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光纤通信第五章_光纤线路技术及器件光衰减器PPT课件

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光纤通信第5章.ppt

光纤通信第5章.ppt

影响光纤的连接损耗有多种，主要包括 以下2个方面：
(1)光纤结构参数失配引起的连接损耗，主 要包括光纤芯径尺寸失配、数值孔径失配 以及折射率分布失配等3个方面。
① 光纤芯径尺寸失配（主要在单模光纤中 考虑）
②数值孔径失配（多模光纤中起作用）
③折射率分布失配（多模光纤中起作用）
（2）两光纤相对位置偏离引起的连接损耗
对掺铒光纤进行激励的泵浦功率低，仅需几十毫 瓦，而喇曼放大器需要1W以上；
增益高、噪声低、输出功率大。增益可达40dB， 噪声系数可低至3-4dB，输出功率可达14-20dBm；
连接损耗低，与光纤连接损耗可低至0.1dB；
对各种类型、速率与格式的信号传输透明。
一、EDFA的基本结构
两根光纤相对位置偏离引起的连接损耗主要 包括横向错位引起的损耗、倾斜损耗以及间隙损 耗。
①横向错位引起的损耗
②纵向间隙引起的损耗 ③角度偏移引起的损耗
• 2）回波损耗大。
回波损耗是指在光纤连接处，后向反射光功率Pr相对输 入光功率Pi比的分贝值。回波（绝对值）越大越好，以减小 反射光对光源和系统的影响，其典型值应不小于45dB。
2
1
2
1
3
3 3端口环行器
4 4端口环行器
从图中可见，从任何端口进入的光都能被定向到任 何其它的端口，但必须按顺序通过。
环行器的主要参数： 隔离度： 插入损耗： 偏振相关损耗： 工作波长：
3、衰减器 衰减器是在控制状态下减少传输光功率的装置。
衰减器在光网络中最重要的应用包括：
防止接收器达到饱和（保证输入功率在接收器的 动态范围内）。
3、特性参数
在耦合器/分离器基础上，又增加了新的特性参数。

《光纤通信》课件

《光纤通信》课件
光纤放大器
光纤放大器增强信号强度，提高传输距离。
光纤芯层和包层
光纤由芯层和包层构成，光信号通过芯层传输。
光纤接口技术
光纤连接器和光纤插入损耗技术确保信号的高 效传输。
光纤通信的优势
光纤通信相比传统的电缆通信具有如下优势：
1 高带宽
光纤能传输更大容量的数据。
2 低损耗
光纤的传输损耗较小，信号质量更高。
光纤通信的挑战
1 成本
光纤通信的建设和维护成本相对较高。
2 光纤连接
光纤连接需要特殊的技术和设备。
3 光纤安全
保护光纤通信的安全性是一个重要的挑战。
光纤通信的未来展望
5G技术
光纤通信将为5G技术的发展 供高速、稳定的传输支持。
物联网
光纤通信的广泛应用将助力物 联网的快速发展。
量子通信
光纤通信在量子通信领域有着 巨大的潜力和应用前景。
《光纤通信》课件
光纤通信是一种利用光信号传输数据的先进技术。它在现代通信领域有着广 泛的应用和巨大的优势。
发展历程
1
20世纪60年代
光纤通信的概念首次提出。
20世纪70年代
2
光纤通信的第一条实用化系统推出。
3
20世纪80年代
光纤通信开始在长距离通信中广泛应用。
光纤通信原理
全内反射原理
光信号在光纤内不断发生全内反射，实现信号 的传输。
3 抗干扰
光纤对电磁干扰和信号窃听具有较强的抵抗 能力。
4 长距离传输
光纤可以实现长距离的高速传输。
光纤通信的应用
电信网络
光纤通信是现代电信网络的主要传输方式。
数据中心
光纤连接数据中心内的服务器，实现高速数据传输。

