光纤通信课件PPT课件

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光纤通信原理实验课件PPT光纤通信原理实验教学课件

37
实验二电话光纤传输系统实验
1、若模拟电话光纤传输时有噪声，可根据模拟信号光纤传输步骤进行调试。
2、若数字电话光纤传输时
！有噪声，可根据数字光纤传输步骤进行调试。
注意事项
38
实验二电话光纤传输系统实验
思考题
1、能否用一根光纤传输两路模拟信号，如果可以，如何实现？如果不行，说明理由。
实
验
2 连接导线：T504与T101连接。
准
备
3
将拨码开关BM1、BM2和BM3分别拨到数字、1310nm和1310nm。
10
实验一数字信号光纤传输实验
实验步骤
4
接上交流电源线，先开交流开关，再开直流开关K01，K02。
实
验准备
5
接通数字信号源模块、光发模块(K10) 的直流电源。
6
用万用表监控R110两端电压，调节半导体激光器驱动电流，使之小于25mA。
实验步骤
模拟电话光纤传输系统实验
1
用实验十一调试方法调节，使1310nm光纤通信系统能够正常传输模拟信号。
实验准
2
连接导线：T401与T111连接，T412与T121 连接，T402与T411连接。并接上电话机。
备
3
用光纤跳线将1310nm光发端机与1310nm 光收端机连接起来。
26
实验二电话光纤传输系统实验
18
实验二电话光纤传输系统实验
了解电话及语音信号通过光纤传输的全
实
过程
验
目
的
握模拟电话、数字电话光纤传输的工作
原理
19
实验二电话光纤传输系统实验
ZY12OFCom13BG3 光纤通信原理实验箱

光纤通信系统PPT课件

套塑光纤结构
48 .
现代通信系统第4章光纤通信系统
❖按传输波长分类 (1)短波长光纤
37 .
现代通信系统第4章光纤通信系统
(3)三角形光纤纤芯折射
率分布曲线为三角形。
38 .
现代通信系统第4章光纤通信系统
光纤折射率分布曲线 39 .
现代通信系统第4章光纤通信系统
❖按传导模的数目分类：传导模指能够在光纤中远距离传输的传
播模式。 (1)多模光纤
当纤芯的几何尺寸（直径一般为50μm）远大于光波波长(如1.55μm)时，光纤剖面折射率分布为渐变型，外径125μm。光纤传输的过程中会存在着几十种乃至几百种传输模式，称为多模光纤。
40 .
现代通信系统第4章光纤通信系统
(2)单模光纤当纤芯的几何尺寸较小（一般为
8μm～10μm），与光波长在同一数量级，这时，光纤只允许一种模式（基模）在其中传播，其余的高次模全部截止，这样的光纤称为单模光纤。
单模光纤的折射率分布多呈阶跃性。
41 .
现代通信系统第4章光纤通信系统
目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒质，光纤通信系统将成为未来国家信息基础设施的支柱。
7 .
现代通信系统第4章光纤通信系统
光纤通信系统是以光导纤维和激光技术、光电集成技术为基础发展起来的通信系统，它具有频带宽、重量轻、体积小、节省能源，主要用于大容量国际、国内长途通信干线，也用于短局间中继。我国今后不再敷设新的长途电缆线路，而全部采用光缆。
实用的光纤通信系统一般都是双向的，每一端都有光发送机、光接收机和电发送机、电接收机并且每一端的光发送机和光接收机做在一起，称为光端机，电发送机和电接收机组合起来称为电端机。同样，中继器也有正反两个方向。

