第六章光纤通信技术精选文档.ppt

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1、第六章光纤通信技术本讲稿第一页，共十七页2、光纤通信系统组成、光纤通信系统组成概念：以光波作载波，以光纤作传输介质的系统。概念：以光波作载波，以光纤作传输介质的系统。组成组成信信息息源源信信宿宿电电发发射射机机电电接接收收机机光光发发射射机机光光接接收收机机光纤线路光纤线路基本光纤传输系统基本光纤传输系统分类分类模拟光纤模拟光纤通信系统：通信系统：数字光纤数字光纤通信系统：通信系统：传输的信号是模拟信号。传输的信号是模拟信号。小容量、短距离小容量、短距离传输的信号是数字信号。传输的信号是数字信号。高速率、大容量、长高速率、大容量、长距离距离本讲稿第二页，共十七页第二节第二节 光纤与光缆光纤与光

2、缆一、光纤（光导纤维）一、光纤（光导纤维）（一）结构（一）结构多模纤芯直径多模纤芯直径50-80 包层直径包层直径125 包层包层纤芯纤芯纤芯：传导光波。纤芯：传导光波。包层：使光波封闭在光纤中传播、减少损耗、增加包层：使光波封闭在光纤中传播、减少损耗、增加光纤机械强度。光纤机械强度。纤芯纤芯包层包层n1n2本讲稿第三页，共十七页（二）材料：主要成分：石英（二）材料：主要成分：石英（siO2）GeO2 SiO2-锗硅系光纤。锗硅系光纤。P2O5 SiO2-磷硅系光纤。磷硅系光纤。纤芯纤芯折射率较石英高折射率较石英高包层：包层：SiO2中掺中掺 B2O3 或氟或氟折射率较石英低折射率较石英低光在

3、光纤中传输的必要条件是：光在光纤中传输的必要条件是：n1 n2（三）分类（三）分类阶跃折射率光纤阶跃折射率光纤梯度折射率光纤梯度折射率光纤按折射率按折射率变化情况变化情况n1n2n1n2轴向距离轴向距离n1n2折折射射率率折折射射率率轴向距离轴向距离单模光纤单模光纤按模式分按模式分多模光纤多模光纤只传输单一的电磁场模式只传输单一的电磁场模式同时传输多种电磁场模式同时传输多种电磁场模式本讲稿第四页，共十七页ir（四）光纤导光的原理（四）光纤导光的原理n1n2n0本讲稿第五页，共十七页二、光缆二、光缆本讲稿第六页，共十七页第三节第三节 光源与光检测器光源与光检测器一、光源一、光源（一）概述（一）概

4、述1、种类、种类2、材料、材料:半导体激光器：半导体激光器：单色性好、相干性好、方向性强、单色性好、相干性好、方向性强、用于长距离通信用于长距离通信半导体发光二极管：发光功率小、方向性差、短距离半导体发光二极管：发光功率小、方向性差、短距离通信通信砷化镓（砷化镓（GaAs)（二）发光的基本原理（光吸收、光反射）（二）发光的基本原理（光吸收、光反射）其中：其中：H-普朗克常数普朗克常数 6.62610-34JS能级能级E1 E2 E1-E2=h121本讲稿第七页，共十七页1、光的自发辐射（无外界作用）、光的自发辐射（无外界作用）2、光的受激辐射（外界影响）、光的受激辐射（外界影响）特点：受辐射产

5、生的光子，与外来的光子特征完全相同。即频率、相位、特点：受辐射产生的光子，与外来的光子特征完全相同。即频率、相位、偏振态、振动方向和传播方向均相同（全同光子），经光的放大作用后偏振态、振动方向和传播方向均相同（全同光子），经光的放大作用后形成相干光即激光。形成相干光即激光。自发跃迁自发跃迁 E2E1释能释能以热能形式以热能形式以光子的形式以光子的形式特点：光子频率可能不同，光子方向随机、相位、偏振态彼此无关。即荧特点：光子频率可能不同，光子方向随机、相位、偏振态彼此无关。即荧光。光。本讲稿第八页，共十七页3、光的受激吸收、光的受激吸收电子电子吸收光子吸收光子E1E2正常情况下，低能态的电子比高

6、能级的多，因此总是表现为光的吸正常情况下，低能态的电子比高能级的多，因此总是表现为光的吸收，为实现光的放大效应必须使高能级的电子数大于低能级的电子收，为实现光的放大效应必须使高能级的电子数大于低能级的电子数这就是所谓的粒子数反转分布。数这就是所谓的粒子数反转分布。（三）半导体激光器（三）半导体激光器1 1、简单的砷化镓、简单的砷化镓（GaAs)激光器构造激光器构造激光出激活媒质解理面NP砷化镓砷化镓掺杂掺杂N区：掺区：掺TeP区：掺区：掺Zn本讲稿第九页，共十七页2 2、半导体激光器的工作原理、半导体激光器的工作原理半导体光源利用在注入电流的作用下，电子从低能态跃半导体光源利用在注入电流的作用

