21世紀高等學校通信類系系列教材高等學校電子信息類規劃教材光纖通信劉增基周洋溢胡遼林周綺麗編著西西安電子科技大學出版社21世紀高等學校通信類系系列教材高等學校電子信息類規劃教材光纖通信劉增基周洋溢胡遼林周綺麗編著西西安電子科技大學出版社第1章概論第2章光纖和光纜第3章通信用光器件第4章光端機第5章數字光纖通信系統*第6章模擬光纖通信系統第7章光纖通信新技術第8章光纖通信網絡

目錄1·1光纖通信發展的歷史和現狀1·2光纖通信的優點和應用1·3光纖通信系統的基本組成第1章概論返回主目錄什么是通信？“通”傳送，“信”信息；信息的傳送基本組成：發送、傳輸、接收什么是光纖通信？利用激光作為信息的載波信號，并通過光纖來傳送信息的通信系統。什么是通信？“通”傳送，“信”信息；信息的傳送基本組成：發送、傳輸、接收什么是光纖通信？利用激光作為信息的載波信號，并通過光纖來傳送信息的通信系統。光纖通信是人類科學技術的重大突破，光纖通信已成為現代信息社會的神經系統光纖----信息社會的標志

現代通信方式示意圖用戶環路交換設備電復接設備衛星通信微波通信光纖通信移動通信發送機接收機傳輸系統用戶終端用戶終端信息信息用戶終端用戶終端用戶環路交換設備電復接設備信息信息

現代通信方式示意圖用戶環路交換設備電復接設備衛星通信微波通信光纖通信移動通信發送機接收機傳輸系統用戶終端用戶終端信息信息用戶終端用戶終端用戶環路交換設備電復接設備信息信息信息指用戶要求傳送的語音、圖像、數據以及它們的各種組合用戶環路交換設備電復接設備衛星通信微波通信光纖通信移動通信發送機接收機傳輸系統用戶終端用戶終端信息信息用戶終端用戶終端用戶環路交換設備電復接設備信息信息

現代通信方式示意圖用戶終端交換設備接入網電復接設備傳輸系統

現代通信方式示意圖用戶環路交換設備電復接設備衛星通信微波通信光纖通信移動通信發送機接收機傳輸系統用戶終端用戶終端信息信息用戶終端用戶終端用戶環路交換設備電復接設備信息信息光纖通信經過30年的技術發展目前正在淘汰著其他的有線通信方式

1.1光纖通信發展的歷史和現狀

1.1.1探索時期的光通信討論光通信的幾個重要時期：1、1880年，美國人貝爾(Bell)發明了用光波作載波傳送話音的“光電話”，見圖1。

特點:

1）沒有理想的光源和傳輸介質，這種光電話的傳輸距離很短，并沒有實際應用價值，因而進展很慢。2）光電話仍是一項偉大的發明，它證明了用光波作為載波傳送信息的可行性。因此，可以說貝爾光電話是現代光通信的雛型。調制器語音電信號電/光光源光信號大氣解調器受話器光/電圖1“光電話”原理示圖透鏡振動鏡片硅光電池2.1960年，美國人梅曼(Maiman)發明了第一臺紅寶石激光器，給光通信帶來了新的希望。

激光和普通光相比：激光具有波譜寬度窄，方向性極好，亮度極高，以及頻率和相位較一致的良好特性。激光是一種高度相干光，它的特性和無線電波相似，是一種理想的光載波。繼紅寶石激光器之后，氦—氖(He-Ne)激光器、二氧化碳(CO2)激光器先后出現，并投入實際應用。激光器的發明和應用，使沉睡了80年的光通信進入一個嶄新的階段。美國麻省理工學院利用He-Ne激光器和CO2激光器進行了大氣激光通信試驗。實驗證明：用承載信息的光波，通過大氣的傳播，實現點對點的通信是可行的，但是通信能力和質量受氣候影響十分嚴重。固體激光器(例如摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG)激光器)的發明大大提高了發射光功率，延長了傳輸距離，但是大氣激光通信的穩定性和可靠性仍然沒有解決。解決方案：把激光束限制在特定的空間內傳輸。因而提出了透鏡波導和反射鏡波導的光波傳輸系統。從理論上講是可行的，但在實際應用中遇到了不可克服的困難。缺點：1）不實用，安裝復雜2）深埋或在人車稀少的地區實用。由于沒有找到穩定可靠和低損耗的傳輸介質，對光通信的研究曾一度走入了低潮。

