光纤通信系统Optical_Fiber_Communications_英文资料及中文翻译

光纤通信系统Optical_Fiber_Communications_英文资料及中文翻译
光纤通信系统Optical_Fiber_Communications_英文资料及中文翻译

光纤通信系统

Optical Fiber Communications

英文资料及中文翻译

Communication may be broadly defined as the transfer of information from one point to another .When the information is to be conveyed over any distance a communication system is usually required .Within a communication system the information transfer is frequently achieved by superimposing or modulating the information on to an electromagnetic wave which acts as a carrier for the information signal .This modulated carrier is then transmitted to the required destination where it is received and the original information signal is obtained by demodulation .Sophisticated techniques have been developed for this process by using electromagnetic carrier waves operating at radio requites as well as microwave and millimeter wave frequencies.

The carrier maybe modulated by using either optical an analog digital information signal.. Analog modulation involves the variation of the light emitted from the optical source in a continuous manner. With digital modulation, however, discrete changes in the length intensity are obtained (i.e. on-off pulses). Although often simpler to implement, analog modulation with an optical fiber communication system is less efficient, requiring a far higher signal to noise ratio at the receiver than digital modulation. Also, the linearity needed for analog modulation is mot always provided by semiconductor optical source, especially at high modulation frequencies .For these reasons ,analog optical fiber communications link are generally limited to shorter distances and lower bandwidths than digital links .

Initially, the input digital signal from the information source is suitably encoded for optical transmission .The laser drive circuit directly modulates the intensity of the semiconductor last with the encoded digital signal. Hence a digital optical signal is launched into the optical fiber cable .The avalanche photodiode detector (APD) is followed by a front-end amplifier and equalizer or filter to provide gain as well as linear signal processing and noise bandwidth reduction. Finally ,the signal obtained is

decoded to give the original digital information .

Generating a Serial Signal

Although a parallel input-output scheme can provide fast data transfer and is simple in operation, it has the disadvantage of requiring a large number of interconnections. As an example typical 8 bit parallel data port uses 8 data lines, plus one or two handshake lines and one or more ground return lines. It is fairly common practice to provide a separate ground return line for each signal line, so an 8 bit port could typically use a 20 core interconnection cable. Whilst such a multi way cable is quite acceptable for short distance links, up to perhaps a few meters, it becomes too expensive for long distance links where, in addition to the cost of the multiword cable, separate driver and receiver circuits may be required on each of the 10 signal lines. Where part of the link is to be made via a radio link, perhaps through a space satellite, separate radio frequency channels would be required for each data bit and this becomes unacceptable.

An alternative to the parallel transfer of data is a serial in which the states of the individual data bits are transmitted in sequence over a single wire link. Each bit is allocated a fixed time slot. At the receiving end the individual bit states are detected and stored in separate flip-flop stages, so that the data may be reassembled to produce a parallel data word. The advantage of this serial method of transmission is that it requires only one signal wire and a ground return, irrespective of the number of bits in the data word being transmitted. The main disadvantage is that the rate at which data can be transferred is reduced in comparison with a parallel data transfer, since the bits are dealt with in sequence and the larger the number of bits in the word, the slower the maximum transfer speed becomes. For most applications however, a serial data stream can provide a perfectly adequate data transfer rate . This type of communication system is well suited for radio or telephone line links, since only one communication channel is required to carry the data.

We have seen that in the CPU system data is normally transferred in parallel across the main data bus, so if the input -output data is to be in serial form, then a parallel to serial data conversion process is required between the CPU data bus and

the external I/O line. The conversion from parallel data to the serial form could be achieved by simply using a multiplexed switch, which selects each data bit in turn and connects it to the output line for a fixed time period. A more practical technique makes use of a shift register to convert the parallel data into serial form.

A shift register consists of a series of D type flip-flops connected in a chain, with the Q output of one flip-flop driving the D input of the next in the chain. All of the flip-flops ate clocked simultaneously by a common clock pulse, when the clock pulse occurs the data stored in each flip-flop is transferred to the next flip-flop to the right in the chain. Thus for each clock pulse the data word is effectively stepped along the shift register by one stage, At the end of the chain the state of the output flip-flop will sequence through the states of the data bits originally stored in the register. The result is a serial stream of data pulses from the end of the shift register.

In a typical parallel to serial conversion arrangement the flip-flops making up the shift register have their D input switchable. Initially the D inputs are set up in a way so that data can be transferred in parallel from the CPU data bus into the register stages. Once the data word has been loaded into the register the D inputs are switched so that the flip-flops from a shift register .Now for each successive clock pulse the data pattern is shifted through the register and comes out in serial form at the right hand end of the register.

At the receiving end the serial data will usually have to be converted back into the parallel form before it can be used. The serial to parallel conversion process can also be achieved by using a shift register .In this case the serial signal is applied to the D input of the stage at the left hand end of the register. As each serial bit is clocked into the register the data word again moves step by step to the right, and after the last bit has been shifted in the complete data word will be assembled within the register .At this point the parallel data may be retrieved by simply reading out the data from individual register stages in parallel It is important that the number of stages in the shift register should match the number of bits in the data word, if the data is to be properly converted into parallel form.

To achieve proper operation of the receiving end of a serial data link, it is

important that the clock pulse is applied to the receive shift register at a time when the data level on the serial line is stable. It is possible to have the clock generated at either end of the link, but a convenient scheme is to generate the clock signal at the transmitting end (parallel-serial conversion )as the master timing signal. To allow for settling time and delays along the line, the active edge of the clock pulse at the receive end is delayed relative to that which operates the transmit register. If the clock is a square wave the simples approach might be to arrange that the transmit register operates on the rising edge of the clock wave, and the receive register on the falling edge, so that the receiver operates half a clock period behind the transmitter .If both registers operate on arising edge, the clock signal from the transmitter could be inverted before being used to drive the receive shifty register.

For an 8 bit system a sequence of 8 clock pulses would be needed to send the serial data word .At the receiving end the clock pulses could be counted and when the eighth pulse is reached it might be assumed that the data in the receive register is correctly positioned, and may be read out as parallel data word .One problem here is that, if for some reason the receive register missed a clock pulse ,its data pattern would get out of step with the transmitted data and errors would result. To overcome this problem a further signal is required which defines the time at which the received word is correctly positioned in the receive shift register and ready for parallel transfer from the register .One possibility is to add a further signal wire along which a pulse is sent when the last data bit is being transmitted, so that the receiver knows when the data word is correctly set up in its shift register. Another scheme might be to send clock pulses only when data bits are being sent and to leave a timing gap between the groups of bits for successive data words. The lack of the clock signal could then be detected and used to reset the bit counter, so that it always starts at zero at the beginning of each new data word.

Serial and Parallel Data lion is processed. Serial indicates that the information is handled sequentially, similar to a group of soldiers marching in single file. In parallel transmission the info The terms serial and parallel are often used in descriptions of data transmission techniques. Both refer to the method by which information is

divided in to characters, words, or blocks which are transmitted simultaneously. This could be compared to a platoon of soldiers marching in ranks.

The output of a common type of business machine is on eight—level punched paper tape, or eight bits of data at a time on eight separate outputs. Each parallel set of eight bits comprises a character, and the output is referred to as parallel by bit, serial by character. The choice of cither serial or parallel data transmission speed requirements.

Business machines with parallel outputs, how—ever, can use either parallel outputs, how—ever, can use either direct parallel data trans—mission or serial transmission, with the addition of a parallel—to—serial converter at the interface point of the business machine and the serial data transmitter. Similarly, another converter at the receiving terminal must change the serial data back to the parallel format.

Both serial and parallel data transmission systems have inherent advantages which are some—what different. Parallel transmission requires that parts of the available bandwidth be used as guard bands for separating each of the parallel channels, whereas serial transmission systems can use the entire linear portion of the available band to transmit data, On the other hand, parallel systems are convenient to use because many business machines have parallel inputs and outputs. Though a serial data set has the added converters for parallel interface, the parallel transmitter re—quires several oscillators and filters to generate the frequencies for multiplexing each of the side—by—side channels and, hence, is more susceptible to frequency error.

