光纤通信01：绪论资料

1、光通信技术(jsh)The Technology of Optical Communication 臧小飞光电信息(xnx)与计算机工程学院共四十八页推荐(tujin)教材书名(sh mn)：光纤通信作者：陈才和出版单位：电子工业出版社 共四十八页推荐(tujin)教材书名：光纤通信(un xin tn xn)作者：张宝富出版单位：西安电子科技大学出版社 共四十八页书名：光纤通信原理与系统 (第3版)作者(zuzh)：张明德，孙小菡 出版单位：东南大学出版社 参考(cnko)教材共四十八页参考(cnko)教材书名：光纤通信(un xin tn xn)（第五版）作者：Joseph C.Palai

2、s 译者：王江平、刘杰等出版单位：电子工业出版社共四十八页思考(sko)什么(shn me)是光纤通信？ “烽火台”传递军情？共四十八页光源(gungyun)接收器光调制(tiozh)光解调缺点：传送信息少；受地形、气象等外在条件的限制。共四十八页贝尔的光电话(dinhu)（PhotoPhone）？ 1880，贝尔发明了第一个光电话。 光源：弧光灯 调制光：发出的光投射在话筒的音膜上，当音膜按照说话人声音的强弱及音调不同而作相应的振动时，从音膜上反射出来的光的强弱也随之变化 传播介质：大气 光接收器和光解调(ji dio)：硅光电池。硅光电池放在一个大型抛物面镜的焦点上。硅光电池能将射在它上面

3、的光转变成电信号，这个电信号的强弱及变化频率，都恰好能反映原来用于调制光信号的声音的强弱及频率。这个电信号被送进听筒，就能还原成原来的声音，完成了整个通信过程。共四十八页应用：第一次世界大战和第二次世界大战期间，军事部门先后试验过几种光电话装置，还采用了人眼看不见(bjin)的保密性更好的红外光作为光载波。贝尔的光电话装置在晴天时通话距离可达数公里至十几公里。优点：在贝尔的光电话中，包含着近代光通信技术的萌芽。在发射端，电能转换成弧光灯的光能；在调制器中，声音转变成电流，然后驱动话筒的音膜振动；在接收端，接收到的光信号在硅光电池中转换成电信号，电信号又在听筒中转换成声音信号，实现了光、电、声音

4、（或文字、图像）的相互转换。这是一切(yqi)现代光通信的共同特点。共四十八页缺点：光波通信都是利用自然光源，它包括自然光和一般的灯光光源，人工不好控制它的变化，也不好处理(chl)，不能像短波波段和微波波段的电磁波那样进行复杂的通信工作。 光波传播易受气候的影响，可见度距离很短，遇到下雨下雪天也有影响。共四十八页在1870 年，英国(yn u)物理学家丁达尔做了个实验。 共四十八页现象：射入水中的光竟随着(su zhe)水从小孔流出，并且同水流一起沿着弧线落到地面，在地面上产生一个光斑。结论：像水这样的透明物质是可以传送光束的。启发：光导纤维来作为光的“导线”。不管玻璃丝怎样弯曲，从它的一端

5、射入的光都会顺着它弯曲地传播，而从另一端射出。 共四十八页 1966年，英籍华裔学者高锟指出了利用光纤(Optical Fiber)进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代(xindi)光通信光纤通信的基础。光纤通信发明家高锟(左)1998年英国接受IEEE授予(shuy)的奖章2009年获得诺贝尔物理学奖共四十八页所谓光纤通信，就是利用(lyng)光纤（光导纤维）来传输携带信息的光波以达到信息传输的目的。回答三个问题： 1.传输媒质？ 2.载波？ 3.实现目的？共四十八页光纤光接收机光放大器光发送机光源信息源光纤通信(un xin tn xn)系统简单组成：共四十八页教学内容第1章 绪论第

6、2章 光纤传输理论(lln)第3章 光纤传输器件第4章 光源与光发送机第5章 光检测器与光接收机第6章 光放大器第7章 光纤通信系统第8章 现代光纤通信技术共四十八页教学目的与考核(koh)说明光纤通信课程是光信息科学与技术领域的一门主干技术基础课程，也是光学工程领域中一门现代技术基础课程。通过(tnggu)学习使学生掌握光纤通信的基本原理和系统组成，了解光纤通信的未来与发展，为进一步学习光纤通信技术和设备打下基础。为学生今后研究更先进光通信技术与系统打下基础。 考核(1)平时成绩占30%(2)期终考察占70%目的：共四十八页11光纤通信发展的历史和现状 1.1.1 光纤的发展 1.1.2 激

