光纖通信技術與設備第一講緒論1緒論2.1光纖光纜2.2光纜的敷設與接續3.1半導體的發光機理3.2半導體發光2極管3.3半導體激光器3.4PIN光檢測器3.5APD光檢測器4.1光發射機原理4.2光接收機原理5.1SDH體制優劣勢.ppt5.1SDH體制基本概念.ppt5.2SDH復用方式.ppt5.2SDH幀結構及組成功能.ppt5.4SDH設備的邏輯組成5.5SDH自愈網.ppt5.6波分復用.ppt6.1設備簡介6.2設備系統結構6.3網管軟件簡介6.4維護及故障排除7PTN光纖通信發展與定義目錄12光纖通信系統基本組成3光纖通信關鍵技術光纖通信發展與定義1光纖通信發展與定義光纖通信是以光波為信息載體（載頻）,以光纖為傳輸媒質的通信方式。

光纖通信關鍵技術：1）合適的光源2）合適的傳輸介質

（光纖窗口）（1.8μm至0.8μm）遠紅外紅外可見光紫外線（300至25μm）（25至0.76μm）（0.76至0.39）長波中波短波微波毫米波光波X射線γ射線宇宙射線

3000km30km300m3m3cm0.3mm3μm30nm0.3nm30pm0.3pm波長

0102104106108101010121014101610181020頻率（Hz）光纖通信發展與定義

1880年，美國科學家貝爾發明光電話。光通信開始起源發展。1960年,美國人梅曼發明第一臺紅寶石激光器。1966年，英籍華人高錕指出：如果能夠減少玻璃中的雜質含量，就可以制造出損耗低于20dB/km的光纖。1970年是使光纖通信發展出現跨越的一年，美國康寧公司研制出了損耗系數為20dB/km的光纖.同年，美貝爾公司研制出使用壽命長達幾小時的半導體激光器。光纖通信從此進入飛速發展。1976、1979年電報電話公司研制低損耗。光纖通信發展與定義

1966---1976年,是從基礎研究到商業應用的開發時期。短波長、低速率、多模光纖，無中繼可達10KM1976---1986年是以提高傳輸速率和增加傳輸距離為目的和大力推廣的發展階段。多模到單模光纖通信系統，無中繼可達50-100KM1986----1996年是以實現超大容量超長距離為目標,全面深入開展新技術援救階段。光纖通信發展與定義波長新技術備注第一代0.85um500MB/S第二代1.31um85GB/S第三代1.55um1000GB/S第四代頻分、波分2000GB/S第五代光弧子、光時分、波分復用..PTNOTN超大容量表1光纖通信發展史光纖通信系統組成2光纖通信系統組成光纖通信系統由電端機、光端機、光纖線路、光中繼器（光放大器）、復用設備組成。如圖1所示。圖1光纖通信系統組成光纖通信系統組成光端機：光發射機的作用就是進行電/光轉換，并把轉換成的光脈沖信號碼流輸入到光纖中進行傳輸。光接收機的作用就是進行光/電轉換。光收器件一般是PIN和APD。光源器件一般是LED和LD。光纖：完成光波的傳輸。電發射/接受：對電信號進行

復用/解服用、放大等處理圖2光通信系統基本光纖通信系統組成光纖光纜線路：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，圖3。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有三個損耗很圖43光纖低損耗窗口光纖通信系統組成光源:激光器和發光二極管激光器性能好價格較貴發光二極管性能稍次價格較低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。光電監測器功能：完成光/電的轉換器件：PINAPD光放大器功能：放大光信號，延長中繼距離器件：半導體光纖放大器、非線性光纖放大器、摻雜光纖放大器光無源器件：光纖活動連接器、固定連接器、光纖衰減器、無源耦合器、光分支器、光隔離器和光開關光纖通信系統組成光纖通信的優點傳輸衰減小，傳輸距離長。傳輸頻帶寬，通信容量大。抗電磁干擾，傳輸質量好。體積小、重量輕、便于施工和維護。原材料豐富，節約有色金屬，有利于環保；價格低廉。易碎不易接續。光纖通信的缺點①需要光/電和電/光變換部分；②光直接放大難；③電力傳輸困難；④彎曲半徑不宜太小；⑤需要高級的切斷接續技術；⑥分路耦合不方便。光纖通信關鍵技術3光纖通信關鍵技術新技術光波分復用相干波分復用超長波光纖通信技術光弧子技術應用有線、無線通信網構成因特網的計算機局域網和廣域網有線電視的干線和分配網綜合光纖業務接入網光纖通信關鍵技術光纖通信的發展（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）光傳輸設備和系統的研究方面（5）光接入網的研究方面（6）理論研究方面趨勢（1）向超高速系統發展（2）向超大容量WDM系統演進（3）向光傳送網方向發展（4）向G.655光纖發展（5）向寬帶光纖接入網方向發展謝謝光纖通信技術與設備第二講光纖光纜光纖光纜目錄12光纖的導光原理3光纖的傳輸特性光纖光纜1光纖光纜-光纖的結構

涂覆層套層套層

纖芯

包層n1n2n1>n2一次涂覆層套層纖芯包層圖1光纖的結構示意圖光纖光纜纖芯位于光纖中心，直徑2a為5～75μm(8-10),作用是傳輸光波。包層位于纖芯外層，直徑2b為100～150μm,作用是將光波限制在纖芯中。纖芯和包層即組成裸光纖，兩者采用高純度二氧化硅（SiO2）制成，但為了使光波在纖芯中傳送，應對材料進行不同摻雜，使包層材料折射率n2比纖芯材料折射率n1小，即光纖導光的條件是n1＞n2。一次涂敷層是為了保護裸纖而在其表面涂上的聚氨基甲酸乙脂或硅酮樹脂層(環氧丙烯酸脂)，厚度一般為30～150μm。套層又稱二次涂覆或被覆層，多采用聚乙烯塑料或聚丙烯塑料、尼龍等材料。經過二次涂敷的裸光纖稱為光纖芯線。光纖光纜緊套光纖：在一次涂覆的光纖上再緊緊地套上一層尼龍或聚乙烯等塑料套管，光纖在套管內不能自由活動。松套光纖：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2光纖的結構光纖光纜-光纖的分類光纖光纜-光纖的分類（a）階躍光纖（b）光纖（c）w型光纖圖3光纖的纖芯折射率剖面分布光纖光纜-光纖制備實用通信光纖由纖芯、包層、和涂覆層三部分結構。光纖的制造包括原料提純、熔煉預制棒和拉絲涂覆三道主要工序。1、PCVD生產工藝2、光纖拉絲涂覆工藝多模光纖和單模光纖是由光纖中傳輸的模式數決定的，判斷一根光纖是不是單模傳輸，除了光纖自身的結構參數外，還與光纖中傳輸的光波長有關。單模光纖就是允許多個模式在其中傳輸的光纖，或者說在多模光纖中允許存在多個分離的傳導模。只能傳輸一種模式的光纖稱為單模光纖。單模光纖只能傳輸基模(最低階模)，它不存在模間時延差，因此它具有比多模光纖大得多的帶寬，這對于高碼速傳輸是非常重要的。單模光纖的帶寬一般都在幾十GHz·km以上。光纖光纜-光纜光纜由加強件、纜芯、填充物和外護層等組成，光纜主要種類表1所示。分類方法

