光纤通信第章

课前准备知识通信：交换、传输、处理光纤通信：以光波为载波，以光导纤维为传输媒质的一种通信方式。本课程的特点：专业课（基础课、专业基础课的区别）要求：提高自学能力、建立总体构架前序课程：通信原理、交换技术、电磁场与电磁波学习方法：注意连接词，章节间的关系。记笔记（两本合一），多阅读几本书成绩分布：平时30%，期中20%，期末50%（考试）。平时30%，期末70%（考查）。课程编排：基础理论知识通信用光源光通信信道光检测器与光放大器光学网络器件光纤通信系统新技术光纤通信网（接入网、SDH传送网）空间光通信系统参考书《现代光纤通信与网络教程》张宝富人邮《光通信原理与技术》李玉泉科学出版社《光网络实用指南》（美）王廷华译清华《光纤通信》刘增基西电《光纤通信》顾畹仪人邮第1章概论第2章通信用光源第3章光通信信道第4章光检测器与光放大器第5章光学网络器件第6章光纤通信系统第7章光通信新技术第8章空间光通信系统

目录1·1光纤通信发展的历史和现状（回顾）

1.1.1探索时期的光通信

1.1.2现代光纤通信

1.1.3国内外光纤通信发展的现状1·2光纤通信的优点和应用（了解）

1.2.1光通信与电通信

1.2.2光纤通信的优点

1.2.3光纤通信的应用1·3光纤通信系统的基本组成（掌握）

1.3.1发射和接收

1.3.2基本光纤传输系统

1.3.3数字通信系统和模拟通信系统第1章概论返回主目录1.1光纤通信发展的历史和现状

1.1.1探索时期的光通信

•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。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。•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。•1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载波传送话音的“光电话”。贝尔光电话是现代光通信的雏型。•原始形式的光通信:中国古代用“烽火台”报警，欧洲人用旗语传送信息。

1.1.2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。

指明通过“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”这一发展方向光纤通信发明家高锟(左)

1998年在英国接受IEE授予的奖章获得2009诺贝尔物理学奖“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”取得了突破性成就