Standards

Because of the wide variety of data communications and computer equipment available, industrial standards have been established to provide operating compatibility. These standards have evolved as a result of the coordination between manufacturers of communication equipment and the manufacturers of data processing equipment. Of course, it is to a manufacturer’s advantage to provide equipment that is

universally acceptable. It is also certainly apparent that without standardization intersystem compatibility would be al—most impossible.

Organizations currently involved in uniting the data communications and computer fields are the CCITT, Electronic Industries Association (EIA), American Standards Association (ASA), and IEEE.

A generally accepted standard issued by the EIA, RS—232—B, defines the characteristics of binary data signals, and provides a standard inter—face for control signals between data processing terminal equipment and data communications equipment. As more and more data communications systems are developed, and additional ways are found to use them, the importance ways are found to use them, the importance of standards will become even more significant.

Of the most important considerations in transmitting data over communication systems is accuracy. Data signals consist of a train of pulses arranged in some sort of code. In a typical binary system, for example, digits 1 and 0 are represented by two different pulse amplitudes. If the amplitude of a pulse changes beyond certain limits during transmission, the detector at the receiving end may produce the wrong digit, thus causing an error.

It is very difficult in most transmission systems to completely avoid. This is especially true when transmission system designed for speech signals. Many of the inherent electrical characteristics of telephone circuits have an adverse effect on digital signals.

Making the circuits unsatisfactory for data transmission—especially treated before they can be used to handle data at speeds above 2000 bits per second.

V oice channels on the switched (dial—up) telephone network exhibit certain characteristics which tend to distort typical data signal waveforms. Since there is random selection of a particular route for the data signal with each dialed connection, transmission parameters will generally change, sometimes upsetting the effect of built—in compensation

Networks. In addition, the switched network cannot be used of for large multiple

address data systems using time sharing. Because of these considerations, specially treated voice bandwidth circuits are made available for data use. The characteristics and costs of these point—to—point private lines are published in document called tariffs, which are merely regulatory agreements reached by the FCC, state public utilities commissions, and operating telephone companies regarding charges for particular types of telephone circuits. The main advantage of private or dedicated facilities is that transmission characteristics are fixed and remain so for all data communications operations.

Correlative Technique

Correlative data transmission techniques, particularly the Duobinary principle, have aroused considerable interest because of the method of converting a binary signal into three equidistant levels. This correlative scheme is accomplished in such a manner that the predetermined level depends on past signal history, forming the signal so that it never goes from one level extreme to another in one bit interval.

The most significant property of the Duobinary process is that it affords a two—to—one bandwidth compression relative to binary signaling, or equivalently twice the speed capability in bits per second for a fixed bandwidth. The same speed capability for a multilevel code would normally require four levels, each of which would represent two binary digits.

The Future

It is universally recognized that communication is essential at every level of organization. The United States Government utilizes vast communications network for voice as well as data transmission. Likewise, business need communications to carry on their daily operations.

The communications industry has been hard at work to develop systems that will transmit data economically and reliably over both private—line and dial up telephone circuits. The most ardent trend in data transmission today is toward higher speeds over voice—grade telephone channels. New transmission and equalization techniques now being investigated will soon permit transmitting digital data over telephone channels at speeds of 4800 bits per second or higher.

To summarize: The major demand placed on telecommunications systems is for more information-carrying capacity because the volume of information produced increases rapidly. In addition, we have to use digital technology for the high reliability and high quality it provides in the signal transmission. However, this technology carries a price: the need for higher information-carrying capacity.

The Need for Fiber-Optic Communications Systems The major characteristic of a telecommunications system is unquestionably its information-carrying capacity, but there are many other important characteristics. For instance, for a bank network, security is probably more important than capacity. For a brokerage house, speed of transmission is the most crucial feature of a network. In general, though, capacity is priority one for most system users. And there’s the rub. We cannot increase link capacity as much as we would like. The major limit is shown by the Shannon-Hartley theorem,

Where C is the information-carrying capacity(bits/sec), BW is the link bandwidth (Hz=cycles/sec), and SNR is the signal-to-noise power ratio.

Formula 1.1 reveals a limit to capacity C; thus, it is often referred to as the “ Shannon limit.” The formula, which comes from information theory, is true regardless of specific technology. It was first promulgated in 1948 by Claude Shannon, a scientist who worked at Bell Laboratories. R. V. L. Hartley, who also worked at Bell Laboratories, published a fundamental paper 20 years earlier, a paper that laid important groundwork in information theory, which is why his name is associated with Shannon’s formula.

The Shannon-Hartley theorem states that information-carrying capacity is proportional to channel bandwidth, the range of frequencies within which the signals can be transmitted without substantial attenuation.

What limits channel bandwidth? The frequency of the signal carrier. The higher the carrier’s frequency, the greater the channel bandwidth and the higher the information-carrying capacity of the system. The rule of thumb for estimating possible order of values is this: Bandwidth is approximately 10 percent of the carrier-signal frequency. Hence, if a microwave channel uses a 10-GHz carrier signal.

Then its bandwidth is about 100 MHz.

A copper wire can carry a signal up to 1 MHz over a short distance. A coaxial cable can propagate a signal up to 100 MHz. Radio frequencies are in the range of 500 KHz to 100 MHz. Microwaves, including satellite channels, operate up to 100 GHz. Fiber-optic communications systems use light as the signal carrier; light frequency is between 100 and 1000 THz; therefore, one can expect much more capacity from optical systems. Using the rule of thumb mentioned above, we can estimate the bandwidth of a single fiber-optic communication link as 50 THz.

To illustrate this point, consider these transmission media in terms of their capacity to carry, simultaneously, a specific number of one-way voice channels. Keep in mind that the following precise value. A single coaxial cable can carry up to 13,000 channels, a microwave terrestrial link up to 20,000 channels, and a satellite link up to 100,000 channels. However, one fiber-optic communications link, such as the transatlantic cable TAT-13, can carry 300,000 two-way voice channels simultaneously. That’s impressive and explains why fiber-optic communications systems form the backbone of modern telecommunications and will most certainly shape its future.

To summarize: The information-carrying capacity of a telecommunications system is proportional to its bandwidth, which in turn is proportional to the frequency of the carrier. Fiber-optic communications systems use light-a carrier with the highest frequency among all the practical signals. This is why fiber-optic communications systems have the highest information-carrying capacity and this is what makes these systems the linchpin of modern telecommunications.

To put into perspective just how important a role fiber-optic communications will be playing in information delivery in the years ahead, consider the following statement from a leading telecommunications provider: “ The explosive growth of Internet traffic, deregulation and the increasing demand of users are putting pressure on our customers to increase the capacity of their network. Only optical networks can deliver the required capacity, and bandwidth-on-demand is now synonymous with wavelength-on-demand.” Th is statement is true not only for a specific telecommunications company. With a word change here and there perhaps, but with

the same exact meaning, you will find telecommunications companies throughout the world voicing the same refrain.

A modern fiber-optic communications system consists of many components whose functions and technological implementations vary. This is overall topic of this book. In this section we introduce the main idea underlying a fiber-optic communications system.

Basic Block Diagram

A fiber-optic communications system is a particular type of telecommunications system. The features of a fiber-optic communications system can be seen in Figure 1.4, which displays its basic block diagram.

Information to be conveyed enters an electronic transmitter, where it is prepared for transmission very much in the conventional manner-that is, it is converted into electrical form, modulated, and multiplexed. The signal then moves to the optical transmitter, where it is converted into optical detector converts the light back into an electrical signal, which is processed by the electronic receiver to extract the information and present it in a usable form (audio, video, or data output).

Let’s take a simple example that involves Figures 1.1, 1.3, and 1.4 Suppose we need to transmit a voice signal. The acoustic signal (the information) is converted into electrical form by a microphone and the analog signal is converted into binary form

by the PCM circuitry. This electrical digital signal modulates a light source and the latter transmits the signal as a series of light pulses over optical fiber. If we were able to look into an optical fiber, we would see light vary between off and on in accordance with the binary number to be transmitted. The optical detector converts the optical signal it receives into a set of electrical pulses that are processed by an electronic receiver. Finally, a speaker converts the analog electrical signal into acoustic waves and we can hear sound-delivered information.

