光纤通信第一章光纤通信级

光纤通信第一章光纤通信级1第一页，共八十九页，2022年，8月28日第1章

光纤通信概述1.1 光纤通信概述1.2光纤通信的发展1.3光纤通信系统简介1.4我国光纤通信发展简介1.5光纤通信认知第2章

光纤通信的物理学基础

2.1光的本质

2.2光的反射、折射和全反射

2.3波导光学

2.4光的吸收、色散和散射

2.5激光原理第3章光纤

3.1光纤概述

3.2阶跃型光纤的波导光学理论

3.3渐变光纤的理论分析

3.4单模光纤

3.5光纤的损耗特性

3.5光纤的色散特性3.7光纤的特性参数

主要内容

第4章光源和光发射机

4.1半导体的能带理论

4.2发光二极管

4.3半导体激光器4.4光调制4.5光发送机第5章光检测器与光接收机5.1光检测器

5.2光检测器的工作特性

5.3光接收机2第二页，共八十九页，2022年，8月28日主要内容

5.4光接收机的噪声

5.5光接收机的误码率和接收灵敏度第6章

光纤通信系统与工程

6.1强度调制-直接检测数字光纤通信系统

6.2光纤通信的线路码型

6.3光纤通信的性能指标6.4损耗和色散对系统的影响

6.5光纤通信系统的设计

6.6光纤通信工程第7章SDH技术

7.1SDH的产生和基本特点7.2SDH的速率和帧结构7.3同步复用与映射方法7.4SDH设备7.5SDH传送网结构和自愈保护7.6SDH同步与管理第8章

光放大和色散补偿技术

8.1光放大器及其工作性能

8.2掺铒光纤放大器

8.3光纤喇曼放大器

8.4色散补偿技术第9章

波分复用技术9.1多信道复用技术9.2光波分复用原理与技术9.3光波分复用器9.4WDM光传输网及系统设计第10章

光纤通信的高新技术10.1相干光通信技术10.2光孤子通信技术10.3光接人技术10.4光交换技术10.5全光通信网3第三页，共八十九页，2022年，8月28日第一章光纤通信概述1.1光纤通信概述1.2光纤通信的发展1.3光纤通信系统简介1.4我国光纤通信发展简介1.5光纤通信认知4第四页，共八十九页，2022年，8月28日1.1光纤通信概述什么是通信？“通”传送，“信”信息；信息的传送基本组成：发送、传输、接收什么是光纤通信？利用激光作为信息的载波信号，并通过光纤来传送信息的通信系统。5第五页，共八十九页，2022年，8月28日什么是通信？“通”传送，“信”信息；信息的传送基本组成：发送、传输、接收什么是光纤通信？利用激光作为信息的载波信号，并通过光纤来传送信息的通信系统。光纤通信是人类科学技术的重大突破，光纤通信已成为现代信息社会的神经系统光纤----信息社会的标志6第六页，共八十九页，2022年，8月28日

现代通信方式示意图用户环路交换设备电复接设备卫星通信微波通信光纤通信移动通信发送机接收机传输系统用户终端用户终端信息信息用户终端用户终端用户环路交换设备电复接设备信息信息7第七页，共八十九页，2022年，8月28日

现代通信方式示意图用户环路交换设备电复接设备卫星通信微波通信光纤通信移动通信发送机接收机传输系统用户终端用户终端信息信息用户终端用户终端用户环路交换设备电复接设备信息信息信息指用户要求传送的语音、图像、数据以及它们的各种组合8第八页，共八十九页，2022年，8月28日用户环路交换设备电复接设备卫星通信微波通信光纤通信移动通信发送机接收机传输系统用户终端用户终端信息信息用户终端用户终端用户环路交换设备电复接设备信息信息

现代通信方式示意图用户终端交换设备接入网电复接设备传输系统9第九页，共八十九页，2022年，8月28日

现代通信方式示意图用户环路交换设备电复接设备卫星通信微波通信光纤通信移动通信发送机接收机传输系统用户终端用户终端信息信息用户终端用户终端用户环路交换设备电复接设备信息信息光纤通信经过30年的技术发展目前正在淘汰着其他的有线通信方式10第十页，共八十九页，2022年，8月28日光纤通信技术的主要优点光纤与电话双绞线对比图11第十一页，共八十九页，2022年，8月28日

