光纤通讯原理精.ppt
光纤通讯原理第1页，本讲稿共10页一、一、什么是光纤通信什么是光纤通信 所谓光纤通信，就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信之目的。要使光波成为携带信息的载体，必须对之进行调制，在接收端再把信息从光波中检测出来。然而，由于目前技术水平所限，对光波进行频率调制与相位调制等仍局限在实验室内，尚未达到实用化水平，因此目前大都采用强度调制与直接检波方式（IM-DD）。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。典型的数字光纤通信系统方框图如图1.1 所示。从图中可以看出，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（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，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”（不发光）。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。就这样完成了一次通信的全过程。2第2页，本讲稿共10页二、光纤通信系统二、光纤通信系统 光发信机：光发信机是实现电/光转换的光端机。它由光源、驱动器和调制器组 成。其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后 再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。电端机就是常规的电子通信设备。光收信机：光收信机是实现光/电转换的光端机。它由光检测器和光放大器组 成。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微 弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端汲去。光纤或光缆：光纤或光缆构成光的传输通路。其功能是将发信端发出的已调光 信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任 务。中继器：中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个：一个 是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减；另一个是对波形失真的脉冲近行政性。光纤连接器、耦合器等无源器件：由于光纤或光缆的长度受光纤拉制工艺和光 缆施工条件的限制，且光纤的拉制长度也是有限度的（如1Km)。因此一条光纤线路可能存 在多根光纤相连接的问题。于是，光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合，对光纤连 接器、耦合器等无源器件的使用是必不可少的。3第3页，本讲稿共10页三、光纤传输原理分析三、光纤传输原理分析 q光独立传播定律认为，从不同光源发出的光线，以不同的方向通过介质某点时，各光线彼此互不影响，好象其他光线不存在似的。q光的直线传播和折射、反射定律认为，光在各向同性的均匀介质（折射率n不变）中，光线按直线传播。光在传播中遇到两种不同介质的光滑界面时，光发生反射和折射现象。光在均匀介质中的传播速度为：V=c/nV=c/n，式中c是光在真空中的传播速度；n是介质的折射率。q反射定律为反射线位于入射线和法线所决定的平面内，反射线和入射线处于法线的两侧，反射角等于入射角。q折射定律为折射线位于入射线和法线所决定的平面内，折射线和入射线位于法线的两侧。q光在传播过程中，若从一种介质传播到另一种介质的交界面时，因两种介质的折射率不等，将会在交界面上发生反射和折射现象。一般将折射率较大的介质称为光密媒质，折射率小的称为光疏媒质。q为了保证光信号在光纤中能进行远距离传输，一定要使光信号在光纤中反复进行全反射，才能保证衰减最小，色散最小，到达远端。实现全反射的两个条件为:一定要使光纤纤芯的折射率n1大于光纤包层的折射率N2;光入光纤的光线向纤芯一包层界面入射时，入射角应大十临界角。4第4页，本讲稿共10页四、光纤通信系统的基本组成四、光纤通信系统的基本组成 1、发射和接收、发射和接收 下图示出单向传输的光纤通信系统，包括发射、接收和作下图示出单向传输的光纤通信系统，包括发射、接收和作为广义信道的基本光纤传输系统。为广义信道的基本光纤传输系统。图图 光纤通信系统的基本组成光纤通信系统的基本组成光纤通信系统组成演示光纤通信系统组成演示5第5页，本讲稿共10页信息源：信息源：把用户信息转换为原始电信号，这种信号称为基带把用户信息转换为原始电信号，这种信号称为基带信号。信号。电发射机：电发射机：把基带信号转换为适合信道传输的信号，这个转把基带信号转换为适合信道传输的信号，这个转换如果需要调制，换如果需要调制，则其输出信号称为已调信号。则其输出信号称为已调信号。光发射机：光发射机：输入到光发射机带有信息的电信号，通过调制转换为输入到光发射机带有信息的电信号，通过调制转换为光信号。光信号。光接收机：光接收机：光载波经过光纤线路传输到接收端，再由光接收机把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。光信号转换为电信号。电接收机：电接收机：功能和电发射机的功能相反。功能和电发射机的功能相反。6第6页，本讲稿共10页 五五.光纤的导光原理光纤的导光原理 光纤为什么能够导光，光纤为什么能够导光，能传送大量信息呢能传送大量信息呢?这里我这里我们用简单的比喻，们用简单的比喻，从物理概念上来说明，以加深对光纤传输从物理概念上来说明，以加深对光纤传输信息的理解。信息的理解。光纤是利用光的全反射特性来导光的。在物理中学习光纤是利用光的全反射特性来导光的。在物理中学习过光从一种介质向另一种介质传播，由于它们在不同介质过光从一种介质向另一种介质传播，由于它们在不同介质中传输速率不一样，因此，当通过两个不同的介质交界面中传输速率不一样，因此，当通过两个不同的介质交界面就会发生折射。就会发生折射。7第7页，本讲稿共10页 若有两种不同介质若有两种不同介质,其折射率其折射率分别为分别为n0,n1，而且而且n1n0,设界面为设界面为XX；折射率小的称光疏媒质折射率小的称光疏媒质,折射折射率大的称光密媒质；率大的称光密媒质；假定光线从光疏媒质射向光密媒假定光线从光疏媒质射向光密媒质质,其折射情况如图所示。其折射情况如图所示。图中，入射角为图中，入射角为0为入射光线为入射光线与法线与法线YY夹角夹角,折射角为折射角为1为折为折射光线与射光线与YY夹角；夹角；由图可见，由图可见，10。图图 光的折射示意图光的折射示意图8第8页，本讲稿共10页 若使光束从光密媒质射向若使光束从光密媒质射向光疏媒质时光疏媒质时,则折射角大于入则折射角大于入射角，如图所示。射角，如图所示。如果不断增大如果不断增大0可使折射可使折射角角1达到达到90,这时的这时的1称为临界称为临界角。角。当光线从光密媒质射向光当光线从光密媒质射向光疏媒质疏媒质,且入射角大于临界角时且入射角大于临界角时,就会产生全反射现象。就会产生全反射现象。光纤就是利用这种全反光纤就是利用这种全反射来传输光信号的。射来传输光信号的。图图 临界角和光线的全反射临界角和光线的全反射 9第9页，本讲稿共10页 以上了解了光的全反射原理之后，下面画出光在阶跃光以上了解了光的全反射原理之后，下面画出光在阶跃光纤中的传播轨迹，即按纤中的传播轨迹，即按“之之”之形传播及沿纤芯与包层的分之形传播及沿纤芯与包层的分界面掠过，如图界面掠过，如图 所示。所示。10第10页，本讲稿共10页