Figure 1.4 shows that this telecommunications system includes electronic components and optical devices. The electronic components deal with information in its original and electrical forms. The optical devices prepare and transmit the light signal. The optical devices constitute a fiber-optic communications system.

光纤通信系统与应用(胡庆)复习总结

红色:重点、绿色:了解 第1章 1、光纤通信的基本概念:以光波为载频,用光纤作为传输介质的通信方式。光纤通信工作波长在于近红外区:0.85~2.00μm的波长区,对应频率: 167~375THz。 对于SiO2光纤,在上述波长区内的三个低损耗窗口,是目前光纤通信的实用工作波长,即0.85μm、 1.31μm 1.55μm及 1.625μm 2、光纤通信系统的基本组成:P5 图1-3 目前采用比较多的系统形式是强度调制/直接检波(IM/DD)的光纤数字通信系统。该系统主要由光发送设备(光发射机)、光纤传输线路、光接收设备(光接收机)、光中继器以及各种耦合器件组成。 各部件功能: 电发射机:对来自信源的信号进行模/数转换和多路复用处理; 光发送设备:实现电/光转换; 光接收机:实现光/电转换; 光中继器:将经过光纤长距离衰减和畸变后的微弱光信号放大、整形、再生成具有一定强度的光信号,继续送向前方,以保证良好的通信质量。 3、光纤通信的特点:(可参照P1、2) 优点:(1),传输容量大。(2)传输损耗小,中继距离长。 (3)保密性能好:光波仅在光纤芯区传输,基本无泄露。 (4)抗电磁干扰能力强:光纤由电绝缘的石英材料制成,不受电磁场干扰。(5)体积小、重量轻。(6)原材料来源丰富、价格低廉。 缺点:1)弯曲半径不宜过小;2)不能远距离传输;3)传输过程易发生色散。 4、适用光纤:P11 G.652 和G.654:常规单模光纤,色散最小值在1310nm处,衰减最小值在1550nm 处。常见的结构有阶跃型和下凹型单模光纤。 G.653:色散位移光纤,色散最小值在1550nm处,衰减最小值在1550nm处。难 以克服FWM混频等非线性效应带来的影响。 G.655:非零色散光纤,色散在1310nm处较小,不为0;衰减最小值在1550nm 处。可以尽量克服FWM混频等非线性效应带来的影响。 补充:1、1966年7月,英籍华人(高锟)博士从理论上分析证明了用光纤作为传输介质以实现光通信的可能性。 2、数字光纤通信系统有准同步数字体系(PDH)和同步数字体系(SDH)两种传输体制。

光纤通信作业

第8章第3节作业 1、系统在什么条件下受损耗限制?此时决定的因素是什么? 答:当光纤带宽与信号速率之比足够大时,传输距离主要受到光纤损耗的限制。 即当系统的工作频宽远小于光纤带宽,当码速较低(B<100Mb/s)时,光纤色散对灵敏度的影响较小时。限制决定于下列因素: (dBm); (1)发送端耦合入光纤的平均功率P T (2)光接收机的接收灵敏度Pmin (dBm); (dB)。 (3)光纤线路的总损耗 T 2、系统在什么条件下受色散限制?此时决定的因素是什么? 答:当系统的损耗足够小,传输码速高时,传输距离主要受光纤色散等的限制。 即在光纤损耗较低,码速较高时,对传输距离的限制往往主要来自色散造成的系统上升时间的限制,这种系统称为色散限制系统。 3、从传输带宽角度看,NRZ和RZ码,哪一个占用带宽宽?参数是多少? 答: NRZ码所需的传输带宽仅为RZ码的一半。即RZ码占用传输带宽宽。 NRZ码:B(bit/s)=Bc(Hz) RZ码:B(bit/s)=2Bc(Hz) Bc(Hz)=1/2 B(bit/s) 4、有一长距离单模光纤传输系统,工作波长1300 nm,其他参数如下: LD光源平均入纤功率 0 dBm 光缆损耗 0.4 dB/km 熔接头损耗 0.1 dB/km 活动连接器损耗 1dB/个 APD接收机灵敏度: B=35 Mb/s时(BER=10-9) - 55 dBm B=500 Mb/s时(BER=10-9) - 44 dBm 系统富余度 9 dB 试计算损耗限制传输距离。 解:(a)当B=35Mb/s时 (b)当B=500Mb/s时

5、有一条1.3 m光波系统,设计工作码速为lGb/s,拟采用单模光纤,中继距离5Okm。发送机和接收机上升时间分别为0.25ns和O.35ns,光源谱宽3nm,光纤平均色散在工作波长上为2ps/(nm·km):计算RZ和NRZ码时的系统上升时间预算。 解:

光通信技术课后答案-第三章

第三章 光通信信道 专业通信103班 代高凯 201027209 3-2.什么是阶跃光纤?什么是渐变光纤? 答:光纤按照折射率的分布分类,可分为阶跃光纤和渐变光纤。 (1).阶跃光纤是指在纤芯和包层区域内,其折射率分布分别是均匀的,其值分别是n1与n2,但在纤芯与包层的分界处,其折射率的变化是阶跃的,折射率分布的表达式为 ?????≤<≤=2 1)2()1()1()(a r a n a r n n r ,, 阶跃光纤是早起光纤的结构方式,后来在多模光纤中逐渐被渐变光纤取代,但是它用来解释光波在光纤中的传播还是比较形象的。 (2).渐变光纤是指光纤轴心处的折射率n1最大,而随沿剖面径向的增加而逐渐减小,其变化规律一般符合抛物线规律,到了纤芯与包层的分界处,正好降到与包层区域的折射率n2相等的数值;在包层区域中其折射率的分布是均匀的,即为n2 ?????≤<≤?-=212 1211)()(21a r a n a r a r n n r ,, 式中,n1为光纤轴心处的折射率;n2包层区域的折射率;a1为纤芯半径;121n n n -= ?称为相对折射率差。 3-4.什么是单模光纤?什么是多模光纤? 答:光纤按照传播的模式分类,可分为多模光纤和单模光纤。 (1).当光纤的几何尺寸(主要是纤径直径d1)远远大于光波波长(约1μm )时,光纤中会存在着几十种乃至几百种传播模式。不同的传播模式会有不同的传播速度与相位,因此经过长距离的传输之后会产生时延,导致光脉冲变宽。这种现象叫做光纤的模式色散(又叫模间色散)。计算多模光纤中除传播模式数量的经典公式为4/2V N =,其中V 为归一化频率。模式色散会使许多多模光纤的带宽变窄,降低其传输容量,因此多模光纤仅适用于较小容量的光纤通信。多模光纤的折射率分布大都为抛物线分布,即渐变折射率分布,其纤芯直径d1大约为50μm 。 (2)根据电磁场理论与求解麦克斯韦方程组发现,当光纤的几何尺寸(主要是芯径)可以与波长相比拟时,如芯径d1在5~10μm 范围,光纤只允许一种模式(基模HE11)在其中传播,其余的高次模全部截止,这样的光纤叫做单模光纤,由于它只允许一种模式在其中传播,从而避免了模式色散的问题,故单模光纤具有极宽的带宽,特别适用于大容量的光纤通信,但是必须满足 归一化频率4048.221 ≤=NA a V λπ

南邮光纤通信系统第4章3节作业

第4章第3节作业 1、图示光接收机的噪声及其分布,并说明各自噪声的概念。 答: ⊿量子噪声 量子噪声(或散弹噪声)来自单位时间内到达光检测器上信号光子数的随机性,因此它与信号电平有关。在采用APD作光检测器时,倍增过程的统计特征产生附加的散弹噪声,它随倍增增益而增加。 ⊿暗电流噪声 当没有光信号照射光检测器时,外界的一些杂散光或热运动亦会产生一些电子—空穴对,光检测器还会产生一些电流,这种残留电流称为暗电流Id,暗电流也要产生散粒噪声。 ⊿漏电流噪声 光检测器表面物理状态不完善和加有偏置电压,也会引起很小的漏电流噪声,但这种噪声并非本征性噪声,可通过光检测器的合理设计,良好的结构和严格的工艺降低。 ⊿热噪声 热噪声是在有限温度下,导电媒质内自由电子和振动离子间热相互作用