19牵70禾年，光纤研制薯取得蒜了重土大突贩破•19炭70盘年，屯美国暑康宁贪(C数or债ni纯ng纤)公熟司研晕制成壮功损寄耗2挽0d沃B/律km储的石伙英光阳纤。把光荷纤通祝信的苏研究晚开发即推向悔一个煎新阶屯段。•19矿72霜年，悬康宁过公司殿高纯蓄石英屡多模仔光纤嗽损耗颈降低沃到4临d植B/毫km绍。•19此73痕年糊，美商国贝框尔(欧Be菌ll该)实体验室灯的光牛纤损样耗降醉低到施2.泊5d抬B/蓝km常。1粘97钱4迎年降磁低到栏1.沫1d党B/葵km遣。•19常76易年执，日更本电扇报电缸话(天NT闸T)俘公司捷将光例纤损植耗降哄低到念0.宣47恼d团B/艘km陵(波未长1木.2她μm榴)。•在以舒后的男1归0额年中季，波适长为布1.浆55泽μ愁m的帝光纤弟损耗满：19丝式79季年虫是0苹.2队0隔dB弟/k靠m，源19矛84肥年是唉0.努15霞7允dB指/k性m，霜19寒86壁年析是0殿.1勺54至d蒜B/锡km雕，说接近鼓了光纤羽最低泡损耗并的理船论极页限。19沫70朋年胜，光半纤通况信用光源取得附了实纲质性亲的进眠展•19垒70扇年，悬美国果贝尔虑实验惹室、脖日本责电气苹公司乐(N酬EC嫁)和宁前苏允联先办后，僵研制子成功室温兰下连墓续振轰荡的镓俩铝砷备(G耐aA禽lA惨s)历双异坟质结浴半导臭体激壤光器炕(短补波长喊)。恢虽然护寿命边只有笛几个索小时券，但岩它为享半导寒体激降光器买的发盘展奠贪定了艰基础静。•19锤73思年沉，半喂导体律激光伐器寿滑命达赖到7较00络0小通时。•19洗76减年，犁日本奔电报闪电话好公司岁研制乏成功全发射晌波长块为1遇.3电μ姑m的庸铟镓铲砷磷战(I狠nG步aA残sP葱)激湿光器冠。•19拨77雹年炸，贝谎尔实耗验室春研制但的半蛙导体湾激光盟器寿热命达革到1蠢0万舒小时诸。•19瓦79蚀年美匠国电傅报电惹话(尿AT边&T嫁)公括司和除日本套电报闸电话抱公司信研制疗成功泊发射讨波长惑为1它.5雨5驾μm闭的连较续振机荡半贸导体牙激光壶器。演由于当光纤竭和半耻导体搁激光肚器的召技术先进步斯，使予1晶97赛0贞年成司为光痒纤通料信发书展的艘一个甩重要惑里程驼碑实用光纤塑通信产系统的发摔展•19奇76豆年撤，美包国在俱亚特漏兰大废(A通tl泛an剖ta剩)进达行了世界庭上第遮一个危实用夸光纤唱通信惩系统理的现济场试倾验。•19我80垃年躺，美挑国标挠准化艇FT病-男3炮光纤跟通信米系统孕投入蚀商业莫应用眨。•19星76用年擦和沉19词78板年法，日紧本先绍后进每行了穗速率涌为3疮4赶Mb牵/s傲的突且变型六多模询光纤据通信是系统脚，以坊及速奔率为贼10惜0搂Mb剪/s召的渐遥变型祸多模天光纤池通信输系统酸的试辞验。•19丸83耀年敷搁设了剪纵贯膀日本搁南北抱的光咱缆长成途干折线。•随后壤，由蚁美、或日、扭英按、法凳发起垫的第繁一条牧横跨谷大西奇洋恳TA孙T-侨8海镰底光圆缆通协信系售统于奖19金88着年建对成。•第一屑条横耐跨太胁平洋材T抖PC押-3独/H露AW劣-4纳海底跳光缆磨通信织系统欲于1袜98虫9年颠建成川。从疯此，共海底惩光缆堵通信贺系统比的建拼设得懒到了致全面懒展开枣，促晃进了胞全球机通信北网的雨发展卖。光纤弹通信撒的发化展可越以粗焰略地患分为买四个膜阶段：•第一冈阶段罢(1蔽96拒6~稠19标76瞎年)革，这丽是从弃基础滋研究醒到商霸业应雷用的求开发冰时期疫。•第二峡阶段躺(1卸97歌6~床19惕86痕年)艘，这夜是以榨提高圣传输剖速率春和增具加传配输距馆离为附研究贯目标举和大百力推呈广应挨用的长大发篮展时挽期。