光纤光缆讲义ppt.ppt

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1、光纤光缆讲义武汉大学电子信息学院何对燕一、引言电子和光子的特点：电子具有电荷和质量，而光子却没有；电子遵循费米—狄拉克统计学规律，而光子则遵循波色—爱因斯坦统计学规律；电子仅可通过串行方式处理，而光子则可以通过并行方式处理；运动的电子产生电磁场和波，而光子却不能；电子可以承受电磁干扰，而光子却不能。电子在自由空间不能自由传输且需要导线传输，而光子却可以在波导器件和自由空间传播00-10-102武汉大学电子信息学院一、引言固态电子学，微电子学信息技术革命计算机科学技术、通信技术、自动控制、电子技术等的关键基础光电子技术的迅速发展，已渗入到信息技术领域

2、的各个方面，如超大容量信息流传输；多媒体宽带综合服务的信息交换互连网络；高密度信息量存储；信息的超快实时处理；信息的获取读出和显示等00-10-103武汉大学电子信息学院二、超大容量信息传输领域的光电子技术以电磁波(或电子)作为信息载体的技术已走到极限，价格昂贵的同轴电缆的传输容量为500MHz，容量有限，难以达到Tb/s级超大容量传输的需要光波的本征带宽高达200THz，低损耗石英光纤在1.55um波长处的窗口带宽也可达到25THz目前光纤通信系统单通道传输容量已达到40Gb/s00-10-104武汉大学电子信息学院二、超大容量信息传输领域的光电子技

3、术要达到Tb/s级超大容量传输的需要，必须应用光电子技术：高速率响应（100GHz)、窄线宽(100KHz)集成化半导体激光器,全光中继的半导体激光泵浦掺铒光纤放大器(EDFA)，波导光栅阵列波分复用与解复用器等光源：DFB半导体激光器与量子阱EA电光调制器单片集成器件，最高调制带宽：40GHz00-10-105武汉大学电子信息学院问题：石英光纤在波长1.55um处的色散率为2ps/nm·KM，而10Gb/s的传输码率相应的码宽为100ps，即使激光器的线宽能做到0.01nm；当传输100KM距离时的色散延迟也有2ps问题：存在光纤的非线性效应，如四

4、波混频等突破50Gb/s单信道传输容量十分困难二、超大容量信息传输领域的光电子技术00-10-106武汉大学电子信息学院二、超大容量信息传输领域的光电子技术光孤子技术：光纤非线性（16mW）自相位调制自洽补偿1.55um窗口波长光纤的反常色散（10ps）实现无延迟的光孤子传输DFB半导体激光器与量子阱EA电光调制器单片集成器件可使光孤子的传输码率达到40Gb/s更高重复率（100GHz）的光孤子激发，必须利用锁模技术实现，量子阱半导体锁模激光器是最可实用化的一类00-10-107武汉大学电子信息学院二、超大容量信息传输领域的光电子技术Tb/s

5、级传输容量是信息化社会的标志，复用技术是关键，主要有时分复用（TDM）和波分复用（WDM）TDM的问题：Tb/s级超大容量的传输光脉冲宽度要压窄到100fs以下WDM技术提供了重要的扩充传输容量的途径，关键有波长稳定精确可控的光源，量子阱结构DFB或DBR长波长（1.55um）半导体激光器的集成化要求较高00-10-108武汉大学电子信息学院二、超大容量信息传输领域的光电子技术Tb/s级超大容量传输技术：输运能力由时间和光谱的测不准原理所限定。测不准原理(Δｔ×Δν>1/2)限制了同步采用高速ＴＤＭ和高密度ＷＤＭ信号处理。Δｔ和Δｖ分别代表光通信信号的

6、时间和光谱宽度。ＴＤＭ与ＷＤＭ组合用于相对长的脉冲,不考虑光纤类型或长度,获得的最大比特率是2.3Ｔｂ/ｓ00-10-109武汉大学电子信息学院§.1光纤的优点带宽极大；直径小、重量轻；并行光纤之间没有串扰；不受感应的干扰；低价传输信号的潜力；较大的安全性；较大的保险性；更长的使用寿命；00-10-1010武汉大学电子信息学院§.1光纤的优点（续）对温度腐蚀性液体及气体的高耐抗性；更高的可靠性及易维护性；无信号辐射泄露；系统易于扩容；使用常见的天然资源；00-10-1011武汉大学电子信息学院§.2光纤的类型光纤的结构00-10-

7、1012武汉大学电子信息学院§.2光纤的类型（续）阶跃折射率(SI)光纤：纤芯折射率恒定,芯-包层界面的折射率有阶梯性跃变；渐变折射率(GI)光纤：纤芯折射率连续变化；多模(MM)光纤：多种模式传输，包层直径125μm，芯径50～100μm；单模(SM)光纤：一种模式传输，包层直径125μm，芯径8μm；00-10-1013武汉大学电子信息学院§.2光纤的类型（续）00-10-1014武汉大学电子信息学院§.2光纤的类型（续）光纤的归一化频率(V)：00-10-1015武汉大学电子信息学院§.3光传播理论光线理论：00-10-1016武汉大学电子

8、信息学院§.3光传播理论（续）00-10-1017武