光通信与电通信

任何通信系统追求的最终技术目标都是要可靠地实现最大可能的信息传输容量和传输距离。

通信系统的传输容量取决于对载波调制的频带宽度，载波频率越高，频带宽度越宽。

通信技术发展的历史，实际上是一个不断提高载波频率和增加传输容量的历史。

20世纪60年代，微波通信技术已经成熟，因此开拓频率更高的光波应用，就成为通信技术发展的必然。

12第十二页，共八十九页，2022年，8月28日

电缆通信和微波通信的载波是电波，光纤通信的载波是光波。虽然光波和电波都是电磁波，但是频率差别很大。光纤通信用的近红外光(波长约1μm)的频率(约300THz)比微波(波长为0.1m~1mm)的频率(3~300GHz)高3个数量级以上。13第十三页，共八十九页，2022年，8月28日图1.1部分电磁波频谱14第十四页，共八十九页，2022年，8月28日图1.1部分电磁波频谱图1.1是相关的电磁波频谱。光纤通信用的近红外光(波长为0.7~1.7μm)频带宽度约为200THz，在常用的1.31μm和1.55μm两个波长窗口频带宽度在20THz以上。(0.7μm~430THz,1.7μm~180THz)由于光源和光纤特性的限制，目前，光强度调制的带宽一般只有20GHz，因此还有3个数量级以上的带宽潜力可以挖掘。15第十五页，共八十九页，2022年，8月28日

微波波段有线传输线路是由金属导体制成的同轴电缆和波导管。同轴电缆的损耗随信号频率的平方根而增大，要减小损耗，必须增大结构尺寸，但要保持单一模式的传输，又不允许增大结构尺寸。波导管具有比同轴电缆更低的损耗，但随着工作频率的提高，要减小波导结构的尺寸以保持单一模式的传输，损耗仍然要增大。光纤是由绝缘的石英(SiO2)材料制成的，通过提高材料纯度和改进制造工艺，可以在宽波长范围内获得很小的损耗。图1.2给出各种传输线路的损耗特性。16第十六页，共八十九页，2022年，8月28日图1.2各种传输线路的损耗特性17第十七页，共八十九页，2022年，8月28日

光纤通信的优点在光纤通信系统中，作为载波的光波频率比电波频率高得多，而作为传输介质的光纤又比同轴电缆或波导管的损耗低得多，因此相对于电缆通信或微波通信，光纤通信具有许多独特的优点。

18第十八页，共八十九页，2022年，8月28日

1.容许频带很宽，传输容量很大光纤通信系统的容许频带(带宽GHz·km)取决于光源的调制特性、调制方式和光纤的色散特性。石英单模光纤在1.31μm波长具有零色散特性，通过光纤的设计，还可以把零色散波长移到1.55μm。在零色散波长窗口，单模光纤都具有几十GHz·km的带宽。另一方面，可以采用多种复用技术来增加传输容量。最简单的是空分复用，因为光纤很细，直径只有125μm,一根光缆可以容纳几百根光纤，12×12=144根光纤的带状光缆早已实现。这种方法使线路传输容量数十成百倍地增加。

19第十九页，共八十九页，2022年，8月28日

就单根光纤而言，采用波分复用(WDM)或光频分复用(OFDM)是增加光纤通信系统传输容量最有效的方法。另一方面，减小光源谱线宽度和采用外调制方式，也是增加传输容量的有效方法为了与同轴电缆通信和微波无线电通信比较，表1.4列出早已实现的单一波长光纤通信系统的传输容量和中继距离。

20第二十页，共八十九页，2022年，8月28日表1.4光纤通信与电缆或微波通信传输能力的比较

通信手段传输容量(话路)/条中继距离/km1000km内中继器个数微波无线电9605020小同轴9604250中同轴180061600光缆19203033光缆14000(1Gb/s)8411光缆6000(445MB/S)134721第二十一页，共八十九页，2022年，8月28日

