光纖通信原理試驗(yàn)

1、光纖通信原理實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解光纖通信系統(tǒng)的工作原理；2、了解光纖通信的基本特點(diǎn)；3、通過(guò)波分復(fù)用解復(fù)用器件（WDM實(shí)現(xiàn)雙波長(zhǎng)單纖單向音頻視頻通信傳輸；二、光纖通信的發(fā)展過(guò)程：到了 20世紀(jì)中頁(yè)，出身上海的英藉華人高銀（K.C.Kao）博士，通過(guò)在英國(guó) 標(biāo)準(zhǔn)電信實(shí)驗(yàn)室所作的大量研究的基礎(chǔ)上，對(duì)光波通信作出了 一個(gè)大膽的設(shè)想。 他認(rèn)為，既然電可以沿著金屬導(dǎo)線傳輸，光也應(yīng)該可以沿著導(dǎo)光的玻璃纖維傳輸。 并大膽地預(yù)言，只要能設(shè)法降低玻璃纖維的雜質(zhì)，就有可能使光纖的損耗從每公 里1000分貝降低到20分貝/公里，從而有可能用于通信。從此揭開(kāi)了光纖通信 的帷幕。光纖通信的發(fā)展過(guò)程如表1所示。表1

2、光纖通信的發(fā)展過(guò)程工作波 長(zhǎng)光纖激光 器比特率B中繼距離LA代70年代850nm多模多模10100Mb/s10Km第二代80年代 初1300nm多模 單模多模100Mb/s1.7Gb/s20Km50Km第三代80年代 中90年代初1550nm單模單模2.5Gb/s 10Gb/s100Km第四代90年代1550nm單模單模2.5Gb/s10Gb/s21000Km （環(huán)路）1500Km；光放大系統(tǒng)第五代至今1550nm單模單模單路:40,160,640Gb/s信道:8,16,64,128,1022波分復(fù)用WDM目前研究?jī)?nèi)容WDM光網(wǎng)絡(luò)；全光分組交換；光時(shí)分復(fù)用；光孤子通信；新型的光器件三、光纖通信

3、優(yōu)點(diǎn)：.光波頻率很高，光纖傳輸?shù)念l帶很寬，故傳輸容量很大，理論上可通上億 門(mén)話路或上萬(wàn)套電視，可進(jìn)行圖像、數(shù)據(jù)、傳真、控制等多種業(yè)務(wù)；目前的通信 材料主要電纜、波導(dǎo)管、微波和光纜，電纜、波導(dǎo)管、微波和光纜通信容量的對(duì) 比如表2所示?？梢钥闯龉饫|的通信容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它的通信材料。表2電纜、波導(dǎo)管、微波和光纜通信容量的對(duì)比傳輸線路傳輸電話路數(shù)平衡電纜3, 000微波50, 000同軸電纜100, 000毫米波導(dǎo)管300, 000光纜5, 000, 000 以上.不受電磁干擾，保密性好；損耗小，中繼距離遠(yuǎn)。光纖是由非金屬的石英 介質(zhì)材料構(gòu)成的，它是絕緣體，不怕雷電和高壓，不受電磁干擾，甚至包括太陽(yáng)

4、風(fēng)暴也影響不到光纖通信，2000年6月8日的太陽(yáng)風(fēng)暴，差點(diǎn)使俄羅斯的一顆 導(dǎo)航衛(wèi)星失去方向。太陽(yáng)風(fēng)暴還會(huì)造成人造衛(wèi)星的短路， 許多靠衛(wèi)星傳播的通信 業(yè)務(wù)可能因此停頓。1998年5月，美國(guó)銀河4號(hào)衛(wèi)星因受太陽(yáng)風(fēng)暴影響而失靈， 造成北美地區(qū)80%的尋呼機(jī)無(wú)法使用，金融服務(wù)陷入脫機(jī)狀態(tài)，信用卡交易也中 斷了，有試驗(yàn)表明，在核爆炸發(fā)生時(shí)，地球上所有的電通信將中斷，而唯有光通 信幾乎不受影響；光纖中傳輸?shù)氖穷l率很高的光波，而各種干擾的頻率一般都比較低，所以它不能干擾頻率比它高的多的光波。打個(gè)比方說(shuō)，光纖中的光波好 比是在萬(wàn)丈高空飛行的飛機(jī)，任憑地上行駛的火車、汽車如何得多，也不會(huì)影響 到它的飛行。.光纖

5、材料來(lái)源豐富，可節(jié)約大量有色金屬 （如銅、鋁），且直徑小、重量 輕。相同話路的光纜要比電纜輕 90%95%（光纜重量?jī)H為電纜重量的十分之一 到二十分之一），而直徑不到電纜的五分之一。通 21000話路的900對(duì)雙絞線， 其直徑為3英寸，重量為8噸/公里；通訊量為其十倍的光纜，直徑僅0.5英寸， 重量?jī)H450磅/公里。.耐高溫、高壓、抗腐蝕，工作可靠等等優(yōu)點(diǎn)就不一一羅列了。四、光纖通信的原理：光纖通信系統(tǒng)的工作原理如圖 1所示：電惱號(hào)正發(fā)送機(jī)一電珊機(jī)掂府檢部布.a. . iB is用發(fā)送乘分光中維器光中域益電信號(hào)屯 蟠 機(jī)圖1光纖通信系統(tǒng)的工作原理光纖通信系統(tǒng)主要由光發(fā)送、光傳輸、光接收三大部分

