第一篇：光纖通信技術簡介

內蒙古科技大學

現代通信概論

結課論文

光纖通信技術簡介

入學年級2011級 所在班級通信1班

學生姓名韓秉宏

學號 1167119127指導教師張寶華

2012年5月22日、【摘要】光纖即為光導纖維的簡稱。光纖通信是以光波作為信息載體，以光纖作為傳輸媒介的一種通信方式。光纖通信具有高速度，大容量，高保密的要求。光纖通信技術自20世紀70年代誕生以來，不斷發生著日新月異的變化，已成為當今信息傳輸的主要手段。經濟發展社會進步是人類進入了信息化時代，通信業務猛增長，極大地促進了光纖通信技術的發展。信息產業已成為國民經濟的基礎產業，作為信息產業基礎的通信網建設尤其是光纖同信網的建設規模與水平已成為衡量國家綜合實力的重要方面。

【關鍵詞】光纖通信，激光，發展趨勢，前景，接入技術

【正文】

1光纖通信發展簡史

早在三千多年前，我國就利用烽火臺火光傳遞信息，這是一種視覺光通信。1880年貝爾發明了光電話。但是它們所傳輸的信息容量小，距離短，可靠性低，設備笨重，究其原因是由于采用太陽光等普通光源。

1960年7月8日美國科學家梅曼（Maiman）發明了世界上第一臺紅寶石激光器。激光器發出的激光與普通光源發出的光相比，其光束的強度極高，方向性極好，是一種理想的通信載波。后來各種不同的激光器相繼出現，但是當時人們還沒有一種好的傳送光波的介質。然而大氣光通信雖然在機動性，靈活性方面具有優勢，適合于大氣層視覺范圍，星際之間，水下等特殊場合的通信，但用于長距離的陸地海底通信顯然是不理想的。正在許多人為光通信的前途表示擔憂時，英國標準遠程通信實驗室的英籍華人高錕博士（K.C.Kao）提出了大膽的設想，他認為電可以沿著導電的金屬向前傳輸，那么光也可以沿著導光的玻璃纖維，即光導纖維傳輸，這就開啟了光纖通信的大門。

20世紀60年代，光導纖維的損耗很大，使得光通信的傳輸距離限制在短距離內。1970年紐約康寧（Corning）玻璃廠的Kapron,Keck和Mmaarer發明了一種低損耗光纖，這是光通信在實際應用中的又一重大突破。這種采用光導纖維來傳送光波的通信就是現在所說的光纖通信。自此以后各種低損耗的光纖如雨后春筍般地出現，這為光纖通信打下良好的基礎。就在對光纖損耗的研究獲得巨大突破的同時，美國貝爾實驗室于1970年研制成功了可在室溫連續工作的半導體激光器。半導體激光器體積小，耗電少，通過注入電流可方便的實現對信號的調制，具有壽命長可靠性高等優點。至此，可以說光纖通信向實用化發展的兩大障礙——沒有良好的光源和理想的傳輸介質，都得到了圓滿的解決。此后各種各樣的光纖通信系統就很快地發展起來了。

1976年，在美國亞特蘭大成功的進行了速率為44.7Mb/s的光纖通信系統實驗。

1977年，美國芝加哥電話局進行了速率為44.7Mb/s的光纖通信系統的現場實驗。1978年，日本進行了速率為100Mb/s的光纖通信系統現場實驗。

1980年，日本進行了速率為400Mb/s的光纖通信系統現場實驗。

1989年，ITU-T(美國電信聯盟電信委員會)制定了155Mb/s,622Mb/s,2.5Gb/s等SDH速率標準。

自1982年以后，光纖通信迅速發展，促進了光纖的應用和產業化，光纖的需求量呈指數規律上升。無論是在陸地，還是在海底都敷設了光纖光纖已經延伸到我們的辦公桌和家中。光纖已成為高質量信息傳輸的主要手段。

2光纖通信的優點

光纖通信之所以被廣泛應用，就是它有一定的優越性，當然它也有不足之處。下面說一下它的特點。

（1）通信容量大。由于光纖的可用帶寬較大，一般在10GHz以上使光纖通信系統具

有較大的通信容量。而金屬電纜存在的分布電容和分布電感實際起到了低通濾波

器的作用，使傳輸頻率，帶寬以及信息承載能力受到限制。現代光纖通信系統能

夠將速率為幾十Gb/s以上的信息傳輸上百英里，允許大約數百萬條話音和數據

信道同時在一根光纜中傳輸。實驗室里，傳輸速度達Tb/s級的系統已研制成功。

光纖通信巨大達信息傳輸能力，使其成為了信息傳輸的主體。

（2）傳輸距離長。光纜的傳輸損耗比電纜低，因而可傳輸更長的距離。光纖系統僅需

要少量的中繼器，而光纜與電纜的造價基本相同，少量的中繼器使光纖系統的總

成本比相應的金屬電纜通信系統的要低。

（3）抗電磁干擾。光纖通信系統避免了電纜間由于相互靠近而引起的電磁干擾。金屬

電纜發生干擾的主要原因就是金屬導體向外泄漏電磁波。由于光纖的材料是玻璃

或塑料，都不導電，因而不會發生電磁波的泄漏，也就不存在相互之間的電磁干

擾。

（4）抗噪聲干擾。光纖不導電的特性還避免了光纜受閃電，電機，熒光燈及其他電器

元件的電磁干擾，外部的電噪聲也不會影響光波的傳輸能力。此外，光纜不輻射

射頻能量的特性也使它不會干擾其他通信系統，這在軍事上的運用時非常理想的而其他種類的通信系統在核武器的影響下（電磁脈沖干擾）會遭到毀滅性的破壞。

（5）適應環境。光纖對惡劣環境有較強的抵抗能力。它比金屬電纜更能適應溫度的變

化，而且腐蝕性的液體或氣體對其影響較小。

（6）重量輕，安全，易敷設。光纜的安全和維護比較安全，簡單，這是因為：首先，玻璃或塑料都不導電，沒有了電流通過或電壓的干擾；其次，它可以在易揮發的液體或氣體周圍使用而不必擔心會引起爆炸或起火；第三，它比相應的金屬電纜

