光子器件與光通信系統(tǒng)

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1、光纖通信及其發(fā)展光纖通信基本知識(shí)光波分復(fù)用光纖通信基本知識(shí)光纖傳輸系統(tǒng)的基本組成光纖通信：以光導(dǎo)纖維（光纖）為傳輸媒質(zhì)，以光波為載波，實(shí)現(xiàn)信息傳輸。光纖傳輸系統(tǒng)的基本組成光纖線路光源光調(diào)制器光檢測(cè)器基帶處理基帶處理基帶電信號(hào)基帶電信號(hào)調(diào)制電信號(hào)解調(diào)電信號(hào)已調(diào)光信號(hào)光發(fā)射機(jī)光接收機(jī)光纖通信基本知識(shí)光纖的傳光原理構(gòu)成光纖的材料是石英纖維（SiO2）;光纖由內(nèi)芯和包層組成，芯的折射率略大于包層，利用光在內(nèi)芯的折射或在芯與包層界面上的全反射實(shí)現(xiàn)光的傳播。n1n2n1SIFGIF光纖通信基本知識(shí)光纖基本類型突變折射率型多模光纖（SIF）：纖芯直徑＝50～60μm，光線以折射形狀沿纖芯軸

2、線方向傳播，存在多條路徑，并有較大的時(shí)延差，因而信號(hào)畸變大。漸變折射率型多模光纖（GIF）：纖芯直徑＝50μm，光線以曲線形狀沿纖芯軸線方向傳播，各條路徑時(shí)延差較小，因而信號(hào)畸變較小。單模光纖（SMF）：纖芯很細(xì)，直徑約10μm，光線以直線形狀沿纖芯軸線方向傳播，只有一種傳播模式，信號(hào)畸變很小。光纖通信基本知識(shí)光纖傳輸特性傳輸損耗，由材料吸收和雜質(zhì)散射等因素引起。有三個(gè)低損耗窗口：（1）0.85μm附近，損耗2~4dB/km;（2）1.31μm附近，損耗約0.5dB/km;（3）1.55μm附近，損耗約0.2dB/km。色散（Dispersion）：一般包括材料色散、模式色散

3、、波導(dǎo)色散等，引起接收的信號(hào)脈沖展寬，從而限制了信息傳輸速率。中繼器間距受損耗限制和色散限制。色散限制用距離帶寬積（Mbps·km）表示。三類光纖中SMF最高，GIF次之，SIF最低。光纖通信基本知識(shí)實(shí)用光纖標(biāo)準(zhǔn)G.651：GIF型光纖，適用于中小容量和中短距離；G.652：常規(guī)單模光纖，第一代SMF，在波長(zhǎng)1.31μm處色散為零，傳輸距離只受損耗限制，適用于大容量傳輸；G.653：色散移位光纖，第二代SMF，在波長(zhǎng)1.55μm色散為零，損耗小，適用于大容量長(zhǎng)距離傳輸G.654：1.55μm損耗最小的SMF，1.31μm處色散為零；G.655：非零色散光纖，是新一代的SMF，

4、適用于波分復(fù)用系統(tǒng)，提供更大的傳輸容量。光纖通信基本知識(shí)光發(fā)射機(jī)光源：·發(fā)光二極管（LED）：自發(fā)輻射，輸出光功率小，譜寬，穩(wěn)定，長(zhǎng)壽命（107），價(jià)低，適用于小容量、短距離傳輸系統(tǒng)?！ぜす舛O管（LD）：受激輻射，輸出光功率大，譜窄，波長(zhǎng)穩(wěn)定，長(zhǎng)壽命（105至106），價(jià)高，適用于大容量、長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)。光調(diào)制器：目前采用強(qiáng)度調(diào)制（由于光源頻譜不純，尚未實(shí)現(xiàn)相干光通信）；分內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制，對(duì)于數(shù)字調(diào)制，用光脈沖的有無(wú)代表數(shù)字信息（0和1）。光纖通信基本知識(shí)光接收機(jī)光檢測(cè)器的功能：光信號(hào)的解調(diào)（O/E）光檢測(cè)器的類型：PIN光電二極管、雪崩光電二極管（APD）光接收機(jī)的靈敏度

5、取決于噪聲特性（包括光檢測(cè)器的噪聲和電放大器的噪聲）和誤碼率指標(biāo)APD是有增益的光電二極管適用于靈敏度要求較高的場(chǎng)合，但需采用復(fù)雜的溫度補(bǔ)償電路，故成本高；在靈敏度要求不高的場(chǎng)合，宜采用PIN管。光接收機(jī)中還有電的放大器、自動(dòng)增益控制電路、均衡再生電路等。光纖通信基本知識(shí)光纖通信發(fā)展階段1966年高琨指出了用光纖進(jìn)行信息傳輸?shù)目赡苄院图夹g(shù)途徑；第一階段（1966～1976年），從基礎(chǔ)研究到商業(yè)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)時(shí)期，實(shí)現(xiàn)了短波長(zhǎng)（0.85μm）低速率（45或34Mb/s）多模光纖通信系統(tǒng)，無(wú)中繼距離約10km；第二階段（1976～1986年），大發(fā)展時(shí)期，光纖從多模發(fā)展到單模，工作波

6、長(zhǎng)從短波長(zhǎng)發(fā)展到長(zhǎng)波長(zhǎng)（1.31和1.55μm）,實(shí)現(xiàn)了1.31μm、傳輸速率140～565Mb/s的單模光纖傳輸系統(tǒng)（PDH），其無(wú)中繼距離為50～100km；第三階段（1986年～），全面深入開(kāi)展新技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)了1.55μm單模光纖通信系統(tǒng)（SDH），速率達(dá)2.5~10Gb/s,無(wú)中繼距離為100～150km；1996年后，研發(fā)波分復(fù)用光纖通信系統(tǒng)，每波長(zhǎng)傳輸速率10或40G及光波網(wǎng)絡(luò)。光纖通信基本知識(shí)光纖通信特點(diǎn)與應(yīng)用傳輸容量很大：2.5G～10G/波長(zhǎng)；每光纖采用波分復(fù)用技術(shù)，可容納幾十至上百個(gè)波長(zhǎng)；每根光纜可含幾十至上百根光纖。傳輸質(zhì)量很高，誤碼率很低（小于10－

7、9）中繼距離很長(zhǎng)（50～150km）抗電磁干擾性能好泄漏小，保密性能好應(yīng)用廣泛：大容量骨干網(wǎng)、計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)、光纖接入網(wǎng)、有線電視網(wǎng)等波分復(fù)用信道復(fù)用技術(shù)光波分復(fù)用原理點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)信道復(fù)用技術(shù)信道復(fù)用：在同一信道上同時(shí)傳輸N路或N個(gè)用戶的信息（N>1），其基本方法是將該信道劃分為N個(gè)子信道。頻分復(fù)用（FDM）：各子信道占用不同的頻帶，用濾波器分路；新發(fā)展的技術(shù)有正交頻分復(fù)用（OFDM）、編碼正交頻分復(fù)用（COFDM）。時(shí)分復(fù)用（TDM）：各子信道占用不同的時(shí)隙，用門(mén)分路；又有同步時(shí)分復(fù)