《光纤通信网络》课件

《光纤通信网络》课件

3 绿色能源技术
绿色能源技术将促进光 纤通信网络的能源可持 续发展。
总结
光纤通信网络具有大带宽、长距离传输和信号质量好的优势。未来，光纤通 信网络将进H技术和 ATM技术，实现高速、可靠的 数据交换。
优缺点
优点
光纤通信网络具有大带宽、长距离传输和信号质量好的优点。
缺点
光纤通信网络的成本高，且对电力依赖较大。
发展趋势
1 下一代传输技术
下一代传输技术将进一 步提高光纤通信网络的 速度和容量。
2 智能化网络管理
智能化网络管理将实现 光纤通信网络的自动化 和智能化运维。
《光纤通信网络》PPT课 件
介绍光纤通信网络的课件，内容涵盖了引言、技术基础、系统组成、优缺点、 发展趋势等方面，旨在向大家分享关于光纤通信网络的知识。
引言
光纤通信网络是一种高速、可靠的数据传输技术。本节将介绍光纤通信网络 的定义以及其发展历程。
技术基础
基本原理
光纤通信的基本原理包括折射、全反射和光 的传输。
光源
光纤通信使用的光源有激光器和LED。
主要器件
光纤通信的主要器件包括光纤、光纤连接器 和光纤衰减器。
检测器
光纤通信使用的检测器有光电二极管和光电 探测器。
系统组成
光纤传输系统
光纤传输系统采用WDM技术 和光纤放大器，实现高速、大 容量的数据传输。
光纤接入系统
光纤接入系统采用FTTH技术 和FTTB技术，将光纤引入用 户家庭和建筑物内部。

光纤通信第五章_光纤线路技术及器件光衰减器PPT课件

光纤通信第五章_光纤线路技术及器件光衰减器PPT课件
以硅为主要材料，机械电器性能优良：硅的强 度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度类似铝， 热传导率接近钼和钨。
批量生产：用硅微加工工艺在一片硅片上可同 时制造成百上千个，成本大大降低生产。
集成化：可以把不同种类传感器或执行器集成 于一体，形成微传感器阵列、微执行器阵列。
多学科交叉：涉及电子、机械、材料、制造、 信息与自动控制、物理、化学和生物等学科。
基于磁光效应光开关
机械式光开关
通过机械运动实现不同光纤端口之间的 相对连接，解决的办法是相对移动光纤 或相对移动光学元件。
液晶光开关
液晶是一种介于固态和液态之间的物质，它 具有光学各向异性晶体所特有的双折射性。 液晶分子有较强的电偶极矩，在外电场作用 下易于极化；其分子间的作用力比固体弱， 容易呈现各种状态，而且多数在介电常数、 折射率、磁化等方面显示出较大的各向异性。 因此，通过微小的外部能量——电、磁、热 等就能实现分子状态间的转变，从而引起它 的电、光、磁的物理性质发生变化。
这种光折变效应主要发生在近紫外波段
最初光致折射率变化出现在掺锗光纤中， 后来研究发现，具有光敏特性的光纤种 类很多，有些是掺磷或硼，并不一定都 掺杂，只是掺杂光纤的光敏特性更明显。 有时根据需要为了加大折射率的变化程 度，就会选用高掺杂的光纤。
折射率的永久性改变
与掺杂锗的浓度基本上成正比关系，与 所用的紫外光源类型及照射到材料上的 能量密度有关
1N MEMS Switch
微反射镜
光纤耦合器(Optical fiber coupler)
能使传输中的光信号在特殊结构的耦合区 发生耦合，并进行再分配的器件。在耦合 的过程中，信号的波谱成分没有发生变化， 变化的只是信号的光功率。
从端口形式上分：X形(22)、Y形(12)、

《光纤通信》PPT课件 (2)

《光纤通信》PPT课件 (2)

临界角
入射角=反射角
n1
n1
θθ
n1 1
2
n2
n2
900 n2
n1 > n2
临界角
全反射
产生全反射的条件：n1>n2 90º>θ>临界角
25
1.
设纤芯和包层折射率分别为n1和n2，空气的折 射率n0=1， 纤芯中心轴线与z轴一致， 如下图。
光线在光纤端面以小角度θ从空气入射到纤芯
(n0<n1)，折射角为θ1，折射后的光线在纤芯直线传 播 ， 并 在 纤 芯 与 包 层 交 界 面 以 角 度 ψ1 入 射 到 包 层 (n1>n2)。
32
(2)衰减系数(dB/km)
• 衰减系数定义为单位长度光纤引 起 的光功率衰减，其评定量纲为dB/Km 。
33
光缆
• 按芯数分为单芯、双 芯、多芯
加元光强件纤
加强
• 按敷设场合分为架空
元件
、直埋、管道、移动
、室内、水下、海底
等
• 按用途分为通信用光 缆和非通信用光缆
34
5.2.2光纤通信系统的组成
第5章光纤通信
本章学习要点 • 1、光纤通信系统的概念及组成 • 2、光纤、光缆、光发送机与光接收机 • 3、同步数字系列SDH的概念及原理 • 4、光波分复用（WDM）的概念及原理 • 5、MSTP的概念、原理及应用 • 6、ASON的概念、原理及应用
1
• 5.1 光纤通信概述 • 5.2 光纤通信系统 • 5.3 同步数字系列（SDH） • 5.4光波分复用（WDM） • 5.5多业务传送平台（MSTP） • 5.6 自动交换光网络（ASON） • 5.7 光纤孤子通信技术 • 5.8 光网络的发展趋势

