光通讯基础知识.ppt
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1、第三章光纤通信基本知识第三章光纤通信基本知识一一一一 光纤通信光纤通信光纤通信光纤通信二二二二 光纤光缆光纤光缆光纤光缆光纤光缆三三三三 光器件光器件光器件光器件四四四四 光纤传输系统光纤传输系统光纤传输系统光纤传输系统五五五五 SDHSDH1 1一一 光纤通信光纤通信l l光纤通信是以光波为载波,以光纤(光光纤通信是以光波为载波,以光纤(光导纤维)为传输媒体,将信号从某一点导纤维)为传输媒体,将信号从某一点传送到另一点的通信方式。具有传输距传送到另一点的通信方式。具有传输距离远(传输损耗小)、通信容量大(传离远(传输损耗小)、通信容量大(传输频带宽)、抗干扰性能好(不受电磁输频带宽)、抗干扰
2、性能好(不受电磁干扰)、保密性好(不产生光泄漏)、干扰)、保密性好(不产生光泄漏)、重量轻、体积小等优点。重量轻、体积小等优点。2 2二二 光纤光缆光纤光缆l l光纤是用石英玻璃、塑料或晶体等对某个波长光纤是用石英玻璃、塑料或晶体等对某个波长光纤是用石英玻璃、塑料或晶体等对某个波长光纤是用石英玻璃、塑料或晶体等对某个波长范围透明的材料制造的能传输光的纤维。由纤范围透明的材料制造的能传输光的纤维。由纤范围透明的材料制造的能传输光的纤维。由纤范围透明的材料制造的能传输光的纤维。由纤芯和包层组成,纤芯的折射率比包层的高。芯和包层组成,纤芯的折射率比包层的高。芯和包层组成,纤芯的折射率比包层的高。芯和
3、包层组成,纤芯的折射率比包层的高。l l光纤的特征和性能:光纤的特征和性能:光纤的特征和性能:光纤的特征和性能:1.1.几何和结构参数:芯径、外径、数值孔径、折射率分几何和结构参数:芯径、外径、数值孔径、折射率分几何和结构参数:芯径、外径、数值孔径、折射率分几何和结构参数:芯径、外径、数值孔径、折射率分布等。布等。布等。布等。2.2.光传输特性:工作波长、传输损耗和带宽、色散、偏光传输特性:工作波长、传输损耗和带宽、色散、偏光传输特性:工作波长、传输损耗和带宽、色散、偏光传输特性:工作波长、传输损耗和带宽、色散、偏振特性等。振特性等。振特性等。振特性等。3.3.环境特性:高低温特性、抗微弯和弯
4、曲特性、抗辐射环境特性:高低温特性、抗微弯和弯曲特性、抗辐射环境特性:高低温特性、抗微弯和弯曲特性、抗辐射环境特性:高低温特性、抗微弯和弯曲特性、抗辐射特性、抗疲劳特性、机械筛选强度等。特性、抗疲劳特性、机械筛选强度等。特性、抗疲劳特性、机械筛选强度等。特性、抗疲劳特性、机械筛选强度等。3 3光纤的分类光纤的分类l l按工作波长:按工作波长:按工作波长:按工作波长:短波长(短波长(短波长(短波长(850nm)850nm)长波长(长波长(长波长(长波长(1310nm1310nm、1550nm1550nm)l l按传输模式:按传输模式:按传输模式:按传输模式:多模光纤和单模光纤多模光纤和单模光纤多
5、模光纤和单模光纤多模光纤和单模光纤l l按折射率分布:按折射率分布:按折射率分布:按折射率分布:阶跃(突变)型阶跃(突变)型阶跃(突变)型阶跃(突变)型(SI)(SI)和梯度(渐变)型和梯度(渐变)型和梯度(渐变)型和梯度(渐变)型(GI)(GI)l l按材料:按材料:按材料:按材料:石英光纤、塑料光纤等石英光纤、塑料光纤等石英光纤、塑料光纤等石英光纤、塑料光纤等几种新型光纤:色散位移光纤(几种新型光纤:色散位移光纤(几种新型光纤:色散位移光纤(几种新型光纤:色散位移光纤(DSFDSF)、非零色散光纤)、非零色散光纤)、非零色散光纤)、非零色散光纤(NZDFNZDF)、色散平坦光纤()、色散平