7、光器的发展 1.1.3 实用光纤通信系统(xtng)的发展 1.1.4 国内外光纤通信的研究现状及展望12 光纤通信的优点和应用 1.2.1 光纤通信的优点 1.2.2 光纤通信的应用1 3 光纤通信系统的组成 第1章 绪 论共四十八页补充：分贝（dB，decibel）1.分贝表示相对功率。2.分贝表示绝对(judu)功率。3. 为什么采用分贝表示功率？共四十八页分贝表示(biosh)相对功率：要求：P2和P1的单位(dnwi)必须相同。共四十八页2.已知相对功率时，可以(ky)得到传输功率状态：1.已知相对功率时，可以(ky)通过输入功率求输出功率： 如果所指的明显是损耗的话，有时负号可以省

8、略。如功率变化-3dB时称为3dB损耗。共四十八页分贝表示绝对功率：将功率与一个固定(gdng)的参考值做比较，称为用分贝表示的绝对功率。所以(suy)：当功率为0dBm时表示功率为？当功率为-30dBm时表示功率为？答案为：1mW和1W。共四十八页为什么用分贝来表示功率的变化？ 用分贝表示功率是一个十分方便的量。主要(zhyo)考虑元件级联时，计算十分方便。总的效率（以分贝为单位）是单个级联部分的效率（以分贝为单位）之和，这是采用分贝计算的主要优点。 共四十八页计算：1.如图所示的三个级联部分(b fen)的损耗分别为-11dB，-6dB和-3dB。计算此系统的总损耗。如果输入功率为5mW，

9、试计算输出功率。2.假设有个发光二极管的输出功率为2mW，计算与此辐射功率相对应的dBm值。此功率通过一组元件后有23dB的损耗，计算输出功率。共四十八页1.解：总损耗(snho)为等效的功率比（即功率传输(chun sh)效率）为：则接收功率为：共四十八页2.解：发射功率是以毫瓦为单位(dnwi)的，所以 由于此功率(gngl)有23dB的损耗，也就是说输出功率比输入功率小23dB。 对应的功率比为由于参考功率值为1mW，所以输出功率为共四十八页 1.1.1 光纤的发展 降低损耗1951年，医疗用玻璃纤维发明。但这种早期的光导纤维损耗太大（大于1000dB/km），不能用。1965年，由一系

10、列透镜构成的透镜光波导被报导。但结构太复杂且精度要求太高，不实用。1966年，英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)发表了关于传输介质新概念的论文，分析了造成光纤传输损耗高的主要原因，指出如果完全除去玻璃中的杂质，光纤损耗可降到20dB/km(相当于同轴电缆)，可以(ky)用于光纤通信。1.1 光纤通信(un xin tn xn)发展的历史和现状 “原材料的提纯制造出适合于长距离通信使用的低损耗光纤”共四十八页 1970年，光纤研制取得了重大突破 1970年，美国康宁(Corning)公司研制成功损耗20dB/km的石英光纤。把光纤通信的研究开发推向一个新阶段。

11、 用它和玻璃的透明程度比较，光透过玻璃功率损耗一半（相当于3分贝）的长度(chngd)分别是：普通玻璃为几厘米、高级光学玻璃最多也只有几米，而通过每千米损耗为20分贝的光纤的长度可达150米。这就是说，光纤的透明程度已经比玻璃高出了几百倍！ 共四十八页 1972年，康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到4 dB/km。 1973 年，美国贝尔(Bell)实验室的光纤损耗降低到2.5dB/km。1974 年降低到1.1dB/km。 1976 年，日本电报(din bo)电话(NTT)公司将光纤损耗降低到0.47 dB/km(波长1.2m)。 在以后的 10 年中，波长为1.55 m的光纤损耗：197

12、9 年是0.20 dB/km，1984年是0.157 dB/km，1986 年是0.154 dB/km， 接近了光纤最低损耗的理论极限。 共四十八页1.1.2激光器的发展1960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红宝石激光器， 给光通信带来了新的希望。激光器的发明和应用， 使沉睡了80年的光通信进入一个崭新的阶段。在这个时期，美国麻省理工学院利用He - Ne激光器和CO2激光器进行了大气激光通信试验。1962年，GaAs半导体激光二极管（LD）问世，意味着现代(xindi)光通信有了小体积的高速光源。LD输出进入单模光纤的功率约为1mW，且掺杂后可以将发射波长移到短波长低损耗窗口。共

