朱文亮光纖通信選修論文.doc

公 選 課 課 程 論 文(2010-2011 學年第一學期)課程論文題目：光纖通信的現(xiàn)狀與發(fā)展學生：朱文亮提交日期：2010年10月18日 學生簽名：朱文亮班級編號46號學 院管理學院學 號3109004459專業(yè)班級工商管理（2）班評分依據(jù)1、雷同或抄襲2、論文格式3、方案及選題4、切題情況5、邏輯結(jié)構(gòu)及條理6、論文引注情況7、文獻綜合概括能力8、聯(lián)系專業(yè)實際無 雷同 抄襲 其它 滿足 較好 一般 不滿足很好 較好 一般 較差 切題 較切題 一般 偏題很好 較好 一般 較差很好 較好 一般 較差很好 較好 一般 較差很好 較好 一般 無聯(lián)系成績評定課程名稱光纖通信的現(xiàn)狀與發(fā)展任課教師張巧芬光纖通信的現(xiàn)狀與發(fā)展摘要：光纖通信是用光作為信息的載體，以光纖作為傳輸介質(zhì)的一種通信方式。很多地方已經(jīng)采用了光纖技術(shù)，構(gòu)成光纖網(wǎng)絡(luò)。目前發(fā)達國家的光纖通信技術(shù)已逐步涉及到各個領(lǐng)域，我國該方面的技術(shù)還在探討。 本論文主要對光纖通信的系統(tǒng)概念，系統(tǒng)構(gòu)成，光纖通信的進展與發(fā)展，光纖通信的類型、特點與優(yōu)點，方面闡述我對光纖通信概論初步認識簡明扼要地介紹了光纖通信的現(xiàn)狀以及未來的有關(guān)發(fā)展，較為全面地談及光纖通信系統(tǒng)概論及有關(guān)基礎(chǔ)知識?！娟P(guān)鍵詞】：光纖通信；系統(tǒng)概論；社會信息發(fā)展AbstractOptical fiber communication is light as information carrier and an optical fiber as the transmission medium of communication. Many regions have adopted the optical fiber technology, constitute the optical fiber network. The current optical fiber communication technology has been developed gradually in all areas related to China are still of the technical. This thesis focuses on the concept of optical fiber communication systems, system structure, progress and development of optical fiber communication, optical fiber communication types, characteristics and advantages explain my initial understanding on the Optical Fiber Communication Studies concise introduction to the status of optical fiber communication and the future the development of more comprehensive talked Introduction to optical fiber communication systems and the basic knowledge.Key words: fiber optic communication; development of Information; Fiber Optical communication System前言摘要第1頁第一章對光纖通信的系統(tǒng)概述與初步認識1.1光纖同信的概念1.2光纖通信的特點1.3光纖通信發(fā)展的優(yōu)勢1.4光纖通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類1.5三代光纖通信系統(tǒng)的特點1.6基于光纖系統(tǒng)的三大網(wǎng)絡(luò)1.7光纖通信系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成與主要性能指標第二章光纖和光纜2.1光纖結(jié)構(gòu)和類型2.2光纖傳輸原理與傳輸特性2.3光纖的選擇第三章光纖通信無源器件3.1連接器3.2耦合器3.3光調(diào)制器3.4電光調(diào)制器3.5光開關(guān)3.6光隔離器第四章光源和光發(fā)射機4.1概述4.2發(fā)光機原理4.3光發(fā)射機第五章該課程與專業(yè)聯(lián)系第六章課程總結(jié)第一章對光纖通信的系統(tǒng)概論與初步認識1.1光纖通信的概念光纖通信是用光作為信息的載體，以光纖作為傳輸介質(zhì)的一種通信方式。