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1、第一章 信息与信号 第二章 光通信的一般概念 第三章第三章 传输光路传输光路 第四章第四章 光发射机光发射机 第五章第五章 光接收光接收机机与基本光纤数字通信系统与基本光纤数字通信系统 第六章 基于电复用的光纤通信系统 第七章第七章 光放大光放大 第八章 光路复用技术 目目 录录 第一章第一章 信息与信号信息与信号 第一节第一节 信息的基本知识信息的基本知识 1 1 信息的概念信息的概念 2 2 信息的度量信息的度量 3 3 信息源信息源 4. 4. 信息系统与信道信息系统与信道 第二节第二节 信号的概念信号的概念 第三节第三节 数字信号和模拟信号数字信号和模拟信号 第四节第四节 噪声噪声 第
2、一节第一节 信息的基本知识信息的基本知识 1 信息的概念信息的概念 （1） 什么是信息什么是信息？ （2） 信息的基本特征信息的基本特征 2 信息的度量信息的度量 （1）信息量信息量 （2）信息量的单位信息量的单位 3 信源信源 （1）信源的信息量信源的信息量 （2）信源编码）信源编码 第二节第二节 信号的概念信号的概念 -什么是信号？什么是信号？ 1信号的物理性信号的物理性 2信号的信息性信号的信息性 第三节第三节 数字信号数字信号和模拟信号和模拟信号 1一般概念一般概念 2同步同步 3包包 第四节第四节 噪声噪声 1.干扰干扰 2.狭义噪声狭义噪声 第二章第二章 光通信的一般概念光通信的一
3、般概念 第一节第一节 通信的一般概念通信的一般概念 2.1.1通信的一般概念通信的一般概念 2.1.2通信系统的基本组成通信系统的基本组成 2.1.3通信的基本问题通信的基本问题 第二节第二节 光纤通信的特点光纤通信的特点 2.2.1光通信与光纤通信光通信与光纤通信 2.2.2 光信号的基本特征光信号的基本特征 2.2.3 光纤信道的基本特性光纤信道的基本特性 第三节第三节 光纤通信系统的基本组成光纤通信系统的基本组成 第一节第一节 通信的一般概念通信的一般概念 1 通信的一般概念通信的一般概念 什么是通信什么是通信? 通信要素通信要素 2 通信系统的基本组成通信系统的基本组成 通信系统的基本
4、组成模型通信系统的基本组成模型 3. 通信的基本要求通信的基本要求 （1）通信的实时性）通信的实时性 （2）通信的可靠性）通信的可靠性 （3）通信质量）通信质量 1 通信的一般概念通信的一般概念 什么是通信什么是通信? “通信是信息的发出着按照双方事先一致同意的协定以某种方式经通信是信息的发出着按照双方事先一致同意的协定以某种方式经 过某种途径将信息传递给接收者的全过程过某种途径将信息传递给接收者的全过程” 1) 通信必须有信息的发出者，信源通信必须有信息的发出者，信源 发出的是自身的信息，也可能是从别的信源获得的信息，可能是发出的是自身的信息，也可能是从别的信源获得的信息，可能是 人或机器人
5、或机器 信息的发出者和通信的发起者不是同一含义，通信也可能由接收信息的发出者和通信的发起者不是同一含义，通信也可能由接收 者发起者发起 2) 通信必须有信息的接受者，信宿通信必须有信息的接受者，信宿 通信的接受者可以是明确的，也可以不明确。可以是人或机器通信的接受者可以是明确的，也可以不明确。可以是人或机器 3) 通信方式通信方式 信息的承载方式信息的承载方式 数字通信，模拟通信，编码方式数字通信，模拟通信，编码方式 2 通信系统的基本组成通信系统的基本组成 信源信源 变换器变换器 信道信道 反变反变 换器换器 信宿信宿 噪声噪声 通信系统通信系统 2 通信系统的基本组成通信系统的基本组成 信