目前，单波长光纤通信系统的传输速率一般为2.5Gb/s和10Gb/s。采用外调制技术，传输速率可以达到40Gb/s。波分复用(WDM)和光时分复用(TDM)更是极大地增加了传输容量。WDM最高水平为132个信道，传输容量为20Gb/s×132=2640Gb/s，相当于120km的距离传输了3.3×108条话路。

22第二十二页，共八十九页，2022年，8月28日2.损耗很小，中继距离很长且误码率很小石英光纤在1.31μm和1.55μm波长，传输损耗分别为0.50dB/km和0.20dB/km，甚至更低。因此，用光纤比用同轴电缆或波导管的中继距离长得多，见表1.4。目前，采用外调制技术，波长为1.55μm的色散移位单模光纤通信系统，若其传输速率为2.5Gb/s，则中继距离可达150km；若其传输速率为10Gb/s，则中继距离可达100km。23第二十三页，共八十九页，2022年，8月28日

采用光纤放大器、色散补偿光纤，中继距离还可增加，见表1.5。而且，在表1.5中所列的中继距离下，传输的误码率极低(10-9甚至更小)。

复用技术传输容量/Gb·s-1传输距离/km跨距/km研制单位备注WDM20×1720T&TNECTDM1602020200103

106

50140NTTNTT法Telcom单通道环测表1.5WDM和TDM光纤通信试验系统的传输能力24第二十四页，共八十九页，2022年，8月28日

传输容量大、传输误码率低、中继距离长的优点，使光纤通信系统不仅适合于长途干线网而且适合于接入网的使用，这也是降低每公里话路的系统造价的主要原因。

25第二十五页，共八十九页，2022年，8月28日

3.重量轻、体积小光纤重量很轻，直径很小。即使做成光缆，在芯数相同的条件下，其重量还是比电缆轻得多，体积也小得多。表1.6给出了铝/聚乙烯粘结护套(LAP)单元结构光缆和标准同轴电缆的重量和截面积的比较。

项目8芯18芯光缆电缆光缆电缆重量/(kg·m-1)重量比0.4216.3150.4211126直径/mm截面积比211475211659.6表1.6光缆和电缆的重量和截面积比较

26第二十六页，共八十九页，2022年，8月28日

通信设备的重量和体积对许多领域特别是军事、航空和宇宙飞船等方面的应用，具有特别重要的意义。

在飞机上用光纤代替电缆，不仅降低了通信设备的成本，而且降低了飞机的制造成本。例如，在美国A-7飞机上，用光纤通信代替电缆通信，使飞机重量减轻27磅(约12.247kg)，相当于飞机制造成本减少27万美元。27第二十七页，共八十九页，2022年，8月28日4.抗电磁干扰性能好

光纤由电绝缘的石英材料制成，光纤通信线路不受各种电磁场的干扰和闪电雷击的损坏。

无金属光缆非常适合于存在强电磁场干扰的高压电力线路周围和油田、煤矿等易燃易爆环境中使用。光纤(复合)架空地线(OpticalFiberOverheadGroundWire,OPGW)是光纤与电力输送系统的地线组合而成的通信光缆，已在电力系统的通信中发挥重要作用。

28第二十八页，共八十九页，2022年，8月28日5.泄漏小，保密性能好

在光纤中传输的光泄漏非常微弱，即使在弯曲地段也无法窃听。没有专用的特殊工具，光纤不能分接，因此信息在光纤中传输非常安全。保密性能好的这一特点，对军事、政治和经济都有重要的意义。

29第二十九页，共八十九页，2022年，8月28日6.节约金属材料，有利于资源合理使用制造同轴电缆和波导管的铜、铝、铅等金属材料，在地球上的储存量是有限的；而制造光纤的石英(SiO2)在地球上基本上是取之不尽的材料。制造8km管中同轴电缆，1km需要120kg铜和500kg铝；而制造8km光纤只需320g石英。所以，推广光纤通信，有利于地球资源的合理使用。

30第三十页，共八十九页，2022年，8月28日

总之，光纤通信不仅在技术上具有很大的优越性，而且在经济上具有巨大的竞争能力，因此其在信息社会中将发挥越来越重要的作用。31第三十一页，共八十九页，2022年，8月28日1.2光纤通的发展