體積小，重量輕更便于機載工作，而且它占用的儲存空間小，運輸也方便。

（7）保密性好。由于光纖不向外輻射能量，很難用金屬感應器對光纜進行竊聽，因此

它比常用的銅纜保密性強。

（8）壽命長。盡管還沒得到證實，但可以斷言，光纖通信系統遠比金屬設施的使用壽

命長，因為光纜具有更強的適應環境變化和抗腐蝕的能力。

（9）原材料來源豐富，潛在價格低廉。制造石英光纖的最基本原料是二氧化硅，即砂

子，而砂子在大自然中幾乎是取之不盡用之不竭。因此潛在價格是十分低廉的。

3光纖通信的發展趨。

光纖通信的潛力是巨大的，目前的光纖通信應用水平據分析僅僅是其水平的1%—2%左右。光纖通信作為現代通信的主要支柱之一，在現代通信網中起著重要的作用。光纖通信具有以下幾個發展趨勢：

（1）波分復用技術（WDM）。所謂波分復用，就是用一根光纖同時傳輸幾種不同波長的光波，以達到擴大通信容量的目的。在系統的發送端，由各個分系統分別發出不同

波長的光波，并由合波器合成一束光波進行傳輸，而在接受端用分波器把幾種光波

分離開，分別輸入到各個分系統的光接收機。

（2）相干光通信。所謂相干光通信，就是在發端由激光器發出譜線級窄，頻率穩定，相

位恒定的相干光，并用先進的調制方法(如FSK,ASK和PSK)對之進行調制。在收端，把由光纖傳輸來的相干光載波與本振光源發出的相干光，經光耦合器后加到光混頻

器上進行混頻與差頻，然后把差頻后的中頻光信號進行放大，檢波。相干光通信技

術一則可以增大光纖的傳輸容量，二則可以大大提高光接收機的靈敏度。

（3）超長波長光纖通信。為了實現越來越大的信息容量和超長距離傳輸，必須使用低損

耗和低色散的單模光纖。所謂單模光纖，就是光纖中只存在一種模式（由光纖導引

沿光纖軸線向前傳播的電磁波），光源耦合進光纖的能量以該模式向前傳輸。光源發

出的光在多模在多模光纖上傳播時能量被分配到不同的模上向前傳播，則不同模在光纖中傳輸的速度就不一樣的，因而經過一定長度的光纖后，不同的模達到的時間

有差異。如果用單模光纖就不一樣了，它可以減少損耗，色散，這樣一來傳輸距離

就不是問題了。

（4）光集成技術。它和電子設計中的集成電路相似，是把許多微型光學元件，如光源器

件，光檢測器件，光透鏡，光濾波器等集成在一塊很小的芯片上，構成具有復雜性

能的光器件；還可以和集成電路等電子元件集成在一起形成更復雜的光電部件，如

光發送機和光接收機等。采用光集成技術，不僅使設備的體積，重量大大減小，而

且提高了穩定性欲可靠性。

（5）光孤子通信。通信容量越大，要求光脈沖越窄。窄光脈沖經光纖傳輸后，因光纖的色散作用出現脈沖展寬現象而引起碼間干擾，因此脈沖展寬一直是制約大容量，長

距離傳輸的關鍵因素。經研究發現，當注入光強密度足夠大時，會引起光脈沖變窄的奇特現象，其光脈沖寬度可低達幾個皮秒，即所謂光孤子脈沖。進程用孤子脈沖

可以實現超大容量的光纖通信

（6）實現超大容量通信的近期趨勢。時分復用、波分復用、光時分復用、光放大技術、色散補償技術。這些技術的應用將會使光纖通信技術更加完善，也會使得通信行業

更進一層樓。結束語

總之，光纖通信技術在以后的發展中會走向更高的水平，也會為我們的生活帶來更大的方便。通過這段時間的學習，我也認識到現在通信行業的發展前景非常可觀，也可能有新的技術加入到通信行業。由最近幾年的發展可知，光纖通信在以后的通信中將占到更高的地位。但是這也不能說明其他通信方式就會停止發展或者被取代，畢竟光纖也有自己的不足。由此可知，以后的通信將趨向于多元化，各種通信技術的綜合應用，這樣不僅帶動了各種通信技術的發展，也使我們的選擇多樣化，生活多樣化。

【參考文獻】

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[5]光纖通信簡明教程.袁國良.北京.清華大學出版社，2006.12

第二篇：光纖通信技術

淺談光纖通信

摘要：光纖通信不僅可以應用在通信的主干線路中，也可以在電力通信控制系統中發揮作用，進行工業監測、控制，現在在軍事上也被廣泛應用，基于各領域對信息量的需求不斷增長，光纖通信技術的應用發展趨勢也備受關注。一條完整的光纖鏈路除受光纖本身質量影響外，還取決于光纖鏈路現場的施工工藝和環境。本文探討了光纖通信技術的主要特征及發展趨勢，和它以光纖鏈路為基礎的現場測試。

關鍵詞：光纖通信技術 特點 現狀 發展趨勢 光纖鏈路

0引言

光纖即為光導纖維的簡稱。光纖通信是以光波作為信息載體，以光纖作為傳輸媒介的一種通信方式。從原理上看,構成光纖通信的基本物質要素是光纖、光源和光檢測器。光纖除了按制造工藝、材料組成以及光學特性進行分類外，在應用中,光纖常按用途進行分類，可分為通信用光纖和傳感用光纖。傳輸介質光纖又分為通用與專用兩種,而功能器件光纖則指用于完成光波的放大、整形、分頻、倍頻、調制以及光振蕩等功能的光纖，并常以某種功能器件的形式出現。