光纤通信课件chap5

光纤通信课件chap5
光纤通信课件chap5
光输入
电源
＋5 V
0V －5 V
监视
激光器驱动输入
光输出
热沉
输入隔离器
输入 WDM
监视和 告警电路
泵浦 LD
泵浦监视 和控制电路
PD 探测器 泵浦 LD
掺铒 光纤
输出耦合器
输出隔离器
图7.3(b)
输出 WDMຫໍສະໝຸດ 图7.3(b) 实用光纤放大器外形图及其构成方框图
光纤通信课件chap5
第 5 章 光通信中的光放大器
5.1 掺铒光纤放大器
5.2 喇曼光纤放大器
光纤通信课件chap5
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光放大器分类：
光放大器有半导体光放大器和光纤放大器两种类型。 • 半导体光放大器：放大媒质为半导体晶体材料构成的正向 偏压的PN结。 优点：小型化，容易与其他半导体器件集成。 缺点：性能与光偏振方向有关，器件与光纤的耦合损耗大。
光纤通信课件chap5
泵浦
掺铒光纤
输入信号
光隔离器
波分复用器
图7.3(a)
输出信号
光隔离器
图7.3(a) 光纤放大器构成原理图
光纤通信课件chap5
掺铒光纤放大器的构成和各部分作用 1.掺铒光纤：提供放大。设计高增益掺铒光纤(EDF)是实现光纤放大 器的技术关键， EDF的增益取决于Er3+的浓度、光纤长度和直径以 及泵浦光功率等多种因素，通常由实验获得最佳增益。 2.泵浦光源：提供足够强的泵浦功率。基本要求是大功率和长寿命。 波长为1480 μm的InGaAsP多量子阱(MQW)激光器， 输出光功率高 达100 mW, 泵浦光转换为信号光效率在6 dB/mW以上。
波 长/m

光纤通信课件PPT课件


.
25
.
26
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
.
27
.
28
.
29
.
30
• 加/减多路复用（OADM）
.
31
光无源器件
.
32
• 跳线
.
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
.
15
• 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

光纤通信的基本器件概述经典课件(PPT93页)

电子信息技术教研室
3.1 光源 3.2 光检测器 3.3 光放大器 3.4 光无源器件
光纤通信的基本器件
对光源的要求： 性能好、寿命长、使用方便 1）发射光波长必须在光纤的低损耗窗口； 2）光源的输出功率要足够大 3）温度特性优良 4）光源的发光谱宽度要窄 5）光源应具有高度的可靠性 6）省电, 且体积小、 重量轻 7）光源器件应便于调制, 调制速率能适应系统要求。
电子信息技术教研室
光纤通信的基本器件 3） LED的工作特性 ①光谱特性
LED的谱线如图3 - 11所示, 由于LED发光二极管没有谐振腔,
不具有选频特性, 因此谱线宽度Δλ比激光器的要宽得多。
图 3 – 11 LED的谱线
电子信息技术教研室
光纤通信的基本器件
② 输出光功率特性
LED输出光功率特性曲线如图3 - 12所示。 LED不
电子信息技术教研室
光纤通信的基本器件 1）. LED的结构 为了获得高辐射度, LED常采用双异质结芯片(但没有 光学谐振腔), 构成材料主要有GaAs 、 InGaAsP、 AlGaAs等。 ① 面发光型LED结构 图3 - 9所示是采用双异质结GaAs的面发光型LED结 构。 发光区是呈圆柱形的有源区, 其直径约为50 μm, 厚度约为2.5 μm, 能够发出波长为0.8 μm～0.9 μm的 辐射光, 圆形光束反散角为120°。
光子是全同光子，相叠加的结果使光增强，使入射光得到放大。
受激辐射是半导体激光器发光的基础。 粒子数反转分布是物质产生光放大的必要条件。
电子信息技术教研室
光纤通信的基本器件
1、激光器的作用
激光器是利用受激辐射过程产生光和光放大的一种器件，从它发 出的光具有极好的相干性、单色性、方向性和极高的亮度，便于人