雏形：古代烽火、手旗、灯光1880年贝尔的光电话------大气激光通信激光器(发送源）光纤(传输介质)1960Maiman发明红宝石激光器1962半导体激光器诞生(GaAs870nm)70年代室温工作LD(GaAsAI850nm)1300、1550nm多模LD单模LD1951医用玻璃纤维(损耗1000dB/km)1966高锟理论预言1970康宁制出低损耗光纤(20dB/km)1300(0.5dB/km),1550nm(0.2dB/km)低损耗窗口光纤开发单模光纤32第三十二页，共八十九页，2022年，8月28日33第三十三页，共八十九页，2022年，8月28日

贝尔光电话的传输距离很短，并没有实际应用价值,然而，光电话仍是一项伟大的发明，它证明了用光波作为载波传送信息的可行性,贝尔光电话是现代光通信的雏型。

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，和普通光相比，激光具有高亮度，高方向性，高单色性(光谱宽度窄),以及高相干性(频率和相位较一致)。激光是一种高度相干光，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。34第三十四页，共八十九页，2022年，8月28日

大气激光通信二十世纪六十年代,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。实验证明：用承载信息的光波，通过大气的传播，实现点对点的通信是可行的。但通信能力和质量受气候影响十分严重。由于雨、雾、雪和大气灰尘的吸收和散射，光波能量衰减很大。另一方面，大气的密度和温度不均匀，造成折射率的变化，使光束位置发生偏移。通信的距离和稳定性都受到极大的限制，不能实现“全天候”通信。但大气激光通信仍有重要应用,在某些特定场合,如江河两岸、海岛之间、小区楼房之间宇宙空间、大气海洋之间(兰绿光)等。35第三十五页，共八十九页，2022年，8月28日

为了克服气候对激光通信的影响，人们自然想到把激光束限制在特定的空间内传输。因而提出了透镜波导和反射镜波导的光波传输系统。该系统是在金属管内每隔一定距离安装一个透镜或反射镜，从理论上讲是可行的，但在实际应用中遇到了不可克服的困难。首先，现场施工中校准和安装十分复杂；其次，为了防止地面活动对波导的影响，必须把波导深埋或选择在人车稀少的地区使用。由于没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质，对光通信的研究曾一度走入了低潮。36第三十六页，共八十九页，2022年，8月28日

现代光纤通信

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，指出了利用光纤(OpticalFiber)进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信——光纤通信的基础。

37第三十七页，共八十九页，2022年，8月28日

现代光纤通信当时石英纤维的损耗高达1000dB/km以上，高锟等人指出：这样大的损耗不是石英纤维本身固有的特性，而是由于材料中的杂质，例如过渡金属(Fe、Cu等)离子的吸收产生的。材料本身固有的损耗基本上由瑞利(Rayleigh)散射决定，它随波长的四次方而下降，其损耗很小。因此有可能通过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。

38第三十八页，共八十九页，2022年，8月28日

如果把材料中金属离子含量的比重降低到10-6以下，就可以使光纤损耗减小到10dB/km。再通过改进制造工艺的热处理提高材料的均匀性，可以进一步把损耗减小到几dB/km。这个思想和预测受到世界各国极大的重视。

39第三十九页，共八十九页，2022年，8月28日1970年，光纤研制取得了重大突破。在当年，美国康宁(Corning)公司就研制成功损耗20dB/km的石英光纤。它的意义在于：使光纤通信可以和同轴电缆通信竞争，从而展现了光纤通信美好的前景。

1972年康宁公司高纯石英多模光纤损耗4dB/km1973年贝尔(Bell)实验室2.5dB/km1974年贝尔(Bell)实验室1.1dB/km1976年日本电报电话(NTT)公司0.47dB/km1979年0.20dB/km,1984年0.157dB/km1986年0.154dB/km，接近光纤损耗的理论极限40第四十页，共八十九页，2022年，8月28日1970年，作为光纤通信用的光源也取得了实质性的进展。当年，美国贝尔实验室、日本电气公司(NEC)和前苏联先后突破了半导体激光器在低温(-200℃)或脉冲激励条件下工作的限制，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，但其意义是重大的，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。1977年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到10万小时(约11.4年)，完全满足实用化的要求。41第四十一页，共八十九页，2022年，8月28日

