光纤通信基础知识v1.1
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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。
光纤通信基础1.光纤通信概论1.1光纤通信概论光纤通信:以光作为信息载体,利用光纤传输携带信息的光波,以达到通信之目的。
数字光纤通信系统的基本组成:光发送机﹑光接收机﹑光纤。
典型的数字光纤通信系统方框图:数字光纤通信系统发送端的电端机把信息(如话音)进行模/数转换,用转换后的数字信号去调制发送机中的光源器件LD,输出发出携带信息的光波。
光波经光纤传输后到达接收端,光接收机把数字信号从光波中检测出来送给电端机,而电端机再进行数/模转换,恢复成原来的信息。
携带信息的光波:数字信号为"1"时,光源器件发送一个"传号"光脉冲;当数字信号为"0"时,光源器件发送一个"空号"(不发光)。
1.2光纤通信优点1)、通信容量大一根光纤同时传输24万个话路,比传统的明线、同轴电缆、微波等要高出几十乃至上千倍。
波分复用技术的采用,把一根光纤当作几根、几十根光纤使用,通信容量近乎无限。
2)、中继距离长光纤具有极低的衰耗系数,目前商用化石英光纤已达0.19dB/km以下,配以适当的光发送与光接收设备,中继距离达数百公里以上,特别适用于长途一、二级干线通信。
3)、保密性能好。
4)、抗干扰能力强光波在光纤中传输时只在其芯区进行,不存在传统的电磁波辐射,因此其保密性能极好,同时也不怕外界强电磁场的干扰,抗干扰能力强。
5)、便于施工和维护体积小、重量轻。
光缆的敷设方式方便灵活,既可以直埋、管道敷设,又可以水底和架空。
2光纤与光缆2.1光纤的构造光纤呈圆柱形是由单根玻璃纤维、紧靠纤心的包层、一次涂履层以及套塑保护层组成。
2.2光纤的导光原理光是一种频率很高的电磁波,而光纤本身是一种介质波导。
我们从几何光学的角度来简单讨论光纤的导光原理全反射原理:光线在均匀介质中是以直线传播的,但在两种不同介质的分界面会产生反射和折射现象,如图所示:光的反射与折射光的全反射现象当n的比值增大到一定程度,则会使折射角≥90度,此时的折射光线不再进入包层,而会在纤芯与包层的分界面上掠过,或者重返回到纤芯中进行传播,这种现象叫做光的全反射现象。
一、光纤通信的基本知识(一)光纤通信的概念1870年的一天,英国物理学家丁达尔到皇家学会的演讲厅讲光的全反射原理,他做了一个简单的实验:在装满水的木桶上钻个孔,然后用灯从桶上边把水照亮。
结果使观众们大吃一惊。
人们看到,放光的水从水桶的小孔里流了出来,水流弯曲,光线也跟着弯曲,光居然被弯弯曲曲的水俘获了。
这些现象引起了丁达尔的注意,经过他的研究,发现这是由于全反射的作用,由于水等介质密度由于比周围的物质(如空气)大,即光从水中射向空气,当入射角大于某一角度时,折射光线消失,全部光线都反射回水中。
表面上看,光好像在水流中弯曲前进。
后来人们造出一种透明度很高、粗细像蜘蛛丝一样的玻璃丝──玻璃纤维,当光线以合适的角度射入玻璃纤维时,光就沿着弯弯曲曲的玻璃纤维前进。
由于这种纤维能够用来传输光线,所以称它为光导纤维。
(视频)光纤通信的原理是:在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号,然后调制到激光器发出的激光束上,使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化,并通过光纤发送出去;在接收端,检测器收到光信号后把它变换成电信号,经解调后恢复原信息。
(视频)(二)光纤通信的发展光纤通信是现代通信网的主要传输手段,它的发展历史只有一二十年,已经历三代:短波长多模光纤、长波长多模光纤和长波长单模光纤。
采用光纤通信是通信史上的重大变革,美、日、英、法等20多个国家已宣布不再建设电缆通信线路,而致力于发展光纤通信。
中国光纤通信已进入实用阶段。
(三)光纤通信的优缺点1、光纤通信的优点现代通信网的三大支柱是光纤通信、卫星通信和无线电通信,而其中光纤通信是主体,这是因为光纤通信本身具有许多突出的优点:①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。
光纤通信知识点总结引言光纤通信是一种通过光纤传输光信号的通信技术,它使用光纤作为传输媒质,通过光的反射、折射和传播来实现信息的传输。
光纤通信具有带宽大、传输速度快、抗干扰性强、安全可靠等优点,因此在现代通信中得到了广泛的应用。
