都有相同的空间周期。

（2）光纤的时延差Δτ：⽐突变型光纤要⼩，减⼩脉冲展宽，增加传输带宽。

（⼆）光纤波动传输理论★1、光纤模式：⼀个满⾜电磁场⽅程和边界条件的电磁场结构。

表⽰光纤中电磁场（传导模）沿光纤横截⾯的场形分布和沿光纤纵向的传播速度。

光纤通信原理
光纤通信是一种利用光纤作为传输介质进行信息传输的通信方式。

它利用光的
全反射特性，将光信号传输到远距离，具有传输速度快、带宽大、抗干扰能力强等优点，因此在现代通信领域得到了广泛的应用。

光纤通信的原理主要包括光源、光纤、光探测器和光电转换器。

光源产生光信号，光信号经过光纤传输到目标地点，然后通过光探测器将光信号转换为电信号，最后通过光电转换器将电信号转换为可识别的信息。

在这个过程中，光纤作为传输介质起到了至关重要的作用。

光纤是一种细长的玻璃纤维，具有高折射率和全反射特性。

当光信号进入光纤时，由于光纤的高折射率，光信号会被完全反射在光纤内部，从而实现了信号的传输。

光纤的直径非常细小，因此光信号可以在其中以全内反射的方式传输，减少了能量损耗和信号衰减，保证了信号的传输质量。

光纤通信的原理还涉及到光的调制和解调。

在光纤通信中，光信号需要经过调
制器进行调制，将电信号转换为光信号，然后在接收端经过解调器将光信号转换为电信号。

这样可以实现光信号的传输和接收，从而完成信息的传输过程。

除了光源、光纤和光探测器等硬件设备外，光纤通信还需要配套的调制解调器、光纤连接器等设备来实现光信号的传输和接收。

这些设备的配合使得光纤通信系统能够稳定可靠地工作，满足各种通信需求。

总的来说，光纤通信原理是基于光的全反射特性和光的调制解调技术，利用光
纤作为传输介质，实现了高速、大带宽、低损耗的信息传输。

随着科技的不断进步，光纤通信技术将会得到进一步的发展和应用，为人们的通信生活带来更多的便利和可能性。

光纤导光原理光纤导光原理是基于光的全反射现象，通过光纤中的高折射率材料将光信号传输的一种技术。

光纤是一种细长的、透明的光导纤维，由两层或多层材料组成，通常是一层芯层（core）和一层包层（cladding）。

以下是光纤导光原理的详细解释：1. 全反射原理光纤导光的核心原理是全反射。

当光线从一种介质传播到另一种折射率较低的介质时，如果入射角小于一定的角度，光就会发生全反射而不发生透射。

这一现象被广泛应用于光纤通信中。

2. 光纤的构造光纤通常由两个主要部分组成：•芯层（Core）：芯层是光纤的中心部分，是由高折射率材料制成的。

光信号主要传输在芯层中。

•包层（Cladding）：包层包围在芯层外部，由低折射率材料构成。

包层的作用是确保全反射发生，使得光能够在芯层内传播。

3. 工作原理1.入射光：当光线从一种介质（通常是空气）进入芯层时，光线被折射进入芯层。

2.全反射：在芯层和包层的交界面上，入射角决定是否会发生全反射。

如果入射角小于临界角，光会完全反射在芯层内。

3.传播：光信号通过一系列全反射在芯层内传播，因为折射率高的芯层材料使得光线总是被引导在芯层内。

4.终点反射：当光线到达光纤的末端时，可能会发生终点反射，将光信号反射回芯层内。

4. 光纤的优势光纤导光的原理具有一系列优势：•低损耗：由于全反射现象，光信号在光纤中传输的过程中损耗较小。

•高带宽：光纤的传输带宽非常大，能够传输大量的数据。

•抗干扰性：光纤不容易受到电磁干扰，因此具有良好的抗干扰性。

•长距离传输：光信号在光纤中的传输距离较远，不易衰减。

5. 应用领域光纤导光原理被广泛应用于各个领域：•通信：光纤通信是最常见的应用之一，用于传输电话、互联网和其他数据通信。

•医疗：在医疗设备中，光纤用于显微镜、激光手术等。

