光纤通信第九章 ppt课件
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第9章 无线激光通信PPT课件
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第
9.1 概述
页
9.1.4 微波与无线激光通信的比较
5、大气传输特性的差别
地球大气气象条件对微波和激光的传输都有影响， 但对激光传输的影响要严重得多，对微波传输影响最 大的是雨、云、雾，而且频率越高影响越大。
激光和微波各有其优点，一般认为，激光通信在空间站之间 最为合适，在地球站之间或地球站与空间站之间，因为通信 线路穿过大气，采用微波更为合适。在某些特殊条件下，激 光通信可以作为无线电通信的补充。但随着大功率集成激光 器件的出现，激光在大气中的传输衰减问题必将为人们所克 服，激光通信将会成为人类今后的主要通信手段。
1
第9章 无线激光通信
第 页
无线激光通信是指利用激光束作为载波在空间(陆 地或外太空)直接进行语音、数据、图像信息双向传 送的一种技术，又称为“自由空间激光通信”（Free Space Optical Communication，FSO）、“无纤 激光通信”或“无线激光网络”(Wireless Optical Networks，WON)。
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第
9.1 概述
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9.1.4 微波与无线激光通信的比较
1、可利用的频带宽度的差别
激光的频带宽度超过105GHz，大约是微波波段带 宽总和的1万多倍。
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第
9.1 概述
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9.1.4 微波与无线激光通信的比较
2、相关器件、设备尺寸的差别
根据电磁理论中的波长同比定理，理论上讲，用 于电磁波发射、传输和接收的器件及设备尺寸与波长 成正比。这就使光通信设备的尺寸、重量大大减小。
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3
9.1 概述
第 页
9.1.2 激光
激光(laser)是指受激辐射产生的光放大，是一种高 质量的光源，它具有以下特性： 1、方向性好 2、单色性好 3、相干性极好 4、光脉冲宽度可以极窄
光纤通信PPT课件
就叫做“受激辐射的光放大”，简称激光。
1950年，波尔多一所中学的教师阿尔弗雷德·卡斯特 勒同让·布罗塞尔发明了“光泵激”技术。这一发明后 来被用来发射激光
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2.2.1 光纤通信概述
1951年，美国哥伦比亚大学的一位教授查尔斯·汤 斯（Townes）对微波的放大进行了研究，经过三年 的努力，他成功地制造出了世界上第一个“微波激 射器”，即“受激辐射的微波放大”的理论。 1958年，汤斯和肖洛在《物理评论》杂志上发表了 他们的“发明”——关于“受激辐射的光放大”（ 即LASER）的论文。
意思是“受激辐射的光放大”。
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2.2.1 光纤通信概述
什么叫做“受激辐射”？ 在组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分 布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光子 的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上，这时 将会辐射出与激发它的光相同性质的光，而且在某种 状态下，能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这
17
2.2.1 光纤通信概述
第二种方式：把光束限制在特定空间
透镜波导：在金属管内每隔一定距离安装一个透镜，
每个透镜把经传输的光束聚到下一个透镜而实现
18
2.2.1 光纤通信概述
反射镜波导：用与光束传输方向成45度角的两个
平行反射镜代替透镜而构成
首先：现场施工中校准和安装十分复杂； 其次：地面活动对波导影响很大
5
2.2.1 光纤通信概述
各种传输介质所能承载的载波大小：
铜线——1MHz 同轴电缆——100MHz 无线电——500kHz～100MHz 微波（包括卫星信道）——100GHz 光纤——几百THz NEC和Alcatel报道他们的传输容量分别达到
10.92Tb/s和10.02Tb/s。（采用波分复用技术 ）
1950年，波尔多一所中学的教师阿尔弗雷德·卡斯特 勒同让·布罗塞尔发明了“光泵激”技术。这一发明后 来被用来发射激光
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2.2.1 光纤通信概述
1951年，美国哥伦比亚大学的一位教授查尔斯·汤 斯（Townes）对微波的放大进行了研究，经过三年 的努力，他成功地制造出了世界上第一个“微波激 射器”，即“受激辐射的微波放大”的理论。 1958年，汤斯和肖洛在《物理评论》杂志上发表了 他们的“发明”——关于“受激辐射的光放大”（ 即LASER）的论文。
意思是“受激辐射的光放大”。
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2.2.1 光纤通信概述