光纜種類按所使用的光線分類單模光纜、多模光纜、（階躍型、漸變型）按纜芯結構劃分層絞式、骨架式、大束管式、帶式、單元式按外護套結構分類無鎧裝、鋼帶鎧裝、鋼絲鎧裝按光纜中有無金屬分類有金屬光纜、無金屬光纜按維護方式分類充油光纜、充氣光纜按敷設方式分類直埋光纜、管道光纜、架空光纜、水底光纜按適用范圍分類中繼光纜、海底光纜、用戶光纜、局內光纜、長途光纜表1光纜種類光纖光纜-光纜層絞式把松套光纖繞在中心加強件周圍絞合而構成。

骨架式把緊套光纖或一次被覆光纖放入中心加強件周圍的螺旋形塑料骨架凹槽內而構成。中心束管式把一次被覆光纖或光纖束放入大套管中，加強件配置在套管周圍而構成。

帶狀式把帶狀光纖單元放入大套管內，形成中心束管式結構，也可以把帶狀光纖單元放入骨架凹槽內或松套管內，形成骨架式或層絞式結構。光纖光纜-光纜12芯光纜光纖帶色譜標識光纖序號：123456789101112光纖顏色：藍＼橙＼綠＼棕＼灰＼白＼紅＼黑(白)＼黃＼紫＼粉紅＼青綠光纜端別面對光纜截面由領示光纖以紅—綠順時針為A端，逆時針為B端，其中層絞式可按松套管的顏色確定領示色；也可按廠家提供的有關資料，如不能區分則按光纜外護套上標注長度的數碼確定小數為A大數為B光纖光纜-光纜光纜的型號及命名法(YD/T908-1997)

型號由型式和規格兩大部分組成型式由5個部分構成，各部分均用代號表示。其中結構特征指纜芯結構和光纜派生結構特征。光纜的規格是由光纖和導電電芯線的有關規格組成光纖的規格與導電芯線的規格之間用“+”隔開。實例1：金屬加強構件、松套層絞填充式、鋁-聚乙烯粘結護套、皺紋鋼帶鎧裝、聚乙烯套的通信用室外光纜，包含12根5./125μm二氧化硅漸變型多模光纖和5個用語遠供電及監測的銅線徑為0.9mm的4線組，光纜的型號應表示為：GYTA5312A1a+5×4×0.9。實例2：金屬加強構件、骨架填充式、鋁-聚乙烯粘結護套通信用室外光纜，包含24根B1.1類單模光纖，型號應為：GYGTA24B1.1光纖的導光原理2光纖的導光原理1、光具有的性質：1）光波射線理論2）粒子流波動理論折射和折射率光線在不同的介質中以不同的速度傳播，描述介質的這一特征的參數就是折射率，或稱折射指數。折射率可由下式確定：

n=c/v

其中ν是光在某種介質中的速度，с是光在真空中的速度。在折射率為n的介質中，光傳播速度變為c/n，光波長變為

0/n（

0表示光在真空中的波長）。表1中給出了一些介質的折射率。材料空氣水玻璃石英鉆石折射率1.0031.331.52～1.891.432.42光纖的導光原理圖4（a）光的折射圖4（b）光的反射斯涅耳定律給出了定義這些光線方向的規則：

1=

3

n1sin

1=n2sin

2

全反射是光信號在光纖中傳播的必要條件。光纖的導光原理若要使光線在光纖中實現長距離傳輸，必須使光線在纖芯與包層的界面上發生全反射，即入射角大于臨界角。由前面分析已知光纖的臨界角為圖5階躍光纖的導光原理光纖的導光原理圖5漸變光纖的導光原理光纖的導光原理光纖的導光原理對于階躍型光纖，當光線在纖芯與包層界面上發生全反射時，光波在纖芯中傳播軌跡為折線，相應的端面入射角記為光纖波導的孔徑角（或端面臨界角）。即只有光纖端面入射角大于的光線才能在光纖中傳播，故光纖的受光區域是一個圓錐形區域，圓錐半錐角的最大值就等于。為表示光纖的集光能力大小，定義光纖波導孔徑角的正弦值為光纖的數值孔徑（NA），即：光纖的導光原理由于，上式簡化成為可見，光纖的數值孔徑與纖芯與包層直徑無關，只與兩者的相對折射率差有關。若纖芯和包層的折射率差越大，NA值就越大，即光纖的集光能力就越強。對于階躍型光纖，由于纖芯折射率均勻分布，纖芯端面各點的數值孔徑都相同，即各點收光能力相同。對于漸變型光纖，纖芯折射率分布不均勻，光線在其端面不同點入射，光纖的收光能力不同，因此漸變型光纖數值孔徑定義為：光纖的傳輸特性3光纖的傳輸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。光纖的光學特性有折射率分布、最大理論數值孔徑、模場直徑及截至波長等。光纖的傳輸特性主要是指光纖的損耗特性和色散特性，另有機械特性和溫度特性。

光波在光纖中傳輸，隨著傳輸距離的增加，而光功率強度逐漸減弱，光纖對光波產生衰減作用，稱為光纖的損耗。

光纖的損耗限制了光信號的傳播距離。光纖的損耗主要取決于吸收損耗、散射損耗、彎曲損耗3種損耗。光纖的傳輸特性-損耗特性（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、紅外吸收和雜質吸收。（2）散射損耗：由于材料的不均勻使光信號向四面八方散射而引起的損耗稱為瑞利散射損耗。光纖制造中，結構上的缺陷會引起與波長無關的散射損耗（3）彎曲損耗：光纖的彎曲會引起輻射損耗。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。決定光纖衰減常數的損耗主要是吸收損耗和散射損耗，彎曲損耗對光纖衰減常數的影響不大。光纖的傳輸特性（4）衰減系數：光纖的衰減系數是指光在單位長度光纖中傳輸時的衰耗量，單位一般用dB/km。它是描述光纖損耗的主要參數。在單模光纖中有兩個低損耗區域，分別在1310nm和1550nm附近，即通常說的1310nm窗口和1550nm窗口；1550nm窗口又可以分為C-band（1525nm～1562nm）和L-band（1565nm～1610nm）。圖6所示。圖6損耗曲線光纖的傳輸特性-色散特性光脈沖中的不同頻率或模式在光纖中的群速度不同，這些頻率成分和模式到達光纖終端有先有后，使得光脈沖發生展寬，這就是光纖的色散，如圖7所示。色散一般用時延差來表示，所謂時延差，是指不同頻率的信號成分傳輸同樣的距離所需要的時間之差。圖7色散引起的脈沖展寬示意圖光纖的傳輸特性-色散特性光纖的色散可分為模式色散、色度色散、偏振模色散。（1）模式色散多模光纖中不同模式的光束有不同的群速度，在傳輸過程中，不同模式的光束的時間延遲不同而產生的色散，稱模式色散。（2）色度色散由于光源的不同頻率（或波長）成分具有不同的群速度，在傳輸過程中，不同頻率的光束的時間延遲不同而產生色散稱為色度色散。色度色散包括材料色散和波導色散。光纖的傳輸特性-色散特性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。②波導色散由于光纖波導結構引起的色散稱為波導色散。其大小可以和材料色散相比擬，普通單模光纖在1.31μm處這兩個值基本相互抵消。注：模式色散主要存在于多模光纖。單模光纖無模式色散，只有材料色散和波導色散。當波長在1.31μm附近，色散接近為零。色散系數就是單位波長間隔內光波長信號通過單位長度光纖所產生的時延差，用D表示，單位是ps/（nm·km）。光纖的傳輸特性-機械特性光纖的機械特性主要包括耐側壓力、抗拉強度、彎曲以及扭絞性能等，使用者最關心的是抗拉強度。（1）光纖的抗拉強度光纖的抗拉強度很大程度上反映了光纖的制造水平。影響光纖抗拉強度的主要因素是光纖制造材料和制造工藝。①預制棒的質量。②拉絲爐的加溫質量和環境污染。③涂覆技術對質量的影響。④機械損傷。（2）光纖斷裂分析存在氣泡、雜物的光纖，會在一定張力下斷裂，如圖8所示。圖9光纖斷裂光纖的傳輸特性-機械特性（3）光纖的壽命光纖的壽命，習慣稱使用壽命，當光纖損耗加大以致系統開通困難時，稱其已達到了使用壽命。從機械性能講，壽命指斷裂壽命。（4）光纖的機械可靠性一般來說，二氧化硅包層光纖的機械可靠性已經得到廣泛的認可。為了提高光纖的機械可靠性，在光纖的外包層中摻入二氧化鈦，從而增加網絡的壽命。