光纤通信基础知识ppt课件

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

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)。

光纤通信技术(第二版)课件夏林中3

3
成本因素
光源的选择也要考虑成本因素。 LED 光源价格较低，激光器光源价格较高。需要根据预算选择合适的方案。
4. 光电探测器
1
光电探测器的定义
光电探测器是一种将光信号转换为电信号的器件，它在光纤通信系统中扮演着至关重要的角色。
2
光电探测器的功能
光电探测器将接收到的光信号转化为电信号，以便进一步处理和放大，最终实现信号的还原和传输。
7.1 通信网络中的应用
核心网络
光纤通信网络的核心部分，实现高速数据传输。
接入网络
连接用户终端，提供高速宽带接入服务。
移动通信
支持移动通信网络，提供高速数据传输。
光纤到户
光纤连接到用户家中，提供高速互联网接入服务。
7.2 其他领域的应用
1
工业控制
光纤传感器用于工业自动化。
2
医疗领域
光纤内窥镜用于诊断和治疗。
LED 在光纤通信中的应用
LED 光源可用于短距离光纤通信系统，如局域网、光纤传感器等。
3.2 激光器光源
1
激光器简介
激光器是一种能够产生相干光束的装置。
2
激光器特点
激光器具有高方向性、高单色性、高亮度等特点。
3
激光器在光纤通信中的应用
激光器可用于长距离、高速光纤通信系统。
4
激光器类型
常见的激光器类型包括半导体激光器、气体激光器、固体激光器等。
4
纤芯直径
纤芯直径是光纤的重要参数，决定了光纤的传输模式和传输容量。
5
数值孔径
数值孔径是指光纤纤芯的聚光能力，反映了光纤的传输效率。
6
损耗
光纤损耗是指光信号在光纤中传播过程中衰减的程度，影响光纤的传输距离。

光纤通信技术ppt课件

12
3．按光纤构成的原材料分类
（1）石英系光纤
石英系光纤主要是由高纯度的 SiO2 并掺有适当的
. 杂质制成，如用 GeO2 SiO2 和 P2O5.SiO2
作芯子，用 B2O3.SiO2作包层。目前这种光纤损耗最低、
强度和可靠性最高、应用最广泛。
（2）多组分玻璃光纤
例如用钠玻璃掺有适当杂质制成的光纤。这种光纤的损耗较低，但可靠性不高。
3-30MHz 100—10m
同轴电缆短波无线电
30—300MHz 同轴电缆超短波无线电 10～lm
0.3—3 GHz 波导分米波无线电 lO—l cm
3—30GHz 10—1cm
波导厘米波无线电
30一300GHz 10一lm
105—107 GHz O．3～3×10-6 cm
波导毫米波无线电光纤激光空间传播
30
光纤的损耗特性是光纤的一个很重要的传输参数，
它对于评价光纤质量和确定光纤通信系统的中继距离
有着决定性的作用。目前光纤在 1.55μm处的损耗可以做到0.2dB／km左右，接近光纤损耗的理论极限值。
光通信
4
9.1.2 光纤通信系统基本结构与特点
光纤通信是以光波为载频、以光纤（光导纤维）为传输媒质的通信方式。
光纤通信系统的基本组成如图9.2所示，它包括了电收发端机、光收发端机、光纤光缆线路、中继器等。
LD/LED
PIN/APD
图9.2 光纤通信系统组成
5
光纤通信系统由于采用了光纤传输信号实现通信，因此，和其他通信系统相比，具有一系列独特的优点：（1）频带宽，通信容量大（2）传输损耗低，无中继距离长（3）抗电磁干扰（4）光纤通信串话小，保密性强，使用安全（5）体积小，重量轻，便于敷设（6）材料资源丰富

《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。

光纤通信第五版调制ppt课件

➢ 输出脉冲光功率最大值Pmax和最小值Pmin的比值为消光比
10lg Pmax
Pmin
实际的消光比η>10 dB
寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多
消光比
P Ith
Pmax Pmin
输出光功率脉冲
光发射机的功能
➢ 电光变换---将信息从电信号“搬移”到高端电磁波（光）的电路组件,及完成为了适应光信号的有关信号变换(线路编码)
➢ 输入的是双极性数字电信号(电压)，输出的是“有光”、“无光”或“光平”高低代表的数字信号(功率)
➢ 在光通信系统中，可能的承载信息的参量有光的强度、光的频率、光的相位、光的偏振.
寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多
声光布拉格调制器由声光介质、电声换能器、吸声（反射）装置等组成。电压调制信号经过电声换能器转化为超声波，然后加到电光晶体上。电声换能器利用某些晶体(如石英、 LiNbO3等)的压电效应，在外加电场的作用下产生机械振动形成声波。
寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多
直接强度调制和外调制的区别
电信号输入线路编码
驱动电路
LD 或光信号 LED
直接调制的光发射机
控制电路
电信号输入线路编码
驱动电路
控制电路
LD或LED
光信号外调制器件
▪LED驱动电路要求：提供所需的驱动电流及满足其动态变化的幅度和充分发挥调制速率的作用，即保证其输出光脉冲波形相应的速度。

