光纖通信技術(shù)

第二部分現(xiàn)代典型的通信技術(shù)12.1光纖通信22.1.1光纖通信概述光纖：光導(dǎo)纖維的簡稱光通信：是指利用光波載送信息，從而實(shí)現(xiàn)通信的方式。光纖通信：是指利用光導(dǎo)纖維做媒體，用光波來載送信息的通信方式。3一、光纖通信發(fā)展簡介1、光纖1966年，英籍華人高錕和霍克哈姆從理論上證明了用玻璃可以制成衰減為20dB/km的通信光導(dǎo)纖維。1970年，美國康寧玻璃公司首先制造出衰減為20dB/km的光纖。1974年，光纖的衰減已降低到2dB/km；1980年，長波長窗口（1.5μm）的衰減低達(dá)0.2dB/km，接近理論值。42、光源要實(shí)現(xiàn)光纖通信，還需要有適當(dāng)?shù)墓庠础?970年，研制出在室溫下連續(xù)運(yùn)行的激光器和發(fā)光二極管；特別是長波長（1.3μm、1.5μm）激光器和發(fā)光二極管的研制成功，為實(shí)現(xiàn)光纖通信奠定了基礎(chǔ)。53、光通信系統(tǒng)第一代光通信系統(tǒng)：1977年，在美國芝加哥，距離7公里的電話局間首次實(shí)現(xiàn)了光通信傳輸系統(tǒng)，光波長為0.85μm。第二代光通信系統(tǒng)：1981年，實(shí)現(xiàn)了局間使用1.3μm多模光纖的通信系統(tǒng)。第三代光通信系統(tǒng)：1984年，實(shí)現(xiàn)了局間使用1.3μm單模光纖的通信系統(tǒng)，廣泛用于長途和跨洋通信。6第四代光通信系統(tǒng)：80年代中期實(shí)現(xiàn)了使用1.5μm單模光纖的通信系統(tǒng)。現(xiàn)在，SDH體制形成的光傳送網(wǎng)被廣泛使用。各種波分復(fù)用（WDM）和光時(shí)分復(fù)用（OTDM）系統(tǒng)進(jìn)一步提高了傳輸容量，相干光通信、光孤子通信和集成光學(xué)有了一定的進(jìn)展。人們期待著新一代光纖通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。7二、光纖通信的特點(diǎn)

與電纜和微波等通信方式相比，光纖通信具有明顯的優(yōu)越性。1、優(yōu)點(diǎn)：（1）傳輸頻帶寬，通信容量大粗略地講，一根光纖傳輸數(shù)字信號的碼速容量在理論上可達(dá)40Tbit/s（T=1012）。最好的金屬導(dǎo)線，可傳輸?shù)臄?shù)字信號的碼速為400Mbit/s。差5個(gè)數(shù)量級。容量較微波通信可提高103～104倍。

8（2）傳輸損耗低，中繼距離長。（3）不受電磁干擾。（4）保密性能好。（5）線徑細(xì)，重量輕。（6）光纖材料資源豐富。92、缺點(diǎn)：（1）質(zhì)地脆，機(jī)械強(qiáng)度低（2）要有較好的切斷、連接技術(shù)（3）分路、耦合比較麻煩。10三、光纖通信系統(tǒng)的組成

光纖通信系統(tǒng)主要組成：光發(fā)射機(jī)、光纖、光中繼器、光接收機(jī)四部分組成。光纖通信是雙向的，因而，把光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)做在一起，稱光端機(jī)。數(shù)據(jù)光端機(jī)中繼器光端機(jī)光纖光纖數(shù)據(jù)11傳輸原理：

光發(fā)射機(jī)將電信號變換成調(diào)制后的光信號，經(jīng)光纖傳輸，若傳輸距離長時(shí)，需利用中繼器放大信號，再繼續(xù)傳輸。光接收機(jī)把接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)放大、解調(diào)后還原為原信號輸出。12四、光纖通信的應(yīng)用與展望

干線傳輸1、光纖通信主要應(yīng)用中繼傳輸接入傳輸132、光纖通信發(fā)展方向（1）高速大容量光通信系統(tǒng)。（2）光纖接入網(wǎng)：以光纖到戶為目標(biāo)。（3）應(yīng)用摻鉺光纖放大器：實(shí)驗(yàn)室內(nèi)10Gb/s信號傳輸9000km不需光電轉(zhuǎn)換的再生中繼器。光纖通信目前的研究目標(biāo)：光纖CDMA、光ATM交換機(jī)、光孤子傳輸光纖綜合寬帶接入技術(shù)。142.1.2、光纖的傳輸特性主要包括兩個(gè)方面：損耗特性：信號在光纖中傳輸時(shí)的衰減。