什么叫做“受激辐射”？ 在组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分 布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光子 的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上，这时 将会辐射出与激发它的光相同性质的光，而且在某种 状态下，能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这
17
2.2.1 光纤通信概述
第二种方式：把光束限制在特定空间
透镜波导：在金属管内每隔一定距离安装一个透镜，
每个透镜把经传输的光束聚到下一个透镜而实现
18
2.2.1 光纤通信概述
反射镜波导：用与光束传输方向成45度角的两个
平行反射镜代替透镜而构成
首先：现场施工中校准和安装十分复杂； 其次：地面活动对波导影响很大
5
2.2.1 光纤通信概述
各种传输介质所能承载的载波大小：
铜线——1MHz 同轴电缆——100MHz 无线电——500kHz～100MHz 微波（包括卫星信道）——100GHz 光纤——几百THz NEC和Alcatel报道他们的传输容量分别达到
10.92Tb/s和10.02Tb/s。（采用波分复用技术 ）
光纤通信原理实验课件PPT光纤通信原理实验教学课件
37
实验二 电话光纤传输系统实验
1、若模拟电话光纤传 输时有噪声，可根据 模拟信号光纤传输步 骤进行调试。
2、若数字电话光纤传输时
！ 有噪声，可根据数字光纤 传输步骤进行调试。
注意事项
38
实验二 电话光纤传输系统实验
思考题
1、能否用一根光纤传输两路模拟信号，如 果可以，如何实现？如果不行，说明理由。
实
验
2 连接导线：T504与T101连接。
准
备
3
将拨码开关BM1、BM2和BM3分别拨到 数字、1310nm和1310nm。
10
实验一 数字信号光纤传输实验
实验步骤
4
接上交流电源线，先开交流开关，再 开直流开关K01，K02。
实
验 准 备
5
接通数字信号源模块、光发模块(K10) 的直流电源。
6
用万用表监控R110两端电压，调节半导 体激光器驱动电流，使之小于25mA。
实验步骤
模拟电话光纤传输系统实验
1
用实验十一调试方法调节，使1310nm光纤 通信系统能够正常传输模拟信号。
实 验 准
2
连接导线：T401与T111连接，T412与T121 连接，T402与T411连接。并接上电话机。
备
3
用光纤跳线将1310nm光发端机与1310nm 光收端机连接起来。
26
实验二 电话光纤传输系统实验
18
实验二 电话光纤传输系统实验
了解电话及语音信号通过光纤传输的全
实
过程
验
目
的
握模拟电话、数字电话光纤传输的工作
原理
19
实验二 电话光纤传输系统实验
ZY12OFCom13BG3 光纤通信原理实验箱
实验二 电话光纤传输系统实验
1、若模拟电话光纤传 输时有噪声，可根据 模拟信号光纤传输步 骤进行调试。
2、若数字电话光纤传输时
！ 有噪声，可根据数字光纤 传输步骤进行调试。
注意事项
38
实验二 电话光纤传输系统实验
思考题
1、能否用一根光纤传输两路模拟信号，如 果可以，如何实现？如果不行，说明理由。
实
验
2 连接导线：T504与T101连接。
准
备
3
将拨码开关BM1、BM2和BM3分别拨到 数字、1310nm和1310nm。
10
实验一 数字信号光纤传输实验
实验步骤
4
接上交流电源线，先开交流开关，再 开直流开关K01，K02。
实
验 准 备
5
接通数字信号源模块、光发模块(K10) 的直流电源。
6
用万用表监控R110两端电压，调节半导 体激光器驱动电流，使之小于25mA。
实验步骤
模拟电话光纤传输系统实验
1
用实验十一调试方法调节，使1310nm光纤 通信系统能够正常传输模拟信号。
实 验 准
2
连接导线：T401与T111连接，T412与T121 连接，T402与T411连接。并接上电话机。
备
3
用光纤跳线将1310nm光发端机与1310nm 光收端机连接起来。
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实验二 电话光纤传输系统实验
18
实验二 电话光纤传输系统实验
了解电话及语音信号通过光纤传输的全
实
过程
验
目
的
握模拟电话、数字电话光纤传输的工作
原理
19
实验二 电话光纤传输系统实验
ZY12OFCom13BG3 光纤通信原理实验箱
第9章光纤通信常用仪表及测试
各个模式所携带的光能量是不同的， 传输时的损耗 也不同， 模式之间还有能量转换， 只有经过一个 相当长的时间以后才能达到一种相对稳定的状态， 此时称为稳态模式。 对于多模光纤的测试， 只有 达到稳态模式分布以后才有意义。
使多模光纤达到稳态分布的注入方式有两种， 分别是满注入和限制注入。 满注入就是要均匀地激 励起所有的传导模式； 限制注入就是只激励起较低 损耗的低阶模， 下几种设备：
(1) 扰模器， 即采用强烈的几何扰动， 使多模 光纤不需要很长的距离就能迅速达到稳态分布。
(2) 滤模器， 滤除不需要的瞬态模或其他不需 要的传导模， 这些模损耗较大， 对光纤稍加弯曲就 可衰减掉。
(3) 包层模剥除器， 即除去不需要的包层中的 非传导辐射模。 当涂敷层折射率比包层低时， 辐 射模会在包层与涂敷层之间反射， 并在包层中传输。 方法是把涂敷层去掉， 把光纤浸在折射率比包层稍 大的匹配液中。 当光纤本身涂敷层的折射率大于包 层折射率时就不会产生包层模， 不需要去除。
第9章光纤通信常用仪表 及测试
2021年7月30日星期五
9.1 引 言
光纤测试的标准有三类： 基础标准、 器件测 试标准和系统标准。 基础标准用于测试和表征基本 的物理参数， 如损耗、 带宽、 单模光纤的模场直 径和光功率等。 在美国， 负责制定基础标准的主 要组织是国家标准和技术协会NIST(National Institute of Standards and Technology ）， 它负责 光纤和激光器标准的制定工作， 并发起了一个光纤 测试年会。 其他相应的组织有英国国家物理实验室 NPL(National Physical Laboratory）和德国的PTB （Physikalisch Technische Bundesanstalt）。