•传感器：光纤传感器利用光纤导光的原理进行测量，例如温度、压力、应变等。

•工业应用：在工业自动化中，光纤用于光纤陀螺仪、激光加工等。

•科学研究：光纤被广泛用于实验室中的光学实验和科学研究。

光纤导光应用了光的什么原理1. 光纤的基本原理光纤是一种使用光来传输信号的传输介质。

它基于光的传播原理和光的全反射现象来实现信号的传输。

光纤由内核和包围核的折射率较低的外层材料组成。

2. 光的传播原理光在光纤中的传播是基于光的折射现象，即光在介质之间传播时会发生折射。

当光从一个折射率较高的介质射入一个折射率较低的介质时，光线会向法线方向弯曲。

光纤中的内核材料的折射率较高，而外层材料的折射率较低，使得光线在光纤内部发生反射。

3. 光纤导光的原理光纤导光主要使用了两个原理：全反射和多模式传输。

3.1 全反射在光纤的导光原理中，全反射是关键步骤。

当光线从光纤的内核射入外层材料时，根据折射定律，光线会以一定的角度与法线相交。

当入射角度超过临界角时，光线会在界面上发生全反射。

全反射使得光线始终保持在光纤的内部进行传输，而不会发生泄漏。

3.2 多模式传输光纤可以支持多模式传输和单模传输，其中多模式传输是常见的一种方式。

多模式传输使用具有不同入射角度和路径的多个光线束来传输信号。

每个光线束在光纤中进行反射和传输，最终到达光纤的终点。

4. 光纤导光的应用光纤导光的原理使得它在各个领域都有广泛的应用。

4.1 通信领域光纤是现代通信领域中主要的传输介质之一。

光纤可以传输大量的数据，并且具有较低的传输损耗和信号衰减。

光纤通信系统可以实现高速、大容量的数据传输，广泛应用于互联网、电话和电视等领域。

4.2 医疗领域光纤在医疗领域有着重要的应用。

光纤可以用于光导手术和光学成像。

光导手术利用光纤的柔韧性和导光能力来进行微创手术，减少对患者的疼痛和创伤。

光学成像则利用光纤传输图像信号，实现内窥镜和光学显微镜等医疗设备的图像采集和传输。

4.3 工业控制和测量光纤在工业领域的控制和测量应用中有着重要的地位。

光纤传感技术可以实现对压力、温度、光强等参数的高精度测量。

光纤传感器以其抗电磁干扰，高温稳定性和长距离传输能力在工业控制和测量领域得到广泛应用。

光纤通信的原理和应用随着科技的发展和提高生活质量的不断要求，通信技术已经成为一种必备的生活方式。

通信技术的发展带动了电子、信息领域和科技的进步。

而光纤通信作为目前最先进的通信技术，其在大家的日常生活中得到了广泛的应用，具有明显的优势。

一、光纤通信的原理介绍光纤通信是一种利用光纤传输信号的高速通信技术，利用纯净材料制成的线材，可以将几百倍于铜线的信号传输，甚至可以接受地球上的语音或数字信号。

光纤通信传输信号的基本原理是光的反射原理。

利用“全反射”原理，在光纤管内部的光线反复地被反射，从而传输信号。

通信中使用的光纤通常由圆形截面的单根光纤或几根光纤组成，可以承载更广泛的波长范围，信号质量比传统的通信方式高，不受电磁场干扰，与通信的速度没有直接关系。

二、光纤通信的应用1.网络通信如今，这种技术的应用已经不限于电话领域-光纤网络正越来越受欢迎。

光纤通信技术在因特网中的广泛应用，不仅提供了更快的上网速度，更同时提供了丰富的多媒体应用，如在线视频会议，网络游戏，高清电影etc。

它的无损传输特性保证了信息内容的完整性，从而大大增强了数据安全性。

2.医疗领域在医疗领域，光纤通信技术也逐渐得到广泛应用。

例如，使用光纤技术的内窥镜，可以使医生们便捷地诊断胃部内聚集的异物或检查人体内部器官，尤其是在一些夜间或拍摄角度局限且难以接触的情况下，内窥镜可以像一个“天眼”一样快速地定位所需的病灶区域，从而显著提高诊断准确性和操作性。