在这个期间，1976年日本电报电话公司研制成功发射波长为1.3μm的铟镓砷磷(InGaAsP)激光器，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1.55μm的连续振荡半导体激光器。

由于光纤和半导体激光器的技术进步，使1970年成为光纤通信发展的一个重要里程碑。

42第四十二页，共八十九页，2022年，8月28日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，系统采用GaAlAs激光器作光源，多模光纤作传输介质，速率为44.7Mb/s，传输距离约10km。

1980年，美国标准化FT-3光纤通信系统投入商业应用，系统采用渐变型多模光纤，速率为44.7Mb/s。43第四十三页，共八十九页，2022年，8月28日

随后美国很快敷设了东西干线和南北干线，穿越22个州光缆总长达5×104km。1976年和1978年，日本先后进行了速率为34Mb/s，传输距离为64km的突变型多模光纤通信系统，以及速率为100Mb/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，全长3400km，初期传输速率为400Mb/s，后来扩容到1.6Gb/s。随后，由美、日、英、法发起的第一条横跨大西洋TAT-8海底光缆通信系统于1988年建成，全长6400km；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，全长13200km。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。44第四十四页，共八十九页，2022年，8月28日1966年高锟提出光纤作为传输介质的概念以来，光纤通信从研究到应用，发展非常迅速：技术上不断更新换代，通信能力(传输速率和中继距离)不断提高，应用范围不断扩大。

1976年美国亚特兰大第一个实用光纤通信系统试验

1986年光纤通信系统在全球广泛应用

(从提出光纤作为传输介质的概念,到用广泛应用,20年时间)高锟------光纤之父

45第四十五页，共八十九页，2022年，8月28日光纤通信系统的发展光纤通信追求目标:大容量、长距离技术发展：短波长-长波长、多模光纤-单模光纤、多模激光器-单模激光器通信系统容量：比特率-距离积BL，B比特率，

L中继距离每秒钟传输的比特数目。46第四十六页，共八十九页，2022年，8月28日光纤通信技术的发展大体上可分为：工作波长光纤激光器比特率B中继距离L第一代70年代850nm多模多模10～100Mb/s10Km第二代80年代初1300nm多模单模多模100Mb/s1.7Gb/s20Km50Km第三代80年代中～90年代初1550nm单模单模2.5Gb/s～10Gb/s100Km47第四十七页，共八十九页，2022年，8月28日光纤通信技术的发展大体上可分为:（续）工作波长光纤激光器比特率B中继距离L第四代90年代1550nm单模单模2.5Gb/s10Gb/s21000Km（环路）1500Km光放大系统第五代1550nm单模单模波分复用WDM单路速率:40,160,640Gb/s信道数:8,16,64,128,1022超长传输距离:27000Km(Loop)6380(Line)目前研究内容WDM光网络；全光分组交换；光时分复用；光孤子通信；新型的光器件48第四十八页，共八十九页，2022年，8月28日光纤通信技术的三次飞跃(1)20世纪60年代。1962年第一只半导体激光器诞生，随后半导体光检测器也研究成功。特别是1966年英籍华人科学家高锟与Hockham提出用玻璃可以制成衰减为20dB/km的通信光导纤维，1970年美国康宁公司首先制出了20dB/km的光纤，这标志着光纤通信系统的实际研究条件得以具备。49第四十九页，共八十九页，2022年，8月28日20世纪70年代。1970年发明了LD的双异质结构，使得光源与光检测器的寿命都达到了10万小时的实用化水平。1979年发现了光纤1310nm和1550nm新的低损耗窗口，紧接着单模光纤问世。光纤的衰减系数一下降到0.5dB/km。这使得光纤通信迈进了实用化阶段，从80年代初开始光纤通信便大步地迈向了市场。光纤通信技术的三次飞跃(2)50第五十页，共八十九页，2022年，8月28日20世纪90年代初。1989年掺铒光纤放大器EDFA的研制成功是光纤通信新一轮突破的开始。EDFA的应用不仅解决了光纤传输衰减的补偿问题，而且为一批光网络器件的应用创造了条件。使得光纤通信的数字传输速率迅速提高，促成了波分复用技术的实用化。光纤通信技术的三次飞跃(3)51第五十一页，共八十九页，2022年，8月28日光纤通信超高速大容量长距离网络化一根光纤中可同时传输一百多路信号，采用特殊技术甚至可以同时传输1022路单路速率不断提升，已达到10、20、40Gb/s采用OTDM技术甚至可达640Gb/s各种通信技术的快速发展使上千甚至上万公里的长距离传输成为可能全光网成为目前光通信领域最热门的话题之一52第五十二页，共八十九页，2022年，8月28日EducationTelephoneTravelEntertainmentHealth……AllservicesNetworktrafficisgrowing!!Thewholeworldisinmymind!!DemandforBroadbandwidthOpticalnetworkingShoppingBanking21世纪的通信业务53第五十三页，共八十九页，2022年，8月28日全球通信业务需求估计用户增加；每个用户的业务量增加；服务质量的提高；通信容量需求急增54第五十四页，共八十九页，2022年，8月28日光纤通信最具代表性技术

