光纤通信基本知识
2020/11/5
光纤通信基本知识
一 光纤通信
l 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 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 输频带宽）、抗干扰性能好（不受电磁 干扰）、保密性好（不产生光泄漏）、 重量轻、体积小等优点。
送 发 光缆 中 光缆 接 收
送
继
收
机
器
机
模拟通信：信噪比和谐波失真 数字通信：误码率和相位抖动
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光纤通信系统的新技术
延长中继距离的新技术 光放大器(EDFA) 外调制器(电光晶体LiNbO3) 色散补偿(DCF、Bragg光纤光栅)
提高通信容量的新技术 时分复用技术（TDM） 波分复用技术（WDM）
l 短波长~长波长 l 多模光纤~单模光纤 l AlGaAs/GaAs~InGaAsP/InP
l 三项新技术:
l 波分复用(WDM) l 相干通信 l 光电子集成(OEIC)
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光纤传输系统框图
电 端 机
驱光 动源
光判 检决 测再
光 源
生
光 检 测
放 大
电 端 机
发 光 光纤 光 光纤 光 接
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三 光器件（无源）
l 光分路器/耦合器：1xN（树型）、NxN （星型）
l 波分复用器：合波器和分波器、滤波器
l
光纤连接器：固定、活动（FC、ST、 SC等）、适配器（直通）
l 光开关
l 光衰减器：固定、可变
l 光隔离器：单方向传输光的器件
l 极化器
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有源光器件
l 光源：发光二极管（LED） 激光二极管（LD）
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光缆
l 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 外护层等组成。
l 光缆的分类：
l 按芯数分为单芯、双芯、多芯 l 按结构分为层绞式、骨架式、带状等 l 按敷设场合分为架空、直埋、管道、移动、
室内、水下、海底等 l 按用途分为通信用光缆和非通信用光缆
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EDFA的结构
输入 光信号
光耦 合器
光隔
光隔
离器 掺铒光纤 离器
光滤 波器
输出 光信号
泵浦 光源
同向泵浦结构
输入 光信号
光耦 合器
光隔
光隔
离器 掺铒光纤 离器
光滤 波器
输出 光信号
反向泵浦结构 泵浦 光源 双向泵浦结构（略）
接收机的前置放大器，可提高接 收机灵敏度10~20dB;
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光波分复用（WDM）
l 在一根光纤中同时传输几个不同波长的 光信号。
复
复
用
用
器
光纤
器
l 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 、光栅色散型、干涉滤光型等。
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光频分复用（OFDM）
l 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 1nm时，称为密集波分复用（DWDM ）
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光孤子（Soliton）通信
l 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 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 形状的超短脉冲（几个uus），它在光 纤的传输过程中将不产生畸变，可实现 高速、长距离通信。
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l 光电检测器： PIN光电管、PIN-FET组件 雪崩光电二极管（APD）
l 光纤放大器（EDFA） l 调制器
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四 光纤传输系统
l 第一代：0.85um多模光纤系统 l 第二代：1.3um多模光纤系统 l 第三代：1.3um单模光纤系统 l 第四代：1.55um单模光纤系统 l 三个过渡：
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副载波调制（SCM）
l SCM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 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 制。
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相干光通信系统
l 相干光通信系统又称为外差光纤通信系 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 式，再配合ASK\FSK\PSK等调制方式 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 信容量，又可增加再生中继距离。
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二 光纤光缆
l 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 芯和包层组成，纤芯的折射率比包层的高。
l 光纤的特征和性能：
1.几何和结构参数：芯径、外径、数值孔径、折射率分 布等。
2.光传输特性：工作波长、传输损耗和带宽、色散、偏 振特性等。
3.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。
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光纤的分类
l 按工作波长： 短波长（850nm) 长波长（1310nm、1550nm）
l 按传输模式： 多模光纤和单模光纤
l 按折射率分布： 阶跃（突变）型(SI)和梯度（渐变）型(GI)
l 按材料： 石英光纤、塑料光纤等
几种ND新CZ型DF）F光）等纤、：色色散散平位坦移光光纤纤（（DDFSFF））、、色非散零补色偿散光光纤纤（（
光放大器
l 为了进行长距离传输，可以采用光/电/ 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。
l 光放大器可分为半导体光放大器（SOA ）和光纤放大器（FA）。
l 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 （EDFA）
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掺铒光纤放大器（EDFA）
l 用作光发射机的功率放大器，增加入纤 光功率，延长传输距离；
l 用作光中继器，可实现全光通信；
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五 同步数字系列（SDH）
l 准同步数字系列(PDH---Plesiochronous Digital Hierarchy):只有地区性(北美,日本,欧洲)的数 字信号速率和帧结构标准,没有统一的国际标 准;没有国际标准的光接口规范;采用异步复接, 复用结构复杂,灵活性差;网络运行,管理,维护 (OAM)困难.
l 将稀土元素铒（Er）注入到纤芯中，即 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 是掺铒光纤放大器。
l EDFA的主要优点是： l 1、工作波长在1530~1560nm范围； l 2、激励的泵浦功率低（几十mW）; l 3、增益高（40dB）,噪声低（3~4dB）,
输出功率大（14~20dB）; l 4、连接损耗低（0.1dB）;