1光纖通信技術

自上世紀光纖通信技術在全球問世以來，整個的信息通訊領域發生了本質的、革命性的變革，光纖通信技術以光波作為信息傳輸的載體，以光纖硬件作為信息傳輸媒介，因為信息傳輸頻帶比較寬，所以它的主要特點是:通信達到了高速率和大容量，且損耗低、體積小、重量輕，還有抗電磁干擾和不易串音等一系列優點，從而備受通信領域專業人士青睞，發展也異常迅猛。

光纖通信技術作為在實際運用中相當有前途的一種通信技術，已成為現代化通信非常重要的支柱。作為全球新一代信息技術革命的重要標志之一，光纖通信技術已經變為當今信息社會中各種多樣且復雜的信息的主要傳輸媒介，并深刻的、廣泛的改變了信息網架構的整體面貌，以現代信息社會最堅實的通信基礎的身份，向世人展現了其無限美好的發展前景。

2光纖通信的特點(1)通信容量大、傳輸距離遠；一根光纖的潛在帶寬可達20THz。采用這樣的帶寬，只需一秒鐘左右，即可將人類古今中外全部文字資料傳送完畢。目前400Gbit/s系統已經投入商業使用。光纖的損耗極低，在光波長為1.55μm附近，石英光纖損耗可低于0.2dB/km，這比目前任何傳輸媒質的損耗都低。因此，無中繼傳輸距離可達幾

十、甚至上百公里。

(2)信號干擾小、保密性能好;

(3)抗電磁干擾、傳輸質量佳,電通信不能解決各種電磁干擾問題，唯有光纖通信不受各種電磁干擾。

(4)光纖尺寸小、重量輕，便于鋪設和運輸；

(5)材料來源豐富,環境保護好，有利于節約有色金屬銅。

(6)無輻射，難于竊聽,因為光纖傳輸的光波不能跑出光纖以外。

(7)光纜適應性強，壽命長。

(8)質地脆，機械強度差。

(9)光纖的切斷和接續需要一定的工具、設備和技術。

(10)分路、耦合不靈活。

(11)光纖光纜的彎曲半徑不能過小（>20cm）

(12)有供電困難問題。

利用光波在光導纖維中傳輸信息的通信方式．由于激光具有高方向性、高相干性、高單色性等顯著優點，光纖通信中的光波主要是激光，所以又叫做激光－光纖通信．

3光纖通信技術的現狀研究

(1)光纖通信技術中的光纖接入技術。光纖接入網技術是信息傳輸技術的一個嶄新的嘗試，它實現了普遍意義上的高速化信息傳輸，滿足了廣大民眾對信息傳輸速度的要求，主要由寬帶的主干傳輸網絡和用戶接入兩部分組成。其中后者起著更為關鍵的作用，即FTTH(意思是光纖到戶)，作為光纖寬帶接入的最后環節，負責完成全光接入的重要任務，基于光纖寬帶的相關特性，為通信接收端的用戶提供了所需的不受限制的帶寬資源。

(2)光纖通信技術中的波分復用技術。即WDM，充分利用了單模光纖低損耗區的優勢，獲得了大的帶寬資源。波分復用技術基于每一信道光波的頻率和波長不同等情況出發，把光纖的低損耗窗口規劃為許多個單獨的通信管道，并在發送端設置了波分復用器，將波長不同的信號集合到一起送入單根光纖中，再進行信息的傳輸，而接收端的波分復用器把這些承載著多種不同信號的、波長不同的光載波再進行分離。

4不斷發展的光纖通信技術

(1)光接入網通信技術的更進一步發展。現存技術上的接入網依舊是雙絞線銅線的連接，仍然是原始的、落后的模擬系統，而網絡中的光接入技術的應用使其成為了全數字化的，且高度集成的智能化網絡。

光接入網通信技術所要達到的主要目標有：最大程度的使維護費用得到降低，故障率得到明顯下降;可以用于新設備的開發和新收入的不斷增加；與本地網絡相結合，達到減少節點數目和擴大覆蓋面范圍的目的;通過光網絡的建立，為多媒體時代的到來做好準備;另外，可以最大化的利用光纖本身的一些優勢特點。

(2)光纖通信技術中光傳輸與交換技術的融合一光接入網通信技術的后延。基于上述光接入網通訊技術的成熟發展，網絡的核心架構己經得到了翻天覆地的改變，并正在日新月異的變化發展著，在交換和傳輸兩方面來講也都早已進行了好幾代的更新。光接入網技術和光輸與交換技術的融合技術，前者較后者在技術應用上有了一些技術上改進，從而也就提高了全網的往前的進一步有效發展，但此項技術相對來講仍不成熟。

(3)新一代的光纖在光纖通信技術中的應用。傳統意義上的G.652單模光纖已經在長距離且超高速的傳送網絡發展中表現出了力不從心的缺點，新一代光纖的研發己成為當今務實之需，它也構成了新一代網絡基礎設施建設工作的一個重要組成部分。在目前普遍需求的干線網和城域網的背景下，基于不同的發展需要，己經發展出了兩種新一代光纖一非零色散光纖和全波光纖。

4光纖通信鏈路的現場測試

4.1光纖鏈路現場測試的目的光纖鏈路現場測試是安裝和維護光纖網絡的必要部分，是確保電纜支持網絡協議的一種重要方式。它的主要目的是遵循特定的標準檢測光纖系統連接的質量，減少故障因素以及存在故障時找出光纖的故障點，從而進一步查找故障原因。

