《光传输技术》PPT课件.ppt

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1、第2章光纤通信技术光纤：是一种能够传送光频电磁波的介质波导。1966年，高锟等发表了“光频介质纤维表面波导”的学术论文，提出光纤传输线的概念，当时试验的光纤损耗太大，达1千dB/km。但他们指出，经过改进光纤制造工艺，可大大降低损耗。1968年，高锟等研制出了0.85μm波长下损耗低至5dB/km的整块石英样品。1970年，美国康宁公司研制出0.6328μm波长的损耗为20dB/km的低损耗石英光纤，开始光纤通信产业化。现在，光纤损耗已减少到每千米零点几分贝甚至更小。1.引言2.光纤结构与分类一、光纤的结构光导纤维(简称光纤)是用比头发丝还细的石英玻璃丝制成的。（1）

2、纤芯：核心部分，折射率为n1石英晶体，光波在纤芯中传播。（2）包层：折射率为n2，且略小于n1，保证光的传播性能稳定。（3）保护层，保证光纤的韧度（纤芯比较脆，易折断），避免机械擦伤，保护光纤不受水汽侵蚀。二、光纤的结构参数（1）直径：纤芯直径和包层直径标准纤芯直径：单模光纤：8~10μm多模光纤：50μm包层直径：均为125μm（2）相对折射率典型值：0.5%～14%。单模光纤较小，多模光纤较大2.光纤结构与分类（3）数值孔径：代表光纤的集光能力光纤能接受入射光的最大入射角的正弦与入射区折射率的乘积，用NA表示。n0sini=n1sin’（n为折射率）n1sin

3、i=n2sin’在纤芯与包层界面,全反射临界折射角c=90o实现全反射应有:’c=90o，而：2.光纤结构与分类（3）数值孔径：’=c=90o时有：满足全内反射，至少要求：此时入射角为最大入射角，根据定义：典型值：n1=1.46，n2=1.45，NA=0.122.光纤结构与分类（4）归一化频率：定义：纤芯的半径传输的波长数值孔径意义：归一化频率是表征光纤中传输模式的物理量。a越小，NA越小，V越小，传输模式越少。一般，当V<2.405时，只能传输基膜，即单模光纤。2.光纤结构与分类三、光纤的分类(1)按纤芯材料分多成分玻璃光纤：塑料光纤：晶体光纤：石英

4、光纤（通信）：2.光纤结构与分类损耗低，其特点是材料的光传输损耗低，有的波长（1.55μm）可低到0.2dB／km，一般均小于ldB／km。由普通光学玻璃拉制而成，损耗较大，主要用作传光束、传像束。用两种以上高分子材料共聚而成，价格低廉，损耗较大，温度特性差，只能用于短距离的信息传输或传光、传像用。用晶体材料制成，如YAG光纤，可作光纤激光器或放大器。三、光纤的分类(2)按折射率分布分2.光纤结构与分类n2n1n2n1n2n12a2arr=a单模阶跃折射率光纤多模阶跃折射率光纤多模梯度折射率光纤剖面折射率分布阶跃折射率光纤：纤芯和包层折射率都是均匀的，但n1＞n2，在

5、边界处，折射率突变渐变折射率光纤：按纤芯的折射率是渐变的，中心折射率高，沿半径方向逐渐减小，包层一般是均匀的。三、光纤的分类(3)按传输模式分2.光纤结构与分类单模光纤只能传输一种模式的光纤多模光纤同时传输多种模式的光纤单模：纤芯直径2a=2~12m，纤芯－包层折射率差小，＝(n1-n2)/n1＝0.0005~0.01多模：纤芯直径2a=50~500m，纤芯－包层折射率差大，＝0.01~0.02二、光波分复用技术1、定义在同一根光纤中同时传输多路不同波长的信号。2、分类密集光波分复用：传输光波相邻波长小于10nm稀疏光波分复用：传输光波相邻波长大于10nm（几

6、公里）双纤单向传输：单纤双向传输：ABAB互不干扰，但资源浪费节约资源，存在反射干扰5.光纤通信中的复用技术二、光波分复用技术3、基本原理在发送端将不同波长的光信号复用起来，并耦合到同一光纤中进行传输，在接收端再将不同波长的光分解，并进一步处理恢复出原信号进入不同的终端。4、基本组成光合波器功率放大器前置放大器光分波器发送端接收端光纤5.光纤通信中的复用技术以光为载波，以光纤为传输媒介的通信系统。发送端传输中继接收端电信号光信号光纤光信号电信号光纤发送端：将电信号转换成光信号，并耦合进光纤传输中继：（1）长距离传输时的放大（2）存在色散时的脉冲整形接收端：将光信号转换

7、成电信号，解码、还原信息6.光纤的应用6.1光纤通信远古时代的烽火台已经包含了现代通信的一些特征，烽火台的有无可以看成是一种二进制编码，光是信息载体，空气是传输介质，人眼是光监测器，烽火台则是信号源。1880年，贝尔在发明了电话之后又发明了光话，用日光作为光源，大气作为传输介质，实现了200m以内的语音信号传递，但是，由于缺乏可靠的光源和稳定低损耗传输媒介，因此光话未能实用。激光器和低损耗光纤：光通信蓬勃，光纤通信中的1g石英材料可以取代电通信中的100kg的金属材料，而且光纤通信的传输的信息量则是电通信的一万倍以上。6.1光纤通信数字光纤通信系统为