光纖通信第一章

緒論光纖光發(fā)射機光接收機光纖通信系統(tǒng)設(shè)計教材：

光纖通信（第二版）顧婉儀

人民郵電出版社參考書：1.光纖通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)徐寶強北京航空航天大學(xué)出版社2.光纖通信（第四版）GerdKeiser電子工業(yè)出版社光纖通信緒論

光纖通信的含義發(fā)展歷史、現(xiàn)狀光纖通信特點一.光纖通信的含義通信（Communication）光通信（OpticalCommunication）光纖通信（Opticalfiber

Communication）部分電磁波頻譜光纖光發(fā)射機電端機電端機光接收機光纖通信系統(tǒng)的組成光源調(diào)制器驅(qū)動電路放大器光電二極管判決器光纖光纖中繼器光發(fā)射機光接收機光纖中繼器光器件光纖----傳輸通道功率降低脈沖展寬畸變損耗（Loss）色散（Dispersion）非線性效應(yīng)（Nonlinearity）有三種危害光發(fā)射機----PCM加載到光源上驅(qū)動電路光源調(diào)制器通道耦合器電信號輸入

光輸出LED、LD、DFB光接收機---接收光信號光檢測器偏壓控制前置放大器AGC電路均衡器判決器時鐘提取再生碼流主放大器光信號PINAPD中繼器—恢復(fù)原來的信號放大（Reamplifying）重定時（Retiming）整形（Reshaping）3R:二.光纖通信的發(fā)展Firebeacons狼煙1880年，貝爾(Bell)發(fā)明了“光電話”。光電話存在問題：1.光源

2.傳輸媒質(zhì)

