光纤通信原理第七章

第1章概述1、光纤通信的基本概念：利用光导纤维传输光波信号的通信方式。

光纤通信工作波长在于近红外区：0.8～1.8μm的波长区，对应频率: 167～375THz。

对于SiO2光纤，在上述波长区内的三个低损耗窗口，是目前光纤通信的实用工作波长，即0.85μm、1.31μm及1.55μm。

2、光纤通信系统的基本组成：（P2图1-3）目前采用比较多的系统形式是强度调制/直接检波（IM/DD）的光纤数字通信系统。

该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。

1）在点对点的光纤通信系统中，信号的传输过程：由电发射机输出的脉码调制信号送入光接收机，光接收机将电信号转换成光信号耦合进光纤，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，最后由信息宿恢复用户信息。

2）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发光二极管(LED)和半导体激光二极管（LD)。

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

特性参数：灵敏度4）一般地，大容量、长距离光纤传输: 单模光纤+半导体激光器LD小容量、短距离光纤传输: 多模光纤+半导体发光二极管LED5）光纤线路系统：功能：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。

组成：光纤、光纤接头和光纤连接器要求：较小的损耗和色散参数3、光纤通信的特点：优点：（1），传输频带宽，通信容量大。

（2）传输损耗小，中继距离长：石英光纤损耗低达0.19 dB/km，用光纤比用同轴电缆或波导管的中继距离长得多。

（3）保密性能好：光波仅在光纤芯区传输，基本无泄露。

（4）抗电磁干扰能力强：光纤由电绝缘的石英材料制成，不受电磁场干扰。

（5）体积小、重量轻。

（6）原材料来源丰富、价格低廉。

缺点：1）不能远距离传输；2）传输过程易发生色散。

1.决定光纤通信中继距离的主要因素是( B )A.光纤的型号B.光纤的损耗和传输带宽C.光发射机的输出功率D.光接收机的灵敏度2.弱导光纤中纤芯折射率n1和包层折射率n2的关系是( A )A.n1≈n2B.n1=n2C.n1>>n2D.n1<<n23.当V→∞时，光纤中的光能( D )A.大部分集中在纤芯，小部分在包层B.大部分集中在包层，小部分在纤芯C.都集中在包层中，纤芯中没有D.都集中在纤芯中，包层中没有4.下列哪一种吸收属于光纤的本征吸收?( A )A.SiO2的吸收B.OH-的吸收C.Cu2+的吸收D.V3+的吸收5.下列哪一项不是要求光接收机有动态接收范围的原因?( C )A.光纤的损耗可能发生变化B.光源的输出功率可能发生变化C.系统可能传输多种业务D.光接收机可能工作在不同系统中6.光隔离器的作用是( B )A.调节光信号的功率大小B.保证光信号只能正向传输C.分离同向传输的各路光信号D.将光纤中传输的监控信号隔离开7.光纤数字通信系统中不能传输HDB3码的原因是( A)A.光源不能产生负信号光B.将出现长连“1”或长连“0”C.编码器太复杂D.码率冗余度太大8.下列哪一个不是SDH网的特点( D )A.具有全世界统一的接口标准B.大量运用软件进行系统配置的管理C.复用映射结构灵活D.指针调整技术降低了设备复杂性9.映射是指( B )A.支路信号装入C的过程B.支路信号适配装入VC的过程C.VC和TU指针构成TU的过程D.N个STM-1同步复用进STM-N的过程10.目前EDFA采用的泵浦波长是( C )A. 0.85μm和1.3μmB. 0.85μm和1.48μmC. 0.98μm和1.48μmD. 0.98μm和1.55μm1.今后光纤通信的发展主方向是_ 扩大通信容量__延长中继距离_____。

2.由公式求得介质薄膜波导的导波模数量m=1.31，该波导中可传输的模式有___ TE0，TE1，TM0，TM1____。

《光纤通信原理与技术》课程教学大纲英文名称:Fiber Communication Principle and its Application学时:51 学分：3开课学期：第7学期一、课程性质与任务通过讲授光纤通信技术的基础知识,使学生了解掌握光纤通信的基本特点，学习光纤通信系统的三个重要组成部分：光源（光发射机）、光纤（光缆）和光检测器（光接收机)。