3.交通运输在交通运输领域，光纤通信技术的应用也非常广泛，如全球定位系统（GPS）。

GPS不需要导航仪的上层系统就可以定位及记录位置信息，由于它的高精度及可靠性，因此被广泛应用于全球船舶、车辆和人员定位。

三、光纤通信技术的发展趋势在未来几年中，传统的铜缆线将被逐渐替代，光纤通信正逐渐成为流行的通信技术。

随着通信需求的不断增长，未来将会有更多的光纤投入使用，以更快速，更优质的方式进行数据传输。

同时，无缝衔接传输和更全面的应用场景也将成为未来重要的发展方向。

第一部分光传输通信基本原理第一章、光纤通信原理第一节、光纤通信的概念一、光纤通信的概念光纤通信概念：利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的; 典型的光纤通信系统方框图如下：数字光纤通信系统方框图从图中可以看出,数字光纤通信系统基本上由光发送机、光纤与光接收机组成;发送端的电端机把信息如话音进行模/数转换,用转换后的数字信号去调制发送机中的光源器件LD,则LD就会发出携带信息的光波;即当数字信号为“1”时,光源器件发送一个“传号”光脉冲；当数字信号为“0”时,光源器件发送一个“空号”不发光;光波经低衰耗光纤传输后到达接收端;在接收端,光接收机把数字信号从光波中检测出来送给电端机,而电端机再进行数/模转换,恢复成原来的信息;就这样完成了一次通信的全过程;其中光发送机的调制方式有两种：直接调制也称内调制一般速率小于等于S时；间接调制也称外调制一般速率大于S时;二、光纤通信的特点1、通信容量大2、中继距离长3、保密性能好2、适应能力强5、体积小、重量轻、便于施工和维护6、原材料来源丰富,潜在的价格低廉第二节、光纤的导光原理一、全反射原理我们知道,当光线在均匀介质中传播时是以直线方向进行的,但在到达两种不同介质的分界面时,会发生反射与折射现象,如图所示;图 光的反射与折射根据光的反射定律,反射角等于入射角;根据光的折射定律：n Sin n Sin 1222θθ=其中n 1为纤芯的折射率,n 2为包层的折射率;显然,若n 1>n 2,则会有θ2>θ1;如果n 1与n 2的比值增大到一定程度,则会使折射角θ2≥90°,此时的折射光线不再进入包层,而会在纤芯与包层的分界面上掠过θ2=90°时,或者重返回到纤芯中进行传播θ2>90°时;这种现象叫做光的全反射现象,如图所示;图：光的全反射现象人们把对应于折射角θ2等于90°的入射角叫做临界角;很容易可以得到临界角θKSinnn=-121;不难理解,当光在光纤中发生全反射现象时,由于光线基本上全部在纤芯区进行传播,没有光跑到包层中去,所以可以大大降低光纤的衰耗;早期的阶跃光纤就是按这种思路进行设计的;第三节、光纤与光缆基本概念一、光纤的结构光纤呈圆柱形,由纤芯直径约9-50um、包层直径约125um与涂敷层直径约1.5cm三大部分组成,如下图：纤芯主要采用高纯度的SiO2二氧化硅,并掺有少量的掺杂剂,提高纤芯的光折射率n1；包层也是高纯度的二氧化硅,也掺杂一些掺杂剂,主要是降低包层的光折射率n2；涂敷层采用丙烯酸酯、硅橡胶、尼龙,增加机械强度和可弯曲性;二、光纤的分类方式光纤有以下的分类方式：1、按折射率分布分类A、阶跃光纤SI定义：在纤芯与包层区域内,折射率的分布分别是均匀的,其值分别是n1与n2,但在纤芯与包层的分界处,其折射率的变化是阶跃的;其折射率分布的表达式为：n1 r小于等于a1时nr=n2 r式中：n1为光纤纤芯区的折射率n2为包层区的折射率a1为纤芯半径a2为包层半经B、渐变光纤GI定义：光纤蛛心处的折射率最大,但随横截面的增加而逐渐变小,其变化规律一般符合抛物线规律,到了纤芯与包层的分界处,正好降到与包层区域的折射率相等的数值；在包层区域中其折射率的分布是均匀的;2、按传输的模式分类多模光纤定义：传输光波的模式不止一种;多模光纤纤芯的几何尺寸远大于光波波长,一般在50um左右,光信号是以多个模式方式进行传播的,光信号的波长以主纵模为准;不同的传播模式会具有不同的传播速度和相位,因此经过长距离的传播之后会产生时延,导致光脉冲变宽,叫做光纤的模式色散或模间色散;由于模式色散影响较严重,降低了多模光纤的传输容量和距离,多模光纤仅用于较小容量、短距离的光纤传输通信;单模光纤定义：传输光波的模式只有一种;目前主用当光纤的几何尺寸可以于光波长相比拟时,即纤芯的几何尺寸与光信号波长相差不大时,一般为5~10um,光纤只允许一种模式在其中传播,其余的高次模全部截止,这样的光纤叫做单模光纤;单模光纤只允许一种模式在其中传播,从而避免了模式色散的问题,故单模光纤具有极宽的带宽,特别适用于大容量的光纤通信;对于单模光纤,由于光纤的几何尺寸小,使V的值小于,这样N的值就为1,只有一种模式3、按工作波长分类短波长光纤定义：习惯上把波长在600-900nm范围内呈现低衰耗光纤称做短波长光纤;长波长光纤定义：习惯上把波长在1000-2000nm范围内的光纤称做短波长光纤;2、套塑类型分类A、紧套光纤定义：指二次、三次涂敷层与予涂敷层及光纤的纤芯、包层等紧密的结合在一起的光纤;目前居多;B、松套光纤定义：指经过予涂敷层的光纤松散的放在一塑料管中,不再进行二次、三次涂敷;三、光纤的种类以及应用状况①、光纤1310nm性能最佳光纤色散未移位光纤;它有二个波长工作区：1310nm与1550nm;在1310nm波长：色散最小未移位,小于；但损耗较大,为~km;在1550nm波长：色散较大,为20ps/；但损耗很小,为~km;在我国占99﹪以上;虽称1310nm性能最佳光纤,但绝大部分却用于1550nm,其原因是在1310nm无实用化光放大器;它可会传输2.5G或以2.5G为基群的WDM系统；但传输TDM的10G ,面临色散受限的难题色度色散与PMD;②、光纤1550nm性能最佳光纤色散移位光纤;它主要用于1550nm波长工作区;在1550nm波长,色散较小色散移位,为；损耗也很小,为~km;但它不能用于WDM方式,因会出现四波混频效应FWM;③、光纤1550nm损耗最小光纤;它主要用于1550nm波长工作区,其损耗为~km；主要用于海缆通信;④、光纤它是为克服光纤的FWM效应而设计的新型光纤;其性能与光纤类似,但既能用于WDM,又能传输TDM方式的10G;理想情况：A、低色散：2~10ps/；B、色散斜率小于,便于色散补偿；C、大的有效面积,可避免出现非线性效应;目前,光纤尚无国际统一规范;---大的有效面积,会有效地避免非线性效应,但将导致色散斜的增加;---小的色散斜率将会便于色散的补偿；但其有效面积却减小;四、光缆结构层绞式、骨架式、束管式、带状式第四节、光纤的特性与参数一、光纤的三大特性光纤的特性参数可以分为三大类即几何特性参数、光学特性参数与传输特性参数;二、光纤的衰耗①衰耗系数a衰耗系数是光纤最重要的特性参数之一;因为在很大程度上决定了光纤通信的中继距离;衰耗系数的定义为：每公里光纤对光功率信号的衰减值;其表达式为：apPiO10lg dB/km其中Pi为输入光功率值瓦特PO为输出光功率值瓦特如某光纤的衰耗系数为a=3dB/km,则这就意味着,经过一公里的光纤传输之后,其光功率信号减少了一半;长度为L公里的光纤的衰耗值为A = aL ;②光纤的衰耗机理使光纤产生衰耗的原因很多,但可归纳如下：本征吸收吸收衰耗：杂质吸收线性散射衰耗：散射衰耗：非线性散射结构不完整散射其它衰耗微弯曲衰耗本征吸收：定义：构成光纤材料本身所固有的吸收作用;纯二氧化硅对光的吸收作用所引起的光纤衰耗是比较小,在600-900NM波长范围稍大,但小于1dB/km,而在1000-1800波长范围,几乎为零;杂质吸收:光纤中的杂质对光的吸收作用,是造成光纤衰耗的主要原因;光纤中的杂质大致可以分为二大类,即过渡金属离子与氢氧根离子;过渡金属离子包括铜、铁、铬、钴、锰、镍离子等,这些离子在光的作用下会发生震动而吸收光能量；每种离子都有自己的吸收峰波长,上述过渡金属离子的吸收峰波长都落在600~1800nm波长范围;氢氧根离子对光的吸收峰波长落在1000~1800nm波长范围；因此在此波长范围氢氧根离子的含量多少对光纤的衰耗具有重大影响;散射衰耗:定义：所谓散射衰耗是指光在光纤中发生散射时所引起的衰耗;光的散射现象可分为线性散射与非线性散射;A.线性散射衰耗-----瑞利散射所谓线性散射,是指光波的某种模式的功率线性地与其功率成正比转换成另一种模式的功率,但光的波长不变;线性散射会把光功率辐射到光纤外部而引起衰耗;瑞利散射是典型的线性散射,它与波长的2次方成反比,即光波长越长,瑞利散射衰耗越小;光纤材料不均匀,会造成其折射率会布不均匀,易产生瑞利散射;B.非线性散射衰耗所谓非线性散射,是指某光波长模式的部分功率非线性地转换到其它的波长中;布里渊散射与拉曼散射是典型的非线性散射;如果光纤中的光功率过大,就会出现非线性散射现象;因此防止发生非线性散射的根本方法,就是不要使光纤中的光功率信号过大,如不超过+25dBm;其它衰耗其它衰耗包括微弯曲衰耗与连接衰耗等；它们占的比例很小;总之,在影响光纤衰耗的诸多因素中,最主要的是杂质吸收所引起的衰耗;光纤材料中的杂质如氢氧根离子与过渡金属离子对光的吸收能力极强,它们是产生光纤衰耗的主要因素;因此要想获得低衰耗光纤,必须对制造光纤用的原材料二氧化硅等进行非常严格的化学提纯,使其杂质的含量降到几个PPb以下;三、光纤的色散：当一个光脉冲从光纤输入,经过一段长度的光纤传输之后,其输出端的光脉冲会变宽,甚至有了明显的失真;这说明光纤对光脉冲有展宽作用,即光纤存在着色散色散是沿用了光学中的名词;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;对于多模光纤引起色散的原因主要有三种：模式间色散、材料色散与波导色散;对于单模光纤,因只有一种传输模式HE11,LP01,所以没有模式间色散,而只有材料色散与波导色散;模式间色散因为光在多模光纤中传输时会存在着许多种传播模式,而每种传播模式具有不同的传播速度与相位,因此虽然在输入端同时输入光脉冲信号,但到达到接收端的时间却不同,于是产生了脉冲展宽现象;材料色散Δτλ所谓材料色散是指组成光纤的材料即二氧化硅本身所产生的色散;波导色散Δτw所谓波导色散是指由光纤的波导结构所引起的色散;对多模光纤而言,其波导色散的影响甚小;四、光纤的带宽带宽系数的定义为：一公里长的光纤,其输出光功率信号下降到其最大值直流光输入时的输出光功