光纤通信课件刘增基第二版第1章

第1章概论
光纤通信用激光器的发展进程
1970 年，美国、日本和前苏联先研制成功室温下连续振荡的镓铝砷(GaAlAs)双异质结半导体激光器。
虽然寿命只有几个小时，但其意义是重大的，它为半导体激光器的发展奠定了基础。
1973 年，半导体激光器寿命达到7000小时。
1977 年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到10 万小时(约11.4年)，外推寿命达到100万小时，完全满足实用化的要求。
在这个时期，实现了1.55 μm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2.5－10 Gb/s，无中继传输距离可达150－100km。实验室可以达到更高水平。
目前，正在开展研究的光纤通信新技术，例如，超大容量的波分复用 (Wavelength Division Multiplexing, WDM)光纤通信系统（实现）和超长距离的光孤子(Soliton)通信系统，将在第 7章作介绍。
1972年，康宁公司高纯石英多模光纤将损耗降低到4 dB/km。
1973 年，美国贝尔(Bell)实验室将光纤损耗降低到2.5dB/km。 1974 年降低到1.1dB/km。
1976 年，日本电报电话(NTT)公司等单位将光纤损耗降低到0.47 dB/km(波长1.2μm)。
1986 年是0.154 dB/km，接近了光纤最低损耗的理论极限。
因此还有3个数量级以上的带宽潜力可以挖掘。
第1章概论
传输损 /耗(dB·km － 1)
10 00
10 0 10
标38准mm同海轴底同轴
1
51 mm波导器
光纤
0.1 10 M 100 M 1 G
10 G 100 G 1 T 10 T 100 T 1000 T

《光纤通信原理》PPT课件

31
3-1-2 散射损耗
光线通过均匀透明介质时，从侧面是难以看到光线的，如果介质不均匀，如空气中漂浮的大量灰尘，我们便可以从侧面清晰地看到光束的轨迹。这是由于介质中的不均匀性使光线四面八方散开的结果，这种现象称之为散射。散射损耗是以光能的形式把能量辐射出光纤之外的一种损耗。散射损耗可分为线性散射损耗和非线性散射损耗。
红外吸收损耗对于波长大于2微米的光波表现得特别强烈，形成红外吸收带。
29
杂质吸收损耗
杂质吸收损耗可以随杂质浓度的降低而减小，直至清除。因此得到一个很宽的低损耗波长窗口，有利于波分复用（WDM）。
30
原子缺陷吸收损耗
原子缺陷吸收损耗可以通过选用合适的制造工艺，不同的掺杂材料及含量使之减小到可以忽略不记的程度。
2
1-1 光纤通信的发展与现状
1-1-1 早期的光通信几千年前，中国就有火光通信：烽火
台，它是世界上最早的光通信，因为它具有光通信的基本要素：光源、接受器、信息加在光波上和光通道。
1880年，贝尔发明了光电话，它是现代光通信的开端，但由于找不到实用的传输手段而夭折。
3
1-1-2 光纤通信
3、弯曲特性弯曲特性主要取决于纤芯与包层的相对折
射率差△ 以及光缆的材料和结构。实用光纤的最小弯曲半径一般为50~70毫米，光缆的最小弯曲半径一般为500~700毫米，等于或大于光纤最小弯曲半径的10倍。在以上条件下，光辐射引起的光纤附加损耗可以忽略，若小于最小弯曲半径，附加损耗则急剧增加。
1950年曾出现过导光用的玻璃纤维，但损耗高达1000db/Km，这天文数字的损耗量，使有人认为光纤传输无实际意义。
1960年，英籍华人高锟指出：如能将光纤中过渡金属离子减少到最低限度，有可能使光纤的损耗减少到1 db/Km，信息容量可能超过100MHz。