通过本课程的学习，学生将掌握光纤通信的基本原理、光纤通信系统的组成和系统设计的基本方法,了解光纤通信的未来与发展，为今后的工程应用和研究生阶段的学习打下基础。

二、课程教学的基本要求要求通过课堂认真听讲和实验课,以及课下自学，基本掌握光纤通信的基础理论知识和应用概况，熟悉光纤通信在电信、通信中的应用，为今后的工作打下坚实的理论基础。

三、课程内容第一章光通信发展史及其优点（1学时）第二章光纤的传输特性（2学时）第三章影响光纤传输特性的一些物理因素（5学时）第四章光纤通信系统和网络中的光无源器件(9学时）第五章光纤通信技术中的光有源器件（3学时)第六章光纤通信技术中使用的光放大器（4学时）第七章光纤传输系统（4学时)第八章光纤网络介绍（6学时）第九章光纤通信原理与技术实验(17课时)四、教学重点、难点本课程的教学重点是光电信息技术物理基础、电光信息转换、光电信息转换，光电信息技术应用,光电新产品开发举例。

本课程的教学难点是光电信息技术物理基础。

五、教学时数分配教学时数51学时，其中理论讲授34学时，实践教学17学时。

（教学时数具体见附表1和实践教学具体安排见附表2）六、教学方式理论授课以多媒体和模型教学为主，必要时开展演示性实验。

七、本课程与其它课程的关系1。

本课程必要的先修课程《光学》、《电动力学》、《量子力学》等课程2。

本课程的后续课程《激光技术》和《光纤通信原理实验》以及就业实习。

八、考核方式考核方式：考查具体有三种。

根据大多数学生学习情况和学生兴趣而定其中一种.第一种是采用期末考试与平时成绩相结合的方式进行综合评定.对于理论和常识部分采用闭卷考试，期末考试成绩占总成绩的55％，实验成绩占总成绩的30%，作业成绩及平时考勤占总成绩的15％；第二种是采用课程设计（含市场调查报告)和平时成绩相结合的方式，课程设计占总成绩的55%,实验成绩占总成绩的30％,作业成绩及平时考勤占总成绩的15％。

习题七1．商业级宽带接收机的等效电阻Ω=75eq R 。

保持发送机和接收机的参数和图7.5的例子相同，在接收机光功率范围内0~－16dBm 时计算总载噪比，并画出相应的曲线。

类似于7.2.2节的推导，推出其载噪比的极限表达式。

证明当Ω=75eq R 时，任何接收光功率电平下，热噪声都超过量子噪声而成为起决定作用的噪声因素。

解：因为是PIN ，所以1G =，由eqeq t eq xD P eq R B kTF B G I I e B P R RIN P mRG N C /4)(2)()(5.0222+++=+得到 eqeq t eq D P eq R B kTF B I I e B P R RIN P mR N C /4)(2)()(5.022+++=再由一次光生电流P I RP =，得到eqeq t eq D eq eq R B kTF B eI B P eR B P R RIN P mR N C /422)()(5.022+++= 其中P 是光检测器接收到的平均光功率。

把参数191.610e C -=⨯，0.6/R A W =，143/RIN dB Hz =-，10eq B MHz =，10D I nA =，231.3810/k J K -=⨯，290T K =，75eq R =Ω，3t F dB =代入上式，就得出/C N 随P 变化的关系曲线方程。

当接收机的光功率较低时，系统的噪声主要是前置放大器电路的噪声，于是载噪比为20.5()4/t eq eqC mRP N kTF B R =把01P dBm mW ==代入可以求出其值。

对于设计较好的光电二极管，与中等强度的接收光信号的散弹（量子）噪声相比，体暗电流和表面暗电流产生的噪声很小。

因此在中等强度接收光信号条件下，系统噪声主要是光电二极管的量子噪声，此时有：22220.5()0.5()0.5()2()224P D eq P eq eq eqC mRP mRP mRP m RPN e I I B eI B eRPB eB ====+ 把01P dBm mW ==代入可以求出其值。