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》课件


总结词
海底光缆通信系统是光纤通信的重要应用之 一，它实现了跨洋、跨国之间的高速、大系统利用光纤作为传输介质， 通过海底光缆将各个国家和地区连接起来， 实现了高速、大容量的信息传输。这种系统 广泛应用于国际通信、广播电视、金融交易 等领域，对于全球信息交流和经济发展具有 重要意义。
光纤通信系统组成
光发信机
将电信号转换为光信号，通过光纤传输。
光纤
传输光信号的介质，具有低损耗、高带宽等 特点。
光收信机
将光信号转换为电信号，实现信息的接收和 解调。
中继器
用于延长传输距离和提高信号质量，包括光 放大器、光检测器等组件。
02
光纤基础知识
光的本质与传播
光的波粒二象性
光既具有波动特性，又具有粒子 特性。在光纤通信中，利用光的 波动特性进行信息传输。
《光纤通信》课件
目录 Contents
• 光纤通信概述 • 光纤基础知识 • 光纤通信技术 • 光纤通信应用 • 光纤通信发展趋势与挑战 • 案例分析
01
光纤通信概述
光纤通信定义
01
光纤通信是一种利用光波在光纤 中传输信息的通信方式。它通过 光信号的调制和传输，实现信息 的传递和交换。
02
光纤通信具有传输容量大、传输 距离远、传输损耗低、抗电磁干 扰等优点，是现代通信网络的重 要组成部分。
光纤通信发展历程
1960年代
激光的发明为光纤通信奠定了 基础。
1970年代
低损耗石英光纤的研制成功， 为光纤通信的实用化创造了条 件。
1980年代
光纤通信进入实用化阶段，广 泛应用于电话、有线电视等领 域。
1990年代至今
光纤通信技术不断发展，传输 速率和传输距离不断提高，成 为现代通信网络的主流技术。
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可以实现对线路的监控；可以用于光纤 CATV、光纤用户网、无源光网络(PON)、 光纤传感等领域，实现信号的组合与分配。
原理：光学分束原理、消逝场耦合原理
微透镜耦合型
自聚焦棒耦合型
融锥型
波导型
应力型
主要参数
分光比： 定义为耦合器各输出端口的输出功率的
比值，具体应用中常用相对输出总功率 的百分比来表示，如50:50、80:20、 25:25:25:25等，或用各端口之间输出功 率之比表示，如1:1、4:1、1:1:1:1等。
交换粒度：反映了光开关交换业务的灵活 性。分为三类：波长交换、波长组交换和 光纤交换。
升级能力：增加光开关的容量。
可靠性：要求具有良好的稳定性和可靠性
光开关类型
依据原理可分为：机械光开关、热光开 关、电光开关和声光开关。
依据交换介质可分为：自由空间交换光 开关和波导交换光开关。
常用的光开关有：MEMS光开关、喷墨 气泡光开关、热光效应光开关、液晶光 开关、全息光开关、声光开关、液体光 栅光开关、SOA光开关等。
以硅为主要材料，机械电器性能优良：硅的强 度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度类似铝， 热传导率接近钼和钨。
批量生产：用硅微加工工艺在一片硅片上可同 时制造成百上千个，成本大大降低生产。
集成化：可以把不同种类传感器或执行器集成 于一体，形成微传感器阵列、微执行器阵列。
多学科交叉：涉及电子、机械、材料、制造、 信息与自动控制、物理、化学和生物等学科。
1N MEMS Switch
微反射镜
光纤耦合器(Optical fiber coupler)
能使传输中的光信号在特殊结构的耦合区 发生耦合，并进行再分配的器件。在耦合 的过程中，信号的波谱成分没有发生变化， 变化的只是信号的光功率。
从端口形式上分：X形(22)、Y形(12)、
星形(NN，N>2)、树形(1N，N>2)等。
吸收型光衰减器
采用光学吸收材料制成衰减片，对光的 作用主要是吸收和透射，其反射量很小。 因而光线可垂直入射到衰减片上，从而 可简化结构和工艺，使器件体积和重量 变得较小。