6、坦光纤()、色散平坦光纤()、色散平坦光纤(DFFDFF)、色散补偿光纤)、色散补偿光纤)、色散补偿光纤)、色散补偿光纤(DCFDCF)等)等)等)等4 4光缆光缆l l含有光纤,符合现场实际使用要求的光、含有光纤,符合现场实际使用要求的光、机械和环境规范的缆。由光纤、加强件和机械和环境规范的缆。由光纤、加强件和外护层等组成。外护层等组成。l l光缆的分类:光缆的分类:l l按芯数分为单芯、双芯、多芯按芯数分为单芯、双芯、多芯按芯数分为单芯、双芯、多芯按芯数分为单芯、双芯、多芯l l按结构分为层绞式、骨架式、带状等按结构分为层绞式、骨架式、带状等按结构分为层绞式、骨架式、带状等按结构分为层绞式
7、、骨架式、带状等l l按敷设场合分为架空、直埋、管道、移动、室按敷设场合分为架空、直埋、管道、移动、室按敷设场合分为架空、直埋、管道、移动、室按敷设场合分为架空、直埋、管道、移动、室内、水下、海底等内、水下、海底等内、水下、海底等内、水下、海底等l l按用途分为通信用光缆和非通信用光缆按用途分为通信用光缆和非通信用光缆按用途分为通信用光缆和非通信用光缆按用途分为通信用光缆和非通信用光缆5 5三三 光器件(无源)光器件(无源)l l光分路器光分路器/耦合器:耦合器:1xN(树型)、(树型)、NxN(星型)(星型)l l波分复用器:合波器和分波器、滤波器波分复用器:合波器和分波器、滤波器l l光纤
8、连接器:固定、活动(光纤连接器:固定、活动(FC、ST、SC等)、适配器(直通)等)、适配器(直通)l l光开关光开关l l光衰减器:固定、可变光衰减器:固定、可变l l光隔离器:单方向传输光的器件光隔离器:单方向传输光的器件l l极化器极化器6 6有源光器件有源光器件l l光源:发光二极管(光源:发光二极管(LED)激光二极管(激光二极管(LD)l l光电检测器:光电检测器:PIN光电管、光电管、PIN-FET组件组件 雪崩光电二极管(雪崩光电二极管(APD)l l光纤放大器(光纤放大器(EDFA)l l调制器调制器7 7四四 光纤传输系统光纤传输系统l l第一代:第一代:第一代:第一代:0
9、.85um0.85um多模光纤系统多模光纤系统多模光纤系统多模光纤系统l l第二代:第二代:第二代:第二代:1.3um1.3um多模光纤系统多模光纤系统多模光纤系统多模光纤系统l l第三代:第三代:第三代:第三代:1.3um1.3um单模光纤系统单模光纤系统单模光纤系统单模光纤系统l l第四代:第四代:第四代:第四代:1.55um1.55um单模光纤系统单模光纤系统单模光纤系统单模光纤系统l l三个过渡:三个过渡:三个过渡:三个过渡:l l短波长短波长短波长短波长 长波长长波长长波长长波长l l多模光纤多模光纤多模光纤多模光纤 单模光纤单模光纤单模光纤单模光纤l lAlGaAs/GaAsInG
10、aAsP/InPAlGaAs/GaAsInGaAsP/InPl l三项新技术三项新技术三项新技术三项新技术:l l波分复用波分复用波分复用波分复用(WDM)(WDM)l l相干通信相干通信相干通信相干通信l l光电子集成光电子集成光电子集成光电子集成(OEIC)(OEIC)8 8光纤传输系统框图光纤传输系统框图电端机驱动光源光检测判决再生光源光检测放大电端机发送光发送机光纤光缆光中继器光接收机接收光纤光缆模拟通信:信噪比和谐波失真数字通信:误码率和相位抖动9 9光纤通信系统的新技术光纤通信系统的新技术延长中继距离的新技术延长中继距离的新技术光放大器光放大器(EDFA)外调制器外调制器(电光晶体
11、电光晶体LiNbO3 3)色散补偿色散补偿(DCF、Bragg光纤光栅光纤光栅)提高通信容量的新技术提高通信容量的新技术时分复用技术(时分复用技术(TDM)波分复用技术(波分复用技术(WDM)1010光波分复用(光波分复用(WDM)l l在一根光纤中同时传输几个不同波长的在一根光纤中同时传输几个不同波长的光信号。光信号。l l复用器是将若干不同波长的光信号分开复用器是将若干不同波长的光信号分开或合并的器件,有熔锥型、棱镜色散型、或合并的器件,有熔锥型、棱镜色散型、光栅色散型、干涉滤光型等。光栅色散型、干涉滤光型等。光纤光纤复复用用器器复复用用器器1111光频分复用(光频分复用(OFDM)l l