使多模光纤达到稳态分布的注入方式有两种， 分别是满注入和限制注入。 满注入就是要均匀地激 励起所有的传导模式； 限制注入就是只激励起较低 损耗的低阶模， 下几种设备：
(1) 扰模器， 即采用强烈的几何扰动， 使多模 光纤不需要很长的距离就能迅速达到稳态分布。
(2) 滤模器， 滤除不需要的瞬态模或其他不需 要的传导模， 这些模损耗较大， 对光纤稍加弯曲就 可衰减掉。
(3) 包层模剥除器， 即除去不需要的包层中的 非传导辐射模。 当涂敷层折射率比包层低时， 辐 射模会在包层与涂敷层之间反射， 并在包层中传输。 方法是把涂敷层去掉， 把光纤浸在折射率比包层稍 大的匹配液中。 当光纤本身涂敷层的折射率大于包 层折射率时就不会产生包层模， 不需要去除。
第9章光纤通信常用仪表 及测试
2021年7月30日星期五
9.1 引 言
光纤测试的标准有三类： 基础标准、 器件测 试标准和系统标准。 基础标准用于测试和表征基本 的物理参数， 如损耗、 带宽、 单模光纤的模场直 径和光功率等。 在美国， 负责制定基础标准的主 要组织是国家标准和技术协会NIST(National Institute of Standards and Technology ）， 它负责 光纤和激光器标准的制定工作， 并发起了一个光纤 测试年会。 其他相应的组织有英国国家物理实验室 NPL(National Physical Laboratory）和德国的PTB （Physikalisch Technische Bundesanstalt）。
光纤通信基础知识ppt课件
应用场景
光检测器广泛应用于光纤通信、光传 感、激光雷达等领域，特别是在高速、 长距离的光纤通信系统中，光检测器 的作用尤为关键。
光放大器
光放大器是光纤通信系统中的关键器件之一，主要分 为掺铒光纤放大器（EDFA）和拉曼光纤放大器（RA）
两类。
输入 标题
作用
光放大器的作用是对光信号进行放大，补偿光纤传输 过程中的光信号损耗，提高光纤通信系统的传输距离 和稳定性。
光检测器
分类
光检测器是光纤通信系统中的另一重 要器件，主要分为光电二极管（PIN） 和雪崩光电二极管（APD）两类。
性能参数
光检测器的性能参数包括响应度、带 宽、噪声等，这些参数直接影响着光 纤通信系统的接收灵敏度和动态范围。
作用
光检测器的作用是将光信号转换为电 信号，从而实现光信号的接收和检测。
模拟光纤通信系统的应用
03
在音频广播、视频传输等领域得到广泛应用。
光纤通信系统设计
01
光纤通信系统设计的基本原则
确保系统的传输性能、稳定性、可靠性和经济性。
02
光纤通信系统设计的主要内容
包括光源、光检测器、光纤、中继器和放大器等器件的选择和配置。
03
光纤通信系统设计的优化
通过采用先进的调制技术、编码技术等手段，提高系统的传输性能和容
性能参数
光源的性能参数包括波长、光谱宽度、输出功率、阈值电 流等，这些参数对光纤通信系统的性能和稳定性有着重要 影响。
作用
光源的作用是将电能转换为光能，为光纤通信系统提供光 信号。
应用场景
光源广泛应用于光纤通信、光传感、光谱分析等领域，特 别是在长距离、大容量的光纤通信系统中，光源的作用尤 为重要。
光纤通信发展历程
光检测器广泛应用于光纤通信、光传 感、激光雷达等领域，特别是在高速、 长距离的光纤通信系统中，光检测器 的作用尤为关键。
光放大器
光放大器是光纤通信系统中的关键器件之一，主要分 为掺铒光纤放大器（EDFA）和拉曼光纤放大器（RA）
两类。
输入 标题
作用
光放大器的作用是对光信号进行放大，补偿光纤传输 过程中的光信号损耗，提高光纤通信系统的传输距离 和稳定性。
光检测器
分类
光检测器是光纤通信系统中的另一重 要器件，主要分为光电二极管（PIN） 和雪崩光电二极管（APD）两类。
性能参数
光检测器的性能参数包括响应度、带 宽、噪声等，这些参数直接影响着光 纤通信系统的接收灵敏度和动态范围。
作用
光检测器的作用是将光信号转换为电 信号，从而实现光信号的接收和检测。
模拟光纤通信系统的应用
03
在音频广播、视频传输等领域得到广泛应用。
光纤通信系统设计
01
光纤通信系统设计的基本原则
确保系统的传输性能、稳定性、可靠性和经济性。
02
光纤通信系统设计的主要内容
包括光源、光检测器、光纤、中继器和放大器等器件的选择和配置。
03
光纤通信系统设计的优化
通过采用先进的调制技术、编码技术等手段，提高系统的传输性能和容
性能参数
光源的性能参数包括波长、光谱宽度、输出功率、阈值电 流等，这些参数对光纤通信系统的性能和稳定性有着重要 影响。
作用
光源的作用是将电能转换为光能，为光纤通信系统提供光 信号。
应用场景
光源广泛应用于光纤通信、光传感、光谱分析等领域，特 别是在长距离、大容量的光纤通信系统中，光源的作用尤 为重要。
光纤通信发展历程
光纤通信课件PPT课件
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并行系统中的光纤互连
• 光多路复用
– 时分复用（TDM） – 频分复用（FDM） – 波分复用（WDM）
• 解复用
– 棱镜 – 衍射光栅 – 阵列波导光栅 – 干涉滤光片 – 布拉格光纤光栅法
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• 加/减多路复用（OADM）
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光无源器件
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• 跳线
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3
课程简介
• 光通信基础知识 • 光通信器件基础 • 光链路及光开关 • 光网络中的全息技术 • 光网络中的空间光调制器 • 光网络中的光纤旋转连接器
.