光纖的傳輸特性-溫度特性光纖的溫度特性，是指在高、低溫條件下對光纖損耗的影響，一般是損耗增大。如圖9所示圖9

光纖溫度特性謝謝光纖通信技術與設備第三講光纜的敷設與接續概述目錄12光纜的敷設3光纜的接續概述1光纖光纜-概述

光纜經單盤檢驗合格后由大分屯點（集中檢驗現場），按布放計劃及時安全地運至放纜作業組分屯點或直接運至布放現場以及由分屯點在布放時運至施工現場。

雖然光纜要比電纜輕得多，但由于整盤較長，一般光纜制造長度２～４km，每盤光纜的重量也比較重。因此，光纜分屯運輸同樣非常重要，它對加速工程進展、確保安全敷設、提高工程質量是非常重要的。光纜線路按建筑形式分為直埋、架空、管道和水底（海底）的光纜敷設方法。光纜的敷設2光纖光纜-光纜的敷設

光纜敷設的器材主要有終端牽引機、輔助牽引機、導引裝置、穿纜器、牽引端頭、腳扣、滑車、梯子和常用工具等。。光纜敷設的一般規定1.彎曲半徑光纜的彎曲半徑不應小于光纜外徑的15倍，施工過程中不應小于20倍。2.牽引力采用牽引方式布放光纜時，牽引力不應超過光纜大允許張力的80％，而且主要牽引力應作用在光纜的加強芯上，瞬間最大牽引力不超過允許能力的100％。3.端別有A，B端要求的光纜要按設計要求的方向布放光纜，光纜牽引端頭可以預制也可以現場制作。直埋或水底鎧裝光纜，可作網套或牽引端頭。光纜的敷設4.布放要求為防止在牽引過程中扭轉損傷光纜，牽引端頭與牽引索之間應加入轉環。布防光纜時，光纜必須由纜盤上方放出并保持松弛的弧形。光纜布防過程中應無扭轉，嚴禁打背扣、浪涌等現象發生。光纜布放采用機械牽引時，應根據牽引長度、地形條件、牽引張力等因素選用集中牽引、中間輔助牽引或分散牽引等方式。機械牽引敷設時，牽引機速度調節范圍因為0～20m/min,且為無級調速。牽引張力可以調節，并具有自動停機性能，當牽引力超過規定值時，應能自動告警并停止牽引。人工牽引敷設時，速度要均勻，一般控制在10m/min左右為宜，且牽引長度不易過長，若光纜過長，可以分幾次牽引。為了確保光纜敷設質量和安全，施工過程中必須嚴密組織并有專人指揮。要備有優良好的聯絡手段（工具），嚴禁在無聯絡工具的情況下作業。光纜的敷設5.布放質量光纜布放完畢，應檢查光纖是否良好。光纜端頭應做密封防潮處理，不得浸水。光纜布放的質量要求光纜布放過程中以及安裝、回填中均應注意光纜安全，嚴禁損傷光纜；發現護層損傷應及時修復。光纜布放完畢，發現可疑時，應及時測量，確認光纖是否良好。光纜端頭必須作嚴格的密封防潮處理，不得浸水。未放完的光纜不得在野外放置（無人值守情況下），埋式纜布放后應及時回土。（不少于30cm）。光纜的敷設-架空敷設

架空光纜主要分為鋼絞線支承式和自承或兩種，應優先選用前者。我國基本都是用采鋼絞線支承式，這種結構是通過桿路吊線托掛或捆扎（纏繞）架設。架空光纜應具備相應機械性能，如防震、防風、雪、低溫變化負荷產生的張力并具有防潮、防水性能。架空線路的桿間距離，市區為35～40m，郊區為40～50m，郊外隨不同氣象負荷區而異，最短25m，最長67m，可作適當調整。我國負荷區是依據風力、冰凌、溫度三要素進行劃分的。架空光纜線路應充分利用現有架空明線或架空電纜的桿路加掛光纜，其桿路強度及其它要求應符合架空線路的建筑標準。架空光纜的吊線采用規格為7/2.2mm的鍍鋅鋼絞線。吊線的安全系數應不低于3(S≥3)。對于長途一級干線需要采用架空掛設時，埋式鋼絲鎧裝光纜，重量超過1.5kg/m，在重負荷區可減少桿間距或采用7/2.6mm鋼絞線。架空光纜應根據使用環境，選擇符合溫度特性要求的光纜。－30℃以下的地區不宜采用架空方式。在明線線路上掛設光纜時，因明線線路已完全淘汰，不用考慮光纜金屬加強構件對明線有無影響；而明線線條仍可保留，以給光纜提供的防雷、防強電保護。光纜的敷設-架空敷設

架空光纜采用吊線托掛即吊掛式，是最廣泛的架設方法。目前國內架空光纜多數采用這種方式。

光纜掛鉤的要求與預放，吊掛式光纜掛鉤的程式可按規定要求選用。所用掛鉤程式應一致；光纜掛鉤卡掛間距要求為50cm，允許偏差不大于3cm，電桿兩側的第一個掛鉤距吊線的桿上的固定點邊緣為25cm左右。光纜卡掛應均勻，掛鉤在吊線上的搭扣方向一致，掛鉤托板齊全。一般在光纜架設后按上述要求調節整理好掛鉤。當光纜采用掛鉤預放置布放時，應先在光纜架設前，預先在吊線上安裝掛鉤。光纜的敷設-架空敷設（1）滑輪牽引方式為順利布放光纜和不損傷護層，采用導向滑輪。在光纜盤一側（始端）牽引至（終點）。安裝方法如圖1所示的導向索和２個滑輪，并在電桿部位安裝一個大號滑輪。每隔20～30m安裝1個導引滑輪，一邊將牽引繩通過每一滑輪，一邊按順序安裝，直至到達光纜盤處與牽引端頭連好。采用端頭牽引機或人工牽引，注意光纜所受張力大小。一盤光纜分幾次牽引時，與管道敷設一樣采用“∞”方式分段牽引。每盤光纜牽引完畢，由一端開始用光纜掛鉤分別將光纜托掛于吊線上，替下導引滑輪，并按本節有關要求在桿上作伸縮彎、整理掛鉤間隔等。光纜接頭預留長度為8～10m（桿高），應盤成圓圈后用扎線扎在桿上。圖1光纜滑輪牽引布放方法示意圖光纜的敷設-架空敷設（2）桿下牽引法對于野外桿下障礙不多的情況下，可采用桿下牽引法，如圖1-23所示。采用埋式光纜牽引方法把光纜牽引至終點。邊安裝光纜掛鉤，邊將光纜掛在吊線上（此時施工人員坐滑車比較方便）。在掛設光纜的同時，將桿上預留、掛鉤間距一次完成。并作好接頭預留長度和端頭處理。圖2光纜滑輪牽引布放方法示意圖光纜的敷設-架空敷設預留掛鉤牽引法，按光纜規程規定，每隔50Cm掛光纜掛鉤，并穿好引線。準備布放光纜兩端（光纜盤及牽引點）的安裝滑輪。引線可用2.5—3.0mm鐵線或尼龍繩、鋼絲繩等，引線通過掛鉤至光纜盤的光纜端頭，通過網套式牽引端頭連接光纜。牽引光纜完畢后，再補充整理光纜掛鉤，調整間距50Cm。并在桿上作伸縮彎和放好接頭預留長度。布放法與滑輪牽引法相似如圖3所示。圖3預掛掛鉤牽引法示意圖光纜的敷設-管道敷設1）管孔資料核實