引起的一种随机脉动。 一个电阻中的这种随机脉动,即使没有外加电压也表现为一种电流波动。在光接收机中,前端负载电阻中产生的这种电流波动将叠加到光检测器产生的光电流中。 ⊿ 放大器噪声 前端的前置放大器要增加噪声,而且其影响远远超过后级元器件产生的噪声。 2、写出PIN 光接收机与APD 光接收机的信噪比表达式,分析在何种条件下何种光接收机信噪比占优势。 解:(1)PIN 信噪比与噪声的关系 ()2 42p PIN n e P d e L I S R kTF B e I I B R =++2 2 0042n e e L R P kTF B eR PB R =+ 散粒噪声限制下: 2 22 000222P PIN P e e e R P I S R eI B eR PB R P eB == = (SNR 随入射功率线性增加,且只与量子效率、光子能量和接收机带宽有关) 热噪声限制下: 2 2 220044L PIN n e n e L R P R P R S R kTF B kTF B R == (显示SNR 随入射功率平方倍变化,增加负载电阻可以提高信噪比) (2)APD 信噪比与噪声的关系

光纤通信系统与网络

本实验指导书为《数字传输技术(A)》《光纤通信系统》《光纤通信测量技术》《光同步传输技术》课程的实验用书,其有关内容也可以配合《数字传输技术(A)》《光纤通信系统》《光纤通信测量技术》《光同步传输技术》等课程教材使用。 本实验指导书用于光纤数字传输系统性能测试和光纤传输网络的设备与网络管理操作几方面的必做实验,主要是光纤数字线路系统传输性能测试、SDH 设备认识和SDH网络管理系统及操作。其中光纤数字线路系统传输性能测试是最基本的实验项目。 光纤数字线路系统包括光端机、光中继机和光纤线路等,其性能参数包括设备和系统光接口参数和电接口传输性能,光接口参数主要是光设备光接口参数、光通道(光纤线路)传输特性,电接口传输性能主要包括误码性能、定时性能和可用性等,需要测试的项目较多,涉及多种测试仪表和测试方法。本指导书重点介绍光纤线路接续和接续损耗的监测、光纤衰减测试实验、光接口参数测试和光纤数字传输系统的传输性能测试实验。 选做实验的指导书另行编写。

实验一光纤接续和监测 1 实验二光纤衰减测试 3 实验三光接口参数测试 5 实验四电接口传输性能测试10 实验五SDH设备认识17 实验六SDH网络管理系统及操作19

实验一 光纤的接续和监测 一. 试验目的 掌握光纤接续原理 掌握光纤接续损耗的测试原理 学习使用熔接机和了解光纤接续过程 二.试验原理 光纤接续的常用方法有热熔法和冷接法等,热熔法的主要步骤如下:连接光纤端面的制备,端面的定位和对准,熔接。 光纤接续损耗A s 的定义为 t r s p p A lg 10?= (dB ) 式中 p t 为发射光纤发出的光功率,W p r 为接收光纤接收的光功率,W 监测光纤接续损耗的方法有多种,如:光时域反射计(OTDR)监测和四功率法测试等,目前都采用光时域反射计监测法,其测试系统原理土如图1.1所示。 测试时OTDR 发出测试光脉冲,并测得连接光纤的背向色散曲线如图1.2所示,根据所得曲线设置五个测试点(即采用五点法)即得到接续损耗值。 三. 试验仪器和设备 1.TYPE35SE 光纤熔接机, 1台 2.光时域反射计, 1台 3.光纤, 2盘,2Km/盘 四. 测试步骤

光纤系统作业参考答案

第一章作业 1、光纤通信与电通信有什么不同?在光纤通信中起主导作用的部件是什么? 光纤通信,就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。起主导作用的是激光器和光纤。 2、常规的光纤的三个的低损耗窗口是在哪个波段?其损耗值各为多少? 850nm 3db/km ;1310nm 0.4db/km;1550nm 0.2db/km 3、光纤通信有哪些优点? (1)频带宽,通信容量大(2)损耗低,中继距离长(3)抗电磁干扰(4)无窜音干扰,保密性好(5)光纤线径细,重量轻,柔软(6)光纤原材料丰富,用光纤可节约金属材料(7)耐腐蚀,抗辐射,能源消耗小 4、PDH和SDH各表示什么?其速率等级标准是什么? PDH表示准同步数字序列,即在低端基群采用同步,高次群复用采用异步,SDH表示同步数字序列 PDH速率标准 SDH速率等级标准:STM-1:155.520Mbit/s STM-4:622.080 Mbit/s STM-16:2.5 Gbit/s STM-64:10 Gbit/s 5、图示光纤通信系统,解释系统基本结构。 光纤通信系统由光发送机、光纤光缆与光接收机等基本单元组成。系统中包含一些互连与光信号处理部件,如光纤连接器、隔离器、调制器、滤波器、光开关及路由器等。在长距离系统中还设置有中继器(混合或全光)。 第2章1节布置的作业 1、光纤的主要材料是什么?光纤由哪几部分构成?各起什么作用? SiO2;芯区、包层、图层; 芯区:提高折射率,光传输通道;包层:降低折射率,将光信号封闭在纤芯内,并保护纤芯;图层:提高机械强度和柔软性

2、光纤中的纤芯折射率与包层折射率的关系?单模光纤和多模光纤中两者的纤芯直径一般分别为多少? 纤芯折射率较高,包层折射率较小 单模光纤纤芯直径:2a=8μm~12μm,包层直径:2b=125μm;多模光纤纤芯直径:2a=50μm,包层直径:2b=125μm。 3、根据芯、包折射率分布及模式传播情况,指出有哪些典型形式光纤? 折射率在纤芯与包层介面突变的光纤称为阶跃光纤;折射率在纤芯内按某种规律逐渐降低的光纤称为渐变光纤;根据模式传播情况不同分为多模光纤和单模光纤 4、什么是全反射?它的条件是什么? 指光从光密介质入射到光疏介质是,全部被反射会原介质的现象 条件:光从光密介质入射至光疏介质;入射角大于或等于临界角(=arcsin(n2/n1)) 在光纤端面:要求入射角θ < θo 全;在芯包界面:要求入射角θ1 > θC芯包界面全反射 5、数值孔径NA的物理意义?表达式是什么? 反映光纤对光信号的集光能力,定义入射临界角的正弦为数值孔径N A ,N A越大,对光信号的接受能力越强 N A=sin= 6、什么是光纤的自聚焦?产生在何种类型光纤里? 如果折射率分部合适,就用可能使以不同角度入射的全部光线以同样的轴向速度在光纤中传播,同时到达光纤轴上的某点,即所有光线都有相同的空间周期L,这种现象称为自聚焦。出现在渐变光纤里。当折射率分布按平方率分布(即双曲正割变化),可形成自聚焦特性。 7、阶跃光纤的纤芯和包层折射率分别为n1=1.46和n2=1.45,试计算: (a)相对芯包折射率差△; (b)若该光纤的端面外为空气,计算允许的最大入射角θ0及数值孔径NA; (c)若该光纤浸于水中,n0=1.33,计算θ0及NA的大小。 解:(a) (b)由得=9.8°N A=sin=0.17 (c)同上 8、有一SI型多模光纤的芯径(纤芯直径)为50 μm,芯包折射率分别为nl=1.465和n2=1.46。计算与光纤轴线夹角最大的那条子午射线,在1m的传输距离上共要反射多少次? 解:=85.3°反射一次的轴向距离L=2*a/2*tan=2*50/2*tan85.3°=604μm 反射次数=(1*106)/604=1656 第2章2节布置的作业 1、导模的传播常数应满足什么条件? k2<β