4
光开关
用于光交换 设备及系统 中实现全光 层次的路由 选择、波长 选择等功能
.
5
全息技术
用一条激光束将一个
物体照亮，使其反射
到那个底板上去，再
• 无需考虑信号频率变化的影响 • 光速c=299792458m/s • 可见光的频率范围处在430万亿赫兹（红光）与750万亿赫兹
（紫光）之间
• 整个光谱的频率可小到十亿赫兹之下（电磁波），大到3 X 10 10 十亿赫兹之上（γ射线）。
– 复用
• 波分复用
.
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• 光学并行性
– 电子之间通过电磁场相互作用 – 光波导可相互穿越（交叉角>10度） – 光互连不受平面或准平面的限制 – 光互连密度的限制
3
4
(b )
.
37
• 密集波分复用（DWDM）
– 850nm
– S波段：1310nm
– C波段：1550nm
– L波段：1625nm
光纤通信原理-(全套)PPT课件
为了描述光纤中传输的模式数目，在
此引入一个非常重要的结构参数，即光纤
的归一化频率，一般用V表示，其表达式 如下：
V k 0 n m a2 2 0n m a2 C n m a2
1. 多模光纤
顾明思义，多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。
光纤的作用是为光信号的传送提供传 送媒介(信道)，将光信号由一处送到另一 处。
中继器分为电中继器和光中继器(光放 大器)两种，其主要作用就是延长光信号的 传输距离。
1.3.2 光纤通信系统的分类
根据调制信号的类型，光纤通信系统 可以分为模拟光纤通信系统和数字光纤通 信系统。
根据光源的调制方式，光纤通信系统 可以分为直接调制光纤通信系统和间接调 制光纤通信系统。
1.2 光纤通信的主要特性
1.2.1 光纤通信的优点
1. 光纤的容量大
光纤通信是以光纤为传输媒介，光波为载 波的通信系统，其载波—光波具有很高的 频率(约1014Hz)损耗低、中继距离长
目前，实用的光纤通信系统使用的光 纤多为石英光纤，此类光纤在1.55μm波长 区 的 损 耗 可 低 到 0 . 1 8 dB/km， 比 已 知 的 其 他通信线路的损耗都低得多，因此，由其 组成的光纤通信系统的中继距离也较其它 介质构成的系统长得多。
图2.2 光纤的折射率分布
光纤的折射率变化可以用折射率 沿半径的分布函数n(r)来表示。
n r n n 1 2
r a r a
2. 按传输模式的数量分类
按光纤中传输的模式数量，可以将光 纤分为多模光纤(Multi-Mode Fiber，MMF) 和单模光纤(Single Mode Fiber，SMF)。
光纤通信介绍-PPT
•本征吸收：是光纤基础材料(如SiO2)固有的吸收，不是 杂质或缺陷引起的，因此，本征吸收基本确定了某一种 材料吸收损耗的下限。 •杂质吸收：由光纤材料的不纯净而造成的附加吸收损 耗。
损耗起因（二）
散射损耗：由于光纤的材料、形状、折射率分布等
的缺陷或不均匀，使光纤中传导的光与微小粒子相碰撞 发生散射，由此产生的损耗。
分类： 同质结半导体激光器：早期使用，阈值电流高 异质结半导体激光器：阈值电流小，发光强度高
工作特性： 阈值特性 光谱特性 温度特性 转换效率
半导体发光二极管(LED)
半导体发光二极管(LED)是无阈值器件，没有光学谐振腔， 发光只限于自发辐射，发出的是荧光。 半导体发光二极管(LED)工作特性：
模间色散
多模光纤中，各传输模式路径不同，到达出射端时间不同， 从而引起光脉冲展宽，产生的色散。
材料色散
由于光纤材料的折射率随光波长而变化，使得信号各频率 成分群速不同，引起脉冲展宽的色散现象。
波导色散
把具有一定波谱线宽的光源发出的光脉冲射入到光纤后， 由于不同波长的光传输路程不完全相同，所以到达光纤出 射端时间不同，从而使脉冲展宽的色散。
规率减少: P(L)=P(0)10(α L/10)
式中： P(0)－在L＝0处注入光纤的光功率 P(L)－传输到轴向距离L处的光功率
衰减系数α（L） ＝－(10/L)㏒[P(L)/P(0)] dB/km
衰减谱
衰减系数与波长的函数关系
损耗起因（一）
吸收损耗：光波通过光纤材料时，一部分 光能变成热能，造成光功率的损失。
1550nm波长最低衰减光纤（G.654光纤）
选用纯SiO2芯来降低光纤的衰减 最大优点：在1550nm波长的最低衰减为0.18dB/km 制造困难，价格昂贵，适用于海底光缆。
损耗起因（二）
散射损耗：由于光纤的材料、形状、折射率分布等
的缺陷或不均匀，使光纤中传导的光与微小粒子相碰撞 发生散射，由此产生的损耗。
分类： 同质结半导体激光器：早期使用，阈值电流高 异质结半导体激光器：阈值电流小，发光强度高
工作特性： 阈值特性 光谱特性 温度特性 转换效率