1.1.2現代光纖通信（解決傳輸媒質問題）幾個重要時期1.1966年，英籍華裔學者高錕(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)發表了關于傳輸介質新概念的論文，指出了利用光纖(OpticalFiber)進行信息傳輸的可能性和技術途徑，奠定了現代光通信——光纖通信的基礎。2.光纖制造方面:1970年，光纖研制取得了重大突破。在當年，美國康寧(Corning)公司就研制成功損耗20dB/km的石英光纖。它的意義在于：使光纖通信可以和同軸電纜通信競爭，從而展現了光纖通信美好的前景。光纖通信發明家高錕(左)

1998年在英國接受IEE授予的獎章光源的發展：1970年，激光器的壽命只有幾個小時。到1977年可達10萬小時（約11.4年）；激光器的發射波長出現了1.3um,1.55um3、由于光纖與激光器的技術進步：1976年，美國在亞特蘭大(Atlanta)進行了世界上第一個實用光纖通信系統的現場試驗，系統采用GaAlAs激光器作光源，多模光纖作傳輸介質，速率為44.7Mb/s，傳輸距離約10km。隨著時間的推移，光纖通信系統性能在傳輸速度和距離方面有了迅猛發展。P3———————————通信網

光纖通信器件的發展過程雛形：古代烽火、手旗、燈光1880年貝爾的光電話------大氣激光通信激光器(發送源）光纖(傳輸介質)1960Maiman發明紅寶石激光器1962半導體激光器誕生(GaAs870nm)70年代室溫工作LD(GaAsAI850nm)1300、1550nm多模LD單模LD1951醫用玻璃纖維(損耗1000dB/km)1966高錕理論預言1970康寧制出低損耗光纖(20dB/km)1300(0.5dB/km),1550nm(0.2dB/km)低損耗窗口光纖開發單模光纖4、自從1966年以來光纖通信的發展可以粗略地分為三個階段：第一階段(1966~1976年)，這是從基礎研究到商業應用的開發時期。在這個時期，實現了短波長(0.85μm)低速率(45或34Mb/s)多模光纖通信系統，無中繼傳輸距離約10km。第二階段(1976~1986年)，這是以提高傳輸速率和增加傳輸距離為研究目標和大力推廣應用的大發展時期。在這個時期，光纖從多模發展到單模，工作波長從短波長(0.85μm)發展到長波長(1.31μm和1.55μm)，實現了工作波長為1.31μm、傳輸速率為140~565Mb/s的單模光纖通信系統，無中繼傳輸距離為100~50km。第三階段(1986~1996年)，這是以超大容量超長距離為目標、全面深入開展新技術研究的時期。在這個時期，實現了1.55μm色散移位單模光纖通信系統。采用外調制技術，傳輸速率可達2.5~10Gb/s，無中繼傳輸距離可達150~100km。實驗室可以達到更高水平。目前，正在開展研究的光纖通信新技術，例如，超大容量的波分復用(WavelengthDivisionMultiplexing,WDM)光纖通信系統和超長距離的光孤子(Soliton)通信系統，將在第7章作介紹。1970年，光纖研制取得了重大突破。在當年，美國康寧(Corning)公司就研制成功損耗20dB/km的石英光纖。它的意義在于：使光纖通信可以和同軸電纜通信競爭，從而展現了光纖通信美好的前景。1972年康寧公司高純石英多模光纖損耗4dB/km1973年貝爾(Bell)實驗室2.5dB/km1974年貝爾(Bell)實驗室1.1dB/km1976年日本電報電話(NTT)公司0.47dB/km1979年0.20dB/km,1984年0.157dB/km1986年0.154dB/km，接近光纖損耗的理論極限1970年，作為光纖通信用的光源也取得了實質性的進展。當年，美國貝爾實驗室、日本電氣公司(NEC)和前蘇聯先后突破了半導體激光器在低溫(-200℃)或脈沖激勵條件下工作的限制，研制成功室溫下連續振蕩的鎵鋁砷(GaAlAs)雙異質結半導體激光器(短波長)。