光纤通信系统与网络试卷及答案教学提纲

光纤通信系统与网络试卷及答案

浙江师范大学《光纤通信》考试卷 (2013----2014 学年第一学期) 考试形式闭卷使用学生 sample 考试时间120分钟出卷时间2013年12月27日 说明:考生应将全部答案都写在答题纸上,否则作无效处理。 一、选择题(10%) 1 半导体光源中,由以下哪个电路模块解决其对温度变化敏感的问题(B) A.APC B.ATC C.过流保护 D.时钟控制 2 ECL激光器是利用以下哪个器件对工作波长进行选择。(A) A.光栅 B.棱镜 C.透镜 D.波导 3 STM-16的标准速率为(C) A.155Mb/s B.622Mb/s C. 2.5Gb/s D.10Gb/s

4.下列哪些指标是系统可靠性指标(D) A.HRDL B.HRDS C.BER D.MTTR 5如果原始码序列为100010001,采用3B1P奇校验进行编码,则变换后的码序列为(C) A.100101010010 B.100101000010 C.100001000010 D.1000100010 二、是非判断题(28%) 1.由于LED具有阈值电流,所以不适合模拟调制 2.光纤通信系统的带宽主要由其色散所限制 3.光纤通信系统所采用的波长的发展趋势是向短波方向转移的 4.激光是光纤通信系统所采用的主要光源 5.在通信中,我们通常使用弱导光纤 6.本征半导体中掺入施主杂质,称为N型半导体 7.光纤的数值孔径越大,集光能力越强,所以在通信中我们采用大数值孔 径光纤 8.在光纤中,比光波长大的多的粒子引起的散射称为瑞利散射 9.光电效应产生的条件是入射波长大于截止波长 10.SRS现象总是由于光信号和介质中的声子相作用产生 11.OXC节点和OADM节点是全光网中的核心节点

光纤通信大作业

DWDM技术的现状与发展 摘要;随着公用通信网及国际互联网的飞速发展,人们对宽带通信提出了前所未有的要求,一些原有的通信技术,如时分复用(TDM)和波分复用(WDM)等已不能满足宽带通信的要求。在这种情况下,密集波分复用(DWDM)作为一种新兴的通信技术即应运而生。本文介绍了DWDM 技术出现的历史背景,分析了DWDM的基本原理,然后对DWDM的技术特点进行阐述,再介绍了DWDM的关键技术,研究DWDM在未来的发展趋势。 密集型光波复用(DWDM:Dense Wavelength Division Multiplexing)是能组合一组光波长用一根光纤进行传送。这是一项用来在现有的光纤骨干网上提高带宽的激光技术。更确切地说,该技术是在一根指定的光纤中,多路复用单个光纤载波的紧密光谱间距,以便利用可以达到的传输性能。这样,在给定的信息传输容量下,就可以减少所需要的光纤的总数量。 一、应用背景 传统的光纤通信技术用一根光纤只传播一种波长的光信号,这无疑是对光纤容量的一种浪费。而 DWDM 系统是在现有的光纤骨干网上通过提高带宽,利用光纤丰富的带宽来进行不同波长光的传输,大大提高了光纤的负载能力。作为一种区别于传统光纤的激光技术,它通过利用单个光纤载波的紧密光谱间距,以达到在一根指定光纤中多路复用的目的,这样就可以更好的控制信号在传播过程中的色散和信号衰减,实现在一定数量光纤下传递信息容量最大化。这是一项用来在现有的光纤骨干网上提高带宽的激光技术。这项技术的产生是对原先光钎数据传输技术的缺点的改进。原先光钎数据传输技术主要有两种:空分复用(SDM)和时分复用(TDM)。 空分复用(SDM)是靠增加光纤数量的方式线性增加传输的容量,传输设备也线性增加。如果没有足够的光纤数量,通过重新敷设光缆来扩容,工程费用将会成倍增长。而且,这种方式并没有充分利用光纤的传输带宽,造成光纤带宽资源的浪费。作为通信网络的建设,不

空间光通信技术简介

空间光通信技术简介 空间光通信又称为激光无线通信或无线光通信。根据用途又可分为卫星光通信和大气光通信两大类。自从60年代激光器问世开始,人们就开研究激光通信,这时的研究也主要集中在地面大气的传输中,但因各种困难未能进入实际应用。低损耗光纤波导和实用化半导体激光器的诞生为激光通信的实际应用打开了大门,目前光纤通信已经遍布世界各国的各个城市。由于对无线通信的需求的增长,再有卫星激光通信的快速发展,自从90年代开始,人们又开始重新对地面无线光通信感兴趣,进行了大量的研究,并且开发出可以实用的商业化产品。 一、开展空间光通信研究的意义及应用前景 1.作为卫星光通信链路地面模拟系统的技术组成部分 卫星光通信链路系统在上卫星前必须有地面模拟演示系统,以保障电子系统、光学系统、机械自动化控制系统等各子系统的良好工作。在链路捕捉完成以后,与以太网相连的无线光通信系统借助于光链路的桥梁,源源不断地输送以太网上的信息,这是考验光链路稳定性能的重要指标。 2.为低轨道卫星与地面站间的卫星光通信打下良好的技术基础 低轨道卫星与地面站的通信会受到天气的影响,选择干旱少雨地区建立地面站在相当程度上缓解了这一矛盾,再通过地面站之间的光纤网可以把卫星上信息送到所需地点,这从技术上牵涉到空间光通信网与光纤网连接问题,这方面问题已经基本得到解决。 3.空间光通信具有巨大的潜在市场和商业价值 ●可以克服一些通常容易碰到的自然因素障碍 当河流、湖泊、港湾、马路、立交桥和其它自然因素阻碍铺设光纤时,无线光通信系统可跨越宽阔的河谷,繁华的街道,将两岸或者岛屿与陆地连接起来。 ●提供大容量多媒体宽带网接入 用无线光通信系统作为接入解决方案,不需耗资、耗时地铺设光纤就能满足对办公大楼或商业集中区大容量接入的需要。 ●可为大企业、大机关提供部大容量宽带网 无线光通信系统能在企业、机关围为建筑物与建筑物之间的大容量连接提供一种开放空间传送的解决方案。 ●为公安、军队等重要部门提供高速宽带通信。 ●支持灾难抢救的应急系统 无线光通信系统可为灾难抢救提供一种大容量的临时通信解决方案 ●为一时性大规模的重要活动提供临时的大规模通信系统 例如,奥运会和其他体育运动会、音乐会、大型会议以及贸易展览会等专门活动往往需要大容量宽带媒体覆盖。无线光通信系统能提供一种迅速、经济而有效的解决方案,不受原有通信系统的带宽限制,也不用再去办理光纤铺设许可证。 二、空间光通信的优势 1.组网机动灵活 无线光通信设备将来可广泛适用于数据网(Ethernet,Token Ring,Fast Ethernet,FDDI,ATM,STM-x等)、网、微蜂窝及微微蜂窝(E1/T1—E3/T3,OC-3等)、多媒体(图像)通信等领域。可以把这些网上信息加载在光波上,在空气中直接传输出去,这种简便的通信方式对于频率拥挤的环境是非常理想的,例如:城市、大型公司、大学、政府机构、办公楼群等。

