现代通信技术2光纤通信

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1、光纤通信技术西安科技大学通信与信息工程学院韩晓冰教授1.通信1.1通信系统模型信源处理与编码解码与处理接收设备传输媒质发射设备信宿1.2通信网的基本构成终端设备传输链路光纤传输系统卫星传输系统数字微波传输系统转接交换设备1.3电话通信网的等级结构一级交换中心C1二级交换中心C2长途网三级交换中心C3四级交换中心C4端局C5本地网T国际国际局2.传输系统光纤传输系统卫星传输系统微波传输系统同轴传输系统明线传输系统载波传输系统PCM电话通信系统示意图发送端接收端话音PCM信号PCM信号话音信号信号模数变换信道模数变换（PulseCodeMod

2、ulation---PCM）抽样量化编码再生中继再生解码低通3.光纤通信3.1光纤通信简史古代光通信3000年前的烽火台；17世纪中叶，发明了望远镜；1791年，法国人发明了信号灯。现代光通信--光话1880年贝尔发明‘光话’，他以日光为光源，大气为传输媒介，传输距离是200米；1881年贝尔发表了论文《关于利用光线进行声音的复制与产生》；贝尔的光话始终没有实用化：1、没有可靠的、高强度的光源；2、没有稳定的、低损耗的传输媒介。1970年光纤通信元年1960年，第一台相干振荡光源--红宝石激光器问世；1962年，半导体激光器问世；1970

3、年贝尔实验室制作出可以在常温下连续工作的铝镓砷（AlGaAs）半导体激光器。直到60年代中期，优质光学玻璃的损耗仍高达1000dB/km；英国标准电信研究所的华裔科学家高锟博士于1966年发表了一篇论文，提出利用带有包层材料的石英玻璃光纤作为光通信媒介；1970年美国康宁（Corning）公司制成损耗为20dB/km的低损耗石英光纤。1976年，发现光纤的衰减在长波长区有：1.31um和1.55um两个窗口1980年，产生了低衰减光纤，在1.55um的衰减系数为0.20dB/km已接近理论值(ITU-TG.652)常规单模光纤,在1.31

4、um的零色散为零(ITU-TG.653)色散位移单模光纤,低损耗和零色散均在1.55um,工作波长为1.55um(ITU-TG.655)非零色散位移单模光纤,在1.55um损耗小,色散小,非线性效应小3.2光纤通信以光波为载频，以光导纤维为传输介质的通信方式波长范围是近红外区，即0.8-1.6微米目前所采用的三个实用通信窗口短波波长段－－波长为0.85微米长波波长段－－1.31微米和1.55微米光纤通讯的优点具有传输频带宽、通信容量大传输衰减小，距离远信号串扰小，传输质量高抗电磁干扰，保密性好光纤尺寸小，质量轻便于运输和敷设耐化学腐蚀，适

5、用于特殊环境原料资源丰富节约有色金属4.光纤4.1光纤传输基本原理光纤通信所用的光波长范围在800－1600nm的近红外区光的传播是通过电场、磁场的状态随时间变化的规律表现出来的。光纤心线的剖面结构示意图纤芯包层一次涂覆二次涂覆（套塑）2a2b4.2光纤光纤的传播模式在光纤的数值孔径角内，以某一角度射入光纤端面，并能在光纤的纤芯到包层界面上形成全反射的传播光线就可称为一个光的传输模式。高次模基模低次模平面波的反射和折射反射：1=1`折射：n1sin1=n2sin2全反射：sin1>=n2/n1n2n111`24.3光纤的传

6、输特性衰减色散偏振模色散光纤的非线性效应衰减衰减－－表明光纤对光能的传输损耗。光在光纤中传播时，平均光功率沿光纤长度按照指数规律减少:P(L)=P(0)10(αL/10)式中：P(0)－在L＝0处注入光纤的光功率P(L)－传输到轴向距离L处的光功率衰减系数α（L）＝－(10/L)㏒[P(L)/P(0)]dB/km衰减谱衰减系数与波长的函数关系衰减起因损耗本征非本征吸收紫外吸收金属离子红外吸收OH离子、H2散射瑞利散射波导缺陷米氏散射受激布里渊散射受激拉曼散射色散光纤中的信号是由不同的频率成分和不同的模式成分来携带的，这些不同的频率成分和不

7、同的模式成分的传输速度不同，从而引起－－色散脉冲展宽T光纤的非线性效应散射影响受激布里渊散射（SBS）受激拉曼散射（SRS）光纤克尔(折射率引起)效应自相位调制（SPM）交叉相位调制（XPM）四波混频（FWM）4.4光纤的类型多模光纤：纤芯直径为50-75微米在一定的工作波长下，有多个模式在光纤中传输单模光纤：纤芯直径很小，约4-10微米理论上只传输一种模式阶跃型单模光纤的典型结构涂覆层包层芯n2n1梯度型单模光纤的典型结构涂覆层包层芯n2n1折射率呈梯度分布和更低的衰减，使其性能比阶跃性单模光纤要好得多！单模光纤标准单模光纤（G.652

8、光纤）色散位移单模光纤（G.653光纤）1550nm波长最低衰减光纤（G.654光纤）非零色散位移光纤（G.655光纤）色散补偿光纤（G.65X光纤）色散平坦光纤4.5光缆结构与分类结构：缆芯