光纤通信选修论文

1光纤通信的现状与发展摘要：光纤通信是用光作为信息的载体，以光纤作为传输介质的一种通信方式。很多地方已经采用了光纤技术，构成光纤网络。目前发达国家的光纤通信技术已逐步涉及到各个领域，我国该方面的技术还在探讨。本论文主要对光纤通信的系统概念，系统构成，光纤通信的进展与发展，光纤通信的类型、特点与优点，方面阐述我对光纤通信概论初步认识简明扼要地介绍了光纤通信的现状以及未来的有关发展，较为全面地谈及光纤通信系统概论及有关基础知识。【关键词】：光纤通信；系统概论；社会信息发展AbstractOpticalfibercommunicationislightasinformationcarrierandanopticalfiberasthetransmissionmediumofcommunication.Manyregionshaveadoptedtheopticalfibertechnology,constitutetheopticalfibernetwork.ThecurrentopticalfibercommunicationtechnologyhasbeendevelopedgraduallyinallareasrelatedtoChinaarestillofthetechnical.Thisthesisfocusesontheconceptofopticalfibercommunicationsystems,systemstructure,progressanddevelopmentofopticalfibercommunication,opticalfibercommunicationtypes,characteristicsandadvantagesexplainmyinitialunderstandingontheOpticalFiberCommunicationStudiesconciseintroductiontothestatusofopticalfibercommunicationandthefuturethedevelopmentofmorecomprehensivetalkedIntroductiontoopticalfibercommunicationsystemsandthebasicknowledge.Keywords:fiberopticcommunication;developmentofInformation;FiberOpticalcommunicationSystem前言摘要………………………………………………第1页第一章对光纤通信的系统概述与初步认识1.1光纤同信的概念1.2光纤通信的特点1.3光纤通信发展的优势1.4光纤通信系统结构分类21.5三代光纤通信系统的特点1.6基于光纤系统的三大网络1.7光纤通信系统的系统构成与主要性能指标第二章光纤和光缆2.1光纤结构和类型2.2光纤传输原理与传输特性2.3光纤的选择第三章光纤通信无源器件3.1连接器3.2耦合器3.3光调制器3.4电光调制器3.5光开关3.6光隔离器第四章光源和光发射机4.1概述4.2发光机原理4.3光发射机第五章该课程与专业联系第六章课程总结Ⅰ第一章对光纤通信的系统概论与初步认识☆1.1光纤通信的概念光纤通信是用光作为信息的载体，以光纤作为传输介质的一种通信方式。它首先要在发射端将需传送的电话、电报、图像和数据等信号进行光电转换，即将电信号变成光信号，再经光纤传输到接收端，接收端将接收到的光信号转变成电信号，最后还原成消息。1966年，英籍华人、年轻工程师高锟发表了关于通信传输新介质的论文：他指出利用光导纤维进行信息传输的可能性和技术途径，从而奠定了光纤通信的基础。高锟提出光纤通信。现代意义上的光通信一直要等到20世纪60年代有了强度很高、谱线很窄3的光源和传输损耗很小的光纤以后才发展起来。