按設計規定的管道路由和占用管孔，檢查是否空閑以及進、出口的狀態。按光纜配盤圖核對接頭位置所處地貌和接頭安裝位置，并觀察（檢查）是否合理和可能。2）管孔清洗方法

人工管孔清洗；機器洗管法，在國外，對于塑料管道大多采用自動減壓式洗管技術。由于塑料管道密封性較高，利用氣洗方式洗管比較先進。對于水泥管道，由于密封性和磨擦力不宜采用氣壓洗管方式，不適宜用這種方式。3）清洗步驟

久閉未開的人孔內可能存在可然性氣體和有毒氣體。入孔作業人員在人孔頂蓋打開后應先用換氣扇通入新鮮空氣對人孔換氣，若人孔內有積水時應用抽水機排除。光纜的敷設-管道敷設用穿管器或竹片慢慢穿至下一個孔后，如圖4所示，始端與清洗刷等連接好，注意清洗工具末端接好牽引鐵線，然后在第一管孔抽出穿管器或竹片。用同樣方法繼續洗通其它管道。圖4機械清洗管道光纜的敷設-管道敷設預放塑料子管，隨著通信的大力發展，城市電信管道日趨緊張。根據光纜直徑小的優點，為充分發揮管道的作用，提高經濟、社會效益，人們廣泛采用對管孔分割使用的方法，即在一個管孔內采用不同的分隔形式可布放3～4根光纜。我國目前普遍采取在一具管孔中預放3～6根塑料子管的分隔方法。塑料子管的布放方法應符合下列要求：在同一管孔內布放兩根以上的子管時，將子管每隔2~5米捆綁一次，同時布放，盡量采用不同色譜的子管。若采用無色子管，應在兩端頭做了標志；布放長度小于300米時可直通；子管伸出20~30cm密封保護；布放子管的環境溫度-5~+30℃（5）在管孔中子管不應有接頭；本次工程需用的子管應作臨時堵塞，不用的子管作固定堵塞；穿放塑料子管的管孔，應安裝塑料管法蘭盤以固定子管。光纜的敷設-管道敷設1.機械牽引法集中牽引法，集中牽引法即端頭牽引法，牽引鋼絲通過牽引端頭與光纜端頭連好；用終端牽引機按設計張力將整條光纜牽引至預定敷設地點。如圖5（a）所示。分散牽引法，不用終端牽引機而是用2～3部輔助牽引機完成光纜敷設。這種方法主要是由光纜外護套承受牽引力，在光纜側壓力允許條件下施加牽引力，因此用多臺輔助牽引機使分散的牽引力協同完成。如圖5（b）是管道光纜分散牽引法的典型例子。中間輔助牽引法，這是一種較好的敷設方法，它既采用終端牽引機又使用輔助牽引機。一般以終端牽引機通過光纜牽引端頭牽引光纜，輔助牽引機在中間給予輔助使一次牽引長度得到增加。它具有集中牽引和分散牽引的優點，克服了各自的缺點。因此，在有條件時選用中間輔助牽引方法為好。如圖5(c)所示。光纜的敷設-管道敷設圖5機械牽引法光纜的敷設-管道敷設圖6

人工牽引法人工牽引法由于光纜具有輕、細、軟等特點，故在沒有牽引機情況下，可采用人工牽引方法來完成光纜的敷設。人工牽引方法的要點是在良好的指揮下盡量同步牽引。牽引時一般為集中牽引與分散牽引相結合，即有一部分人在前邊牽引索（穿管器或鐵絲）、每個人孔中有1～2人幫助拉。前邊集中拉的人員應考慮牽引力的允許值，尤其在光纜引出口處，應考慮光纜牽引力和側壓力。人工牽引布放長度不宜過長，常用的辦法是采用倒“∞”法即牽引出幾個人孔后，將光纜引出盤“∞”，然后再向前敷設，如距離長還可繼續將光纜引出盤“∞”直至整盤光纜布放完畢。人工牽引導引裝置，不象機械牽引要求那么嚴格，但拐彎和引出口處還是應安裝導引管為宜。如圖6所示。光纜的敷設-管道敷設

管道光纜敷設以機械牽引中的中間輔助方式敷設步驟為例。

1）估算牽引張力、制定敷設計劃

為避免盲目施工，必須根據路由調查結果和施工單位敷設機具條件制定切實可行的敷設計劃。

2）人力組合和指揮系統

為了敷設的安全和提高生產效率，應合理安排、統一指揮，有條不紊地工作。3）拉入鋼絲繩

管道或子管一般已有牽引索，若沒有牽引索應及時預放好，一般用鐵絲或尼龍繩。機械牽引敷設時，首先在纜盤處將牽引鋼絲繩與管孔內預放牽引索連好，另一端由端頭牽引機牽引管孔內預放的牽引索，將鋼絲繩引至牽引機位置，并作好牽引準備。光纜的敷設-管道敷設

4）光纜牽引

光纜端頭按規定方法制作合格并接至鋼絲繩；按牽引張力、速度要求開啟終端牽引機；值守人員應注意按計算的牽引力操作；光纜引至輔助牽引機位置后，將光纜按規定安裝后，并使輔助機以與終端牽引機同樣的速度運轉；光纜牽引至牽引人孔時，應留足供接續及測試用的長度；若需將更多的光纜引出人孔，必須注意引出人孔處內導輪及人孔口壁摩擦點的側壓力，要避免光纜受壓變形。光纜的接續3光纜的接續

在光纜線路上，要把若干段光纜中各條光纖永久地連接成滿足設計長度要求的傳輸線路；在光纖傳輸系統中，（需要通過活動連接）把光設備的發送、接收器件與光纖線路連接起來又要能隨時拆卸調度（更換）、水線主備用水底光纜與主干光纜間的光纖連接，調換；在光纖傳輸性能測量工作中，需要將光纖臨時連接等等。這些都要采用不同的光纖連接方式，且工藝要求上滿足需要。固定連接（死接頭）應用場合有光纜線路中光纖間的永久性連接，其主要方法電弧熔接法、機械連接法（粘接、匹配）；活動連接（活接頭）應用場合有傳輸系統的機、線（纖）間、水線倒換箱、光儀表耦合，其主要方法光連接器；臨時連接應用場合有測量尾纖、假纖與被測光纖間耦合、連接，其主要方法V型槽對準、彈性毛細管連接、臨時性固定連接。光纜的接續

光纖熔接方式，國際上基本都是采取預放電熔接方式。1977年日本NTT公司首先改進成的預放電方式，通過預熔（0.1～0.3s）將光纖端面的毛刺、殘留物等清除，使端面趨于清潔、平整，使熔接質量、成功率有了明顯提高。

