《光纤通信技术》课件

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1、第5章光纤通信系统光电子技术基础厚德博学求实创新学习目标掌握光纤通信的原理掌握光纤的相关参数，光纤中损耗和色散的相关知识常见的光通信器件的基本原理、特性和使用光纤通信系统中复用技术的原理、方法和实际应用了解光纤通信系统的相关规范以及光纤的制备方法学习要求熟悉光纤的参数、分类等基本知识熟悉几何光学分析光信号在光纤中传输的相关结论熟悉波动理论分析光信号在光纤中传输的相关结论掌握光纤的损耗及色散的分析、计算、测量、补偿以及其他相关应用。熟悉常见光通信器件的原理、特性以及它们在光纤通信系统中的实际应用。引言光纤通信系统是目前世

2、界通信系统的主要模式，比以前的电缆通信系统无论从性能还是成本上都有极大优势。正是光纤用于现代通信系统，才使得我们能够成功构建今天高速、多元化的信息社会本章内容5.1光纤基本知识5.2光在光纤波导中的传播5.3光纤的损耗与色散5.4光通信器件5.1光纤基本知识5.1.1光纤的发明和发展1870庭达尔光导纤维高锟低损耗光纤的可能性美国康宁公司20db/km的光纤此后光纤通信系统进入快速发展光纤是光导纤维（opticalfiber）的简写，是一种利用光介质分界面上可能发生全反射的原理传输光能的工具。5.1光纤基本知识5.1.

3、1光纤的发明和发展光纤的优点频带宽，传输容量大。损耗低，传输距离远，损耗受温度影响小，同时在部分频段内损耗和频率无关，无须引入均衡器。重量轻，体积小，不易受到电磁干扰，且安全性、保真性都远好于电缆。成本低，生产光纤的原料石英来源广泛，储量远远大于铜和铝等金属材料，价格上要便宜得多。5.1光纤基本知识5.1.1光纤的发明和发展光纤的应用通信系统光纤传感器。医学照明、内窥。装饰5.1光纤基本知识5.1.2光纤的基本工作原理和结构n1n2原理：全反射结构：纤芯，包层，套层。n1>n25.1光纤基本知识5.1.3光纤的分类按用

4、途：通信用光纤、非通信用光纤。按材料：石英光纤、全塑光纤。按传输模式：单模光纤和多模光纤。按传输窗口：常规型单模光纤、色散位移型单模光纤(DSF)、非零色散位移光纤。按、剖面折射率分布：阶跃折射率光纤、渐变折射率光纤。5.1光纤基本知识5.1.3光纤的分类单模光纤和多模光纤多模光纤中可以有多种模式的光信号传播，但是模间色散大，随着传输距离增大，带宽会减小，因此普通多模光纤不适用与长距离传播。单模光纤中只有一个模式的光传播，模间色散小，适合远程通信线路。5.1光纤基本知识5.1.3光纤的分类阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤

5、阶跃折射率光纤（SIF）渐变折射率光纤（GIF）5.1光纤基本知识5.1.3光纤的分类国际电信联盟（ITU-T）光纤标准名称类型G.651多模渐变型折射率光纤G.652非色散位移光纤G.653色散位移光纤G.654截止波长位移光纤G.655非零色散位移光纤5.1光纤基本知识5.1.4光纤的制造原料：SiO2要求：①光纤原材料必须要高纯度的SiO2②制作过程中必须防止杂质污染和气泡混入③要准确控制制作尺寸，精度要达到1mm甚至更高④减小光纤表面损伤，提高其机械性能。⑤按要求控制好其折射率分布5.1光纤基本知识5.1.4光

6、纤的制造制造光纤的方法很多，目前主要有：改进化学汽相沉积法(MCVD)、等离子体化学汽相沉积法(PCVD)、管外汽相沉积法(OVD)和轴向汽相沉积法(VAD)。但不论用哪一种方法，都要先在高温下做成预制棒，然后在高温炉中加温软化，拉成长丝，再进行涂覆、套塑，成为光纤芯线。5.1光纤基本知识5.1.4光纤的制造改进化学汽相沉积法(MCVD)5.1光纤基本知识5.1.4光纤的制造管外汽相沉积法(OVD)5.1光纤基本知识5.1.4光纤的制造轴向汽相沉积法(VAD)5.1光纤基本知识5.1.4光纤的制造拉丝工艺一般包层直径约

7、为125mm，第一次涂敷后直径约为250mm，第二次涂敷后约为900mm，最后缠绕到卷盘上。最后光纤应用时还要做成光缆。5.1光纤基本知识5.1.5光纤通信系统5.2光在光纤波导中的传播5.2.1光纤原理的几何光学描述斯涅尔定律全反射条件取空气折射率为n0=1，那么入射角的最大值为ia：收光角：数值孔径5.2光在光纤波导中的传播5.2.1光纤原理的几何光学描述数值孔径相对折射率差对于阶跃折射率光纤数值孔径NA是光纤的重要参数，它描述的光纤收光的能力。数值孔径较大的光纤可以耦合较大范围入射角的光，即使是像LED这样的光源

8、发出的发散光也可以被耦合到其中传播。同时数值孔径较大的光纤还使得光纤在弯曲的时候能传播更大范围的光。5.2光在光纤波导中的传播5.2.1光纤原理的几何光学描述如果有太多不同角度的光线在光纤中传播，由于不同光线走的路径不一样，而纤芯折射率又处处相同，这会导致不同角度入射的光线传播到终点的时间不一致，这就造成了输入光脉冲的展宽，这就是