雖然壽命只有幾個小時，但其意義是重大的，它為半導體激光器的發展奠定了基礎。1973年，半導體激光器壽命達到7000小時。1977年，貝爾實驗室研制的半導體激光器壽命達到10萬小時(約11.4年)，完全滿足實用化的要求。在這個期間，1976年日本電報電話公司研制成功發射波長為1.3μm的銦鎵砷磷(InGaAsP)激光器，1979年美國電報電話(AT&T)公司和日本電報電話公司研制成功發射波長為1.55μm的連續振蕩半導體激光器。

由于光纖和半導體激光器的技術進步，使1970年成為光纖通信發展的一個重要里程碑。

1976年，美國在亞特蘭大(Atlanta)進行了世界上第一個實用光纖通信系統的現場試驗，系統采用GaAlAs激光器作光源，多模光纖作傳輸介質，速率為44.7Mb/s，傳輸距離約10km。1980年，美國標準化FT-3光纖通信系統投入商業應用，系統采用漸變型多模光纖，速率為44.7Mb/s。隨后美國很快敷設了東西干線和南北干線，穿越22個州光纜總長達5×104km。1976年和1978年，日本先后進行了速率為34Mb/s，傳輸距離為64km的突變型多模光纖通信系統，以及速率為100Mb/s的漸變型多模光纖通信系統的試驗。1983年敷設了縱貫日本南北的光纜長途干線，全長3400km，初期傳輸速率為400Mb/s，后來擴容到1.6Gb/s。隨后，由美、日、英、法發起的第一條橫跨大西洋TAT-8海底光纜通信系統于1988年建成，全長6400km；第一條橫跨太平洋TPC-3/HAW-4海底光纜通信系統于1989年建成，全長13200km。從此，海底光纜通信系統的建設得到了全面展開，促進了全球通信網的發展。1966年高錕提出光纖作為傳輸介質的概念以來，光纖通信從研究到應用，發展非常迅速：技術上不斷更新換代，通信能力(傳輸速率和中繼距離)不斷提高，應用范圍不斷擴大。

1976年美國亞特蘭大第一個實用光纖通信系統試驗1986年光纖通信系統在全球廣泛應用(從提出光纖作為傳輸介質的概念,到用廣泛應用,20年時間)高錕------光纖之父

1.1.3國內外光纖通信發展的現狀1976年美國在亞特蘭大進行的現場試驗，標志著光纖通信從基礎研究發展到了商業應用的新階段。此后，光纖通信技術不斷創新：1）光纖從多模發展到單模，工作波長從0.85μm發展到1.31μm和1.55μm，傳輸速率從幾十Mb/s發展到幾十Gb/s。2）光纖價格不斷下降，應用范圍不斷擴大：從初期的市話局間中繼到長途干線進一步延伸到用戶接入網。3）從單一類型信息的傳輸到多種業務的傳輸。目前光纖已成為信息寬帶傳輸的主要媒質，光纖通信系統將成為未來國家信息基礎設施的支柱。光纖通信系統的發展歷程光纖通信追求目標:大容量、長距離技術發展：短波長-長波長、多模光纖-單模光纖、多模激光器-單模激光器通信系統容量：比特率-距離積BL，B比特率，

