第3章 光纤通信课件.pptVIP

3.1 光纤通信概述 我们知道，对于载波通信而言，载波频率（简称载频）越高，意味着可以用于通信的频带就越宽，则通信容量就越大。有线通信从明线发展到电缆，无线通信从短波发展到微波和毫米波，它们的目的都是通过提高载波频率来扩大通信容量。 3.1.1 光纤通信的发展历史 第一代为短波长（0.85?m）多模光纤通信； 第二代为长波长（1.3?m）多模光纤通信； 第三代为长波长（1.3?m）单模光纤通信； 第四代为长波长（1.55?m）单模光纤通信。 随着光电集成、光纤放大器、光波复用等新技术的开 发、使用，光纤通信将成为通信领域的主力军。 3.1.2 光纤通信的工作波长 光波的波长在微米级，通常将紫外线、可见光、红外线都归入光波范畴，如图3.1所示为光的波谱图。 光纤通信使用的波段位于近红外区，波长范围为0.8?m～1.8，其中0.8?m～1.0称为短波长波段区，1.0?m～1.8?m称为长波长波段区。目前光纤通信使用的波长选择在两个波段区的低损耗点，即0.85?m、1.31?m、1.55?m，通常称它们为当前光纤通信的三个窗口。 3.1.3 光纤通信的特点 光纤通信与电通信的主要差异：一是以很高频率的光波作为载波传输信号；二是用光导纤维构成的光缆作为传输线路。因此，在光纤通信中起主导作用的是产生光波的激光器和传输光波的光导纤维。 光纤通信之所以能够飞速发展，是由于它具有以下的突出优点所决定： （1）传输频带宽，通信容量大 由信息理论知道，载波频率越高通信容量越大，因目前使用的光波频率比微波频率高104～105倍，所以通信容量约可增加104～105倍。 （2）损耗低，中继距离远 目前使用的光纤均为SiO2（石英）光纤，要减少光纤损耗，主要是靠提高玻璃纤维的纯度来达到。由于目前制成的SiO2玻璃介质的纯度极高，所以光纤的损耗极低，在光波长?=1.55?m附近，损耗有最低点，为0.2 dB/km，已接近理论极限值。 由于光纤的损耗低，因此中继距离可以很长，在通信线路中可以减少中继站的数量，降低成本并且提高了通信质量。例如，对于400Mbit/s速率的信号，光纤通信系统无中继传输距离达到70km以上，而同样速率的同轴电缆通信系统，无中继距离仅为几千米（中同轴电缆为4.5km，小同轴电缆为2km）。 （3）不受电磁干扰 因为光纤是非金属材料，因此它不受电磁干扰。 （4）必威体育官网网址性强 光纤内传播的光几乎不辐射，因此很难窃听，也不会造成同一光缆中各光纤之间的串扰。 （5）线径细、质量轻 由于光纤的直径很小，只有0.1mm左右，因此制成光缆后，直径要比电缆的直径细，而且质量轻，这样在长途干线或市内干线上空间利用率高，而且便于制造多芯光缆与敷设。 （6）资源丰富 由于光纤的原材料是石英，地球上是取之不尽、用之不竭的，而且很少的原材料就可以拉制很长的光纤。 虽然光纤通信具备上述一系列优点，但光纤本身也有缺点，如光纤质地脆、机械强度低；要求用比较好的切断、连接技术；分路、耦合比较麻烦等。但这些问题随着技术的不断发展，都是可以克服的。 3.1.4 光纤通信的基本组成 光纤通信系统的基本组成框图如图3.2（a）所示，它主要由光发射机、光纤、光接收机三个基本部分组成，如果进行远距离传输，则还应在线路中间插入光中继器。实用光纤通信系统一般都是双向的，因此其系统的组成包含了正反两个方向的基本组成，并且每一端的发射机和接收机做在一起，称为光端机。同样，光中继器也有正反两个方向，如图3.2（b）所示。 光发射机将电信号变换成光信号，是通过发光器件来实现的。调制的方式原则上可以使用振幅、频率和相位调制，但由于目前激光器等光源的频谱不纯，频率也不稳定，使调频或调相方式难以实现。因此，现有实用系统采取控制光功率的调幅方法，通常又称为直接强度调制（IM）。经调制后的光功率信号耦合入光纤，经光纤传输后，光接收机的光电检测器采用直接检测方式（DD）将光信号变换成电信号，再经放大、解调（或解码）后还原为原信号输出。这种光纤通信系统称为强度调制/直接检测（ID/DD）光纤通信系统。 光纤通信既可用于数字通信，也可用于模拟通信。光纤通信系统中的模拟信号或数字信号是指将信息变换成电信号时所采取的调制方式，用这种经过调制的电信号再去改变光的强度以获得光信号。因此，如果电信号连续变化（模拟调制），光信号的强度也连续变化；如果电信号是脉冲信号（数字调制），相应的光信号的强度也以脉冲形式变化（有光无光）。但最终光信号还是强度调制。 3.2.1 光纤的结构及其分类 1．光纤的结构 光纤一般由纤芯和包层组成。 　　内层为纤芯，