第六章 光纤通信技术.ppt

第六章光纤通信技术
第一节光纤通信的组成及特点
一、光纤通信所用的波长及其优点
1、光波波长:微米级 — μm 频率 1014-1015Hz
2、光纤通信优点:
①可供利用的频带宽(光波频率高)、适合高速宽带信息的传输。
②光纤损耗低()可大大增加通信距离。
③光纤抗干扰能力强
④保密性好
⑤光纤原材料是石英,来源丰富。光缆轻,便于敷设。
2、光纤通信系统组成
①概念:以光波作载波,以光纤作传输介质的系统。
②组成
信息源
信宿
电发射机
电接收机
光发射机
光接收机
光纤线路
基本光纤传输系统
③分类
模拟光纤
通信系统:
数字光纤
通信系统:
传输的信号是模拟信号。小容量、短距离
传输的信号是数字信号。高速率、大容量、长距离
第二节光纤与光缆
一、光纤(光导纤维)
(一)结构
多模纤芯直径50-80μm
包层直径125μm
包层
纤芯
纤芯:传导光波。
包层:使光波封闭在光纤中传播、减少损耗、增加
光纤机械强度。
纤芯
包层
n1
n2
(二)材料:主要成分:石英(siO2)
GeO2 ·SiO2 ----锗硅系光纤。
P2O5 ·SiO2 ----磷硅系光纤。
纤芯
折射率较石英高
包层:
SiO2中掺 B2O3 或氟
折射率较石英低
光在光纤中传输的必要条件是: n1 >n2
(三)分类
阶跃折射率光纤
梯度折射率光纤
按折射率
变化情况
n1
n2
n1
n2
轴向距离
n1
n2
折射率
折射率
轴向距离
单模光纤
按模式分
多模光纤
只传输单一的电磁场模式
同时传输多种电磁场模式
φ
θ
i
r
θ
(四)光纤导光的原理
n1
n2
n0
二、光缆
第三节光源与光检测器
一、光源
(一)概述
1、种类
2、材料:
半导体激光器: 单色性好、相干性好、方向性强、用于长距离通信
半导体发光二极管:发光功率小、方向性差、短距离通信
砷化镓(GaAs)
(二)发光的基本原理(光吸收、光反射)
其中: H--普朗克常数 ×10-34J·S
能级E1 E2 E1-E2 =h1γ21
1、光的自发辐射(无外界作用)
2、光的受激辐射(外界影响)
特点:受辐射产生的光子,与外来的光子特征完全相同。即频率、相位、偏振态、振动方向和传播方向均相同(全同光子),经光的放大作用后形成相干光即激光。
自发跃迁 E2→E1
释能
以热能形式
以光子的形式
特点:光子频率可能不同,光子方向随机、相位、偏振态彼此无关。即荧光。
3、光的受激吸收
电子
吸收光子
E1→E2
正常情况下,低能态的电子比高能级的多,因此总是表现为光的吸收,为实现光的放大效应必须使高能级的电子数大于低能级的电子数这就是所谓的粒子数反转分布。
(三)半导体激光器
1、简单的砷化镓(GaAs)激光器构造
激光出
激活媒质
解理面
N
P
砷化镓掺杂
N区:掺Te
P区:掺Zn
2、半导体激光器的工作原理
半导体光源利用在注入电流的作用下,电子从低能态跃迁至高能态形成粒子数反转分布,电子再从高能态跃迁至低能态产生光子,经谐振腔放大后光被进一步放大并产生振荡向外输出。
P
N
自建电场
空间电荷区
导带
价带
P区
N区