光纖通信技術課件PPT

1、光纖通信技術光纖通信技術docin/sundae_meng學習意義學習意義 光纖通信技術在近30多年里得到了極大的發(fā)展，目前它和移動通信、衛(wèi)星通信已經(jīng)成為電信領域發(fā)展的基石。 掌握一些光纖通信技術有助于學習現(xiàn)代通信技術和拓寬知識面,為以后的學習深造和工作做好知識儲備。 從事管理、銷售工作； 從事技術開發(fā)、設備制造、科研、網(wǎng)絡運營及維護、工程施工及安裝等工作或考研。 docin/sundae_meng先修課程先修課程 通信系統(tǒng)原理模擬電路電磁場與微波技術 docin/sundae_meng目錄目錄第一章第一章 通信基礎知識通信基礎知識1第二章第二章 光纖光纖2第三章第三章 光纜光纜3第四章第四章

2、 光器件光器件4第五章第五章 光纖傳輸系統(tǒng)光纖傳輸系統(tǒng)5第六章光網(wǎng)絡第六章光網(wǎng)絡6docin/sundae_meng第一章第一章 通信基礎知識通信基礎知識學習目標學習目標1.了解通信技術發(fā)展簡史。2.掌握通信基本概念3.掌握業(yè)務傳輸技術特點。4.理解通信系統(tǒng)組成、分類和系統(tǒng)性能。5.掌握光纖通信系統(tǒng)及其組成的光網(wǎng)絡演進docin/sundae_meng1.1 1.1 通信技術簡史通信技術簡史1.1.1 科學技術發(fā)展科學技術發(fā)展 科學技術科學技術是利用“有關研究客觀事物存在及其相關規(guī)律的學說”能為自己所用，為大家所用的知識。 人類的科學技術發(fā)展史經(jīng)歷了古代、近代和現(xiàn)代古代、近代和現(xiàn)代三個階段。

3、古代科學技術古代科學技術的代表是材料科學技術 它的本質(zhì)是利用物質(zhì)資源制造質(zhì)料工具，如鋤頭、鐮刀、弓箭、棍棒等，擴展人類的體質(zhì)能力。 近代科學技術近代科學技術的代表是能量（源）科學技術 它的本質(zhì)是使用能源或者動力為資源創(chuàng)造動力工具，如機車、汽車、輪船、飛機等，擴展人類的體力能力。 現(xiàn)代科學技術現(xiàn)代科學技術是建立在材料科學技術和能源科學技術基礎上的信息科學技術 它的本質(zhì)是利用信息資源創(chuàng)造智能工具，如人工智能專家系統(tǒng)、智能機器人等，拓展人類的智能能力。 docin/sundae_meng 表1-1給出了人類科學技術發(fā)展歷程和本質(zhì)使命的簡要總結。docin/sundae_meng1.1.2 通信技術簡

4、史通信技術簡史 光纖通信光纖通信電通信電通信光通信光通信docin/sundae_meng 光通信光通信可以上溯西周時期建立的烽火臺作為軍事報警設施，下及當今指揮城市交通的信號燈和航海中使用的燈塔。 docin/sundae_meng 光通信光通信可以上溯西周時期建立的烽火臺作為軍事報警設施，下及當今指揮城市交通的信號燈和航海中使用的燈塔。 docin/sundae_meng 傳輸距離短光通信的缺點光通信的缺點傳遞信息量少docin/sundae_meng 為了使光通信光通信延長傳輸距離和增加傳遞信息內(nèi)容，1792年，法國工程師claude chappe（卻柏）發(fā)明了采用機械臂編碼來傳輸信息的

5、光電報，利用中間接續(xù)站（現(xiàn)在通信術語稱為中繼站）可以實現(xiàn)超過100km的通信。 docin/sundae_meng 1794年，世界上第一個光電報在法國的兩個城市巴黎和里爾投入商用，從而實現(xiàn)了相距200km的通信。圖1-1給出了claude chappe及其發(fā)明的光電報的示意圖。從中可以看到這個光電報通過轉(zhuǎn)動機械臂角度發(fā)出了一條由ch 、a、 p、 p 、e 5個字母組成的消息。這個非常有趣的消息恰好就是光電報發(fā)明人的名字 chappe。自1794年到1830年為止，法國光電報系統(tǒng)從巴黎延伸到意大利、德國、比利時的邊界。光電報系統(tǒng)是一種視距通信，其系統(tǒng)十分簡單、傳輸距離和傳遞信息量少，而其系統(tǒng)

6、十分簡單、傳輸距離和傳遞信息量少，而且保密性差。且保密性差。docin/sundae_meng1880年，美國人貝爾(bell)發(fā)明了用光波作載波傳送話音的“光電話”,通話距離達到213米。docin/sundae_meng光電話原理圖光電話原理圖光源 透鏡送話器反射鏡震動片光敏電池 貝爾用弧光燈或者太陽光作為光源，光束通過透鏡聚焦在話筒的震動片上。當人對著話筒講話時，震動片隨著話音震動而使反射光的強弱隨著話音的強弱作相應的變化，從而使話音信息“承載”在光波上（這個過程叫調(diào)制調(diào)制）。 在接收端，裝有一個拋物面接收鏡，它把經(jīng)過大氣傳送過來的載有話音信息的光波反射到硅光電池上，硅光電池將光能轉(zhuǎn)換成

7、電流（這個過程叫解調(diào)解調(diào)）。電流送到聽筒，就可以聽到從發(fā)送端送過來的聲音了。 接收鏡貝爾光電話是現(xiàn)代光通信的雛型貝爾光電話是現(xiàn)代光通信的雛型docin/sundae_meng1、為什么光通信傳輸?shù)木嚯x非常有限，這主要是因為，這種傳輸方式里面的傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)是“大氣”，損耗大，如果碰上雨、雪甚至霧霾天氣，信號甚至可能會中斷。 更深層次的原因，我們現(xiàn)代人都已經(jīng)知道了，是因為光是一種“波”，且波長很短（0.40.7 m ），它很容易被大氣中的“塵埃粒子”所阻擋。2、另外，bell的光電話是利用自然光（光源光源）作為載波，這種光的頻率和相位雜亂無章，不能用于大容量的通信。3、能否建立“光通道”如“波

