光纤通信刘增基版第六章

1-1光纤通信的优‎缺点各是什么‎？答与传统的金属‎电缆通信、微波无线电通‎信相比，光纤通信具有‎如下优点：(1) 通信容量大．首先，光载波的中心‎频率很高，约为2 X10^14Hz ，最大可用带宽‎一般取载波频‎率的10 %，则容许的最大‎信号带宽为2‎0000 GHz( 20 THz ) ；如果微波的载‎波频率选择为‎20 GHz ，相应的最大可‎用带宽为2 GHz。

两者相差10‎000 倍．其次，单模光纤的色‎散几乎为零，其带宽距离（乘）积可达几十G‎H z·km ；采用波分复用‎（多载波传输）技术还可使传‎输容量增加几‎十倍至上百倍‎．目前，单波长的典型‎传输速率是1‎0Gb ／s。

，一个采用12‎8个波长的波分‎复用系统的传‎输速率就是1‎ . 28 Tb / s .( 2 ）中继距离长。

中继距离受光‎纤损耗限制和‎色散限制，单模光纤的传‎输损耗可小千‎0 . 2 dB / km ，色散接近于零‎．( 3 ）抗电磁干扰．光纤由电绝缘‎的石英材料制‎成，因而光纤通信‎线路不受普通‎电磁场的干扰‎，包括闪电、火花、电力线、无线电波的千‎扰．同时光纤也不‎会对工作于无‎线电波波段的‎通信、雷达等设备产‎生干扰。

这使光纤通信‎系统具有良好‎的电磁兼容性‎。

( 4 ）传输误码率极‎低。

光信号在光纤‎中传输的损耗‎和波形的畸变‎均很小，而且稳定，．噪声主要来源‎于t子噪声及光检‎测器后面的电‎阻热噪声和前‎置放大器的噪‎声．只要设计适当‎，在中继距离内‎传输的误码率‎可达10^-9甚至更低。

此外，光纤通信系统‎还具有适应能‎力强、保密性好以及‎使用寿命长等‎特点。

当然光纤通信‎系统也存在一‎些不足：( 1 ）有些光器件（如激光器、光纤放大器）比较昂贵。

( 2 ）光纤的机械强‎度差，为了提高强度‎，实际使用时要‎构成包声多条‎光纤的光缆，光统中要有加‎强件和保护套‎。

( 3 ）不能传送电力‎．有时需要为远‎处的接口或再‎生的设备提供‎电能，光纤显然不能‎胜任。

第一章◆ 光纤通信的优点：✧ 容许频带很宽，传输容量很大✧ 损耗很小，中继距离很长且误码率很小 ✧ 重量轻、体积小 ✧ 抗电磁干扰性能好 ✧ 泄漏小，保密性能好✧ 节约金属材料（有色金属），SiO2 ◆ 提高光纤容量方式：✧ 提高波长速率 ✧ 增加复用波数 ✧ 偏振复用加倍 ◆ 光纤通信应用：✧ 通信网 ✧ 数据网✧ 数据网有线电视网 ✧ 接入网AN ✧ 光纤传感器 ◆ 光发射调制方式：✧ 内调制——直接调制（简单、实用、低速） ✧ 外调制——间接调制（高速） 第二章● 纤芯和包层的相对折射率差Δ=（n1-n2）/n1 ● 光纤基本类型：✧ 突变型多模光纤（Step Index Fiber, SIF ） ✧ 渐变型多模光纤（Graded Index Fiber, GIF ） ✧ 单模光纤（Single Mode Fiber, SMF ）W 型光纤——（色散平坦光、色散位移光纤、保偏光纤） ✓ 塑料光纤 ✓ 光子晶体光纤 ● 数值孔径NA● 时间延迟时间延迟差● 麦克斯韦方程组：●其中:k=2π/λ=2πf/c=ω/cu^2=a^2(n1^2*k^2-β^2) w^2=a^2*(β^2-n2^2*k^2)∆≈-=212212n n n NA )21(sec 211111θθτ+≈==c L n c L n c l n ∆≈==∆cL n NA c n L c n L c 12121)(22θτ0)()()(1)(2222222=--++r E rv k n dr r dE r dr r E d Z Z Z βv^2=u^2+w^2=a^2*k^2*(n1^2-n^2)纤芯方程： (0≤r ≤a) 包层方程: (r ≥a)光能量要在纤芯(0≤r ≤a)中传输， 在r=0处， 电磁场应为有限实数；在包层(r ≥a)，光能量沿径向r 迅速衰减，当r →∞时， 电磁场应消逝为零。

光纤传输模式的电磁场分布和性质取决于特征参数u 、w 和β的值。

1.光纤通信的优缺点各是什么？优：通信容量大中继距离长抗电磁干扰传输误码率极低缺：有些光器件(如激光器、光纤放大器)比较昂贵光纤的机械强度差不能传送电力光纤断裂后的维修比较困难，需要专用工具2.光纤通信系统由哪几部分组成?简述各部分作用光纤通信系统由发射机、接收机和光纤线路三个部分组成发射机又分为电发射机和光发射机，接收机也分为光接收机和电接收机，电发射机的作用是将信(息)源输出的基带电信号变换为适合于信道传输的电信号，包括多路复接、码型变换等：光发射机的作用是把输入电信号转换为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。

