光线通信课件

光纤通信实验光电信息学院兰岚课程介绍™考核方法\现场签到，预习报告\实验报告(11月1日上午统一交到339-6）™教材:\《光纤通信实验指导书》\在教材科购买实验内容安排™光纤切割与焊接技术™插入法测量光纤的损耗系数™光时域反射计测量光纤链路特性™光纤光栅光谱特性测试系统的设计™光带通滤波器的设计™信号眼图的测试™光波分复用系统及其误码率的测量第一轮第二轮实验时间安排组数（序号）第一轮实验时间第二轮实验时间1班1组（1-12）10月12号星期二8:30-10:0010月19号星期二8:30-11:301班2组（13-24）10月12号星期二10:00-11:3010月19号星期二14:30-17:302班1组（25-36）10月12号星期二14:30-16:0010月20号星期三8:30-11:302班2组（37-48）10月12号星期二16:00-17:3010月20号星期三14:30-17:303班1组（49-60）10月13号星期三8:30-10:0010月21号星期四8:30-11:303班2组（61-72）10月13号星期三10:00-11:3010月21号星期四14:30-17:304班1组（73-84）10月13号星期三14:30-16:0010月22号星期五8:30-11:304班2组（85-96）10月13号星期三16:00-17:3010月22号星期五14:30-17:30目录第一章《光纤通信》介绍第二章光纤第三章光器件第四章光波分复用系统第一章《光纤通信》介绍本章内容：1.1光纤通信发展简史1.2光纤通信系统1.1光纤通信发展简史™什么是通信？\“通”传送，“信”信息；信息的传送。™什么是光通信？\从广义的概念上说，凡是使用光作为通信手段的都可称为光通信。™什么是光纤通信？\以光波载运信息，用光纤作传输媒体实现通信。™早期的光通信：\原始的光通信：烽火台等。原始的光通信1.1光纤通信发展简史\现代光通信的雏形：贝尔光电话。贝尔光电话演示实验贝尔正在进行光电话实验1.1光纤通信发展简史1.1光纤通信发展简史\光通信的新阶段：激光器的发明和应用。™1960年，美国人梅曼（Maiman）发明了第一台红宝石激光器。™激光的突出优点：\为高度相干光。\单色性好，波谱宽度窄。\方向性极好。\输出功率大。™光纤（OpticalFiber）的发展：\1966年，英籍华裔高锟（C.K.Kao）提出利用光纤进行信息传输的可能性和技术途径。“光纤之父”高锟博士早期关于光纤的实验1.1光纤通信发展简史频率（Hz）自由空间波长（m）10110710210610310510410410510310610210710110810010910-1101010-2101110-3101210-4101310-5101410-61015电力、电话无线电、电视微波红外可见光双铰线同轴电缆光纤传输介质频段划分电磁波频谱图1.2光纤通信系统1.2.1概述光纤通信系统与其他系统的区别从原理上讲是载波频率的不同，光载波频率约为100THz，微波载频的范围在1～100GHz。™光纤通信的优点：\容许频带很宽，传输容量大。\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。\泄漏小，保密性能好。\节约金属材料，有利于资源合理使用。™不仅在技术上具有很大优越性，而且在经济上具有很大竞争能力，在信息社会中将发挥越来越重要的作用。1.2.1概述基本光纤传输系统光发射机光接收机光纤线路电发射机信息源信息宿电接收机光纤通信系统的基本组成基本光纤传输系统发射接收1.2.2基本构成1.2.2基本构成™功能：把输入电信号转换为光信号，并把光信号最大限度耦合入光纤线路。™组成：光源、调制器和信道耦合器等。光源驱动电路调制器信号输入通道耦合器光发射机结构框图„光发射机激光二极管（激光二极管（LDLD））发光二极管（发光二极管（LEDLED））1.2.2基本构成™功能：把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱信号转换为电信号，并经放大和处理后恢复成发射前的电信号。