6、組成。光發(fā)送部分主要包括電端機(jī)、光發(fā)送機(jī)等部分。電端機(jī)的作用是對(duì)來(lái)自信息 源的電信號(hào)進(jìn)行處理，如模數(shù)轉(zhuǎn)換和多路復(fù)用等處理。光發(fā)送機(jī)由驅(qū)動(dòng)器和光源 組成，其作用是把光端機(jī)送來(lái)的信號(hào)對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制， 使光源產(chǎn)生與電信號(hào)相對(duì) 應(yīng)的光信號(hào)進(jìn)入光纖。光傳輸部分主要由光纖和光中繼器組成。光纖是光纖通信系統(tǒng)的主要組成 部分，它的特性好壞將對(duì)光纖通信系統(tǒng)產(chǎn)生很大的影響。光中繼器的作用是對(duì)經(jīng)過(guò)光纖傳輸后衰減了的光信號(hào)進(jìn)行放大和再生，使之能夠繼續(xù)向前傳輸，達(dá)到長(zhǎng)距離通信的目的。光接收部分主要由光接收機(jī)和電端機(jī)構(gòu)成。 光接收機(jī)含光檢測(cè)器和放大器， 從光纖中傳輸來(lái)的已調(diào)光波信號(hào)到達(dá)光檢測(cè)器， 由光檢測(cè)器將光信號(hào)解調(diào)為

7、相應(yīng) 的電信號(hào)，再經(jīng)放大器后進(jìn)入電端機(jī)。此處的電端機(jī)實(shí)現(xiàn)發(fā)送部分的電端機(jī)相反 的功能，如數(shù)模轉(zhuǎn)換和光波解復(fù)用等處理。五、數(shù)字光纖通信系統(tǒng)按傳輸信號(hào)的類型分，光纖通信系統(tǒng)可分為模擬光纖通信系統(tǒng)和數(shù)字光纖通 信系統(tǒng)。模擬光纖通信系統(tǒng)將模擬信號(hào)不經(jīng)過(guò)任何調(diào)制而直接去調(diào)制光源，它是光通信系統(tǒng)中設(shè)備最簡(jiǎn)單、成本最低的一種光纖通信系統(tǒng)。但是，這種直接光強(qiáng) 調(diào)制方式的光纖通信系統(tǒng)對(duì)光/電和電/光轉(zhuǎn)換的線性度要求較高。由于目前電光 轉(zhuǎn)換的光源及光電轉(zhuǎn)換的光探測(cè)器只在小信號(hào)下工作才具有較好的線性度，對(duì)于大信號(hào)有較大的非線性失真，這使得模擬光纖通信只適用于小容量、 短距離的光 纖通信。目前的光纖通信系統(tǒng)中絕大多數(shù)

8、采用數(shù)字方式的光纖通信。 在數(shù)字光纖通信 系統(tǒng)中，模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣、量化及編碼后被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)（如 PCMJ號(hào)）， 再經(jīng)過(guò)光發(fā)送機(jī)輸入到光纖，由光纖傳輸至接收器，最后由數(shù)模（ D/A）轉(zhuǎn)換器 將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成原始的模擬信號(hào)。 其原理框圖如圖2所示。與模擬光纖通信相 比，數(shù)字光纖通信具有傳輸穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、效率高等優(yōu)點(diǎn)。六、WDM）基本概念和系統(tǒng)基本構(gòu)成光波分復(fù)用（WDM Wavelength Division Multipxing ）技術(shù)，是在一根光纖中 同時(shí)傳輸多波長(zhǎng)光信號(hào)的一項(xiàng)技術(shù)。其基本原理是在發(fā)送端將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)組合復(fù)用，并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進(jìn)行傳輸； 在接收端又

9、將組合波 長(zhǎng)的光信號(hào)分解，并作進(jìn)一步處理，恢復(fù)出原信號(hào)后送入不同的終端。A/D轉(zhuǎn)換槿報(bào)信號(hào)|光發(fā)送機(jī)岸 碼-I圖2數(shù)字光纖通信系統(tǒng)原理框圖WDMfr光纖的可用波段分成若干小信道，每個(gè)信道對(duì)應(yīng)一波長(zhǎng)，使單波長(zhǎng)傳 輸變成多波長(zhǎng)同時(shí)傳輸，從而大大增加光纖的傳輸容量，不同波長(zhǎng)載有不同信號(hào)。WD陳統(tǒng)的基本構(gòu)成主要有兩種形式：一是雙纖單向傳輸；二是單纖雙向傳 輸。前者在開(kāi)發(fā)和應(yīng)用方面比較廣泛，但使用的光纖和線路放大器的數(shù)量要多； 后者在設(shè)計(jì)和應(yīng)用時(shí)必須考慮幾個(gè)關(guān)鍵的系統(tǒng)因素，如抑制干擾、雙向隔離和雙 向放大器等。七、WDM的主要特點(diǎn)1、增大傳輸帶寬，提高傳輸容量WDM技術(shù)充分利用光纖的巨大帶寬資源（低損耗

