【正文】 ）和光纖、或部件（設備）和部件（設備）的連接。暗電流會引起接收機噪聲增大。顯然響應時間越短越好。 1． PIN光電二極管的特性 （ 1）響應度和量子效率 響應度表征了光電二極管的光電轉(zhuǎn)換效率。圖 311（ c）所示的是它的電場強度隨位置變化的分布圖。 拉通型雪崩光電二極管（ RAPD）的結(jié)構(gòu)示意圖和電場分布如圖311所示。 1． APD的雪崩效應 APD的雪崩倍增效應，是在二極管的 PN結(jié)上加高反向電壓，在結(jié)區(qū)形成一個強電場；在高場區(qū)內(nèi)光生載流子被強電場加速，獲得高的動能，與晶格的原子發(fā)生碰撞，使價帶的電子得到了能量；越過禁帶到導帶，產(chǎn)生了新的電子 —空穴對；新產(chǎn)生的電子 —空穴對在強電場中又被加速，再次碰撞，又激發(fā)出新的電子 —空穴對 ……如此循環(huán)下去，形成雪崩效應，使光電流在管子內(nèi)部獲得了倍增。這樣可以提高其響應速度和轉(zhuǎn)換效率。對光檢測器的基本要求是： ① 對一定的入射光功率，能夠輸出盡可能大的光電流； ② 具有足夠快的響應速度，能夠適用于高速或?qū)拵到y(tǒng)； ③ 具有盡可能低的噪聲，以降低器件本身對信號的影響； ④ 具有良好的線性關(guān)系，以保證信號轉(zhuǎn)換過程中的不失真； ⑤ 具有較長的工作壽命。103 半導體光源的應用半導體光源的應用 LED通常和多模光纖耦合，用于 量、短距離的光通信系統(tǒng)。 （ 5）調(diào)制特性 調(diào)制頻率較低。驅(qū)動電流 I 較小時， P ?I 曲線的線性較好；當 I 過大時，由于 PN結(jié)發(fā)熱而產(chǎn)生飽和現(xiàn)象，使 P ?I 曲線的斜率減小。 LED分為兩大類：一類是面發(fā)光型 LED，另一類是邊發(fā)光型 LED，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 37所示。僅限于自發(fā)輻射，所發(fā)出的是熒光，是非相干光。96圖 35 GaAlAsGaAs激光器的輸出光譜97 （ 3）溫度特性 激光器的閾值電流和輸出光功率隨溫度變化的特性為溫度特性。 普通激光器工作在直流或低碼速情況下，它具有良好的單縱模譜線，所對應的光譜只有一根譜線，如圖 35（ a）所示。當 I＜ Ith時，發(fā)出的是熒光，光譜很寬，如圖 34（ a）所示。93 激光器工作特性激光器工作特性 （ 1）閾值特性 對于 LD，當外加正向電流達到某一數(shù)值時，輸出光功率急劇增加，這時將產(chǎn)生激光振蕩，這個電流稱為閾值電流，用 Ith 表示。 ③ 譜線寬度窄。 91圖 32 光學諧振腔的結(jié)構(gòu) 光學諧振腔的結(jié)構(gòu) 在激活物質(zhì)的兩端的適當位置，放置兩個反射系數(shù)分別為 r1和 r2的平行反射鏡 M1和 M2，就構(gòu)成了最簡單的光學諧振腔。90 （ 3）泵浦源 常采用泵浦源作為產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的外界激勵源。 如設低能級上的粒子密度為 N1，高能級上的粒子密度為 N2，在正常狀態(tài)下， N1 ＞ N2，總是受激吸收大于受激輻射。 ③ 在高能級 E2上的電子，受到能量為 hf12的外來光子激發(fā)時，使電子被迫躍遷到低能級 E1 上與空穴復合，同時釋放出一個與激光發(fā)光同頻率、同相位、同方向的光子（稱為全同光子）。87 激光器的工作原理激光器的工作原理 （ 1）光與物質(zhì)的三種作用形式 光與物質(zhì)的相互作用，可以歸結(jié)為光與原子的相互作用，將發(fā)生受激吸收、自發(fā)輻射、受激輻射三種物理過程。 光纖通信中常用的光源器件有半導體激光器和半導體發(fā)光二極管兩種。? 熟悉光源的驅(qū)動電路工作原理。? 無源光器件的功能及主要性能。? 光電檢測器： PIN和 APD光電二極管。82 （ 3）光纜型號例題 設有金屬重型加強構(gòu)件、自承式、鋁護套和聚乙烯護層的通信用室外光纜，包括 12根芯徑 /包層直徑為 50/125μm的二氧化硅系列多模突變型光纖和 5根用于遠供及監(jiān)測的銅線徑為 ，且在 ，光纖的損耗常數(shù)不大于 ，模式帶寬不小于 800MHz80 Ⅴ ： 適用溫度代號及其意義。 cc——表示模式帶寬的代號。 