它首先要在發(fā)射端將需傳送的電話、電報、圖像和數(shù)據(jù)等信號進行光電轉(zhuǎn)換，即將電信號變成光信號，再經(jīng)光纖傳輸?shù)浇邮斩?，接收端將接收到的光信號轉(zhuǎn)變成電信號，最后還原成消息。1966年，英籍華人、年輕工程師高錕發(fā)表了關(guān)于通信傳輸新介質(zhì)的論文：他指出利用光導纖維進行信息傳輸?shù)目赡苄院图夹g(shù)途徑，從而奠定了光纖通信的基礎(chǔ)。高錕提出光纖通信?，F(xiàn)代意義上的光通信一直要等到20世紀60年代有了強度很高、譜線很窄的光源和傳輸損耗很小的光纖以后才發(fā)展起來。早期的光纖通信系統(tǒng)：應(yīng)用于脈碼調(diào)制語音通信系統(tǒng)和圖像的模擬傳輸；隨后光纖通信系統(tǒng)則用于PCM語音通信和圖像的數(shù)字傳輸、長途干線傳輸及CATV系統(tǒng)?，F(xiàn)代光纖通信系統(tǒng)：對現(xiàn)有的點到點的傳統(tǒng)的光纖通信系統(tǒng)提速，采用WDM技術(shù)實現(xiàn)高速、大容量的光網(wǎng)絡(luò)、電節(jié)點的通信網(wǎng)絡(luò)。而未來的光通信技術(shù)將朝著采用光節(jié)點、具有光交換功能的全光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。、如今，光纖已經(jīng)在電話通信網(wǎng)中占據(jù)了重要的地位。光纖技術(shù)的優(yōu)點不僅被電信公司所利用，而且也被有線電視公司及計算機網(wǎng)絡(luò)運營商們所利用。1.2光纖通信的特點在短短的三十幾年中，獲得了迅速的發(fā)展，不管是在干線網(wǎng)上，還是在接入網(wǎng)上，因為其具有下特點： 頻帶寬、傳輸容量大； 損耗小、中繼距離長； 重量輕、體積??； 抗電磁干擾性能好； 泄漏小、保密性好； 節(jié)約金屬材料，有利于資源合理使用。1.3光纖通信發(fā)展的優(yōu)勢 光纖通信技術(shù)比電通信技術(shù)有優(yōu)越性: 1、帶寬更寬2、容量更大3、傳輸距離更長4、抗電磁干擾5、尺寸小6、重量輕由于通信用光纖都用石英玻璃和塑料制成，是極好的電絕緣體，而且光信號在光纜中傳輸時不產(chǎn)生泄漏，所以不存在電氣危害、電磁干擾、接地、屏蔽和保密性差等問題。再加上傳輸特性好的優(yōu)點，使光纖成為迄今為止最好的信息傳輸媒質(zhì)，更符合時代的要求。1.4光纖通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類光纖通信系統(tǒng)用來連接一些節(jié)點，這些節(jié)點通?？赡苁墙粨Q機、終端、計算機、工作站等。光纖通信系統(tǒng)可分為三類：1)點對點系統(tǒng)；在點對點系統(tǒng)中，可能是單向的，也可能是雙向的。2)一點對多點系；統(tǒng)在一點對多點(設(shè)有N個工作站)的系統(tǒng)中，其中站1可發(fā)送信息到所有其他N-1個站，也可以接收其它各站發(fā)送來的信息，但其他各站之間不能相互通信。該系統(tǒng)的一個特殊情況是廣播網(wǎng)絡(luò)，即一個站可發(fā)送信息到所有其他N-1個站。3）網(wǎng)絡(luò)；點對點系統(tǒng)和一點對多點系統(tǒng)僅僅是網(wǎng)絡(luò)的特例。在網(wǎng)絡(luò)中，每個站可以與其他任一個站進行通信，而絕不僅僅是一個站只能與另外N-1個站通信。1.5三代光纖通信系統(tǒng)的特點上世紀七十年代，第一代光纖通信系統(tǒng)是使用漸變多模光纖的短波長（0.85 mm）系統(tǒng)，光源采用發(fā)光二極管(LED)，速率為 34 Mb/s 或 45 Mb/s，無中距傳輸距離僅為（1020）km。上世紀八十年代，第二代光纖通信系統(tǒng)使用單模光纖的1.3mm（零色散波長）系統(tǒng)，工作波長已由短波長發(fā)展到長波長（1.31mm 和 1.55 mm），光源使用多模激光器（LD），傳輸速率已提高到 140 Mb/s 和 565 Mb/s，無中距傳輸距離已增加到（100150）km。上世紀九十年代以來，第三代光纖通信系統(tǒng)使用1.55mm（1.55m的損耗為0.20dB/km，這是光纖的最低損耗 ）的單模光纖，光源采用單頻 DFB （分布反饋式）激光器和外調(diào)制技術(shù)，單信道傳輸速率可達到 2.5 Gb/s 和 10 Gb/s 以上，采用色散補償技術(shù)無中繼傳輸距離已達到幾百千米。