光纤通信第七单元课件

光通信与光电技术
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
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
空间光调制器
光纤旋转连接器
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
– 波粒二相性? – 相互作用? – 传输和交换？
• 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
– 自由空间光互连 – 光波导互连（光纤互连）
• 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
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
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
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
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 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。

就叫做“受激辐射的光放大”，简称激光。
1950年，波尔多一所中学的教师阿尔弗雷德·卡斯特 勒同让·布罗塞尔发明了“光泵激”技术。这一发明后 来被用来发射激光
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2.2.1 光纤通信概述
1951年，美国哥伦比亚大学的一位教授查尔斯·汤 斯（Townes）对微波的放大进行了研究，经过三年 的努力，他成功地制造出了世界上第一个“微波激 射器”，即“受激辐射的微波放大”的理论。 1958年，汤斯和肖洛在《物理评论》杂志上发表了 他们的“发明”——关于“受激辐射的光放大”（ 即LASER）的论文。
意思是“受激辐射的光放大”。
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2.2.1 光纤通信概述
什么叫做“受激辐射”？ 在组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分 布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光子 的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上，这时 将会辐射出与激发它的光相同性质的光，而且在某种 状态下，能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这
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2.2.1 光纤通信概述
第二种方式：把光束限制在特定空间
透镜波导：在金属管内每隔一定距离安装一个透镜，
每个透镜把经传输的光束聚到下一个透镜而实现
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2.2.1 光纤通信概述
反射镜波导：用与光束传输方向成45度角的两个
平行反射镜代替透镜而构成
首先：现场施工中校准和安装十分复杂； 其次：地面活动对波导影响很大
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2.2.1 光纤通信概述
各种传输介质所能承载的载波大小：
铜线——1MHz 同轴电缆——100MHz 无线电——500kHz～100MHz 微波（包括卫星信道）——100GHz 光纤——几百THz NEC和Alcatel报道他们的传输容量分别达到
10.92Tb/s和10.02Tb/s。（采用波分复用技术 ）

7.2.1 光纤接入网功能模型
Q3接口 （PON） ODN ONU ONU ONU 用户侧 ONU：光网络单元 ODN：光配线网络 接入链路 OLT：光线路终端 PON：无源光网络 网络侧 AON：有源光网络 ODT：光配线终端 （AON） ODT OLT 业务节点功能 OLT甚高速数字用户线(VDSL：very－high－rate DSL) 在ADSL基础上发展起来的VDSL，可在很短的双绞 铜线上传送比ADSL更高速的数据，其最大的下行速率为 51～55Mbps，传输线长度不超过300m；当传输速率在 13Mbps以下时，传输距离可达到1.5Km，上行速率则为 1.6Mbps以上。 • 速率自适应数字用户线(RADSL:Rate Adaptive DSL) RADSL提供的速率范围与ADSL基本相同，也是一 种提供高速下行、低速上行并保留原语音服务的数字用 户线。与ADSL区别在于：RADSL的速率可以根据传输 距离动态自适应，当距离增大时，速率降低，这样可以 提供用户传输服务的灵活选择。
树形结构 采用串联光分支器件（OBD）分开下 行信号和组合上行信号，光分支器件一般采用1： N型。 总线形结构采用分光/合光器件（S/C）即光分支 耦合器，将各个ONU连接到OLT发出的总线上。 ODN的主要光特性如下： •光波长透明性：如光分支器件之类的无源器件， 不 具 有 波 长 选 择 功 能， 能 支 持 传 送 1310nm和 1550nm波长区内波长的信号。 •互换性：ODN的输入和输出口互换后，对通过器 件的光衰耗不会产生显著的变化。 •光纤兼容性：所有的光器件应能与光纤兼容。
光纤接入网可分为光纤到户(FTTH)、光纤到路边 (FTTC)、光纤到大楼(FTTB)、光纤到办公室 (FTTO)等。
基于光纤的接入技术包括光纤/同轴线混合网 （HFC：Hybrid Fiber Coaxial) 、以ATM为基础 的无源光网络(APON) 、GPON、EPON、SDH 应用于接入网 、IP over （D）WDM 等。

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
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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