L中繼距離每秒鐘傳輸的比特數目。光纖通信技術的發展大體上可分為：工作波長光纖激光器比特率B中繼距離L第一代70年代850nm多模多模10～100Mb/s10Km第二代80年代初1300nm多模單模多模100Mb/s1.7Gb/s20Km50Km第三代80年代中～90年代初1550nm單模單模2.5Gb/s～10Gb/s100Km光纖通信技術的發展大體上可分為:（續）工作波長光纖激光器比特率B中繼距離L第四代90年代1550nm單模單模2.5Gb/s10Gb/s21000Km（環路）1500Km光放大系統第五代1550nm單模單模波分復用WDM單路速率:40,160,640Gb/s信道數:8,16,64,128,1022超長傳輸距離:27000Km(Loop)6380(Line)目前研究內容WDM光網絡；全光分組交換；光時分復用；光孤子通信；新型的光器件光纖通信技術的三次飛躍(1)20世紀60年代。1962年第一只半導體激光器誕生，隨后半導體光檢測器也研究成功。特別是1966年英籍華人科學家高錕與Hockham提出用玻璃可以制成衰減為20dB/km的通信光導纖維，1970年美國康寧公司首先制出了20dB/km的光纖，這標志著光纖通信系統的實際研究條件得以具備。20世紀70年代。1970年發明了LD的雙異質結構，使得光源與光檢測器的壽命都達到了10萬小時的實用化水平。1979年發現了光纖1310nm和1550nm新的低損耗窗口，緊接著單模光纖問世。光纖的衰減系數一下降到0.5dB/km。這使得光纖通信邁進了實用化階段，從80年代初開始光纖通信便大步地邁向了市場。光纖通信技術的三次飛躍(2)20世紀90年代初。1989年摻鉺光纖放大器EDFA的研制成功是光纖通信新一輪突破的開始。EDFA的應用不僅解決了光纖傳輸衰減的補償問題，而且為一批光網絡器件的應用創造了條件。使得光纖通信的數字傳輸速率迅速提高，促成了波分復用技術的實用化。光纖通信技術的三次飛躍(3)光纖通信超高速大容量長距離網絡化一根光纖中可同時傳輸一百多路信號，采用特殊技術甚至可以同時傳輸1022路單路速率不斷提升，已達到10、20、40Gb/s采用OTDM技術甚至可達640Gb/s各種通信技術的快速發展使上千甚至上萬公里的長距離傳輸成為可能全光網成為目前光通信領域最熱門的話題之一EducationTelephoneTravelEntertainmentHealth……AllservicesNetworktrafficisgrowing!!Thewholeworldisinmymind!!DemandforBroadbandwidthOpticalnetworkingShoppingBanking21世紀的通信業務全球通信業務需求估計用戶增加；每個用戶的業務量增加；服務質量的提高；通信容量需求急增光纖通信最具代表性技術

－波分復用WDM和光纖放大器EDFA

40G器件關鍵原材料光纖預制棒網絡管理系統測試設備光纖光纜光傳輸/交換設備光無源器件光有源器件運營商網絡集成商光纖通信的產業鏈全球光纖通信主要供應商ComponentsandModulesinDWDMNetworks

DWDMThinfilmfiltersFibergratingsWaveguidesCirculatorsInterleaversMux/Demux

modulesAmplifiersIsolatorsTapcouplersPumplasersGainequalizersAttenuatorsIntegrated

amplifiersSOAsOpticalSwitchesCirculatorsCouplersAdd/dropmodulesSwitchingTransmissionSourcelasersModulatorsWavelockersReceiversDetectorsTx/RxmodulesOver9000Products表1.1世界成纜光纖市場銷售量

年份19941995199619971998199920002001光纖銷售總長度/104km18102300290034704070473055806570表1.2世界市場單模光纖平均價格