™组成：耦合器、光电二极管和解调电路等。光接收机结构框图光信号输入电信号输出耦合器电子线路光电二极管解调器„光接收机1.2.2基本构成™光检测器的功能：把光信号转换为电信号。™光检测器是光接收机的核心。™常用光检测器：\PN光电二极管\PIN光电二极管\雪崩光电二极管（APD）光纤信号如何在光纤中传输？信号如何在光纤中传输？光源声音变为电信号光探测器1.2.2基本构成补充：分贝的定义补充：分贝的定义™™把信号功率与某个绝对值或某个噪声功率进行比较。把信号功率与某个绝对值或某个噪声功率进行比较。™™分贝：功率比值，用相当简单的方式表示很大比值。分贝：功率比值，用相当简单的方式表示很大比值。dB=10dB=10lglg[P[P22/P/P11]]PP22、、PP11----光功率光功率功率功率比比1010NN101022110.50.50.10.11010--NNdBdB+10N+10N+10+10+3+300--33--1010--10N10N如：功率增加一倍，表明增益是如：功率增加一倍，表明增益是3dB3dB；功率减小到一半，；功率减小到一半，表明损耗是表明损耗是3dB3dB。分贝是一比值或相对单位。。分贝是一比值或相对单位。光纤损耗光纤损耗6dB6dB－－通过光纤后，功率减小到－－通过光纤后，功率减小到连接器损耗连接器损耗1dB1dB－－通过连接器后，功率减小到－－通过连接器后，功率减小到25％80％™™光功率（光功率（dBmdBm））P=10P=10lglg[[P(mWP(mW)/1(mW)])/1(mW)]™™以以1mW1mW为基准的、用分贝表示的功率。表示为基准的、用分贝表示的功率。表示功率的绝对值。功率的绝对值。功率功率((mWmW))100100101022110.50.50.10.10.010.010.0010.001功率功率((dBmdBm))+20+20+10+10+3+300--33--1010--2020--3030™™mm————1010－－33μμ————1010--66nn————1010－－99™™KK————101033MM————101066GG————101099TT————10101212第二章光纤本章内容：2.1光纤的结构2.2光纤的传光原理2.3光纤的损耗2.4光纤的连接2.1光纤的结构™一般光纤是一种高度透明的玻璃丝，由纯石英经复杂的工艺拉制而成。™光纤→中心部分(芯Core)＋同心圆状包裹层(包层Clad)＋表面涂层™特点：ncorenclad⇒光在芯和包层之间的界面上反复进行全反射，并在光纤中传递下去。纤芯包层涂敷层图2-1光纤的结构图n1n2321yθrlLxoθi23纤芯n1包层n2zφcφ图突变型多模光纤的光线传播原理2.2光纤传光原理™根据全反射原理：\θiθimax：光线将在纤芯和包层的交界面发生全反射而返回纤芯，以折线形状向前传播。\θi=θimax：光线以ψc入射到交界面，折射角为90°，沿交界面向前传播。\θiθimax：光线在交界面折射进入包层并逐渐消失。2.3光纤的损耗™光纤的三个低损耗“窗口”：0.85μm1.31μm1.55μm13101310155015508508500.20.22.52.5损损耗耗(dB/km)(dB/km)波波长长(nm)(nm)石英光纤的损耗谱第一传输窗口第一传输窗口第三传输窗口第三传输窗口在1.55μm处最小损耗约为0.2dB/km在在1.551.55μμmm处处最小损耗约最小损耗约为为0.20.2dB/kmdB/km第二传输窗口第二传输窗口™损耗的定义：长度为L的光纤输出端光功率与输入端光功率的比值，单位为分贝。™损耗系数：单位长度的损耗实验：插入法测量光纤损耗1010logoutinPLPα=−光源光功率计光纤连接线光源光功率计光纤连接线待测光纤inPoutP\优点：™可以根据工作环境，灵活运用。