－波分复用WDM和光纤放大器EDFA55第五十五页，共八十九页，2022年，8月28日40G器件56第五十六页，共八十九页，2022年，8月28日关键原材料光纤预制棒网络管理系统测试设备光纤光缆光传输/交换设备光无源器件光有源器件运营商网络集成商光纤通信的产业链57第五十七页，共八十九页，2022年，8月28日全球光纤通信主要供应商58第五十八页，共八十九页，2022年，8月28日ComponentsandModulesinDWDMNetworks

DWDMThinfilmfiltersFibergratingsWaveguidesCirculatorsInterleaversMux/Demux

modulesAmplifiersIsolatorsTapcouplersPumplasersGainequalizersAttenuatorsIntegrated

amplifiersSOAsOpticalSwitchesCirculatorsCouplersAdd/dropmodulesSwitchingTransmissionSourcelasersModulatorsWavelockersReceiversDetectorsTx/RxmodulesOver9000Products59第五十九页，共八十九页，2022年，8月28日

数字通信系统和模拟通信系统

数字通信系统用参数取值离散的信号(如脉冲的有和无、电平的高和低等)代表信息，强调的是信号和信息之间的一一对应关系；而模拟通信系统则用参数取值连续的信号代表信息，强调的是变换过程中信号和信息之间的线性关系。数字光纤通信系统比模拟光纤通信系统具有更多的优点，也更能适应社会对通信能力和通信质量越来越高的要求。

1.3光纤通信系统简介60第六十页，共八十九页，2022年，8月28日

数字通信系统和模拟通信系统

模拟通信系统占用带宽较窄，电路简单、价格便宜。目前的电视传输，广泛采用模拟通信系统。由于电视的数字化传输，要求较复杂的技术，特别是当今社会对电视频道数目的要求日益增多，要传输几十甚至上百路电视，需要极复杂的编码和解码技术，设备价格昂贵，因此目前还不能普遍使用。在这种情况下，副载波复用(SCM)模拟光纤通信系统得到很大重视和迅速发展。61第六十一页，共八十九页，2022年，8月28日

数字通信系统的优点

①抗干扰能力强，传输质量好。数字光纤通信采用二进制信号，信息不包含在脉冲波形中，而由脉冲的“有”和“无”表示。因此，一般噪声不影响传输质量，只有在抽样和判决过程中，当噪声超过一定阈值时，才产生误码率。②可以用再生中继，传输距离长。数字通信系统可以用不同方式再生传输信号,消除传输过程中的噪声积累，恢复原信号，延长传输距离。③适用各种业务的传输，灵活性大。在数字通信系统中，话音、图像等各种信息都变换为二进制数字信号，可以把传输技术和交换技术结合起来，有利于实现综合业务。

62第六十二页，共八十九页，2022年，8月28日数字通信系统的优点

④容易实现高强度的保密通信。只需要将明文与密钥序列逐位模2相加就可以实现保密通信。⑤数字通信系统大量采用数字电路，易于集成，从而实现小型化、微型化，增强设备可靠性，有利于降低成本。

