通信运行部培训课件光纤通信基础20080320.ppt

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1、光纤通信基础,通信运行部培训课件V1.0,课程内容,一、课程：光纤通信基础 1、概论 2、光纤与光缆 3、光源器件与光发送机 4、光检测器件与光接收机 5、实用化系统 6、展望,课程内容,课程内容,学完本课程你能够： 1、了解并掌握光纤通信的一些基本概念及光纤通信原理、方式及组成 2、掌握光纤与光缆 3、掌握光通信关键光器件 4、掌握光纤通信系统应用 5、了解光纤通信系统发展,课程目标,光纤通信基础,1 、概论 1.1、光纤通信概念 1.2、光纤通信发展简史 1.3、光纤通信优点,课程内容,1、概论,1.1、光纤通信概念,所谓光纤通信，就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。 要使光

2、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 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方要位置。,课程内容,1、概论,1.1、光纤通信概念,课程内容,1、概论,1.1、光纤通信概念,从图中可以看出，数字光纤通信系统基本上由光发送机、光纤与光接机组成。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LD，则L

3、D就会发出 携带信息的光波。即当数字信号为“1”时，光源器件发送一个“传号”光脉冲；当数字信号为“0”时，光 光源器件发送一个“空号”(不发光)。光波经低衰耗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。,课程内容,1、概论,1.2、光纤发展简史,由于光波具有极高的频率(大约3亿兆赫兹)，也就是说具有极高的带宽。从而可以容纳更大容量 的通信信息。 1.2.1、光纤通信的里程碑 1966年7月，英籍、华裔学者高锟博士(K.C.Kao)在PIEE杂志上发表了一篇十分著名的文章用于光频的光纤表面波导，该文从理论上分析证明了

4、用光纤作为传输媒体以实现光通信的可能性，并设计了通信用光纤的波导结(即阶跃光纤)。更重要的是科学地预言了制造通信用的超低耗光纤的可能性，即加强原材料提纯，加入适当的掺杂剂，可以把光纤的衰耗系数降到20dB/km以下。而当时世界上只能制造用于工业、医学方面的光纤，其衰耗在1000dB/km以上。对于制造衰耗在20dB/km以下的光纤，被认为是可望不可及的。 以后的事实发展证明了高锟博士文章的理论性和科学大胆预言的正确性，所以该文被誉为光纤通信的里程碑。,课程内容,1、概论,1.2、光纤发展简史,1.2.2、导火索 1970年美国康宁玻璃公司根据高锟文章的设想，用改进型化学相沉积法(MCVD法)制

5、造出当时世界第一根超低耗光纤，成为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，而且几个小时后便损坏了。但它毕竟证明了用当时的科学技术与工艺方法制造通信用的超低耗光纤是完全有可能的，也就是说找到了实现低衰耗传输光波的理想传输媒体，是光通信研究的重大实质性突破。,课程内容,1、概论,1.2、光纤发展简史,1.2.3、爆炸性发展 1970年以后，光纤通信取得了惊人的进展。 从光纤的衰耗看： 70年：20dB/km 72年： 4dB/km 74年：1.1dB/km 76年：0.5dB/km 79年：0.2dB/km 90年：0.14dB/km 它

6、已经接近石英光纤的理论衰耗极限值0.1dB/km。,课程内容,1、概论,1.2、光纤发展简史,1.2.3、爆炸性发展 1970年以后，光纤通信取得了惊人的进展。 从光器件看： 1970年，美国贝尔实验室研制出世界上第一只在室温下连续工作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(DFB)以及多量子阱激光器(MQW)。光接收器件也从简单的硅PIN光二极管发展到量子效率达90%的III-V族雪崩光二极管APD。,课程内容,1、概论,1.2、光纤发展简史,1.2.3、爆炸性发展 1970年以后，光纤通

7、信取得了惊人的进展。 从光纤通信系统看： 76年，美国在亚特兰大开通了世界上第一个实用化光纤通信系统。码率为45Mb/s，中继距离为10km。 80年，多模光纤通信系统商用化(140Mb/s)，并着手单模光纤通信系统的现场试验工作。 90年，单模光纤通信系统进入商用化阶段(565Mb/s)，并着手进行零色散位移光纤和波分复用及相干通信的现场试验，而且陆续制定数字同步体系(SDH)技术标准。 93年，SDH产品开始商用化(622Mb/s以下)。 95年，2.5Gb/s的SDH产品进入商用化阶段。 96年，10Gb/s的SDH产品进入商用化阶段。,课程内容,1、概论,1.2、光纤发展简史,1.2.