光纖通信的發(fā)展方向：1.3U2.1250nm-1650nm損耗＜0.5dB/km

1962半導(dǎo)體激光器1960梅曼紅寶石激光器動態(tài)單縱模DFB-LD1975年1310、1550nmMM-LD靜態(tài)單縱模DFB-LD1970雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器850nmDSF色散位移光纖MMFtoSMFSMF1966高錕論文預(yù)言波長1310、1550nm低損耗窗口1970康寧、損耗20dB/km商用：大有效面積NZDSFNZDSF商用：DFB-MQW-LD多量子阱激光器19烤62半導(dǎo)悅體激恰光器19梳60梅曼榨紅傾寶石出激光棋器動態(tài)形單縱說模DF演B-袋LD19羅75年13解10、15芽50億nm慈M納M-夾LD靜態(tài)擦單縱繁模DF鄭B-竿LD19腦70雙異丹質(zhì)結(jié)皺半導(dǎo)柄體激乳光器85掠0n顆mDS危F色散壤位移污光纖MM勞F芝to略S泉MFSM餃F19傅66高錕父論烘文預(yù)創(chuàng)言波長13慎10、15故50襯n亂m低損話耗窗聰口19樂70康寧鄉(xiāng)豐、損泄耗20篩dB被/k搜m商用進：大淹有效灣面積NZ亡DS夢FNZ靠DS包F商用吹：DF莖B-鞏MQ酬W-披LD多量肥子阱疾激光弦器第一膀階段磨：70鴨s波長乘：85毫0n腐m光纖猶：多蛙模光講纖MM戒F速率粱：10志-1順00抹Mb裙/s距離拖：10革km三.光纖倉通信涼系統(tǒng)御的發(fā)撒展第二漠階段填：80槍s波長接：13馬10nm激光桐器：MM洗-L度D光纖氣：MM拍F：＜10跑0M浪b/座s，10作kmSM既F:魄1.棋7G陰b/態(tài)s,練5材0k手m第三鎖階段幼：80差-9且0s波長圈：15歸50析nm激光摸器：SM猾-L毒D光纖共：SM豬F2.閃5G銜Bb尺/s，10判0k堆m第四澤階段貫：90兼s,波長觀：15范50冒nmOA：光震放大壇器（ED著FA）DW葉DM：密結(jié)集波仰分復(fù)浴用三.光纖索通信皮的應(yīng)單用四.特點光波砍作為焰載波飽，速典率高乖、信蔥息量奧大；2.光纖生，損彎耗小源、中廢繼距懲離大丹；3.抗電步磁干師擾；4.保密那性好盜；5.尺寸啟小、標重量恩輕；6.資源乞豐富卷。各種蜓傳輸尿線路迅的損兔耗特勒性光纖運通信時的缺仙點1、光常纖的啟彎曲陶半徑很不易融過小庸。2、切花斷和米連接鄭操作改復(fù)雜質(zhì)。3、分稻路、蒜耦合健麻煩。28光纖預(yù)的結(jié)庫構(gòu)光纖駱的基文本理恒論光纖何的基霜本參屑數(shù)單模上光纖第一委章鍵光纖攜的基很本理笨論結(jié)構(gòu)須特性塵：幾乓何尺湊寸、襯分類光學(xué)懂特性意：折兔射率給、數(shù)對值孔處徑傳輸專特性為：損耗和色散光纖監(jiān)的特曠性：教學(xué)浪重點楚及難物點重點:一、莖分析佳光纖踐的導(dǎo)霸光原禍理；二、洲理解光纖旅損耗撓和色備散的誼概念；三、黑掌握演光纖萌單模湊傳輸遍條件壘的計偶算。難點到：光纖漿傳輸茶的波辨動理遙論1.鋤1.沖1光纖鼻的結(jié)恐構(gòu)和壺分類核心結(jié)構(gòu)趁：纖芯杠、包旗層一、娛結(jié)構(gòu)1.纖芯：幣光波答傳輸罩的主揮要通桌道。直徑2a一般倉在4～50μm。折射捐率用n1表示找。2.包層凝：2b粒=12熱5μm。折射兵率用n2表示襪。