光纤通信

光纤通信技术概述
光纤通信技术是利用光纤作为传输介质，通过光信号的传输和调制来实现高速、长距离、大容量的信息传输。

光纤通信技术主要包括三个主要部分：光源、光纤和光接收器。

光源是产生光信号的装置，常见的光源包括激光器和发光二极管（LED）。

激光器具有高亮度、窄谱宽、方向性好等特点，适用于长距离通信。

而LED则具有低成本、大发光角度等特点，适用于短距离通信。

光纤是光信号的传输介质，由光纤芯和包层组成。

光纤芯是光信号传输的核心部分，通常由高纯度的二氧化硅制成，具有较高的折射率。

包层是光纤芯的外层，由低折射率的材料制成，用于保护光纤芯并使光信号在光纤内部反射传输。

光接收器是将光信号转换为电信号的装置，主要由光电二极管和放大电路组成。

光电二极管能将光信号转换为电流信号，然后经过放大电路进行放大和处理，最终得到可用于数据处理的电信号。

光纤通信技术具有以下优点：传输速度快、带宽大、传输距离远、抗干扰能力强、安全性高等。

因此，在现代通信领域得到广泛应用，包括互联网、电视、电话等各个方面。

光纤通信的优缺点：优点：1.通信容量大，2.中继距离长3.抗电磁干扰4.传输误码率极低缺点:1.有些光器件比较昂贵2.光线的机械强度差3.不能传输电力4.光线断裂后维修比较困难。

基本光纤传输系统组成：1：光发射机（光源[直接调制，间接调制]、驱动器、调制器）：把电信号转换为光信号的过程是通过电信号对光的调制实现的。

2，光纤线路（光纤，光线接头，光纤连接器）：把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机。

3.光接收机（光检测器，放大器，相关电路）：把从光纤线路传输，产生畸变和衰减的微弱光信号转变为电信号，并经其后的电接收机放大和处理后恢复成基带信号。

单模光纤：只能传输一个模式（两个偏振态兼并），所以称为单模光纤，信号畸变很小。

色散：（模式色散，材料色散，波导色散）在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的传播时间不同而产生的一种物理效应。

光纤损耗类型：吸收损耗：主要是由二氧化硅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:主要有材料微观密度不均匀引起的瑞丽散射和光纤结构缺陷引起的散射产生的。

光线的损耗是系统的传输距离受到限制，大损耗不利于长距离光纤通信。

光与物质作用三种形式：受激吸收，自发辐射，受激辐射。

LD（半导体激光器）产生激光的条件：hf>=Eg光电效应：在PN结界面上由于电子和空穴的扩散运动，形成内部电场。

内部电场是电子和空穴产生与扩散运动相反的漂移运动，最终是能带发生倾斜，在PN结界面附近形成耗尽层，当入射光作用在PN结时，如果光子的能量大于带隙，便发生受激吸收，在耗尽层由于内部电场的作用电子向N区运动空穴向P区运动形成光生漂移电流，在耗尽层两侧是没有电场的中性区，由于热运动，部分光生电子和空穴通过扩散运动可能进入耗尽层然后在电场的作用下，形成光生扩散电流，当与P层和N层连接的电路开路时，便在两端产生电动势，这就是光电效应.光无源器件：连接器和接头，光耦合器，光隔离器和光环形器，光调制器，光开关。

光纤通信，是指将要传送的语音、图像和数据信号等调制在光载波上，以光纤作为传输媒介的通信方式1.本征：是光纤的固有损耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。

2.弯曲：光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉，造成的损耗。

3.挤压：光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。

4.杂质：光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光，造成的损失。

5.不均匀：光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。

6.对接：光纤对接时产生的损耗，如：不同轴(单模光纤同轴度要求小于0.8μm)，端面与轴心不垂直，端面不平，对接心径不匹配和熔接质量差等。

7.多模光纤：中心玻璃芯教粗(50或62.5μm)，可传多种模式的光。

但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。

例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。

因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。

8.单模光纤：中心玻璃芯教细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。

因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但其色度色散起主要作用，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好9.常规型光纤：光纤生产长家将光纤传输频率最佳化在单一波长的光上，如1300μm。