8、3、爆炸性发展 1970年以后，光纤通信取得了惊人的进展。 从光纤通信系统看： 97年，采用波分复用技术(WDM)的20Gb/s和40Gb/s的SDH产品试验取重大突破。 此外，在光孤子通信、超长波长通信和相干光通信方面也正在取得巨大进展。,课程内容,1、概论,1.3、光纤通信优点,1.3.1、通信容量大 1.3.2、中继距离长 1.3.3、保密性能好 1.3.4、适应能力强(抗干扰能力强) 1.3.5、体积小、重量轻、便于施工维护 1.3.6、原材料来源丰富、潜在价格低廉,光纤通信基础,2 、光纤与光缆 2.1、光纤的构造 2.2、光纤的分类 2.3、光纤的导光原理 2.4、光纤的特性与参数

9、 2.5、光缆简介,课程内容,2、光纤与光缆,2.1、光纤的构造(找一段光缆剥开演示),课程内容,2、光纤与光缆,2.1、光纤的构造,2.1.1、纤芯 纤芯位于光纤的中心部位(直径d1约950um)，其成份是高纯度的二氧化硅，此外还掺有极少量的掺杂剂如二氧化锗，五氧化二磷等，掺有少量掺杂剂的目的是适当提高纤芯的光折射率(n1)。 2.2.2、包层 包层位于纤芯的周围(其直径d2约125um)，其成份也是含有极少量掺杂剂的高纯度二氧化硅。而掺杂剂(如三氧化二硼)的作用则是适当降低包层的光折射率(n2)，使之略低于纤芯的折射率。 2.2.3、涂敷层 光纤的最外层是由丙烯酸酯、硅橡胶和尼龙组成的涂敷

10、层，其作用是增加光纤的机械强度与可弯曲性。一般涂敷后的光纤外径约1.5cm。,课程内容,2、光纤与光缆,2.2、光纤的分类,目前光纤种类繁多，但按其分类方法而言，大致有四种，按光纤剖面折射率分布分类、按传播模式分类、按工作波长分类、按套塑类型分类。 2.2.1、按光纤剖面折射率分类阶跃光纤与渐变光纤 阶跃光纤：在纤芯与包层区域内，其折射率分布分别是均匀的，其值分别为n1与n2，但在纤芯与包层的分界处，其折射率的变化是阶跃的，如图2.2所示。,课程内容,2、光纤与光缆,2.2、光纤的分类,阶跃光纤 阶跃光纤是早期光纤的结构方式，后来在多模光纤中逐渐被渐变光纤所取代(因渐变光纤能大大降低多模光纤所

11、特有的模式色散)，但用它来解释光波在光纤中的传播还是比较形象的。 而现在当单模光纤逐渐取代多模光纤成为当前光纤的主流产品时，阶跃光纤结构又作为单模光纤的结构形式之一。,课程内容,2、光纤与光缆,2.2、光纤的分类,渐变光纤：光纤轴心处的折射率最大(n1)，而沿剖面径向的增加而逐渐变小，其变化规律一般符合抛物线规律，到了纤芯与包层的分界处，正好降到与包层区域的折射率n2 相等的数值：在包层区域中其折射率的分布是均匀的即为n2。如图2.3所示。 至于渐变光纤的剖面折射率为何做如此分布，其主要原因是为了降低多模光纤的模式色散，增加光纤的传输容量。,课程内容,2、光纤与光缆,2.2、光纤的分类,渐变光

12、纤,课程内容,2、光纤与光缆,2.2、光纤的分类,2.2.2、按传播模式分类多模光纤与单模光纤 传播模式概念 光是一种频率极高(3*1014赫兹)的电磁波，当它在波导光纤中传播时，根据波动光学理论和电磁场理论，需要用麦克斯韦方程组来解决其传播方面的问题。而通过繁琐地求解麦氏方程组之后就会发现，当光纤纤芯几何尺寸远大于光波波长时，光在光纤中会以几十种乃至几百种传播模式进行传播，如TMmm模、TEmn模、HEmn模等等(其中m、n=0，1，2，3)。其中HE11模被称为基模，其余的皆称为高次模。 当光纤的几何尺寸(主要是纤芯直径d1)远无大于光波波长时(约1um)，光纤中会存在几十种乃至几百种传播