4.2光纖鏈路現場測試標準

目前光纖鏈路現場測試標準分為兩大類：光纖系統標準和應用系統標準。（1）光纖系統標準：光纖系統標準是獨立于應用的光纖鏈路現場測試標準。對于不同光纖系統，它的測試極限值是不固定的，它是基于電纜長度、適配器和接合點的可變標準。目前大多數光纖鏈路現場測試使用這種標準。世界范圍內公認的標準主要有：北美地區的EIA/TIA—568—B標準和國際標準化組織的ISO/IEC11801標準等。（2）光纖應用系統標準：光纖應用系統標準是基于安裝光纖的特定應用的光纖鏈路現場測試標準。每種不同的光纖系統的測試標準是固定的。常用的光纖應用系統有：100BASE—FX、1000BASE—SX等。

4.3光纖鏈路現場測試過程

對于光纖系統需要保證的是在接收端收到的信號應足夠大，由于光纖傳輸數據時使用的是光信號，因此它不產生磁場，也就不會受到電磁干擾和射頻干擾，不需要對NEXT等參數進行測試，所以光纖系統的測試不同于銅導線系統的測試。

在光纖的應用中，光纖本身的種類很多，但光纖及其系統的基本測試參數大致都是相同的。在光纖鏈路現場測試中，主要是對光纖的光學特性和傳輸特性進行測試。光纖的光學特性和傳輸特性對光纖通信系統的工作波長、傳輸速率、傳

輸容量、傳輸距離、信號質量等有著重大影響。但由于光纖的色散、截止波長、模場直徑、基帶響應、數值孔徑、有效面積、微彎敏感性等特性不受安裝方法的有害影響,它們應由光纖制造廠家進行測試,不需進行現場測試。

在EIA/TIA—568—B中規定光纖通信鏈路現場測試所需的單一性能參數為鏈路損失（衰減）。

（1）光功率的測試：對光纖工程最基本的測試是在EIA的FOTP-95標準中定義的光功率測試，它確定了通過光纖傳輸的信號的強度，還是損失測試的基礎。測試時把光功率計放在光纖的一端，把光源放在光纖的另一端。

（2）光學連通性的測試：光纖系統的光學連通性表示光纖系統傳輸光功率的能力。光纖系統的光學連通性是對光纖系統的基本要求，因此對光纖系統的光學連通性進行測試是基本的測試之一。通過在光纖系統的一端連接光源，在另一端連接光功率計，通過檢測到的輸出光功率可以確定光纖系統的光學連通性。當輸出端測到的光功率與輸入端實際輸入的光功率的比值小于一定的數值時，則認為這條鏈路光學不連通。進行光學連通性的測試時，通常是把紅色激光或者其他可見光注入光纖，并在光纖的末端監視光的輸出。如果在光纖中有斷裂或其他的不連續點，在光纖輸出端的光功率就會下降或者根本沒有光輸出。

（3）光功率損失測試：光功率損失這一通用于光纖領域的術語代表了光纖鏈路的衰減。衰減是光纖鏈路的一個重要的傳輸參數,它的單位是分貝(dB)。它表明了光纖鏈路對光能的傳輸損耗（傳導特性），其對光纖質量的評定和確定光纖系統的中繼距離起到決定性的作用。光信號在光纖中傳播時，平均光功率延光纖長度方向成指數規律減少。在一根光纖網線中,從發送端到接收端之間存在的衰減越大，兩者間可能傳輸的最大距離就越短。衰減對所有種類的網線系統在傳輸速度和傳輸距離上都產生負面的影響，但因為光纖傳輸中不存在串擾、EMI、RFI等問題，所以光纖傳輸對衰減的反應特別敏感。

（4）光纖鏈路預算（OLB）：光纖鏈路預算是網絡和應用中允許的最大信號損失量，這個值是根據網絡實際情況和國際標準規定的損失量計算出來的。一條完整的光纖鏈路包括光纖、連接器和熔接點，所以在計算光纖鏈路最大損失極限時，要把這些因素全部考慮在內。光纖通信鏈路中光能損耗的起因是由光纖本身的損耗、連接器產生的損耗和熔接點產生的損耗三部分組成的。但由于光纖的長度、接頭和熔接點數目的不定，造成光纖鏈路的測試標準不像雙絞線那樣是固定的，因此對每一條光纖鏈路測試的標準都必須通過計算才能得出。

雖然目前光通信的容量已經非常大，但仍有大量應用能力閑置，伴隨著社會經濟和科學技術的進一步發展，對信息的需求也會隨之增加，并會超過現在的網絡承載能力，因此我們必須進一步努力研究更加先進的光傳輸手段。因此，在經濟社會發展的推動下，光通信一定會有更加長久的發展。

[參考文獻]

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第三篇：光纖通信技術及其發展趨勢

光纖通信技術及其發展趨勢

摘要：光纖通信技術是目前通信行業應用的主要技術，光纖通信跟傳統通信方式比較具有很強的優勢，在通信網絡中已得到廣泛應用。光纖通信技術作為信息技術的重要支撐平臺，在未來信息社會中將起到十分重要的作用。

關鍵詞：光纖通信技術 優勢 光纖到戶 全光網絡

中圖分類號：TP39 文獻標識碼： A 文章編號：1007-9416(2011)07-0025-01

近年來隨著傳輸技術和交換技術的不斷進步，核心網已經基本實現了光纖化、數字化和寬帶化。隨著業務的迅速增長和多媒體業務的日益豐富，使得用戶住宅網的業務需求也不只局限于原來的語音業務，數據和多媒體業務的需求已經成為不可阻擋的趨勢，現有的語音業務接入網越來越成為制約信息高速公路建設的瓶頸，成為發展寬帶綜合業務數字網的障礙。

1、光纖通信技術

光纖通信是利用光作為信息載體、以光纖作為傳輸的通信方式。在光纖通信系統中，作為載波的光波頻率比電波的頻率高得多，而作為傳輸介質的光纖又比同軸電纜或導波管的損耗低得多，所以說光纖通信的容量要比微波通信大幾十倍，圖1為光纖結構圖。

