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1、学号：院系：信息工程学院成绩：西安翻译学院XI，AN FANYI UNIVERSITY高职高专毕业设计题目 光纤通信系统的组成与工作原理专业：通信技术班级：9312201名：师：20 11年 12月西安翻译学院2012届高职高专毕业论文光纤通信系统的组成与工作原理田静（西安翻译学院信息工程学院710105）中文摘要：光纤通信系统是以光为载波，利用纯度极高的玻璃拉制成极细的光导纤维作为传 输媒介，通过光电变换，用光来传输信息的通信系统。本文主要从五个方面来论 述了光纤通信系统。第一方面主要介绍了光纤通信系统的发展；第二方面主要介 绍了光纤通信系统的组成；第三方面主要介绍了光纤通信系统的分类；第四
2、方面 主要介绍了光纤通信系统的工作原理；第五方面主要介绍了光纤通信系统的现状 和发展趋势。在当今的社会和经济发展中，信息容量日益剧增，为提高信息的传 输速度和容量，光纤通信已被广泛的应用于信息化的发展，将会成为继微电子技 术之后信息领域中的重要技术。关键词：光纤通信 发展 工作原理 重要技术Abstract：Optical fiber communication system is as light as carrier, using high purity glass is made into fine optical fiber as transmission medium, throug
3、h photoelectric conversion, optical communication system. This article mainly from the five aspects of the optical fiber communication system. The first aspect mainly introduces the development of optical fiber communication system; second aspects mainly introduced the optical fiber communication sy
4、stem; third aspects mainly introduces the classification of optical fiber communication system; fourth aspects mainly introduces the working principle of optical fiber communication system; fifth aspects mainly introduced the optical fiber communication system present situation and development trend
5、. In todays social and economic development, information capacity is increasing, in order to improve the information transmission rate and capacity, the optical fiber communication has been widely used in the development of information technology, will become afterwards microelectronics technology i
6、n the field of technical information.Keywords：Optical fiber communication Development Working principle Key technology一、光纤通信系统的发展1977年，美国西屋电气公司在亚特兰大成功地进行了世界上第一个光纤通信的现场实验， 系统采用GaAlAs （镓铝砷）半导体激光器作光源，多模光纤作传输介质，速率为44.736Mbit/s, 传输110km，使光纤通信向实用化迈出了一步。光纤通信作为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中，起着举足轻重的作用。光纤 即光导纤维的简称。光纤通信是
7、以光为载频，以光导纤维为传输媒质的一种通信方式。光纤 与以往的铜导线相比，具有损耗低，频带宽，无电磁感应等传输特点。因此，人们希望将光 纤作为灵活性强，经济的优质传输介质，广泛地应用于数字传输方式和图像通信方式中，这 种通信方式在今后非话业务的发展中是不可缺少的。由于光纤通信具有一系列优异的特点，因此，光纤通信技术近几年来发展速度之快，应 用面之广是通信史上罕见的。可以说，这种新兴技术，是世界新技术革命的重要标志，又是 未来信息社会中各种信息网的主要传输工具。光纤通信经过30多年的发展，其经历了五个阶 段，其中有三代光纤通信系统由试验研究已进入了实用阶段。1第一代光纤通信系统1978 年，第一
8、代光纤通信系统，即 0.85um 多模光纤通信系统，正式投入商用，光源为 半导体激光器（LD）或发光二极管（LED），工作波长九=0.85ym，该光纤通信系统称为短波 通信系统。比特率为20Mb/s100Mb/s，最大中继距离为10Km，最大容量约为500（MB/S） Km。2第二代光纤通信系统20世纪80年代初，第二代早期多模光纤通信系统（1.3um）多模光纤通信系统问世。光 源为半导体激光器，工作波长九=1.3 pm，该波段为石英系光纤第二代低损耗窗口，有较低的 损耗和色散，信道均为均匀多模光纤。由于多模光纤的横向色散，故该早期多模光纤的比特 限制在100Mb/S以下。随着光纤由多模光纤发