采用空氣預放電熔接的裝置、設備，稱之為光纖熔接機。由于光纖的不同和技術進步，促使多功能、性能不斷完善和多功能機種出現。目前研制生產光纖熔接機的國家、廠家不少，就熔接機的種類來說，按一次熔接光纖數量可分為單纖（芯）熔接機和多纖（芯）熔接機兩種。單纖（芯）熔接機是目前使用最廣泛的一種常用機型，多纖（芯）熔接機主要用于帶狀光纜的連接。按光纖類別可分為多模熔接機、單模熔接機和多模/單模熔接機三種。一般多模熔接機不能用于單模熔接，單模熔接機可用于多模熔接，但不經濟。多模/單模熔接機可通過轉換控制機構實現多模和單模光纖的熔接。光纜的接續光纖端面處理包括去除套塑層、清潔、去除預涂覆層、清潔和切割制備端面。光纖熔接過程及其工藝流程如圖7所示謝謝第一節SDH半導體的發光機理光纖通信工程光子目錄12光與物質作用形式3PN結光子1光子

愛因斯坦的光量子學說認為，光是由能量為hf的光量子組成的，其中h=6.628×10?34J·s（焦耳·秒），稱為普朗克常數，f是光波頻率，人們將這些光量子稱為光子。E=hf光子

半導體晶體，原子核外的電子運動軌道因相鄰原子的共有化運動要發生不同程度的重疊，晶體中的能級如圖1所示。最低能級E1稱為基態（價帶），能量比基態大的能級Ei(i=2,3,4…)稱為激發態。圖1晶體中的能級光與物質作用形式2光與物質作用形式有源器件（光源和檢測器）的物理基礎是光和物質相互作用的效應。可以歸結為光與原子的相互作用，將發生受激吸收、自發輻射和受激輻射三種物理過程。能級和電子躍遷如圖2所示。光與物質作用形式（1）在正常狀態下，電子通常處于低能級E1，在入射光的作用下，電子吸收光子的能量后躍遷到高能級E2，產生光電流，這種躍遷稱為受激吸收──光電檢測器。動畫演示。（2）處于高能級E2上的電子是不穩定的，即使沒有外界的作用，也會自發地躍遷到低能級E1上與空穴復合，釋放的能量轉換為光子輻射出去，這種躍遷稱為自發輻射──發光二極管。自發輻射光是非相干光。動畫演示。（3）在高能級E2上的電子，受到能量為hf12的外來光子激發時，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發光同頻率、同相位、同方向的光子（稱為全同光子）。由于這個過程是在外來光子的激發下產生的，所以這種躍遷稱為受激輻射──激光器。受激輻射光為相干光。動畫演示。光與物質作用形式思考：正常狀態下，大量電子在低能級，如何實現光的放大？如設低能級上的粒子密度為N1，高能級上的粒子密度為N2，在正常狀態下，N1＞N2，總是受激吸收大于受激輻射。即在熱平衡條件下，物質不可能有光的放大作用。受激輻射是產生激光的關鍵。粒子數反轉分布狀態是使物質產生光放大而發光的首要條件。要想物質產生光的放大，就必須使受激輻射大于受激吸收，即使N2＞N1（高能級上的電子數多于低能級上的電子數），這種粒子數的反常態分布稱為粒子（電子）數反轉分布。PN結3PN結

圖3半導體的能帶和電子分布(a)本征半導體；(b)N型半導體；(c)P型半導體一般狀態下，本征半導體的電子和空穴是成對出現的，用Ef位于禁帶中央來表示，見圖3(a)。在本征半導體中摻入施主雜質，稱為N型半導體。在N型半導體中，Ef增大，導帶的電子增多，價帶的空穴相對減少，見圖3(b)。在本征半導體中，摻入受主雜質，稱為P型半導體。在P型半導體中，Ef減小，導帶的電子減少，價帶的空穴相對增多，見圖3(c)。PN結

圖4

PN結的能帶和電子分布(a)P-N結內載流子運動；(b)零偏壓時P-N結的能帶圖；(c)正向偏壓下P-N結能帶圖在P型和N型半導體組成的PN結界面上，由于存在多數載流子(電子或空穴)的梯度，因而產生擴散運動，形成內部電場，見圖4(a)。內部電場產生與擴散相反方向的漂移運動，直到P區和N區的Ef相同，兩種運動處于平衡狀態為止，結果能帶發生傾斜，見圖4(b)，動畫演示。這時在PN結上施加正向電壓，產生與內部電場相反方向的外加電場，結果能帶傾斜減小，擴散增強。PN結

圖4

PN結的能帶和電子分布(a)P-N結內載流子運動；(b)零偏壓時P-N結的能帶圖；(c)正向偏壓下P-N結能帶圖電子運動方向與電場方向相反，便使N區的電子向P區運動，P區的空穴向N區運動，最后在PN結形成一個特殊的增益區（虛線內）。增益區的導帶主要是電子，價帶主要是空穴，結果獲得粒子數反轉分布，見圖4(c)。謝謝第二節SDH半導體的發光二極管光纖通信技術與設備概述目錄12表面發光二極管3邊發光二極管概述1概述

半導體LED發出的是不可見的紅外光，而顯示所用LED發出的是可見光，如紅光、綠光等，但是它們的發光機理基本相同。發光二極管的發射過程主要對應光的自發輻射過程，當注入正向電流時，注入的非平衡載流子在擴散過程中復合發光，所以LED是非相干光源，并且不是閾值器件，它的輸出功率基本上與注入電流成正比。LED的譜寬較寬（30～60nm），輻射角也較大。在低速率的數字通信和較窄帶寬的模擬通信系統中，LED是可以選用的最佳光源，與半導體激光器相比，LED的驅動電路較為簡單，并且產量高，成本低。

發光二極管LED的發光原理與激光器相同，所用材料也相同。所不同的是，在結構上，激光器有諧振腔，LED沒有；LD發激光，ED發熒光。光通信中常用的有表面發光二極管和邊發光二極管。表面發光二極管2表面發光二極管表面LED有平底碗型和集成透鏡型兩種。下圖1是平底碗型表面LED。圖1平底碗型表面發光LED結構表面發光二極管

①所用材料與LD相同，主要有GaAlAs和InGaAsP。②LED無諧振腔。③LED從正面發光，也就是出光方向與有源區垂直。LED利用自發輻射發光，是無閾值器件。邊發光二極管3邊發光二極管

結構如下圖2。邊發光二極管由端面出光，光的方向性較好，與光纖耦合效率高，電/光轉換效率比表面發光二極管好。圖2

邊發光二極管的結構發光二極管發光二極管LED的發光原理與激光器相同。所不同的是，在結構上，激光器有諧振腔，LED沒有；LD發激光，LED發熒光。LED發出的是多頻光，光譜寬度較大（30～40nm），發散角也較大，達40°～120°，如圖3所示。①由于是自發輻射，譜線較寬，一般為30～40nm②不是相干光，光的方向性較差，發散角為40°～120°③輸出的光強和效率都比較低④光功率對溫度的依賴性比LD小⑤P-I曲線的線性范圍較大，動態范圍大，失真小，圖4所示。發光二極管圖3（a）線寬的定義（b）LED的譜線寬度發光二極管圖4LED的P-I特性謝謝第二節