2、光纖通信技術優勢

2.1 頻帶極寬，通信容量大

光纖比銅線或電纜有大得多的傳輸帶寬，單模光纖具有幾十GHz?km的寬帶。目前，單波長光纖通信系統的傳輸速率一般在2.5Gbps到10Gbps，采用密集波分復用術實現的多波長傳輸系統的傳輸速率已經達到單波長傳輸系統的數百倍。巨大的帶寬潛力使單模光纖成為寬帶綜合業務網的首選介質。

2.2 損耗低，中繼距離長

目前，實用的光纖通信系統使用的光纖多為石英光纖，此類光纖損耗可低于0.20dB/km，這樣的傳輸損耗比其它任何傳輸介質的損耗都低，因此，由其組成的光纖通信系統的中繼距離也較其他介質構成的系統長得多。

2.3 抗電磁干擾能力強

我們知道光纖原材料是由石英制成的絕緣體材料，不易被腐蝕，而且絕緣性好。與之相聯系的一個重要特性是光波導對電磁干擾的免疫力，它是一種非導電的介質，交變電磁波在其中不會產生感生電動勢，即不會產生與信號無關的噪聲。這樣，就是把它平行鋪設到高壓電線和電氣鐵路附近，也不會受到電磁干擾。這一點對于強電領域(如電力傳輸線路和電氣化鐵道)的通信系統特別有利。

2.4 光纖徑細、重量輕、柔軟、易于鋪設

光纖的芯徑很細，約為0.1mm，由多芯光纖組成光纜的直徑也很小，8芯光纜的橫截面直徑約為10mm，而標準同軸電纜為47mm。這樣采用光纜作為傳輸信道，使傳輸系統所占空間小，解決了地下管道擁擠的問題，節約了地下管道建設投資。此外，光纖的重量輕，柔韌性好，還有，光纖柔軟可繞，容易成束，能得到直徑小的高密度光纜。

2.5 保密性能好

對通信系統的重要要求之一是保密性好。電通信方式很容易被人竊聽，光纖通信與電通信不同，由于光纖的特殊設計，光纖中傳送的光波被限制在光纖的纖芯和包層附近傳送，很少會跑到光纖之外。并且成纜以后光纖在外面包有金屬做的防潮層和橡膠材料的護套，這些均是不透光的，因此，泄漏到光纜外的光幾乎沒有。更何況長途光纜和中繼光纜一般均埋于地下。所以光纖的保密性能好。此外，由于光纖中的光信號一般不會泄漏，因此電通信中常見的線路之間的串話現象也可忽略。

3、光纖通信技術在接入網的應用

目前萊蕪市所用的接入網技術為ADSL，其全稱是Asymmetric Digital Subscriber,中文意思是“非對稱數字用戶線路”。它以普通電話線路做為傳輸介質，既在普通雙絞銅線上實現下行高達8Mbit/b傳輸速度;上行高達640Kbit/s的傳輸速度，但這種技術不能滿足人們對上網速度越來越高需求。

3.1光纖接入網的優勢

接入網采用無線網絡是未來通信行業的發展趨勢，但無線接入網仍需要光纖網絡的支撐，其優勢體現為:

首先，通信網在一開始采用的是金屬線纜，銅纜網的故障率很高，維護運行成本很高，而采用光接入后，每年的維護運行和供給成本可以比傳統銅纜網每線大約節約400元，對于一億用戶相當于每年節約400億元，而且其故障率也大大降低。

其次，對于新業務的發展，特別是多媒體和寬帶新業務，能夠加強企業的競爭力，增加新業務的收入，同時可以補償建設光用戶接入網所需的投資，最后，光接入網可以滿足用戶希望較快提供業務，改進業務質量和可用性的要求，也可以節約地下管道空間，延長傳輸覆蓋距離，總之，采用光接入網能夠解決通信行業發展的瓶頸問題。

3.2 光纖通信技術發展的制約因素

銅纜網傳輸的是電子信號，交換采用的是電子交換機，現在，通信網絡大部分都是光纖，傳輸的為光信號，光交換的形式，由于目前光交換器件還不成熟只能采用光-電-光的形式。這種方式效率不高也不經濟，目前ASON-自動交換光網絡的開發緩解了這一問題，但對大容量光開關的開發也迫在眉睫。

目前為止我國的光纜技術有了很大的發展，從光進銅退開始，公司采用了多個廠家的光纜，國內生產光纜的廠家大約有200家，但其產品單一，很少具有自主知識產權，技術含量較低，競爭力不強，有關資料顯示，自1997年截止到2010年我國光纜專利的申請只占國外同期專利申請的20%，而光核心技術只占國外的10%。這些數據顯示我國與國外在光纖技術發展上差距較大，我國作為世界第二光纜大國，應該把發展自主知識產權的技術作為重中之重。

4、結語

從光纖通信問世到現在，光傳輸的速率以指數增長，光傳輸的速率在過去的十幾年中大約提高了100倍。層出不窮的光通信新技術將成為市場復蘇的源泉，隨著光纖網絡從骨干網的擴建到接入網、城域網的擴散以及向用戶駐地網的不斷延伸，光纖網絡市場必將增長。

參考文獻

[1]馬金洋.《光纖通信的現狀和前景》[J].電信科學.[2]辛化梅,李忠.《論光纖通信技術的發展和現狀》[J].山東師范大學學報.[3]蔣力三.《光纖通信技術的發展》.中興通訊資料.

第四篇：光纖通信技術試題

1．什么是弱導波光纖？為什么標量近似解法只適用于弱導波光纖？

2.請簡述階躍型折射率分布光纖和梯度型折射率分布光纖的不同導光原理 3．試證明：階躍型光纖的數值孔徑為什么等于最大射入角的正弦？ 4.數值孔徑的定義是什么？請用公式推導出其計算式：NA?n12?