年份19941995199619971998199920002001價格/($·km-1)6867726960524644實際銷售量比預測的數字還要大，到1998年底，僅單模光纖的銷售量就達到4110×104km，見表1.3。隨著光纖產量的增加，價格逐年下降，促進了光纖在各個領域的應用和新技術的研究，推動著光纖產業不斷向前發展。表1.3世界成纜單模光纖市場銷售量年份199819992000200120022003光纖銷售總長度/104km411046005350623072008110光纖通信整體發展時間表1974197619781980198219841986198819901992

100000

1000010001001010.1

0.8μm多模1.3μm單模1.55μm直接檢測光孤子光放大器1.55μm相干檢測系統性能(Gb/s?Km）1.1.4光纖通信的發展趨勢1.時分復用(TDM)方式向超高速系統發展2.波分復用(WDM)方式向密集化方向發展

3.新型光纖不斷發展4．向寬帶光纖接入網方向發展5．新型器件和高新技術在光纖通信系統的應用6．全光通信網絡1.2光纖通信的優點和應用1.2.1光通信與電通信的比較光波與電波雖然光波和電波都是電磁波，但是頻率差別很大。圖1.12.從信息傳輸的角度，衡量通信系統的指標是信息傳輸容量和傳輸距離。傳輸容量取決于對載波調制的頻帶寬度，載波頻率越高，頻帶寬度越寬。因此開拓頻率更高的光波應用，就成為通信技術發展的必然。同軸電纜、波導管與光纖的損耗特性圖1.2圖1.1部分電磁波頻譜光纖通信用的近紅外光(波長約1μm)的頻率(約300THz)比微波(波長為0.1m~1mm)的頻率(3~300GHz)高3個數量級以上。T=1012微波3GHz300GHz300THz光纖通信圖1.2各種傳輸線路的損耗特性同軸電纜：f信號增大，損耗增大；增大尺寸，損耗減少，但保持單一模式傳輸要求尺寸不變。光纖采用新工藝，在寬波長范圍內，可獲得很小的損耗。

1.2.2光纖通信的優點在光纖通信系統中，作為載波的光波頻率比電波頻率高得多，而作為傳輸介質的光纖又比同軸電纜或波導管的損耗低得多，因此相對于電纜通信或微波通信，光纖通信具有許多獨特的優點。

1.容許頻帶很寬，傳輸容量很大光纖通信系統的容許頻帶(帶寬)取決于光源的調制特性、調制方式和光纖的色散特性。(零色散，幾十Ghz)

可以采用多種復用技術來增加傳輸容量。（最簡單是空用直徑125um)

減小光源譜線寬度和采用外調制方式，也是增加傳輸容量的有效方法,為了與同軸電纜通信和微波無線電通信比較，表1.4列出早已實現的單一波長光纖通信系統的傳輸容量和中繼距離。理論上一根光纖可通上億門話路或上萬套電視圖1.1部分電磁波頻譜圖1.1是相關的電磁波頻譜。光纖通信用的近紅外光(波長為0.7~1.7μm)頻帶寬度約為200THz，在常用的1.31μm和1.55μm兩個波長窗口頻帶寬度在20THz以上。(0.7μm~430THz,1.7μm~180THz)由于光源和光纖特性的限制，目前，光強度調制的帶寬一般只有20GHz，因此還有3個數量級以上的帶寬潛力可以挖掘。表1.4光纖通信與電纜或微波通信傳輸能力的比較

通信手段傳輸容量(話路)/條中繼距離/km1000km內中繼器個數微波無線電9605020小同軸9604250中同軸180061600光纜19203033光纜14000(1Gb/s)8411光纜6000(445MB/S)1347目前，單波長光纖通信系統的傳輸速率一般為2.5Gb/s和10Gb/s。采用外調制技術，傳輸速率可以達到40Gb/s。波分復用(WDM)和光時分復用(TDM)更是極大地增加了傳輸容量，見表1.５。表1.5WDM和TDM光纖通信試驗系統的傳輸能力復用技術傳輸容量/Gb·s-1傳輸距離/km跨距/km研制單位備注WDM20×1720T&TNECTDM1602020200103