半导体发光二极管(LED)
半导体发光二极管(LED)是无阈值器件，没有光学谐振腔， 发光只限于自发辐射，发出的是荧光。 半导体发光二极管(LED)工作特性：
模间色散
多模光纤中，各传输模式路径不同，到达出射端时间不同， 从而引起光脉冲展宽，产生的色散。
材料色散
由于光纤材料的折射率随光波长而变化，使得信号各频率 成分群速不同，引起脉冲展宽的色散现象。
波导色散
把具有一定波谱线宽的光源发出的光脉冲射入到光纤后， 由于不同波长的光传输路程不完全相同，所以到达光纤出 射端时间不同，从而使脉冲展宽的色散。
规率减少: P(L)=P(0)10(α L/10)
式中： P(0)－在L＝0处注入光纤的光功率 P(L)－传输到轴向距离L处的光功率
衰减系数α（L） ＝－(10/L)㏒[P(L)/P(0)] dB/km
衰减谱
衰减系数与波长的函数关系
损耗起因（一）
吸收损耗：光波通过光纤材料时，一部分 光能变成热能，造成光功率的损失。
1550nm波长最低衰减光纤（G.654光纤）
选用纯SiO2芯来降低光纤的衰减 最大优点：在1550nm波长的最低衰减为0.18dB/km 制造困难，价格昂贵，适用于海底光缆。
第9章 光纤通信技术ppt课件
O．3-3MHz 同轴电缆中波无线电 l 000-100m
3-30MHz 100—10m
同轴电缆短波无线电
30—300MHz 同轴电缆超短波无线电 10～lm
0.3—3 GHz 波导分米波无线电 lO—l cm
3—30GHz 10—1cm
波导厘米波无线电
30一300GHz 波导毫米波无线电 10一lm
精选ppt课件2021
27
（1）标量近似解
分析阶跃光纤时，假设光纤里的横向(非光传输的 方向）电磁场的幅度满足标量亥姆霍兹方程，求出近 似解。这是一种近似，前提是光纤的相对折射率差已 很小。西很小的光纤称作弱导波光纤，一般阶跃光纤 可以满足这一条件。
分析渐变光纤时，假设纤芯的尺寸无穷，边界不起 作用，然后假设横向（非光传输的方向）电磁场的幅 度满足标量亥姆霍兹方程，求出近似解。采用这一解 法可以得到光纤中各个模式的传输系数、模式的截止 条件、单模传输条件、多模传输时的模式数量、模式 功率分布等的简便计算公式。还可以利用这一方法来 分析光纤的色散特性。
光纤中只传输一种模式，即基模（最低阶模式）。单 模光纤的纤芯直径约为 4－10μm范围，包层直径为 125μm。单模光纤适用于长距离、大容量的光纤通信 系统。 (2) 多模光纤 光纤中传输的模式不止一个，即在光纤中存在多个传 导模式。多模光纤的纤芯纤芯直径一般为 50μm，其 横截面的折射率分布为渐变型，包层的外径125μm。 多模光纤适用于中距离、中容量的光纤通信系统。
特高频(UHF) 分米波
微
超高频(SHF)
波
厘米波
极高频(EHF) 毫米波
紫外、可见光、红外
频率范围和波长
9 范围
30-3000Hz 0.1-l 000km
光纤通信(Optical Fiber Communication)Optical FiberPPT课件
tan
2
2E0x E0y cos
E02x E02y
2020/7/24
The Sch. Of Information Engineering, WHUT
14
CONTENT
2020/7/24
The Sch. Of Information Engineering, WHUT
15
CONTENT
When E0x E0 y E0 , 2 2m (m 0, 1, 2 )
CONTENT
Chapter2 Optical Fiber
2020/7/24
The Sch. Of Information Engineering, WHUT
1
OUTLINE
CONTENT
The nature of light The fabrication of optical fibers The structure of an optical fiber The propagation principle of light along a fiber The transmission character of fiber
CONTENT
In 1815, Fresnel gived the correct explanation of diffraction. In 1864, Maxwell theorized that light waves must be electromagnetic in nature. The observation of polarization effects indicated that light wave are transverse. It is no different from a radio wave except that the wavelength is much shorter.