13、模式。不同的传播模式会具有不同的传播速度与相位，因此经过长距离传输后会产生时延，导致光脉冲变宽。这种现象叫做光纤的模式色散(又叫模间色散)。 计算多模光纤中传播模式数量的经典公式N=1/4V2，其中V为归一化频率。例如当V=38时，多模光纤中会存在三百多种传播模式。 模式色散会使多模光纤的带宽变窄，降低了其传输容量，因此多模光纤仅适用于较小容量的光纤通信。 多模光纤的折射率分布大都为抛物线分布即渐变折射率分布。其纤芯直径d1约为50um左右。,课程内容,2、光纤与光缆,2.2、光纤的分类,2.2.2、按传播模式分类多模光纤与单模光纤 根据电磁场理论与求解麦氏方程组发现，当光纤的几何尺寸(主要是

14、芯径)可以与光波长相比拟时，如芯径d1在510um范围，光纤只允许一种模式(基模HE11)在其中传播，其余的高次模全部截止，这样的光纤叫做单模光纤。 由于它只允许一种模式在其中传播，从而避免了模式色散的问题，故单模光纤具有极宽的带宽，特别适用于大容量的光纤通信。 其实，准确地讲要实现单模传输，必须使光纤的诸参量满足一定的条件，即归一化频率 V 2.4048。因为： V=(2a1/)*NA 所以可以解得光纤的纤芯半径应满足下式才能实现单模传输： a1(1.2024)/(NA) a1为纤芯半径；为光波波长；NA为数值孔径(能使光在光纤中以全反射进行传播的接收角之正弦值)。,课程内容,2、光纤与光缆

15、,2.2、光纤的分类,2.2.3、按工作波长分类短波长光纤与长波长光纤 短波长光纤 在光纤通信发展的初期，人们使用的光波波长在0.60.9um范围(典型值为0.85um)，习惯上把在此波长范围内呈现低衰耗的光纤称作短波长光纤。短波长光纤属于早期产品，目前很少采用。 长波长光纤 后来随着研究工作的不断深入，人们发现在波长1.31um和1.55um附近，石英光纤的衰耗急剧下降如图2.4所示。不仅如此，而且在此波长范围内石英光纤的材料色散也大大减小。因此人们在研究工作又迅速转移，并研制出在此波长范围内衰耗更低，带宽更宽的光纤，习惯上把工作在1.02.0um波长范围的光纤称之为长波长光纤。 长波长光纤

16、因具有衰耗低、带宽宽等优点，特别适用于长距离、大容量的光纤通信。,课程内容,2、光纤与光缆,2.2、光纤的分类,2.2.3、按工作波长分类短波长光纤与长波长光纤,课程内容,2、光纤与光缆,2.2、光纤的分类,2.2.4、按套塑类型分类紧套光纤与松套光纤 紧套光纤 所谓紧套光纤是指二次、三次涂敷层与预涂敷层及光纤的纤芯，包层等紧密地结合在一起的光纤。目前此类光纤居多。 未经套塑的光纤，其衰耗温度特性是十分优良的，但经过套塑之后其温度特性下降。这是因为套塑材料的膨胀系数比石英高得多，在低温时收缩的较厉害，压迫光纤发生向弯曲，增加光纤的衰耗。 松套光纤 所谓松套光纤是指，经过预涂敷后的光纤松散地放置

17、在一塑料管之内，不再进行二次、三次涂敷。 松套光纤的制造工艺简单，其衰耗温度特性与机械性能也比紧套光纤好，因此越来越受到人们的重视。,课程内容,2、光纤与光缆,2.3、光纤的导光原理,2.3.1、全反射原理 当光线在均匀介质中传播时是以直线方向进行的，但在到达两种不同介质的分界面时，会发生反射与折射现象，如图2.5所示。,课程内容,2、光纤与光缆,2.3、光纤的导光原理,2.3.1、全反射原理 根据光的反射定律，反射角等于入射角。 根据光的折射定律： n1Sin1= n2Sin2 （2.2） 其中n1为纤芯的折射率，n2为包层的折射率。 显然，若n1n2，则会有21。如果n1与n2 的比值增大