a——表示使用波長的代號，其數(shù)字代號規(guī)定如下： 1——波長在 ； 2——波長在 ； 3——波長在 。 Ⅱ ： 光纖類別的代號及其意義。 Ⅳ ： 護層代號及其意義為； Y——聚乙烯護層； V——聚氯乙烯護層； U——聚氨酯護層； A——鋁 聚乙烯粘結(jié)護層； L——鋁護套； G——鋼護套； Q——鉛護套； S——鋼 鋁 聚乙烯綜合護套。圖 234 光纜型式的組成部分74 圖中： Ⅰ ：分類代號及其意義為： GY——通信用室（野）外光纜； GR——通信用軟光纜； GJ——通信用室（局）內(nèi)光纜； GS——通信用設備內(nèi)光纜； GH——通信用海底光纜； GT——通信用特殊光纜。 ① 海底光纜 有淺海光纜和深海光纜兩種，圖 232所示為典型的淺海光纜，圖233所示是較為典型的深海光纜。圖 229 中心束管式帶狀光纜 圖 230 層絞式帶狀光纜69 （ 5）單芯結(jié)構(gòu)光纜 單芯結(jié)構(gòu)光纜簡稱單芯軟光纜，如圖 231所示。 圖 226所示的光纜結(jié)構(gòu)即屬護層增強構(gòu)件配制方式。 骨架結(jié)構(gòu)有中心增加螺旋型、正反螺旋型、分散增強基本單元型，圖 223（ b）為螺旋型結(jié)構(gòu)，圖 224為基本單元結(jié)構(gòu)。55 2．各種典型結(jié)構(gòu)的光纜 （ 1）層絞式結(jié)構(gòu)光纜 把經(jīng)過套塑的光纖繞在加強芯周圍絞合而構(gòu)成。 （ 1）纜芯 纜芯由光纖的芯數(shù)決定，可分為單芯型和多芯型兩種。 （ 3）室（局）內(nèi)光纜 ——適用于室內(nèi)布放的光纜。53 8．按傳輸導體、介質(zhì)狀況分 光纜可分為無金屬光纜、普通光纜和綜合光纜。 4．按光纖芯數(shù)多少分 可分為單芯光纜、雙芯光纜、四芯光纜、六芯光纜、八芯光纜、十二芯光纜和二十四芯光纜等。脈沖展寬將使前后光脈沖發(fā)生重疊，形成碼間干擾，碼間干擾將引起誤碼，因而限制了傳輸?shù)拇a速率和傳輸距離。 色散系數(shù)就是單位波長間隔內(nèi)光波長信號通過單位長度光纖所產(chǎn)生的時延差，用 D表示，單位是 ps/（ nm49 ① 材料色散 由于材料折射率隨光信號頻率的變化而不同，光信號不同頻率成分所對應的群速度不同，由此引起的色散稱為材料色散。圖 214 色散引起的脈沖展寬示意圖48 光纖的色散可分為模式色散、色度色散、偏振模色散。 在單模光纖中有兩個低損耗區(qū)域，分別在 1 310nm和 1 550nm附近，即通常說的 1 310nm窗口和 1 550nm窗口； 1 550nm窗口又可以分為 Cband（ 1 525nm～ 1 562nm）和 Lband（ 1 565nm～ 1 610nm）。實際中，有兩種情況的彎曲：一種是曲率半徑比光纖直徑大得多的彎曲；一種是微彎曲。 （ 1）吸收損耗 光纖吸收損耗是制造光纖的材料本身造成的損耗，包括紫外吸收、紅外吸收和雜質(zhì)吸收。43 光纖的傳輸特性光纖的傳輸特性 光纖的傳輸特性主要是指光纖的損耗特性、色散特性、機械特性和溫度特性。當通過光纖的能量密度過大時，會引起光纖的非線性效應，造成光纖通信系統(tǒng)的光信噪比降低，影響系統(tǒng)性能。 光纖的數(shù)值孔徑（ NA）對光源耦合效率、光纖損耗、彎曲的敏感性以及帶寬有著密切的關(guān)系，數(shù)值孔徑大，容易耦合，微彎敏感小，帶寬較窄。38 光纖的光學特性光纖的光學特性 光纖的光學特性有折射率分布、數(shù)值孔徑、模場直徑及截至波長等。 ITUT規(guī)定，纖芯 /包層同心度誤差 ≤6%（單模為＜ ），芯徑不圓度 ≤6%，包層不圓度（包括單模）＜ 2%。1μm。 2．包層直徑 包層直徑指光纖的外徑， ITUT規(guī)定，多模及單模光纖的包層直徑均要求為 125177。圖 211 自然光的色散36 光纖特性光纖特性 光纖的幾何特性 光纖的幾何特性包括芯直徑、包層直徑、纖芯 /包層同心度、不圓度和光纖翹曲度等。表 21 不同介 質(zhì) 的折射率材料 空氣 水 玻璃 石英 鉆 石折射率 ～ 34 當一條光線照射到兩種介質(zhì)相接的邊界時，入射光線分成兩束：反射光線和折射光線（如圖 29所示）。33 光纖的導光原理光纖的導光原理 1．折射和折射率 光線在不同的介質(zhì)中以不同的速度傳播，描述介質(zhì)的這一特征的參數(shù)就是折射率，或稱折射指數(shù)。這種光纖就是非零色散位移光纖（ NDSF）。其設計重點是降低 1 550nm的衰減，其零色散點仍然在 1 310nm附近，因而 1 550nm窗口的色散較高。 