106

50140NTTNTT法Telcom單通道環測WDM最高水平為132個信道，傳輸容量為20Gb/s×132=2640Gb/s。

2.損耗很小，中繼距離很長且誤碼率很小石英光纖在1.31μm和1.55μm波長，傳輸損耗分別為0.50dB/km和0.20dB/km，甚至更低。因此，用光纖比用同軸電纜或波導管的中繼距離長得多，見表1.4。目前，采用外調制技術，波長為1.55μm的色散移位單模光纖通信系統，若其傳輸速率為2.5Gb/s，則中繼距離可達150km；若其傳輸速率為10Gb/s，則中繼距離可達100km。采用光纖放大器、色散補償光纖，中繼距離還可增加，見表1.5。而且，在表1.5中所列的中繼距離下，傳輸的誤碼率極低(10-9甚至更小)。傳輸容量大、傳輸誤碼率低、中繼距離長的優點，使光纖通信系統不僅適合于長途干線網而且適合于接入網的使用，這也是降低每公里話路的系統造價的主要原因。

3.重量輕、體積小直徑125um。即使做成光纜，在芯數相同的條件下，其重量還是比電纜輕得多，體積也小得多。。項目8芯18芯光纜電纜光纜電纜重量/(kg·m-1)重量比0.4216.3150.4211126直徑/mm截面積比211475211659.6表1.6鋁/聚乙烯粘結護套(LAP)單元結構光纜和標準同軸電纜的重量和截面積的比較通信設備的重量和體積對許多領域特別是軍事、航空和宇宙飛船等方面的應用，具有特別重要的意義。

在飛機上用光纖代替電纜，不僅降低了通信設備的成本，而且降低了飛機的制造成本。例如，在美國A-7飛機上，用光纖通信代替電纜通信，使飛機重量減輕27磅(約12.247kg)，相當于飛機制造成本減少27萬美元。圖1-2-1光纖與電話雙絞線對比圖

4.抗電磁干擾性能好光纖由電絕緣的石英材料制成，光纖通信線路不受各種電磁場的干擾和閃電雷擊的損壞。無金屬光纜非常適合于存在強電磁場干擾的高壓電力線路周圍和油田、煤礦等易燃易爆環境中使用。光纖(復合)架空地線(OpticalFiberOverheadGroundWire,OPGW)是光纖與電力輸送系統的地線組合而成的通信光纜，已在電力系統的通信中發揮重要作用。

5.泄漏小，保密性能好在光纖中傳輸的光泄漏非常微弱，即使在彎曲地段也無法竊聽。沒有專用的特殊工具，光纖不能分接，因此信息在光纖中傳輸非常安全。保密性能好的這一特點，對軍事、政治和經濟都有重要的意義。

6.節約金屬材料，有利于資源合理使用制造同軸電纜和波導管的銅、鋁、鉛等金屬材料，在地球上的儲存量是有限的；而制造光纖的石英(SiO2)在地球上基本上是取之不盡的材料。制造8km管中同軸電纜，1km需要120kg銅和500kg鋁；而制造8km光纖只需320g石英。所以，推廣光纖通信，有利于地球資源的合理使用。總之，光纖通信不僅在技術上具有很大的優越性，而且在經濟上具有巨大的競爭能力，因此其在信息社會中將發揮越來越重要的作用。圖1.3給出各種通信系統相對造價與傳輸容量(話路數)的關系。圖1.3各種通信系統相對造價與傳輸容量的比較可見，隨著傳輸容量的增加，由于采用了新的傳輸媒質，使得相對造價直線下降。

