光纤通信技术-第01章

1、软件学院 王世普1/23光纤通信技术与光网络光纤通信技术与光网络软件学院 王世普2/23l教 材：光纤通信技术，孙学康著，人民邮电出版社l参考书：光纤通信工程与工程管理 ，尹树华 著，人民邮电出版社l参考书：现代光纤通信与网络教程，张宝富，人民邮电出版社软件学院 王世普3/23n考核办法：期中和期末考试为闭卷考试，成绩计算方法为：平时成绩占10%，期中考试占20%，期末成绩占70% n教师信息：王世普 教授 电话邮件： 办公室：软件学院大楼1315软件学院 王世普4/23第一章第一章 概概 述述1.1 光纤通信的基本概念光纤通信的基本概念1.2 光纤通信的优越性光纤通

2、信的优越性1.3 光纤通信系统的基本组成光纤通信系统的基本组成1.4 光纤通信的发展趋势光纤通信的发展趋势软件学院 王世普5/231.1 1.1 光纤通信的基本概念光纤通信的基本概念l利用光导纤维传输光波信号的通信方式称为光利用光导纤维传输光波信号的通信方式称为光纤通信纤通信l光纤材料：主要是光纤材料：主要是SiO2 (二氧化硅，石英）二氧化硅，石英）l部分电磁波频率划分部分电磁波频率划分软件学院 王世普6/231.1 1.1 光纤通信的基本概念光纤通信的基本概念软件学院 王世普7/231.1 1.1 光纤通信的基本概念光纤通信的基本概念l目前光纤通信的实用工作波长在近红外区，即0.81.8m

3、的波长区（对应的频率为375THz167THz） l三个低损耗窗口：0.85m（850nm） 1.31m（1310nm) 1.55m（1550nm）软件学院 王世普8/231.1 1.1 光纤通信的基本概念光纤通信的基本概念l 光通信的发展光通信的发展光电话：光电话：18801880年，贝尔发明，可以说这是光通信的开端。年，贝尔发明，可以说这是光通信的开端。软件学院 王世普9/23贝尔光电话系统贝尔光电话系统将弧光灯的恒定光束投射在话筒将弧光灯的恒定光束投射在话筒的音膜上，随声音的振动而得到的音膜上，随声音的振动而得到强弱变化的反射光束（调制）。强弱变化的反射光束（调制）。用硅电池接收随声音变

4、化的用硅电池接收随声音变化的光信号，并转换成电信号，光信号，并转换成电信号，驱动扬声器发声（解调）驱动扬声器发声（解调）大气是光传输通道，大气是光传输通道，易受气候（雪、雾、易受气候（雪、雾、雨）的影响雨）的影响1.1 光纤通信的基本概念软件学院 王世普10/231.1 1.1 光纤通信的基本概念光纤通信的基本概念l 光通信的发展光通信的发展反射波导与透镜波导通信反射波导与透镜波导通信软件学院 王世普11/231.1 1.1 光纤通信的基本概念光纤通信的基本概念l 光通信的发展光通信的发展光纤通信理论的发展光纤通信理论的发展1966年，英籍华人年，英籍华人高锟高锟（K.C.Kao，当时工作于英

5、国标准当时工作于英国标准电信研究所）博士深入研究了光在石英玻璃纤维中的严电信研究所）博士深入研究了光在石英玻璃纤维中的严重损耗问题，发现重损耗问题，发现主要原因主要原因是：是： 含有过量含有过量的铬、铜、铁与锰等的铬、铜、铁与锰等金属离子金属离子和其他和其他杂质杂质 拉制光纤时工艺技术造成了拉制光纤时工艺技术造成了芯、包层分界面不均匀芯、包层分界面不均匀及及其所引起的其所引起的折射率不均匀折射率不均匀 同时还发现一些玻璃纤维在同时还发现一些玻璃纤维在近近红外光区红外光区的损耗较小。的损耗较小。软件学院 王世普12/231.1 1.1 光纤通信的基本概念光纤通信的基本概念l 光通信的发展光通信的

6、发展光纤的诞生光纤的诞生 在高锟理论的指导下，在高锟理论的指导下，1970年美国年美国康宁康宁(Corning Incorporated)公司拉出了第一根损耗为公司拉出了第一根损耗为20dB/km的光纤的光纤（相当于输出功率只有输入功率的（相当于输出功率只有输入功率的1/100）。）。光纤通信的发展光纤通信的发展 1977年，年，美国美国在芝加哥进行了在芝加哥进行了44.736Mbit/s的光通信实验；的光通信实验； 1978年，年，日本日本完成完成32.064Mbit/s和和97.728Mbit/s光通信实验；光通信实验； 1979年，年，美国美国AT&T和日本和日本NTT均研制出了

7、波长为均研制出了波长为1.35m的半导体激光器。的半导体激光器。软件学院 王世普13/231.1 1.1 光纤通信的基本概念光纤通信的基本概念l 光通信的发展光通信的发展光纤通信的发展光纤通信的发展 目前为目前为第四代光纤系统第四代光纤系统，主要特征：，主要特征： 采用采用光放大器光放大器(Optical Amplifier，OA)增加增加中继距离中继距离 采用采用波分复用波分复用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)技术技术提高传输容量提高传输容量。软件学院 王世普14/231.2 1.2 光纤通信的优越性光纤通信的优越性l传输频带宽，通信容量大传输频带