6、源信源 通信终端通信终端 信道信道 通信终端通信终端 信宿信宿 噪声噪声 通信系统通信系统 第二节第二节 光纤通信的特点光纤通信的特点 2.2.1 光通信与光纤通信光通信与光纤通信 2.2.2 光信号的基本特征光信号的基本特征 2.2.3 光纤信道的基本特性光纤信道的基本特性 2.2.2 光信号的基本特征光信号的基本特征 1)波动性波动性: 频率频率(波长波长)、幅度幅度、相位相位、偏振方向偏振方向 2)量子性量子性，光子能量光子能量（频率频率）、光子数光子数 1.频率极高频率极高，可承载信息量极大可承载信息量极大 7.5亿条话路亿条话路 2.相位与偏振方向相位与偏振方向不能直接检测出来不能直
7、接检测出来 调幅调幅 调频调频 调相调相 调偏调偏 3.强度调制的光信号强度调制的光信号 非负的非负的 双极性码双极性码 HDB3 RS- 232-C 4. 偏振度偏振度 偏振稳定性的度量偏振稳定性的度量 5. 相干性相干性 相干时间相干时间 相干长度相干长度 相干性相干性 相干时间相干时间 相干长度相干长度 相干长度相干长度: 在这段长度内，光有稳定的相位关系在这段长度内，光有稳定的相位关系 相干时间相干时间 光源的稳定发光时间有关，也就是与光源的光源的稳定发光时间有关，也就是与光源的 频带宽度有关频带宽度有关 FP-LD激光器激光器 6ns， 1.2m DFB激光器激光器 20m 外腔激光
8、器外腔激光器 200m tvL g ft1 MHz150f MHz10fs1 . 0 MHz1f 2.2.3 光纤信道的基本特征光纤信道的基本特征 1.光信道（传输光路）光信道（传输光路） 光纤，光有源器件和光无源器件，光纤，光有源器件和光无源器件， 光纤放大器、光连接器、光耦合器、光纤光栅、波分光纤放大器、光连接器、光耦合器、光纤光栅、波分 复用器、偏振控制器复用器、偏振控制器 2.带宽带宽 1.2到到1.6 um 20亿个话路亿个话路 3.几乎没有噪声几乎没有噪声 光源光源 探测器，量子噪声探测器，量子噪声 光纤放大器光纤放大器 自发辐射噪声自发辐射噪声 ASE 串音串音 反射反射 4.相
9、位敏感和偏振不稳定相位敏感和偏振不稳定 电电/光光 光光/电电 前端前端 前端前端 主机主机 电信号输入电信号输入 主机主机 电信号输出电信号输出 传输光路传输光路 光卡光卡 光卡光卡 光纤通信系统的基本组成光纤通信系统的基本组成 第三章传输光路第三章传输光路 第一节第一节 光纤和光缆光纤和光缆 3.1.1 3.1.1 光纤的一般理论光纤的一般理论 3.1.2.3.1.2.通信用光纤通信用光纤的结构和制造的结构和制造 3.1.3.3.1.3.光缆的结构和制造光缆的结构和制造 3.1.4.3.1.4.光纤中光信号的传输特性光纤中光信号的传输特性 第二节无源光器件第二节无源光器件 3.2.1.3.
10、2.1.光纤连接器光纤连接器 3.2.2.3.2.2.光纤耦合器光纤耦合器 3.2.3.3.2.3.其他器件其他器件 波分复用波分复用/ /解复用器解复用器 第一节第一节 光纤和光缆光纤和光缆 3.1.1 光纤的一般理论光纤的一般理论 1. 射线理论射线理论 2. 波动理论波动理论 模式理论模式理论 模耦合理论模耦合理论 3. 量子理论量子理论 3.1.2 通信用光纤的结构通信用光纤的结构和制造和制造 3.1.3 光缆的结构和制造光缆的结构和制造 3.1.4 光纤中光信号的传输特性光纤中光信号的传输特性 1. 光纤损耗光纤损耗 2. 时延与色散时延与色散 3. 非线性效应非线性效应 3.1.4