率值的一半时,此时光功率信号的调制频率就叫做光纤的带宽系数;如下图所示：需要注意的是,由于光信号是以光功率来度量的,所以其带宽又称为3dB光带宽;即光功率信号衰减3dB时意味着输出光功率信号减少一半;而一般的电缆之带宽称为6dB电带宽,因为输出电信号是以电压或电流来度量的;引起光纤带宽变窄的主要原因是光纤的色散;注意,单模光纤没有带宽系数的概念,仅有色散系数的概念;五、光纤的数值孔径NA数值孔径是多模光纤的重要参数,它表征光纤端面接收光的能力,其取值的大小要兼顾光纤接收光的能力和对模式色散的影响;CCITT建议多模光纤的数值孔径取值范围为～,其对应的光纤端面接收角θc=10°～13°;六、模场直径d模场直径表征单模光纤集中光能量的程度;由于单模光纤中只有基模在进行传输,因此粗略地讲,模场直径就是在单模光纤的接收端面上基模光斑的直径实际上基模光斑并没有明显的边界;七、截止波长λc要实现单模传输还必须使光波波长大于某个数值,即λ≥λc,这个数值就叫做单模光纤的截止波长;因此,截止波长λc的含义是,能使光纤实现单模传输的最小工作光波波长;也就是说,尽管其它条件皆满足,但如果光波波长不大于单模光纤的截止波长,仍不可能实现单模传输;第五节、光源对光器件的要求一、光纤通信对光源器件的要求1、发射光波长适中光源器件发射光波的波长,必须落在光纤呈现低衰耗的μm、μm和μm附近;2、发射光功率足够大光源器件一定要能在室温下连续工作,而且其入纤光功率足够大,最少也应有数百微瓦,当然达到一毫瓦以上odBm更好;在这里我们强调的是入纤光功率而不指单纯的发光功率;因为只有进入光纤后的光功率才有实际意义,由于光纤的几何尺寸极小单模光纤的芯径不足10微米,所以要求光源器件要具有与光纤较高的耦合效率;3、温度特性好光源器件的输出特性如发光波长与发射光功率大小等,一般来讲随温度变化而变化,尤其是在较高温度下其性能容易劣化;在光纤通信的初期与中期,经常需要对半导体激光器加致冷器和自动温控电路,而目前一些性能优良的激光器可以不需要任何温度保护措施;2、发光谱宽窄光源器件发射出来的光的谱线宽度应该越窄越好;因为若其谱线过宽,会增大光纤的色散,减少了光纤的传输容量与传输距离色散受限制时;例如对于长距离、大容量的光纤通信系统,其光源的谱线宽度应该小于2nm;5、工作寿命长光纤通信要求其光源器件长期连续工作,因此光源器件的工作寿命越长越好;光源器件寿命的终结并不是我们所想象的完全损坏,而是其发光功率降低到初始值的一半或者其阈值电流增大到其初始值的二倍以上;目前工作寿命近百万小时约100年的半导体激光器已经商用化;6、体积小重量轻光源器件要安装在光发送机或光中继器内,为使这些设备小型化,光源器件必须体积小、重量轻;目前,光纤通信中经常使用的光源器件可以分为二大类,即发光二极管LED和激光二极管LD;当然LD又可以包括异质结激光二极管、分布反馈型激光二极管和多量子阱式激光二极管等就结构而言;第六节、光发送机与光接收机的性能指标一、光发送机1、光功率单位顺便介绍一下3个单位之间换算关系;xdB=ydBm-zdBm=10lgymW/zmW dB是以dBm为单位的两个光信号功率的差值;xdBm=10lgymW/1mW dBm是以mW为单位光信号功率的一种换算单位2、发送光功率Ps在规定伪随机码序列的调制下,光发送机在参考点S的平均发光功率;如-3~+2dBm;二、光接收机1、接收灵敏度定义为R点处为达到1×10-10的BER值所需要的平均接收功率的最小值;一般开始使用时、正常温度条件下的接收机与寿命终了时、处于最恶劣温度条件下的接收机相比,灵敏度余度大约为2—2dB;一般情况下,对设备灵敏度的实测值要比指标最小要求值最坏值大3dB左右灵敏度余度;2、过载光功率定义为在R点处为达到1×10-10的BER值所需要的平均接收光功率的最大值;因为,当接收光功率高于接收灵敏度时,由于信噪比的改善使BER变小,但随着光接收功率的继续增加,接收机进入非线性工作区,反而会使BER下降,如图6-3所示;BER曲线图图中A点处的光功率是接收灵敏度,B点处的光功率是接收过载功率,A—B之间的范围是接收机可正常工作的动态范围;第七节、光接口特性一、光接口类型与代码①第一类光接口不含光放大器以及线路速率低于10G/s的接口;光接口代码：W:I-代表局内通信；S-代表短距离通信；L-代长距离通信；V-代表甚长距离通信；U-代表超长距离通信;Y:代表STM等级,Y=1、2、16、62;Z：代表使用光纤类型与工作窗口；光纤,工作波长为1310nm；光纤,工作波长为1550nm；光纤,工作波长为1550nm；光纤,工作波长为1550nm;例：：工作在光纤的1550nm波长区,传输速率为2.5G的长距离光接口;：工作在光纤的1310nm波长区,传输速率为2.5G的短距离光接口;应用代码：I 表示局内通信,S 表示短距离、L 表示长距离、V 表示甚长距离、U 表示超长距离局间通信;字母后第一位数字表示STM 等级,第二位数字表示光纤类型和工作波长;应用代码：I 表示局内通信,S 表示短距离、L 表示长距离、V 表示甚长距离、U 表示超长距离局间通信;字母后第一位数字表示STM 等级,第二位数字表示光纤类型和工作波长;。

