光通信基础知识

《光通信基础知识》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、光通信基础知识北京研究所黄晖1提纲光纤通信的基本原理光通信技术回顾及展望一、光（纤）通信原理1880年贝尔发明‘光话’，他以日光为光源，大气为传输媒介，传输距离是200米；1881年贝尔发表了论文《关于利用光线进行声音的复制与产生》；贝尔的光话始终没有实用化：1、没有可靠的、高强度的光源；2、没有稳定的、低损耗的传输媒介。光纤通讯史现代光通信--光话1960年，第一台相干振荡光源--红宝石激光器问世；1962年，半导体激光器问世；1970年贝尔实验室制作出可以在常温下连续工作的铝镓砷（AlGaAs）半导体激光器。

2、光纤通讯史1970年光纤通信元年直到60年代中期，优质光学玻璃的损耗仍高达1000dB/km，2x1081J，1047年太阳光能；英国标准电信研究所的华裔科学家高锟博士于1966年发表了一篇论文，提出利用带有包层材料的石英玻璃光纤作为光通信媒介；1970年美国康宁（Corning）公司制成损耗为20dB/km的低损耗石英光纤。光纤通讯史1970年光纤通信元年通信容量大中继距离长保密性好适应能力强体积小、重量轻、施工方便原材料丰富(SiO2)价格低廉光纤通信的优点反射：1=1`折射：n1sin1=n2sin

3、2全反射：sin1>=n2/n1平面波的反射和折射n2n111`2在光纤的数值孔径角内，以某一角度射入光纤端面，并能在光纤的纤芯到包层界面上形成全反射的传播光线就可称为一个光的传输模式。光纤光纤的传播模式高次模基模低次模多模光纤：突变型光纤渐变型光纤（G.651）单模光纤：标准常规光纤（G.652）色散位移光纤（G.653）非零色散位移光纤（G.655）色散补偿光纤光纤光纤的传播模式短波长光纤：0.6~0.9nm长波长光纤：1310~1550nm光纤光纤的工作波长光纤损耗光纤色散光纤偏振模色散光纤非线性影

4、响系统性能的光纤特性吸收损耗本征吸收紫外吸收红外吸收散射损耗瑞利散射光纤损耗1.21.31.41.51.61.7波长(m)损耗(dB/km)0.10.20.40.81.025THz0未来通信窗口1280~1620nm目前使用的C波段：1525~1565nm正在研究与开发的：L波段1570~1620nmS波段1400nm光纤损耗光纤损耗图谱L=（PSEL-PREL-PP-C-MC）/（af+as）L--再生段距离；Psel--S点寿命终了时的最小平均发送功率；Prel--R点寿命终了时的最差灵敏度(BER≤10

5、-12)；Pp--光通道代价，2dB；C--所有活动连接器衰减之和，每个连接器衰减取0.5dB；Mc--光缆富余度，取3dB；af--光纤衰减系数；as--光纤熔接接头每公里衰减系数。功率相关的计算(G.652)脉冲展宽T光脉冲信号中的不同频谱成份在光纤中的传输速度不同，导致脉冲信号传输后展宽甚至离散。光纤色散随着脉冲在光纤中传输，脉冲的宽度被展宽光纤色散模间色散、色度色散、偏振模色散PMD模式色散（多模光纤）材料色散（SiO2）波导色散（波导结构）光纤色度色散T啁啾效应直接调制激光器输出信号带有较大的啁啾，使得

6、脉冲频谱展宽并在前后沿产生频谱红移和蓝移，在光纤色散的作用下，引起脉冲的快速展宽和信号劣化。色散容限光源啁啾对系统传输距离的影响由色散容限参数值表示。如:光源色散容限值为12800ps/nm,SMF（G。652）光纤的色散参量值取D=20ps/km/nm，则该光源的色散受限距离为640km。色散受限传输距离计算Ld=ε/Dm式中：Ld—色散受限传输距离ε—色度色散，常数,不同的光发送模块取值Dm—光纤色散系数，按工程要求取值。色散受限距离假设光源无啁啾光纤PMDPMD是由光纤的随机性双折射引起的，环境因素和工艺缺

7、陷引起的纤芯椭圆及应力是引起PMD的主要因素PMD引起脉冲展宽（随机性）光纤PMD光纤带宽系数光纤带宽系数受激拉曼散射（SRS）受激布里渊散射（SBS）自相位调制（SPM）交叉相位调制（XPM）四波混频（FWM）光纤非线性效应短波长泵浦长波长泵浦增益连续频谱达15THz，信道数愈多影响愈大对系统的影响：引起信道功率失衡引起信道间的拉曼串扰lPlP输入输出受激拉曼散射（SRS）增益比SRS大两个数量级增益谱窄，与信道数无关对系统的影响：大于一定值时，引起强烈背向散射，叠加强度噪声。受激布里渊散射（SBS）自相位调制

8、（SPM）经光纤色散，转化为波形畸变交叉相位调制（XPM）相位受到其它其它信道的调制，经光纤色散转化引起强度噪声增加系统光通道代价SPM和XPM信道间相互作用产生新的频率。w1w2ww1w22w1-w22w2-w1w光纤四波混频（FWM）FWM的影响因素：信道间隔色散FWM是影响系统性能的主要非线性效应：当FWM产生的新频率落入信道带宽范围内时，会引起信道强度起伏和信道间