它的折射率分布如圖 28所示。 短波長光纖的波長為 （ ～ ） 長波長光纖的波長為 ～ ，主要有 。如圖 25和圖 26所示。 傳播模式概念：當光在光纖中傳播時，如果光纖纖芯的幾何尺寸遠大于光波波長時，光在光纖中會以幾十種乃至幾百種傳播模式進行傳播。圖 22 套塑光纖結(jié)構(gòu)22 2．光纖的折射率分布與光線的傳播 圖 23所示為兩種典型光纖的折射率分布情況。 直徑 d2=125μm，其成分也是含有極少量摻雜劑的高純度 SiO2。圖 21 光纖的結(jié)構(gòu)20 （ 1）纖芯：纖芯位于光纖的中心部位。? 了解光纖的導光原理。? 光纖的特性。? 光纖的導光原理。核心網(wǎng)層面、城域網(wǎng)層面、局域網(wǎng)層面等。 （ 3）光纖寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)及光纖用戶線。光收器件一般是 PIN和APD。圖 12 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)方框圖10 光發(fā)射機的作用就是進行電 /光轉(zhuǎn)換，并把轉(zhuǎn)換成的光脈沖信號碼流輸入到光纖中進行傳輸。表 11 各種單位的換算公式c＝ 3108m/s 1MHz（兆赫）＝ 106 Hzλ＝ c/f 1GHz（吉赫）＝ 109 Hz1μm（微米）＝ 10?6m 1THz（太赫）＝ 1012Hz1nm（ 納 米）＝ 10?9m 1PHz（拍赫）＝ 1015 Hz1197。波長再短就是 X射線、 γ射線。 （ 3）光纖通信系統(tǒng) 從小容量到大容量、從短距離到長距離、從 PDH → SDH → DWDM。 2．光纖通信發(fā)展的實質(zhì)性突破 1970年美國康寧公司制造出當時世界上第一根超低損耗光纖。3學習本章的目的和要求學習本章的目的和要求? 掌握光纖通信的概念。? 光纖通信的發(fā)展趨勢。光纖通信原理與系統(tǒng)光纖通信原理與系統(tǒng)1第第 1章章 光纖通信概述光纖通信概述2本章內(nèi)容、重點和難點本章內(nèi)容、重點和難點? 光纖通信的發(fā)展現(xiàn)狀。? 光纖通信的特點與應用。本章難點? 光纖通信的光波波譜。4 光纖通信的發(fā)展現(xiàn)狀光纖通信的發(fā)展現(xiàn)狀 1．光纖通信發(fā)展的里程碑 1966年高錕博士發(fā)表的論文 《 用于光頻的光纖表面波導 》 。 光接收器件： SiPIN → APD。 可見光由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種顏色的連續(xù)光波組成，其中紅光的波長最長，紫光的波長最短。 各種單位的換算公式如表 11所示。由光發(fā)射機、光纖和光接收機組成。 光接收機的作用就是進行光 /電轉(zhuǎn)換。 （ 2）局域網(wǎng)中的應用。 （ 5）滿足不同網(wǎng)絡層面的應用。14 光纖通信的發(fā)展趨勢 1．目前的進展情況 （ 1）光纖通信的基礎研究方面 （ 2）光纖研制方面 （ 3）無源光器件研制方面 （ 4）光傳輸設備和系統(tǒng)的研究方面 （ 5）光接入網(wǎng)的研究方面 （ 6）理論研究方面 15 2．發(fā)展趨勢 （ 1）向超高速系統(tǒng)發(fā)展 （ 2）向超大容量 WDM系統(tǒng)演進 （ 3）向光傳送網(wǎng)方向發(fā)展 （ 4）向 （ 5）向?qū)拵Ч饫w接入網(wǎng)方向發(fā)展16第第 2章章 光纖和光纜光纖和光纜 17本章內(nèi)容、重點和難點本章內(nèi)容? 光纖的結(jié)構(gòu)和類型。本章重點? 光纖的結(jié)構(gòu)和類型。18學習本章目的和要求? 掌握光纖的結(jié)構(gòu)和類型。19 光纖的結(jié)構(gòu)和類型光纖的結(jié)構(gòu)和類型 光纖的結(jié)構(gòu) 1. 光纖結(jié)構(gòu) 光纖由纖芯、包層和涂覆層 3部分組成，如圖 21所示。 （ 2）包層：包層位于纖芯的周圍。 松套光纖，就是在光纖涂覆層外面再套上一層塑料套管，光纖可以在套管中自由活動。圖 25 光在階躍折射率多模光纖中的傳播圖 26 光在漸變折射率多模光纖中的傳播24 光纖的分類光纖的分類 （ 1） 若按傳輸模的數(shù)量分類可分為多模光纖和單模光纖 （ 2）若按傳輸波長分類可分為短波長光纖和長波長光