半導體激光器光纖通信技術與設備概述目錄12激光器3半導體激光器LD概述1概述光源是光發送機里的關鍵核心器件，其功能是把電信號轉換為光信號。主要分為半導體光源和非半導體光源。1）半導體光源：半導體發光二極管（LED）和半導體激光二極管（LD）。2）非半導體光源：固體激光器(摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG)激光器)和氣體激光器等概述能發出一定波長范圍的電磁波(包括可見光與紫外線、紅外線等不可見光)的物體稱為光源。光分可見光和不可見光兩種。波長在0.39-0.76um的是可見光，波長在6nm-0.39um的是紫外光，波長在0.76-300um的是紅外光。發光二極管用LED：熒光激光二極管用LD：激光激光器具有發射方向集中、亮度高、相干性優越和單色性好等。是一種新型光源。LED通常和多模光纖耦合，用于1.31μm或0.85μm波長的小容量、短距離的光通信系統。LD通常和單模光纖耦合，用1.31μm或1.55μm大容量、長距離光通信系統。概述用半導體材料作為工作物質的激光器，稱為半導體激光器（LD），對LD的要求如下。①光源的發光波長應符合目前光纖的三個低損耗窗口（即0.85μm、1.31μm和1.55μm）。②能夠在室溫下長時間連續工作，并能提供足夠的光輸出功率。目前LD的尾纖輸出功率可達500μW～2mW；LED的尾纖輸出功率可達10μW左右。③與光纖耦合效率高。④光源的譜線寬度要窄。較好的LD的譜線寬度可達到0.1nm。⑤壽命長，工作穩定。激光器2激光器半導體激光器（LD）是用半導體材料作為工作物質的激光器，稱為半導體激光器，也稱為半導體激光自激振蕩器。半導體激光器要實現激光發射工作，必需滿足以下三個條件：必須有產生激光的工作物質（也叫激活物質）；必須有能夠使工作物質處于粒子數反轉分布狀態的激勵源（也叫泵浦源）；必須有能夠完成頻率選擇及反饋作用的光學諧振腔。激光器（1）產生激光的工作物質

即處于粒子數反轉分布狀態的工作物質，稱為激活物質或增益物質，它是產生激光的必要條件。（2）泵浦源

使工作物質產生粒子數反轉分布的外界激勵源，稱為泵浦源。物質在泵浦源的作用下，使得N2＞N1，從而受激輻射大于受激吸收，有光的放大作用。這時的工作物質已被激活，成為激活物質或增益物質。（3）光學諧振腔

激活物質只能使光放大，只有把激活物質置于光學諧振腔中，以提供必要的反饋及對光的頻率和方向進行選擇，才能獲得連續的光放大和激光振蕩輸出。激光器半導體激光器是向半導體PN結注入電流，實現粒子數反轉分布，產生受激輻射，再利用諧振腔的正反饋，實現光放大而產生激光振蕩的，當受激輻射產生的光強大于諧振腔的損耗時，激光就可以向外輸出。即激光的輸出要滿足諧振腔的閾值條件。實現受激輻射和粒子數反轉分布。半導體激光器LD3半導體激光器LD

圖2DH激光器工作原理雙異質結構；(b)能帶；

(c)折射率分布；(d)光功率分布半導體激光器LD1)加正向偏壓

當在二極管上加正向偏壓時，電子從N型層通過PN結向P-GaAs層注入，空穴從P型層向P-GaAs層注入，電子和空穴在P-GaAs層中復合發光。2)雙異質結對電子和光子的限制作用

雙異質結把電子和光子限制在有源區內，其作用表現在兩方面。一方面，P-GaAs的禁帶寬度比GaAlAs大，電子難于越過兩邊的邊界，被限制在P-GaAs層內，使有源區的電子濃度增加；另一方面，P-GaAs折射率比GaAlAs大，將光子限制在有源區。半導體激光器LD3)光放大和振蕩①有源區內電子數實現反轉。②電子能級躍遷與空穴結合自發輻射發光，光被限制在有源區。③方向向著諧振腔鏡面的光由于受激輻射被放大。④當受激輻射大于諧振腔閾值時，激光向外輸出。半導體激光器LD1）閾值特性（P-I特性）

對于LD，當外加正向電流達到某一數值時，輸出光功率急劇增加，這時將產生激光振蕩，這個電流稱為閾值電流，用Ith表示。典型半導體激光器的輸出特性曲線如圖3所示。為了穩定可靠的工作，閾值電流越小越好。圖3

典型半導體激光器的輸出特性曲線半導體激光器LD2）激光器的光譜特性主要由其縱模決定。多縱模、單縱模激光器的典型光譜曲線如圖4（a）和圖4（b）所示。圖4激光器的光譜特性半導體激光器LD3）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。從激光器閾值電流隨溫度變化的曲線如圖5所示，閾值電流隨溫度的升高而加大。圖5激光器的溫度特性謝謝光纖通信技術與設備第四講PIN光檢測器概述目錄12光電二極管3PIN光電檢測器概述1概述光電檢測器的作用：把光信號轉換為電信號，光電檢測器是利用半導體材料的光電效應實現光電轉換。要求：①在系統的工作波長上具有足夠高的響應度，即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，能夠適用于高速或寬帶系統；③具有盡可能低的噪聲，以降低器件本身對信號的影響；④具有良好的線性關系，以保證信號轉換過程中的不失真；⑤具有較小的體積、較長的工作壽命等；⑥工作電壓盡量低，使用簡便。概述

1）外光電效應（光電倍增管）：入射光能量大，能將光敏材料的的內部電子全部激發出來。典型器件：APD雪崩光電二極管

2）內光電效應（PIN：入射光子不直接激發光子，僅僅使內部電子從較低能級躍遷到較高能級。典型器件：PIN光電二極管光電二極管2光電二極管光電二極管結構由光照、PN結、耗盡區、自建場、外加反偏壓、電信號輸出等組成。圖1光電二極管結構光電二極管光電二極管工作原理：光電檢測器是外加反向偏壓的PN結，當入射光作用時，發生受激吸收產生光生電子-空穴對，這些電子-空穴對在耗盡層內建電場作用下形成漂移電流，同時在耗盡層兩側部分電子-空穴對由于擴散運動進入耗盡層，在電場作用下形成擴散電流，這兩部分電流之和為光生電流。圖2光電二極管結構光電二極管

在耗盡層形成漂移電流。內部電場的作用，電子向N區運動，空穴向P區運動如果光子的能量大于或等于帶隙(hf≥Eg)當入射光作用在PN結時發生受激吸收PN結界面內部電場漂移運動能帶傾斜電子和空穴的擴散運動N-----PPIN光電二極管3PIN光電二極管P+N+I入射光電極電極E抗反射膜圖3PIN光電檢測器結構與電能分布