5.光纖色散有哪幾種？它們分別與哪些因素有關？

6.為什么說采用漸變型光纖可以減少光纖中的模式色散？ 7.如何解釋光纖中的模式色散、材料色散及波導色散？

8.光與物質間的作用有哪三種基本過程？說明各具有什么特點？ 9．什么是激光器的閾值條件？ 10.簡述半導體的光電效應？ 11.光纖通信系統都有哪些噪聲？

12．請寫出費米分布函數的表達式，并說明式中各符號的含義。13．什么是量子噪聲？形成這一噪聲的物理原因是什么？ 14.什么是模分配噪聲？它是如何產生的？ 15．請寫出誤碼率的三種性能分類及定義。

16.什么是接收靈敏度和動態范圍，它們之間的表示式是什么？ 17．什么是碼間干擾？其產生的原因是什么？

18．什么是可靠性？什么是可靠度？它們之間的區別是什么？ 19．請用公式推導出串聯系統總的故障率等于各部件故障率之和。20.抖動容限的指標有幾種？并說明其含義？ 21．光波分復用通信技術的特點有哪些？ 光纖WDM與同軸電纜FDM技術不同點有哪些？ 23 什么是光通信中的斯托克斯頻率? 24 什么是光通信中的受激拉曼散射? 25 在理論上，光通信中的克爾效應能夠引起哪些不同的非線性效應? 26 簡述光纖通信中激光器直接調制的定義、用途和特點。

27什么是光纖色散？光纖色散主要有幾種類型？其對光纖通信系統有何影響？ 28分別說明G.652G.653光纖的性能及應用。

1.當光纖中纖芯折射率n1略高于包層折射率n2，它們的差別極小時，這種光纖為弱導波光纖。在弱導波光纖中，由于

n2?1，在光纖中形成導波時，光射線的入射角θ1應滿足的n1?1全反射條件為90°>θ1>θC=Sin

n2,由此可得θ1→90°，亦即在弱導波光纖中，光射線幾n1乎與光纖軸平行。從波動理論講，導波是均勻平面波，即E和H與傳播方向（光射線指向）垂直，故弱導波光纖中的E和H分布是近似TEM波。其橫向場的極化方向不變。由于E（或H）近似在橫截面上，且空間指向基本不變，這樣就可把一個大小和方向都沿傳輸方向變化的E（或H）變為沿傳輸方向其方向不變的標量E（或H），它將滿足標量的亥姆霍茲方程，進而求出弱導波光纖的近似解，這種方法稱為標量近似解法。2.階躍光纖中入射光線在纖芯和包層分界面上發生全反射，從而在纖芯中沿之字形的曲折路徑前進，實現光的傳輸。

非均勻光纖中入射光線按折射定律在纖芯中傳輸到某一點時發生全反射，折向光纖軸線，從而以曲線形式在光纖中傳輸。

3．當光射線從空氣射向光纖端面時，發生折射，滿足折射定律n0sin?=n1sin?z，此光線在纖芯中沿?z角方向前進，此光線若能在纖芯中傳輸，則需滿足全反射條件，即

?1≥?C?Sin?1n2n?sin?1≥2，又因為θz= 90°-θn1n1

1所以可得sin?=n1sin?z=

222n1sin?1?n11?sin2?1≤n12?n2，由此可見，有sin?max=n1?n2，只要光射線的射入角?≤?max，此光線就可在纖芯中形成導波，也即這些光線被光纖捕捉到了。而反映這種捕捉光線能力的物理量就定義為數值孔徑，所以數值孔徑等于最大射入角的正弦。4.數值孔徑是用來表示光纖收集光線的能力的。NA?n0sinφmax

見教材P30，圖2-6 n0sinφ?n1sinθt

θt?90??θi

若發生全反射，θi至少應等于θC，所以θt?90??θC，此時對應入射角φmax，NA?n0sinφmax?n1cosθ2n12?n2 因為 ?? 22n1C?n11?sin2θC?n11?(n222)?n12?n2 n1 所以 NA?n12?

5.光纖的色散有材料色散、波導色散和模式色散。

材料色散由光纖材料的折射率隨頻率的變化而變化引起的。

波導色散由模式本身的群速度隨頻率的變化而變化引起的。

模式色散由光纖中的各模式之間的群速度不同而引起的。6.漸變型光纖纖芯折射率隨 r的增加按一定規律減小，即n1(r),則就有可能使芯子中的不同射線以同樣的軸向速度前進，產生自聚焦現象，從而減小光纖中的模式色散。

7.材料色散是由于材料本身的折射率隨頻率而變化，使得信號各頻率成份的群速不同引起的色散。

波導色散是對于光纖某一模式而言，在不同的頻率下，相位常數β不同，使得群速不同而引起的色散。模式色散是指光纖不同模式在同一頻率下的相位常數β不同，因此群速不同而引起的色散。

8.自發輻射、受激輻射、受激吸收

自發輻射：可自發光，是非相干光，不受外界影響。

受激輻射：吸收外來光子能量，發相干光，產生全同光子，產生光放大。

受激吸收：吸收外來光子能量，不發光。

9.為了補償激光器內光學諧振腔存在的損耗，使激光器維持穩定的激光輸出需要滿足的振幅平衡條件，就是閾值條件。10.光照射到半導體的P-N結上，使半導體材料中價帶電子吸收光子的能量，從價帶越過禁帶到達導帶，在導帶中出現光電子，在價帶中出現光空穴，總稱光生載流子。光生載流子在外加負偏壓和內建電場的共同作用下，在外電路中出現光電流，這就實現了輸出電信號隨輸入光信號變化的光電轉換作用。11.量子噪聲，光電檢測器噪聲、雪崩管倍增噪聲，光接收機中的熱噪聲，晶體管噪聲。12.f(E)=11?e(E?Ef)/KT