数字通信系统的缺点是占用频带较宽，系统的频带利用率不高。一路模拟电话只占用4kHz的带宽，而一路数字电话要占用20~64kHz的带宽。数字通信系统的许多优点是以牺牲频带为代价得到的，然而光纤通信的频带很宽，完全能够克服数字通信的缺点。

63第六十三页，共八十九页，2022年，8月28日

数字光纤通信系统的组成由光发射机、光纤光缆、中继器与光接收机等基本单元组成。此外还包括一些互连与光信号处理器件，如光纤连接器、隔离器、调制器、滤波器、光开关及路由器、分插复用器ADM等。光源调制器驱动电路光发射机放大器光电二极管判决器光接收机光纤光纤中继器1.3光纤通信系统简介64第六十四页，共八十九页，2022年，8月28日1.3光纤通信系统简介

数字光纤通信系统的组成由光发射机、光纤光缆、中继器与光接收机等基本单元组成。此外还包括一些互连与光信号处理器件，如光纤连接器、隔离器、调制器、滤波器、光开关及路由器、分插复用器ADM等。65第六十五页，共八十九页，2022年，8月28日光纤通信未来的发展方向光纤通信系统向相干光通信方向发展；光纤通信系统向全光通信方向发展；光纤通信系统向孤子光通信方向发展；光纤通信系统向网络通信方向发展；66第六十六页，共八十九页，2022年，8月28日1.4我国光纤通信发展简介

1我国光通信历程的回顾我国的光通信起步较早，70年代初就开始了大气传输光通信的研究，随之又进行光纤和光电器件的研究。1977年，第一根短波长(0．85mm)阶跃型石英光纤问世，长度为17m，衰减系数为300dB/km。研制出Si-APD。1978年，阶跃光纤的衰减降至5dB/km。研制出短波长多模梯度光纤，即G.651光纤。研制出GaAs-LD。1979年，研制出多模长波长光纤，衰减为1dB/km。建成5.7km、8Mb/s光通信系统试验段。1980年，1300nm窗口衰减降至0.48dB/km，1550nm窗口衰减为0.29dB/km。研制出短波长用的GaAlAs-LD。67第六十七页，共八十九页，2022年，8月28日1.4我国光纤通信发展简介1981年，研制出长波长用的InGaAsP-LD和PIN探测器。多模光纤活动连接器进入实用。研制出34Mb/s光传输设备。1982年，研制成功长波长用的激光器组件和探测器组件(PIN-FET)。研制出光合波分波器、光耦合器、光衰减器、滤光器等无源器件。研制出140Mb/s光传输设备。1984年，武汉、天津34Mb/s市话中继光传输系统工程建成(多模)。1985年，研制出1300nm单模光纤，衰减达0.40dB/km。1986年，研制出动态单纵模激光器。1988年，全长245km的武汉椌Ｖ輻沙市34Mb/s多模光缆通信系统工程通过邮电部鉴定验收。扬州——高邮4Mb/s单模光缆通信系统工程通过邮电部鉴定验收。68第六十八页，共八十九页，2022年，8月28日1.4我国光纤通信发展简介1989年，汉阳——汉南40Mb/s单模光传输系统工程通过邮电部鉴定验收。1990年，研制出G.652标准单模光纤，最小衰减达0.35dB/km。到1992年降至0.26dB/km。成功地研制出1550nm分布反馈激光器(DFB-LD)。1991年，研制出G.653色散位移光纤。最小衰减达0.22dB/km。研制出565Mb/s光传输设备。合肥——芜湖40Mb/s单模光传输系统工程通过国家鉴定验收。1992年，研制出掺铒光纤EDF。研制出可调谐DFB-LD和泵浦源LD。FC-PC陶瓷单模光纤活动连接器通过邮电部鉴定。1996年，研制出STM-16SDH设备。69第六十九页，共八十九页，2022年，8月28日1.4我国光纤通信发展简介1993年，在掺铒光纤放大器的研究上取得突破性进展，小信号增益达25dB。上海——无锡65Mb/s单模光传输系统工程通过邮电部鉴定验收。该工程的建成，在国内外产生了重大影响，对此后“巴统”的解散起到一定的“催化”作用。1995年，研制出STM-1、STM-4SDH设备。1997年，研制出G.655非零色散位移光纤。研制出应变多量子阱DFB激光器，STM-1、STM-4收/发模块和STM-16接收模块。成都——攀枝花22Mb/sSDH光传输工程通过邮电部鉴定验收；咸宁622Mb/sSDH双自愈环互连系统工程通过建设部门初验。70第七十页，共八十九页，2022年，8月28日1.4我国光纤通信发展简介1998年，海口——三亚5Gb/s光传输系统工程通过邮电部鉴定验收，该工程全长322km，仅在万宁设一个中继站，海口——万宁的中继距离为172km，仅在发送机中使用一个EDFA就实现了这一超长中继。研制出OADM、OXC样机。1999年，8×2.5Gb/sDWDM系统通过国家验收。研制出STM-64SDH设备。IPoverSDH的建议被ITU-T确认。71第七十一页，共八十九页，2022年，8月28日1.4我国光纤通信发展简介2研究开发与应用的现状在光纤研制方面，基本掌握了常规单模和多模光纤的生产技术，已研制出了色散位移单模光纤(G．653光纤)、非零色散位移单模光纤(G．655光纤)、大有效面积非零色散位移单模光纤、色散补偿光纤(DCF)、掺铒光纤、保偏光纤、数据光纤等，并能达到生产水平。对通信用塑料光纤的制造和特性也进行了深入的研究。其中以大保实光纤为代表的大有效面积非零色散位移单模光纤已在工程中应用。

