光纤通信第五版_第四章讲义01

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光纤通信系统讲义第一 章
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2020/11/5
光纤通信系统讲义第一章
第一章 概述
1.1. 光纤通信的发展概况 • 光通信就是发出包含了某种信息在内的光，
将这种光通过媒质光纤传到对方，然后在 这种光中取出原来的信息，这就是光纤通 信。
• 古代，我们的祖先已经利用光来传递信息。 建造烽火台，用烟和火花来报警，用旗语 来传送信息等。
在我国青岛和韩国泰安登陆、全长549公里
•
光纤通信系统讲义第一章
照Pioneer公司预测，海底光缆系统的建设资金（包 括新建和升级改造），2003年为最低点，2007年 则可恢复到2001年的水平。略高于140亿美元)。 而Terabit Consulting公司认为，2004年后海底光 缆建设将开始复苏，2004-2009年海底光缆的投 资总额可达496亿美元（这段时间每年平均80多 亿美元）。但日本KDDI公司认为，从现时的市场 感觉以及根据IT泡沫发生前的长时期内市场的发 展趋势来判断，Consulting公司的预测将很难成 为现实。KDDI还认为，2004年后海底光缆建设每 年的投资额充其量也就是40亿美元左右。
•2 dB/cm
•Fourth Generation, 1996, 1.55 mm

渐变型多模光纤模式色散较小！
群时延：光信号在光纤中传播单位距离的时间，即 群速度的倒数 d d
波长色散时延差： 模式色散时延差： 群折射率：
c vp n
vg d c d ng
d H d L d d
d n d m d d
光信号的强度变化——光纤的衰减 光信号的相位变化——光纤的色散 光信号的频率、相位变化等——光纤的非线性
4.3.1 光纤的衰减特性 光纤通信中，光纤的衰减限制了信号所能传输的最 大距离，光纤的衰减越小，光传输距离就会越长。 光能量的衰减（损耗）主要包括光纤耦合损耗、光 纤的吸收和散射损耗以及光纤的弯曲辐射损耗。
第四章 光纤的传输特性 和新型光纤
光纤的衰减机理及其决定因素 光纤的色散机理及其决定因素
光纤的非线性及其对传输的影响
新型石英光纤的特性及其应用场合
4.3 光纤的传输特性
光纤中传输光信号时，光信号的强度、频率、相 位、偏振态等光参量会随传输距离的增加而改变， 这种特性称为光纤的传输特性。
A、B、C分别对应于3种截 止波长（0.7µm、1.18µm、 1.4µm）的光纤弯曲临界半 径随波长的变化。
c Ac R exp( UR) 1 1 2

1 2
（4） 光纤的耦合损耗
① 光纤与光源的耦合损耗
为获得最佳的耦合效率，主要考虑光纤与光源的特征 参量的相互匹配。 光纤：纤芯直径 数值孔径角 截止波长 偏振特性 光源：发光面积 发光的角分布 光谱特性 偏振特性 a) 半导体激光器和光纤的耦合损耗
a) 多模光纤MMF和MMF的耦合损耗
光纤的透过率：
端面光功率 均匀分布
N n1 n0
16 N 2 T [1 F (12 )] 4 (1 N )

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

λ 1,λ 2,λ i-1,λ i, λ i+1,· · · ,λ n 3 λ i
λ i
λ 1,λ 2,λ i-1, λ i+1,· · · ,λ n
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光纤通信器件
光纤光栅的封装工艺与技术
（2）高温载氢处理
➢在含氢1mol%环境下，使用CO2激光将光纤加温 至600℃ ➢短时间（10秒）内增加光纤的光敏性 （3）火焰热处理 ➢氢气火焰+少量氧气将光纤加热至1700℃ ➢持续20分钟 ➢光纤的光敏性增加10倍，折射率变化＞10-3 ➢高温对光纤造成损伤，引起可靠性等方面问题
磁致伸缩棒置于非均匀磁场中，则磁致伸缩棒 表面不同位置产生的应力大小也不同，使得光纤光 栅上不同位置的栅格间距（光栅常数Λ）被拉伸或挤 压的程度也有区别，折射率变化程度也不一致，使 得原本均匀周期的光纤光栅变为非均匀周期的啁啾 光纤光栅。磁场梯度为23mT/cm时，带宽为0.92nm 的光纤光栅被调谐成1.63nm的啁啾光纤光栅。
28
光纤通信器件
在光纤通信中的应用
基于光纤光栅的WDM
λ 4
光 环 行 器 1
λ 1 1
2
光 环 行 器 2
λ 2 1
2
光 环 行 器 3
λ 3 1
2
光 纤 光 栅 1λ 1 3 λ 1
光 纤 光 栅 2λ 2 3 光 纤 光 栅 3 λ 3 λ 2
3λ 3 λ λ 1 3,,λ λ 2 4,
1 光 环 行 器 2 λ λ 1 i+,1λ ,· 2· ,· λ ,i-λ 1,λ ni,光 纤 光 栅
则波长漂移量为
1pesin20DMF
4GIP
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