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1、光纤通信技术论 文班 级： 信息10-1 学 号： 201016050133 姓 名：X X X 指导老师： 成 绩： 1目 录前言1一、光纤通信概念2二、光纤通信的介绍2三、光纤通信发展的历史3四、光纤通信发展的现状4五、光纤通信的优点4六、光纤通信的发展趁势56.1 波分复用技术56.2 相干光通信56.3 超大波长光纤通信66.4 光集成技术66.5 光弧子通信6七、光纤的介绍67.1 光纤概念67.2 光纤传输原理分析77.3 光纤的传输特性77.4 光纤的型号介绍9八、光缆的介绍108.1光缆历史108.2 光缆的种类118.3 光缆网是信息高速路的基石11九、光端机的介绍119.1
2、模拟光端机139.2数字光端机13十、光纤通信系统1410.1 名词解释1410.2 基本光纤通信系统1410.3 数字光纤通信系统1410.4 基本构成1510.5 备用系统与辅助设备15十一、光纤通信器件1611.1 光耦合器1611.1.1耦合机理1611.1.2多模光纤耦合器1811.2 描述光耦合器特性的一些技术参数1811.3 波分复用/解复用器2011.3.1 光波分复用器的工作原理2011.4 滤波器2111.4.1 概念2111.4.2 固定波长滤波器2211.4.3 可调谐滤波器2311.4.5 光栅滤波器2511.4.6 声光滤波器2711.5 光开关2711.6 电光效
3、应波导开关2911.7 光隔离器与光环形器29十二、光纤通信技术与产业发展中几个值得思考的问题3412.1积极创新开发具有自主知识产权的新技术3412.2 开发具有先进技术水平、与使用环境、施工技术相配套的新产品34十三、参考文献3636前言人类社会的一切活动都离不开资讯的传递通信,它像人的神经系统一样重要。通信是人与人之间通过某种媒体进行的信息交流与传递。从广义上说，无论采用何种方法，使用何种媒质，只要将信息从一地传送到另一地，均可称为通信。古代的通信方式有烽火台、击鼓、驿站快马接力、信鸽、旗语等。古代的通信对远距离来说，最快也要几天的时间，而现代通信以电信方式，如电报电话、快信、短信、E-
4、MAIL等，实现了即时通信在目前人类的一切通信方式中，电话通信是应用最广泛的一种。电话通信的目的是达成人们在任意两地之间的通话。因此，必须要解决三个问题：第一是语音信号的发送和接收；第二是语音信号的传输；第三是语音信号的交换。第一个问题由使用者的终端设备电话机来解决。第二个问题由各种类型的电话传输设备从最简单的音频传输线到多路载波设备，数位微波，卫星通信线路设备等等来解决。第三个问题，则由各种类型的电话交换设备来解决。这三个部分只要有系统地结合起来，就能构成一个完整的电话通信系统。而电话交换设备，是整个电话通信网路中的枢纽，有着相当重要的作用。20世纪90年代中期以前的光线通信系统事以电时分复
5、用为基础的单波长系统。在新一代超高速光线通信系统中，最具代表性的成就事指在2000年，光波分复用系统使用波分复用技术在一根光纤上实现了3.28Tb/s的传输速率。光波分复用的突出优点是可有效地利用单模光纤地损耗区所带来的巨大带宽资源，明显提高系统的传输容量，同时将相应增加的成本降到很低的程度。目前，“掺铒光纤放大器+密集波分复用+非零色散光纤+光子集成”正成为国际上长途高速光纤通信线路的主要技术方向。同时，光交叉链接设备和光分插复用设备以及基于波长选路的密集波分复用全光网正在大力研究和试验。此外，新型的光器件，新兴的技术和新型的系统也都层出不穷，并获得迅速发展。一、 光纤通信概念所谓光纤通信，