《光纤通信原理》PPT课件
31
3-1-2 散射损耗
光线通过均匀透明介质时，从侧面是难 以看到光线的，如果介质不均匀，如空 气中漂浮的大量灰尘，我们便可以从侧 面清晰地看到光束的轨迹。这是由于介 质中的不均匀性使光线四面八方散开的 结果，这种现象称之为散射。散射损耗 是以光能的形式把能量辐射出光纤之外 的一种损耗。散射损耗可分为线性散射 损耗和非线性散射损耗。
红外吸收损耗对于波长大于2微米的光 波表现得特别强烈，形成红外吸收带。
29
杂质吸收损耗
杂质吸收损耗可以随杂质浓度的降低 而减小，直至清除。因此得到一个很宽 的低损耗波长窗口，有利于波分复用 （WDM）。
30
原子缺陷吸收损耗
原子缺陷吸收损耗可以通过选用合适的 制造工艺，不同的掺杂材料及含量使之 减小到可以忽略不记的程度。
2
1-1 光纤通信的发展与现状
1-1-1 早期的光通信 几千年前，中国就有火光通信：烽火
台，它是世界上最早的光通信，因为它 具有光通信的基本要素：光源、接受器、 信息加在光波上和光通道。
1880年，贝尔发明了光电话，它是现 代光通信的开端，但由于找不到实用的 传输手段而夭折。
3
1-1-2 光纤通信
3、弯曲特性 弯曲特性主要取决于纤芯与包层的相对折
射率差△ 以及光缆的材料和结构。实用光纤的 最小弯曲半径一般为50~70毫米，光缆的最小 弯曲半径一般为500~700毫米，等于或大于光 纤最小弯曲半径的10倍。在以上条件下，光辐 射引起的光纤附加损耗可以忽略，若小于最小 弯曲半径，附加损耗则急剧增加。
1950年曾出现过导光用的玻璃纤维， 但损耗高达1000db/Km，这天文数字的 损耗量，使有人认为光纤传输无实际意 义。
1960年，英籍华人高锟指出：如能将 光纤中过渡金属离子减少到最低限度， 有可能使光纤的损耗减少到1 db/Km，信 息容量可能超过100MHz。
3-1-2 散射损耗
光线通过均匀透明介质时，从侧面是难 以看到光线的，如果介质不均匀，如空 气中漂浮的大量灰尘，我们便可以从侧 面清晰地看到光束的轨迹。这是由于介 质中的不均匀性使光线四面八方散开的 结果，这种现象称之为散射。散射损耗 是以光能的形式把能量辐射出光纤之外 的一种损耗。散射损耗可分为线性散射 损耗和非线性散射损耗。
红外吸收损耗对于波长大于2微米的光 波表现得特别强烈，形成红外吸收带。
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杂质吸收损耗
杂质吸收损耗可以随杂质浓度的降低 而减小，直至清除。因此得到一个很宽 的低损耗波长窗口，有利于波分复用 （WDM）。
30
原子缺陷吸收损耗
原子缺陷吸收损耗可以通过选用合适的 制造工艺，不同的掺杂材料及含量使之 减小到可以忽略不记的程度。
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1-1 光纤通信的发展与现状
1-1-1 早期的光通信 几千年前，中国就有火光通信：烽火
台，它是世界上最早的光通信，因为它 具有光通信的基本要素：光源、接受器、 信息加在光波上和光通道。
1880年，贝尔发明了光电话，它是现 代光通信的开端，但由于找不到实用的 传输手段而夭折。
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1-1-2 光纤通信
3、弯曲特性 弯曲特性主要取决于纤芯与包层的相对折
射率差△ 以及光缆的材料和结构。实用光纤的 最小弯曲半径一般为50~70毫米，光缆的最小 弯曲半径一般为500~700毫米，等于或大于光 纤最小弯曲半径的10倍。在以上条件下，光辐 射引起的光纤附加损耗可以忽略，若小于最小 弯曲半径，附加损耗则急剧增加。
1950年曾出现过导光用的玻璃纤维， 但损耗高达1000db/Km，这天文数字的 损耗量，使有人认为光纤传输无实际意 义。
1960年，英籍华人高锟指出：如能将 光纤中过渡金属离子减少到最低限度， 有可能使光纤的损耗减少到1 db/Km，信 息容量可能超过100MHz。
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• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生来自我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
• 1.实训目的 • (1)熟悉光缆的构造; • (2)掌握光缆的端别识别方法; • (3)掌握光缆的线序色谱规律。 • 2.实训设备 • 实训设备主要包括:光缆、开缆工具(开缆刀、光纤剥线钳、剪刀、钢
• 9.1 光缆的色谱分析 • 9.2 光纤光缆的接续 • 9.3 光缆测试 • 9.4 光发送机参数测试 • 9.5 光接收机参数测试
• 本章目的 • 通过实训项目，巩固和提高理论知识，加深对光纤通信的理解 • 知识点 • (1)色散分析 • (2)OTDR • (3)参数测试
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精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 每盘光缆两端应分别有端别识别标志，一般识别方法是面对光缆端面， 由领色光纤(或导电线或填充线)以红一绿(或蓝一黄等)顺时针为A端， 逆时针为B端。或在顺时针方向上松套管序号增大时为A端，反之为B 端;A端标志为红色，B端标志为绿色;由领示色光纤按顺时针排列时为 A端，反之为B端。
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注意不要伤及芯线)。 • (3)剪断填充线、加强件。剪断填充线、加强件后，用光纤剥线钳剥
去套管，观察套管内光纤。