式中f(E)——費米分布函數，即能量為E的能級被一個電子占據的幾率。E——某一能級的能量值。K——波爾茲曼常數，K=1.38×10

?2

3J/K T——絕對溫度 Ef——費米能級

13.由于光波的傳播是由大量光子傳播來進行的。這樣大量的光量子其相位和幅度都是隨機的。因此，光電檢測器在某個時刻實際接收到的光子數是在一個統計平均值附近浮動，因而產生了噪聲。這就是量子噪聲，這就是量子噪聲，這也是量子噪聲的形成原因。

14.高速率的激光器，其譜線呈現多縱模譜線特性，而且各譜線的能量呈現隨機分配。因而單模光纖具有色散，所以激光器的各譜線（各頻率分量）經光纖傳輸之后，發生不同的延時，在接收端造成脈沖展寬。又因為各譜線的功率呈現隨機分布，因此當它們經過上述光纖傳輸后，在接收端取樣點得到取樣信號就會有強度起伏，至此引入了附加噪聲，這種噪聲就稱為模分配噪聲，這也是模分配噪聲產生的原因。

15.劣化分：1分鐘的誤碼率劣于1×10嚴重誤碼秒：1分鐘內誤碼率劣于1×10

?6。

?3誤碼秒：1秒內出現誤碼。

16.所謂接收靈敏度是指滿足給定誤碼率（BER）的條件下，光端機光接口R的最小平均光功率電平值。

所謂動態范圍是指在滿足給定誤碼率的條件下，光端機輸入連接器R點能夠接收的最大功率電平值LR與最小功率電平值LR（即接收靈敏度）之差。'D?L'R?LR

17.由于激光器發出的光波是由許多根線譜構成，而每根譜線的傳播速度不同，因而前后錯開，使合成的波形的寬度展寬，出現拖尾，造成相鄰兩光脈沖之間的相互干擾，這種現象稱為碼間干擾。這也是碼間干擾產生的原因。

18．可靠性是指產品在規定的條件下和規定的時間內，完成規定功能的能力。可靠度是指產品在規定的條件下和規定的時間內，完成規定功能的概率。可靠性對產品做出了定性的 分析，它反映了總的性能，可靠度對產品做出了定量的分析，它反映出一種數量特性。

19.若光纖數字通信系統由幾個部分串聯而成，系統的可靠度 表示為：

RS?R1?R2????????Rn

式中R1，R2，·······Rn分別是串聯系統中n個部分的可靠度。

RS?e??St?R1?R2????????Rn =e??1te??2t??????e??nt =e?(?1??2????????n)t

?S??1??2????????n???i?1ni

由上式可見，系統總的故障率等于各串聯部件故障率之和。

20.抖動容限的指標分為輸入抖動容限和無輸入抖動時的最大輸出抖動容限。

輸入抖動容限是指光纖通信系統（或設備）允許輸入脈沖存在抖動的范圍。

無輸入抖動時的最大輸出抖動容限是指輸入信號無抖動的情況下，光纖通信系統（或設備）輸出信號的抖動范圍。

21.①光波分復用器結構簡單、體積小、可靠性高

②不同容量的光纖系統以及不同性質的信號均可兼容傳輸

③提高光纖的頻帶利用率

④可更靈活地進行光纖通信組網 ⑤存在插入損耗和串光問題

22⑴傳輸媒質不同，WDM系統是光信號上的頻率分割，同軸系統是電信號上的頻率分割利用。

⑵在每個通路上，同軸電纜系統傳輸的是模擬信號4kHz語音信號，而WDM系統目前每個波長通路上是2.5Gbit/sSDH或更高速率的數字信號系統。

23當一定強度的光入射到光纖中時，會引起光纖材料的分子振動，低頻邊帶稱斯托克斯線，高頻邊帶稱反斯托克斯線，前者強度強于后者，兩者之間的頻差稱為斯托克斯頻率

24當兩個頻率間隔恰好為斯托克斯頻率的光波同時入射到光纖時，低頻波將獲得光增益，高頻波將衰減，高頻波的能量將轉移到低頻波上，這就是所謂的受激拉曼散射(SRS)。

25在理論上，克爾效應能夠引起下面三種不同的非線性效應，即自相位調制(SPM)、交叉相位調制(XPM)和四波混頻(FWM)。

26直接調制：即直接對光源進行調制，通過控制半導體激光器的注入電流的大小，改變激光器輸出光波的強弱，又稱為內調制。傳統的PDH和2.5Gbit／s速率以下的SDH系統使用的LED或LD光源基本上采用的都是這種調制方式。直接調制方式的特點是，輸出功率正比于調制電流，簡單、損耗小、成本低。一般情況下，在常規G.652光纖上使用時，傳輸距離≤100km，傳輸速率≤2.5Gbit/s。

27由于光纖中所傳信號的不同頻率成分，或信號能量的各種模式成分，在傳輸過程中，因群速度不同互相散開，引起傳輸信號波形失真，脈沖展寬的物理現象稱為色散。光纖色散的存在使傳輸的信號脈沖畸變，從而限制了光纖的傳輸容量和傳輸帶寬。從機理上說，光纖色散分為材料色散，波導色散和模式色散。前兩種色散由于信號不是單一頻率所引起，后一種色散由于信號不是單一模式所引起。28 G.652稱為非色散位移單模光纖，也稱為常規單模光纖其性能特點是：(1)在1310nm波長處的色散為零。

(2)在波長為1550nm附近衰減系數最小，約為0.22dB/km，但在1550nm附近其具有最大色散系數，為17ps/(nm2km)。

(3)這種光纖工作波長即可選在1310nm波長區域，又可選在1550nm波長區域，它的最佳工作波長在1310nm區域。G.652光纖是當前使用最為廣泛的光纖。G.653 稱為色散位移單模光纖。色散位移光纖是通過改變光纖的結構參數、折射率分布形狀，力求加大波導色散，從而將零色散點從1310nm位移到1550nm，實現1550nm處最低衰減和零色散波長一致。這種光纖工作波長在1550nm區域。它非常適合于長距離單信道光纖通信系統。