早期的光纤通信系统：应用于脉码调制语音通信系统和图像的模拟传输；随后光纤通信系统则用于PCM语音通信和图像的数字传输、长途干线传输及CATV系统。现代光纤通信系统：对现有的点到点的传统的光纤通信系统提速，采用WDM技术实现高速、大容量的光网络、电节点的通信网络。而未来的光通信技术将朝着采用光节点、具有光交换功能的全光网络发展。、如今，光纤已经在电话通信网中占据了重要的地位。光纤技术的优点不仅被电信公司所利用，而且也被有线电视公司及计算机网络运营商们所利用。☆1.2光纤通信的特点在短短的三十几年中，获得了迅速的发展，不管是在干线网上，还是在接入网上，因为其具有下特点：①频带宽、传输容量大；②损耗小、中继距离长；③重量轻、体积小；④抗电磁干扰性能好；⑤泄漏小、保密性好；⑥节约金属材料，有利于资源合理使用。☆1.3光纤通信发展的优势光纤通信技术比电通信技术有优越性:1、带宽更宽2、容量更大3、传输距离更长4、抗电磁干扰5、尺寸小6、重量轻由于通信用光纤都用石英玻璃和塑料制成，是极好的电绝缘体，而且光信号在光缆中传输时不产生泄漏，所以不存在电气危害、电磁干扰、接地、屏蔽和保密性差等问题。再加上传输特性好的优点，使光纤成为迄今为止最好的信息传输媒质，更符合时代的要求。☆1.4光纤通信系统结构分类光纤通信系统用来连接一些节点，这些节点通常可能是交换机、终端、计4算机、工作站等。光纤通信系统可分为三类：1)点对点系统；在点对点系统中，可能是单向的，也可能是双向的。2)一点对多点系；统在一点对多点(设有N个工作站)的系统中，其中站1可发送信息到所有其他N1个站，也可以接收其它各站发送来的信息，但其他各站之间不能相互通信。该系统的一个特殊情况是广播网络，即一个站可发送信息到所有其他N1个站。3）网络；点对点系统和一点对多点系统仅仅是网络的特例。在网络中，每个站可以与其他任一个站进行通信，而绝不仅仅是一个站只能与另外N1个站通信。☆1.5三代光纤通信系统的特点上世纪七十年代，第一代光纤通信系统是使用渐变多模光纤的短波长（0.85m）系统，光源采用发光二极管(LED)，速率为34Mb/s或45Mb/s，无中距传输距离仅为（10~20）km。上世纪八十年代，第二代光纤通信系统使用单模光纤的1.3m（零色散波长）系统，工作波长已由短波长发展到长波长（1.31m和1.55m），光源使用多模激光器（LD），传输速率已提高到140Mb/s和565Mb/s，无中距传输距离已增加到（100~150）km。上世纪九十年代以来，第三代光纤通信系统使用1.55m（1.55μm的损耗为0.20dB/km，这是光纤的最低损耗）的单模光纤，光源采用单频DFB（分布反馈式）激光器和外调制技术，单信道传输速率可达到2.5Gb/s和10Gb/s以上，采用色散补偿技术无中继传输距离已达到几百千米。☆1.6基于光纤系统的三大网络由于历史发展的局限，世界范围内已经形成了以同轴电缆、双绞线等为主要传输介质的电话传输网、计算机网和有线电视（CATV）网，而且形成了“三网独立”的局面。传统上，以服务范围把网络分为三类:(1)光纤局域网LAN(LocalAreaNetwork)，服务范围2km，如以太网，信令环和信令总线;(2)光纤城域网MAN(MetropolitanAreaNetwork)，服务范围100km，如电话本地交换网或者有线电视)分配系统;5(3)光纤广域网WAN(WideAreaNetwork)，服务范围可达数千公里，如开放系统互连国际网络等。☆1.7光纤通信系统的系统构成与主要性能指标（1）.系统构成：光纤通信系统通常由光发射机、光纤、中继器和光接收机组成。★光发射机的作用——把电信号转变为光信号注入光纤传输，它通常由复用器、调制器和光源组成。★光接收机的作用——把经光纤传输后的微弱光信号转变为电信号，对其放大并解调出原基带信号。★光中继器的作用——对经光纤传输衰减后的信号进行放大。光中继器有光-电-光中继器和全光中继器。（2）.主要性能指标1比特率比特率是指每秒传送的比特(bit)数。