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• (4)识别。正确识别套管顺序、芯线色谱及线序，达到熟练程度。 • (5)做好记录。 • 6.实训思考题 • (1)如何快速准确地依据填充线分辨套管顺序? • (2)如何根据套管中的芯线色谱识别光缆芯线线序? • (3)工程实践中如何正确判别光缆传输端别? • (4)如何正确使用开缆刀、剥线钳等工具? • 7.实训报告 • (1)报告形式。提交实训报告电子文档及其打印稿(或手写稿)各一份 • (2)报告内容
• ②光缆线序排列。电缆分A,B线，A为白红黑黄紫，B为蓝橘绿棕灰， 可以循环为25对线，然后看大扎带，是塑料线，上面也有色谱。光缆 也类似，里面光纤一般按蓝、橘、绿、棕、灰、白、红、黑、黄、紫、 粉红、青(无)的顺序，也可约定。光缆如果束管颜色大多为白，可按 红头绿尾转。
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• 光纤纤序排列主要有下列几种方式(以A端面为例): • 以红、绿领示电导线或填充线中间的光纤为1#纤，顺时针为2#, 3#,…; • 以红、绿领示色紧套、松套(单芯)、骨架(单芯)，其红色为1#纤，绿
丝钳)等。 • 3.实训内容 • (1)光缆结构分析; • (2)光缆开剥; • (3)光缆端别分析;
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• (4)光缆色谱分析。 • 4.实训原理 • (1)光缆及其结构。光缆的基本结构一般由缆芯、加强件、填充物和
护层等几部分构成，另外，根据需要还有防水层、缓冲层、绝缘金属 导线等构成 • (2)光缆型号。光缆型号是识别光缆规格程式和用途的代号。光缆的 型号由分类、加强构件、派生、护套、外护套五个部分组成。请参看 第二章的有关内容。 • (3)光缆的端别。
• 为了便于连接、维护，要求按光缆的端别顺序配置，除个别特殊情况 下，一般端别不得倒置;A端应朝向网络枢纽方向，B端应朝向用户一 侧;A端朝向东北方向，B端朝向西南方向;以汇接局为A端，分局为B端。 两个汇接局间的以局号小的局为A端，局号大的局为B端。没有汇接局 的城市，以容量较大的中心局为A端，对方局为B端;分支光缆线路端 别服从主干光缆线路端。
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• 多芯光缆把不同颜色的光纤放在同一束管中成为一组，这样一根多芯 光缆里就可能有好几个束管。正对光缆横截面，把红束管看做光缆的 第一束管，顺时针依次为白一、白二、白三、……最后一根是绿束管。
• 5.实训步骤 • (1)识别光缆型号。依据光缆厂家说明书、光缆盘标记或光缆外护层
上的白色印记，进行识别。 • (2)开剥光缆。正确使用开缆刀开剥光缆，注意开口长度(一定要谨慎，
色为2#纤，顺时针为3#, 4#,…; • 以红、绿(或蓝—黄等)领示色松套(双芯)，其红(或蓝)为1管，绿色
(或黄等)为6管，红(或蓝)—绿(或黄等)顺时针计数，纤序为如表9-1 所示。 • 以蓝、黄领示单元松套(6芯)，蓝色为一单元组，黄色为二单元组， 单元管内6芯光纤全色谱。纤序如表9-2所示。
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• ①实训目的; • ②实训设备; • ③实训内容; • ④实训原理; • ⑤实训步骤; • ⑥实训结果; • ⑦实训讨论(主要讨论思考题的内容); • ⑧实训小结。
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• 1.实训目的 • (1)掌握光缆的正确开剥及在接头盒内光纤的固定方法; • (2)熟练掌握光纤端面制作; • (3)掌握光纤熔接机的使用及维护; • (4)熟练运用热缩管对光纤接头的保护; • (5)掌握接头盒中的盘纤操作。 • 2.实训设备 • 实训设备主要包括:光纤熔接机、工具箱(开剥刀、束管钳、卡钳、扳
手、螺丝刀、涂覆层剥离钳、光纤端面切割刀)、光缆、热缩管、酒 精及清洁棉球、封闭胶等。
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• 3.实训内容 • (1)熔接机的使用; • (2)光缆开剥及端面制作; • (3)光纤熔接 • 4.实训原理 • 在制备光纤基础上，利用熔接机接续光纤，最后再盘纤并整理接头盒。
熔接时，熔接机自动完成光纤对芯、推进，用电弧放电的加热方式熔 接光纤和进行损耗计算。 • 5.实训步骤 • (1)实训准备。实验实训管理员(或班长)在上课前准备好实训所需的 实训设备及耗材。
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• ①端别的识别。光缆中光纤单元、单元内光纤、导电线组(对)及组 (对)内的绝缘线芯，采用全色谱或领色谱来识别光缆的端别及光纤序 号。对于工程测量和接续工作，必须首先注意光缆的端别和了解光纤 纤序的排列。
• 为了便于识别，光纤和松套管必须有色谱标志，供货方应提供具体的 色谱排列。用于识别的色标应鲜明，在安装或运行中可能遇到的温度 下，不褪色、不迁染到相邻的其他光缆元件上，并应透明。
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生来自我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
• 1.实训目的 • (1)熟悉光缆的构造; • (2)掌握光缆的端别识别方法; • (3)掌握光缆的线序色谱规律。 • 2.实训设备 • 实训设备主要包括:光缆、开缆工具(开缆刀、光纤剥线钳、剪刀、钢
• 9.1 光缆的色谱分析 • 9.2 光纤光缆的接续 • 9.3 光缆测试 • 9.4 光发送机参数测试 • 9.5 光接收机参数测试
• 本章目的 • 通过实训项目，巩固和提高理论知识，加深对光纤通信的理解 • 知识点 • (1)色散分析 • (2)OTDR • (3)参数测试