1.6基于光纖系統(tǒng)的三大網(wǎng)絡(luò)由于歷史發(fā)展的局限，世界范圍內(nèi)已經(jīng)形成了以同軸電纜、雙絞線等為主要傳輸介質(zhì)的電話傳輸網(wǎng)、計算機網(wǎng)和有線電視（CATV）網(wǎng)，而且形成了“三網(wǎng)獨立”的局面。傳統(tǒng)上，以服務(wù)范圍把網(wǎng)絡(luò)分為三類:(1) 光纖局域網(wǎng)LAN (Local Area Network) ，服務(wù)范圍 2 km ，如以太網(wǎng)，信令環(huán)和信令總線;(2)光纖城域網(wǎng)MAN (Metropolitan Area Network)，服務(wù)范圍 100 km，如電話本地交換網(wǎng)或者有線電視)分配系統(tǒng);(3)光纖廣域網(wǎng) WAN (Wide Area Network)，服務(wù)范圍可達數(shù)千公里，如開放系統(tǒng)互連國際網(wǎng)絡(luò)等。1.7光纖通信系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成與主要性能指標（1）.系統(tǒng)構(gòu)成：光纖通信系統(tǒng)通常由光發(fā)射機、光纖、中繼器和光接收機組成。 光發(fā)射機的作用把電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘栕⑷牍饫w傳輸，它通常由復用器、調(diào)制器和光源組成。光接收機的作用把經(jīng)光纖傳輸后的微弱光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺瑢ζ浞糯蟛⒔庹{(diào)出原基帶信號。光中繼器的作用對經(jīng)光纖傳輸衰減后的信號進行放大。光中繼器有光-電-光中繼器和全光中繼器。 （2）.主要性能指標1 比特率 比特率是指每秒傳送的比特(bit)數(shù)。2 帶寬帶寬又叫頻寬是指在固定的的時間可傳輸?shù)馁Y料數(shù)量，亦即在傳輸信道中可以傳遞數(shù)據(jù)的能力。3.傳輸距離中繼距離，與工作波長及比特率有關(guān) 4 通信容量第二章光纖和光纜2.1光纖結(jié)構(gòu)和類型光纖是光纖通信系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)，它具有傳輸損耗低、傳輸容量大的特點。對于光纖而言，其衰減和色散特性是影響系統(tǒng)性能的主要因素。光纖是一種纖芯折射率比包層折射率高的同軸圓柱形電介質(zhì)波導1.光纖結(jié)構(gòu)；v 纖芯材料主要成分為摻雜的SiO2，含量達99.999%，其余成分為極少量的摻雜劑如GeO2等，以提高纖芯的折射率。 v 纖芯直徑約為 8 mm 100 mm。 v 包層材料一般也為SiO2，外徑為125 mm，作用是把光強限制在纖芯中。 2.光纖種類；多模光纖(G.651)普通單模光纖(G.652) 色散位移光纖(G.653)非零色散位移光纖（G.655） 色散補償光纖 在1.55mm衰減最小的光纖（G.654）全波光纖。 （1）根據(jù)光纖橫截面上折射率的徑向分布情況，光纖分為1. 階躍型2. 漸變型（2）作為信息傳輸波導，實用光纖有兩種基本類型，1. 多模光纖；采用發(fā)光二極管做光源，可以傳播數(shù)百到上千個模式的光纖，根據(jù)折射率在纖芯和包層的徑向分布情況，又可分為階躍多模光纖和漸變多模光纖。 2. 單模光纖；采用固體激光器做光源，只能傳播一個模式的光纖所謂“?！笔侵敢砸欢ń撬俣龋▎挝粫r間內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度）進入光纖的一束光。 實用光纖三種基本類型A、 階躍多模光纖B、 漸變多模光纖C、 單模光纖階躍多模光纖、漸變多模光纖和階躍單模光纖的特性比較多模光纖階躍單模光纖階躍多模光纖漸變多模光纖應(yīng)用光源LEDLED,LELD典型應(yīng)用短距離或用戶接入網(wǎng)本地網(wǎng)，寛域網(wǎng)或中等距離長距離通信2.2光纖傳輸原理與傳輸特性（一）傳輸原理1. 光纖波導傳輸光的原理-臨界角2 .光波從折射率較大的介質(zhì)以三種不同的入射角進入折射率較小的介質(zhì),出現(xiàn)三種不同的情況傳輸條件：1全反射條件2相干加強條件(二）傳輸特性1衰減，光信號在光纖中傳輸時，由于吸收、散射和波導缺陷等機理產(chǎn)生功率損耗，從而引起衰減。 2色散，色散又分為模式色散、色度色散、偏振模色散3非線性，在傳輸高強度光功率時，還要考慮光纖的非線性影響 2.3光纖的選擇對光纖的基本要求是： 從發(fā)射光源耦合進光纖的光功率最大； 光信號通過光纖傳輸后產(chǎn)生的畸變最??； 光纖的傳輸窗口要滿足系統(tǒng)應(yīng)用的要求。具體的設(shè)計要根據(jù)使用條件進行折衷。 