10.色散位移型光纤：光纤生产长家将光纤传输频率最佳化在两个波长的光上，如：1300μm和1550μm。

11.突变型光纤：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是突变的。

其成本低，模间色散高。

适用于短途低速通讯，如：工控。

但单模光纤由于模间色散很小，所以单模光纤都采用突变型。

12.渐变型光纤：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小，可使高模光按正弦形式传播，这能减少模间色散，提高光纤带宽，增加传输距离，但成本较高，现在的多模光纤多为渐变型光纤。

13.电发射端机主要任务是PCM编码和信号的多路复用。

多路复用是指将多路信号组合在一条物理信道上进行传输，到接收端再用专门的设备将各路信号分离出来，多路复用可以极大地提高通信线路的利用率。

光纤通信基本概念
光纤通信基本概念：
①介质特性光纤由高纯度二氧化硅拉制而成中心为纤芯外围包裹着折射率略低的包层二者共同构成光波导结构；
②工作原理基于全反射原理当光线从高折射率介质射向低折射率介质且入射角大于临界角时会在界面处反射；
③光源选择通常采用发光二极管或激光器作为光源前者成本低廉但相干性较差后者则相反适用于长距离传输；
④调制技术将待发送信息加载到光载波上最简单直接的方式是强度调制即根据信号变化改变光源输出功率；
⑤传输损耗尽管光纤损耗远低于铜线但仍然存在主要有吸收散射两种类型其中弯曲辐射连接不良也会造成额外损失；
⑥中继放大每隔一段距离需插入光电转换器将信号恢复成电信号放大后再变回光信号继续向前传播；
⑦接收解调终端设备通过光电探测器将接收到的微弱光信号还原成原始电信号再经解调滤波送入计算机处理；
⑧多路复用为了提高带宽利用率通常采用波分复用技术即在同一根光纤中同时传输多个不同波长的光信号；
⑨应用领域凭借其大容量远距离抗干扰等优点广泛应用于长途干线城域网数据中心互联家庭宽带接入；
⑩安全防护由于光信号无法被普通窃听器材截获因此天然具备较高安全性但仍需注意物理层面的防护；
⑪发展现状近年来随着光纤预制棒拉丝技术不断进步单模光纤已成为主流并且向着更高性能方向发展；
⑫未来趋势展望未来光纤通信将朝着超高速超大容量方向迈进同时与无线传感网物联网等新兴领域深度融合。

光纤通信名词解释
光纤通信，也称为光纤通讯，是一种利用光与光纤传递资讯的方式，属于有线通信的一种。

光经过调变（modulation）后便能携带资讯，然后通过光纤传送至目的地。

光纤通信因其传输频带宽、容量大、损耗低、不受电磁干扰等优点而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。

