光电世界-光通信

信息传递的载体:光一、光波在电磁波谱的位置二、光纤通信的发展三、光纤通信的特点及应用四、光纤通信系统的组成五、光纤通信市场----光通信技术10110710210610310510410410510310610210710110810010910-1101010-2101110-3101210-4101310-5101410-61015ELFVFVLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF自由空间波长，m频率，Hz电力、电话无线电、电视微波红外可见光双铰线同轴电缆光纤卫星/微波AM无线电FM无线电频段划分传输介质极低频甚低频高频一、光波在电磁波谱的位置可见光:0.39μm

至0.76μm

。红外区:0.76μm

至300μm

（1）近红外区：其波长范围为：0.76μm

至15μm

；（2）中红外区：其波长范围为：15μm

至25μm

；（3）远红外区：其波长范围为：25μm

至300μm

；一、光波在电磁波谱的位置以波长1μm的光波为例,其频率为?理论上光纤通信可容纳：电话：7.5亿路电视：30万路一、光波在电磁波谱的位置光纤通信所用光波的波长范围为0.8μm

至1.8μm

光纤通信中常用的低损耗窗口0.85μm

、1.31μm

和1.55μm

左右1、光通信的定义以光波作为载波进行信息的传输方式？光通信与传统的电通信的最大不同二、光纤通信的发展2、光通信的发展史3000年前的烽火台二、光纤通信的发展2、光通信的发展史1791年法国人发明信号灯二、光纤通信的发展3.现代光通信史：(1)1880年，美国人贝尔（BELL）发明了光话系统二、光纤通信的发展光话机原理图弧光灯ABMNL送话器振动镜缺点：没有理想的光源和传光媒质传光距离短可靠性差光源传光媒介需解决问题问题：上述光通信方式的缺点是什么？（2）1960年，美国人梅曼（MAIMAN）发明了第一台红宝石激光器。波谱窄方向性好亮度高频率和相位一致相干光：振动方向相同，频率相同，相位差恒定的光氦--氖激光器CO2激光器3.现代光通信史：二、光纤通信的发展（3）60~70年代大气激光通信和地下光波导通信的热潮地下光波导通信将激光束限制在地下空间通信克服气候的影响3.现代光通信史：★透镜波导型二、光纤通信的发展（3）60~70年代大气激光通信和地下光波导通信的热潮地下光波导通信将激光束限制在地下空间通信克服气候的影响3.现代光通信史：★反射波导型二、光纤通信的发展大气激光通信的发展60年代，麻省理工学院利用He—Ne激光器和CO2激光器进行点对点的大气激光通信实验取得成功受气候的影响很大近年来，大气激光通信再度兴起————自由空间光通信（FSO技术）（3）60~70年代大气激光通信和地下光波导通信的热潮3.现代光通信史：FSO技术的应用：军事通信（3）60~70年代大气激光通信和地下光波导通信的热潮3.现代光通信史：FSO技术的应用：军事通信（3）60~70年代大气激光通信和地下光波导通信的热潮3.现代光通信史：外层空间通信FSO技术的应用：军事通信（3）60~70年代大气激光通信和地下光波导通信的热潮3.现代光通信史：外层空间通信接入网4、光纤通信发展史上的里程碑事件（1）1966年，英国华裔科学家高锟（C.K.Kao）提出介质新概念的理论，奠定现代光纤通信的理论基础，被称为光纤通信之父。石英的损耗1000dB/km石英传输信息的理论门限为20dB/km二、光纤通信的发展（2）1970年，美国康宁玻璃公司首先研制出衰耗为20dB/km的光纤；1974年——1.1dB1973年——2.5dB1984年——0.157dB1972年——4dB1979年——0.2dB1986年——0.154dB4、光纤通信发展史上的里程碑事件（3）1970年，日本研制出室温下连续工作的激光器1973年——7000小时1977年——10万小时4、光纤通信发展史上的里程碑事件（4）1976年，美国在ATLANTA进行世界第一个光纤通信的实验，速率44.7M，距离10KM。光通信技术演进光纤通信追求目标: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。二、光纤通信的发展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/s100Km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。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)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)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