•第三均阶段光(1只98证6~懂19纺96搁年)仗，这零是以弦超大阀容量讯超长网距离眼为目乒标、柴全面筐深入宰开展牛新技无术研停究的苏时期帝。•第四驾阶段牢(1却99音6年属至今凭)，叉实现倾了超块大容顿量的晒波分矮复用定（W换DM姥）光配纤通访信系马统及岁基于绍WD宜M好园波长绵选路旬的光喘网络观；正蛾研究麻超长骑距离复的光漫孤子方通信阻系统竞。光纤疼通信旦系统师的发时展波长扣模疑式畏损职耗览中继说距离田容兴量肉话姑路数第一梢代欲0然.8跟5µm贝MM叙2申dB耻/k鸟m蹲1死0k非m看50绪~1置00护Mb铅/s智48耻0第二初代茎1薯.3麦1µm条MM挥0兴.3恭~0赌.4河5枪50技km因1.挖7G塌b/肝s爪1玻92常0第三殖代矛1久.5屿5µm沾SM岛0代.2驳1合00牢km若2古.4验Gb惨/s打76粱80第四上代WD物M+镜ED奴FA14拆30肤0k极m证5设Gb关/s第五猜代光孤捎子通额信光孤秆子通再信解咐决色些散问假题：递光纤县的色扁散使将光脉膝冲展秃宽，肯光纤裙的非裕线性原效应伏使光续脉冲桃受到们压缩相。只讽需在颗光纤赌的非申线性圣和色女散效怎应之稀间取巩得平逼衡，渔则光圆脉冲揉在光宏纤中中传输鸭其形碗状不扣变，霞这样茫的光罚脉冲织称为认光孤与子。1.愧1.坦3悉国内焰外光恢纤通烂信发蛋展的摇现状适19己76的年美株国在棍亚特从兰大委进行合的现术场试代验，茧标志白着光诵纤通个信从情基础抄研究抚发展妈到了复商业偿应用样的新扶阶段。此后快，光更纤通咸信技撤术不帖断创中新：完光纤照从多模册发展程到单忠模，工崭作波继长从唯0.搞85湾μ赌m发啊展到志1.颈31脊μ樱m和朋1.延55吨μ猪m(短波绕长向盾长波住长），传输键速率从几春十M痕b/旋s发闲展到游几十辆Gb塘/s映。随着个技术作的进粮步和车大规对模产复业的笛形成斤，光纤铁价格脑不断望下降，应纹用范龟围不蛮断扩拴大。目前橡光纤彼已成误为信拿息宽葬带传龄输的券主要颂媒质伏，光窑纤通加信系咱统将聪成为浴未来亮国家周信息泉基础鼠设施晒的支挑柱。在许禽多发竟达国丢家，瞎生产棒光纤郑通信鹊产品热的行卧业已苏在国胡民经活济中嗽占重伶要地投位。光纤否通信贡整体太发展刊时间乱表197419761978198019821984198619881990199210依00店0010姥00哗010浙0010拐01010.餐10.8μm多模1.3μm单模1.55μm直接检测光孤子光放大器1.55μm相干检测系统性能(Gb/s•Km）1.乔2锋光龙纤通迷信的复优点管和应积用1.士2.帐1幅光通则信与愿电通允信通信沿系统晚的传输抱容量取决惹于对菌载波蝴调制罩的频带得宽度，载波烫频率谅越高旁，频关带宽甲度越悦宽。光通腰信的蚂主要猪特点载波复频率坡高；秆频带泳宽度行宽（图些1.狸1忆）光通举信利智用的蜡传输浴媒质交-光匆纤，渡可以爬在宽毕波长谜范围全内获取得很扔小的僵损耗诊。（图饺1.告2聚）图邻1.懂1酸部分伍电磁依波频编谱（典1）、（2延）图崇1.轻2院各种光传输御线路乓的损誉耗特释性1.广2.虹2迈光纤资通信脱的优点•容许妈频带马很宽眠，传骑输容征量很饭大•损耗升很小膊，药中继挤距离梢很长浑且误闪码率妇很小•重量臣轻、晒体故积小•抗电害磁干酸扰性走能好•泄漏量小，本保侵密性域能好霉•节约剥金属暗材料脉，洗有利梁于资贿源合朋理使双用1.郑2.蒸3歉光纤认通信姨的应用光纤县可以饿传输赴数字牢信号霞，也搂可以魔传输钢模拟宿信号唉。光瞒纤在胞通信干网、品广播岁电视匠网与版计算浊机网赔，以骑及在斧其它膝数据唉传输吐系统租中，键都泻得到尺了广促泛应俱用。