8、導管”式的東西以減少損失（損耗）呢？是否可以找到新型的光源呢？docin/sundae_meng 研究人員曾經(jīng)將研究的重點轉(zhuǎn)入到地下光波通信的實驗，先后出現(xiàn)過反射波導和透鏡波導等地下通信的實驗，但由于造價太高而出現(xiàn)了夭折，致使光通信發(fā)展一度出現(xiàn)長期的低迷狀態(tài)。docin/sundae_meng 受英國物理學家john tyndall（約翰）在1870年做的”光可以在水流柱里傳輸”的影響，在1920-1950期間,人們發(fā)現(xiàn)在纖細的、有柔韌性的玻璃中和塑料光纖可以用于導光。 終于在1950年，有人采用“玻璃纖維”傳輸光，但損耗達到了1000db/km，即在1km的長度上傳輸，損耗達到10100倍，

9、這個數(shù)值顯然是太大了。 真正的奇跡是在1966年才出現(xiàn)。docin/sundae_meng 1966年，英籍華裔學者高錕高錕(c.k.kao)(c.k.kao)及其同事霍克哈姆(c.a.hockham)在其發(fā)表的研究論文中指出，“玻璃纖維”的嚴重損耗是由其里面所含雜質(zhì)（如銅、鐵、鉻等金屬離子）太多及石英玻璃拉制工藝的不均勻性產(chǎn)生的。論文介質(zhì)纖維表面光頻波導明確提出：1、如果能將光纖中過渡金屬離子減少到最低限度，并改進制造工藝，有可能使光纖損耗降到最低（預見可減小到20db/km以下）；2、光纖可以實現(xiàn)高速通信；3、給出了光纖原始結構。 高錕(c.k.kao)博士上述發(fā)現(xiàn)的重要意義在于：指出了光

10、纖高損耗的真正來源以及研制通信光纖的正確方向。這一發(fā)現(xiàn)直接導致了在其后數(shù)年內(nèi)通信光纖制造領域所發(fā)生的質(zhì)的飛躍，以及光纖通信產(chǎn)業(yè)的迅速興起。docin/sundae_meng光纖通信發(fā)明家高錕(左)2019年在英國接受iee授予的獎章；并于2009年，獲得諾貝爾物理學獎。獲得諾貝爾物理學獎。docin/sundae_meng19701970年，光纖研制取得了重大突破年，光纖研制取得了重大突破 美國康寧玻璃公司1970年首先研制出衰耗20db/km的光纖。光纖通信正式開始！ 據(jù)說康寧公司花費3000萬美元，得到30米光纖樣品，認為非常值得。這一突破，引起整個通信界的震動，世界發(fā)達國家開始投入巨大力

11、量研究光纖通信。docin/sundae_mengdocin/sundae_meng1972年，康寧公司高純石英多模光纖損耗降低到4db/km4db/km。1973年，美國貝爾(bell)實驗室的光纖損耗降低到2.5db/km2.5db/km。1974 年降低到1.1db/km1.1db/km。1976年，日本電報電話（ntt）公司將光纖損耗降低到0.47db/km0.47db/km（波長1.2 m ）。在以后的 10 年中，波長為1.55 m的光纖損耗： 1979 年是0.20 db/km0.20 db/km， 1984年是0.157 db/km0.157 db/km， 1986 年是0.1

12、54 db/km0.154 db/km， 接近了光纖最低損耗的理論極限光纖最低損耗的理論極限。 19701970年開始，光纖研制取得了重大突破年開始，光纖研制取得了重大突破docin/sundae_meng 1960年，美國人梅曼(t. h. maiman)發(fā)明了世界上第一臺紅寶石激光器。梅曼利用紅寶石晶體做發(fā)光材料，用發(fā)光度很高的脈沖氙燈做激發(fā)光源，獲得了人類有史以來的第一束激光。 1965年，第一臺可產(chǎn)生大功率激光的器件-二氧化碳激光器誕生。 1967年，第一臺射線激光器研制成功。 激光器的發(fā)明和應用，使沉睡了激光器的發(fā)明和應用，使沉睡了8080年的年的光通信進入到了一個嶄新的階段。光通信

13、進入到了一個嶄新的階段。 在光纖突飛猛進的同時，光源光源的研究工作也有了起色docin/sundae_meng1970年，美國貝爾實驗室、日本電氣公司(nec)和前蘇聯(lián)先后研制成功室溫下連續(xù)振蕩的鎵鋁砷(gaalas)雙異質(zhì)結半導體激光器(短波長0.850m)。雖然壽命只有幾個小時，但它為半導體激光器的發(fā)展奠定了基礎。 1973 年，半導體激光器壽命達到7000小時。 1976年，日本電報電話公司研制成功發(fā)射波長為1.3m的銦鎵砷磷(ingaasp)激光器。1977 年，貝爾研究所和日本電報電話公司幾乎同時研制成功壽命達100萬小時（實用中10年左右）的半導體激光器。1979年美國電報電話(a

14、t&t)公司和日本電報電話公司研制成功發(fā)射波長為1.55m的連續(xù)振蕩半導體激光器。 由于光纖和半導體激光器的技術進步，使由于光纖和半導體激光器的技術進步，使19701970年成為年成為光纖通信發(fā)展的一個重要里程碑。光纖通信發(fā)展的一個重要里程碑。1970年，光纖通信用光源光源取得了實質(zhì)性的進展docin/sundae_meng實用實用光纖通信系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng)的前期發(fā)展的前期發(fā)展 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(tǒng)的現(xiàn)場試驗（gaalas ld、多模光纖、10km、44.7mbps）。 1980年，美國標準化ft-3光纖通信系統(tǒng)投入商業(yè)應用。 1

15、976年和1978年，日本先后進行了速率為34mbps的突變型多模光纖通信系統(tǒng)，以及速率為100mbps的漸變型多模光纖通信系統(tǒng)的試驗。 1983年敷設了縱貫日本南北的光纜長途干線。 隨后，由美、日、英、法發(fā)起的第一條橫跨大西洋tat-8海底光纜通信系統(tǒng)于1988年建成。 第一條橫跨太平洋tpc-3/haw-4海底光纜通信系統(tǒng)于1989年建成。從此，海底光纜通信系統(tǒng)的建設得到了全面展開，促進了全球通信網(wǎng)的發(fā)展。 因此，全球通信界業(yè)一直公認，因此，全球通信界業(yè)一直公認，1976年是光纖通信的元年。年是光纖通信的元年。docin/sundae_meng1978年，模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)投入使用（未商