18、到一定程度，则会使折射角290o，此时的折射光不再进入包层，而会在纤芯与包层的分界面上掠过(2=90o)，或者重返回到纤芯中进行传播(290o)。这种现象叫做全反射现象，如图2.6所示。,课程内容,2、光纤与光缆,2.3、光纤的导光原理,人们把对应于折射角 2=90o的入射角叫做临界角。很容易可以得到临界角k=sin-1(n2/n1)。不难理解，当光在光纤中发生全反射现象时，由于光线基本上全部在纤芯区进行传播，没有光跑到包层中去，所以可以大大降低光纤的衰耗。早期的阶跃光纤就是按这种思路进行设计的。,课程内容,2、光纤与光缆,2.3、光纤的导光原理,2.3.2、光在阶跃光纤中的传播 传播轨迹 了

19、解了光的全反射原理后,不能画出光在阶跃光纤中的传播轨迹,即以”之”字形传播,及沿纤芯与包层的分界面掠过，如图2.7所示。 数值孔径 通常人们希望利用入射光与光纤顶端面的夹角C 来衡量光纤接收光的能力，于是产生数值孔径的概念。其物理意义是:能使光在光纤内以全反射形式进行传播的接收角c 的正弦值。,课程内容,2、光纤与光缆,2.3、光纤的导光原理,2.3.3、光在渐变光纤中的传播 定性解释 由图2.3和(2.1)式知道，渐变光纤的折射率分布是在光纤的轴心处最大，而沿剖面径向的增加而折射率逐渐变小。 假设光纤中由许多同轴的均匀层组成，且其折射率由轴心向外逐渐变小，如图2.8所示。,课程内容,2、光纤

20、与光缆,2.3、光纤的导光原理,2.3.3、光在渐变光纤中的传播 传播轨迹 理论上可以证明，若渐变光纤的折射率，分布遵从(2.1)式，则光在其中的传播轨迹为：,课程内容,2、光纤与光缆,2.3、光纤的导光原理,2.3.4、光在单模光纤中的传播,课程内容,2、光纤与光缆,2.4、光纤的特性与参数,光纤的特性参数可以分为三大类即：几何特性参数、光学特性参数与传输特性参数。 2.4.1 多模光纤的特性参数 衰耗系数 是多模光纤最重要的特性参数之一(另一个是带宽系数)。因为在很大程度上决定了多模光纤通信的中继距离。其定义为：每公里光纤对光功率信号的衰减值。其表达式为： 如某光纤的衰耗系数为a=3dB/

21、km，则 这就意味着，经过一公里的光纤的衰耗值为A=aL。,课程内容,2、光纤与光缆,2.4、光纤的特性与参数,光纤的特性参数可以分为三大类即：几何特性参数、光学特性参数与传输特性参数。 2.4.1 多模光纤的特性参数 色散 当一个光脉冲从光纤输入，经过一段长度的光纤传输之后，其输出端的光脉冲会变宽，甚至有了明显的失真。这说明光纤对光脉冲有展宽作用，即光纤存在着色散。 光纤的色散可以分为三部分即模式色散、材料色散与波导色散。 模式色散 因为在多模光纤中传输时会存在着许多传播模式，而每种传播模式具有不同的传播速度与相位，因此虽然在输入端同时输入光脉冲信号，但到达接收端的时间却不同，于是产生了脉冲

22、展宽现象。 材料色散 是指组成光纤的材料即二氧化硅本身所产生的色散。 波导色散 是指由光纤的波导结构所引起的色散。,课程内容,2、光纤与光缆,2.4、光纤的特性与参数,光纤的特性参数可以分为三大类即：几何特性参数、光学特性参数与传输特性参数。 2.4.1 多模光纤的特性参数 带宽系数 通过实验发现，如果保证光纤的输入光功率信号大小不变，随着调制光功率信号的调制频率的增加，光纤的输出光功率信号也会逐渐下降。即光纤也存在着象电缆一样的带宽系数，即对调制光功率信号的调制频率有一定的响应特性。 带宽系数定义为：一公里长的光纤，其输出光 功率信号下降到其最大值(直流光输入时的输出光功率值) 的一半时，此