陕光纤假宽带故干线肯传送周网和杏接入下网发耍展迅帆速，蒙是鹊当前兴研究捏开发群应用去的主默要目论标。光纤望通信色的各休种应抄用可哪概括础如下遣：①通信踏网②构成蒜因特货网的煎计算鲁机局合域网赵和广木域网③有线漏电视欣网的雀干线视和分特配网④综合升业务俩光纤徐接入绢网AT士MIn潮te居rn嘱et捎骨干悲网DD只N/告F发RPS顶TN浅/I铸SD示NTV业务巴分配兰节点(C健OT显)业务舰接入翠节点开（R殃T）网管SN扬MP与电城信网杠管中柿心相腰连Q310碗0/排10道00黄ME1企/B羞RA撒/P鸟RA15若5M62导2M喝S俯DH典型骄应用甚之一弄：宽巩带综背合业禾务光糖纤接安入系灭统拓扑符结构SN牢MP简单梦网络亮管理酷协议典型盛应用仿之二体：作李为校浊园网启的骨虎干传肉输网通信宫系统孩——罚将一糊个用次户的易信息钞传送童给另发一个剖用户六的全国部设青备。信息源信源编码信道编码信道解码信源解码信息宿调制解调信道光纤断通信感系统关组成拦：光发位射机、光接沿收机、光纤、各洁种耦锯合器卫等组息成的访信息贫传输俘系统感。TR1.毙3屈光纤肚通信邻系统墨的基雨本组恰成下图杜示出党单向把传输拼的光烦纤通驰信系党统，蓝包括发射、接收和作土为广戚义信播道的怨基本光纤赛传输迫系统。基本袜光纤挨传输驴系统球的三懒个组主成部粪分1、蚂光发才送机组成考框图伴：光源俘、驱猫动器主、调夸制器光口源调制挑器通道逝耦合愈器电信辉号输身入光输粮出驱动踢电路结构吨参数住：发送丸功率药，d泼bm屈概念作用斑：电信贸号转旋变成逐光信丸号（E/狐O转让换），魄并将乖光信该号耦尸合进卷入传婚输光炉纤中男。如何局实现悔E/朴O转滑换—滋——倒—电拔信号削对光怠的调短制的劫实现套方式直接波调制用电翁信号屯直接他调制缘瑞半导枣体激券光器扫或发御光二统极管拜的驱洁动电宪流，锡使输捕出光男随电粘信号圣变化壤而实叠现的盛。这种秩方案四技术凳简单问，成强本较逐低，灰容易碑实现栋，但英调制置速率模受激紫光器梅的频被率特辈性所表限制辉。外调爆制把激碌光的产产生选和调辅制分压开，照用独犁立的镰调制米器调摊制激仁光器弃的输腥出光导而实面现的领。外调跨制的郑优点义是调影制速汪率高高，缺疤点是季技术悼复杂摄，成心本较庸高，社因此疼只有脱在大乐容量辽的波贸分复柏用和根相干妻光通谈信系肠统中楚使用扩图1.5两种调制方案(a)直接调制；(b)间接调制(外调制)激光源驱动器光纤光信号输出电信号输入(a)激光源调制器驱动和控制电信号输入光纤光信号输出(b)哪2.滋光大纤线崭路功能倚：是把孤来自阻光发生射机氧的光愿信号辱，以隶尽可戏能小堪的畸沉变(甜失真肿)和作衰减学传输侮到光记接收箱机组成总:光纤趟、光检纤接态头和赞光纤控连接梢器低损饥耗给“窗贩口”淘：普通菌石英泊光纤育在近脑红外狠波段停，除洽杂质岸吸收覆峰外留，其相损耗下随波股长的开增加娘而减讲小，泥在0宽.8习5拾μm吧、1速.3夺1枝μm锐和1革.5便5王μm威有三撞个损寇耗很降小的旦波长班“窗腹口”刘，见室后图狸。光源激光猫器的肆发射残波长未和光检顽测器光电贴二极客管的垃波长程响应捕，都液要和求光纤挡这三忧个波长墓窗口图相一葱致。目前奇在实商验室昼条件领下，泰1.丽55补μ象m的麦损耗叠已达白到0胜.1蝴54扁d耐B/挪km硬，叔接近才石英贵光纤誉损耗冰的理祸论极述限。0.扯7税0倦.8乎0.晒9箭1灿.0方1.江1高1.访2像1矿.3逢1康.4亭1山.5衰减撇（d帅B/窑km得）第一窗口第二窗口波长炕——甘λ（μm）普通缴单模澡光纤掌的衰佛减随纹波长汉变化宋示意钻图6543210。40。2第三窗口

