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光纤传输技术 中国传媒大学 信息工程学院 第1章 光纤传输原理 1.1光纤传输的特点: 光纤对光信号的衰减极小。 每km光纤对信号的衰减为0.2分贝,调幅光纤不加中继可传输40km左右,数字光纤可传输100km以上。 光纤不易受电磁干扰,传输质量很好。 光纤的容量极大。每一根光缆中包含4根至几千根光纤,每根光纤可复用几十个波长,每个波可传输几千套电视节目。 1.3 激光 Laser(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ,莱塞、镭射),受激辐射引起的光放大。 1.三种辐射过程: 自发辐射; 受激辐射; 受激吸收。 2与激光有关的基本概念: 粒子数反转(高能态的粒子数大于低能态的粒子数) 激活物质(具有能实现粒子数反转能级结构的物质) 1.3 激光 泵浦过程(激励过程,即通过外界不断供给能量,促使低能态粒子尽快跃迁的过程) 谐振腔(使受激辐射光在两个反射镜之间来回反射,不断引起新的受激辐射,使其不断被放大)。 3 .产生激光的三个条件:实现粒子数反转,满足阈值条件(受激辐射放大的增益大于激光器内的各种损耗)和谐振条件(直射光与反射光位相相同)。 4.激光器的基本组成: 工作物质(激活物质) 泵浦系统 谐振腔 1.4 光信号的调制和解调 1. 光信号的副载波强度调制 AM-IM:传输节目更多,但对激光器的要求较高,光接收机的灵敏度较低,传输距离较近,1.31μm激光,无中继距离不超过35公里。 FM-IM:对激光器线性的要求不高,传输距离较大。图像质量高交调互调产物表现为接收调频波的背景噪声,对图像质量的影响较小。但所占频道较宽(每个频道35~40MHz),一根光纤只能传输16~18套电视节目,光接收机输出的信号需经过FM/AM转换器才能送入用户。可组成一个卫星电视传输系统。 1.4 光信号的调制和解调 PCM-IM方式:失真小,无噪声积累,多级传输后载噪比仍可达60dB,C/CTB和C/CSO可达70dB。无中继放大可传输100公里以上,利用光纤放大器,可传输数千公里。但价格贵;无压缩时,一根光纤只能传输16套节目。经过压缩,可传输数百套节目,但成本较高。 2.光调制器原理 直接调制的技术简单,损耗小,易于实现。但易出现附加频率调制或啁秋效应(chirping)。出现组合二次互调失真(CSO)。 内调制和外调制需要通过专门的调制器。外调制调制效率较低,但无啁秋效应。 1.4 光信号的调制和解调 3.光信号的解调 光接收机的任务:把光信号恢复成电信号。 光电效应:当光照射到金属或半导体上产生光电流的现象。 光电效应的性质:光电流的强度与入射光成正比;当入射光的频率低于红限频率时,不会产生光电效应。入射光的频率太高,半导体材料对光的吸收系数将变大。 波长响应范围:硅为0.5~1.0μm,锗和InGaAs为1.1~1.6μm。 第2章 光纤与光缆 2.1 光纤的结构和原理 光纤素线 光纤芯线 光纤软线(单芯、双芯) 单模光纤(SM)和多模光纤(MM) 2.2 光纤的特性 1.光纤的损耗 在-25℃~-35℃时,附加损耗为0.03~0.04dB/km,在 -40℃时,附加损耗为0.06~0.08dB/km。 2.2 光纤的特性 2.光纤的色散 色散是指输入信号中不同频率或不同模式光的传播速度不同,不同时到达输出端,使输出波形展宽变形、失真的现象。 色散对数字传输的影响:限制了光信号一次传输的距离;减少了传输的信息容量;与光源的调制特性一起产生组合二次失真(CSO) 色散常数 D=dτ/( L ·dλ) (2.2) 2.2 光纤的特性 3. 不同的单模光纤: G.652光纤:对1.31μm光的色散为零,性能最佳;也可用于1.55μm光 G.653光纤:零色散波长在1.55μm附近,适于长距离、大容量的信息传输,但价格较贵。 G.654光纤(截止波长移位光纤):1.55μm处的衰减最小(色散仍然较高),用于海底光缆 G.655光纤:零色散点不在1.55μm,避免发生多波长传输的四波混合,用于密集波分复用。 无水峰光纤:多了一个1.4μm的窗口(损耗比1.31μm小,色散比1.55μm低),可提供从1.28μm至1.625μm的完整波段,可复用的波长数大大增加。 2.3 光缆 2.3.1光缆的基本结构 光纤 导电线芯 加强筋 护套 2.3.4.2 光缆的接续 固定连接(粘接和熔接)与活动连接(光连接器和机械连接子)两类。 第3章 模拟光纤传输干线 3.1模拟光纤
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