光纖通信課件第5章

光纖通信課件第5章目錄光纖通信概述光纖的傳輸原理光纖的制造與分類光纖通信系統(tǒng)光纖通信網(wǎng)絡(luò)光纖通信的未來發(fā)展01光纖通信概述定義光纖通信是一種利用光波在光纖中傳輸信息的一種通信方式。特點(diǎn)傳輸頻帶寬，通信容量大；傳輸損耗低，中繼距離長；抗電磁干擾能力強(qiáng)；保密性好；光纖線徑細(xì)，重量輕，便于鋪設(shè)和運(yùn)輸；材料來源豐富，環(huán)境保護(hù)好等。光纖通信的定義與特點(diǎn)起步階段突破階段發(fā)展階段成熟階段光纖通信的發(fā)展歷程20世紀(jì)60年代，英美等國開始研究光纖通信技術(shù)，主要研究玻璃絲和石英玻璃絲作為傳輸媒介。20世紀(jì)80年代，光纖通信進(jìn)入實(shí)用化階段，光纖通信系統(tǒng)在骨干網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)70年代，光纖損耗降低到20dB/km以下，為光纖通信實(shí)用化奠定了基礎(chǔ)。20世紀(jì)90年代至今，光纖通信技術(shù)不斷完善和發(fā)展，全光網(wǎng)絡(luò)、光傳送網(wǎng)等新概念和新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。光纖通信具有低損耗、長中繼距離的特點(diǎn)，適用于長距離通信，如跨洋光纜、國家骨干網(wǎng)等。長距離通信光纖通信具有高速、大容量的特點(diǎn)，適用于城域網(wǎng)和接入網(wǎng)的建設(shè)，如寬帶接入、智能交通等。城域網(wǎng)和接入網(wǎng)光纖通信具有抗電磁干擾、保密性好的特點(diǎn)，適用于工業(yè)控制和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，如傳感器網(wǎng)絡(luò)、智能制造等。工業(yè)控制和物聯(lián)網(wǎng)光纖通信具有抗干擾、保密性好、難以被摧毀的特點(diǎn)，適用于軍事領(lǐng)域，如戰(zhàn)場通信、導(dǎo)彈制導(dǎo)等。軍事領(lǐng)域光纖通信的應(yīng)用場景02光纖的傳輸原理光具有波動(dòng)性，可以像水波一樣在空間中傳播，具有振幅、頻率、相位等波動(dòng)特性。光的波動(dòng)性光的波動(dòng)性可以產(chǎn)生干涉和衍射現(xiàn)象，這些現(xiàn)象在光纖通信中具有重要的應(yīng)用。光的干涉與衍射光的波動(dòng)原理當(dāng)光線從光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)時(shí)，如果入射角大于臨界角，光線的能量將全部反射回光密介質(zhì)，形成全反射現(xiàn)象。在光纖中，由于折射率不同和光纖結(jié)構(gòu)的不完善，光在傳播過程中會(huì)存在能量損失。光的全反射原理光的能量損失全反射條件單模光纖只傳輸一種模式的光纖，適用于長距離和高速通信。多模光纖可以傳輸多種模式的光纖，適用于短距離和低速通信。光纖的傳輸模式03光纖的制造與分類光纖的制造工藝通過化學(xué)氣相沉積等方法制備出光纖預(yù)制棒。將預(yù)制棒加熱軟化后，通過拉絲機(jī)拉制成細(xì)絲狀光纖。在拉絲過程中，對(duì)光纖進(jìn)行涂覆和保護(hù)，以增加光纖的機(jī)械強(qiáng)度和耐久性。對(duì)光纖進(jìn)行性能測試，合格后進(jìn)行包裝，以供使用。預(yù)制棒制備拉絲涂覆與保護(hù)測試與包裝只傳輸單一模式的光信號(hào)，適用于長距離、高速通信。單模光纖傳輸多個(gè)模式的光信號(hào)，適用于短距離、低速通信。多模光纖由塑料制成，成本低，易彎曲，適用于短距離、低速通信。塑料光纖如紅外光纖、激光光纖等，具有特殊性能，適用于特定領(lǐng)域。特種光纖光纖的分類與特點(diǎn)

光纖的參數(shù)指標(biāo)折射率與波長折射率是光纖中光速與空氣中的光速之比，波長決定了光纖通信的傳輸容量和傳輸距離。衰減與損耗衰減是指光信號(hào)在傳輸過程中的能量損失，損耗是指光信號(hào)在傳輸過程中的能量耗散。帶寬與色散帶寬決定了光纖通信的傳輸速率，色散是指光信號(hào)在傳輸過程中由于不同波長的光速不同而引起的散射現(xiàn)象。04光纖通信系統(tǒng)光源類型發(fā)光二極管（LED）激光二極管（LD）光源與光發(fā)送機(jī)光纖激光器光源的主要參數(shù)化學(xué)激光器光源與光發(fā)送機(jī)光源與光發(fā)送機(jī)010203譜線寬度輸出功率波長壽命溫度特性光源與光發(fā)送機(jī)光檢測器與光接收機(jī)01光檢測器類型02PIN光電二極管APD雪崩光電二極管03010203MSM（金屬-半導(dǎo)體-金屬）光電二極管光接收機(jī)的性能參數(shù)靈敏度光檢測器與光接收機(jī)光檢測器與光接收機(jī)帶寬噪聲指數(shù)動(dòng)態(tài)范圍拉曼放大器半導(dǎo)體光放大器（SOA）光放大器類型光纖放大器（如摻鉺光纖放大器，EDFA）半導(dǎo)體光放大器的特點(diǎn)：響應(yīng)速度快，可用作光邏輯門。光放大器與光中繼器0103020405光衰減器光環(huán)行器光分路器/合路器常見光無源器件光隔離器光濾波器010203040506光無源器件05光纖通信網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)架構(gòu)在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)架構(gòu)中，兩個(gè)終端設(shè)備之間通過光纖直接連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。這種架構(gòu)簡單、可靠，適用于數(shù)據(jù)量較小的情況。