本文将对光纤通信的相关知识点进行总结,包括光纤通信的基本原理、组成结构、传输特点、光纤通信系统的组成和工作原理、光纤通信的发展趋势等内容。
一、光纤通信的基本原理1. 光的特性光波是一种电磁波,具有波粒二象性,既可以表现为波动又可以表现为微粒。
光波的主要特性包括波长、频率、相速度、群速度等。
2. 光纤的基本原理光纤是一种通过光的全反射来传输光信号的一种传输媒质。
它的基本结构是由一根纤维芯和包覆在外的包层组成,通过这样的结构使得光信号可以沿着光纤的传输方向不断进行反射和传播。
二、光纤通信的组成结构1. 光纤的结构光纤由芯和包层构成,芯是由单质或复合材料制成,包层是由低折射率的材料构成,使得光可以在芯和包层的界面上发生全反射。
2. 光纤的连接器连接器是光纤通信中的重要部分,它用于将光纤连接在一起,保证光信号的传输质量。
3. 光纤的光源和接收器光源是产生光波的设备,用于向光纤中输入光信号;接收器是用于接收光纤传输过来的光信号,并将其转换为电信号。
三、光纤通信的传输特点1. 带宽大光纤通信的带宽远远大于传统的铜线通信,可以传输更多的信息。
2. 传输距离远光纤通信的传输距离远远大于铜线通信,可以满足更长距离的通信需求。
3. 传输速度快光纤通信的传输速度远远快于铜线通信,可以实现更快的数据传输。
4. 抗干扰性强光纤通信的信号传输过程中不受电磁干扰,抗干扰性能强。
5. 安全可靠光纤信号传输过程中不会泄露电磁波,安全可靠。
四、光纤通信系统的组成和工作原理1. 光纤通信系统的组成光纤通信系统由光源、光纤、接收器、调制解调器、复用器、解复用器等组成。
2. 光纤通信系统的工作原理光源产生光信号,光信号经过调制解调器进行调制,然后通过光纤进行传输,接收器接收光信号并将其转换为电信号,经过复用器和解复用器将多个信号合并或分解,最终传输到目标设备。
光纤通信原理及基础知识光纤通信是一种利用光信号传输信息的通信技术。
它基于光波在光纤中的传输,具有高带宽、低损耗、抗干扰等优点,因此在现代通信领域得到广泛应用。
下面将介绍光纤通信的原理和一些基础知识。
1.光纤通信原理光纤通信的原理基于光的全内反射。
光纤是由一个或多个折射率不同的材料构成,光信号通过光纤中的光核进行传输。
当光信号从一个折射率较高的材料传到折射率较低的材料时,会发生全内反射,光信号会在光纤中沿着光核一直传输。
光纤通信系统主要包括光源、光纤和光接收器三个部分。
光源产生光信号并将其注入光纤中,光纤将光信号传输到目标位置,光接收器将光信号转化为电信号进行处理。
这样就完成了光纤通信的整个过程。
2.光纤类型根据应用场景和使用材料的不同,光纤可以分为多种类型。
常见的光纤类型有单模光纤和多模光纤。
单模光纤(Single-Mode Fiber,SMF)是一种具有较小光纤芯径的光纤,适用于远距离传输。
它可以在光纤中传输一个光模式,具有较低的传输损耗和较小的色散效应。
单模光纤主要用于长距离通信和数据传输。
多模光纤(Multi-Mode Fiber,MMF)是一种具有较大光纤芯径的光纤,适用于短距离传输。
多模光纤可以在光纤中传输多个光模式,但由于折射率不同,不同光模式的传输速度会有差异。
多模光纤主要用于局域网、数据中心等短距离通信场景。
3.光纤连接方式光纤连接主要有两种方式:直连和连接器。
直连是将两根光纤通过激光焊接技术直接连接起来。
直连具有较低的插损和回波损耗,但连接时需要专业操作,一旦连接失败将无法更换。
连接器是将光纤端面抛光并用连接器将两根光纤连接在一起。
连接器具有灵活性,连接和更换方便,但具有一定的插损和回波损耗。
4.光纤通信的关键参数光纤通信中,有几个重要的参数需要关注。
带宽是指光纤传输信号的频率范围。
带宽越大,传输速率越高。
损耗是光信号在光纤中传输时丢失的能量。
损耗越小,信号传输的距离越远。
色散是指光信号在光纤中传输时信号传播速度与光波长之间的关系。
光纤通信原理及基础知识
一、光纤通信原理
光纤通信的核心技术是光子学,它是利用光纤光缆中的光纤对光信号进行传播和传输。
光纤光缆是一种由多根光纤缆组成的电缆,用来传输可见光或近红外波长范围内的光信号。
它包含一根中心的内管,围绕着由若干根绝缘光缆组成的外面,以及外面包裹的电缆套管。
光纤具有比一般电线传输快和体积小的优势。
而且它可以传输的信息量比一般电线传输的信息量大得多,在数据传输,广播和电视节目传输,网络传输,数据中心和建筑物的内部数据传输,机场、地铁和高速列车的安全监控等场合有广泛的应用。
二、光纤通信基础知识
1、光纤的基本结构
光纤是由内管、纤芯、护套和外皮组成的。