16、用）。 1980年，有線電視和綜合業(yè)務數(shù)字業(yè)務。1988年，寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)。1991年，全球移動通信系統(tǒng)進入商用。2019年，美籍華裔科學家歷鼎毅倡導利用波分復用技術，即利用簡單的光器件就可以在單根光纖中實現(xiàn)了大容量的傳輸，進而大大地降低了傳輸系統(tǒng)的成本。2019年，美國開通了數(shù)字電視業(yè)務，進一步提高電視業(yè)務清晰度和服務質(zhì)量。2019年，具有寬帶綜合業(yè)務能力的第三代移動通信系統(tǒng)投入應用。 docin/sundae_meng 2019年1月13日，在國務院常務會議上提出了電信網(wǎng)電信網(wǎng)、電視網(wǎng)電視網(wǎng)和因特網(wǎng)三網(wǎng)融合因特網(wǎng)三網(wǎng)融合。 統(tǒng)一通信統(tǒng)一通信概念： 使任何人在任何時間、任何地點都可以通過

17、任何設備、任何網(wǎng)絡，與任何人進行語音、數(shù)據(jù)和圖像的自由通信。 docin/sundae_meng個人化個人化數(shù)字化數(shù)字化綜合化綜合化移動化移動化寬帶化寬帶化統(tǒng)一通信統(tǒng)一通信未來通信發(fā)展趨勢未來通信發(fā)展趨勢docin/sundae_meng1.2 1.2 通信基本概念通信基本概念1.2.1 通信通信 什么是“通信通信”? “通”就是傳輸和交換； “信”就是信息（話音、圖像、數(shù)據(jù)） 通信通信就是信息的傳輸和交換，通過電信號或者光信號形式將信息由一方傳輸?shù)搅硪环?。docin/sundae_meng 圖1-2給出了一個最簡單的通信系統(tǒng)的模型。 在這個過程中，通話的內(nèi)容是由圖中的“處理層”完成的。 信息

18、的傳輸是由圖中的“物理層”完成的。 在現(xiàn)代通信中，通信一般包括：信號的產(chǎn)生、傳輸和接收信號的產(chǎn)生、傳輸和接收三個過程。 docin/sundae_meng什么是“電信電信”？ 電信電信是利用有線、無線、光或者其它電磁系統(tǒng)電磁系統(tǒng)傳輸、發(fā)送或者接收代表符號、書寫、影像和聲音或者其他任何性質(zhì)情報的信號。 docin/sundae_meng 通信和電信的區(qū)別：通信和電信的區(qū)別： 通信通信是按照約定傳遞信息； 電信電信是利用電磁系統(tǒng)（廣義泛指）傳遞代表媒體的信號，電磁系統(tǒng)完成信號傳遞功能。 通信通信是一個廣義的概念，而電信電信則是一個狹義的概念。 圖1-3揭示了通信涵蓋了電信之間的關系。docin/s

19、undae_meng1.2.2 信號信號 1. 信號及其分類信號及其分類 信號信號是消息的物理載體。 消息則是信息的物理表現(xiàn)形式，如語音、文字、符號、數(shù)據(jù)和圖像等。 信息、消息和信號信息、消息和信號三者存在著十分緊密的關系。 信息信息是通過消息消息來表達，消息消息通過信號信號來傳輸。 在科學研究中，通常是將“信號信號”做為研究對象。 docin/sundae_meng 信號具有強度、頻率、相位、能量等基本特征，信號可以表示為時間的函數(shù)。 按照信號在時間坐標呈現(xiàn)連續(xù)變化或者階躍變化，信號可以分為模擬信號和數(shù)字信號模擬信號和數(shù)字信號。 模擬信號模擬信號是幅度連續(xù)時變的信號。模擬信號又稱為連續(xù)信號連

20、續(xù)信號，如圖1-4（a）所示連續(xù)信號的取值可用連續(xù)的時間函數(shù)表示。 docin/sundae_meng 數(shù)字信號數(shù)字信號是幅度階躍時變信號。數(shù)字信號又稱為離散信號離散信號， 如圖1-4（b）所示離散信號可用取值有限個離散值連續(xù)的時間函數(shù)表示。 需要強調(diào)的是，判斷信號是模擬信號還是數(shù)字信號的準則為，看信號取值是連續(xù)的還是離散的，而不是看時間是連續(xù)的還是離散的。docin/sundae_meng2. 模模/數(shù)變換數(shù)變換 將模擬信號調(diào)制變換為數(shù)字信號，叫“模/數(shù)”變換。它包括三個基本步驟：抽樣、量化和編碼。抽樣、量化和編碼。抽樣定理：抽樣定理： 只要抽樣頻率fs 滿足奈奎特判據(jù)fs2f（模擬信號的帶

21、寬），就可以用抽樣值來表示一個帶寬有限的模擬信號，而抽樣值不會引起任何信息損失。量化：量化： 是利用預先規(guī)定的有限個電平來表示模擬信號抽樣值的過程。量化過程是對信號幅度進行離散處理。 docin/sundae_meng編碼：編碼： 是將量化后的信號電平數(shù)值變換成二進制碼組的過程。編碼的逆過程稱為解碼或譯碼。編碼的目的是提高信號的傳輸可靠性。 在光纖通信中，最常用的編/解碼是模/數(shù)變換方法脈沖脈沖編碼調(diào)制編碼調(diào)制（pulse code modulation，pcmpcm）方法。pcm以二進制編碼為基礎，將模擬信號的量化后的每個抽樣值變換為0和1比特數(shù)字串。docin/sundae_meng3.

22、信號特性信號特性 通信中的信號基本特性可以用它們的時間特性時間特性和頻率頻率特性特性來表示。 時間特性時間特性表示信號電壓或電流隨時間的變化關系。 頻率特性頻率特性指信號可以表示為許多不同頻率正弦信號的線性組合。 docin/sundae_meng 通信系統(tǒng)中最常用的信號有正弦信號正弦信號、方波信號方波信號和周期沖周期沖激串信號激串信號。 正弦信號正弦信號作為無線通信的載波； 方波信號方波信號是數(shù)字通信所用的信號波形； 周期沖激串信號周期沖激串信號則可以用作抽樣信號。 docin/sundae_meng 信號頻域特性主要包括頻譜、能量譜密度和功率譜密度頻譜、能量譜密度和功率譜密度。 信號頻域特

23、性信號頻域特性與信號的占用頻率帶寬、信號抗干擾能力等存在密切的關系。 信號時域特性信號時域特性與信號的相關特性有關系。docin/sundae_meng1.2.3 光信號光信號1. 光的波光的波/粒特性粒特性docin/sundae_meng2.波長波長 docin/sundae_meng 3.頻率頻率在光纖通信中，常用的頻率單位有： 千赫（1khz=103hz） 兆赫（1mhz=106hz） 吉赫（1ghz=109hz） 太赫（1thz=1012hz） docin/sundae_mengdocin/sundae_meng 傳輸?shù)念l率越高，可傳信號的頻帶寬度就越大，其攜帶業(yè)務（信息）就越多。