光纤得导光原理光就是一种频率极高得电磁波，而光纤本身就是一种介质波导,因此光在光纤中得传输理论就是十分复杂得。

要想全面地了解它,需要应用电磁场理论、波动光学理论、甚至量子场论方面得知识。

但作为一个光纤通信系统工作者,无需对光纤得传输理论进行深入探讨与学习。

为了便于理解,我们从几何光学得角度来讨论光纤得导光原理,这样会更加直观、形象、易懂。

更何况对于多模光纤而言,由于其几何尺寸远远大于光波波长,所以可把光波瞧作成为一条光线来处理，这正就是几何光学得处理问题得基本出发点。

·5、１全反射原理我们知道,当光线在均匀介质中传播时就是以直线方向进行得,但在到达两种不同介质得分界面时,会发生反射与折射现象,如图5-1 所示。

图5-1 光得反射与折射根据光得反射定律,反射角等于入射角。

根据光得折射定律:(公式5－1)其中n1为纤芯得折射率,n2为包成得折射率。

显然，若n1>n2,则会有。

如果n1与n2得比值增大到一定程度,则会使折射率，此时得折射率光线不再进入包层，而会在纤芯与包层得分界面上经过(）,或者重返回到纤芯中进行传播（)。

这种现象叫光得全反射现象,如图5－2所示。

图5－2 光得全反射现象人们把对应于折射角等于90得入射角叫做临界角,很容易可以得到临界角。

不难理解,当光在光纤中发生全反射现象时,由于光线基本上全部在纤芯区进行传播,没有光跑到包层中去,所以可以大大降低光纤得衰耗。

早期得阶跃光纤就就是按这种思路进行设计得。

·5、2光在阶跃光纤中得传播传播轨迹了解了光得全反射原理之后,不难画出光在阶跃光纤中得传播轨迹，即按“之”之形传播及沿纤芯与包层得分界面掠过,如图5-3 所示。

图5-３光在阶跃光纤中得传输轨迹通常人们希望用入射光与光纤顶端面得夹角来衡量光纤接收光得能力。

于就是产生了光纤数值孔径ＮA得概念。

因为光在空气得折射率ｎ0＝1,于就是多次应用光得折射率定律可得:(公式5-－2)其中,相对折射率差:(公式５－-3）因此，阶跃光纤数值孔径NA得物理意义就是:能使光在光纤内以全反射形式进行传播得接收角θｃ之正弦值。

光纤通信的工作原理
光纤通信是一种通过光信号传输数据的通信方式，其工作原理主要包括光信号的发射、传输和接收三个过程。

首先是光信号的发射。

在光纤通信系统中，一般使用激光器或发光二极管作为光源。

这些光源会产生一束具有特定波长（通常是可见光或红外线）的光。

光信号经过调制，将所要传输的信息转化为光强的变化。

接下来是光信号的传输。

发射的光信号通过光纤传输。

光纤是由非常纯净的玻璃或塑料材料制成，具有较高的折射率。

这样，光信号在光纤内部能够一直沿着纤芯内壁发生全内反射，即光信号不会从纤芯中发散出去。

为了保证光信号能够持续传输，光纤的两端通常需要进行适当的处理。

在传输过程中，一端的光纤会被连接到光源，另一端的光纤会被连接到接收器。

两端连接处会采用特殊的光纤接口来确保光信号的有效传输。

最后是光信号的接收。

接收器中通常包含一个光电转换器，其功能是将接收到的光信号转换为电信号，并进行相应的解调和放大。

电信号经过处理后，便可以得到所要传输的信息。

总体而言，光纤通信通过光信号的发射、传输和接收，将信息转换为光信号并在光纤中传输，再将光信号转换为电信号提取信息。

这样的工作原理保证了光纤通信的高速、大容量和抗干扰能力，广泛应用于现代通信系统中。

光纤导光原理
光纤导光原理是指利用光的全反射特性，在光纤内部传送光信号的一种技术。

光纤是一种由高纯度石英玻璃或塑料制成的细长柔软的材料，具有较高的光学透明性和光信号传输性能。

在光纤中，光信号的传输是通过光的全反射实现的。

当光从光纤的一端进入时，会在光纤的芯部一直传播，直到遇到光纤外部介质的边界。

当光从光纤芯部传播到光纤外部介质时，由于光的入射角大于临界角，光会发生全反射，并沿着光纤的轴向继续传输。

光纤的芯部是光信号传输的关键部分。

一般情况下，光纤的芯部比外部介质的折射率要高，这样光才能够在光纤中保持全反射的状态。

芯部的直径通常在几微米到几十微米之间，越小直径的光纤传输的信号损耗越小。

另外，光纤的外部包覆了一层折射率较低的材料，称为包层，用于保护光纤的芯部免受外界的损坏。

为了实现信号在光纤中的传输，光信号通常采用调制的方式进行传输。

通过改变光信号的强度、频率或相位等参数，可以在光纤中传输数字信号或模拟信号。

传输的信号在光纤的另一端经过接收器接收并解调，恢复原始的信号。

光纤导光原理的应用非常广泛，包括通信领域、医疗领域、工业领域等。

光纤通信是现代通信技术中主要的传输介质之一，具有传输容量大、传输距离远、抗干扰性强等优点。

在医疗领域，光纤可以用于内窥镜和光导激光手术等技术。

在工业领域，
光纤可以用于传感器、测温仪等领域。

总之，光纤导光原理是一种利用全反射现象传输光信号的技术。

通过光纤的结构和特性，可以实现光信号的高效传输，并在许多领域得到广泛应用。

项目一 SDH传输网的构建1. 光纤通信概述1）光纤通信的概念光纤通信是以光纤作为传输介质，以光波作为信息载体的通信方式（即在发射端把信息调制到光波上，通过光纤把调制后的光波信号传送到接收端；接收端经过光／电转换和解调以后，从光波信号中分离出传输的信息）。