23、时光功率信号的调制频率就叫做光纤的 带宽系数。,课程内容,2、光纤与光缆,2.4、光纤的特性与参数,光纤的特性参数可以分为三大类即：几何特性参数、光学特性参数与传输特性参数。 2.4.1 多模光纤的特性参数 根均方带宽 带宽系数Bc是在频域范围内描述光纤传输特性的重要参数，实际上沿用了模拟通信的概念，在数字光纤通信中的实际意义并不大。在时域范围内，人们经常使用根均方带宽来描述光纤的传输特性。 在时域范围内，光纤的冲击响应是一个高斯波形。 光纤的根均方带宽的物理含义是：对应于光纤高斯 冲击响应最大函数值的0.61倍时，自变量时间t的函数。,课程内容,2、光纤与光缆,2.4、光纤的特性与参数,光纤

24、的特性参数可以分为三大类即：几何特性参数、光学特性参数与传输特性参数。 2.4.1 多模光纤的特性参数 数值孔径NA 归一化频率 当光纤的归一化频率V小于其归一化截止频率Vc时，才能实现单模传输，即在光纤中仅有基模在传输，其余高次模全部截止。,课程内容,2、光纤与光缆,2.4、光纤的特性与参数,光纤的特性参数可以分为三大类即：几何特性参数、光学特性参数与传输特性参数。 2.4.1 单模光纤的特性参数 衰耗系数a 色散系数 模场直径 表征单模光纤集中光能量的程度。由于单模光纤中只有基模在进行传输，因此粗略地讲，模块直径就是在单模光纤的接收端面上基模光斑的直径(实际上基模光斑并没有明显的边界)。

25、截止波长 能使光纤实现单模传输的最小工作光波波长。 总结，要使光纤实现单模传输必须综合考虑纤芯半径、数值孔径、截止波长这些因素，即要考虑归一化频率。,课程内容,2、光纤与光缆,2.5、光缆简介,光纤通信基础,3 、光源器件与光发送机 3.1、光纤通信对光源器件要求 3.2、发光二极管LED 3.3、激光二极管LD,课程内容,3、光源器件与光发送机,3.1、光纤通信对光源器件的要求,并非所有的光都能用于光纤通信，人们希望利用相干性好的激光作为携带通信信息的载体，因为它具有频率一致性好、相位差恒定、方向性强等优点。 发射波长适中 发射光功率足够大 温度特性好 发光谱宽窄 工作寿命长 体积小重量轻,

26、课程内容,3、光源器件与光发送机,3.2、发光二极管LED,3.2.1 LED的发光机理 LED是由GaAsAl类的P型材料和N型材料制成，在两种材料的交界处形成PN结。若在其二端加上正偏置电压，则N区中的电子与P区中的空穴流向PN结区域复合。复合时电子从高能级范围的导带跃迁到低能级范围的价带，并释放出能量约等于禁带宽变Eg(导带与价带之差)的光子，即发出莹光。 3.2.2 LED的优缺点 3.2.3 LED的应用范围 小容量、短距离通信,课程内容,3、光源器件与光发送机,3.3、激光二极管LD,3.2.1 LD的发光机理 用半导体工艺技术在PN结两侧加工出两个相互平行的反射镜面，这两个反射镜

27、面与原来的两解理面(晶体的天然昌晶面)构成了谐振腔结构。当在LD两端加上正偏置电压时，象LED一样在PN结区域内因电子与空穴的复合而释放出光子。而其中的一部分光子沿着和反射镜面相垂直的方向运动时，会受到反射镜面的反射作用在谐振腔内往复运动。只要外加正偏电流足够大，光子的往复运动会激发出更多的、与子频率相同的光子，即发生振荡现象，从而发出激光。此之所谓受激发光。,课程内容,3、光源器件与光发送机,3.3、激光二极管LD,3.2.2 LD的优缺点 3.2.3 LD的应用 大容量、长距离通信,课程内容,3、光源器件与光发送机,3.3、激光二极管LD,3.2.2 LD的分类 多纵模激光器 尽管LD的谱

28、线十分狭窄，但毕竟有一定宽度，而且在此谱宽范围内，除了中心波长的主模外，其它波长的次模也具有较高的幅度。显然多纵模激光器(MLM)所发出的光并不是频率十分单一的光波，而是含有多种频率的光波。只不过其频率范围十分狭窄，而且中心波长的主模占主要成份。,课程内容,3、光源器件与光发送机,3.3、激光二极管LD,3.2.2 LD的分类 单纵模激光器 一般情况下它的主模光功率占整个发光功率的99.99%以上，当然它也含有少量的次模，但完全可以忽略不计。,课程内容,3、光源器件与光发送机,3.3、激光二极管LD,3.2.3 光发送机的主要技术指标 平均发送光功率 谱宽 光源器件的寿命 消光比 边模抑制比S