3.涂覆術(shù)層：保鄙護光幣纖不仿受水拿氣侵課蝕和咐機械掩擦傷允。注：n1>n2。這是莖光在雞光纖公中傳逆輸?shù)恼癖匾罈l件晚。1.根據(jù)糠光纖需橫截澇面上灣折射淹率分霜布的患情況坐來分以類（1）階砍躍型黑光纖（2）漸座變型管光纖階躍光纖的折射率分布漸變光纖的折射率分布二、晚分類2.根據(jù)塑光纖尺傳輸偏模式投的不魚同分沃類（1）單遙模光圍纖：傳輸外一個詳模式繞的光懶波，獄光線石以直花線形御狀沿觀纖芯蔥中心投軸線器方向吳傳播非。纖蛙芯直畫徑只鼓有4~樂10μm。只錫有階躍蓮型光灑纖。略。。抱長距勾離，堪大容稿量通恭信根據(jù)壺電磁乒場理榴論：梯光波罰存在事許多錦不同遮的模哲式單模光纖（2）多薦模光鴉纖：傳輸張多個漁模式亂的光議波。霞包括A階躍霉型光參纖。洗。。刻短距對離，墨小容火量通性信B漸變紹型光球纖。效。。得中距駝離，致中容辦量通蟻信2.根據(jù)凈光纖曬傳輸遠模式圍的不俊同分滴類3.按照盒制造睛光纖已所用病的材壟料分類石英錯系光削纖多組錫分玻團璃光谷纖塑料艇包層王石英牌芯光煉纖全塑飛料光品纖4.根據(jù)酒光纖縮慧的工鉗作波短長分諷類實用圾光纖倉主要厲有三沫種基干本類退型1.多模階奪躍光糊纖（St沃ep俱I味nd摩ex挑F亂ib鑼er老,英SI透F），噸一偏般2a糟=5撈0μ故m，特籮點是譽信號坡畸變堅大。作用：相鞭應(yīng)的昌帶寬漏只有10將-2產(chǎn)0MH讀z·km，只孤能用羨于小黨容量架（8造Mb垃/s以下率）短材距離罪（幾km以內(nèi)賓）系距統(tǒng)。2.多模白漸變牧光纖（Gr像ad取ed真I此nd骨ex銜F該ib從er負,病GI忌F），2a為50盡μm，特策點是滋信號沃畸變血小。作用：帶喬寬可巡壽達1-馳2GH病z·km，適殲用于難中等判容量裳（34剩-1侄40寶M崖b/位s）中界等距皆離（10邀-2賤0澇km）系技統(tǒng)。3.單模施光纖（Si書ng蠅le土M慢od椅e言Fi獨be蹄r,嗚S剖MF），2a暖=4尊-1駛0μm，其偶信號仰畸變腳很小株。作用：大始容量（56軋5終Mb斧/s－2.蜂5Gb駐/s）長吐距離(3進0淺km以上)系統(tǒng)監(jiān)要用增單模箱光纖(a)雙包層；(b)三角芯；(c)橢圓芯雙包銀層光引纖色散遭平坦穗光纖（Di閘sp索er壞si邀on競F靜la蹄tt千en搜ed殖F符ib駐er乒,業(yè)DF圖F）色散勺移位己光纖（Di形sp墻er強si匯on召S次hi破ft克ed估F延ib候er隆,渴DS錦F）三角只芯光哭纖橢圓瞇芯光閱纖雙折太射光爆纖或偏振清保持枯光纖。特種撓單模蘋光纖國際痰電聯(lián)IT溝U-偷T的光影纖標賺準G.員65敘1：多共模光汗纖G.棉65莖2：第慢一代授單模匪光纖盼（用沖量最抓大的瘦）G.巡壽65奔3：15員50映nm零色霜散單期模光舉纖G.憐65過4：15浸50食nm波長丟衰減傳最小禽光纖G.獎65經(jīng)5：非霞零色嗚散位體移光參纖G.渡65鍛6：光學(xué)鄉(xiāng)豐傳輸志原理分析勺光纖臟傳輸請原理躍的常積用方裝法：幾何珍光學(xué)風(fēng)法麥克企斯韋返波動辭方程原法幾何亦光學(xué)葬法（射贏線光舍學(xué)）惕：是忽冊略波貿(mào)長的漢光學(xué)墳（波乎長趨禍近于0），劇用射踢線代運表光語能量母傳輸俗路線沿的方燥法。波動貞方程齡法：把光愉作為吃經(jīng)典及電磁墾場來疾處理鏟，研誓究電牙磁波賽在光各纖中母的傳但輸規(guī)栽律，延得到雀光纖槽中的罰傳播杏模式金、長巨結(jié)構(gòu)企等。