24、對于甚高頻，頻率為48.5mhz300mhz,其帶寬約為250mhz,只能傳輸27套電視節(jié)目 。 可見光的頻率100000ghz（1014hz），比甚高頻高出一百多萬倍。 docin/sundae_mengdocin/sundae_meng1.2.4 信號調(diào)制信號調(diào)制1.調(diào)制作用調(diào)制作用 為什么要進行調(diào)制？ 調(diào)制的作用就是要將傳輸?shù)男盘栕儞Q成適合信道傳輸?shù)男盘枺ㄕ{(diào)制信號）。 docin/sundae_meng 如何進行調(diào)制？ 載波載波是一種用來承載輸入信號的高頻周期信號，它本身不包含任何有用信息。在編碼之前，載波可以用式（1-4）所示的形式： 式中，e 為電磁場矢量， e 是單位矢量極化， a

25、 為載波振幅， 是載波頻率，為載波相位。docin/sundae_meng2.調(diào)制方法調(diào)制方法 由式（1-4）得知，可以選擇的調(diào)制方法有： 調(diào)制幅度調(diào)制幅度a a、調(diào)制載波頻率、調(diào)制載波頻率、調(diào)制相位、調(diào)制相位。 按照調(diào)制的信號形式可以分為模擬調(diào)制模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制。 模擬調(diào)制對應的三種調(diào)制方法分別被稱為： 幅度調(diào)制幅度調(diào)制（amplitude modulation，amam） 頻率調(diào)制頻率調(diào)制（frequency modulation，fmfm，） 相位調(diào)制相位調(diào)制（phase modulation，pmpm，）docin/sundae_meng 在數(shù)字調(diào)制中，對應三種調(diào)制方法分別為

26、： 幅移鍵控幅移鍵控（amplitude shift keying ，ask） 頻移鍵控頻移鍵控（frequency shift keying，fsk） 相移鍵控相移鍵控（phase shift keying ，psk）docin/sundae_meng3.調(diào)制格式調(diào)制格式 圖1-7所示的是可供產(chǎn)生光比特流選擇的調(diào)制格式：主要分為歸零格式和非歸零格式。 docin/sundae_meng1.2.5 信號復用信號復用 1.信道信道 什么是“信道”？ 信道信道就是信號傳輸?shù)耐ǖ馈?按照所用的傳輸介質(zhì)不同，信道可以分為有線信道和無線有線信道和無線信道信道。 有線信道有線信道需要利用具體的傳輸介質(zhì)，如

27、銅對絞線、光纖等傳輸信號。 無線信道無線信道則是利用電磁波在空中傳播的方式傳輸信號。 docin/sundae_meng 通信質(zhì)量的好壞，主要取決于信道信道（傳輸介質(zhì)）的特性。 表1-2比較了五種不同傳輸介質(zhì)的特點。docin/sundae_meng 2.信號復用信號復用 所謂復用復用就是將若干路彼此獨立的信號在同一信道中傳輸?shù)募夹g。 復用的目的復用的目的是使同一站點的多個用戶共用一個信道傳輸信息，以提高信道的傳輸效率，進而降低通信系統(tǒng)的成本。常用的復用方法有： 頻分復用頻分復用、時分復用時分復用、波分復用波分復用和時分復用時分復用+波分復用波分復用等。 docin/sundae_meng （

28、1）頻分復用）頻分復用（frequency division multiplexing ，fdm） 頻分復用頻分復用是指將在頻域上劃分的多個信道進行復用的技術。 docin/sundae_meng（2）時分復用）時分復用（time division multiplexing ，tdm） 時分復用時分復用就是在時域上對不同傳輸信道的信號進行間插組合處理，即利用幾個低速比特流來構建一個高速比特流，以實現(xiàn)在一個信道傳輸多路信號。 docin/sundae_mengdocin/sundae_meng（3）波分復用）波分復用（wave division multiplexing， wdm） 波分復用波分

29、復用就是在一根光纖中實現(xiàn)同時傳輸幾十乃至上百個波長光信號的復用技術。波分復用技術的原理，如圖1-10 所示。 docin/sundae_meng（4）時分復用）時分復用+波分復用波分復用 更能滿足光網(wǎng)絡的擴容和靈活組網(wǎng)的要求。 當前光纖通信系統(tǒng)中常用時分復用+波分復用雙重復用的擴容原理。 docin/sundae_meng1.3 1.3 通信及其業(yè)務通信及其業(yè)務1.3.1 通信任務通信任務 通信的任務通信的任務是及時準確安全地完成信息在空間的傳遞。 通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)是由用戶終端、傳輸介質(zhì)、傳輸設備組成的。 基本通信系統(tǒng)只能完成點到點通信，只有通信網(wǎng)上才能實現(xiàn)多點到多點的通信。 通信網(wǎng)通信網(wǎng)則是

30、由用戶終端、傳輸介質(zhì)、傳輸和交換設備組成的拓撲結構。docin/sundae_meng 根據(jù)通信網(wǎng)的功能不同，通信網(wǎng)可以分為：業(yè)務網(wǎng)、傳送網(wǎng)和業(yè)務網(wǎng)、傳送網(wǎng)和支撐網(wǎng)。支撐網(wǎng)。 業(yè)務網(wǎng)業(yè)務網(wǎng)是指面向公眾提供電信業(yè)務的網(wǎng)絡。例如，固定電話網(wǎng)、移動電話網(wǎng)、電視網(wǎng)、因特網(wǎng)等。 傳送網(wǎng)傳送網(wǎng)是完成各種通信業(yè)務的數(shù)字信號傳送的網(wǎng)絡。例如，由長途干線光網(wǎng)絡、城域光網(wǎng)絡和接入網(wǎng)。 支撐網(wǎng)支撐網(wǎng)則是承擔確保通信網(wǎng)正常工作支持作用的網(wǎng)絡。 docin/sundae_meng1.3.2 通信業(yè)務通信業(yè)務1. 電話業(yè)務電話業(yè)務（1 1）固定電話）固定電話 電話網(wǎng)電話網(wǎng)是由一定數(shù)量的節(jié)點（終端節(jié)點、交換節(jié)點）構建的網(wǎng)絡

