光通信技术的基础知识

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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LED

5）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。

第二节 技术的基础知识

一、教学目标：

1．知识与技能：让学生了解技术设计的分类及技术的基本原则

2．过程与方法：通过自主选择、小组合作讨论的方法培养学生的小组合作意识及自学能力。

3．情感态度价值观：逐步培养学生学习通用技术的兴趣，感受技术设计与生活的精密联系。

二、教学重难点：

重点：让学生理解设计的一般原则。

难点：在案例中区分设计的原则

三、教学过程：

（一）引入

幻灯片展示各种技术设计，吸引学生眼球，引起学生的学习兴趣，并让学生感受技术设计与生活息息相关。引出课题——技术的基础知识。

（二）新课教学

1.技术设计的种类

提问：同学们欣赏刚才的一些设计的时候有没有注意到每一项技术都有一个共同的特点？

学生自由回答。

其实在技术设计发展的历史长河中，人们慢慢总结，把众多的技术设计分成三类，你们知道是哪三类吗？

学生答：原创性设计，改进性设计，综合（组合）性设计。

（学生看书很容易答出来）

（考察学生是否顾名思义能理解）给出多种设计选项，请学生进行分类选择，并回答。

根据学生的答案进行点评，如果学生都理解，就简要引导学生总结出设计三种类型的概念，如果不能理解，就针对性分析。三种设计类型并不是完全独立的，可能会交叉。

请学生分别各举一例以巩固复习。

2.技术设计的原则

小组合作任务

幻灯片展示多款手机，将学生分组扮演不同角色，小组讨论会选哪款手机并说出理由。

学生讨论，自主发现设计的一般原则。

根据学生的回答进行点评分析，得出结论不是任何设计都是成功的，一个成功的设计必定要遵从一定的原则和标准。

请学生浏览数43-45页，看看技术设计的原则有哪些，在浏览的过程中看看自己能不能理解这些原则。并请小组讨论每一种原则举出一例。时间五分钟。如果不能理解的讨论结束后提出，与老师一起分析。

学生看书、讨论。

学生汇报情况，根据学生汇报情况进行点评分析。

（检验环节）展示一些技术设计的图片，请学生回答这些设计遵从或违背了哪些原则。

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精品文档 光纤通信 重要知识点总结

第一章

1.任何通信系统追求的最终技术目标都是要可靠地实现最大可能的信息传输容量和传输距离。通信系统的传输容量取决于对载波调制的频带宽度，载波频率越高，频带宽度越宽。

2.光纤：由绝缘的石英（SiO2）材料制成的，通过提高材料纯度和改进制造工艺，可以在宽波长范围内获得很小的损耗。

3.光纤通信系统的基本组成:以光纤为传输媒介、光波为载波的通信系统，主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。光纤通信系统既可传输数字信号也可传输模拟信号。输入到光发射机的带有信息的电信号，通过调制转换为光信号。光载波经过光纤线路传输到接收端，再由光接收机把光信号转换为电信号。系统中光发送机的作用是将电信号转换为光信号，并将生成的光信号注入光纤。光发送机一般由驱动电路、光源和调制器构成，如果是直接强度调制，可以省去调制器。

光接收机的作用是将光纤送来的光信号还原成原始的电信号。它一般由光电检测器和解调器组成。光纤的作用是为光信号的传送提供传送媒介，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。为提高传输质量，通常把模拟基带信号转换为频率调制、脉冲频率调制或脉冲宽度调制信号，最后把这种已调信号输入光发射机。还可以采用频分复用技术，用来自不同信息源的视频模拟基带信号（或数字基带信号）分别调制指定的不同频率的射频电波，然后把多个这种带有信息的RF信号组合成多路宽带信号，最后输入光发射机，由光载波进行传输。在这个过程中，受调制的RF电波称为副载波，这种采用频分复用的多路电视传输技术，称为副载波复用技术。目前大都采用强度调制与直接检波方式。又因为目前的光源器件与光接收器件的非线性比较严重，所以对光器件的线性度要求比较低的数字光纤通信在光纤通信中占据主要位置。

数字光纤通信系统基本上由光发送机、光纤与光接收机组成。发送端的电端机把信息进行模数转换，用转换后的数字信号去调制发送机中的光源器件LD，则LD就会发出携带信息的光波，即当数字信号为“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”。光波经低衰耗光纤传输后到达接收端。在接收端，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。这样就完成了一次通信的全过程。

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。