10、波段），使一根光纖的傳 輸容量比單波長(zhǎng)傳輸增加幾倍至幾十倍， 從而降低成本，具有很大應(yīng)用價(jià)值，在 很大程度上解決了傳輸帶寬問(wèn)題。2、傳輸多種不同類型信號(hào)由于WD極術(shù)使用的各信號(hào)波長(zhǎng)彼此獨(dú)立，因而可以傳輸特性完全不同的 信號(hào)，完成各種通信業(yè)務(wù)的合成與分解， 包括數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，以及準(zhǔn)同步 數(shù)字序列（PDH信號(hào)和同步數(shù)字序列（SDH信號(hào)，實(shí)現(xiàn)多媒體信號(hào)（視頻、音 頻、數(shù)據(jù)、文字、圖像等）的傳輸。4、多種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用形式根據(jù)不同的需求，WD岐術(shù)可有很多種應(yīng)用形式，如長(zhǎng)途干線網(wǎng)絡(luò)、廣播式 分配網(wǎng)絡(luò)、多路多址局域網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等。5、擴(kuò)充網(wǎng)絡(luò)容量、減少投資對(duì)已建光纖通信系統(tǒng)擴(kuò)容方便，只要原系統(tǒng)的功率富余度較大

11、，進(jìn)一步增容 不必大動(dòng)。不用敷設(shè)更多的光纖線路，也無(wú)須使用高速率的網(wǎng)絡(luò)部分，只要更換 光端機(jī)就可擴(kuò)充網(wǎng)絡(luò)容量。6、組網(wǎng)靈活可靠可在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)使用光分插復(fù)用器 （OADM直接上下光波長(zhǎng)信號(hào)，或使用光交 叉連接設(shè)備（OXC對(duì)光波長(zhǎng)直接進(jìn)行交叉連接，組成具有高靈活性、高可靠性、 高生存性的全光網(wǎng)絡(luò)。7、實(shí)用高效、性能優(yōu)良業(yè)已成熟的摻餌光纖放大器（EDFA技術(shù)在特定的頻帶內(nèi)，無(wú)須進(jìn)行光電轉(zhuǎn) 換就可直接放大光波信號(hào)，這為高密度波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用提供了最佳擴(kuò)展 空間。8、IP的傳送通道波分復(fù)用通道對(duì)數(shù)據(jù)格式是透明的， 與信號(hào)速率及電調(diào)制方式無(wú)關(guān)。通過(guò)增 加一個(gè)附加波長(zhǎng)即可引入想要的寬帶新業(yè)務(wù)或新容量，如

12、IP over WDM技術(shù)。9、降低器件的超高速要求隨著傳輸速率的不斷提高，許多光電器件的響應(yīng)速度已明顯不足。使用 WDM 技術(shù)可降低對(duì)一些器件在性能上的極高要求，同時(shí)又可實(shí)現(xiàn)大容量傳輸。人、通過(guò) WD位現(xiàn)雙波長(zhǎng)單纖單向音頻視頻通信傳輸1、實(shí)驗(yàn)裝置：本實(shí)驗(yàn)儀器由光纖發(fā)射/接收儀、收音機(jī)、WDM光纖跳線、攝像頭、音箱及監(jiān)視器等組成。2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟構(gòu)建WDW向傳輸系統(tǒng),用DWM；現(xiàn)單纖單向視頻、音頻傳輸。法M用好廠飛置得豌舒國(guó)也（ ）廣:一函IWDM 卜一 WDM I刖六1| ，刷師但I(xiàn)圖3雙波長(zhǎng)單纖單向波分復(fù)用通信系統(tǒng)a、按上原理圖將CCD像頭的信號(hào)輸出及收音機(jī)的信號(hào)輸出分別連接到光 纖通信發(fā)射端的1310nmffi 1550nm （任選）激光載波對(duì)應(yīng)的信號(hào)輸入端。b、將WDlMfi 1310nm/1550nmB分別接到波分復(fù)用與解復(fù)用盒子雙光纖連接頭上（雙鏈接頭一端），再用兩根光纖跳線，一端分別連接光纖通信發(fā)射儀的 1310nmffi 1550nm激光光源上，另一端分別連接 WDMft分復(fù)用盒子上對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的 接頭上。將WDMJ合光端分別接到波分復(fù)用與解復(fù)用盒子單纖光纖連接頭上，用跳線分別連接 WDMJ波分復(fù)用與解復(fù)用盒子單纖光纖連接頭上，再用兩根跳線， 它們一端分別連接光纖通信接收儀的 1310nm?口 1550nm光纖連接