31、，其可以通過“電路交換”實現(xiàn)任意用戶之間進行語音交流語音交流。 docin/sundae_meng（2）移動電話）移動電話 移動電話業(yè)務移動電話業(yè)務是通信的一方或者雙方可以在移動狀態(tài)中進行電話通信。 第一代模擬移動通信（第一代模擬移動通信（1g1g） 第二代數(shù)字移動通信（第二代數(shù)字移動通信（2g2g） 第三代多媒體移動通信（第三代多媒體移動通信（3g3g） 3g 有 cdmacdma（中國電信）（中國電信） wcdmawcdma（中國聯(lián)通）（中國聯(lián)通） td-scdmatd-scdma（中國移動）（中國移動）三種制式。（書中有個小錯誤） docin/sundae_meng 4g4g運營牌照有望

32、于今年下半年發(fā)放。運營牌照有望于今年下半年發(fā)放。 4g的主要特點體現(xiàn)在：1、高速寬帶 20-100mbit/s20-100mbit/s；2、良好的兼容性，可以與3g的三種制式實現(xiàn)互連互通。3、業(yè)務多樣化 docin/sundae_meng2. 2. 數(shù)據(jù)業(yè)務數(shù)據(jù)業(yè)務 isdnisdn （ integrated service digital network ）是由數(shù)字傳輸、數(shù)字復接和數(shù)字交換結合而成的數(shù)字化電信網(wǎng)。 isdnisdn可以分為窄帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)（narrowband-integrated service digital network , n-isdnn-isdn）和寬帶綜合業(yè)務

33、數(shù)字網(wǎng)（broadband-integrated service digital network , b-isdnb-isdn）。 n-isdnn-isdn有兩種標準接口： 1、基本速率接口 2b+d，b的速率是64kbit/s，而d的速率16kbit/s，2b+d可以提供的總帶寬為144 kbit/s。 2、基群速率接口 30b+d，b的速率是64kbit/s，d的的速率為64kbit/s，30b+d可以提供的總帶寬為2048 kbit/s。 b-isdnb-isdn可以提供2048 kbit/s、155mbit/s、 622mbit/s速率的傳輸通道，能夠支持從窄帶遙控遙測到寬帶高清晰數(shù)字

34、電視等所有的業(yè)務。因此，b-isdn是一種“全能”電信網(wǎng)絡。 docin/sundae_meng3. 廣播電視業(yè)務廣播電視業(yè)務 有線電視網(wǎng)普遍采用光纖和同軸電纜混合（hybrid fiber coax，hfchfc）網(wǎng)絡。 光纖主要被用在（干線）傳輸， 同軸電纜主要被用在接入網(wǎng)。 hfc是一種能夠支持電話、isdn 、廣播模擬電視、數(shù)字電視、互動視頻和高速全雙工數(shù)據(jù)等業(yè)務的傳輸技術。 docin/sundae_meng圖1-15所示的是一個典型的采用hfc技術的有線電視網(wǎng)的網(wǎng)絡結構。一般從端局（前端）到配線網(wǎng)的光節(jié)點采用光纖傳輸，其網(wǎng)絡拓撲結構可以采用環(huán)形、星形和樹形。docin/sundae

35、_meng4. 寬帶接入業(yè)務寬帶接入業(yè)務 傳統(tǒng)銅線技術受到了哪些挑戰(zhàn)？傳統(tǒng)銅線技術受到了哪些挑戰(zhàn)？ 速率受限。滿足不了日益增長的需求。 驅(qū)動寬帶接入業(yè)務不斷發(fā)展的動力是用戶日益增長的需求用戶日益增長的需求。 城市企業(yè)事業(yè)單位未來需求的帶寬為100m 1000m； 家庭未來需求的帶寬為50 m100 m。 寬帶接入方案寬帶接入方案光纖接入技術光纖接入技術 ponpon（passive optical network）技術具有點到多點、能夠提供巨巨大帶寬大帶寬、傳輸質(zhì)量好傳輸質(zhì)量好、接入可靠性高接入可靠性高、建設和維護成本低建設和維護成本低等一系列優(yōu)點，已經(jīng)成為世界各國城市接入網(wǎng)發(fā)展的首選技術。是

36、真正的ftthftth（fiber to the home）。 docin/sundae_meng 圖1-16所表示的是一個典型的光纖接入技術方案。一個家庭用戶可以通過無源光網(wǎng)絡將電話、電視和數(shù)據(jù)業(yè)務接入家庭，實現(xiàn)寬帶綜合接入。 docin/sundae_meng 舉例：盈通培訓資料p11docin/sundae_meng5. 多媒體通信業(yè)務多媒體通信業(yè)務 什么是媒體媒體？ 媒體媒體是指信息傳遞和存取的基本技術和手段。 分類：感覺媒體、表示媒體、顯示媒體、存儲媒體和傳輸媒體。 多媒體多媒體可以就是上述多種媒體的組合。 隨著三網(wǎng)融合的步伐加快，多媒體通信會越來越被人們所重視。 docin/sun

37、dae_meng1.4 1.4 通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)1.4.1 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)是由實現(xiàn)消息傳輸所需要的一切設備和傳輸介質(zhì)構成。傳統(tǒng)的點到點通信系統(tǒng)一般模型，可用圖1-17的框圖表示。 docin/sundae_meng 信源信源作用是將聲音、文字、數(shù)據(jù)、圖像等消息轉(zhuǎn)變成原始電信號，即完成非電量到電量的變換。 發(fā)送設備發(fā)送設備的功能一是放大，二是變換。 信道信道就是傳輸信號的通道。 它可以分為有線信道和無線信道。有線信道包括銅線電纜、光纖等。無線信道可以是自由空間、真空等。 docin/sundae_meng 噪聲源噪聲源是通信系統(tǒng)中各個設備、信道中的噪聲與干擾的集中表示。 接收

38、設備接收設備的功能主要是恢復出原始信號。 信宿信宿是信息傳輸?shù)慕K點。其作用與信源作用完成相反，完成電量到非電量的變換。 docin/sundae_meng1.4.2 系統(tǒng)分類系統(tǒng)分類1.分類分類 通信系統(tǒng)分類方法很多，但是最常用的分類方法是按照信道中所傳輸?shù)男盘柕奶卣鞑煌?，將通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)。（1）模擬通信系統(tǒng)）模擬通信系統(tǒng) 模擬通信系統(tǒng)是指信道中傳輸?shù)氖悄M信號的通信系統(tǒng)。模擬信號的通信系統(tǒng)的模型，如圖1-18所示。 docin/sundae_meng 經(jīng)過調(diào)制后的信號被稱為已調(diào)信號已調(diào)信號。 已調(diào)信號具有三個基本特征： 一是攜帶有信息； 二是適