第五篇：《光纖通信技術》習題

《光纖通信導論》習題

1、填空題

* 光纖通信是以 為載頻，以 為傳輸介質的通信方式。* 1966年7月，英籍華人 博士從理論上分析證明了用光纖作為傳輸介質以實現光通信的可能性；1960年7月，美國科學家 發明了紅寶石激光器。

* 光纖通信系統的短波長窗口為，長波長窗口為。* 光纖通信系統的通信窗口波長范圍為。

* 在光通信發展史上，和 兩個難題的解決，開創了光纖通信的時代。

* 光纖的導光原理與結構特性可用 理論與 理論兩種方法進行分析。

* 單模光纖中不存在 色散，僅存在 色散，具體來講，可分為 和。

* 光纖色散參數的單位為，表示兩個波長間隔為 的光波傳輸 后到達時間的延遲

* 對純石英光纖，在λ= 處，色散參數D=DM+DW=0，這個波長稱為。

* 在單模光纖中，由于光纖的雙折射特性使兩個正交偏振分量以不同的群速度傳輸，也將導致光脈沖展寬，這種現象稱為 色散。* 單模傳輸條件是歸一化參量V。* 允許單模傳輸的最小波長稱為。

* 數值孔徑（NA）越大，光纖接收光線的能力就越，光纖與光源之間的耦合效率就越

* 光纜大體上都是由、和 三部分組成的。* 常用的光纜敷設方式有、和 等幾種。* 按纜芯結構的不同，工程中常用的光纜分為 式、式、式三種類型。

* 光纜線路的“三防”是指：、與。* 光纜的型號是由_________和________兩部分組成的。* 在半導體中，費米能級差必須超過 才能發生粒子數反轉。* 半導體光源的核心是。

* LD是一種 器件，它通過 發射發光，具有輸出功率、輸出光發散角、與單模光纖耦合效率、輻射光譜線 等優點。

* 衡量光接收機性能優劣的主要技術指標是、、及。

* 光無源器件是指不需要 就可工作的器件。

* 工程中常用的活動連接器的類型有、和 三種。* 光纖與光纖的連接方法有兩大類，一類是，另一類是。* 光衰減器有 和 兩種。

* 摻鉺光纖放大器采用 作為增益介質，在泵浦光激發下產生，在信號光誘導下實現。

* 摻鉺光纖放大器的三種泵浦方式分別是：、和。

* 摻鉺光纖放大器的三種應用方式分別是：、和。

* 拉曼光纖放大器利用了光纖傳輸的。* STM-1的速率是，STM-N的速率是 * SDH傳送一幀需 μs，每秒傳送 幀。

* 光波分復用的類型包括、和 三類。* 光纖通信系統的設計方法包括 和 二種。

* 光纖通信系統中繼距離的計算過程中，分為 預算和 預算兩種。

2、簡答題

必須掌握的概念

* 光纖通信為什么能夠成為一種主要的通信方式？

* 光纖通信系統由哪幾部分組成？并說明各部分在系統中所完成的功能。* 現有光纖通信使用的光波長有哪幾種？對應的頻率是多少？它們在整個電磁波譜中處在什么位置？

* 光纖通信系統采用怎樣的光源？這類光源具有什么優點？ * 什么是直接調制？什么是間接調制？各有何特點

* 常用的光無源器件有哪些？ * 對光纖連接有哪些技術要求？ * 簡述光衰減器的工作原理及作用 * 簡述光隔離器的工作原理及作用 * 簡述光開關的工作原理及用途 * 光纖活動連接器的結構 * 光環形器的工作原理及特點

* 光環形器在單纖雙向光纖通信中的應用

* 光環形器在色散補償方面的應用 * 光環形器在上下話路系統中應用 * 為何光纖通信中要進行色散補償

* 應用于商用系統的波分復用器有哪幾種？有何特點？

* 光放大器分為哪幾類？ * 簡述摻鉺光纖放大器的優點 * 簡述摻鉺光纖放大器（EDFA）的基本結構及其放大原理

* EDFA在光纖通信中的主要應用 * EDFA中摻鉺光纖結構及其光場分布 * EDFA的泵浦波長 * EDFA中的3dB飽和增益 * DWDM的優特點 * 設計一個DWDM系統

* 為何DWDM系統中需EDFA * 光纖光柵的結構特點和制造原理及方法應用 * 光纖光柵有那兩大結構特點，各對應什么法 * 如向用光纖光柵和環形器構成的多波長分插復用器

* 干涉濾波片型波分復用器 * 光纖光柵和環形器構成的波分復用器 * 光發射機基本組成及方框圖 * 數字光發射機的功能 * 光接收機中對光檢測器的要求 * mBnB碼

* “碼字數字和”(WDS)* 準同步數字系列(PDH)* 同步數字系列(SDH)* 與PDH相比SDH具有的特點 * SDH網絡的主要特點是？ * SDH網絡的網元設備有哪些？ * SDH幀結構

3、計算題

? 階躍折射率分布的光纖的芯徑d=2a為100μm，折射率n1=1.458，包層的折射率n2=1.450，在該光纖中傳輸的光波的波長λ=850nm。

（1）計算該光纖的V參數？

（2）估算在該光纖內傳輸的模式數量是多少？（3）計算該光纖的數值孔徑？

（4）計算該光纖單模工作的波長？（考試試卷A卷計算題）

? 已知均勻光纖纖芯的折射率為n1=1.5，相對折射率差△=0.01，芯半徑a=25μm，試求：

（1）LP01、LP02、LP11和LP12模的截止波長各為多少？

（2）若λ0=1μm，光纖的歸一化頻率V以及其中傳輸的模式數量M各等于多少

? 均勻光纖，若n1=1.5，λ0=1.3μm，試計算：

（1）若△=0.25，為了保證單模傳輸，其纖芯半徑應取多大？（2）若取a=5μm，為了保證單模傳輸，△應取多大？