星型架構(gòu)中，所有終端設(shè)備都連接到中心節(jié)點(diǎn)，再由中心節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)到其他節(jié)點(diǎn)。這種架構(gòu)便于管理和維護(hù)，適用于節(jié)點(diǎn)數(shù)量較少的情況。環(huán)型架構(gòu)中，終端設(shè)備連接成環(huán)狀，數(shù)據(jù)在環(huán)上單向傳輸。這種架構(gòu)具有較高的可靠性和容錯(cuò)性，適用于對(duì)數(shù)據(jù)傳輸可靠性要求較高的情況。網(wǎng)狀架構(gòu)中，終端設(shè)備之間有多條路徑可供選擇，數(shù)據(jù)可以根據(jù)需要選擇不同的路徑傳輸。這種架構(gòu)具有較高的靈活性和可靠性，適用于大規(guī)模、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的情況。星型架構(gòu)環(huán)型架構(gòu)網(wǎng)狀架構(gòu)光纖通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)TCP/IP協(xié)議01TCP/IP協(xié)議是互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)協(xié)議，它包括傳輸控制協(xié)議（TCP）和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）。TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的可靠傳輸和路由選擇，適用于光纖通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸。OSPF協(xié)議02OSPF協(xié)議是一種鏈路狀態(tài)路由協(xié)議，用于在光纖通信網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)路由。OSPF協(xié)議能夠快速收斂，適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)變化，提高路由的效率和可靠性。MPLS協(xié)議03MPLS協(xié)議是一種基于標(biāo)簽的路由協(xié)議，它能夠在光纖通信網(wǎng)絡(luò)中提供高效的流量控制和轉(zhuǎn)發(fā)。MPLS協(xié)議能夠提供QoS保障和VPN服務(wù)等增值服務(wù)。光纖通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議加密技術(shù)是保障光纖通信網(wǎng)絡(luò)安全的重要手段之一。通過對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密，可以防止數(shù)據(jù)被竊取或篡改。常見的加密技術(shù)包括對(duì)稱加密和公鑰加密。加密技術(shù)防火墻技術(shù)用于防止未經(jīng)授權(quán)的訪問和攻擊。通過設(shè)置防火墻規(guī)則，可以限制網(wǎng)絡(luò)流量和訪問權(quán)限，保護(hù)光纖通信網(wǎng)絡(luò)的安全。防火墻技術(shù)入侵檢測技術(shù)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)流量和行為，發(fā)現(xiàn)異常情況并及時(shí)報(bào)警。通過入侵檢測技術(shù)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)攻擊和惡意行為。入侵檢測技術(shù)光纖通信網(wǎng)絡(luò)安全06光纖通信的未來發(fā)展隨著信息社會(huì)的快速發(fā)展，對(duì)通信容量的需求不斷增加，超高速光纖通信技術(shù)成為未來的重要發(fā)展方向。發(fā)展趨勢超高速光纖通信技術(shù)采用更高的信號(hào)傳輸速率，能夠?qū)崿F(xiàn)更快速、更高效的數(shù)據(jù)傳輸。技術(shù)特點(diǎn)超高速光纖通信技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)包括信號(hào)調(diào)制、信號(hào)解調(diào)、信號(hào)處理等，這些技術(shù)的發(fā)展對(duì)于超高速光纖通信技術(shù)的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。關(guān)鍵技術(shù)超高速光纖通信技術(shù)發(fā)展趨勢隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用的普及，對(duì)通信容量的需求越來越大，大容量光通信技術(shù)成為未來的重要發(fā)展方向。技術(shù)特點(diǎn)大容量光通信技術(shù)采用更寬的信號(hào)帶寬和更高的信號(hào)頻率，能夠?qū)崿F(xiàn)更大容量的數(shù)據(jù)傳輸。關(guān)鍵技術(shù)大容量光通信技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)包括信號(hào)調(diào)制、信號(hào)放大、信號(hào)復(fù)用等，這些技術(shù)的發(fā)展對(duì)于大容量光通信技術(shù)的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。大容量光通信技術(shù)發(fā)展趨勢隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，光子集成與光電子集成技術(shù)成為未來的重要發(fā)展方向。