2带宽带宽又叫频宽是指在固定的的时间可传输的资料数量，亦即在传输信道中可以传递数据的能力。3.传输距离中继距离，与工作波长及比特率有关4通信容量Ⅱ第二章光纤和光缆☆2.1光纤结构和类型光纤是光纤通信系统的传输介质，它具有传输损耗低、传输容量大的特点。对于光纤而言，其衰减和色散特性是影响系统性能的主要因素。光纤是一种纤芯折射率比包层折射率高的同轴圆柱形电介质波导1.光纤结构；纤芯材料主要成分为掺杂的SiO2，含量达99.999%，其余成分为极少量的掺杂剂如GeO2等，以提高纤芯的折射率。纤芯直径约为8m~100m。6包层材料一般也为SiO2，外径为125m，作用是把光强限制在纤芯中。2.光纤种类；多模光纤(G.651)普通单模光纤(G.652)色散位移光纤(G.653)非零色散位移光纤（G.655）色散补偿光纤在1.55m衰减最小的光纤（G.654）全波光纤。（1）根据光纤横截面上折射率的径向分布情况，光纤分为1.阶跃型2.渐变型（2）作为信息传输波导，实用光纤有两种基本类型，1.多模光纤；采用发光二极管做光源，可以传播数百到上千个模式的光纤，根据折射率在纤芯和包层的径向分布情况，又可分为阶跃多模光纤和渐变多模光纤。2.单模光纤；采用固体激光器做光源，只能传播一个模式的光纤所谓“模”是指以一定角速度（单位时间内转过的角度）进入光纤的一束光。实用光纤三种基本类型A、阶跃多模光纤B、渐变多模光纤C、单模光纤阶跃多模光纤、渐变多模光纤和阶跃单模光纤的特性比较多模光纤阶跃单模光纤阶跃多模光纤渐变多模光纤应用光源LEDLED,LELD典型应用短距离或用户接入网本地网，寛域网或中等距离长距离通信☆2.2光纤传输原理与传输特性（一）传输原理1.光纤波导传输光的原理---临界角72.光波从折射率较大的介质以三种不同的入射角进入折射率较小的介质,出现三种不同的情况传输条件：1全反射条件2相干加强条件(二）传输特性1衰减，光信号在光纤中传输时，由于吸收、散射和波导缺陷等机理产生功率损耗，从而引起衰减。2色散，色散又分为模式色散、色度色散、偏振模色散3非线性，在传输高强度光功率时，还要考虑光纤的非线性影响☆2.3光纤的选择对光纤的基本要求是：从发射光源耦合进光纤的光功率最大；光信号通过光纤传输后产生的畸变最小；光纤的传输窗口要满足系统应用的要求。具体的设计要根据使用条件进行折衷。应考虑衰减，耦合损耗，连接器损耗，色散和带宽对光缆的基本要求：保护光纤固有的机械特性和光学特性，防止施工过程和使用期间光纤断裂，保持传输特性稳定Ⅲ第三章光纤通信无源器件☆3.1连接器1.连接器简介连接器是光纤通信中应用，最广泛最基本的光无源器件。连接器是把两个光纤端面结合在一起，以实现光纤与光纤之间可拆卸(活动)连接的器件对这种器件的基本要求是使发射光纤输出的光能量最大限度耦合到接收光纤；连接器“跳线”用于终端设备和光缆线路及各种光无源器件之间的互连。2、接器的要求：连接损耗(插入损耗)小；回波损耗大；多次插拨重复性好；互换性好；8环境温度变化时，性能保持稳定；并有足够的机械强度；因此，需要精密的机械和光学设计和加工装配，以保证两个光纤端面和角度达到高精度匹配，并保特适当的间隙。3、连接器种类两插头与转接器的连接有FC型、SC型和ST型。☆3.2耦合器耦合器的功能是把一个或多个光输入分配给多个或一个光输出。耦合器对线路的影响是附加插入损耗，可能还有一定的反射和串音。选择耦合器的主要依据是实际应用场合。☆3.3光调制器直接调制信号直接调制光源的输出光强外调制信号通过外调制器对连续输出光进行调制调制方式比较：调制有直接调制和外调制两种方式。直接调制是信号直接调制光源的输出光强。外调制是信号通过外调制器对连续输出光进行调制。☆3.4电光调制器电光调制器工作原理：由于外加电场控制着两个分支中干涉波的相位差，所以外加电场也控制着输出光的强度，从而对幅度进行了调制。☆3.5光开关1、功能介绍：光开关的功能是转换光路