13、四十八页 1970 年，光纤通信用光源取得(qd)了实质性的进展 1970年，美国贝尔实验室、日本电气公司(NEC)和前苏联先后，研制成功室温下连续振荡的镓铝砷(GaAlAs)双异质结半导体激光器(短波长)。虽然寿命只有几个小时，但它为半导体激光器的发展奠定了基础。 1973 年，半导体激光器寿命达到7000小时。 1976年，日本电报电话公司研制成功发射波长为1.3 m的铟镓砷磷(InGaAsP)激光器。 1977 年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到10万小时。 1979年美国电报电话(AT&T)公司和日本电报电话公司研制成功发射波长为1.55 m的连续振荡半导体激光器。 由于光纤和半

14、导体激光器的技术(jsh)进步，使 1970 年成为光纤通信发展的一个重要里程碑共四十八页 1.1.3实用光纤通信系统的发展 1976 年，美国在亚特兰大(Atlanta)进行了世界上第一个实用光纤通信系统的现场试验。1977年，世界上第一条光纤通信系统在美国芝加哥市投入商用，速率为45Mbs。 1980 年，美国标准化FT - 3光纤通信系统投入商业应用。 1976 年和 1978 年，日本先后进行了速率为34 Mb/s的突变型多模光纤通信系统， 以及速率为100 Mb/s的渐变型多模光纤通信系统的试验。 1983年敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线。 随后，由美、日、 英、法发起的第一条横跨

15、(hn ku)大西洋 TAT-8海底光缆通信系统于1988年建成。 第一条横跨太平洋 TPC-3/HAW-4 海底光缆通信系统于1989年建成。从此，海底光缆通信系统的建设得到了全面展开，促进了全球通信网的发展。共四十八页 总的来说，光纤通信技术不断创新：光纤从多模发展到单模，工作波长从0.85 m发展到1.3 m和1.55 m(短波长向长波长），传输速率从几十Mb/s发展到几十Gb/s（低速率到高速率）。 随着技术的进步和大规模产业的形成，光纤价格不断下降，应用范围不断扩大。目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒质，光纤通信系统将成为未来国家信息基础设施的支柱。 在许多发达国家，生产光纤通信产品

16、的行业(hngy)已在国民经济中占重要地位。共四十八页 商用光纤通信的发展可以(ky)粗略地分为四个阶段： 第一阶段(1980年1983年)，这是从基础研究到商业应用的开发时期： 0.85 m波长多模光纤的第一代系统。第二阶段(1983年1991年)，这是以提高传输速率和增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期。1.3 m波长单模光纤的第二代系统。第三阶段(1991年1995年)，这是以超大容量超长距离为目标、全面深入开展新技术研究的时期。 1.55 m单频激光器的第三代系统。第四阶段(1995年)，这是以超大容量超长距离为目标、全面深入开展新技术研究的时期。采用光放大器的第四代系统。

17、共四十八页光纤通信(un xin tn xn)整体发展时间表1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 100000 10000 1000 100 10 1 0.1 0.8m 多模1.3m 多模1.55m 单模光孤子光放大器1.55m相干检测系统性能(Gb/sKm）共四十八页共四十八页 1.1.4 国内外光纤通信的研究现状和展望 近十几年来，光纤通信发展得很快，世界上许多国家都在大力发展光纤通信。在科技发达国家，光纤通信技术已基本成熟，世界上形成了北美、西欧和远东三个光通信发达地区(dq)，其代表国分别为美国、英国和日本，其它国家如法国、

18、西德、意大利等国家的光纤通信发展也很快。 近20 年来，我国一直把光通信的有关课题当作重点攻关项目。许多专家学者为之奋斗，取得了一系列重要成果。 目前，光纤通信已成为世界通信网的骨干：光纤到办公室，光纤进入家庭。 共四十八页光网联天下光传输技术的发展、光传输市场热点 全光通信网未来(wili)宽带的发展方向 光纤通信系统(xtng)的展望共四十八页具体技术展望波分复用技术相干光通信(tng xn)全光放大器 光孤子通信 量子光通信 共四十八页1.2.1 光纤通信的优点光纤通信的线路又细又轻；光纤通信可以节约大量(dling)的有色金属；光纤通信的通信容量大；光纤通信的通信距离远；抗电磁干扰能力强，保密性能好。1.2 光纤通信的优点(yudin)和应用共四十八页通信手段容量（电话路数）中继距离（km）1000km中继器数微波9605020小同轴9604250大同轴18006166光缆76807014光纤通信(tng xn)与其它通信(tng xn)方式比较共四十八页补充:光纤通信(un xin tn xn)的缺点非线性效应量子噪声大接续、合路、分路复杂弯曲不能过小共四十八页 1.2.2 光纤通信的应用 光纤可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。光纤通信应用非常广泛，大到包括世界不同