光纤通信课后答案

第一章基本理论 1、阶跃型折射率光纤的单模传输原理是什么答:当归一化频率V小于二阶模LP11归一化截止频率,即0<V<时,此时管线中只有一种传输模式,即单模传输。 2、管线的损耗和色散对光纤通信系统有哪些影响答:在光纤通信系统中,光纤损耗是限制无中继通信距离的重要因素之一,在很大程度上决定着传输系统的中继距离;光纤的色散引起传输信号的畸变,使通信质量下降,从而限制了通信容量和通信距离。 3、光纤中有哪几种色散解释其含义。答:(1)模式色散:在多模光纤中存在许多传输模式,不同模式沿光纤轴向的传输速度也不同,到达接收端所用的时间不同,而产生了模式色散。(2)材料色散:由于光纤材料的折射率是波长的非线性函数,从而使光的传输速度随波长的变化而变化,由此引起的色散称为材料色散。(3)波导色散:统一模式的相位常数随波长而变化,即群速度随波长而变化,由此引起的色散称为波导色散。 5、光纤非线性效应对光纤通信系统有什么影响答:光纤中的非线性效应对于光纤通信系统有正反两方面的作用,一方面可引起传输信号的附加损耗,波分复用系统中信道之间的串话以及信号载波的移动等,另一方面又可以被利用来开发如放大器、调制器等新型器件。 6、单模光纤有哪几类答:单模光纤分为四类:非色散位移单模光纤、色散位移单模光纤、截止波长位移单模光纤、非零色散位移单模光纤。 12、光缆由哪几部分组成答:加强件、缆芯、外护层。 *、光纤优点:巨大带宽(200THz)、传输损耗小、体积小重量轻、抗电磁干扰、节约金属。*、光纤损耗:光纤对光波产生的衰减作用。 引起光纤损耗的因素:本征损耗、制造损耗、附加损耗。 *、光纤色散:由于光纤所传输的信号是由不同频率成分和不同模式成分所携带的,不同频率成分和不同模式成分的传输速度不同,导致信号的畸变。 引起光纤色散的因素:光信号不是单色光、光纤对于光信号的色散作用。 色散种类:模式色散(同波长不同模式)、材料色散(折射率)、波导色散(同模式,相位常数)。 *、单模光纤:指在给定的工作波长上只传输单一基模的光纤。

《光纤通信》课后习题及答案

1.光纤通信的优缺点各是什么? 答:优点有:带宽资源丰富,通信容量大;损耗低,中继距离长;无串音干扰,保密性好;适应能力强;体积小、重量轻、便于施工维护;原材料来源丰富,潜在价格低廉等。 缺点有:接口昂贵,强度差,不能传送电力,需要专门的工具、设备以及培训,未经受长时间的检验等。 2.光纤通信系统由哪几部分组成?各部分的功能是什么? 答:光纤通信系统由三部分组成:光发射机、光接收机和光纤链路。 光发射机由模拟或数字电接口、电压—电流驱动电路和光源组件组成。光源组件包括光源、光源—光纤耦合器和一段光纤(尾纤或光纤跳线)组成。 模拟或数字电接的作用是实现口阻抗匹配和信号电平匹配(限制输入信号的振幅)作用。光源是LED或LD,这两种二极管的光功率与驱动电流成正比。电压—电流驱动电路是输入电路与光源间的电接口,用来将输入信号的电压转换成电流以驱动光源。光源—光纤耦合器的作用是把光源发出的光耦合到光纤或光缆中。 光接收机由光检测器组件、放大电路和模拟或数字电接口组成。光检测器组件包括一段光纤(尾纤或光纤跳线)、光纤—光检波器耦合器、光检测器和电流—电压转换器。 光检测器将光信号转化为电流信号。常用的器件有PIN和APD。然后再通过电流—电压转换器,变成电压信号输出。模拟或数字电接口对输出电路其阻抗匹配和信号电平匹配作用。 光纤链路由光纤光缆、光纤连接器、光缆终端盒、光缆线路盒和中继

器等组成。 光纤光缆由石英或塑料光纤、金属包层和外套管组成。光缆线路盒:光缆生产厂家生产的光缆一般为2km一盘,因而,如果光发送与光接收之间的距离超多2km时,每隔2km将需要用光缆线路盒把光缆连接起来。光缆终端盒:主要用于将光缆从户外(或户内)引入到户内(或户外),将光缆中的光纤从光缆中分出来,一般放置在光设备机房内。光纤连接器:主要用于将光发送机(或光接收机)与光缆终端盒分出来的光纤连接起来,即连接光纤跳线与光缆中的光纤。 3.假设数字通信系统能够在高达1%的载波频率的比特率下工作,试问在5GHz的微波载波和 1.55μm的光载波上能传输多少路64kb/s的音频信道? 解:根据题意,求得在5GHz的微波载波下,数字通信系统的比特率为50Mb/s,则能传输781路64kb/s的音频信道。 根据题意,求得在 1.55μm的光载波下,数字通信系统的比特率为1.935Gb/s,则能传输30241935路64kb/s的音频信道。 4.SDH体制有什么优点? 答:(1)SDH传输系统在国际上有统一的帧结构,数字传输标准速率和标准的光路接口,使网管系统互通,因此有很好的横向兼容性,它能与现有的准同步数字体制(PDH)完全兼容,并容纳各种新的业务信号,形成了全球统一的数字传输体制标准,提高了网络的可靠性; (2)SDH接入系统的不同等级的码流在帧结构净负荷区内的排列非常有规律,而净负荷与网络是同步的,它利用软件能将高速信号一次直接分插出低速支路信号,实现了一次复用的特性,克服了PDH准同步复用方

光纤通信系统的原理与分析

光纤通信论文 光纤通信论文 光纤通信系统工程设计 摘要 根据课堂所学内容的原理,这次我们设计的任务是34MB/S光纤通信系统工程,具体设计是从实训楼D339到数学A楼弱电间之间开通一套34MB光纤系统。 要求设计当中要选择合适的路线,并计算总长度以及光纤的长度、光纤的使用芯数,而且要选择合适的光纤、光缆和光端机。并写出具体的实施及方案、工程造价、光通路保护、光端机安装后的系统调测,并说明如何对工程施工质量进行控制。 目录 前言 (1) 第1章概论 (2) 1.1 光纤通信发展的历史 (2) 1.2光纤通信发展的现状 (2) 1.3光纤通信的发展趁势 (3) 第2章光通信系统 (5) 2.1 光纤的介绍 (5) 2.1.1光纤概念 (5) 2.1.2光纤传输原理分析 (5) 2.1.3光纤的传输特性 (5)

2.1.4光纤的型号介绍 (7) 2.2光缆的介绍 (8) 2.2.1光缆历史 (8) 2.2.2光缆的种类 (8) 2.2.3光缆网是信息高速路的基石 (9) 2.3光端机的介绍 (9) 2.3.1模拟光端机 (10) 2.3.2数字光端机 (10) 2.4光纤通信的介绍 (11) 2.5光纤通信技术与产业发展中几个值得思考的问题 (11) 2.5.1积极创新开发具有自主知识产权的新技术 (12) 2.5.2开发具有先进技术水平、与使用环境、施工技术相配套的新产品 (12) 第3章材料选择 (13) 3.1距离测量 (13) 3.2光纤、光缆选择 (13) 3.3光端机选择 (14) 第4章具体的实施及方案 (17) 4.1光缆线路的施工程序 (17) 4.2光缆的直埋敷设 (18) 4.3 用光纤将发送与接收连接 (18) 第5章光通路保护 (19) 第6章光端机安装后的系统调测 (21) 6.1光发送机参数测试 (21)

南邮光纤通信系统第4章1节作业

第四章1节作业 1、光纤通信系统用的光检测器是怎样偏置外加工作电压的? 答:反向偏置。 足够大的反向偏置电压,目的是使本征区中的载流子完全耗尽,形成高电场耗尽区。使入射到检测器上的光子能量高速度、高效率转换成光生电子。APD 管加上更高反向电压,可以形成雪崩倍增增益。 2、比较PIN 光电检测器与APD 光电检测器,各自有那些特点? 答:(1)PIN 光电二极管没有倍增,使用简单,工作偏压低(5-10V),不需要任何控制。 在较大光功率注入下,PIN 接收机噪声性能要比APD 接收机噪声性能(信噪比降低G x 倍)优越。 (2)APD 具有很高的内部倍增因子(通过合理设计,可以使APD 工作在最佳倍增状态),这样接收灵敏度比PIN 光检测器高。 但由于APD 需要较高的工作偏压(200V )以及其倍增特性受温度的影响较严重因此使用起来也比较复杂,需要AGC 电路对APD 的工作偏压进行精细控制,在要求较高的数字光接收机中,还必须对APD 采取温度补偿措施。 在较小光功率注入下,APD 接收机噪声性能(信噪比提高G 2 倍)要比PIN 接收机噪声性能优越。 3、光电检测器转换能力的物理量有哪些?写出其表达式。 答:量子效率η和响应度R 0 0000//(/) 1.24P P P I e I hc P hf P e I e R A W P hc m ηλ ληληλμ=====注意:以为单位 4、现有1011个光子/秒,光子能量为1.28×10-19J ,入射到一个理想的光电二极管上,计算: (a)入射光波长; (b)输出光电流大小; (c)若这是一个APD ,其G=18,计算光电流。 解:

光纤通信作业

第一章 1. 光纤通信有哪些优点 容许频带很宽,传输容量很大; 损耗很小,中继距离很长且误码率很小; 重量轻,体积小; 抗电磁干扰性能好; 泄露小,保密性能好; 节约金属材料,有利于资源合理使用。 2. 光纤通信系统有哪几部分组成?简述各部分作用。 信息源:把用户信息转换为原始电信号,这种信号称为基带信号。 电发射机:把基带信号转换为适合信道传输的信号,这个转换如果需要调制,则其输出信号称为已调信号。 光发射机:把输入电信号转换为光信号,并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。 光纤线路:把来自光发射机的光信号,以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机。 光接收机:把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号,并经放大和处理后恢复成发射前的电信号。 电接收机:功能和电发射机的功能相反,它把接收的电信号转换为基带信号。 信息宿:恢复用户信息。 第二章 1均匀光纤芯与包层的折射率分别为:45.1,50.121 ==n n 试计算: (1)光纤芯与包层的相对折射率差△=? (2)光纤的数值孔径NA=? (3)在1米长的光纤上,由子午线的光程差所引起的最大时延差?max =?τ 解:()121n n n -=? NA= ?≈-212 221n n n ()?≈= =?c L n NA c n L c n L c 12121max 22θτ 2.目前光纤通信为什么采用以下三个工作波长 ?55.1,31.1,85.0321m m m μλμλμλ=== 损耗:在1.31,1.55存在低损耗窗口 色散:随波长增加,色散减小,带宽增加 所以采用1.31,1.55,0.85 3.光纤通信为什么向长波长、单模光纤方向发展? 长波长、单模光纤比短波长、多模光纤具有更好的传输特性。(1)单模光纤没有模式色散,不同成分光经过单模光纤的传播时间不同的程度显著小于经过多模光纤时不同的程度. ( 2 )由光纤损耗和波长的关系曲线知,随着波长的增大,损耗呈下降趋势,且在1.31μm 和1 . 55μm 处的色散很小,故目前长距离光纤通信一般都工作在1 . 55μm. 4.光纤色散产生的原因及其危害是什么? 答 光纤色散是由光纤中传输的光信号。由于不同成分的光时间延迟不同而产生的。光纤色散对光纤传输系统的危害有:若信号是模拟调制的,色散将限制带;是数字脉冲,色散将使脉冲展宽,限制系统传输速率(容量) . 5.光纤损耗产生的原因及其危害是什么? 答 光纤损耗包括吸收损耗和散射损耗。吸收损耗是由SiO2材料引起的固有吸收和由杂质引起的吸收产生的。散射损耗主要由材料微观密度密度不均匀引起的瑞利散射和光纤结构缺陷(如气泡)引起的散射产生的。光纤损耗使系统的传输距离受到限制.大损耗不利于长距离光纤通信。 第三章 1.设激光器的高能级和低能级的能量各为 12E E 和,频率为f ,相应能级上的粒子密度 12N N 和。计算 (1)当f=3000MHZ,T=300K 时,?12=N N (2)当?300,112===N N K T m 时,μλ (3)当 ,若.10,112==N N m μλ环境温度 T=? ??? ? ???????-?? ? ??----====-30010381.110300010628.61111 2 216341 2e e e N N h f E E KT hf KT E E (2)6104.2124 .1?== =λ g E hf

光纤通信技术介绍

光纤通信技术介绍 光纤通信是利用光波作载波,以光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式。1966年英籍华人高锟博士发表了一篇划时代性的论文,他提出利用带有包层材料的石英玻璃光学纤维,能作为通信媒质。从此,开创了光纤通信领域的研究工作。1977年美国在芝加哥相距7000米的两电话局之间,首次用多模光纤成功地进行了光纤通信试验。85微米波段的多模光纤为第一代光纤通信系统。1981年又实现了两电话局间使用1.3微米多模光纤的通信系统,为第二代光纤通信系统。1984年实现了1.3微米单模光纤的通信系统,即第三代光纤通信系统。80年代中后期又实现了1.55微米单模光纤通信系统,即第四代光纤通信系统。用光波分复用提高速率,用光波放大增长传输距离的系统,为第五代光纤通信系统。新系统中,相干光纤通信系统,已达现场实验水平,将得到应用。光孤子通信系统可以获得极高的速率,20世纪末或21世纪初可能达到实用化。在该系统中加上光纤放大器有可能实现极高速率和极长距离的光纤通信。 就光纤通信技术本身来说,应该包括以下几个主要部分:光纤光缆技术、光交换技术传输技术、光有源器件、光无源器件以及光网络技术等。 光纤技术的进步可以从两个方面来说明: 一是通信系统所用的光纤; 二是特种光纤。早期光纤的传输窗口只有3个,即850nm(第一窗口)、1310nm(第二窗口)以及1550nm(第三窗口)。近几年相继开发出第四窗口(L波段)、第五窗口(全波光纤)以及S波段窗口。其中特别重要的是无水峰的全波窗口。这些窗口开发成功的巨大意义就在于从1280nm到1625nm 的广阔的光频范围内,都能实现低损耗、低色散传输,使传输容量几百倍、几千倍甚至上万倍的增长。这一技术成果将带来巨大的经济效益。另一方面是特种光纤的开发及其产业化,这是一个相当活跃的领域。 1. 有源光纤 这类光纤主要是指掺有稀土离子的光纤。如掺铒(Er3+)、掺钕(Nb3+)、掺镨(Pr3+)、掺镱(Yb3+)、掺铥(Tm3+)等,以此构成激光活性物质。这是制造光纤光放大器的核心物质。不同掺杂的光纤放大器应用于不同的工作波段,如掺饵光纤放大器(EDFA)应用于1550nm附近(C、L波段);掺镨光纤放大器(PDFA)主要应用于1310nm波段;掺铥光纤放大器(TDFA)主要应用于S波段等。这些掺杂光纤放大器与喇曼(Raman)光纤放大器一起给光纤通信技术带来了革命性的变化。它的显著作用是:直接放大光信号,延长传输距离;在光纤通信网和有线电视网(CATV网)中作分配损耗补偿;此外,在波分复用(WDM)系统中及光孤子通信系统中是不可缺少的关键元器件。正因为有了光纤放大器,才能实现无中继器的百万公里的光孤子传输。也正是有了光纤放大器,不仅能使WDM传输的距离大幅度延长,而且也使得传输的性能最佳化。 2. 色散补偿光纤(Dispersion Compensation Fiber,DCF) 常规G.652光纤在1550nm波长附近的色散为17ps/nm×km。当速率超过2.5Gb/s时,随着传输距离的增加,会导致误码。若在CATV系统中使用,会使信号失真。其主要原因是正色散值的积累引起色散加剧,从而使传输特性变坏。为了克服这一问题,必须采用色散值为负的光纤,即将反色散光纤串接入系统中以抵消正色散值,从而控制整个系统的色散大小。这里的反色散光纤就是所谓的色散补偿光纤。在1550nm处,反色散光纤的色散值通常在-50~200ps/nm×km。为了得到如此高的负色散值,必须将其芯径做得很小,相对折射率差做得很大,而这种作法往往又会导致光纤的衰耗增加(0.5~1dB/km)。色散补偿光纤是利用基模波导色散来获得高的负色散值,通常将其色散与衰减之比称作质量因数,质量因数当然越大越好。为了能在整个波段均匀补偿常规单模光纤的色散,最近又开发出一种既补偿色散又能补偿色散斜率的"双补偿"光纤(DDCF)。该光纤的特点是色散斜率之比(RDE)与常规光纤相同,