40G器件☆载频高，容量大理论上光纤通信可容纳：电话：7.5亿路电视：30万路三、光纤通信的特点及应用☆载频高，容量大☆损耗小，中继距离长提纯工艺的发展几百公里无中继传输电缆的损耗随频率按f的规律增加，光纤通信的带内损耗不随频率变化。三、光纤通信的特点及应用☆载频高，容量大☆损耗小，中继距离长☆耗原材料少，成本低。光纤的主要成分是SiO2,资源十分丰富。电缆的主要成分是Cu,Al等有色金属，资源有限三、光纤通信的特点及应用☆载频高，容量大☆损耗小，中继距离长☆耗原材料少，成本低。☆体积小，重量轻。8管同轴电缆每公里耗铜1.2吨，铝5吨每千克石英可以拉出一百公里的光纤光纤的直径很小是因为光的波长小，由波动理论得出光纤直径为几十微米。电缆粗重是因为要扩大横截面积来降低电阻。三、光纤通信的特点及应用☆载频高，容量大☆损耗小，中继距离长☆耗原材料少，成本低。☆体积小，重量轻。☆抗干扰好，保密性好。三、光纤通信的特点及应用通信网上的应用电信网有线电视网计算机网通信网上的应用航海上的应用三、光纤通信的特点及应用四、光纤通信系统的组成基本光纤传输系统的三个组成部分1、光发送机组成框图：

光源调制器通道耦合器电信号输入光输出驱动电路结构参数：发送功率，dbm概念光源光谱特性：输出光功率足够大，调制频率足够高，谱线宽度和光束发散角尽可能小，输出功率和波长稳定，器件寿命长电信号对光的调制的实现方式

直接调制用电信号直接调制半导体激光器或发光二极管的驱动电流，使输出光随电信号变化而实现的。这种方案技术简单，成本较低，容易实现，但调制速率受激光器的频率特性所限制。

外调制把激光的产生和调制分开，用独立的调制器调制激光器的输出光而实现的。外调制的优点是调制速率高，缺点是技术复杂，成本较高，因此只有在大容量的波分复用和相干光通信系统中使用。两种调制方案(a)直接调制；(b)间接调制(外调制)2.光纤线路

功能：是把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变(失真)和衰减传输到光接收机

组成:光纤、光纤接头和光纤连接器

低损耗“窗口”：普通石英光纤在近红外波段，除杂质吸收峰外，其损耗随波长的增加而减小，在0.85μm、1.31μm和1.55μm有三个损耗很小的波长“窗口”，见后图。

光源激光器的发射波长和光检测器光电二极管的波长响应，都要和光纤这三个波长窗口相一致。目前在实验室条件下，1.55μm的损耗已达到0.154dB/km，接近石英光纤损耗的理论极限。0.70.80.91.01.11.21.31.41.5衰减（dB/km）第一窗口第二窗口波长——λ（μm）普通单模光纤的衰减随波长变化示意图6543210。40。2第三窗口

C波段1525~1565nm1.571.62L波段光纤的分类多模阶跃光纤输入电信号多模缓变光纤单模光纤波长:1300,1550nmh2h1波长:850,1300nmh2h1纤芯/包层特性输出电信号h1h2光纤的直径减小到一个光波波长3、光接收机功能：是把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号，并经放大和处理后恢复成发射前的电信号组成部分：耦合器，光电检测器，解调器组成框图：电子电路光输入耦合器光电检测器解调器电信号输出结构参数：接收机灵敏度，定为BER≤10-9条件下，所要求的最小平无接收功率。检测方式：直接检测和外差检测

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；

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。这种基本特征决定着两种通信方式的优缺点和不同时期的发展趋势。四、光纤通信系统的组成数字通信系统的优点如下：①抗干扰能力强，传输质量好。②可以用再生中