光纤即为光导纤维的简称，光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的一种通信方式。

从原理上看，构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。

光纤除了按制造工艺、材料组成以及光学特性进行分类外，在应用中，光纤常按用途进行分类，可分为通信用光纤和传感用光纤。

传输介质光纤又分为通用与专用两种，而功能器件光纤则指用于完成光波的放大、整形、分频、倍频、调制以及光振荡等功能的光纤，并常以某种功能器件的形式出现。

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

激光具有波谱宽度窄，方向性极好，亮度 极高的良好特性。激光是一种高度相干光，它 的特性和无线电波相似，是一种理想的光载波。
激光器的发明和应用，使沉睡了80年的光 通信进入一个崭新的阶段。
大气光通信 激光器一问世，人们就模拟无线电通信进
行了大气激光通信的研究。
实验证明：用承载信息的光波，通过大气 的传播，实现点对点的通信是可行的，但是通 信能力和质量受气候影响十分严重。
1970年，光纤研制取得了重大突破
• 1970年，美国康宁(Corning)公司研制 成功损耗 20dB/km 的石英光纤。把光纤通 信的研究开发推向一个新阶段。
• 1972年，康宁公司高纯石英多模光纤 损耗降低到 4 dB/km。
• 1973年，美国贝尔(Bell)实验室的光 纤损耗降低到 2.5dB/km。
由于当时没有理想的光源和传输介 质， 这种光电话的传输距离很短，并没 有实际应用价值，因而进展很慢。
然而，光电话仍是一项伟大的发明， 它证明了用光波作为载波传送信息的可 行性。
因此，可以说贝尔光电话是现代光 通信的雏型。
红宝石激光器
• 1960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一 台红宝石激光器， 给光通信带来了新的希望。
1000 km内中继器 个数
20
小同轴
960
4
250
中同轴
1800
6
1600
光缆
1920
30
33
光缆
14000(1Gb/s)
84
11
光缆
6000(445MB/S)
134
7
2. 损耗很小，中继距离很长且误码率很小。
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0.18dB/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。