内管是光纤的中心,由若干根细细的玻璃或塑胶的纤维组成,用来把发出的信号紧密包裹起来;纤芯则由抗光折射率差异的介质层组成,可以实现光子的数字信号传输;护套是中心纤芯的保护层,由特殊的材料构成,用以抗折和抗磨损;。
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。
光纤通信的基础知识引言就广义的光通信而言,光通信对我们并不陌生,古时候就有烽火台传递军情,还有利用火光、灯光、镜子反射太阳光等发送信号或传递信息,现代海军还在使用旗语和信号探照灯进行有限距离的联络。
不论是哪一种,都是由发信端做某种动作,而在接收端用视觉确认其意义来达到传输信息的目的。
现代通信所要传递的信息,要比这些复杂得多。
早在1880年,以发明电话而著名的贝尔就曾发明了一种以太阳光为媒介、以空气为介质的光电话装置,通话距离达到213米。
贝尔称这是他“最伟大的发明”。
后来,采用弧光灯作为光源,光的强度增加并且稳定了,通信距离得到延长,可以达到数公里。
这是最初的光通信形式。
以后,随着光电管和放大器的出现,促成了采用在发送端对光源(灯泡或弧光灯)的明暗度进行电调制、在接收端用光电管接收光信号后复原成电信号并进行放大的办法。
这种办法是在发送端将要传送的电信号变换成光信号,使之能以光的形式传送,而在接收端通过光检波器再恢复为电信号。
这方式已经跟现在的光传输基本形式相同了。
但由于光源和介质的原因,很难得到发展。
使用灯泡作光源,调制速度是有限的,大概只能载运一路或稍多一点儿的音频信号。
另外,传输距离也因光束发散而受到限制,更何况光在空气中传播,还要受到散射或吸收而遭受衰减。
1960年激光器问世,情况出现了变化。
激光器发出的光不论在时间上还是在空间上相位都是一致的,因而光束发散的情况得到显著改善;同时,激光的调制速度也可达到超高速的程度。
激光器的发展速度很快,特别是半导体激光器的商用化使光通信的光源问题有了突破性的发展。
但是,以空气作为传输介质,由于天气和环境的影响造成的衰减仍然不可避免,同时由于光传播的方向性极强,使光通信受到地理条件的限制。
这就迫使人们寻求建立专门的光传输通道。
其间,研究过介质薄膜波导,射束波导(透镜列、反射镜列、气体透镜列)等各种传输线路,虽然都有实验成果,但都很难达到实用化的目标。
1966年,英籍华人科学家高锟,根据介质波导理论,提出用光纤建立光通道,并指出用石英玻璃等材料制造的光导纤维,其光功率的衰减可低达20dB/km。
光纤通信知识点(大全5篇)第一篇:光纤通信知识点光纤通信知识点提纲第一章知识点小结:1.什么是光纤通信?2、光纤通信和电通信的区别。
2.基本光纤通信系统的组成和各部分作用。
第二章知识点小结1、光能量在光纤中传输的必要条件(对光纤结构的要求)。
2、突变多模光纤数值孔径的概念及计算。
3、弱导波光纤的概念。
4、相对折射率指数差的定义及计算。
5、突变多模光纤的时间延迟。
6、渐变型多模光纤自聚焦效应的产生机理。
7、归一化频率的表达式。
8、突变光纤和平方律渐变光纤传输模数量的计算。
第三章知识点小结1、纤通信中常用的半导体激光器的种类。
2、半导体激光器的主要由哪三个部分组成?3、电子吸收或辐射光子所要满足的波尔条件。
4、什么是粒子数反转分布?5、理解半导体激光产生激光的机理和过程。
6、静态单纵模激光器。
7、半导体激光器的温度特性。
8、DFB激光器的优点。
9、LD与LED的主要区别10、常用光电检测器的种类。
11、光电二极管的工作原理。
12、PIN和APD的主要特点。
13、耦合器的功能。
14、光耦合器的结构种类。
15、什么是耦合比?16、什么是附加损耗?17、光隔离器的结构和工作原理。
第四章知识点小结1、数字光发射机的方框图。
2、光电延迟和张驰振荡。
3、激光器为什么要采用自动温度控4、数字光接收机的方框图。
5、光接收机对光检测器的要求。
6、什么是灵敏度?7、什么是误码和误码率?8、什么是动态范围?9、数字光纤通信读线路码型的要求。
10、数字光纤通信系统中常用的码型种类。
第五章知识点小结1、SDH的优点。
2、SDH传输网的主要组成设备。
3、SDH的帧结构(STM-1)。
4、SDH的复用原理。
5、三种误码率参数的概念。
6、可靠性及其表示方法。
7、损耗对中继距离限制的计算。
8、色散对中继距离限制的计算。
第七章点知识小结1、光放大器的种类2、掺铒光纤放大器的工作原理3、掺铒光纤放大器的构成方框图4、什么WDM?5、光交换技术的方式6、什么是光孤子?7、光孤子的产生机理8、相干光通信信号调制的方式9、相干光通信技术的优点第二篇:光纤通信知识点光纤通信优点光纤通信之所以受到人们的极大重视,这是因为和其它通信手段相比,具有无以伦比的优越性。