光纤通信的原理光纤通信是一种将信息通过光信号在光纤中传输的通信方式。

它基于光的特性，具有高速、大容量、低延迟等优点，因而在现代通信领域得到广泛应用。

本文将介绍光纤通信的原理，包括光的传播特性、光纤的结构和工作原理等。

一、光的传播特性光是一种电磁波，具有高频率和高能量的特点。

它在真空或介质中的传播速度很快，可达到每秒约30万公里。

光在传播过程中几乎不受到衰减和干扰，能够保持较长的传输距离和较高的信号质量。

二、光纤的结构光纤是由光导芯和包覆层组成的。

光导芯是光的传输通道，一般采用纯净、高折射率的材料制成，如石英玻璃。

包覆层则是保护光导芯的外包层，通常采用折射率较低的材料制成，如塑料或者聚合物。

三、光纤通信的工作原理光纤通信的工作原理主要包括光的发射、传输和接收三个过程。

1. 光的发射光信号通过一个光源（如激光器或发光二极管）产生，并通过调制器对信号进行调制。

调制的方式可以是强度调制、频率调制或相位调制，用来表示传输的不同信息。

2. 光的传输调制后的光信号被发送到一端的光纤中，通过光导芯的全内反射来实现信号的传输。

光信号在光纤中以全内反射的方式沿着光轴进行传播，光的传播路径与光轴基本一致，几乎不受光的散射和衍射影响。

3. 光的接收光信号到达接收端后，通过光探测器将光信号转换成电信号。

常用的光探测器有光电二极管和光电二极管阵列，在接收到光信号后产生的电流或电压变化来表示光信号的强度、频率或相位等信息。

四、光纤通信的应用和发展光纤通信技术已广泛用于电信网络、数据传输和互联网等领域。

其高速、大容量的特点使得信息传输更加迅速和可靠，推动了现代社会的信息化进程。

随着光纤通信技术的不断发展，如光时分复用、光分布式传感等技术的出现和应用，光纤通信将进一步提升其传输速度和功能。

总结：光纤通信是一种基于光的传播特性和光纤的工作原理实现信息传输的技术。

通过光的发射、传输和接收过程，光纤通信实现了高速、大容量、低延迟的数据传输。

光纤通信的原理及发展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，在光纤内部传输光信号，实现高速、大容量、低损耗的信息传输。

光纤通信的原理主要基于光的折射和全反射原理，下面将详细介绍光纤通信的原理及其发展历程。

一、光纤通信的原理1. 光的折射和全反射原理光纤是一种细长的光导纤维，其内部由两种不同折射率的材料构成。

当光线从折射率较高的材料传播到折射率较低的材料时，会发生折射现象；而当光线从折射率较低的材料传播到折射率较高的材料时，会发生全反射现象。

利用光的折射和全反射原理，光信号可以在光纤内部进行传输，实现远距离的信息传输。

2. 光纤通信系统的组成光纤通信系统主要由光源、调制器、光纤、解调器和接收器等组成。

光源产生光信号，经过调制器调制后输入光纤，通过光纤传输到目的地，再经过解调器解调得到原始信息，最终由接收器接收并处理信息。

光纤通信系统利用光的高速传输特性，实现了信息的快速传输和高效通信。

二、光纤通信的发展1. 光纤通信的起源光纤通信的概念最早可以追溯到19世纪末的光学通信实验。

20世纪60年代，美国学者发明了第一根光纤，并在1970年代初成功实现了光纤通信的原型系统。

随着光纤材料和制造工艺的不断改进，光纤通信技术逐渐成熟并得到广泛应用。

2. 光纤通信的发展历程20世纪70年代至80年代，光纤通信技术逐步商用化，光纤通信网络开始建设。

随着光纤通信技术的不断进步，光纤通信网络的传输速率和容量不断提高，通信质量和稳定性也得到了显著改善。

90年代以后，随着光纤通信技术的快速发展，光纤通信网络已成为现代通信网络的主要形式，为人们的生活和工作提供了便利。

3. 光纤通信的未来发展随着信息社会的不断发展，人们对通信网络的需求也越来越高。

光纤通信作为一种高速、大容量、低损耗的通信方式，具有巨大的发展潜力。

未来，光纤通信技术将继续向着更高速率、更大容量、更低成本的方向发展，为人类社会的信息交流提供更加便捷和高效的通信方式。