1.2.3光纖通信的應用光纖可以傳輸數字信號，也可以傳輸模擬信號。光纖在通信網、廣播電視網與計算機網，以及在其它數據傳輸系統中，都得到了廣泛應用。光纖寬帶干線傳送網和接入網發展迅速，是當前研究開發應用的主要目標。光纖通信的各種應用可概括如下：

①通信網，包括全球通信網(如橫跨大西洋和太平洋的海底光纜和跨越歐亞大陸的洲際光纜干線)、各國的公共電信網(如我國的國家一級干線、各省二級干線和縣以下的支線)、各種專用通信網(如電力、鐵道、國防等部門通信、指揮、調度、監控的光纜系統)、特殊通信手段(如石油、化工、煤礦等部門易燃易爆環境下使用的光纜，以及飛機、軍艦、潛艇、導彈和宇宙飛船內部的光纜系統)。②構成因特網的計算機局域網和廣域網，如光纖以太網、路由器之間的光纖高速傳輸鏈路。③有線電視網的干線和分配網；工業電視系統，如工廠、銀行、商場、交通和公安部門的監控；自動控制系統的數據傳輸。④綜合業務光纖接入網，分為有源接入網和無源接入網，可實現電話、數據、視頻(會議電視、可視電話等)及多媒體業務綜合接入核心網，提供各種各樣的社區服務。

ATMInternet骨干網DDN/FRPSTN/ISDNTV業務分配節點(COT)業務接入節點（RT）網管SNMP與電信網管中心相連Q3100/1000ME1/BRA/PRA155M622MSDH典型應用之一：寬帶綜合業務光纖接入系統拓撲結構典型應用之二：作為校園網的骨干傳輸網1.3光纖通信系統的基本組成

光纖通信系統可以傳輸數字信號，也可以傳輸模擬信號。用戶要傳輸的信息多種多樣，一般有話音、圖像、數據或多媒體信息。圖1.4示出單向傳輸的光纖通信系統，包括發射、接收和作為廣義信道的基本光纖傳輸系統。光纖系統的實物flash

圖1.4光纖通信系統的基本組成(單向傳輸)光中繼

數字光纖通信系統的組成由光發射機、光纖光纜、中繼器與光接收機等基本單元組成。此外還包括一些互連與光信號處理器件，如光纖連接器、隔離器、調制器、濾波器、光開關及路由器、分插復用器ADM等。光源調制器驅動電路光發射機放大器光電二極管判決器光接收機光纖光纖中繼器基本光纖傳輸系統的三個組成部分1、光發送機組成框圖：

光源調制器通道耦合器電信號輸入光輸出驅動電路結構參數：發送功率，dbm概念光源光譜特性：輸出光功率足夠大，調制頻率足夠高，譜線寬度和光束發散角盡可能小，輸出功率和波長穩定，器件壽命長電信號對光的調制的實現方式

直接調制用電信號直接調制半導體激光器或發光二極管的驅動電流，使輸出光隨電信號變化而實現的。這種方案技術簡單，成本較低，容易實現，但調制速率受激光器的頻率特性所限制。

外調制把激光的產生和調制分開，用獨立的調制器調制激光器的輸出光而實現的。外調制的優點是調制速率高，缺點是技術復雜，成本較高，因此只有在大容量的波分復用和相干光通信系統中使用。

圖1.5兩種調制方案(a)直接調制；(b)間接調制(外調制)2.光纖線路

功能：是把來自光發射機的光信號，以盡可能小的畸變(失真)和衰減傳輸到光接收機

組成:光纖、光纖接頭和光纖連接器

低損耗“窗口”：普通石英光纖在近紅外波段，除雜質吸收峰外，其損耗隨波長的增加而減小，在0.85μm、1.31μm和1.55μm有三個損耗很小的波長“窗口”，見后圖。