39、合在信道中傳輸； 三是信號的頻譜具有帶通形式且中心頻率遠離零率。docin/sundae_meng（2）數(shù)字通信系統(tǒng)）數(shù)字通信系統(tǒng) 數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)則指的是信道中傳輸?shù)氖菙?shù)字信號的通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)可以概括為圖1-19所示的數(shù)字通信系統(tǒng)的模型。 docin/sundae_meng 信源編碼信源編碼的兩個功能：一是數(shù)/模轉(zhuǎn)換，二是數(shù)據(jù)壓縮。 信道編碼信道編碼是在經(jīng)過信源編碼的信號中增加一些多余的字符，以求自動發(fā)現(xiàn)或糾正傳輸中發(fā)生的錯誤。 因此，信道編碼的目的就是提高信號傳輸?shù)目煽啃浴?docin/sundae_meng 解調(diào)、信道解碼、信源解碼解調(diào)、信道解碼、信源解碼是調(diào)制、信道編碼

40、、信源編碼的逆過程。docin/sundae_meng 2.對比對比 與模擬通信系統(tǒng)相比，數(shù)字通信系統(tǒng)具有下述的一些顯著的優(yōu)點顯著的優(yōu)點： 數(shù)字信號本身具有較強的抗干擾能力較強的抗干擾能力，采用再生中繼器、糾錯編碼等措施，可以進行長距離傳輸； 采用信道編碼技術，可以降低傳輸錯誤碼率； 數(shù)字信號的復用和壓縮容易； 適應的業(yè)務種類多，如可實現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)和圖像等綜合傳輸； 便于與計算機相連，實現(xiàn)系統(tǒng)和網(wǎng)絡的智能化； 數(shù)字硬件實現(xiàn)靈活、集成度高、設備體積小、系統(tǒng)成本低； 系統(tǒng)升級擴容方便，便于保護運營商的投資等。 同時，數(shù)字通信系統(tǒng)也存在兩個缺點兩個缺點： 在相同的容量下，數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸所需要的帶寬

41、需要的帶寬比模擬通信系統(tǒng)要大大； 同步要求高同步要求高（需要位同步、幀同步等），從而需要復雜的同步系統(tǒng)。 docin/sundae_meng1.4.3 系統(tǒng)性能系統(tǒng)性能 1.通信系統(tǒng)通信系統(tǒng) 如何評價一個通信系統(tǒng)的優(yōu)劣？ 通過性能指標來評價，包括有效性有效性、可靠性可靠性、經(jīng)濟性和運維的方便性等。 人們最關心的通信系統(tǒng)性能是有效性和可靠性。 有效性有效性描述的是通信系統(tǒng)的消息傳輸速度傳輸速度問題； 可靠性可靠性反映的是通信系統(tǒng)的消息傳輸質(zhì)量傳輸質(zhì)量問題。 docin/sundae_meng 2.主要性能主要性能 有效性有效性通常用傳輸速率、帶寬、頻帶利用率傳輸速率、帶寬、頻帶利用率來描述。 可

42、靠性可靠性通常用誤碼率誤碼率來表示。 docin/sundae_meng（1）傳輸速率）傳輸速率 傳輸速率傳輸速率b被定義為每秒傳輸?shù)谋忍財?shù)，可用bit/s來表示。 b的簡單的數(shù)學表達公式，如式（1-6）所示。同時，圖1-20給出了數(shù)字信號中的傳輸速率與比特周期呈反比關系。docin/sundae_meng（2）帶寬）帶寬 信號帶寬信號帶寬w指的是傳送信號的頻率寬度，即傳送信號的最高頻率與最低頻率之差。 信道帶寬越大，其允許的傳輸容量和傳輸速率就越大。 docin/sundae_meng （3）頻帶利用率）頻帶利用率 頻帶利用率（帶寬效率）頻帶利用率（帶寬效率）的定義是單位頻率帶w內(nèi)的傳輸速率

43、b，其數(shù)學公式如式（1-7）所示。其單位是每赫茲每秒的比特數(shù)，常用（b/s.hz）表示。 docin/sundae_meng（4）誤碼率）誤碼率 誤碼率誤碼率的定義如式（1-8）所示： docin/sundae_meng1.5 1.5 光纖通信網(wǎng)絡光纖通信網(wǎng)絡1.5.1 光纖通信系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng) 1.基本組成基本組成 圖1-21所示的是最簡單的光纖通信系統(tǒng)組成的框圖。 docin/sundae_meng2.各個組件作用各個組件作用 光發(fā)射機光發(fā)射機包括光源和光調(diào)制器。 它主要是提供沿著光纖傳輸信息所需要的光能量。 它的光源既可以是發(fā)光管也可以是激光器。 光調(diào)制器的功能是調(diào)制帶有串行序列數(shù)據(jù)的光

44、。 docin/sundae_meng 光接收機光接收機里一個非常重要的器件是光電檢測器光電檢測器 它的作用就是將調(diào)制的光信號轉(zhuǎn)變成電信號。 docin/sundae_meng1.5.2 光纖通信網(wǎng)絡結構光纖通信網(wǎng)絡結構1. 作用作用 光網(wǎng)絡光網(wǎng)絡是由宿端設備、光纖和組網(wǎng)光電元件等組成。 它的作用有兩個： 一是利用傳輸介質(zhì)光纖實現(xiàn)大容量、長距離大容量、長距離、高可靠高可靠性性鏈路傳輸； 二是利用相關光電元件，引入了控制和管理機制控制和管理機制，實現(xiàn)了多節(jié)點之間的聯(lián)網(wǎng)，以及針對資源與業(yè)務的靈活配置。 docin/sundae_meng 2. 結構演進結構演進 光網(wǎng)絡結構光網(wǎng)絡結構經(jīng)歷了一個由簡單