中間的I層是N型摻雜濃度很低的本征半導體；兩側是摻雜濃度很高的P型和N型半導體，用P+

和N+表示。I層很厚，吸收系數很小，入射光很容易進入材料內部被充分吸收而產生大量電子-空穴對，因而大幅度提高了光電轉換效率。兩側P+

和N+層很薄，吸收入射光的比例很小，I層幾乎占據整個耗盡層，因而光生電流中漂移分量占支配地位，從而大大提高了響應速度。另外，可通過控制耗盡層的寬度，來改變器件的響應速度PIN光電檢測器PN結上有內建電場。當PN結加上反向電壓后，入射光主要在耗盡區被吸收，在耗盡區產生光生載流子(電子空穴對)。在耗盡區電場作用下，電子向N區漂移，空穴向P區漂移，產生光生電動勢。在遠離PN結的地方，因沒有電場的作用，電子空穴作擴散運動，產生擴散電流。因I層寬。加了反偏壓后，空間電荷區加寬，絕大多數光生載流于部落在耗盡層內進行高效、高速漂移，產生漂移電流。漂移電流遠遠大干擴散電流，所以PIN光電二極管的靈敏度高。接通回路，負載上有電流，于是將光信號轉變為電信號。謝謝光纖通信技術與設備第五講APD光檢測器概述目錄12APD檢測器3APD檢測器工作特性概述1概述雪崩光電二極管應用光生載流子在其耗盡區(高場區)內的碰撞電離效應而獲得光生電流的雪崩倍增。N+P+I（P）入射光電極抗反射膜PE強電場區低電場區圖1APD光電檢測的結構及能量分布圖1APD光電檢測的結構及能量分布圖1APD光電檢測的結構及能量分布APD檢測器2光電二極管APD的雪崩倍增效應，是在二極管的P-N結上加高反向電壓，在結區形成一個強電場；在高場區內光生載流子被強電場加速，獲得高的動能，與晶格的原子發生碰撞，使價帶的電子得到了能量；越過禁帶到導帶，產生了新的電子—空穴對；新產生的電子—空穴對在強電場中又被加速，再次碰撞，又激發出新的電子—空穴對……如此循環下去，形成雪崩效應，使光電流在管子內部獲得了倍增。

APD就是利用雪崩效應使光電流得到倍增的高靈敏度的檢測器。光電二極管用雪崩光電二極管(APD)將光信號轉換為電信號的過程如圖所示。光信號包括信號光和背景光；電信號輸出包含信號、背景、咕電流和非倍增的暗電流;對三種電流．即信號、背景和暗電流產生雪崩增益；系統的輸出包含信號和噪聲。圖2光電檢測過程APD光電檢測器工作特性3PIN光電二極管1）響應度在一定波長的光照射下，光電檢測器的平均輸出電流與入射的平均光功率之比稱為響應度(或響應率)。2）量子效率量子效率定義為通過結區的載流子數與入射的光子數之比，常用符號η表示。3）響應速度 光電二極管的響應速度是指它的光電轉換速度。4）暗電流 暗電流主要由體內暗電流和表面暗電流組成。謝謝光纖通信技術與設備第一講光發射機原理概述目錄12光發射機3光發射機技術指標概述1概述光纖通信系統、主要由光發送設備、光接收機設備、光傳輸設備組成。光發送設備和光接收機設備常稱為光發射機和光接收機，兩者合在一起為光端機。把電端機輸出的數字基帶信號對光源進行直接光強度調制轉換為光信號，并用耦合技術有效注入光纖線路。電/光轉換是用承載信息的數字電信號對光源進行調制實現。光發射機2光發射機數字光發送機的基本組成包括均衡放大、碼型變換、復用、擾碼、時鐘提取、光源、光源的調制電路、光源的控制電路（ATC和APC）及光源的監測和保護電路等。如圖1。。擾碼線路編碼調制電路光源背向光監測碼型變換均衡放大輸入碼型變換電路APCAPC光發送電路時鐘提取告警檢測電信號光信號圖1光發射機的組成框圖光發射機光發射機的作用是將從復用設備送來的HDB3信碼變換成NRZ碼，接著將NRZ碼編為適合在光纜線路上傳輸的碼型，最后在進行電/光轉換，將電信號轉換成光信號并耦合進光纖。（1）均衡放大：補償由電纜傳輸所產生的衰減和畸變。（2）碼型變換：將HDB3碼或CMI碼變化為NRZ碼。（3）復用：用一個大傳輸信道同時傳送多個低速信號。（4）擾碼：使信號達到“0”、“1”等概出現，利于時鐘提取。（5）時鐘提取：提取PCM時鐘信號，供給其它電路使用。（6）調制（驅動）電路：完成電/光變換任務。（7）光源：產生作為光載波的光信號。（8）溫度控制和功率控制：穩定工作溫度和輸出平均光功率。（9）其他保護、監測電路：如光源過流保護電路、無光告警電路、LD偏流（壽命）告警等。光發射機1）自動功率控制APC圖2APC自動功率控制光發射機2）自動溫度控制（ATC）原理圖3ATC電路原理光發射機PCM通信系統中的接口速率和碼型，如表1所示。表1 PDH接口碼速率與接口碼型

PCM系統中的這些碼型并不都適合在數字光纖通信系統中傳輸。為此，在光端機中必須進行碼型變換。在PDH系統中，常用的線路編碼有分組碼mBnB，1B2B碼（CMI、DMI和雙相碼等）和插入碼，SDH光纖通信系統中廣泛使用的是加擾的NRZ碼。各種碼的編碼規律、傳輸速率如表2所示。基

群二

次

群三

次

群四

次

群接口碼速率

(Mbit/s)2.0488.44834.368139.264接口碼型HDB3HDB3HDB3CMI光發射機碼

型碼型變換規則傳輸速率誤碼監測適用系統1B2B碼CMI“1”：11,00交替“0”：012fi按編碼規則檢查PDH雙相碼“1”：10

“0”：012fi同上DMI“1”：11,00交替“0”：01（前二個碼為01，11時）10（前二個碼為10，00時）2fi同上分組碼mBnB在nB碼中選擇不均等值小的碼作公共碼；正負模式交替nfi/m（1）查禁用碼字（2）利用DRS插入碼mB1P（1）P碼滿足奇校驗規則（2）P碼滿足偶校驗規則(m+1)fi/m奇偶校驗mB1C(m+1)fi/m模2和=0加擾NRZ給輸入NRZ序列加擾fi無SDH表2常用的線路編碼光發射機技術指標3光發射機技術指標1）光發射機的平均輸出光功率衡量光發射機的輸出能力，測量平均輸出光功率的儀表是光功率計，光功率單位是dBm。

2）消光比的定義為全“1”碼平均發送光功率與全“0”碼平均發送光功率之比。可用下式表示

式中，P11為全“1”碼時的平均光功率；P00為全“0”碼時的平均光功率。一般要求EXT≥10dB。謝謝光纖通信技術與設備第五講光接收機原理光接收機目錄12光接收機性能指標3光中繼器光接收機1光接收機

光接收機作用是將光纖傳輸后的幅度被衰減、波形產生畸變的、微弱的光信號變換為電信號，并對電信號進行放大、整形、再生后，再生成與發送端相同的電信號，輸入到電接收端機，并且用自動增益控制電路（AGC）保證穩定的輸出。

光接收機中的關鍵器件是半導體光檢測器，它和接收機中的前置放大器合稱光接收機前端。前端性能是決定光接收機的主要因素。光接收機強度調制—直接檢波（IM-DD）的光接收機方框圖如圖4所示，主要包括光電檢測器、前置放大器、主放大器、均衡器、時鐘恢復電路、取樣判決器以及自動增益控制（AGC）電路等。

圖1數字光接收機方框圖光接收機1．光電檢測器

光電檢測器是把光信號變換為電信號的關鍵器件，對其要求是：①在系統的工作波長上要有足夠高的響應度，即對一定的入射光功率，光電檢測器能輸出盡可能大的光電流。②波長響應要和光纖的3個低損耗窗口兼容。③有足夠高的響應速度和足夠的工作帶寬。④產生的附加噪聲盡可能低，能夠接收極微弱的光信號。⑤光電轉換線性好，保真度高。⑥工作性能穩定，可靠性高，壽命長。⑦功耗和體積小，使用簡便。