\缺点：™存在连接损耗。实验：插入法测量光纤损耗1010log=−soPLPα光纤长度L=3.062km波长Po(dBm)Ps(dBm)Po-Ps(dB)α(dB/km)1310nm1550nm™使用注意：1.1550光源工作在40mA，调节光源先快后慢，关闭前归零。2.光纤多用表稳定再读数，每一种波长读3组数据取平均。3.图1-1.光功率计的使用使用方法：1.开机，选择测量波长；　2.调零；3.使用光跳线将光功率计与光源连接；4.测量。™光功率计：\功能：测量光功率大小、线路损耗、系统冗余度及接收机灵敏度等。　\基本结构：主机、探头\技术指标：™波长范围™光功率测量范围实验：OTDR测量光纤链路特性™后向散射法\原理：在被测光纤的输入端射入一个强窄脉冲，脉冲在光纤内传输时，由于光纤内部不均匀性将产生瑞利散射，这种散射光有一部分将沿光纤返回输入端——背向散射光，它们将光纤上各点的“信息”送回了输入端。2110lg(/)2PdBkmLPα=−12cTLn=实验：OTDR测量光纤链路特性™光时域反射仪：长度（e）（c）（b）（a）dBPAPB（d）（a）输入端反射区（b）恒定斜率区（c）连接器、接头或局部缺陷引起的损耗　（d）介质缺陷引起的反射（e）输出端反射区测量对象：（1）平均损耗－（b）（2）连接损耗－（c）（3）反射损耗－（e）实验：OTDR测量光纤链路特性平均损耗连接损耗反射损耗实验：OTDR测量光纤链路特性4μs1μs500ns100ns15504μs1μs500ns100ns1310反射损耗（dB）连接损耗（dB）平均损耗（dB/km）脉冲宽度（ns）波长（nm）量程（km）实验：OTDR测量光纤链路特性™操作步骤：1.接通电源开关。2.被测光纤光缆的连接。3.波长设定。4.量程、脉宽的设定。5.预测试和停止状态：按面板上的“START/STOP”键即进入预测试方式和停止状态。6.测量：屏幕右侧的菜单按钮“测量”，再按OTDR屏幕右侧的菜单按钮“项目选择”，再按OTDR屏幕右侧的菜单按钮选择项目，如“反射损耗”，即选中测反射损耗状态。按两次OTDR屏幕右侧最下面的菜单按钮，回到主菜单界面。™注意：测试点尽量取端点；必须停止之后再测；菜单需返回到主菜单才能运行；每改变一次初始条件，要重新测试运行再测量；一般情况下，选择测试量程应大于被测光纤的两倍；图2.2；实验：OTDR测量光纤链路特性2.4光纤的连接™固定连接：永久性，用于光纤线的连接，损耗小，小于0.1dB。常用电弧熔接。实验：光纤切割与焊接技术\步骤：1.去除一次涂敷层；2.用蘸乙醇的脱脂棉将裸光纤擦拭干净；3.用光纤切割刀切断光纤，使光纤端面整齐；4.将待熔光纤置于熔接机V形槽中；5.准备好待接续的另一根光纤，以同样方式安放；6.关闭防风盖，光纤接续放电熔接；7.加上保护套管。2.4光纤的连接™活动连接：可拆卸，用于收发端机与光纤的连接及实验室中，损耗较大，0.2dB。™FC型光纤连接器\结构：插头-转接座-插头。插针套管的标准直径为2.5mm，采用M8螺纹式锁紧机构，外面用一个弹性套筒将套管压紧来精确定位。™使用注意：轻拿轻放，保护端面，注意清洁，不要对准眼睛，注意连接方法。2.4光纤的连接™光纤（光缆）连接器是使一根光纤与另一根光纤相连接的器件，是光波系统中使用量最多的器件。™光纤适配器（法兰盘）：\作用：将两根相同或不同插头类型的光纤连接起来。\结构：中间有个透镜，用来校准光线。zSC－SCzFC－FC2.4光纤的连接第三章光无源器件本章内容：3.1光耦合器3.2光隔离器和光环行器3.1光耦合器™耦合器功能：把一个输入光信号分配给多个输出，或把多个输入的光信号组合成一个输出。一般是对同一波长的光功率进行分路或合路。1234光从端口1输入，光功率按一定比例（如1：1）从端口3，4输出光从端口2输入，光功率按一定比例（如1：1）从端口3，4输出光从端口3输入，光功率按一定比例（如1：1）从端口1，2输出光从端