4.1 光传输网(课件）-高二《通信技术》同步教学（人民邮电版）

第四章 光传输网 4.1 光传输网 4.1.1 现代光纤通信发展简史 光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段。 第一阶段（1970年～1979年）：光纤与半导体激光器的研制成功，使光纤通信进入实用化。 第二阶段（1979年～1989年）：光纤技术取得进一步突破，光纤衰耗降至0.5dB/km以下。有多模光纤转向单模光纤，由短波长向长波长转移。 第三阶段（1989年至今）：光纤数字系统由PDH想SDH过渡，传输速率进一步提高。1989年掺铒光纤放大器（EDFA）的问世给光纤通信技术带来巨大变革。 4.1.2 光纤通信系统的组成 光纤是光导纤维的简称。 光纤通信又叫光缆通信，是以光纤作为传输介质，光波作为信息载体进行的通信。由于光纤必须在构成光缆之后才能在实际工作中使用，所以有时采用光缆通信这个名称。这种通信方式所组成的光纤通信系统工作原理如图所示。系统主要包括三大部分，即光发送设备、光接收设备和光传输设备。 4.1.3 光纤通信的特点 1．传输频带宽，通信容量大。 2．中继距离远。 3．抗电磁干扰能力强，无串话。 4．光纤细，光缆轻。 5．资源丰富，节约有色金属和能源。 6．均衡容易。 7．经济效益好。 8．抗腐蚀、不怕潮湿。 4.1.4 光纤通信的类型 1．按传输信道数目划分 （1）单信道（波长）系统 （2）粗波分复用系统（CWDM） （3）密集波分复用系统（DWDM） 2．按传输信号的类型划分 （1）模拟光纤通信系统 （2）数字光纤通信系统 3．按光调制的方式划分 （1）直接强度IM （2）间接调制 4．按接收方式划分 （1）直接检测DD （2）相干检测CD 5．按光波长划分 （1）短波长光纤通信系统 （2）长波长光纤通信系统 6．按光纤的传输特性划分 （1）多模光纤通信系统 （2）单模光纤通信系统 7．按应用的范围划分 （1）公用光纤通信系统 （2）专用光纤通信系统 4.1.5 光纤通信的发展方向 1．光纤向保偏光纤方向发展 2．光纤通信系统的中继距离越来越长 3．光纤通信系统向波分复用系统方向发展 4．光纤通信系统向相干光纤通信方向发展 5．光孤子传输 6．光纤通信系统向全光通信方向发展 7．量子光通信系统 4.1.6 光纤的结构与分类 1．光纤的结构 通信用的光纤是一种能够导光的透明玻璃丝，外径一般125μm 。通信光纤都是圆光纤，其结构如图所示，中心部分是折射率较高的纤芯，外围部分为折射率较低的包层（通常是单层，亦可为多层）。纤芯和包层的材料是不同折射率的掺杂石英玻璃。 2．光纤的分类 （1）按光纤剖面折射率分布分类 根据光纤横断面折射率分布的不同，光纤分成以下类型（参见图）： ① 阶跃光纤，纤芯的折射率与包层的折射率成阶跃型分布。 ② 渐变型光纤，也称为梯度光纤，其纤芯的折射率分布曲线近似为抛物线。 ③ 三角型光纤，纤芯折射率分布曲线为三角形，是一种新型单模光纤。 （2）按传导模的数目分类 ① 多模光纤。所传输光波的模式有多个，即在多模光纤中存在多个传导模。 ② 单模光纤。所传输光波的模式只有一个，即只能传输基模（最低阶模）的光纤。 （3）按光纤的套塑层分类 ① 紧套光纤。光纤被套管紧紧箍住，不能在其中松动。典型的结构如图所示，它是一个多层整体结构。 ② 松套光纤。光纤的护套为松套管，即光纤能在其中松动。其结构如图所示，管内空间填充油膏，以防水份渗入。 紧套光纤结构和松套光纤结构示意图 4.1.7 光纤的导光原理 1．光的折射和全反射 根据光学知识，当光线入射到两种不同折射率（分别为n1、n2）的媒介的界面上时产生反射和折射，如图所示，并服从光的反射和折射定律，即反射角θ3等于入射角θ1，折射角θ2与入射角θ1的关系为： n1sinθ1=n2sin θ2 2．光纤的导光原理 如图示出了阶跃型光纤的导光情况。设纤芯和包层的折射率分别为n1和n2 ，又假定有3条光线以不同入射角从光纤端面进入光纤纤芯。由于光线是从空气进入光纤的，也就是从光疏媒介进入光密媒介，故折射角都比相应的入射角小，即折射光线比入射光线更靠近光纤轴线。图中光线③进入纤芯后直线传播到纤芯与包层的界面，虽然纤芯折射率n1大于包层折射入率n2 ，但由于其入射角小于临界角θC ，故不能产生全反射，而被折射进入包层损耗掉。因此，这类光线不能在纤芯中传播。光线②以φ0入射到空气与纤芯界面，其折射光线射到纤芯与包层界面时，入射角略大于临界角θ