光通信技术ppt课件.ppt

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1、第七章光通信技术一、光通信的发展与现状1、光通信的基本问题光源：1960年发明的激光器解决了用于光通信的光源问题传输介质：1966年，英籍华人高琨博士提出光纤可能是最佳的传输介质，在此以前，人们用气体透镜序列来传输光。60年代，光纤损耗为1000dB/km，（1km外的接收端能量为发送端能量的1/10100）1970年，在1um波长附近，光纤损耗降为20dB/km，（1km外的接收端能量是发送端能量的1/100）1977年，在1.33um波长的InGaAs激光器研制成功，其光纤损耗为1.0dB，意味着1km外的接收端能量是发送端能量的79.4%现在，光纤损耗可做到0.2dB/km（

2、1km外的接收端能量是发送端能量的95.5%）传输损耗的定义：(10/光纤长度）log(光纤输入功率/光纤输出功率)2、光波系统1978年，光波系统（比特率20~100Mbit/s，最大中继距离10km，最大通信容量为500（Mbit/s）·km。与当时的同轴电缆相比，光通信系统中继距离长，投资和维护费用低80年代初，采用多模光纤（中继距离>20km，比特率<100M）到1990年，采用色散移位光纤（DSF）和单纵模激光器解决1.55um处光色散问题（比特率>10Gbit/s，中继距离>100km）现代通信系统的特征有：采用光放大器（OA）增加中继距离采用波分复用方式增加比特率单路

3、传输：采用光纤放大器（EDFA）补偿2.5G，4500km传输10G，1500km传输波分复用：1OO×l0Gbit/s(100波，每波10Gbit/s)，中继距离400km；30×40Gbit/s(30波，每波40Gbit/s)，中继距离85km；64×5Gbit/s(64波，每波5Gbit/s)，中继距离720km。3、光通信发展趋势光纤与半导体功能光器件：光开关、光逻辑门、光互连、光变频、光路由器、密集波分复用全光网络：光波系统中不仅信号传输在光域中进行，而且交换、复用、控制、路由选择也在光域中进行二、光通信系统的基本组成1、光发送机光发送机将电信号转换为光信号，并将光信号注

4、入光纤驱动电路光源调制器通道耦合器光输出电信号输入光发送功率的dB定义：P=10log[P(mw毫瓦)/1(mw毫瓦)]dBm例如发送功率为0.1w(瓦)P=10log(0.1103)=20dBmdBm称为dB毫瓦2、光接收机光接收机将光信号转换为电信号，以便于处理信道耦合光电检测解调电信号输出光输入电子电路接收机在保证一定误码率性能（如小于10-9）的条件下，所需要的最小的平均接收光功率，被称为接收机的灵敏度。三、光纤的结构与导波特性1、光纤的结构及导光原理光纤是一种高度透明的玻璃丝，由纯石英经复杂工艺拉制而成从横截面上看根据芯区折射率的径向分布的不同，可以分为两类：距中心距离

5、折射率n1n2阶跃光纤距中心距离折射率n1n2渐变光纤光在阶跃光纤中的传播（全反射情况）ir折射率n0折射率n1折射率n2n0sini=n1sinr，当i较小时，r也较小，光在光纤中发生全反射。光在阶跃光纤中的传播（折射情况）n0sini=n1sinr，当i较大时，r也较大，光在光纤中，一部分透射（折射），另一部分反射。折射部分较强，而反射部分较弱。ir折射率n0折射率n1折射率n2光在渐变光纤中的传播n0sini=n1sinr，当i较小时，r也较小，光在光纤中发生全反射。使各种模传播的群速相近，从而减小模色散增加通讯带宽折射率n0n0sini被称

6、为光纤的数值孔径从集光能力角度，数值孔径越大越好但数值孔径过大，则会引起较强的多径散射，影响信息传输的速率，即比特率。以上为几何光学的研究方法，在初期的光通信研究中，几何光学尚能满足需要，但随着光通信技术的发展，几何光学已不够用了，于是基于麦克斯韦电磁方程的电磁光学得到了迅速发展，并成为光通信领域的主流理论。2、阶跃光纤的模式柱面坐标系zr,Z方向r方向方向对于光纤中的交变电磁场，各场量都是位置（r,,z），时间（t）的函数。以电场为例：假设场量的幅值在横截面内的分布规律不随坐标z变化而变化即：场量的幅值和相位沿z轴的变化规律与横向坐标（r,）无关（可解耦），则：对于磁场有

7、类似结果：根据麦克斯韦方程可将上述有关电磁场的6个分量（电场和磁场各3个分量）联系起来。这6个分量构成了在光纤中存在的一种电磁场的分布状态（场结构），被称为一种模式。研究表明，能在光纤中传播的电磁场结构可以具有离散的多种形式，对应为多种模式。或者说，能在光纤中传输的模式是光场（电磁场）的一个遵循某种规律的空间分布，这种空间分布在传播过程中只有相位变化，没有形状变化。能传输多个模式光的光纤被称为多模光纤，只传输单个模式光的光纤被称为单模光纤模式举例，（仅画出横截面上电场