C波段1525~1565nm1.571.62L波段主要描传输评特性厨参数：损耗、色散（影反响光鄙纤通棍信系公统的奋传输要距离等和传钢输容张量）损耗煎随波过长的取增加样而减京少0.最85µm馅、1堂.3屿1µ忙m、生1.情55蓄µm2d滑B/拜km但、0另.4阅dB柄/k跟m、绳0.拔2d坝B/复km零色副散：石英乎光纤膀在1意.3群1µ枝m处时，色昨散为浮零若通概过光唇纤设楚计，卡将零科色散久波长偷移至对处，们可实勤现损距耗和关色散居都最润小—筛—色散涛移位敌光纤3、桃光接胀收机功能：（O损/E州转换叮）是淘把从廉光纤只线路单输出野、产浩生畸捉变和络衰减券的微偿弱光括信号尝转换胜为电晒信号邪，并沫经放缸大和桌处理舌后恢纱复成滥发射战前的惩电信鉴号组成盏部分俘：耦合么器，届光电脖检测怀器，金解调初器组成方框图揪：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召参数岸：接收兽机灵脖敏度类，定悲为B孩ER做≤1丽0-9条件夸下，滑所要谈求的晶最小冰平均趁接收再功率埋。用须Sr狭（d车Bm仍）来己表示怜，接收昏机灵悄敏度是反度映光带纤通健信系蔑统质毫量好绩坏的堡综合栋性指宾标。检测困方式例：直接仗检测平和外浇差检它测1.心3.晃3必数字小通信捏系统叼和模澡拟通阻信系味统数字勿通信异系统用参孟数取包值离治散的惭信号停(如责脉冲租的有增和无唇、电馅平的计高和抢低等慈)代换表信漫息，委强调费的是慢信号迅和信查息之务间的霜一一店对应固关系遗；模拟兼通信父系统则用芹参数职取值竖连续神的信标号代饼表信好息，痒强调椅的是拜变换响过程赶中信施号和粱信息雄之间佛的线签性关迹系。这种强基本芒特征师决定赞着两圣种通惕信方汁式的串优缺盈点和兰不同即时期鱼的发吃展趋沸势。数字宗通信都系统绪的优点如下严：①捞抗干侨扰能锁力强口，传老输质稀量好避。昆②坝可以钞用再株生中源继，录传输借距离古长。③略适用织各种婶业务为的传甚输，舌灵活陡性大驰。④姿容易绵实现拨高强请度的遵保密敏通信蚕。⑤描数字谢通信葵系统货大量粱采用句数字辽电路胖，易咽于集亭成，崖从而管实现狐小型报化、宫微型贡化，痕增强花设备跟可靠杰性，腥有利懒于降嚷低成姑本。模拟花通信及系统职的优点占用号带宽猎较窄凡外，垂电路虫简单新易于发实现斑、价撑格便薄宜等尊。1.极4盏空间似光通邻信系段统空间涉光通寇信概缓述随着眠通信辜业务墨量的反大量予增加陵，“侮电波称窗口死”日胆益拥敌挤，柄卫星堆通信佛采用糟传统辣的微宰波通界信技智术已捐经不毒能满采足未环来军跃事及岛商业防的需草要，赢如果音采用锈较高比的光简频段叠作为摩信息虑载体伴实现虽卫星蓄通信慢将使献这一迁问题毕得到梨很好淡的解谢决。空间扣光通翻信与煎传统倡的微笋波通彼信相想比，躬其显宾著的猪优点风为：（1岗）通信巨容量驱大，载愉波频忆率的蛛增加晋增大朝了传疲输带红宽，袍因此剧也增形加了蛛整个茅系统掉的通则信容先量。（2租）体积顷小，短给波长沃的光孙通信随天线抚尺寸去成倍趣的减觉少，层设备纽奉体积惰明显巷减小言。（3密）功耗葡低，因夜为激狼光的都发散席角很奴小，索能量委高度纳集中臭，落壤在接律收机琴望远树镜天虑线上阀的功仇率密妥度高堪，发阀射机凝的发鼠射功振率可虑大大末降低德，功慕耗相边对较治低。（4注）空景间光通通信风系统往具有奋较低茄的建异造经易费和故维护挡经费籍，不械需要考铺设节光纤取，整疾个空乔间光肿通信佩系统咐的造价忽和建哨设经碎费较渴低。（5薪）抗干言扰和啦保密殊性好痰的优提点，因纪为光务通信造的传搁输光班束非附常窄去，接马收区馅域很扛小，杠所以赔很难胶探测茶到。正因捧为空冰间光鲜通信违具有据抗电献磁干斯扰和恨防窃臂听的互突出引特点束，可还保障天基步综合脉信息禁网的信使息安货全传利输，损可应锡用于军事漆卫星撞侦察。星悉间激佩光通哨信具劫有与汉其它仗光学留系统溉兼容亿性好网的特仆点，椅应用族于星载馅激光嘉武器毒系统，可挠有效炒提高劳对激杨光武妈器系住统的揭维护霞和控驱制能旁力，庸同时洒减轻