色散特性：光纖中由于光脈沖對于不同頻率成分有不同的傳播速度而引起信號頻帶的展寬。151、光纖的損耗特性

瑞利散射損耗固有損耗吸收損耗光損耗波導(dǎo)結(jié)構(gòu)不完善引起的損耗

微彎損耗附加損耗彎曲損耗

連接損耗16（1）瑞利散射損耗：是指光與微小粒子相遇時(shí)，光將向各個(gè)方向散射的現(xiàn)象。由于光纖在拉絲制造過程中，高溫導(dǎo)致的密度分布不均勻和成分的不規(guī)則將殘留在光纖中，從而引起的傳輸損耗。（2）吸收損耗：是由光纖材料對光能的固有吸收并轉(zhuǎn)化成熱能而產(chǎn)生的損耗。（3）波導(dǎo)結(jié)構(gòu)不完善引起的損耗：實(shí)際的光纖纖芯與包層的交界面并非理想光滑的圓柱面，而存在著非常微小結(jié)構(gòu)的凹凸現(xiàn)象。這種不均勻表面能將傳輸模轉(zhuǎn)換成輻射模，使光纖損耗增加。17（4）微彎損耗：光纖側(cè)面受到不均勻的壓力，使得光纖在軸向上發(fā)生微米極的彎曲，造成纖芯與包層界面的微小凹凸產(chǎn)生光輻射所形成的損耗。（5）彎曲損耗：即是光纖彎曲時(shí)所產(chǎn)生的損耗。（6）連接損耗：光纖連接時(shí)，兩個(gè)纖芯之間必須完全吻合。以使接續(xù)達(dá)到完善和均勻一致。否則光就不能完全射入到另一根光纖的纖芯之中，從而產(chǎn)生損耗。以上6種損耗中，（3）~（6）的損耗大小可認(rèn)為與光波長完全無關(guān)。18光纖損耗如圖：紫外吸收波導(dǎo)缺陷瑞利散射紅外吸收實(shí)測波長損耗

常用的兩個(gè)低損耗窗口：波長為1.31μm，損耗為0.4-0.5dB/km;波長為1.55μm，損耗為0.1-0.2dB/km;192、光纖的色散特性光纖色散：是光纖通信的一個(gè)重要特性，將使輸入脈沖在傳輸過程中展寬。光纖色散對數(shù)字通信的影響：產(chǎn)生碼間干擾，增加誤碼率，限制通信容量傳輸距離。20光纖色散分類:模式色散：多模光纖中，不同模式在同一頻率下，光的傳輸軌跡不同，從而產(chǎn)生的色散。材料色散：由于光纖材料本身的折射率隨著頻率變化，信號各頻率成分的群速度不同，產(chǎn)生的色散。波導(dǎo)色散：由于光纖的幾何結(jié)構(gòu)，形狀等方面的不完善，纖芯和包層均傳光，產(chǎn)生的色散。21通常各種色散的大小順序是：模式色散>材料色散>波導(dǎo)色散。常規(guī)單模光纖在1.31μm附近的材料色散和波導(dǎo)色散相互抵消，即色散為零，稱為零色散波長。22單模光纖的色散特性:d/ps材料色散總色散波導(dǎo)色散波長1.31um239.1.3光纖通信器件一、光源

主要有兩種：

半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）：發(fā)熒光

半導(dǎo)體激光器（LD）：發(fā)激光24二、光發(fā)送機(jī)作用：實(shí)現(xiàn)電信號轉(zhuǎn)換成光信號。組成：主要是由光源、電信號轉(zhuǎn)換成光信號調(diào)制電路、光源的驅(qū)動(dòng)電路和其它的控制電路組成。25三、光電檢測器和光接收機(jī)1、半導(dǎo)體光電檢測器有兩種：半導(dǎo)體光電二極管（PIN）：當(dāng)光入射在P-N結(jié)上時(shí)，將產(chǎn)生許多電子—空穴對，在電場作用下，產(chǎn)生位移電流。半導(dǎo)體雪崩二極管（APD）：需加高反偏電壓，內(nèi)部產(chǎn)生雪崩增益效應(yīng)，有較大放大作用。26四、光放大器

使光信號直接在光域中進(jìn)行放大而無需轉(zhuǎn)換成電信號的放大器叫光放大器，它具有高增益和高功率的放大能力，在各種不同的光波系統(tǒng)中均可得到應(yīng)用。271、光放大器可分為：

半導(dǎo)體光放大器：利用能級間躍遷的