2）光纤通信系统的组成光纤通信系统主要由光发送设备、光接收设备、光传送设备（光纤、光缆、中继器）组成。

3）光纤通信系统的特点（1）传输频带宽，通信容量大。

（2）中继距离远。

（3）抗电磁干扰能力强，无串话。

（4）光纤和光缆的重量轻，体积小。

（5）制造光纤和光缆的资源丰富，可节省有色金属和能源。

（6）均衡容易。

（7）经济效益好。

（8）抗腐蚀、防潮性好。

4）当前光纤通信的发展现状光传输网络在通信网中用于信息的“搬运”。

目前光纤通信中最常采用的调制方式是直接强度调制，光纤通信的三个低损耗窗口依次为850nm、1310nm、1550nm，光纤通信系统早已完成PDH向SDH的过渡，光纤通信系统的传输速率进一步提高，SDH+DWDM已成为提高光纤通信系统传输速率和实现“光纤到户”的主要方式。

2．PDH、SDH、WDM简介1）PDH：在进行复接时，如传输设备的各支路码位不同步，在复接前必须调整各支路码速，使之严格相等，这样的复接系列就称为准同步数字复接系列即PDH。

国际上主要有两大PDH复接系列：即日本／北美的PCM基群24路/1.5M系列，中国／西欧的PCM 基群30/32/2M系列。

我国PDH复接系列的常见速率等级如下：（1）基群（一次群）：30个中继话路，速率为2Mb/s即2.048Mb/s。

（2）二次群：120个中继话路，速率为8Mb/s即8.448Mb/s。

（3）三次群：480个中继话路，速率为34 Mb/s即34.368Mb/s。

（4）四次群：1920个中继话路，速率为140Mb/s 即139.264Mb/s。

2）SDH：在进行复接时，若传输设备的各支路码位是同步的，只需将各支路码元直接在时间上压缩、移相后进行复接就行了，这样的复接系列就称为同步数字复接系列即SDH。

现代通信技术辅导6第六章光纤通信一、知识点∙光纤通信概述。

∙光纤与光缆。

∙光纤通信系统。

二、重点难点内容（一）光纤通信概述本节介绍光纤通信的概念、发展、实用工作窗日以及光纤通信的特点。

光纤即为光导纤维的简称。

光纤通信是以光纤为传输媒质，以光信号为信息载体的通信方式。

1. 光纤通信的发展史1966年，英籍华人高馄指出：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。

通过以上的发展时期可以把光纤通信的发展归纳为三个阶段：1966～1976年：从基础研究到商业应用的开发时期；1976～1986 年：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；1986～1996年：以实现超大容量超长距离为目标，全面深入开展新技术的援救阶段。

2.目前光纤通信的实用工作波长光纤通信传输的信号是光波信号，光波是人们熟悉的电磁波，其波长在微米级，频率为1014Hz ～1015Hz数量级。

根据电磁波潜可知，紫外线、可见光、红外线均属于光波的范畴，μm ～1.8μm。

可分为短波长目前光纤通信使用的波长范围是在近红外区，即波长为0.8μm，长波长波段是指波长为1.31μm和波段和长波长波段，短波长波段是指波长为0.85μm，这是目前光纤通信所采用的只个工作波长，也叫工作窗口。

1.553.光纤通信的特点目前光纤通信己经成为通信中的最主要的传输技术，以下优点。

( l ) 传输频带宽，通信容量大由信氨论知道，载波频率越高，通信容量越大。

它与其他通信传输系统相比，具有目前光纤通信使用的光载波频率在1014Hz ～1015Hz数量级，比常用的微波频率高104倍～105倍，因而，通信容量原则上比微披通信高104倍～105 倍。