45、的點到點點到點、鏈形鏈形結構、環(huán)形環(huán)形結構向復雜的網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)狀網(wǎng)結構的發(fā)展過程。它充分反映了通信容量大、網(wǎng)絡可靠性增強、系統(tǒng)成本降低的通信技術進步。 docin/sundae_meng盈通dwdm省骨干網(wǎng)絡圖茂名粵西環(huán)粵東環(huán)珠三角環(huán)廣州東莞 深圳珠海中山順德惠州梅州湛江陽江江門dwdm容量珠三角環(huán)：40通道粵西環(huán)：16通道粵東環(huán)：16通道粵北環(huán)：16通道dwdm 網(wǎng)絡覆蓋廣東所有地市河源汕尾韶關清遠汕頭潮州揭陽佛山肇慶云浮粵北環(huán)docin/sundae_meng光傳送網(wǎng)光傳送網(wǎng)（optical transport network,otnotn）是指在中間節(jié)點具有交叉連接能力交叉連接能力的wdm光

46、網(wǎng)絡。 otn主要是針對干線向著tbit/stbit/s方向發(fā)展的需求而研制出的光傳送網(wǎng)。 otn主要應用不僅適合dwdm長途核心網(wǎng)長途核心網(wǎng)，而且可以應用于wdm城域光網(wǎng)絡城域光網(wǎng)絡和光纖接入網(wǎng)光纖接入網(wǎng)。 docin/sundae_meng 從光網(wǎng)絡的管理角度看，光網(wǎng)絡經(jīng)歷了由sdhsdh、 dwdmdwdm和otnotn。 目前正在向著自動光交換網(wǎng)絡自動光交換網(wǎng)絡（automatically switched optical network,ason）發(fā)展。 docin/sundae_meng第2章 光纖學習目標學習目標1.了解光纖基本結構。2.掌握光波導理論研究意義。3.了解光纖制造方

47、法特點。4.掌握研究光纖傳輸特性實際意義。5.掌握各種通信光纖性能特點和適用場所docin/sundae_meng2.1 2.1 光纖的基本結構及特點光纖的基本結構及特點2.1.1 2.1.1 光纖基本結構光纖基本結構 通信光纖通信光纖是由石英玻石英玻璃璃或塑料塑料或其它導光材料其它導光材料組成的圓柱形線性的導光纖維（簡稱光纖）。 光纖的剖面結構，如圖2-1所示。 通常，光纖是由兩個同心均勻介質(zhì)所組成（纖纖芯和包層芯和包層）。docin/sundae_mengdocin/sundae_meng纖芯纖芯1) 位置：光纖的中心部位2) 尺寸：直徑2a = 8（10）m mm 50（62.5） m

48、mm（歐洲（歐洲/美國美國標準）標準）3) 材料：纖芯的主要成分是石英（二氧化硅石英（二氧化硅sio2 ），），摻有極少量的摻雜劑(二氧化鍺geo2，五氧化二磷p2o5)，作用是提高纖芯對光的折射率(n1)，以傳輸光信號纖芯docin/sundae_meng包層包層包層1) 位置：位于纖芯的周圍2) 尺寸：直徑2b = 125 m mm3) 材料：其成分也是含有極少量摻雜劑的高純度二氧化硅sio2。而摻雜劑五氧化二硼b2o3的作用則是適當降低包層對光的折射率(n2)，使之略低于纖芯的折射率，即即n1 n2，它使得光信號能約束在纖芯中傳輸，它使得光信號能約束在纖芯中傳輸docin/sundae_

49、meng涂覆層涂覆層1) 位置：位于光纖的最外層2) 尺寸：涂覆后的光纖外徑約為1.5 mm1.5 mm3) 結構和材料：包括一次涂覆層，緩沖層和二次涂覆層 a) 一次涂覆層一般使用丙烯酸酯、有機硅或硅橡膠材料 b) 緩沖層一般為性能良好的填充油膏 (防水) c) 二次涂覆層一般多用聚丙烯或尼龍等高聚物4) 作用：保護光纖不受水汽侵蝕和機械擦傷保護光纖不受水汽侵蝕和機械擦傷，同時又增加了光纖的機械強度與可彎曲性光纖的機械強度與可彎曲性，起著延長光纖壽命的作用docin/sundae_meng 引入一個物理量相對折射率差相對折射率差。 它的表達式如（2-1）式 在實際應用中，纖芯與包層的折射率數(shù)

50、值相差無幾。 單模光纖單模光纖的相對折射率差大約為0.2%； 多模光纖多模光纖的相對折射率差大約是1%。 docin/sundae_meng2.1.2 2.1.2 光纖的特點光纖的特點 在光纖通信中，光纖光纖的作用是傳輸介質(zhì)，真正的載波是激光載波是激光。 1、巨大的工作帶寬 光纖通信使用的電磁波頻率范圍是1014hz。 2、優(yōu)異的傳輸性能 光纖的損耗可以達到0.15db/km，具有極好的傳輸質(zhì)量。docin/sundae_meng3、杰出的使用性能抗電磁干擾能力。 光纜的使用壽命長（一般為20-30年）。4、豐富的原料來源目前，國際期貨市場銅、鋁等金屬材料價格不斷上漲。而石英的儲藏量非常豐富，

51、取之不盡、用之不竭。5、獨特的接繼技術常用的單模光纖的纖芯直徑僅為8-10m左右，為光纜線路的施工中的光纖對準和熔接操作帶來了極大的困難。需要專用的儀器。 docin/sundae_meng2.2 2.2 光波導理論光波導理論2.2.1 2.2.1 幾何光學幾何光學1.1.全內(nèi)反射全內(nèi)反射 光（線）傳輸理論： 當光線射到兩種介質(zhì)之間的界面上時，一部分光線被反射，形成反射光線反射光線，而一部分被折射，而形成折射光折射光線線，如圖2-2所示。 docin/sundae_meng 反射定律：反射定律： 1. 反射光線保持在由入射光線與法線所構成的入射平面中；2. 相對于入射光線來說，反射光線位于法線

52、的相反側；3. 反射光線和入射光線分別與法線形成的夾角1=2。 docin/sundae_meng 折射定律：折射定律： 如果是在各向同性的介質(zhì)（如玻璃）中，則由式菲涅爾折射定律可得出： 光的入射角正弦sin與折射角正弦sin之比與其各自入射介質(zhì)的折射率n1與折射介質(zhì)的折射率n2成反比。即有如下關系式：docin/sundae_meng當光線由光密介質(zhì)光密介質(zhì)n1n1入射到光疏介質(zhì)光疏介質(zhì)n2n2的界面時，折射角大于入射角。 當= 900 時，光纖會沿著平行于兩介質(zhì)的界面?zhèn)鞑?，如圖2-3所示的光線。這時的入射角寫成0 ，我們 稱它為兩種介質(zhì)的臨界角臨界角，如式（2-3）所示。 即臨界角臨界角由