11、 3.1.4 光纤的传输特性光纤的传输特性 1. 光纤损耗光纤损耗 2.2.时延与色散时延与色散 3.3.非线性效应非线性效应 光纤损耗谱光纤损耗谱 3.1.4 3.1.4 光纤的传输特性光纤的传输特性-色散色散 (1)(1)色散的概念色散的概念 (2)(2)色散的影响色散的影响 (3)(3)色散的分类色散的分类 总色散总色散 (4)(4)色散对通信系统的影响色散对通信系统的影响 3.1.43.1.4光纤的传输特性光纤的传输特性-非线性效应非线性效应 1. 弹性非线性弹性非线性: 自相位调制自相位调制, 交叉相位调制交叉相位调制, 四波混频四波混频 2. 非弹性非弹性: 布里渊散射布里渊散射
12、拉曼效应拉曼效应 第二节第二节 无源光器件无源光器件 指不需要外界输入能量即可工作的光路部件指不需要外界输入能量即可工作的光路部件 光纤连接器光纤连接器、光纤耦合器光纤耦合器、光环形器光环形器、 光滤波器光滤波器、波分复用波分复用/解复用器解复用器 光衰减器光衰减器、光隔离器光隔离器、 偏振控制器偏振控制器、起偏器起偏器 准直器准直器 第四章第四章 光发射机光发射机 概述概述 第一节第一节 光发射机使用的光源光发射机使用的光源 第二节第二节 光的调制光的调制 第三节第三节 直接调制光发射机直接调制光发射机 第四节第四节 外调制外调制 第五节第五节 线路编码线路编码 概述概述 电信号转化为光信号
13、的这部分电路被称为光发射机。电信号转化为光信号的这部分电路被称为光发射机。 线路线路 编码编码 驱动驱动 电路电路 LD 或或 LED 控制电路控制电路 电信号输入电信号输入 光信号光信号 第一节第一节 光发射机使用的光源光发射机使用的光源 1.光纤通信系统对光源的要求光纤通信系统对光源的要求 2.半导体激光器半导体激光器 3.发光二极管（发光二极管（LED） 4.1.2.半导体激光器半导体激光器 1.基本原理基本原理 2.材料与结构材料与结构 3.基本特性基本特性 2.半导体激光器半导体激光器-基本原理基本原理 三个基本条件三个基本条件 激励源，提供能量靠它。调制激励电流激励源，提供能量靠它
14、。调制激励电流 粒子数反转分布（有源区内）粒子数反转分布（有源区内） 光学谐振腔，稳定的振荡输出和单一的谱线光学谐振腔，稳定的振荡输出和单一的谱线 I P 3基本特性基本特性 1.发光特性发光特性 (1)发光曲线和阈值特性发光曲线和阈值特性 (2)光谱特性光谱特性 (3) 温度特性温度特性 (4) 光斑、发散角和耦合效率光斑、发散角和耦合效率 (5)噪声特性噪声特性 2.电特性电特性 (1)电压电压-电流曲线电流曲线 (2) 发光效率发光效率 (3)电光调制特性电光调制特性 发光曲线和阈值特性发光曲线和阈值特性 注入电流注入电流 P I Ith 半导体激光器半导体激光器发光特性发光特性 3.发
15、光二极管的发光特性发光二极管的发光特性 (1)发光特性发光特性 1)发光曲线发光曲线 2)光谱特性光谱特性 3) 温度特性温度特性 4)耦合效率耦合效率 (2)发光二极管的电特性发光二极管的电特性 1）电压）电压-电流曲线电流曲线 2）电光调制特性）电光调制特性 半导体激光器和发光二极管比较半导体激光器和发光二极管比较 光 谱 特性 出光 功率 温度特性 响 应 速 度 相干性 可靠性 价格 适用场 合 LD 窄 ， 色 散 影 响 小 mW数 量级 影响大， 动态范围 小 较快易 于高速 调制 较好 较易损 坏，寿 命较短 比较贵 长距离、 大容量 系统 LE D 宽， 色 散 影 响 大 W和 nW量 级 特性好， 动态范围 大 慢 较 调 制 频 率 不 能 太 高 差 不易损 坏，可 靠性高 比较便 宜 近距离、 中小容 量系统 第三节第三节 直接调制光发射机直接调制光发射机 I 调制电流信号调制电流信号 输出光功率输出光功率 半导体激光器半导体激光器 （LD） P P I 发光二极管发光二极管（LED） 激光器的调制电路激光器的调制电路 偏置部分偏置部分 调制部分调制部分 Ib0 Ibs 有用信号有用信号 恒流源恒流源 I0 Is -Vcc I0 I