29、MSR,光纤通信基础,4 、光检测器件与光接收机 4.1、光纤通信对光检测器件要求 4.2、PIN光二极管 4.3、APD光二极管 4.4、光接收机,课程内容,4、光检测器件与光发送机,4.1、光纤通信对光检测器件要求,与光源器件一样,光检测器件在光纤通信中起着十分重要的作用。光检测器件的作用就是把信号从光波中分离出来，即进行光/电/光转换。 响应度高 噪声低 工作电压低 体积小、重量轻、寿命长,课程内容,4、光检测器件与光发送机,4.2、PIN光二极管,4.2.1、工作机理 具有PN结结构的二极管由于内部载流子的扩散作用会在P型与N型材料的交界处形成势垒电场，即所谓耗尽层。当二极管处于反向偏

30、置状态时，由于势垒电场的作用，载流子在耗尽层区域中的运动速度要比在P型或N型材料区中快得多。 构成PIN光二极管的材料如硅、锗、III-V族化合物在光的作用下产生光生载流子，它们定向流动就形成光电流。 4.2.2、PIN二极管的特性参数 响应度 单位光功率信号入射到光二极管时所产生的首次光电流 响应时间 结电容 一方面影响二极管的响应时间，另一方面对光接收机的灵敏度起重要作用。 暗电流 PIN光二极管附加噪声的主要来源。,课程内容,4、光检测器件与光发送机,4.3、APD光二极管,4.3.1、工作机理 APD光二极管的工作机理就是，光生载流子空穴电子对在高电场作用下高速运动，在运动过程中通过碰

31、撞电离效应产生二次、三次新的空穴电子对，从而形成较大的光信号电流。,课程内容,4、光检测器件与光发送机,4.3、APD光二极管,4.3.1、工作机理 倍增效应 在高电场区，由入射光产生的空穴电子对在高电场作用下高速运动。由于其速度很快而具有很大的动能，所以在运动过程中会出“碰拉电离”现象而产生新的二次空穴电子对。同样，二次空穴电子对在高电场区运动又可以通过“碰撞电离”产生三次、四次空穴电子对。这样以来，由入射光产生的一个首次空穴电子对，可能会产生几十个或几百个空穴电子对，即“倍增”效应。,课程内容,4、光检测器件与光发送机,4.3、APD光二极管,4.3.2、APD光二极管的特性参数 APD光

32、二极管也具有和PIN光二极管相类似的通用特性参数，如响应度(量子效率)、响应时间、结电容和暗电流。 倍增因子G(平均增益) 即APD的增益，表示倍增后的光电流与首次光电流之比。从微观止讲代表一个首次空穴电子对平均产生的新的空穴电子对数量。 倍增噪声因子x 击穿电压(雪崩电压) APD二极管存在一个 雪崩电压VB，当反向偏压大于雪崩电压时，APD 的倍增因子G急剧加大即处于雪崩状态。此时产生 的倍增噪声会远远超过倍增效应带来的好处，因此 在实际使用中总是把反向偏压调整在略低于其雪崩 电压之处，即获得良好的倍增效应，使倍增噪声最小。,课程内容,4、光检测器件与光发送机,4.4、光接收机,4.4.1

33、、光接收机的主要技术指标 光接收机灵敏度Pr 在保证规定的误码率的情况下，光接收机所需要的最小输入光功率。 光接收机过载光功率Po 在保证规定的误码率的情况下，光接收机所允许的最大输入光功率。 动态范围 过载光功率与灵敏度之差。D=Po-Pr 光接收机的反射系数 在光接收机的输入端(R点)的反射光功率与入射光功率之比。,光纤通信基础,5 、实用化系统 5.1、CCITT关于数字光纤通信系统的建议 5.2、光传输设计最大中继距离计算,课程内容,5、实用化系统,5.1、CCITT关于数字光纤通信系统的建议,5.1.1、光纤 G.652光纤 常规单模光纤，在波长1310nm处，其色散最小(0ps.n