光源激光器的發射波長和光檢測器光電二極管的波長響應，都要和光纖這三個波長窗口相一致。目前在實驗室條件下，1.55μm的損耗已達到0.154dB/km，接近石英光纖損耗的理論極限。0.70.80.91.01.11.21.31.41.5衰減（dB/km）第一窗口第二窗口波長——λ（μm）普通單模光纖的衰減隨波長變化示意圖6543210。40。2第三窗口

C波段1525~1565nm1.571.62L波段光纖的研究光纖：將光信號從光發射機無失真地傳送到光接收機。基本特性參數：損耗（dB/km）：直接影響通信距離。色散（ps/nm.km）：將引起光脈沖信號展寬和碼間串擾，影響通信距離和容量。為實現高速長距離傳輸，要求光纖具有低損耗和低色散特性。3、光接收機功能：是把從光纖線路輸出、產生畸變和衰減的微弱光信號轉換為電信號，并經放大和處理后恢復成發射前的電信號組成部分：耦合器，光電檢測器，解調器組成框圖：電子電路光輸入耦合器光電檢測器解調器電信號輸出結構參數：接收機靈敏度，定為BER≤10-9條件下，所要求的最小平無接收功率。檢測方式：直接檢測和外差檢測

1.3.3數字通信系統和模擬通信系統數字通信系統用參數取值離散的信號(如脈沖的有和無、電平的高和低等)代表信息，強調的是信號和信息之間的一一對應關系；

模擬通信系統則用參數取值連續的信號代表信息，強調的是變換過程中信號和信息之間的線性關系。這種基本特征決定著兩種通信方式的優缺點和不同時期的發展趨勢。基帶光纖電視傳輸系統演示數字通信系統的優點如下：①抗干擾能力強，傳輸質量好。②可以用再生中繼，傳輸距離長。③適用各種業務的傳輸，靈活性大。④容易實現高強度的保密通信。⑤數字通信系統大量采用數字電路，易于集成，從而實現小型化、微型化，增強設備可靠性，有利于降低成本。

模擬通信系統的優點占用帶寬較窄外，電路簡單易于實現、價格便宜等。1.4光纖通信要解決的基本問題

從信息傳輸的角度，人們希望光纖通信系統能將頻帶盡可能寬的信號以盡可能低的成本傳輸到盡可能遠的地方。為了實現這個目的，根據光纖傳輸系統的組成，在傳輸領域，光纖通信要解決光纖線路問題及基于光纖傳輸的光發射及光檢測問題。1．光纖線路問題

光纖線路是傳輸光信號的通道，與之相關的問題很多，具體有以下一些技術問題：（1）光纖的設計與制造問題。從通信的角度，作為傳輸介質的光纖的通信頻帶應盡可能寬，對光信號的損耗盡可能小，對光信號的的畸變也應盡可能小，并且機械性能能滿足實際工程使用要求。這就要解決光纖的材料問題、光纖的結構設計問題及光纖的制造問題。為充分利用密集波分復用通信技術挖掘光纖的帶寬資源，還必須根據密集波分復用通信的特點來設計光纖，研制開發適合不同需求的新型光纖。（2）光信號的放大問題。由于光纖對信號的衰減總是存在的，在光纖的傳輸線路中就需要解決光信號的放大問題，在密集波分復用通信中要求光放大器有足夠的帶寬，并且在帶寬范圍內增益要足夠平坦。（3）光信號碼型的控制問題。由于光纖的色散和非線性，對信號的畸變總是存在的，在光纖的傳輸線路中就需要解決光信號碼型的問題。（4）光通道中噪聲的抑制問題。在光纖線路中，由于多種因素的影響，有可能出現信道噪聲，為抑制信道噪聲，需解決信道的濾波問題。（5）光通道中反向噪聲的隔離問題。在光傳輸信道中，器件的連接、耦合及非線性等因素都可能引起與光傳輸方向相反方向的反向噪聲，這種噪聲會干擾激光器及光放大器等有源光器件的