籮。。分析期問題孔的兩摧個出復(fù)發(fā)點?數(shù)值約孔徑?時間戚延遲通過蔑分析凳光束飲在光皇纖中更傳播肅的空間匙分布和時間西分布射線龜光學(xué)萍法分拌析問腰題的耽兩個貸角度?多模襲階躍煩光纖?多模匆漸變唉光纖1.綱1.漫2多模沃階躍罵折射鞏率光糠線的葉射線插光學(xué)淋理論牽分析光纖殖通信睬課程邁第聲一章45多模跑階躍頁折射鋼率光潤纖的固射線坦光學(xué)挪理論毀分析全反少射光纖粥的數(shù)院值孔惹徑光纖住的相獸對折躁射率莫差最大驗群時井延差(1帝)反射頌與折鵲射(2向)全反幼射臨撿界臨界溪角(3限)全反熟射1.光的斧全反患射全反碰射條申件：光線拜由光礦密介漸質(zhì)戴光舌疏介成質(zhì)入射蝕角>全發(fā)勺射臨具界角光纖婆的導(dǎo)盈光特們性：是基窄于光殲線在纖芯和包層交界引面上博的全反善射。把衫光線明限制量在纖顏芯中麗傳輸。光纖然光纖標種類穩(wěn)：子慰午線斜射冤線n0：空級氣折艙射率n1：纖扁芯折舟射率n2：包震層折初射率且n1>n2>n02.子午舅線在旦光纖愧中的巨傳輸（1）臨午界入擱射（空氣抖中的宏入射傍臨界顯角）與內(nèi)光揪線入射俯角的護臨界孤角相對棚應(yīng)，農(nóng)光纖入射娘光的主入射喜角有一循個最大孟值，稱為光纖斤端面示入射害臨界商角（簡松稱入射糧臨界深角）。(2繞)全反津射傳淚輸當(dāng)決時嶄，臨界貢角，智光暗線在壤纖芯我和包符層交貼界面釘發(fā)生聚全反撥射。薄將光哥線束綿縛在鞋纖芯振內(nèi)傳咳輸。(3票)不能腥全反門射，則臨界相角，蒙不能決發(fā)生孩全反耀射。邀有折演射發(fā)豪生，脹光線丈有損佩失。半錐角由此材可見幣，只似有在禍半錐短角為忍的汁圓錐畝內(nèi)入矮射的得光束纖才能忠在光蠻纖中放傳播悼。3.數(shù)值估孔徑根據(jù)鋒傳播悶條件影，定餓義入王射臨殺界角羅的正弦為數(shù)值目孔徑(Nu鉗me虧ri月ca毒l晨Ap塑er塌tu甚re籠,NA)。即資光纖存的數(shù)脂值孔火徑為爆：光纖簽的數(shù)沖值孔她徑NA僅決棵定于陣光纖近的折攤射率n1和n2，與爹光纖暢的直徑無關(guān)遙。光纖漿的數(shù)藍值孔增徑NA越大夢，纖芯換對光濾能量的束縛帆越強，光奔纖抗帆彎曲得性能葛越好視；(集光煌能力絲式越好)公式桑可知撈，NA越大刮，n1，n2的差律值越軍大；冶經(jīng)光竿纖傳雷輸后屯產(chǎn)生善的信言號畸公變越坦大，姑因而限制渠了信將息傳往輸容謀量。選擇砌適當(dāng)儉的NA，通常砌用于哄通信源的光鬧纖NA的取姜值范款圍為0.制1~從0.籮3之間招。4、相閣對折抗射率禍差Δn1和n2差值趨的大餃小直丘接影所響著社光纖河的性荷能，侄引入社相對析折射巨率差磚來表脈示它吊們相掉差的憐程度席，用Δ表示六，即光纖煤的數(shù)受值孔謊徑可農(nóng)表示村為：弱導(dǎo)辛光纖述，有n1≈n2，此時例題固：設(shè)光沈纖的悄纖芯簡折射促率n1=1年.5飄00，包梳層折綱射率n2=1愁.4歸85。求:（1）相灰對折喝射率啄差Δ；（2）數(shù)響值孔練徑NA；（3）入煩射臨榨界角。解：（1）相義對折危射率邊差Δ：（2）數(shù)擠值孔遵徑NA：（3）入幟射臨核界角0.俗2112鄉(xiāng)豐.1物2o0.叛015.斜射考線在猴光纖飲中的慮傳輸斜射僵線在菜光纖村中傳婦輸為豬一條制空間醉折線遼。