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• 你怎么称呼老师？
• 每盘光缆两端应分别有端别识别标志，一般识别方法是面对光缆端面， 由领色光纤(或导电线或填充线)以红一绿(或蓝一黄等)顺时针为A端， 逆时针为B端。或在顺时针方向上松套管序号增大时为A端，反之为B 端;A端标志为红色，B端标志为绿色;由领示色光纤按顺时针排列时为 A端，反之为B端。
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注意不要伤及芯线)。 • (3)剪断填充线、加强件。剪断填充线、加强件后，用光纤剥线钳剥
去套管，观察套管内光纤。
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• (4)识别。正确识别套管顺序、芯线色谱及线序，达到熟练程度。 • (5)做好记录。 • 6.实训思考题 • (1)如何快速准确地依据填充线分辨套管顺序? • (2)如何根据套管中的芯线色谱识别光缆芯线线序? • (3)工程实践中如何正确判别光缆传输端别? • (4)如何正确使用开缆刀、剥线钳等工具? • 7.实训报告 • (1)报告形式。提交实训报告电子文档及其打印稿(或手写稿)各一份 • (2)报告内容
• ②光缆线序排列。电缆分A,B线，A为白红黑黄紫，B为蓝橘绿棕灰， 可以循环为25对线，然后看大扎带，是塑料线，上面也有色谱。光缆 也类似，里面光纤一般按蓝、橘、绿、棕、灰、白、红、黑、黄、紫、 粉红、青(无)的顺序，也可约定。光缆如果束管颜色大多为白，可按 红头绿尾转。
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• 光纤纤序排列主要有下列几种方式(以A端面为例): • 以红、绿领示电导线或填充线中间的光纤为1#纤，顺时针为2#, 3#,…; • 以红、绿领示色紧套、松套(单芯)、骨架(单芯)，其红色为1#纤，绿
丝钳)等。 • 3.实训内容 • (1)光缆结构分析; • (2)光缆开剥; • (3)光缆端别分析;
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• (4)光缆色谱分析。 • 4.实训原理 • (1)光缆及其结构。光缆的基本结构一般由缆芯、加强件、填充物和
护层等几部分构成，另外，根据需要还有防水层、缓冲层、绝缘金属 导线等构成 • (2)光缆型号。光缆型号是识别光缆规格程式和用途的代号。光缆的 型号由分类、加强构件、派生、护套、外护套五个部分组成。请参看 第二章的有关内容。 • (3)光缆的端别。
• 为了便于连接、维护，要求按光缆的端别顺序配置，除个别特殊情况 下，一般端别不得倒置;A端应朝向网络枢纽方向，B端应朝向用户一 侧;A端朝向东北方向，B端朝向西南方向;以汇接局为A端，分局为B端。 两个汇接局间的以局号小的局为A端，局号大的局为B端。没有汇接局 的城市，以容量较大的中心局为A端，对方局为B端;分支光缆线路端 别服从主干光缆线路端。
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• 多芯光缆把不同颜色的光纤放在同一束管中成为一组，这样一根多芯 光缆里就可能有好几个束管。正对光缆横截面，把红束管看做光缆的 第一束管，顺时针依次为白一、白二、白三、……最后一根是绿束管。
• 5.实训步骤 • (1)识别光缆型号。依据光缆厂家说明书、光缆盘标记或光缆外护层
上的白色印记，进行识别。 • (2)开剥光缆。正确使用开缆刀开剥光缆，注意开口长度(一定要谨慎，
色为2#纤，顺时针为3#, 4#,…; • 以红、绿(或蓝—黄等)领示色松套(双芯)，其红(或蓝)为1管，绿色
(或黄等)为6管，红(或蓝)—绿(或黄等)顺时针计数，纤序为如表9-1 所示。 • 以蓝、黄领示单元松套(6芯)，蓝色为一单元组，黄色为二单元组， 单元管内6芯光纤全色谱。纤序如表9-2所示。
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• ①实训目的; • ②实训设备; • ③实训内容; • ④实训原理; • ⑤实训步骤; • ⑥实训结果; • ⑦实训讨论(主要讨论思考题的内容); • ⑧实训小结。
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• 1.实训目的 • (1)掌握光缆的正确开剥及在接头盒内光纤的固定方法; • (2)熟练掌握光纤端面制作; • (3)掌握光纤熔接机的使用及维护; • (4)熟练运用热缩管对光纤接头的保护; • (5)掌握接头盒中的盘纤操作。 • 2.实训设备 • 实训设备主要包括:光纤熔接机、工具箱(开剥刀、束管钳、卡钳、扳
手、螺丝刀、涂覆层剥离钳、光纤端面切割刀)、光缆、热缩管、酒 精及清洁棉球、封闭胶等。
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• 3.实训内容 • (1)熔接机的使用; • (2)光缆开剥及端面制作; • (3)光纤熔接 • 4.实训原理 • 在制备光纤基础上，利用熔接机接续光纤，最后再盘纤并整理接头盒。
熔接时，熔接机自动完成光纤对芯、推进，用电弧放电的加热方式熔 接光纤和进行损耗计算。 • 5.实训步骤 • (1)实训准备。实验实训管理员(或班长)在上课前准备好实训所需的 实训设备及耗材。
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• ①端别的识别。光缆中光纤单元、单元内光纤、导电线组(对)及组 (对)内的绝缘线芯，采用全色谱或领色谱来识别光缆的端别及光纤序 号。对于工程测量和接续工作，必须首先注意光缆的端别和了解光纤 纤序的排列。
• 为了便于识别，光纤和松套管必须有色谱标志，供货方应提供具体的 色谱排列。用于识别的色标应鲜明，在安装或运行中可能遇到的温度 下，不褪色、不迁染到相邻的其他光缆元件上，并应透明。