( 2 ) 传输衰减小，传输距离长普通传输线的传输损耗，主要是由铜线的电阻以及导线间电容的漏电引起的，要想降低损耗，就得增大传输线的尺寸。

光纤通信原理及应用
光纤通信是一种利用光纤作为传输介质的通信技术。

它基于光的特性进行信息传输，通过光纤将光信号转化为电信号进行传输和接收。

光纤通信的原理是利用光的全内反射特性。

光信号在光纤中沿着光轴传播，当光束从一个介质传播到另一个折射率较小的介质时，光束会被全内反射而不是折射出来。

这种全内反射的现象使得光信号可以在光纤中不断传播，几乎无损耗地传送到目标位置。

光纤通信的应用非常广泛。

首先，它在长距离通信中具有明显的优势。

相比传统的电信号传输，光信号的传输距离更远，传输速率更高，并且可以同时传输多路信号。

同时，光纤通信也应用于高速互联网、电视信号传输、电话通信等领域，为人们提供了更快速和稳定的通信服务。

另外，光纤通信还被广泛应用于医疗领域。

通过光纤传输的高清晰图像可以帮助医生进行精确的病情诊断，同时在医疗器械中也可以利用光纤进行数据传输和信号控制。

此外，光纤通信还在军事、航天、能源等领域有着重要的应用。

光纤通信可以实现对敌情的远程监控和高速数据传送，提高了军事通信的安全性和效率。

在航天领域，光纤通信可以实现对航天器的实时监测和远程控制。

在能源领域，光纤通信可以监控和控制能源生产和分配系统，提高能源的利用效率。

综上所述，光纤通信具有广泛的应用前景，不仅可以满足人们对通信速度和稳定性的需求，还可以应用于其他领域，推动科技的发展。

第一章 光纤通信概述1、 基本概念光纤通信：利用光导纤维传输光波信号的通信方式工作波长：目前光纤通信的实用工作波长在近红外区，即0.8—1.8um 的波长区。

对于SiO2光纤，有三个低损耗窗口，是目前光纤通信的实用工作波长，即850nm(用于多模),1310nm （单模），1550nm （单模）。

2、系统的基本组成（物理组成及各部分作用）强度调制/直接检波（IM/DD ）的光纤数字通信系统。

主要由光发射机、光纤、光接收机以及长途干线上必须设置的光中继器组成。

光发射机：将电信号转换成光信号耦合进光纤。

光发射机中的重要器件半导体激光器（LD ）或半导体发光二级管（LED ）是能够完成电-光转换的半导体光源。

光接收机：将光纤送过来的光信号转换成电信号，然后经过对电信号的处理以后，使其恢复为原来的脉码调制信号送入电接收机。

光接收机中的重要器件光电二极管（PIN ）和雪崩二极管（APD ）是能够完成光-电转换的光电检测器。

光中继器：保证通信质量。

有两种形式：光-电-光转换形式的中继器和光信号上直接放大的光放大器。

3、优越性（体现在哪里）①传输频带宽，通信容量大②传输损耗小，中继距离长③在某些条件下，抗电磁干扰能力强④光纤线径细，重量轻，制作光纤的资源丰富4、 技术的现状（PDH 、SDH 、WDM 、光电收发器、EPON ）PDH 、SDH 、WDH 用于语音传输，光电收发器、EPON 用于数据传输 PDH ：用于低容量，近距离SDH ：用于中等距离，较大容量WDM ：用于远距离现在涌现出的EPON 已经商用5、 发展的发展方向（GFP 、ASON 和全光网等）第二章 光导纤维1、 光纤的结构和分类结构：石英材料做成的横截面很小的双层同心圆柱体，线芯、包层和涂敷层。

分类：按横截面折射率分布划分：阶跃型光纤和渐变性光纤；按纤芯中传输模式的多少划分：单模光纤（适用于大容量长距离光纤通信）和多模光纤（存在模色散，带宽窄，制造、耦合及连接都比单模光纤容易）2、 用射线理论分析光纤的导光原理（阶跃、渐变），推出几个重要的参数和指标阶跃：相对折射指数差：△=2122212/)(n n n - 数值孔径：∆=-==2sin 12221max n n n NA φ渐变：最佳折射指数分布：可以消除模式色散的n(r)分布。

光通信的原理及发展趋势一、引言光通信是一种利用光作为信息载体的通信方式。

与传统的电通信方式不同，光通信在传输过程中无需电子设备进行转换，从而避免了信号的失真和损耗。

本文将介绍光通信的原理，并探讨其发展趋势。

二、光通信的原理1.光的传播特性光是一种电磁波，具有波粒二象性。

在传播过程中，光以波动形式传播，具有一定的频率、波长和相位。

光的传播特性决定了其在不同介质中的传播速度和衰减程度。

2.光的调制光通信中的光信号通常采用激光器产生。

激光器能够将电信号转换成光信号，并对光信号进行调制。

调制方式包括直接调制和外调制。

直接调制是指激光器内的电信号直接控制激光的强度、频率或偏振等属性，从而实现光的传输。

外调制则是将激光信号耦合到光学器件上，如反射镜、偏振片或半导体光放大器等，实现对光的进一步控制。

3.光的传输光信号在光纤中传输时，由于光纤的折射率具有各向异性，光信号会在光纤中按照一定的模式进行传播。

当光信号在光纤中传输时，会受到散射、吸收和反射等影响，从而导致光的强度、频率和相位发生变化。

因此，需要通过光放大器等技术对传输中的光信号进行补偿。

三、发展趋势1.超大容量和超长距离传输随着技术的发展，光通信的传输容量和距离也在不断增长。

目前，商用光纤传输系统的传输容量已经达到了数十Tb/s，并且还在不断增长。

同时，超长距离传输也得到了广泛的研究和应用，如跨洋传输和城域传输。

2.波分复用和量子通信波分复用技术可以将不同波长的光信号复用在一根光纤中进行传输，从而大大提高了传输容量。

量子通信则是一种基于量子力学原理的加密通信方式，具有更高的安全性。

随着量子理论的不断发展，量子通信有望成为未来通信的重要方向。

3.新型光纤和器件新型光纤和器件的发展对光通信的发展具有重要意义。

例如，非零色散位移光纤可以在一定程度上缓解色散问题，提高传输容量；新型光放大器和光学滤波器可以补偿光信号的衰减和提高信号质量；量子点激光器等新型光源器件可以进一步提高光的调制精度和稳定性。