光纤通信复习武汉理工大学葛老师

一、发展 60年代（1）高胃指出了光纤进行信息传输的可能性和技术途径； （2）红宝石激光器； 70年代（1）研制成功损耗20dB/km的石英光纤（实用化）； （2）碑化镣半导体激光器可以在室温下稳定工作； 90年代光放大器提出/波分复用思想提出。 二、光纤制造、几何结构、传输特性 1、光纤制造 C1）材料为SiO2，纤芯比包层折射率大； （2）采用方法气相沉积方法。 2、光纤基本结构导光原理 C1）圆柱型波导一采用纤芯-包层结构 ① 较好地约束光波在纤芯中让它能够近似的直线传输； （几何光学产生全反射；波动光学会有一个导膜产生） ② 保护纤芯受到外界电磁干扰； ③ 保护纤芯受到污染，保持纤芯纯净度； ④ 增强纤芯的机械强度。 （2）光纤分类 ① 按照纤芯折射率分布不同分为阶跃折射率光纤（SIOF） 渐变折射率光纤（GIOF） 阶跃折射率光纤纤芯折射率为常数，光线直线传输； 渐变折射率光纤纤芯折射率是一个函数，随着纤芯半径r变化的函数，光线曲线传输。 结合色散，由于折射率不同，SIOF比GIOF色散大。 ② 根据光在光纤中传播模式分为单模光纤多模光纤。 公式归一化频率v 」忒-n； △一模式M AA2 2 _ 2_ （入光波长；a纤芯半径；国、n2纤芯与包层的折射率；△色二*R冬二鱼） 2〃i 单模光纤半径比多模光纤半径小，当v2.405时多模光纤能实现单模输出（P25） 3、光纤传输特性 C1）损耗限制传输距离； C2）色散限制通信容量； C3）非线性增加额外的频率成分，对系统频率引起误码 （一）光纤损耗 （1）单位a,定义公式P（z） P（0W 其中为损耗系数； 其单位一般用dB/km用a表示； a log］；；。；］ 4.343 （km） 光功率的计算转换关系（3dBm） 例一根30km长的光纤，在波长1300nm处衰减为0.8dB/km,如果一端注入功率为20uw 光信号。求输出功率Pouto 解首先将输入功率单位转化为dBm PJdBm） 101gp|］ _7.0dBm |_ Imw J1x10 w 求z30km时输出功率 7.0dBni-（-0.8dB/km）x（30km） -3 IdBm .P0llt 10 x （l〃zw） 0.7911 w （2）损耗分类 ① 吸收损耗是由SiO2材料引起的固有吸收和由杂质引起的吸收产生； ② 散射损耗主要由材料微观密度不均匀引起的瑞利散射由光线结构缺陷（如气泡）引起的散 射产生。 （二）光纤色散 （1）概念是在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的传播时间不同而产生的一种物理效应。 色散对光纤传输系统的影响 （从频域看色散限制了传输信号的带宽；从时域看色散引起信号脉冲展宽） C2）分类 1模内色散 1.1色度色散 1.1.1材料色散速度的变化是由材料的某些性质引起的； 1.1.2波导色散对于光纤盒其他波导色散可能由其自身结构引起的； 1.2偏振膜色散两个偏振方向，相互垂直的HE”模可以同时在单模光纤中传播，由于存 在双折射，这两个模式的传播速度可能不同，这种效应能够导致脉冲宽度，即偏振膜色散。 2模间色散 （三）光纤非线性 C1）受激辐射SRS （受激拉曼散射） C2）相位调制SBS （受激布里渊散射） （3）四波混频FWM 三、光放大器通过受激辐射或光功率转移过程来实现入射光放大，其可以放大输入光信号，但本身不产 生想干的光输出。 1半导体光放大器（SOA） 2光纤放大器 2.1掺杂光纤放大器（掺钳光纤放大器EDFA） 激活物质 泵浦源 工作方式 EDFA 钳离子 光泵 钳离子在能级间跳变 RFA / 光泵 一段光纤上激发非线性效应（拉曼效应），散射光 SOA 半导体材料 电泵 在有源层中，载流子漂移 2.2受激辐射光纤放大器（拉曼放大器RFA） 适用范围 EDFA工作波长的典型值为1550nm,在其周围40nm的比较窄的频带范围内其增益系数近似保 持一个常数，能够在波分复用中得到很好的应用； RFA工作波长的范围相对比较宽，在长距离传输时有较好的应用； SOA易于集成，在做光纤器件集成块方面比较有优势；缺点偏振比较敏感，在增益控制方面相 对有所不足，在干线网中应用较小。 四、光源 1、单纵模激光器将激光器的辐射光限制成单纵模状态，即只有一个纵模落在器件的增益谱内，通常 这样的辐射光具有很窄的谱线宽度，这样的激光器即 典型的单纵模激光器（1）法布里-波罗激光器（2）可调制激光器，垂直腔表面发射激光器 （3）内建选频光栅结构激光器 2、双异质结激光器在有源区的两边有两个不同材料的合金层，将各种材料的合金层夹在一起，所有 的载流子（相邻层间的带隙层）和辐射光（相邻间的折射率差导致）都被限制在中心有源层，这样的激光 器就为 五、WDM波分复用把多个独立传送信息的波长复合送进同一根光纤传输的技术。 （DWDM密集波分复用利用单模光纤的带宽以及低损耗的特性，采用多个波长作载波允许各载波信 道在光纤内同时传输。） 典型光波长0.8nm、对应频率间隔100GHz； 1.6nm一200GHz； 0.4nm50GHz。 典型波分复用器件； 光纤布拉格光栅应用色散补偿、滤波； 光纤光栅是通过光写入过程制成的窄带反射滤波器。 色散补偿光栅间距在沿其长度线性变化，这种结构导致一系列波长满足其反射条件，在途中沿光 栅方向间距减小，结果较短波长在被反射前会传播更长时间，这样就可以压缩脉冲实现色散补偿。 滤波当多波长信号进入光栅时，只有与布拉格反射条件相位匹配的波长被反射，其他波长则通过 以实现滤波。 复用器解复用器-AWG阵列波导光栅 六、光端机 -光发送机的主要作用 将电端机送来的数字基带电信号变换为光信号，并耦合进光纤线路中进行传输。光发送机中的光源是整 个系统的核心器件。 光接收机的主要作用 将光纤传输后的幅度被衰减、波形产生畸变的、微弱的光信号变换为电信号，并对电信号进行放大、整 形、再生成与发送端相同的电信号，输入到电接收端机，光接收机中关键器件是半导体光检测器。 -中继器的主要作用 可对微弱的光信号直接进行放大的器件，其主要功能是提供光信号的增益，以补偿光信号在传输过程中 光检测器 光检测器 业涌 ＞电端机 的衰减，增加传输系统无中继距离。 七、SONET （同步传输网） 1、帧结构 270列x9行 2、工作流程（复用、映射、定位） SDH传输网最基本的同步传送模块是STM1,其信号速率为155520Kbit/So STM同步传输模块的主要作用同步复用，映射，定位 数字光纤通信系统目前都采用的是同步时分复用技术，先后有两种传输体制