8、宽，通信容量大光纤通信是以光纤为传输媒介，光波为载波的通信系统，光纤通信是以光纤为传输媒介，光波为载波的通信系统，其载波其载波光波具有很高的频率（光波具有很高的频率（10121016Hz）。）。如果用于传输电话（每路占如果用于传输电话（每路占4kHz），则可传输），则可传输10亿路以亿路以上的电话。光纤具有巨大的通信容量。上的电话。光纤具有巨大的通信容量。软件学院 王世普15/231.2 1.2 光纤通信的优越性光纤通信的优越性l 传输损耗低、中继距离长传输损耗低、中继距离长 目前，实用的光纤通信系统使用的光纤多为石英光纤，目前，实用的光纤通信系统使用的光纤多为石英光纤，此类光纤在此类光纤在1

9、.55m波长区的损耗可低到波长区的损耗可低到0.2dB/km（相当（相当于输出功率为输入功率的于输出功率为输入功率的95%），比已知的其他通信线），比已知的其他通信线路的损耗都低得多。路的损耗都低得多。 因此，由其组成的光纤通信系统的无中继距离也较其它因此，由其组成的光纤通信系统的无中继距离也较其它有线介质构成的系统长得多，可达有线介质构成的系统长得多，可达200km。软件学院 王世普16/231.2 1.2 光纤通信的优越性光纤通信的优越性l 抗电磁干扰能力强抗电磁干扰能力强 电缆一般不能跟高压电线平行架设，也不能在电气电缆一般不能跟高压电线平行架设，也不能在电气化铁路附近等电磁干扰严重的环

10、境铺设。化铁路附近等电磁干扰严重的环境铺设。 光信号集中在纤芯中传输，能抵抗任何电磁干扰。光信号集中在纤芯中传输，能抵抗任何电磁干扰。软件学院 王世普17/231.2 1.2 光纤通信的优越性光纤通信的优越性l 保密性能好保密性能好 对通信系统的重要要求之一是保密性好。电通信方式对通信系统的重要要求之一是保密性好。电通信方式将产生电磁辐射，很容易被窃听；无线通信方式的保将产生电磁辐射，很容易被窃听；无线通信方式的保密性更差。密性更差。 光信号在光纤内部，不会产生辐射，一般不能窃听。光信号在光纤内部，不会产生辐射，一般不能窃听。l 体积小，重量轻、原材料丰富体积小，重量轻、原材料丰富软件学院 王

11、世普18/231.2 1.2 光纤通信的优越性光纤通信的优越性l 光纤通信的缺点光纤通信的缺点抗拉强度低抗拉强度低光纤连接困难光纤连接困难光纤怕水光纤怕水软件学院 王世普19/231.3 1.3 光纤通信系统的基本组成光纤通信系统的基本组成l 光纤通信系统的组成光纤通信系统的组成光纤通信系统主要由光发射机、光纤光缆、中继器和光光纤通信系统主要由光发射机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。接收机组成。光发射机光发射机电发射机电发射机光光收收光光发发光接收机光接收机电接收机电接收机O/E E/O光纤光纤光纤光纤O/EE/O发送端发送端接收端接收端LD，LEDPIN，APD光中继器光中继器PIN：光电

12、二极管；：光电二极管；APD：雪崩光电二极管；：雪崩光电二极管；LD：半导体激光器；：半导体激光器；LED：发光二极管：发光二极管软件学院 王世普20/231.3 1.3 光纤通信系统的基本组成光纤通信系统的基本组成l光发射机的作用是将电信号转换成光信号，并馈送进入光发射机的作用是将电信号转换成光信号，并馈送进入光纤中。光纤中。l光接收机的作用是接收来自光纤的光信号，并还原成原光接收机的作用是接收来自光纤的光信号，并还原成原始的电信号。始的电信号。l光纤的作用是为光信号的传送提供传送媒介光纤的作用是为光信号的传送提供传送媒介( (信道信道) )，将，将光信号由一处送到另一处。光信号由一处送到另

13、一处。l中继器分为电中继器和光中继器中继器分为电中继器和光中继器( (光放大器光放大器) )两种，其主两种，其主要作用就是延长光信号的传输距离。要作用就是延长光信号的传输距离。软件学院 王世普21/231.3 1.3 光纤通信系统的基本组成光纤通信系统的基本组成l光纤通信系统的分类光纤通信系统的分类按照调制信号的类型分类：按照调制信号的类型分类： 模拟光纤通信系统 数字光纤通信系统按照光源的调制方式分类：按照光源的调制方式分类： 直接调制光纤通信系统 间接调制光纤通信系统软件学院 王世普22/231.3 1.3 光纤通信系统的基本组成光纤通信系统的基本组成l 光纤通信系统的分类光纤通信系统的分

14、类按照光纤的传导模数量分类：按照光纤的传导模数量分类： 多模光纤通信系统多模光纤通信系统 单模光纤通信系统单模光纤通信系统按照系统的工作波长分类：按照系统的工作波长分类： 短波长光纤通信系统短波长光纤通信系统 长波长光纤通信系统长波长光纤通信系统 超长波长光纤通信系统超长波长光纤通信系统软件学院 王世普23/231.1.4 4 光纤通信系统的发展趋势光纤通信系统的发展趋势l下一代下一代SDHSDH节点：接入网、传输网的一体化，构成业务层和节点：接入网、传输网的一体化，构成业务层和传送层一体化的传送层一体化的SDHSDH节点。节点。l密集波分复用（密集波分复用（DWDMDWDM）：减少）：减少WDMWDM波长间的间隔，使复用的波长间的间隔，使复用的波长数大幅增加（目前达到波长数大幅增加（目前达到160160个，实验室超过个，实验室