53、兩種介質(zhì)的折射率n1和n2的比值決定的。 docin/sundae_meng 對于入射角大于臨界角0的所有光線，在光疏介質(zhì)中沒有對應的折射光線存在，這些光線在界面上全部被反射回光密介質(zhì)中，這種現(xiàn)象稱為全內(nèi)反射全內(nèi)反射，如圖2-3所示的光線。 docin/sundae_meng 由此可知，全內(nèi)反射全內(nèi)反射只能發(fā)生在光由光密介質(zhì)光密介質(zhì)入射到與光疏介質(zhì)光疏介質(zhì)的界面上，對于圓柱形光波導（纖），如果使纖芯纖芯中心部分的折射率高于外包層包層的折射率，就有可能在纖芯纖芯和包層包層之間滿足全內(nèi)反射，從而使光線“限制限制”在芯層內(nèi)并以鋸齒形連續(xù)反射光纖形式在光纖中向前傳輸，直至傳播到信息終端。docin/s

54、undae_meng單模光纖和多模光纖單模光纖和多模光纖單模光纖單模光纖smf(signal mode fiber)：僅允許一個模式傳播的光纖多模光纖多模光纖mmf(multiple mode fiber)：同時允許多個模式進行傳播在光纖的受光角內(nèi)，以某一角度射入光纖端面，并能在光纖纖芯纖芯- -包層包層交界面上產(chǎn)生全反射的傳播光線，就可以稱為入射光的一個傳播模式傳播模式docin/sundae_meng2. 2. 折射率分布折射率分布 為了設計出不同的光纖，可以使光纖剖面任意一點的折射率分布折射率分布n n 是其半徑r的函數(shù)n (r)。n隨著r的變化而變化。n (r)可以決定光纖的光傳輸性能

55、光傳輸性能。 可用數(shù)學公式（2-4）來表示： docin/sundae_meng式中，n1 為纖芯折射率； 是光纖相對折射率差相對折射率差； r 為離開纖軸心的距離； a是纖芯半徑； g為折射率分布指數(shù)折射率分布指數(shù)； n2是包層折射率。 docin/sundae_meng 公式（2-4）可以用圖2-4來反映，它直觀且形象地描述了不同光纖的折射率分布幾何形狀。 docin/sundae_meng 折射率分布指數(shù)折射率分布指數(shù)g的取值范圍在1-之間，通過改變g的取值大小就可以獲得不同的光纖折射率分布形狀。 例如，g=1纖芯折射率分布為三角形， g=2光纖芯折射率分布呈梯度（漸變）形梯度（漸變）形

56、， g= 纖芯折射率分布是階躍（突變）形階躍（突變）形。docin/sundae_meng 表2-1列出了g取值、纖芯折射率形狀與折射率變化特點的關系。docin/sundae_meng 從上圖中可以看出： 1.只有階躍光纖階躍光纖的纖芯和包層折射率是常數(shù)，而其他光纖的纖芯折射率分布是r 的函數(shù)n (r)變化形式 。 2.光纖設計就是選擇合理的纖纖/包折射率分布包折射率分布結構，即通過調(diào)整調(diào)整g的數(shù)值，可以獲得不同傳輸性能的光纖。docin/sundae_meng3. 3. 相對折射率差相對折射率差 舉例：p36 例2-1單模玻璃光纖的相對折射率差是0.2%；多模玻璃光纖的相對折射率差是1%；

57、熟料光纖的相對折射率差是0.2212% docin/sundae_meng 但要注意：但要注意： 與數(shù)值孔徑和光纖的接受角也存在著一定與數(shù)值孔徑和光纖的接受角也存在著一定的數(shù)量關系。的數(shù)量關系。 docin/sundae_meng 表2-2列出了幾種不同光纖纖芯的折射率是1.50時，與數(shù)值孔與數(shù)值孔徑和光纖的接收角的關系。徑和光纖的接收角的關系。docin/sundae_meng4. 4. 數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑 光在纖芯和包層之間纖芯和包層之間發(fā)生全反射的條件是，在他們之間的入射角必在他們之間的入射角必須大于臨界角須大于臨界角 0，就是說，只有小于（90-0）所有光線才會沿著纖芯中傳輸。docin

58、/sundae_meng在輸入端端面上，根據(jù)折射定律，有下面關系式（空氣折射率為1）：docin/sundae_meng 引入一個物理量數(shù)值孔直徑（數(shù)值孔直徑（na ，numerical aperture）： 為臨界角 0對應的最大入射角最大入射角max的正弦值的正弦值。 na表示光纖的集光能力。表示光纖的集光能力。 只有小于只有小于max的光纖才能在纖芯中傳輸。的光纖才能在纖芯中傳輸。 docin/sundae_meng 下面通過兩個計算實例來說明折射率分布不同的光纖，它們的na就不同，集光能力各有差異。 p37、例2-2和例2-3 多模光纖比單模光纖的集光能力要好的多。多模光纖比單模光纖的

59、集光能力要好的多。 docin/sundae_meng2.2.2 2.2.2 研究目的研究目的 研究光纖導光理論的目的：研究光纖導光理論的目的： 在于了解光波在光纖中的傳輸機理傳輸機理、傳輸條件傳輸條件，建立傳輸特性與光纖折射率分布結構參數(shù)之間的關系，以便于設計出能夠滿足通信系統(tǒng)所需要的傳輸特性的理想光纖。 光具有波粒二像性：光具有波粒二像性： 光既可以看成是光波，又可以看作是由光子組成的粒子流，在科學研究中對應的方法分別是射線理論射線理論和波動理波動理論論。 docin/sundae_meng 光射線理論光射線理論光波動理論光波動理論適用條件l a（物體的幾何尺寸）l a研究對象光線模式基本

60、方程射線方程波導場方程研究方法折射/反射定理邊值問題主要特點約束光線模式docin/sundae_meng2.2.3 2.2.3 光射線理論光射線理論 按照折射率分布，多模光纖又可以分為兩大類型： 階躍折射率分布的多模光纖（簡稱階躍多模光纖階躍多模光纖） 梯度折射率分布的多模光纖（簡稱梯度多模光纖梯度多模光纖）。 docin/sundae_meng1 1、階躍多模光纖、階躍多模光纖 描述階躍多模光纖的折射率分布的數(shù)學公式，可用式（2-9）表示。docin/sundae_meng 由前所述可知： 式中：=（n1-n2）/n1的是纖芯-包層界面之間的相對折射率。 顯然，為了耦合更多的光進入光纖，應該盡可能