国内有多家光缆厂，可大批量生产接入网中用光纤带光缆，一般芯数为288芯，最高芯数可达960芯。光纤带光缆的结构有层绞式、中心管式、骨架式、无金属型、ADSS和OPGW等。迄今，已敷设光缆长度超过100万km，光缆已敷设到世界屋脊西藏。生产光缆的厂家有200多家，每年所用光纤的数量超过400万km。在实际网络中，无论是核心网还是接入网，目前主要应用的还是G.652光纤。在核心网中新建线路已开始采用G.655光纤，在接入网中已开始应用光纤带光缆。72第七十二页，共八十九页，2022年，8月28日1.4我国光纤通信发展简介光电器件的研制在高速激光器、增益开关半导体激光器、量子阱双稳态激光器、掺铒光纤激光器、主动锁模光纤环形孤子激光器、被动锁模光纤环形激光器、光纤光栅激光器、光收发模块、半导体光放大器(SOA)、掺铒光纤放大器(EDFA)、增益平坦EDFA、高增益低噪声EDFA、掺铒光纤均衡放大器、DFB-LD与EA型外调制器的集成器件、应用于接入网的单纤收发集成器件等方面都有显著进展。特别是国产的EDFA和光收发模块已在国内普遍推广应用。光器件方面常规的光连接器、光隔离器、光准直器、光衰减器（固定衰减器和可变衰减器）、滤光器和光耦合器等已在批量生产，除满足国内市场需求外，已经出口到欧洲，进入国际市场。光纤光栅的制作，以及利用光纤光栅做成各种光器件是目前的热点之一。我国已研制了光纤光栅波分复用器、光纤光栅分插复用器、光纤光栅色散补偿器等。此外，在平面光波导器件的研制上也有新的突破，如聚合物薄膜光波导、极化聚合物光波导、硅基光波导器件、集成光波导器件等。目前在研制的还有双芯SC光纤活动连接器、光纤带光连接器、光环形器、高速光开关、混合集成光开关等。73第七十三页，共八十九页，2022年，8月28日1.4我国光纤通信发展简介光传输设备及系统的研制和生产更是形势喜人，STM-1、STM-4、STM-16的TM、REG、ADM等已经大批量生产，除投入国内市场外，也进入了国际市场。STM-64已研制成功，进行了478.8km的传输实验。DWDM的研制进展很快，除了4×2.5Gb/s、8×2.5Gb/s、16×2.5Gb/s系统的产品已投放市场，32×2.5Gb/s系统正准备建立试验工程。8×10Gb/s