光纤通信期末复习题

第一章绪论 简答:光纤通信的发展方向 第二章光纤和光缆 填空 1.目前光纤通信的长波波长低损耗工作窗口是 1.31μm 和。 2.光纤中的传输信号由于受到光纤的和色散的影响,使得信号的幅度受到衰减,波形出现失真。 3.阶跃型单模光纤的截止波长λc=___________。 4.目前光纤通信三个实用的低损耗工作窗口是0.85 μm,1.55 μm 和___________。 5.在阶跃型光纤中,归一化频率V的定义式为。 6.按照折射率分布规律,光纤可以分为、和单模光纤等。 7.光纤的色散主要有材料色散、、。 8.单模光纤只传输一种模式,纤芯直径较,通常在 4μm~10μm 范围内。多模光纤可传输多种模式,纤芯直径较,典型尺寸为50μm左右。 9.光纤特性包括它的结构特性、光学特性及传输特性。结构特性主要指光纤的几何尺寸;光学特性包括、数值孔径等;传输特性主要是及特性。 10.按射线理论,阶跃型光纤中光射线主要有_________和

___________两类。 判断 1.光纤中要求纤芯的折射率应该小于包层的折射率。 2.当光纤参数确定后,只有工作波长小于截止波长时,光纤才能实现单模传输 3.光纤的数值孔径与入射光波长有关。 4.弱导光纤中纤芯折射率n1和包层折射率n2的关系是n1>>n2。 5.目前通信用光纤主要是用高纯度的玻璃材料制成的。 6.光纤中光能量主要在纤芯内传输,包层为光的传输提供反射面和光隔离。 7.光纤单模传输时,应该保证归一化频率V大于归一化截止频率V c。 8.光纤中传输的模式数由归一化频率决定,当归一化频率确定后,光纤中所传输的模式数和模式分布也就确定了。()9..单模光纤中存在模间色散,多模光纤中不存在模间色散。() 10..在单模光纤传输中,实际传输信号的频谱宽度取决于两个因素,一是半导体激光器发射的光的固有频谱宽度,二是电信号调制造成的频谱展宽。() 11.改变光纤的折射率分布和剖面结构参数,可以改变波导色散的值,从而在所希望的波长上实现零色散。()

光纤通信系统技术的发展与展望

光纤通信系统技术的发展与展望 发表时间:2018-11-02T12:10:13.943Z 来源:《防护工程》2018年第15期作者:周中亮 [导读] 随着国家科学技术水平的提升,光纤通信领域的发展得到了不小的突破与创新,很多行业领域都会将光纤通信技术融入到实际工作中 周中亮 哈尔滨太平国际机场 摘要:随着国家科学技术水平的提升,光纤通信领域的发展得到了不小的突破与创新,很多行业领域都会将光纤通信技术融入到实际工作中,以此来为工作的顺利开展提供有利条件。近年来,很多科研团队也提高了对光纤通信系统技术的重视与研究,并对技术的应用原理和注意事项等内容进行了深入的研究,从而为日后技术应用价值的提升奠定良好基础。本篇文章就光纤通信系统技术的发展与展望进行简单论述,并提出一些观点,希望能对相关人士的研究有所帮助。 关键词:光纤;通信;技术;发展 光纤通信系统技术在现阶段国家建设与发展中扮演着非常重要的角色,与人们的生活与以及工作质量有着紧密的联系。在近几年的发展中,很多科研团队以及国家相关部门都提高了对此技术的重视与研究。一方面是由于光线通信系统技术具有一定的专业性与科学性,需要操作人员能够熟练掌握技术的操作原理和要点,以此来保证技术应用效果。另一方面是由于光线通信系统技术的发展趋势还需要进行进一步的探讨,明确其发展方向与目标才能为国家建设奠定良好的基础。 一、光纤通信系统技术的发展现状 光线通信是信息时代的产物,不仅对很多行业领域的发展有着重要影响,还间接的影响着国家经济发展水平。要想进一步提高光线通信系统技术的应用价值,那么相关科研团队就要对该技术的发展现状进行全面的了解与掌握。 1、光弧子载体方面 由于光弧子的超短光脉冲特点,以它作为载体的经过光纤长距离的运输后,波形和速度都可以较大程度保持不变,从而保证了零误码的情况。在很早以前就有实验研究了光弧子,随后又进行了一系列实验才说明了光弧子是可以作为运输载体的。由此,全世界的许多国家都积极展开了研究探讨,比如美国和日本进行了双信道波分复用弧子通信系统和直通光弧子通信系统的实验。光弧子具有容量大、抗干扰性强,适用于长距离运输的特点,将光纤通信技术发展推进了一步。 2、光波分复用技术方面 利用光波分复用技术可以使多束激光在一条光纤上传播多个不同波长的光波,让光纤通信具有更大的容量,改善了光纤传输量问题,得到了广泛的运用。特别是近几年,日本首先成功研发出世界最高容量的WDM系统,使得光波分复用系统得到传播,有效的克服了光纤通信发展过程中的困难,带来了巨大的经济效应。目前,还有将波分复用和光时分复用相结合,将多束激光再一次复分,从而更加大大提高传输容量。 3、光纤接入技术方面 进入信息时代,人们的通信数量和频率都日益增加,互联网、物联网等多媒体服务也有着更广泛的运用,这就需要宽带能力强的光纤接入。而其中,PON技术与多种技术相结合产生成本较低的EPON技术,依赖于以太网,作为最佳接入网。有了进一步的相结合后,EPON技术还可以扩展到更广阔的网络环境中,连接更多的设备,使光纤通信技术有了质的飞跃。 二、光纤通信系统技术的未来展望 就现阶段光纤通信系技术的发展情况开展,超高速传输系统领域以及光传送联网技术领域中会经常出现其身影。另外,光接入网技术也逐渐被融入到光纤通信系统技术中,不仅为其未来的发展带来了不小的机遇与挑战,还在很大程度上推进着光纤通信系统技术的可持续发展。 1、超高速系统的发展 目前10Gbps系统已开始大批量装备网络,主要在北美,在欧洲、日本和澳大利亚也已开始大量应用。但是,10Gbps系统对于光缆极化模色散比较敏感,而已经铺设的光缆并不一定都能满足开通和使用10Gbps系统的要求,需要实际测试,验证合格后才能安装开通。它的比较现实的出路是转向光的复用方式。光复用方式有很多种,但目前只有波分复用(WDM)方式进入了大规模商用阶段,而其它方式尚处于试验研究阶段。 2、超大容量WDM系统的发展 采用电的时分复用系统的扩容潜力已尽,然而光纤的200nm可用带宽资源仅仅利用率低于1%,还有99%的资源尚待发掘。如果将多个发送波长适当错开的光源信号同时在一级光纤上传送,则可大大增加光纤的信息传输容量,这就是波分复用的基本思路。基于WDM应用的巨大好处及近几年来技术上的重大突破和市场的驱动,波分复用系统发展十分迅速。 3、实现光联网的发展 上述实用化的波分复用系统技术尽管具有巨大的传输容量,但基本上是以点到点通信为基础的系统,其灵活性和可靠性还不够理想。如果在光路上也能实现类似SDH在电路上的分插功能和交叉连接功能的话,无疑将增加新一层的威力。根据这一基本思路,光光联网既可以实现超大容量光网络和网络扩展性、重构性、透明性,又允许网络的节点数和业务量的不断增长、互连任何系统和不同制式的信号。 由于光联网具有潜在的巨大优势,美欧日等发达国家投入了大量的人力、物力和财力进行预研,特别是美国国防部预研局(DARPA)资助了一系列光联网项目。光联网已经成为继SDH电联网以后的又一新的光通信发展高潮。建设一个最大透明的、高度灵活的和超大容量的国家骨干光网络,不仅可以为未来的国家信息基础设施奠定一个坚实的物理基础。 4、新代光纤的发展 目前,为了适应干线网和城域网的不同发展需要,已出现了两种不同的新型光纤,即非零色散光(G.655光纤)和无水吸收峰光纤。其中,全波光纤将是以后开发的重点,也是现在研究的热点。从长远来看,BPON技术无可争议地将是未来宽带接入技术的发展方向,但从当前技术发展、成本及应用需求的实际状况看,它距离实现广泛应用于电信接入网络这一最终目标还会有一个较长的发展过程。

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