光衰减器按其衰减量的变化情况可分为 三种类型：
固定式衰减器，即衰减量一定；
步进可变式衰减器，即阶跃式可变，如5 步进式的，每步为10dB，即10dB×5
液晶材料用于光开关，利用了它的光学特性 随电场改变的特性，称液晶的电光效应。
根据用外电场控制液晶分子的取向，对 偏振进行控制而实现开关功能的。
气泡式光开关
安捷伦公司结合热喷墨打印和硅平面光 波导两种技术，开发出的二维光交叉连 接系统。又称为“光子交换平台”。
由许多交叉的硅波导和经过交叉点的沟 道组成，沟道中填充特定的折射率匹配 液。
基于磁光效应光开关
机械式光开关
通过机械运动实现不同光纤端口之间的 相对连接，解决的办法是相对移动光纤 或相对移动光学元件。
液晶光开关
液晶是一种介于固态和液态之间的物质，它 具有光学各向异性晶体所特有的双折射性。 液晶分子有较强的电偶极矩，在外电场作用 下易于极化；其分子间的作用力比固体弱， 容易呈现各种状态，而且多数在介电常数、 折射率、磁化等方面显示出较大的各向异性。 因此，通过微小的外部能量——电、磁、热 等就能实现分子状态间的转变，从而引起它 的电、光、磁的物理性质发生变化。
缺省条件下，入射光可沿着波导无交换 传输。当需要交换时，一个热敏硅片会 在液体中波导交叉点处产生一个气泡， 气泡将入射波导中的光信号全反射至输 出波导，实现光路的选择、转换。
微机械式光开关（MEMS）
Micro-Electro-Mechanical Systems
一般称作微机电系统技术，其含义是指 可批量制作的，集微型机构、微型传感 器、微型执行器以及信号处理和控制电 路、直至接口、通信和电源等于一体的 微型器件或系统。是随着半导体集成电 路微细加工技术和超精密机械加工技术 的发展而发展起来的。
பைடு நூலகம்
概况三
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耦合型光衰减器
通过输入、输出光束对准偏差的控制来 改变光耦合量的大小，从而达到改变衰 减量的目的。
反射型光衰减器
是在玻璃基片上镀反射膜作为衰减片。 光透过衰减片时主要是反射和透射。由 膜层厚度的不同来改变反射量的大小， 从而达到改变衰减量的目的。
光衰减器（optical attenuator）
用来稳定地、准确地减小信号光功率的 无源器件。它是光功率调节所不可缺少 的器件。
按衰减光功率的工作机理分有： 耦合型光衰减器 反射型光衰减器 吸收型光衰减器
整体概述
概况一
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概况二
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插入损耗： (MN)
N
IL 1l0g j1P ou ,jt P in ,m m1,,M
光开关的主要性能参数
交换矩阵：大小反映了光开关的交换能力。
交换速度：
损耗：包括插入损耗、回波损耗等。产生 的原因主要有两个：光纤和光开关端口耦 合时的损耗和光开关自身材料对光信号产 生的损耗。损耗特性影响到了光开关的级 联，限制了光开关的扩容能力。
消光比：描述光开关导通与非导通状态通 光能力差别的主要指标，即两个端口处于 导通和非导通状态的插入损耗之差。
MEMS的应用
MEMS在工业、信息和通信、国防、航空 航天、航海、医疗和物生工程、农业、环 境和家庭服务等领域有着潜在的巨大应用 前景。
目前，MEMS的应用领域中领先的有：汽 车、医疗和环境；正在增长的有：通信、 机构工程和过程自动化；还在萌芽的有： 家用/安全、化学/配药和食品加工。
微型化：MEMS器件体积小、重量轻、耗能低、 惯性小、谐振频率高、响应时间短。
连续可变式衰减器，如0～60dB。
主要技术指标
插入损耗 衰减量变化范围 精度 温度的影响
光开关（optical switch）
一种光路控制器件，可实现光路通 断的控制、光路选择、光交换
如：主备光路切换；光纤、光器件 的测试等；实现全光层次的路由选 择、波长选择、光交叉连接、自愈 保护等功能。