光接收機2．放大器光接收機的放大器包括前置放大器和主放大器兩部分。對前置放大器要求是較低的噪聲、較寬的帶寬和較高的增益。前置放大器的的類型目前有3種：低阻抗前置放大器、高阻抗前置放大器和跨阻抗前置放大器（或跨導前置放大器）。主放大器一般是多級放大器，它的功能主要是提供足夠高的增益，把來自前置放大器的輸出信號放大到判決電路所需的信號電平。并通過它實現自動增益控制（AGC），以使輸入光信號在一定范圍內變化時，輸出電信號應保持恒定輸出。主放大器和AGC決定著光接收機的動態范圍。

光接收機3．均衡器均衡器的作用是對已畸變(失真)和有碼間干擾的電信號進行均衡補償，減小誤碼率。4．再生電路再生電路的任務是把放大器輸出的升余弦波形恢復成數字信號，由判決器和時鐘恢復電路組成。5．自動增益控制（AGC）AGC就是用反饋環路來控制主放大器的增益。作用是增加了光接收機的動態范圍，使光接收機的輸出保持恒定。

光接收機AGC就是利用反饋環路來控制主放大器的增益。AGC的作用是增加了光接收機的動態范圍。自動增益控制（AGC）電路原理框圖如2所示。

圖2自動增益控制電路原理光接收機性能指標2光接收機性能指標數字光接收機主要指標有光接收機的靈敏度和動態范圍。1）光接收機的靈敏度

光接收機的靈敏度是指在系統滿足給定誤碼率指標的條件下，光接收機所需的最小平均接收光功率Pmin（mW）。工程中常用毫瓦分貝（dBm）來表示，即光接收機性能指標2）光接收機的動態范圍光接收機的動態范圍是指在保證系統誤碼率指標的條件下，接收機的最低輸入光功率（dBm）和最大允許輸入光功率（dBm）之差（dB）。光中繼器3光中繼器光信號在傳輸過程會出現兩個問題：①光纖的損耗特性使光信號的幅度衰減，限制了光信號的傳輸距離；②光纖的色散特性使光信號波形失真，造成碼間干擾，使誤碼率增加。以上兩點不但限制了光信號的傳輸距離，也限制了光纖的傳輸容量。為增加光纖的通信距離和通信容量，必須設置光中繼器。光中繼器的功能是補償光能量損耗，恢復信號脈沖形狀有：①補償衰減的光信號；②對畸變失真的信號波形進行整形。光中繼器主要有兩種：一種是傳統的光中繼器（即光電中繼），一種是全光中繼器。光中繼器傳統的光中繼器采用光—電—光（O-E-O）轉換形式的中繼器。如圖3所示。圖3典型的數字光中繼器原理方框圖光電中繼器的結構形式：有的設在機房中，有的是箱式或罐式，有的是直埋在地下或架空光纜在電桿上。光中繼器目前全光放大器主要是摻鉺光纖放大器。摻鉺光纖放大器是一個直接對光波實現放大的有源器件，其工作原理如圖7所示。用摻鉺光纖放大器作中繼器的優點是，設備簡單，沒有光—電—光的轉換過程，工作頻帶寬。缺點是，光放大器作中繼器時，對波形的整形不起作用。圖4摻鉺光纖放大器用作光中繼器的原理框圖謝謝第5.1節SDH基本概念光纖通信技術與設備了解SDH體現相關定義等基本概念學習目標掌握SDH體系速率標準及計算過程了解字節間插復用方式123SDH基本概念目錄12SDH體系速率標準SDH基本概念1SDH體制：Synchronousdigitalhierarchy(同步數字體系),根據ITU-T的建議定義，是為傳輸不同速度的數字信號提供相應等級的標準化信息結構，包括映射，定位、復用以及相關的同步方法組成的一個技術體制。SDH采用的信息結構等級稱為同步傳送模塊STM-N（N=1，4，16，64，…），最基本的模塊為STM-1，也是STM的基礎速率STM-1=155.520Mbit/s。SDH基本概念SDH速率標準29*270（字節）270列STM-1幀結構9行125usSTM-1=9*270*8bit*8000/s=155.520Mbit/s先行后列，按字節傳送幀頻=8000幀/sSDH基幀A1A2A3B1B2B3D1D2D3C1C2C3A1B1C1D1A2B2C2D2A3B3C3D3A幀：3個字節B幀：3個字節C幀：3個字節D幀：3個字節E幀：3*4個字節幀周期不變字節間插復用40123456789ABCDEF012356789ABCDEF44444STM-10123456789ABCDEFSTM-4STM-16SDH字節間插復用等級STM-1STM-4STM-16STM-64速率（Mbit/s)2.5G10G155.520622.0802488.3209553.280STM-4=4*STM-1STM-16=16*STM-1STM-64=64*STM-1SDH體系速率標準總結總結：本節課學習了SDH體現的相關基本概念，包括體系的定義、速率標準及計算過程，字節間插復用方式。練習練習：一個2.5G的光傳輸網絡可以復用多少個STM-1？謝謝第5.1節SDH體制優劣勢光纖通信技術與設備掌握PDH體現的缺陷學習目標掌握SDH體系的優勢了解SDH體制存在的不足123PDH存在缺陷目錄12SDH體制優劣勢PDH存在缺陷1

電接口----地區性的電接口標準，有兩大體系三個不同的速率標準；400Mb/s100Mb/s32Mb/s6.3Mb/s日本系列274Mb/s45Mb/s6.3Mb/s565Mb/s139Mb/s34Mb/s8Mb/s2Mb/s1.5Mb/s北美系列歐洲系列×4×4×4×4×4×4×3×5×6×7×41.5Mb/sPDH體制缺陷（一）-接口缺陷

光接口----PDH體制的光接口沒有標準化，各自廠家不同的線性碼型，設備之間不能互通；專用的PDH光信號廠商A廠商B廠商B標準電接口互通2Mbit/s或34Mbit/sPDH體制PDH體制缺陷（一）-接口缺陷140OLTE34814034822883434140140OLTESDHSDHPDHPDH采用異步復用方式，通過比特塞入（碼速調整）法進行逐級復接。2MPDH體制缺陷（二）-復用方式PDH幀結構中開銷比特較少，不能提供足夠的運行、管理和維護（OAM）能力；TS0TS1TS2TS15TS16TS17TS18TS31（a)PCM30/322048kbit/s幀結構PDH體制缺陷（三）-運行維護功能PDH體制沒有統一的網管接口，不利于形成統一的電信管理網。SDH體制PDH體制缺陷（四）-網管功能SDH體制優劣勢2SDH體制：Synchronousdigitalhierarchy(同步數字體系),根據ITU-T的建議定義，是為傳輸不同速度的數字信號提供相應等級的標準化信息結構，包括映射，定位、復用以及相關的同步方法組成的一個技術體制。SDH基本概念1、接口優勢：

光接口----SDH光口信號碼型是加擾的NRZ碼，采用世界統一的7級擾碼，保證不同廠家的設備能夠進行互通。電接口----SDH采用的世界范圍內標準化的信息結構，稱為同步傳送模塊STM-N（N=1，4，16，64，…），最基本的模塊為STM-1，也是STM的基礎速率STM-1=155.520Mbit/s。SDH體制優勢（一）﹡低速SDH----高速SDH，字節間插復用﹡低速PDH-----SDH，同步復用和靈活的映射﹡老體制設備是否還可發揮作用﹡對新體制能否接入﹡用于OAM的開銷多﹡OAM功能