焦散備面：傳輸嚴軌跡虧限定石在一挪定的坐范圍姐內(nèi)，忽并與咸一圓拆面相鈔切，亡該元眨柱面已稱為鎖焦散金面，拜半徑件為a0圖A光纖碰端面材投影鞋圖圖B光線割傳輸愧的路和徑a0=a折線變?yōu)槁菪€a0=0斜射線變?yōu)樽游缇€6.時間熊延遲腔（時挖延）時間糕延遲入射恢角為θ的光愧線在挑長度基為L(謙AC柿)的光添纖中軍傳輸饑，所變經(jīng)歷涼的路勻程為;多模耽階躍蠅光纖捉最大廢時延命差時間樹延遲克差在大時域抹產(chǎn)生脈沖禽展寬，或甜稱為信號鬼畸變。它限圍制了繩光纖硬的傳夏輸帶眨寬7.NA與的關(guān)差系NA越大碎，光旦纖接面收光綠的能伶力越隨強，疑從光昆源到滑光纖饞的耦律合效辨率越交高；誘但NA越大旱，模斑間色縣散越伸嚴重播。常用增于通舅信的忍光纖減的NA取值洋范圍史為:0.外1～0.古3是輸傘入脈跌沖展癢寬的麗一種島度量時間待展寬瞞不超回過系汗統(tǒng)比截特間咬隔（珍）憲，就宋不會手產(chǎn)生毀碼間揚串?dāng)_捉，系辟統(tǒng)的僻比特慰率為光纖駝的最估大比用特率季距離復(fù)積BL定義為光蘆纖信例息傳麥輸容體量例：艙多模歪階躍扁光纖稍，纖透芯折均射率n1=1賠.5，包煩層折反射率n2=1輩.4剃97，求京其傳止輸容解量BL。1.魄1.妹3漸變候折射勉率光津纖折射蒜率分小布相對卷折射朗率差設(shè)計跌漸變拖光纖蠻的目摸的是寧減小鉤多模向光纖役的群想時延杰差--達--填--模式穗色散適當(dāng)碎選擇觀折射租率分忍布，孕可以尖使不挨同入姑射角框的光勉線有吸大致宅相等遮的光比程。r和a分別秀為徑讓向坐隱標和霉纖芯若半徑中；Δ為相勝對折忠射率形差；g為折射砍率分括布指需數(shù)1.漸變辰折射鉛率光材纖折汁射率702.相對憐折射拼率差其中n(民0)、n2分別鴉是r＝0處和忠包層津的折旦射率71漸變熱光纖模中引子入本兼地數(shù)扣值孔徹徑的責(zé)概念指光紙纖端次面上箏某一慮點的左數(shù)值蠅孔徑3.數(shù)值鍋孔徑ri=0θ0=04.自聚果焦效位應(yīng)不同避入射刷角相滴應(yīng)的偏光線熱，雖貸然經(jīng)純歷的慎路程唐不同氏，但耗是最鉛終都既會聚諸在一溫點上崇，這已種現(xiàn)網(wǎng)象稱截為自聚餅焦效貴應(yīng)。5.最大流時延籮差6.漸變蠢光纖慣的最躬大比兼特率換距離轎積BL例：廁一根炭多模漸變伐光纖的長欺度L=1k惠m，纖豎芯的度折射完率n(析0)歐=1墳.5，相圍對折縱射率摸差Δ=困0.位01，求朗其模洗式色蓋散傳里輸容胸量BL。一、愚引入窮歸一凳化頻握率VV灑-光纖欣的歸那一化念頻率繪；n1-纖芯展折射使率；Δ-相對董折射兄率差狐；λ-傳輸餃光波堡長。1.陵2.屈2波動溉光學(xué)鄉(xiāng)豐理論跟分析二、東傳輸抬條件V威-光纖松的歸邪一化起頻率濃；Vc-光纖姐的歸伏一化甘截止簽頻率筑。傳輸條件當(dāng)V<線2.皂40型48梢3時，雁只有占一個買模式剖存在稍，其絞余模耀式全缸部截撲止。稱為基?；蛑髂??；_模以妥外的窄模式魯統(tǒng)稱死高次駕模。三、酷單模密傳輸紛條件單模丈傳輸通條件截止腎波長啟：該模咐式可虧傳輸報，嗽該模丑式截增止。對于突變閱型光何纖，g→呼∞，；對于平方隔律漸飄變型茄光纖，g=什2，凳。四、蝴傳輸攝模數(shù)光纖專最重季要的維傳輸打特性掏：損耗店限制植系統(tǒng)斑的傳遙輸距策離色散電則限造制系底統(tǒng)的燥傳輸酬容量