光纤通信的概念随着信息技术的快速发展，人们对于通信的需求也越来越高。

而光纤通信作为一种高速、稳定、可靠的通信方式，已经成为了现代通信领域的重要组成部分。

本文将从光纤通信的概念、原理、应用、发展等方面进行阐述。

一、光纤通信的概念光纤通信是一种利用光纤作为传输介质，将信息以光信号的形式传输的通信方式。

光纤通信的本质是将信息信号转换成光信号，然后通过光纤进行传输，最后再将光信号转换成信息信号。

光纤通信的优点在于传输速度快、传输距离远、传输质量高、抗干扰能力强等。

二、光纤通信的原理光纤通信的核心在于光纤的传输原理。

光纤通信采用的是全内反射原理，即当光线从一种密度较高的介质射向密度较低的介质时，光线会被全部反射回来。

在光纤中，光线被反射的次数越多，传输距离就越远，传输质量也就越好。

因此，光纤通信的传输质量与光纤的品质和制作工艺有着密切的关系。

三、光纤通信的应用光纤通信的应用非常广泛，涉及到电信、网络、广播电视、医疗、工业、军事等多个领域。

其中，电信领域是光纤通信的主要应用领域，包括电话、宽带、移动通信等。

网络领域也是光纤通信的重要应用领域，包括数据中心、云计算、物联网等。

广播电视领域则是光纤通信的新兴应用领域，通过光纤的高速传输和高清画质，可以实现更加高效、精准的广播电视服务。

四、光纤通信的发展随着信息技术的不断发展，光纤通信也在不断的发展和完善。

首先，光纤通信的传输速度和传输距离不断提高，传输速度已经达到了数十个Gbps，传输距离也已经超过了数百公里。

其次，光纤通信的应用领域不断扩展，应用范围不断拓宽。

最后，光纤通信的技术不断革新，新型光纤材料和制作工艺不断涌现，使得光纤通信的质量和性能不断提高。

总之，光纤通信作为一种高速、稳定、可靠的通信方式，已经成为了现代通信领域的重要组成部分。

随着信息技术的不断发展，光纤通信的应用前景将会更加广阔，也将会为人们的生活和工作带来更多的便利和效益。

光的全反射与光纤的导光原理
光的全反射
当光线从一种介质射入另一种介质时，如果入射角大于某一临界角，光波将在第二种介质表面发生全 反射，即所有的光线都将被反射回第一种介质，而不会进入第二种介质。全反射是光纤导光的物理基 础。
光纤的导光原理
光线在光纤中传播时，由于光的全反射作用，光波被限制在光纤的纤芯中传播，从而实现光的定向传 输。光纤的导光原理是光纤通信中的核心技术之一。
光子集成电路与光子晶体光纤
总结词
光子集成电路和光子晶体光纤是光纤通信技术的两个重 要发展方向。
详细描述
光子集成电路是一种集成了多种光器件的光子回路，具 有高度集成、低能耗、高速传输等优点。而光子晶体光 纤则是一种新型的光纤结构，具有高非线性、高色散等 特性，为光通信带来了新的可能性。
光纤网络的可靠性、稳定性与安全性
光检测器与光接收机
光检测器
光检测器是光纤通信系统的接收端，用于将光信号转换为电信号。常用的光检 测器有光电二极管和雪崩光电二极管。
光接收机
光接收机是将光信号转换为电信号的设备，它包括光检测器、信号处理电路和 放大器等。
光纤与光缆
光纤
光纤是光纤通信系统的传输介质，用于传输光信号。光纤由纤芯和包层组成，纤 芯负责传输光信号，包层则起到保护和折射的作用。
物联网与智能交通
实时数据传输
光纤通信技术能够为智能 交通系统提供实时、可靠 的数据传输服务，支持交 通流量的监控和调度。
车辆安全与控制
光纤通信技术可以用于实 现车辆之间的信息交互， 提高车辆行驶的安全性和 控制精度。
智能停车系统
光纤通信技术可以支持智 能停车系统的建设，实现 车位信息的实时更新和车 辆快速定位。
光纤通信技术的发展历程