光纤线路把来自于光发射机的光信号，以尽可能小的畸变(失真)和衰减传输到光接收机。

光接收机把从光纤线路输出的产生畸变和衰减的微弱光信号还原为电信号。

光接收机的功能主要由光检测器完成，光检测器是光接收机的核心。

电接收机的作用一是放大，二是完成与电发射机相反的变换，包括码型反变换和多路分接等。

3.光纤通信为什么向长波长、单模光纤方向发展?长波长、单模光纤比短波长、多模光纤具有更好的传输特性。

单模光纤没有模式色散。

4.光纤色散产生的原因及其危害是什么?光纤色散是由光纤中传输的光信号的不同成分光的传播时间不同而产生的。

光纤色散对光纤传输系统的危害有：若信号是模拟调制的，色散将限制带宽；若信号是数字脉冲，色散将使脉冲展宽，限制系统传输速率（容量）。

5.光纤损耗产生的原因及其危害是什么?光纤损耗包括吸收损耗和散射损耗。

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光纤结构缺陷（如气泡）引起的散射产生的。

光纤损耗使系统的传输距离受到限制，大损耗不利于长距离光纤通信。

6.半导体激光器（LD）有哪些特性?发射波长和光谱特性激光束空间分布特性转换效率和输出功率特性频率特性温度特性7.比较半导体激光器（LD）和发光二极管（LED）的异同？LD和LED的不同之处：工作原理不同，LD发射的是受激辐射光，LED发射的是自发辐射光。

光纤通信课程教案（2009—2010学年第二学期）课程名称：光纤通信授课学时：48学时授课班级：07通信工程任课教师：韦文生温州大学教案（首页）课程编号授课班级07通信工程学生人数课程名称光纤通信技术公共基础课（）；学科基础课（）；专业基础课程（✓）；课程类型基础选修课（）；专业选修课（）；公选课（）考试（✓）授课方式理论（✓）实验（）实习（）考核方式考查（）课程总学时48 学分 3学时分配课堂讲授48 学时；实践课程学时教材名称《光纤通信技术》教学参考书１、刘增基等编著《光纤通信》，西安电子科技大学出版社，2002。

２、杨祥林等编著《光纤通信系统》，国防工业出版社，2000。

３、Gerd Keiser著，李玉权等译《光纤通信》电子工业出版社，2002。

5、顾畹仪等编著《光纤通信系统》，北京邮电大学出版社，1999。

授课教师韦文生职称副教授学科工科授课时间周三第3、4节课/周五第3、4节课授课地点1A-305/6第四章光端机（6学时）一、教学目的及要求：使学生了解光端机的结构、组成和工作原理，重点介绍了光发射机、光接收机和线路编码的主要概念。

二、教学重点及难点：本章重点：光端机的基本组成、发送机的性能指标、接收灵敏度与动态范围的定义及计算。

本章难点：光接收机的噪声分析。

三、教学手段：板书与多媒体课件演示相结合四、教学方法：课堂讲解、提问五、作业：课外作业：4-1 4-2 6-5 4-6 4-7 4-8 4-9六、参考资料：《光纤通信》刘增基第四章。

《光纤通信》杨祥林第五章第六章《光纤通信》Gerd Keiser著，李玉权等译第七章七、教学内容与教学设计：教学内容教学设计备注【导入】（2分钟）导入2分钟回顾上节课的主要内容，借以引出这节课的主要内容。

[提问]提问引出本章的教学内容。

【讲授新课】（96分钟）第4章光端机4.1光发射机数字光发射机的功能是把电端机输出的数字基带电信号转换为光信号，并用耦合技术有效注入光纤线路，电/光转换是用承载信息的数字电信号对光源进行调制来实现的。

光纤通信课后习题参考答案光纤通信课后习题答案第一章习题参考答案1、第一根光纤是什么时候出现的？其损耗是多少？答：第一根光纤大约是1950年出现的。

传输损耗高达1000dB/km左右。

2、试述光纤通信系统的组成及各部分的关系。

答：光纤通信系统主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。

系统中光发送机将电信号转换为光信号，并将生成的光信号注入光纤光缆，调制过的光信号经过光纤长途传输后送入光接收机，光接收机将光纤送来的光信号还原成原始的电信号，完成信号的传送。

中继器就是用于长途传输时延长光信号的传输距离。

第二章光纤和光缆1．光纤是由哪几部分组成的？各部分有何作用？答：光纤是由折射率较高的纤芯、折射率较低的包层和外面的涂覆层组成的。

纤芯和包层是为满足导光的要求；涂覆层的作用是保护光纤不受水汽的侵蚀和机械擦伤，同时增加光纤的柔韧性。

2．光纤是如何分类的？阶跃型光纤和渐变型光纤的折射率分布是如何表示的？答：（1）按照截面上折射率分布的不同可以将光纤分为阶跃型光纤和渐变型光纤；按光纤中传输的模式数量，可以将光纤分为多模光纤和单模光纤；按光纤的工作波长可以将光纤分为短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤；按照ITU-T关于光纤类型的建议，可以将光纤分为G.651光纤（渐变型多模光纤）、G.652光纤（常规单模光纤）、G.653光纤（色散位移光纤）、G.654光纤（截止波长光纤）和G.655（非零色散位移光纤）光纤；按套塑（二次涂覆层）可以将光纤分为松套光纤和紧套光纤。

（2）阶跃型光纤的折射率分布n?r????n1?n2r?a r?a?2??r???nm?1?2?????n?r????a???????nc渐变型光纤的折射率分布r?a r?a7．均匀光纤纤芯和包层的折射率分别为n1=1.50，n2=1.45，光纤的长度L=10Km。

试求：（1）光纤的相对折射率差Δ；（2）数值孔径NA；（3）若将光纤的包层和涂敷层去掉，求裸光纤的NA和相对折射率差Δ。