[工学]第04章_光纤.ppt

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[工学]第04章_光纤

第四章 光 纤 通 信 4.1.1 概 述 4.1.2 光 纤 4.1.3 光 发 射 机,光接收机 4.1.4 光纤通信系统 4.1.5 光纤通信新技术 4.1 概 述 4.1.1 探索时期的光通信 4.1.2 现代光纤通信 4.1.3 光纤通信的概念和特点 4.1.4 光纤通信系统的基本组成 光纤通信是以光波为载频、光导纤维(简称光纤)为传输媒质的一种通信方式。 光纤通信的优点和应用 光纤通信系统的基本组成 把电-光转换:叫做电信号对光的调制 强度是指单位面积上的光功率。 强度调制就是在发送端用电信号通过调制器控制光源的发光强度,使光强随着信号电流线性变化,从而将电信号转变成相应的已调光信号送入光纤进行传输。-常用的电信号对光的调制方法 光纤通信的工作窗口 光纤的损耗系数随着波长而变化,为获得低损耗特性,光纤通信选用的波长范围在 0.8~1.8μm,并称0.8~1.0μm为短波长波段,1.0~1.8μm为长波长波段。 目前光纤通信实用的波长即短波长段的0.85μm、长波长波段的1.31μm和1.55μm,通常称其为是目前光纤通信的三个实用窗口。 4.1.2 光 纤 光纤的结构和分类 光纤由纤芯和包层两部分组成,纤芯完成光信号的传输,包层是为了将光信号封闭在纤芯中并保护纤芯。纤芯和包层的折射率不同,设纤芯、包层的折射率分别为n1、n2,则n1n2。 光纤与光缆 1.光纤的结构 石英玻璃、塑料或晶体 纤芯(折射率大)和包层 全反射 光纤的分类 p84 按工作波长: 短波长(850nm)和长波长(1310nm、1550nm) 按传输模式(根据光纤中传输模式数量的不同): 多模光纤和单模光纤 按折射率分布: 阶跃(突变)型(SI)、渐变(梯度)型(GI)和W型 按材料: 石英光纤、塑料光纤等 多模光纤 62.5/125 μm 的光纤 典型距离达5英里 用于: CCTV 门禁控制系统 内部通讯 单模光纤 无限带宽 8~10 μm 典型距离超过5英里 用于: 长途电信 长途电视监控及多路切换 共用天线电视系统 光传播的基本知识 光纤的传输特性 1.损耗 光纤的传输损耗是影响系统传输距离的重要因素,光纤自身的损耗主要有吸收损耗和散射损耗。 光纤色散(Dispersion) 由于光纤中色散的存在,会使得输入脉冲在传输过程中展宽,产生码间干扰,增加误码率。它是限制传输速率的主要因素。 散射 由于光线的基本结构不完美,引起的光能量损失,此时光的传输不再具有很好的方向性。 简单地说,光纤的色散就是由于光纤中光信号中的不同频率成分或不同的模式,在光纤中传输时,由于速度的不同而使得传播时间不同,因此造成光信号中的不同频率成分或不同模式到达光纤终端有先有后,从而产生波形畸变的一种现象。 3.非线性效应 光纤通信中,激光器输出的高功率导致光纤的非线性极为显著。 非线性效应:在输出端可以产生输入端所没有的新的频率分量。 光纤的传输性能 1. 衰减(Loss) (1)衰减(dB ) 衰减是光纤的一个重要传输参数。它表明了光纤对光能量的传输损耗,对光纤质量的评定和对光纤通信系统的中继距离的确定都起着十分重要的作用,其评定量纲为dB。 (2)衰减系数(dB/km) 衰减系数定义为单位长度光纤引 起的光功率衰减,其评定量纲为dB/Km。 光缆 按芯数分为单芯、双芯、多芯 按敷设场合分为架空、直埋、管道、移动、室内、水下、海底等 按用途分为通信用光缆和非通信用光缆 光缆分类 根据使用条件光缆可以分为:  室内光缆、架空光缆、埋地光缆和管道光缆等。 特种光缆常见的有:电力网使用的架空地线复合光缆(OPGW), 跨越海洋的海底光缆,易燃易爆环境使用的阻燃光缆以及各种不同条件下使用的军用光缆等。 4.1.3 光发射机和接收机 光源 在光纤通信系统中光源的作用是将被传输的电信号转换为光信号送入光纤,即完成电/光转换任务。 1. LD的特性 半导体激光器在注入电流达到一定数值(IIt)时,才发出激光;而IIt时发出的是荧光,即LD具有阈值性。 2. LED的特性 LED与LD的差别是它没有光学谐振腔,不能产生激光,靠自发辐射发光,产生的是荧光。 光发射机的组成 直接强度调制的数字光发射机组成方框图如图4-8所示,其作用是将PCM设备送来的电信号进行电/光变换,并处理成为满足一定要求的光信号后送入光纤传输。 光发送机 光发送机的组成原理方框图: (2) 电/光转换效率要高,即要求在足够低的驱动电流下, 有足够大而稳定的输出光功率,且线性良好。 发射光束的方向性要好,即远场的辐射角要

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