6、就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信之目的。要使光波成为携带信息的载体，必须对之进行调制，在接收端再把信息从光波中检测出来。然而，由于目前技术水平所限，对光波进行频率调制与相位调制等仍局限在实验室内，尚未达到实用化水平，因此目前大都采用强度调制与直接检波方式（IM-DD）。又因为目前的光源器件与光接收器件的非线性比较严重，所以对光器件的线性度要求比较低的数字光纤通信在光纤通信中占据主要位置。数字光纤通信系统基本上由光发送机、光纤与光接收机组成。发送端的电端机把信息（如话音）进行模/数转换，用转换后的数字信号去调制发送机中的光源器件(LED)，则LED 就会发出携带信息的光波。即当数字信号
7、为“1”时，光源器件发送一个“传号”光脉冲；当数字信号为“0”时，光源器件发送一个“空号”（不发光）。光波经光纤传输后到达接收端。在接收端，光接收机把数字信号从光波中检测出来送给电端机，而电端机再进行数/模转换，恢复成原来的信息。就这样完成了一次通信的全过程。二、 光纤通信的介绍光纤即为光导纤维的简称。光纤通信是以光波作为信息载体,以光纤作为传输媒介的一种通信方式。从原理上看，构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。光纤通信的原理是在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化，并通过光纤发送出去。在接收端，
8、检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。光纤通信之所以发展迅猛，主要缘于它具有以下特点： (1)通信容量大、传输距离远。(2)信号串扰小、保密性能好。(3)抗电磁干扰、传输质量好。(4)光纤尺寸小、重量轻、便于敷设和运输。(5)材料来源丰富，环境保护好，有利于节约有色金属铜。(6)无辐射,难于窃听。(7)光缆适应性强，寿命长。三、 光纤通信发展的历史伴随社会的进步与发展，以及人们日益增长的物质与文化需求，通信向大容量、长距离的方向发展已经是必然趋势。由于光波具有极高的频率，也就是说是具有极高的宽带从而可以容纳巨大的通信信息，所以用光波作为载体来进行通信是人们几百年来追求的目标。
9、1966年，英籍华裔学者高锟博士在PIEE杂志上发飙了一篇十分著名的文章用于高频的光纤表面波导，该文从理论上分析和证明了用光纤作为传输媒体以实现光通信的可靠性，并设计了通信用光纤的波导结。1970年，美国康宁玻璃公司根据高锟文章的设想，用改进型化学汽相沉积法制造出当时世界上第一根超低损耗光纤，成为使光纤通信爆炸性竞相发展的导火索。虽然当时康宁玻璃公司制造出的光纤只有几米长，衰耗约20dB/km，而且几个小时之后便损坏了。但它证明了用当时的科学技术与工艺方法制造通信用的超低损耗光纤是完全有可能的。1970年以后，世界各发达国家对光纤通信的研究倾注了大量的人力与物力，其来势之凶、规模之大、速度之快
10、远远超出了人们的意料，使光纤通信技术取得了及其惊人的进展。从光纤的损耗来看，1970年是20dB/km，1972年是4 dB/km，1974年是1.1dB/km，1976年是0.5 dB/km，1979年是0.2 dB/km，1990年是0.14 dB/km，已经接近石英光纤的理论衰耗极限值0.1 dB/km。从光器件看，1970年，美国贝尔公司研制出世界上第一只在室温下连续波工作的的砷化镓铝半导体激光器，为光纤通信找到了合适的光源器件。后来逐渐发展到性能更好、寿命达几万小时的异质结条形激光器和现在的分布反馈式单纵模激光器以及多量子阱激光器。光接收器件也从简单的硅PIN光二极管发展到量子效率达
