1、第6章 光纤通信,一.光纤通信概述,1.光纤通信定义光通信分为无线光通信和有线光通信两类。无线光通信：在可视距离范围内收发两端之间进行的光通信。传输媒介为大气。有线光通信：用光纤为传输媒介。,一.光纤通信概述,2.光纤通信优点,可利用的频带宽 光纤通信以很高频率的光波作载波，比无线电波的频率高得多。理论上比微波通信容量高104105。所以光纤通信特别适用于告诉宽带的信息传输。 线路损耗小 目前已达到 -0.2dB/km的水平。无中继传输距离可达几百公里。而电缆的无中继传输一般为几公里。,一.光纤通信概述,2.光纤通信优点,信道的幅频特性宽平 在很宽的应用频带内，光纤的衰减与频率基本上无关，即不
2、同频率成分的衰减量几乎是一样的。因而中继站和收信端基本上可以不采取幅度均衡措施。而同轴电缆的衰减是随着频率的平方根 上升的，需要沿路实现高精度均衡，而且均衡过程很复杂。,一.光纤通信概述,2.光纤通信优点,信道的幅频特性宽平 在很宽的应用频带内，光纤的衰减与频率基本上无关，即不同频率成分的衰减量几乎是一样的。因而中继站和收信端基本上可以不采取幅度均衡措施。而同轴电缆的衰减是随着频率的平方根 上升的，需要沿路实现高精度均衡，而且均衡过程很复杂。,一.光纤通信概述,2.光纤通信优点,保密性好 光纤中传输的关波基本不会向外辐射。很难被窃听。光纤之间不会串扰。电缆的串扰较为严重（如：电话串音）抗干扰强
3、 光纤对电磁是绝缘体，所以光纤不受电磁干扰、静电干扰、人为干扰等影响。这对在电气化铁路和电力线附近设置光缆线路极为有利。 防火 光纤通信不会发生电火花，尤为适合防爆防燃的场合。,一.光纤通信概述,2.光纤通信优点,原料成本低 制造光纤的原料是石英(沙、水晶)，取之不尽。例如：制造1km八管同轴电缆需要耗铜120kg、铅500kg；而制造1km光纤只需40g高纯度的石英玻璃。尺寸小，重量轻 18管同轴电缆每米重约11kg，而光缆每米重约90g。 耐高温、抗化学腐蚀 石英（沙）熔点高,一.光纤通信概述,3.待于改进之处,工艺复杂：纯度极高的石英玻璃、坚固性、柔韧性,连接、耦合：精密、细心,理论有待
4、于深入的探讨,二.光纤通信系统,光纤通信系统（只画出单向）,二.光纤通信系统,1.光发信机：实现电/光转换。将来自于电端机的电信号对光源（载波）发出的光进行调制（即直接用电信号调制光源的光强度，使之随信号电流的变化而变化），成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆中去传输。,二.光纤通信系统,2.中继机：它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减；另一个是对波形失真的脉冲进行整形。（光纤对光信号具有吸收、散射作用）中继站主要由光检测器、光源和判决再生电路组成。光检测器、光源的功能和光发信机相同。判决再生电路是对数字通信系统而言的。目前的光纤数字通信系统主要采用脉冲编码强
5、度调制。判决再生电路应具有脉冲整形、再生和定时信号恢复三种功能。,二.光纤通信系统,2.中继机： 对于模拟中继通信，主要采用检波中继方式，即把光检测器接受到的光信号解调成基带的电信号并予以放大，然后用它去调制光源发出的光波再重新发射出去。 所以光纤传输系统既可以用于数字通信又可以用于模拟通信。,二.光纤通信系统,3.光收信机：实现光/电转换。它由光检测器和放大电路组成。其功能是将光纤或电缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端机。（解调）,二.光纤通信系统,4.光纤连接器、耦合器等无源器件：受制造工艺的限制，光纤的拉制强度有
6、限（如1km）。因此，一条光纤线路可能存在多根光纤相连接的问题。,二.光纤通信系统,对于当前光纤通信系统的整个传输中，光纤部分的作用只起传输作用，对于信号的生成和处理，则仍由电系统来完成。显然这会降低光通信的价值和潜力。因而随着光电器件制造技术的发展，将会出现无“电”环节的采用光波直接传输、处理模式的“全光通信系统”,三.光纤的结构与分类,1.光纤的结构,纤芯和包层的主要成分都是石英。其中包层掺入了极少量的掺杂剂。纤芯材料的折射率n1应大于包层材料的折射率n2。,【空气、水的折射】,三.光纤的结构与分类,2.按传输模式分类 光纤与金属波导(微波中使用)一样，当波导结构（光纤中纤芯）的横向尺寸可
7、以与波长相比拟时，仅能通过单一模式的光波。但是，当纤芯较粗时，则光纤中可以存在多种传输模式。,三.光纤的结构与分类,2.按传输模式分类多模光纤：光纤中可以传输多条光线(多种模式)的光纤。传输 模式较多，故存在模间色散大的缺点，通信带宽较 窄。传输容量和传输距离受到限制。 单模光纤：光纤中只传输一种光线(一种模式)的光纤。无模 间色散，衰减小，传输带宽，适用于大容量长距离 通信。 单模光纤是光纤通信的主流。目前应用最多的是 的单模光纤。,四.光纤的导光原理,光纤的导光原理分为两种理论：1.波动理论：按照电磁场理论，应用麦克斯韦方程组来分析光的传播特性。严谨2.射线理论：认为光是直线传播，来研究光的传播特性。,