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.
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
.
38
• WWDM（宽波分复用，20世纪80年代）
.
39
• NWDM（窄带波分复用，20世纪90年代）
– 使用1550nm窗口 – 2－8个通道 – 通道间距400GHz
• 自由空间：可分辨的光点尺寸 • 波导：所要求的波导尺寸
.
16
• 光传输的多维多重复用性
– 波长 – 偏振 – 相位 – 频率
.
17
• 光互连的扇出数
– 扇出数：广播能力，即一点到多点的连接能力
• 实现光互连网络重构
– 光网络动态互连
.
18
• 1.3 光互连系统的技术特性
– 光互连的链路与结点
用另一条光束，经
过平面镜，也反射到
那个底板上去，两者
在底板上形成一幅“干
涉图样”。底板再受到
第二条波长相同的激
光束照射时，就会显
现出清晰的图象。
.
6
空间光调制器
.
7
光纤旋转连接器
.
8
第一章光通信基础知识
• 1.1 光互连网络概念及背景
– 光互连定义：以光的波粒二相性与物质相互作用产生的各种现象实现数据和信号传输和交换的理论和技术
• 链路是用于多处理器系统中两个处理器或其他信息功能单元之间一对一的连接通道
• 结点是链路和光互连网络端点所连接的功能单元
.
19
• 互连网络中的光交换（光开关）
– 路由器！！！
– 光电混合式 – 全光式
• 多计算机系统中的粒度
.
20
光网络及互连系统
• 光网络概述
– 概述 – 网络拓扑 – 同步光网络 – 波分复用
– 脑神经网络：上万个突触与周边互连 – 密集度！
.
12
• 集成电路
– 带宽 – 互连密度 – 时钟 – 能耗 – 抗干扰
.
13
• 1.2 光互连的物理依据
– 光学信息通道
• 不具有静质量：真空&介质 • 以介质中的光速传播，与接收信号的元件数无关 • GHz带宽，损耗小
.
14
• 光传输频率
– 光频>>信号频率
– 波粒二相性? – 相互作用? – 传输和交换？
.
9
• 光通信的发展
– 50年代，集成电路芯片 – 60年代，半导体激光器 – 70年代，激光二极管室温运转 – 80年代，低损耗硅玻璃光纤
.
10
• 大规模并行机
– 处理器与处理器 – 处理器与内存 – 电互连？光互连？
.
11
• 神经网络计算机
• DWDM（密集波分复用，90年代中期）
– 使用1550nm窗口 – 64－160个通道 – 通道间距50或25GHz
• CWDM（粗波分复用，90年代中期）
– 通道减少 – 间距增大
.
40
.
41
• 信号发生：LD • 信号合并：复用器 • 信号传输：光纤 • 信号放大：光放大器 • 信号分离：解复用器 • 信号接收：光探测器
.
33
光耦合器
.
34
光纤
自聚焦透镜
光纤 1、2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
(a) 自聚焦透镜
2 滤光片
(c)
光纤 1
自聚焦透镜分光片 4
3
2
(b)
1
1
23
自聚焦透镜硅光栅光纤
1＋2＋3 (d)
.
35
光隔离器
SOP 入射光
偏振器
阻塞
法拉弟旋转器
偏振器反射光
.
36
2 1
3
(a)
2
1
• 光互连系统
– 概述 – 光纤互连 – 光电混合光纤互连 – 自由空间光互连
– 基于智能像素自由空间光互连
.
21
光网络概述
• 光互连技术特点回顾
– 高带宽、独立传输、无干扰、互连数目大
– 互连密度高、低功耗（如何理解？）
• 大规模并行计算机中的互连网络
– 并行神经网络
.
22
• 电互连的限制
– 带宽限制 – 时钟歪斜 – 严重串话 – 寄生效应 – 易受电磁场干扰 – 高功耗
光通信与光电技术
.
1
课程教学
• 方法
– 基础内容＋知识应用
• 方式
– 课堂讲授
• 考核
– 平时表现＋期末考试
.
2
课程简介
• 光通信
– 以光波为载体的通信方式
• 光电技术
– 光学、电子学、光电转换
• 光互连
– 用光技术实现两个以上通信单元的链接结构
• 光通信——光互连——光电技术 • 理论层次——应用层次——技术细节
.
42
.
43
个人观点供参考，欢迎讨论！
• 光互连的优越性
– 极高的空间和时间带宽积
– 抗干扰
– 互连数大、互连密度高
– 无触点连接 – 等光程性 – 低功耗
.
23
• 光互连技术的实现方式
– 自由空间光互连 – 光波导互连（光纤互连）
.
24
• 点对点 • 总线 • 环网 • 全连接
网络拓扑
• 超立方体 • 星型 • 树型 • 网格 • 混合