11、90%的雪崩光二极管APD。从光纤通信系统看，正是光纤制造技术和光电器件制造技术的飞速发展，以及大规模、超大规模集成电路技术和微处理机技术的发展，带动了光纤通信系统从小容量刀大容量、从短距离刀长距离、从低水平到高水平、从旧体制刀新体制的迅猛发展。四、 光纤通信发展的现状1976年美国在亚特兰大进行的现场试验，标志着光纤通信基础研究发展到了商业应用的新阶段。此后，光纤通信技术不断创新；光纤从多模发展到单模，工作波长从0.85um发展到1.31 um和1.55 um，传输速率从几十兆特每秒发展到几十吉比特每秒。另一方面，随着技术的进步和大规模产业的形成，光纤价格不断下降，应用范围不断扩大；从初期的
12、单一类型信息的传输到多种业务的传输。目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒质，光纤通信系统将成为未来国家信息基础设施的支柱。总之，从1970年刀现在虽然只有短短30多年的时间，但光纤通信技术却取得了及其惊人的进展。用带宽极其惊人的进展。用带宽极其宽的光波作为传送信息的载体以实现通信，这一百年来人们梦寐以求的幻想在今天已成为活生生的现实。然而就目前的光纤通信而言，其实际应用的仅是其潜在能力的2%左右，尚有巨大的潜力等待人们去开发和利用。因此，光纤通信技术并未停滞不前，而是向高水平、更高阶段方向发展。五、 光纤通信的优点光纤通信之所以受到人们的极大重视，这是因为和其它通信手段相比，具有无以伦比的优越性
13、。1. 通信容量大从理论上讲，一根仅有头发丝粗细的光纤可以同时传输1000 亿个话路。虽然目前远远未达到如此高的传输容量，但用一根光纤同时传输24 万个话路的试验已经取得成功，它比传统的明线、同轴电缆、微波等要高出几十乃至上千倍以上。一根光纤的传输容量如此巨大，而一根光缆中可以包括几十根甚至上千根光纤，如果再加上波分复用技术把一根光纤当作几根、几十根光纤使用，其通信容量之大就更加惊人了。2. 中继距离长由于光纤具有极低的衰耗系数（目前商用化石英光纤已达0.19dB/km 以下），若配以适当的光发送与光接收设备，可使其中继距离达数百公里以上。这是传统的电缆（1.5km）、微波（50km）等根本无
14、法与之相比拟的。因此光纤通信特别适用于长途一、二级干线通信。据报导，用一根光纤同时传输24 万个话路、100 公里无中继的试验已经取得成功。此外，已在进行的光孤子通信试验，已达到传输120 万个话路、6000 公里无中继的水平。因此，在不久的将来实现全球无中继的光纤通信是完全可能的。3. 保密性能好光波在光纤中传输时只在其芯区进行，基本上没有光“泄露”出去，因此其保密性能极好。4. 适应能力强适应能力强是指，不怕外界强电磁场的干扰、耐腐蚀，可挠性强（弯曲半径大于25厘米时其性能不受影响）等。5. 体积小、重量轻、便于施工维护光缆的敷设方式方便灵活，既可以直埋、管道敷设，又可以水底和架空。6.
15、原材料来源丰富，潜在价格低廉制造石英光纤的最基本原材料是二氧化硅，即砂子，而砂子在大自然界中几乎是取之不尽、用之不竭的。因此其潜在价格是十分低廉的。六、 光纤通信的发展趁势光纤通信从1970年真正起步，乃今为止仅有30多年的时间，但光纤通信的技术无论是光纤制造技术还是光电器件的制造技术，以及光纤通行系统的水平都取得了极其惊人的进展，它以成为现代通信最主要的传输手段。光纤通信的潜力是巨大的，目前的光纤通信应用水平据分析仅仅是其能力的1%2%左右。光纤通信作为现代通信的主要支柱，在现代通信网中起着重要的作用。光纤通信具有以下几个发展趁势：6.1 波分复用技术所谓波分复用，就是用一根光纤同时传输几种不同波长的光波，已达到扩大通信容量的目的。在系统的发送端，由各个分系统分别发出不同波长的光波，并由合波器合成一束光波进入光纤进行传输，而在接收