34、m/km)，衰耗系数(0.30.5dB/km)；在1550nm处，色散(17ps.nm/km)，衰耗系数(0.180.25dB/km)。 G.653光纤 色散位移光纤，通过精心设计光纤的波导结构，使零色散点位移到衰耗最低的1550nm处。因此在1550nm处，色散(0ps.nm/km),衰耗系数(0.180.25dB/km)；1310nm处，色散(0ps.nm/km)，衰耗系数(0.30.5dB/km)。但由于其1550nm窗口色散为零，出现四波混频效应，限制了它在WDM方面的应用。 G.654光纤 重点降低1550nm处的衰耗系数，它主要用于海底光纤通信。 G.655光纤 其零色散点不在15

35、50nm处(C波段约为06ps.nm/km,L波段约为710ps.nm/km)，而是在其附近，故仍属于G.653光纤的范畴。但它同时克服了G.652光纤在1550nm处色散受限和G.653光纤在1550nm处四波混频现象，适合于WDM应用。,课程内容,5、实用化系统,5.1、CCITT关于数字光纤通信系统的建议,5.1.2、系统的性能与指标 发收间允许衰耗与最大色散(或带宽) 光发送机 平均发送光功率、谱线宽度、消光比和光源器件件的工作寿命。 光接收机 接收灵敏度、过载光功率、动态范围、R点反射系数。 富余度 设备富余度与光缆富余度,课程内容,5、实用化系统,5.1、CCITT关于数字光纤通信

36、系统的建议,5.1.2、系统的性能与指标 误码性能 所谓误码，是指经过光接收机的接收与判决再生之后，码流中的某些毕特发生了差错。 传统上用平均误码率BER来衡量系统的误码性能，即在某一规定的观测时间内(如24小时)发生差错的毕特数和传输毕特总数之比。如110-12。 但平均误码率是一个长期效应，它只给出一个平均累积结果。而实际上误码的出现往往呈突发性质，且具有极大的随机性，因此除了平均误码率外还应该有一些短期度量误码的参数，即误码秒与严重误码秒。 误码秒ES 当一秒钟时间内出现1个或1个以上的误码时，就叫做一个误码秒。 严重误码秒SES 当一秒钟时间内出现64个或64个以上的误码时，就叫做一个

37、严重误码秒。 不可用时间UAS 在出现10个连续SES事件的开始时刻起；而连续出现10个非SES事件时算作不可用时间的结束。此刻算作可用时间的开始(包括这10秒钟时间),课程内容,5、实用化系统,5.1、CCITT关于数字光纤通信系统的建议,5.1.2、系统的性能与指标 定时特性抖动与漂移 抖动的定义为：数字脉冲信号的特定时刻(如最佳判决时刻)相对于理想时间位置的偏离。实际上也就是数字脉冲信号的实际有效时间相对于其理想标准时间位置的偏差。 抖动种类较多，大致分为以下几种： a、最大允许输入抖动。又称输入抖动，是指允许输入信号的最大抖动值。 b、抖动容限，是指加在输入信号上能使设备产生1dB光功

38、率代价的抖动值。 c、输出抖动，是指在无输入抖动的情况下设备的输出抖动值。 d、抖动传递性(仅适用于中继器)，是指在不同的测试频率下，输入信号的抖动值与输出信号抖动值之比的分布特性。 抖动的单位为UI，即偏差和码元周期之比。,课程内容,5、实用化系统,5.1、CCITT关于数字光纤通信系统的建议,5.1.2、系统的性能与指标 定时特性抖动与漂移 漂移的定义为：数字脉冲的特定时刻相对于其理想时间位置的长时间偏移。这里说的长时间是指变化频率低于10Hz的变化。 与抖动相比，无论从产生机理、本身的特性以及对系统的影响，漂移与抖动皆不相同。 引起漂移最普遍的原因是环境温度的变化。因为环境温度的变化，可能导致光纤传输性能的变化、时钟变化以及激光二极管发射波长的偏移等等，它们皆会产生漂移。,课程内容,5、实用化系统,5.2、光传输设计最大中继距离计算,5.2.1、衰耗受限系统 5.2.2、色散受限系统,光纤通信基础,6 、展望,6.1、TDM方式 6.2、WDM方式 6.3、OTDM方式 6.4、光放大技术 6.5、色散补偿技术,使用信息检索服务,END,