光纤通信概论

第一章光纤通信概论5/9/202311.1光纤通信发展概况1.2光纤通信的优点1.3光纤通信系统的基本组成思考。。。。。。。。。5/9/20232

通信是什么？

Communication

电信是什么？

Telecommunication

借助某种设备在相隔一定距离的条件下进行信息交换

那么：什么是光纤通信呢？１.1光纤通信发展概况5/9/20233

光纤通信：

OpticalFiberCommunication

光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒质的通信方式。

光纤通信：以光导纤维（光纤）为传输媒质，以光波为载波，实现信息传输。光纤传输系统的基本组成5/9/20234光纤线路光源光调制器光检测器基带处理基带处理基带电信号基带电信号调制电信号解调电信号已调光信号光发射机光接收机5/9/20235为什么要用光波作为载波进行通信呢？第一，进入信息时代后，社会产生的信息量急剧增大，信息只有在适当的时间以适当的方式传送到适当的地方它才能够发挥作用，所以我们制造的信息越多，对信息进行传送的需求也越大，因此，通信系统必须无损地即时传送消息。5/9/20236因为我们需要越来越多的传送信息的能力。第二，为保证信号传输的质量和可靠性，需要采用数字信号传输，而数字技术需要付出一定的代价：它需要更高的系统传输能力。5/9/20237可见，电信系统的主要特征之一是传送信息的能力通信系统传输信息的能力由什么决定？

根据Shannon定理

C—信息运载能力（bit/s，bps），

BW—是链路带宽（Hz=周期/秒），

SNR—是信噪比。可见：

通信系统传输信息的能力与信道带宽成正比。5/9/20238是什么限制了带宽呢？

是信号的载波频率。载波频率越高，信道的带宽就越大，系统的信息传输能力也就越大。所以，人们一直探索将更高频率的电磁波用于通信的技术。

让我们看一下电磁波频谱图吧:5/9/202395/9/202310光波是可以用于通信的最高频率，也是可以用于通信的最后一个频率波。根据经验，带宽约为载波频率的1/10。

铜线：1MHz（短距离）同轴电缆：100MHz

微波：可达100GHz

光纤：100THz光纤通信利用光波作为信息载体和光纤作为传输媒质．5/9/2023115/9/202312我国古代使用的烽火台就是大气光通信的最好例子。后来的手旗、灯光甚至交通红绿灯等均可划入光通信的范畴。近代光通信的雏形可追朔到1880年Bell发明的光电话。但通信光电话未能像其它电通信方式那样得到发展。5/9/202313贝尔电话系统1960年，美国休斯公司Maiman发明红宝石激光器．

1966年，英籍华人科学家高锟（C.K.Kao）博士提出的利用SiO2石英玻璃可以制成衰减为20dB/Km的通信光导纤维的设想，而当时世界上最好的光学玻璃的衰减达1000dB/Km左右。

1970年，美国CorningCo.（康宁公司）研制成功衰减为20dB/Km的光纤．

1970年，美国AT&TBellLab（贝尔实验室）实现了GaAlAs（镓铝砷）半导体激光器室温下的连续工作。5/9/202314

1974年，光纤衰减降低到2dB/Km。

1980年，光纤衰减已降低到0.2dB/Km（1550nm），接近理论极限值。这样，使得长距离光纤通信成为可能。与此同时，适用于长波长的光源（半导体激光器和半导体发光二极管）、光检测器、光纤放大器、光纤光缆和光无源器件也得到大力发展，促进了光纤通信系统的实用化。5/9/202315

1976年，世界上第一个速率为44.736Mb/s、传输距离为110Km的光纤通信系统在美国亚特兰大诞生，该系统成功地进行了现场实验和全面性能测试后，很快商用化，使光纤通信向实用化迈出了第一步。

80年代后，光纤通信得到了大发展，并很快替代电缆通信，成为电信网中的主要传输手段。光纤通信网络已遍及全球。陆地和海底主要传输干线均采用光纤通信。5/9/2023165/9/202317光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段：

•第一阶段(1966~1976年)，这是从基础研究到商业应用的开发时期。•第二阶段(1976~1986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。

•第三阶段(1986~1996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。5/9/202318国内外光纤通信发展的现状

1976年美国在亚特兰大进行的现场试验，标志着光纤通信从基础研究发展到了商业应用的新阶段。此后，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0.85μm发展到1.31μm和1.55μm(短波长向长波长），传输速率从几十Mb/s发展到几十Gb/s。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，生产光纤通信产品的行业已在国民经济中占重要地位。

光纤通信的传输速率每9个月提高一倍。

80年：45Mb/s；

1999年：3.28Tb/s。光通信：信息社会中流砥柱。光纤通信是一个非常有潜力的行业。光纤通信行业竞争激烈。光纤通信行业充满了机遇和挑战。

5/9/202319目前光纤通信中使用的光波波长范围为：目前光纤通信的三个窗口：短波长波段，中心波长：850nm．长波长波段，中心波长分别为1310nm

1550nm5/9/202320800~1700nm

光纤通信产业链5/9/202321关键原材料运营商光无源器件光传输/交换设备光有源器件光缆网络管理系统光纤预支棒测试设备光纤网络集成商光纤预制棒是制造石英系列光纤的核心原材料

１.２光纤通信的六大优点1．传输频带极宽，通信容量很大。光纤通信所用光波的频率很高，约为100THz－1000THz，比微波频率高约104倍，所以理论上其通信容量比微波通信高约104倍。光纤通信可供使用的频带很宽，尤其适合高速宽带信息的传输。2．损耗低，传输距离远。光纤的损耗很低，在1550nm波长附近，损耗已降低至0.2dB/Km，接近理论极限值。极低的衰减可以大大增加通信距离，因此适合于长途干线通信和海底光缆通信。5/9/2023223．抗电磁干扰。光纤是非金属的介质材料，不受电磁干扰，也不会产生电火花，适合应用于有强电干扰和电磁辐射、要求防爆的环境。

4．串扰小，信号传输质量高，保密性好。光纤之间的串话小，信号传输质量高。光纤内传播的光信号能量几乎不会向外辐射，因此很难被窃听，保密性好，适合应用于保密要求高的场合。

5．光纤尺寸小，重量轻，便于运输和敷设；

6．制造光纤的主要原料SiO2蕴藏丰富，取之不尽，用之不竭，并节约了大量有色金属。5/9/202323

１.3光纤通信系统基本组成

光纤通信与电通信方式的差异主要有两点：一是用光波作为载波传输信号，二是用光导纤维作为传输线路。光纤通信系统普遍采用数字编码、强度调制―直接检测方式。5/9/2023245/9/202325图1-1数字光纤通信系统5/9/2023265/9/202327

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5/9/2023283、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5/9/202329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。光纤在通信网、广播电视网与计算机网，以及在其它数据传输系统中，都得到了广泛应用。光纤宽带干线传送网和接入网发展迅速，是当前研究开发应用的主要目标。光纤通信的各种应用可概括如下：①通信网②构成因特网的计算机局域网和广域网③有线电视网的干线和分配网④综合业务光纤接入网光纤通信的发展趋势5/9/202330今后的发展趋势（1）向超大容量WDM系统演进（2）向G.655(非零色散光纤)光纤发展(适合于WDM技术的光纤)

（3）向宽带光纤接入网方向发展参考信息：

实用光纤标准G.651：GIF型光纤，适用于中小容量和中短距离；G.652：常规单模光纤，第一代SMF，在波长1.31μm处色散