浅谈光纤通信技术光纤通信是指利用光纤作为传输介质，通过将信息转换成光信号，传输到目标地点进行通信的技术。

光纤通信以其高速、高带宽、低损耗、抗干扰等优点成为现代通信的基础。

本文就对光纤通信的原理、结构、特点和应用做简要探讨。

一、光纤通信的原理光纤通信的基本原理是使用发光器将电信号转换成光信号，经过光纤进行传输，再用光电转换器将光信号转换回电信号。

光纤是由玻璃或塑料等材料做成的，内部空心，光线从一端进入，沿着光纤的长度方向传输，最终从另一端输出。

光纤通信的原理和传统的电信号传输方法不同，电信号是利用电磁波进行传输，且电磁波在传输过程中会受到各种干扰。

而光纤通信采用的是光信号，它是利用光波在空气或水中传播的原理，且光波在传输过程中不会受到干扰。

光纤通信系统一般是由发光器、光纤、接收器三部分组成。

1. 发光器发光器是将电信号转换成光信号的装置。

常用的发光器有LED 发光二极管和半导体激光器两种。

LED 发光二极管输出的是普通的光信号，而半导体激光器输出的是相干光信号，所以半导体激光器的发光效率高，信号传输距离远。

2. 光纤光纤是用于光信号传输的根细的玻璃管道。

光纤的造型是一个中心空心的细长管道，管道内不需要空气，用受激辐射发射的光束产生的光信号在内壁的全反射下使光束得以延伸传输。

光纤的损耗是非常小的，目前在100公里以内的通讯线路上常常采用单模光纤进行数据传输。

3. 接收器接收器是将光信号转换成电信号的装置。

接收器一般采用光电二极管或光敏二极管。

当光信号进入接收器时，会被转换成电信号，这个过程称为光电转换。

1. 传输速度快光信号的传输速度非常快，其传输速度可达光速的 2/3，大约是每秒 20 亿个比特。

因此，光纤通信可以实现高速传输，成为高速互联网的主要手段。

2. 传输距离远光纤通信的传输距离可达几千公里以上，这是因为光信号的传输损耗很小。

假设在同一光纤中，采用LED 发光二极管的传输距离在 5 公里以内，采用半导体激光器的传输距离可达到 200 公里以上。

光接收机
光接收机是用于接收和放大光信号的设备，它包括光检测器、前置放大器和主放大器等组件。
光检测器与光接收机
光纤是光纤通信系统中的传输媒介，用于传输光信号。光纤由纤芯和包层组成，纤芯负责传输光信号，包层则起到保护作用。
光纤
光缆是由多根光纤组成的集合体，外面通常有加强筋和保护层。光缆用于将光信号从一个地方传输到另一个地方。
衡量光放大器性能的指标包括增益、噪声系数、带宽等，这些指标直接影响光纤通信系统的传输距离和容量。
光放大器广泛应用于长距离、大容量光纤通信系统，如骨干网、海底光缆等，为光纤通信网络提供可靠的光信号放大功能。
光分路器与光耦合器
光分路器概述：光分路器是一种无源光器件，用于实现光的分路和合路功能，常用于光纤接入网络和数据中心等领域。
波分复用技术
光纤非线性效应是指光纤中的光信号与光纤介质相互作用时产生的一种非线性光学现象。
光纤非线性效应包括非线性折射、非线性吸收、光克尔效应等，这些效应会导致光信号的失真和畸变，影响光纤通信系统的性能。
在光纤通信系统中，需要采取措施减小光纤非线性效应的影响，如采用低非线性系数的光纤、优化光信号的功率和脉冲宽度等。
光纤通信技术与设备
CATALOGUE
目录
光纤通信技术概述 光纤通信系统组成 光纤通信关键技术 光纤通信设备与器件 光纤通信网络架构 光纤通信发展趋势与挑战
01
光纤通信技术概述
光纤通信是一种利用光波在光纤中传输信息的技术。
定义
传输损耗低、传输容量大、抗电磁干扰能力强、保密性好、耐腐蚀、重量轻等。
多业务支持
城域光纤网络具有高可用性，能够保证城市关键信息基础设施的可靠运行。
高可用性
城域光纤网络

第1章 光纤通信概述1.1光纤通信的基本概念 1.光纤通信光纤通信是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。

2.光波特性 （1）光速：① 在真空中：v f ，oc f （8c 310m /s ）② 在介质中：v c /n （n 是折射率） （2）光是电磁波：TM、TE、TEM （3）光具有二重性① 波动性（宏观）：光具有反射、折射、衍射和干涉等。

② 粒子性（微观）：光具有能量、 动量和质量等。

3.电磁波谱1.1光纤通信的特点 1.优点（1）传输频带宽，通信容量大 （2）传输损耗小 （3）抗电磁干扰（4）光纤线径细、重量轻 （5）制作光纤的资源丰富 2.缺点（1）光纤弯曲半径不宜过小（2）光纤的切断和连接操作技术要求高 （3）分路、耦合操作繁琐1.3 光纤通信系统的基本组成目前光纤通信系统多采用强度调制/直接检波（IM/DD）。

1.光发射机光发射机的主要作用是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是能够完成电-光转换的半导体光源，目前主要采用半导体激光器（LD）或半导体发光二极管（LED）。

2.光接收机光接收机中的重要部件是能够完成光/电转换任务的光电检测器，目前主要采用光电二极管（PIN）和雪崩光电二极管（APD）。

3.光中继器光纤通信中光中继器的形式主要有两种，一种是光-电-光转换形式的中继器，另一种是在光信号上直接放大的光放大器。

1.4 光纤通信的发展趋势1.向超高速光纤系统发展2.向超大容量WDM系统发展3.向光传送网方向发展4.向G.655光纤发展5.向宽带光纤接入网方向发展（FTTH）第2章 光导纤维2.1 光纤的结构和分类2.1.1 光纤的结构1.纤芯层（1）位置：光纤的中心部位，折射率为n1。

（2）尺寸：单模光纤的直径d1=2a=4μm～10μm，多模光纤的直径d1=50μm。

（3）材料：高纯度SiO2，掺有极少量的掺杂剂。

2.包层（1）位置：位于纤芯的周围，折射率为n2。

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。

第一章习题•1.1什么是光纤通信？简述光纤通信的发展历程？•解：光纤通信是以光波作为传输信息的载波、以光纤作为传输介质的一种通信方式。

也就是说，光纤通信是将待传送的语音、图像和数据等信号调制在光载波上，然后通过光纤进行传输的一种通信方式。

光纤通信的发展粗略分为如下几个阶段（1）第一阶段（1966-1976年），从基础研究到商业应用的开发时期。

在这个时期，实现了短波长（0.85μm）低速率（45-140Mb/s）多模光纤通信系统，无中继传输距离约10km。

（2）第二阶段（1976-1986年），这是以提高传输速率和增加传输距离为研究目标和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，工作波长从短波长发展到长波长（1.31μm和1.55μm），实现了工作波长为1.31μm、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10-50km。