9、展到单模光纤，单模光纤比多模光纤的色散系 数更低，损耗更小，因此，采用单模光纤则可进一步提高中继距离。 1981 年，英国贝尔实验 室演示了一个单模光纤通信系统，其传输距离为44Km，传输速率为2Gb/s,并且很快引入到 商业系统。1987年第二代单模光纤通信系统（1.3pm）引入到商业系统，速率为1.7 Gb/s，中 继距离为50Km左右。3第三代光纤通信系统1990年，第三代光纤通信系统已能商业应用，光源为铟鐌砷磷半导体激光器，单模光纤工作波长为1.55um，称为长波系统。1979年其损耗达到0.2dB/Km，是石英光纤的第三个低 损耗工作窗口，由于在1.55um处，光纤的色散较高，损耗较
10、小，终于在1990年第三代光纤 通信系统引入商业系统，其传输速率在2.42.5Gb/S，中继距离可达100Km左右。另外，最 近几年，又将1.30um和1.55um合用，即单模光纤具有二个工作波长窗口，因此传输速率可 达到10Gb/S,传输距离为100-200Km左右。4第四代光纤通信系统此代通信系统又称相干光纤通信系统，它是利用激光的相干性，将无线通信中采用的“外 差”或“容差”接收和先进的调幅键控制，相移键控制，频移键控制等应用到光纤通信系统中， 相干光纤系统已在实验室中得到成功，可用于长途骨干和综合业务的数字网，日本已在1990 年实现了 2223Km的中继距离。5第五代光纤通信系统该代
11、通信系统又称光弧子通信系统，它是利用光纤的非线性进行超大容量，超常距离的 通信方式。光弧子(Soliton)，又称光弧粒子，它是一种特殊的波，在经过长距离传输后，仍 保持波形不失真，而且，即使两侧光弧子波相互碰撞后，依然保持各自原来的形状不变。弧 子的概念，首先在流体力学中提到，早在1834年，英国一个科学家拉塞耳，发现一艘船在狭 窄的苏格兰运河中快速行进，当突然停止时，船头发现了一股水柱滚滚向前，水柱形状不变, 当它和其它幅度较低速度的波相遇时，这个波可以不失真地穿过。于是，它首先引进了弧子 这个概念来描述这个现象。光弧子是一种非常窄，并具有很强地光脉冲。光弧子的存在是光纤速度色和自位调制平
12、 衡的结果，它的产生是由于在单模光纤中，当光的强度增加到一定程度时，将出现非线性效 应。光弧子脉冲很窄，达0.2ps,因此，可实现大容量长距离的通信，先后由美国、英国、日 本等国家试验，到1995年试验可以达到8100Km(20Gb/S), 40Gb/S可达5000Km。二、光纤通信系统的组成光纤通信系统的组成如下图所示：比理佶机小继器光收倍桃图 1 光纤通信体统的组成框图它主要由电端机、光端机、光纤、中继器等组成。通信是双方向的，现在仅以一个方向 为例，说明其工作的主要过程。一个方向包括 6 个部分，即电发送侧、光发送侧、光纤、中 继器、光接收侧、电接收侧。电发送侧和电接收侧属于电端机（多路
13、调制解调设备），同理， 光发送侧和光接收侧属于光端机。此外还有一些附属设备，如光纤配线架等。1光发信机：光发信机是实现电/光转换的光端机。它由光源、驱动器和调制器组成， 其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已 调的光信号耦合到光纤或光缆去传输，电端机就是常规的电子通信设备。2光收信机：光收信机是实现光 /电转换的光端机。它由光检测器和光放大器组成，其 功能是将光纤或光缆传输来的光信号，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去。3光纤或光缆：光纤或光缆构成光的传输通路。其功能是将发信端发出的已调光
14、信号， 经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。4中继器：中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成。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近行政性。5电发送侧：其主要任务是将电信号进行放大、复用、成帧等处理，然后输送到光发送 侧。6电接收侧：其主要任务是对电信号进行解复用、放大等处理。7光纤连接器、耦合器等无源器件：由于光纤或光缆的长度受光纤拉制工艺和光缆施工 条件的限制，且光纤的拉制长度也是有限度的（如1Km）。因此一条光纤线路可能存在多根光 纤相连接的问题。于是，光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合，对光纤
15、连接器、耦合 器等无源器件的使用是必不可少的。目前实用的光纤通信系统都采用直接检波系统。直接检波系统就是在发送端直接把信号 调制到光波上，而在接收端用光电检波管直接把被调治的光波检波为原信号的系统。电端机 就是一般电信号设备，例如载波机或电视图象发送与接受设备等。光端机则是把电信号转变 为光信号（发送光端机），或把光信号转变为电信号（接收光端机）的设备。发送光端机的作 用是将发送的电信号进行处理，加在半导体激光器上，使电信号调制光波，然后将此已调制 光波送入光导纤维，已调制光波经光导纤维传送至接收光端机的半导体光电管上检波。检波 后得到的电信号经过适当处理再送接受电端机，然后按一般电信号处理。
16、这就是整个光纤通 信的过程。三、光纤通信系统的分类光纤通信系统通常分为五大类，即按波长分类、按光纤的模式分类、按光纤的传输型号 分类、按传输速率分类、按应用范围分类等。1按波长分类短波长光纤通信系统，工作波长在0.80.9范围，典型值为0.85um这种系统的中继 间距离较短，目前使用较少。长波长光纤通信系统，工作波长在1.01.6范围，通常采用1.3“m1.5两种波长。 这类系统的中继距离较长，尤其是采用1.5Mn零色散位移的单模光纤时，140Mbit/s系统的中 继距离可达到 100Km 。超长波长光纤通信系统，采用非石英光纤，例如卤化物光纤，工作波长大于2“m时，衰 减为10-210-5dB/Km，可实现1000Km无中继传输。2按光纤的模式分类 单模光纤通信系统，采用石英单模光纤作