7、下，电子从低能态跃迁至高能态形成粒子数反转分布，电子再从高能态跃迁迁至高能态形成粒子数反转分布，电子再从高能态跃迁至低能态产生光子，经谐振腔放大后光被进一步放大并至低能态产生光子，经谐振腔放大后光被进一步放大并产生振荡向外输出。产生振荡向外输出。PN自建电场自建电场空间电荷区空间电荷区 导带导带价带价带P区区 N区区 本讲稿第十页，共十七页二、光电检测器原理二、光电检测器原理PN结反向偏压结反向偏压 半导体光电检测器则在注入光的作用下半导体光电检测器则在注入光的作用下,电子由低能态向高能态跃迁电子由低能态向高能态跃迁,并在外加电场作用下形成光并在外加电场作用下形成光生电流效应生电流效应PN自建

8、电场自建电场空间电荷区空间电荷区 本讲稿第十一页，共十七页第四节第四节 光接收机与光发射机光接收机与光发射机一、光接收机一、光接收机作用：经光纤传输后幅度被衰减，波形被展宽，微弱光信号作用：经光纤传输后幅度被衰减，波形被展宽，微弱光信号转换成光信号，并进行放大处理，恢复为原来信号转换成光信号，并进行放大处理，恢复为原来信号（一）组成（一）组成光电检光电检测器测器前置放前置放大器大器主放主放大器大器均衡器均衡器判决器判决器时钟恢时钟恢复复AGC 电路电路光信号光信号本讲稿第十二页，共十七页（二）光发送机（二）光发送机线路编码线路编码调制电路调制电路光源光源控制电路控制电路数字信号数字信号数字信号

9、数字信号LD作用：将电信号变换成光信号，送入光纤传播出去作用：将电信号变换成光信号，送入光纤传播出去第五节第五节 数字光纤通信系统的数字光纤通信系统的两种传输体制两种传输体制本讲稿第十三页，共十七页STM-nSTM-n同步时分复用同步时分复用 TDMTMSTM-n低速低速信号信号ADMDXCADMTM低速低速信号信号TMSTM-n低速低速信号信号ADMDXCADMTM低速低速信号信号TMnNSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSTM-NSDH拓扑结构拓扑结构PPH准同步数字系列准同步数字系列 中低速率点对点传输中低速率点对点传输SDH-同步数字系列同步数字系列 点对点或多点间的网

10、络传输点对点或多点间的网络传输STM-N本讲稿第十四页，共十七页TMSDH终接设备或终接设备或SDH终接复用器终接复用器作用：复接作用：复接/分接和提供业务适配分接和提供业务适配例：例：DMXMUXSTM-NE1E2E1E2STM-NADM复接分接设备复接分接设备作用：利用分接功能将输入信号所承载的信息分作用：利用分接功能将输入信号所承载的信息分成两部分：一部分直接转发，另一部分卸下给成两部分：一部分直接转发，另一部分卸下给本地用户。然后信息又通过复接功能将转发部本地用户。然后信息又通过复接功能将转发部分和本地上送的部分合成输出。分和本地上送的部分合成输出。本讲稿第十五页，共十七页例：例：ST

11、M-nDMXMUX中继线中继线STM-nSTM-n中继线中继线STM-nDXC作用：它有多个输入和多个输出，通过适当配置可提供不同的端作用：它有多个输入和多个输出，通过适当配置可提供不同的端到端连接（交叉连接）到端连接（交叉连接）1:m1:m1nm:11m:1n配置管理交叉连接矩阵交叉连接矩阵DXC数字交叉连接设备数字交叉连接设备本讲稿第十六页，共十七页SDHSDH特点特点（1 1）SDHSDH采用世界上统一的标准传输速率系列，有利采用世界上统一的标准传输速率系列，有利于不同通信系统互联于不同通信系统互联（2 2）SDHSDH各网络单元的接口有严格的标准规范各网络单元的接口有严格的标准规范（3 3）简化复接分接的实现设备，由低速率信号复接成高）简化复接分接的实现设备，由低速率信号复接成高速率信号，或从高速率信号分接出低速信号，不必逐级速率信号，或从高速率信号分接出低速信号，不必逐级进行进行（4 4）采用数字叉连接设备）采用数字叉连接设备DXCDXC可对各种端口速率连接配置，可对各种端口速率连接配置，对网络资源进行自由化的调度和管理，既提高资源利用对网络资源进行自由化的调度和管理，既提高资源利用率，由增强了网络的抗叠加性和可靠性。率，由增强了网络的抗叠加性和可靠性。本讲稿第十七页，共十七页