12、当波分复用的光载波间隔变窄到小于当波分复用的光载波间隔变窄到小于1nm时,就是光频分复用;而间隔大于时,就是光频分复用;而间隔大于1nm时,称为密集波分复用(时,称为密集波分复用(DWDM)1212副载波调制(副载波调制(SCM)l lSCM是一种采用两级调制的频分复用系是一种采用两级调制的频分复用系统。第一次电调制,由多路信号分别对统。第一次电调制,由多路信号分别对多个副载频进行调制(多个副载频进行调制(AM/FM/PM),然后,再将复合信号对光波进行强度调然后,再将复合信号对光波进行强度调制。制。1313相干光通信系统相干光通信系统l l相干光通信系统又称为外差光纤通信系相干光通信系统又称
13、为外差光纤通信系统。是一种采用单一频率的相干光做光统。是一种采用单一频率的相干光做光载波,利用无线电技术中的外差接收方载波,利用无线电技术中的外差接收方式,再配合式,再配合ASKFSKPSK等调制方式等调制方式的新型光纤通信方式。主要优点是光接的新型光纤通信方式。主要优点是光接收机灵敏度高,选择性好;既可扩大通收机灵敏度高,选择性好;既可扩大通信容量,又可增加再生中继距离。信容量,又可增加再生中继距离。1414光孤子(光孤子(Soliton)通信)通信l l在很强的光场作用下,光纤的各种特征在很强的光场作用下,光纤的各种特征参数随光场强弱呈非线性变化。它使所参数随光场强弱呈非线性变化。它使所传
14、的光脉冲变窄,正好补偿了由于色散传的光脉冲变窄,正好补偿了由于色散使脉冲展宽的影响。光孤子是一种特殊使脉冲展宽的影响。光孤子是一种特殊形状的超短脉冲(几个形状的超短脉冲(几个uus),它在光),它在光纤的传输过程中将不产生畸变,可实现纤的传输过程中将不产生畸变,可实现高速、长距离通信。高速、长距离通信。1515光放大器光放大器l l为了进行长距离传输,可以采用光为了进行长距离传输,可以采用光/电电/光转换形式的光中继器,也可以采用直光转换形式的光中继器,也可以采用直接对光信号进行放大的光放大器。接对光信号进行放大的光放大器。l l光放大器可分为半导体光放大器光放大器可分为半导体光放大器(SOA
15、)和光纤放大器()和光纤放大器(FA)。)。l l光纤放大器又可分为非线性光纤放大器光纤放大器又可分为非线性光纤放大器(喇曼光纤放大器)和掺铒光纤放大器(喇曼光纤放大器)和掺铒光纤放大器(EDFA)1616掺铒光纤放大器(掺铒光纤放大器(EDFA)l l将稀土元素铒(将稀土元素铒(Er)注入到纤芯中,即)注入到纤芯中,即是掺铒光纤。它在泵浦光的作用下可直是掺铒光纤。它在泵浦光的作用下可直接对某一波长的光信号进行放大,这就接对某一波长的光信号进行放大,这就是掺铒光纤放大器。是掺铒光纤放大器。l lEDFA的主要优点是:的主要优点是:l l1、工作波长在、工作波长在15301560nm范围;范围;
16、l l2、激励的泵浦功率低(几十、激励的泵浦功率低(几十mW);l l3、增益高(、增益高(40dB),噪声低噪声低(34dB),输出功率大(输出功率大(1420dB);l l4、连接损耗低(、连接损耗低(dB);1717EDFA的结构的结构光耦光耦合器合器光隔光隔离器离器光隔光隔离器离器光滤光滤波器波器泵浦泵浦光源光源输入输入光信号光信号输出输出光信号光信号掺铒光纤掺铒光纤光耦光耦合器合器光隔光隔离器离器光隔光隔离器离器光滤光滤波器波器泵浦泵浦光源光源输入输入光信号光信号输出输出光信号光信号掺铒光纤掺铒光纤同向泵浦结构同向泵浦结构反向泵浦结构反向泵浦结构双向泵浦结构(略)双向泵浦结构(略)1
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