應(yīng)考慮衰減，耦合損耗，連接器損耗，色散和帶寬對光纜的基本要求：保護光纖固有的機械特性和光學特性，防止施工過程和使用期間光纖斷裂，保持傳輸特性穩(wěn)定第三章光纖通信無源器件3.1連接器1.連接器簡介連接器是光纖通信中應(yīng)用，最廣泛最基本的光無源器件。 連接器是把兩個光纖端面結(jié)合在一起，以實現(xiàn)光纖與光纖之間可拆卸(活動)連接的器件對這種器件的基本要求是使發(fā)射光纖輸出的光能量最大限度耦合到接收光纖；連接器“跳線”用于終端設(shè)備和光纜線路及各種光無源器件之間的互連。 2、接器的要求：連接損耗(插入損耗)??；回波損耗大；多次插撥重復性好；互換性好；環(huán)境溫度變化時，性能保持穩(wěn)定；并有足夠的機械強度；因此，需要精密的機械和光學設(shè)計和加工裝配，以保證兩個光纖端面和角度達到高精度匹配，并保特適當?shù)拈g隙。3、連接器種類兩插頭與轉(zhuǎn)接器的連接有FC型、SC型和ST型。3.2耦合器耦合器的功能是把一個或多個光輸入分配給多個或一個光輸出。耦合器對線路的影響是附加插入損耗，可能還有一定的反射和串音。選擇耦合器的主要依據(jù)是實際應(yīng)用場合。3.3光調(diào)制器v 直接調(diào)制信號直接調(diào)制光源的輸出光強v 外調(diào)制信號通過外調(diào)制器對連續(xù)輸出光進行調(diào)制調(diào)制方式比較：調(diào)制有直接調(diào)制和外調(diào)制兩種方式。直接調(diào)制是信號直接調(diào)制光源的輸出光強。外調(diào)制是信號通過外調(diào)制器對連續(xù)輸出光進行調(diào)制。3.4電光調(diào)制器電光調(diào)制器工作原理：由于外加電場控制著兩個分支中干涉波的相位差，所以外加電場也控制著輸出光的強度，從而對幅度進行了調(diào)制。3.5光開關(guān)1、功能介紹：光開關(guān)的功能是轉(zhuǎn)換光路，實現(xiàn)光信號的交換。對光開關(guān)的要求是插入損耗小、串音低、重復性高、開關(guān)速度快、回波損耗小、消光比大、壽命長、結(jié)構(gòu)小型化和操作方便。 2.光開關(guān)分類：v 機械光開關(guān)包括微機械光開關(guān)v 波導光開關(guān)利用電光、磁光、熱光和聲光效應(yīng)光開關(guān)可以分為兩大類: 一類是利用電磁鐵或步進電機驅(qū)動光纖或透鏡來實現(xiàn)光路轉(zhuǎn)換的機械式光開關(guān)。近來出現(xiàn)的微機械光開關(guān)，采用機械光開關(guān)的原理，但又能象波導開關(guān)那樣，集成在單片硅基底上，所以很有發(fā)展前途。另一類光開關(guān)是利用固體物理效應(yīng)(如電光、磁光、熱光和聲光效應(yīng))的固體光開關(guān)。3、互易器件和非互易器件連接器、耦合器等大多數(shù)無源器件的輸入和輸出端是可以互換的，稱之為互易器件。然而光通信系統(tǒng)也需要非互易器件，如光隔離器。光隔離器是一種只允許單方向傳輸光的器件。3.6光隔離器光隔離器是一種只允許單向光通過的無源光器件，通常用于消除反射光的影響，使系統(tǒng)工作穩(wěn)定。其工作原理是基于法拉第旋轉(zhuǎn)的非互易性。第四章光源和光發(fā)射機4.1概述在光纖通信中，將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘柺怯晒獍l(fā)射機來完成的。光纖通信中最常用的光源是:半導體激光器（LD）、發(fā)光二極管（LED）LED和LD的主要區(qū)別是：LED本質(zhì)上是非相干光源，它的發(fā)射光譜是半導體材料導帶的價帶的自發(fā)輻射譜線，所以譜線較寬：而LD是相干光源，它的譜線很窄。常用的調(diào)制方法：直接調(diào)制：注入調(diào)制電流實現(xiàn)光波強度調(diào)制外調(diào)制：通過外腔調(diào)制器對光的強度、相位或頻率進行調(diào)制4.2發(fā)光機原理1.光的自發(fā)輻射、受激發(fā)射和吸收自發(fā)輻射LED工作原理受激吸收光接收器件原理受激輻射光半導體發(fā)光原理2.LD發(fā)射激光的條件LD發(fā)射激光的首要條件-粒子數(shù)反轉(zhuǎn)LD 發(fā)射激光的第二個條件-光學諧振腔3.光在諧振腔里建立穩(wěn)定振蕩的條件v 相位條件-使諧振腔內(nèi)的前向和后向光波發(fā)生相干（頻率、位相差、振動方向相同）；v 閾值條件-使腔內(nèi)獲得的，光功率正好與腔內(nèi)損耗相抵消，4.3 光發(fā)射機光發(fā)射機是讓 LD 攜帶信息信號以便在光纖中傳輸?shù)难b置。光發(fā)射機有直接調(diào)制和外調(diào)制之分。光發(fā)射機通常