（3）第三阶段（1986-1996年），这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时期。

在这个时期，实现了1.55μm色散移位单模光纤通信系统。

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。

（4）第四阶段（1996年-至今），开展研究光纤通信新技术。

采用光放大器增加中继距离和采用波分复用增加传输容量。

现在10Gb/s、40Gb/s的系统也已商用化。

1.2 光纤通信为什么能够成为一种主要的通信方式？解：光纤通信能够成为现代的主要通信方式，是归因于光纤通信具有以下突出的优点：①通信速率高（单波长速率已达10Gb/s以上），传输容量大（光波具有很高的频率，约1014Hz，一根光纤可同时传输几十个波长) ；②损耗低（单模已低达0.2dB/km)、传输距离远（中继距离可达50-100Km）；③抗干扰能力强（抗强电、雷电和核辐射干扰），保密性好（光纤由石英玻璃制成，由于是绝缘材料，不受电磁场干扰；在光纤中传输的光泄漏非常微弱）；④质量轻（是传输相同信息量电缆重量的1/10-1/30），体积小（是相同容量电缆外径的1/3-1/4），敷设方便；⑤耐腐蚀，耐高温（石英玻璃熔点在2000 C以上），可在恶劣环境中工作，寿命长；⑥节约金属材料，有利于资源合理使用（制造同轴电缆和波导管的铜、铝、铅等金属材料，在地球上的储存量是有限的；而制造光纤的石英（SiO2)在地球上基本上是取之不尽的材料）1.3 光纤通信系统的组成主要包括哪些部分？试画出简图予以说明。

M-Z型电光调制器
激光部分 调制部分
集成电吸收调制
常用的光电接收器材料
• 常用光电接收器 的材料有硅锗等 • 右图为几种常用 材料的响应曲线 • 光电接收器的基 本性能：响应波 长，敏感度，噪 声性能等
Quantum Efficiency = 1
Germanium
InGaAs
0.5 Silicon 0.1 500
频带宽，通信容量大。 光纤可利用的带宽约为50000GHz，1987年
投入使用的1.7Gb/s光纤通信系统，一对光纤能同时传输24192路电 话，2.4Gb/s系统，能同时传输30000多路电话。频带宽，对于传输 各种宽频带信息具有十分重要的意义，否则，无法满足未来宽带综 合业务数字网(B-ISDN)发展的需要。
光放大器都是由增益介质、能源、输入输出耦合结构组成。
根据增益介质的不同，目前主要有两类光放大器：
一类是用活性介质，如半导体材料和掺稀土元素（如Nd， Sm， Ho，Er，Pr，Tm和Yb）的光纤，利用受激辐射机制 实现光的直接放大，如半导体激光放大器和掺杂光纤放大器； 一类是基于光纤的非线性效应，利用受激散射机制实现光的直 接放大，如光纤喇曼放大器和光纤布里渊放大器。
接收器：光接收器的关键设备是光检测器，其主要功能就是把光信息信号转换回
电信号(光电流)。当今光纤通信系统中的光检测器是个半导体光电二极管(PD)
光纤的结构
• 纤芯 ：折射率较高，用来传送光； • 包层 ：折射率较低，与纤芯一起形成全反射； • 保护套 ：强度大，能承受较大冲击，保护光纤。
纤芯
光纤弯曲半径不宜过小； 光纤的切断和连接操作相对复杂；
分路、耦合相对麻烦。
2.光纤通信系统及关键技术