1.損耗系數(shù)

損耗的存在光信號幅度減小限制系統(tǒng)的傳輸距離。

損耗咐系數(shù)煤：單常位長肆度光遞纖引交起的躬光功鄙率衰反減1.蓄4光纖漂的損向耗包括吸收缸損耗、散射族損耗和其他熊損耗三部師分。吸收丘損耗是由Si怠O2材料狡引起器的固轎有吸援收和深由雜勉質(zhì)引妙起的莊吸收橫產(chǎn)生蠶的。散射普損耗主要紅由材興料微沫觀密翼度不低均勻店引起茂的瑞利(R莖ay愈le設(shè)ig圾h逮)散射和由炭光纖結(jié)構(gòu)要缺陷(如氣踏泡)引起臘的散足射產(chǎn)浴生的瞞。2.損耗小的因拴素歸納淚為：匯本征治損耗隔、制陜造損褲耗、赤附加稀損耗本征損耗本征吸收紅外吸收紫外吸收電子越遷分子震動瑞利設(shè)散射折射詢率不楚均勻瑞利郵散射玩損耗例與曲成正翠比制造損耗結(jié)構(gòu)缺陷散射損耗附加蝕損耗是：光捉纖成史纜以頓后出遍現(xiàn)的侵損耗議。雜質(zhì)吸收過渡金屬離子OH—1.睡5光纖穩(wěn)色散一、光纖把的色蔑散概現(xiàn)念1、色脖散在物調(diào)理光燥學(xué)中秩，色散是指億由于丟某種源物理釘原因載使具回有不同苦波長填的光經(jīng)過買透明阻介質(zhì)奮后被散晝開的現(xiàn)咽象。2、光趣纖的統(tǒng)色散在光纖兇中，光信角號是由亭很多理不同尚的成踢分組泳成的就，由餐于信木號的她各頻率成分蓬或各模式成分縣的傳宏播速泉度不母同，恥經(jīng)過押光纖堤傳輸螞一段濕距離堅后，聲不同儀成分接之間鎮(zhèn)出現(xiàn)與時延饒差，棉引起夏傳輸斗信號沒波形狡失真醬，脈沖往展寬，這芝種現(xiàn)四象稱鑼為光纖巴色散。883.光纖湊中的如色散塘分類模式貸色散確（多終模光洽纖）材料雜色散波導(dǎo)奴色散偏振數(shù)模色浴散（1）模倆式色扛散模式革色散是由倚于不同癢模式的時露間延棉遲不讀同而壁產(chǎn)生模式漠不同忙，傳脾輸?shù)钠核賸鸲炔挥X同。存在駱于多栗模光鴉纖中斷。（2）材料固色散材料扶折射訊率隨須波長詞變化懲而引座起的芹。光源島有一腳定的簽光譜毛寬度利。n()畜Vg純石騙英材待料在12嚼70飾nm時材豎料色睛散為守零--獅--材料班的零飯色散艇波長時延差91（3）波仰導(dǎo)色莫散傳輸棄模式愚的群櫻速度典隨光盾波長辜變化晨而改來變光源賊的光逼譜譜前寬不畝為零它還阿與波躬導(dǎo)效擁應(yīng)有拳關(guān)()Vg材料數(shù)色散攀和波亦導(dǎo)色稼散總?cè)谭Q為芬色度評色散單模波光纖壺色散糕特性（4）偏肢振模池色散由于HE11棒y和HE11摩x模的寶傳播翅常數(shù)βy和βx小不播同，區(qū)因此富引起丙這兩撫個模剃式傳近輸?shù)莫q不同謠步，歪從而孫形成事色散混。這撤種色蠢散叫賴做極化櫻色散。模式蠢色散帆材政料