第1章：绪论课件

光纤通信主讲：张宝富电磁频管与光电教研室教学说明1、课程特点2、课程教学3、实施要求4、教学资源

1、课程特点背景与目标点多线长面广知识点多逻辑线长应用面广物理机理--工作原理--光纤通信激光器石英光纤科学思维--技术思维-工程思维光纤以太网FTTx/PON/SDH/OTNASON

2、课程教学内容与方法精准选点、优化主线、重在写意基础性、稳定性、典型性和前瞻性光纤（MMF/SMF）光器件（LD/LED-PIN/APD）光纤通信系统（IM-DD/WDM+EDFA）光纤通信网络（SDH/OTN）全局性、工程性、迁移性和专业性

3、实施要求记笔记！记笔记！记笔记！

4、教学资源教材：野战光纤通信

4、教学资源

4、教学资源第1章概述本章内容1.1光通信的基本概念1.2光纤通信的优点1.3光纤通信的系统组成1.4光纤通信的回顾与展望1.5光波技术基础1.1光通信的基本概念一、什么是光通信？二、光波在电磁频谱中的位置三、激光器产生理想的光波四、FSO自由空间光通信五、光纤是光波理想的传输介质

一、什么是光通信？通信

--是为了信息交流借助某种手段进行的信息传递。通信的演变与发展历程

古代通信：

人类基于原始需求利用自然的基本规律和人的基础感官可达性建立通信。（旗语、身体语言、手语、烽火狼烟等）

一、什么是光通信？古代通信

接力通信（飞鸽传书、快马驿站、邮政）近代通信：利用电磁能量的传播性建立通信。（电报、电话等）

一、什么是光通信？莫尔斯电码，美国人萨缪尔·摩尔斯于1844年发明，从华盛顿到巴尔的摩之间长达64公里的电报线路，电文内容是《圣经》中的一句话：上帝啊，你创造了何等的奇迹！电话机美国人A.G.贝尔于１８７６年３月１０日，贝尔通过送话机喊道：“沃森先生，请过来！我有事找你！”1892年纽约芝加哥的电话线路开通。电话发明人贝尔第一个试音：“喂，芝加哥”，这一历史性声音被记录下来。

一、什么是光通信？近代通信

利用电磁波（能量/信号）的传播性建立通信。（电报、电话等）近代通信

电通信

电信通信

一、什么是光通信？现代通信

利用无线电波/光波（信号）进行的通信。（无线/移动/卫星/光纤）1901年，马可尼（左）首次成功地实现了横跨大西洋的无线电通信

一、什么是光通信？1880年，他利用太阳光作光源，大气为传输媒质，用硒晶体作为光接收器件，成功地进行了光电话的实验，通话距离最远达到了213米。1881年，贝尔宣读了一篇题为《关于利用光线进行声音的产生与复制》的论文，报导了他的光电话装置。现代通信

利用无线电波/光波（信号）进行的通信。（无线/移动/卫星/光纤）

一、什么是光通信？现代通信

利用无线电波/光波（信号）进行的通信。（无线/移动/卫星/光纤）

一、什么是光通信？高锟世界著名的华人物理学家1966年，高锟就取得了光纤物理学上的突破性成果，在PIEE杂志上发表论文《光频率的介质纤维表面波导》，从理论上分析证明了用光纤作为传输媒体以实现光通信的可能性，并预言了制造通信用的超低耗光纤的可能性。现代通信

利用无线电波/光波（信号）进行的通信。（无线/移动/卫星/光纤）光通信

是指利用光波进行信息传递的一种通信方式。可分为红外光通信、可见光通信和紫外光通信，如光波在大气层或大气层外的自由空间传播称为自由空间光通信(FSO)，如在光纤中传输称为光纤通信。光通信大多采用激光源产生光波，因而光通信主要指激光通信。

一、什么是光通信？二、光波在电磁频谱中的位置光波：紫外(200~400nm)、可见(390~760nm)和红外(800~1600nm)二、光波在电磁频谱中的位置二个重要的关系式频率与波长的关系频率与通信容量C：为光速（3×108m/s）f:光波频率λ：光波的波长光波频率常用单位：GHZTHz；波长单位：μm

nm通信中常将携带信息的电磁波称为载波，对应的频率称作载频。载波越高通信容量越大，因而光载波或光频通信容量最大。古代光通信：中国古代烽火台；近代的扬旗通信；现在仍在使用的旗语、灯语。

特点：利用人眼视觉可达性进行通信

局限：视距通信贝尔光电话光源：太阳光传输媒质：大气(200m)光检测器：硅光电池三、激光器产生理想的光波光源：太阳光的不稳定性传输媒质：大气的不稳定性光检测器：硅光电池的响应速度慢特点：利用可见光在大气传输媒质进行通信，同时需要借助光电器件。局限：

三、激光器产生理想的光波三、激光器产生理想的光波激光--相干光1960年激光器问世---红宝石激光器1970年贝尔实验室研制成功在常温下可连续工作的半导体激光器LD半导体激光器的优势小体积轻质量低功耗长时间连续工作寿命长可直接电控发光（便于调制）FSO（自由空间光通信）：基于激光在自由空间传播进行通信。星间激光通信、大气光通信四、FSO自由空间光通信FSO（自由空间光通信）：基于激光在自由空间传播进行通信。星间激光通信、大气光通信四、FSO自由空间光通信FSO（自由空间光通信）：基于激光在自由空间传播进行通信。星间激光通信、大气光通信四、FSO自由空间光通信优势：快速建立通信、机动性强、应急通信缺点：大气的不稳定性、气候环境影响大、保密性弱玻璃全反射原理已为人所熟知，并已用在短距离（米）内传光。（内窥镜）五、光纤是光波理想的传输介质

利用反射镜传送光束1960年光学玻璃最好的光学玻璃制作的光纤损耗也达1000dB/km，使很多人对波导内的光通信丧失了信心。1966年石英光纤英籍华人高锟，首次明确提出，通过改进制备工艺、减少原材料杂质，可使石英光纤的损耗下降到20dB/km以内。1970年高纯度石英光纤康宁玻璃公司研制世界上第一根低损耗光纤，损耗为20dB/km。经过近30年的发展，光纤的损耗已经降至0.2dB/km以内。五、光纤是光波理想的传输介质1.2光纤通信的优点

一、光纤尺寸小、重量轻，抗腐蚀

1.2光纤通信的优点

二、光纤抗电磁干扰、保密性强1.2光纤通信的优点电线电缆1.2光纤通信的优点

二、光纤抗电磁干扰、保密性强天线波束与光束光缆

三、光纤通信容量大

7.04(Tb/s)÷64(kb/s/路)=1.1(亿路电话)000000000000000111111111125μs1.2光纤通信的优点8kHz光纤通信的主要优点光纤通信具有大的带宽距离积（BL），故通信容量大、传输距离远。理论上可通上亿门电话或上万套电视，可进行图像、数据、传真、控制等多种业务；光纤通信不受电磁干扰，保密性好；光纤耐高温、高压、抗腐蚀，工作可靠；光纤质量轻、体积小铺设施工便利；光纤材料来源丰富，可节约大量有色金属(如铜、铝)。1.2光纤通信的优点1.3光纤通信的系统组成一、光纤通信系统组成二、光纤通信系统各部分功能一、光纤通信系统组成电信号输出电信号输入光缆终端盒光纤连接器光纤跳线光缆线路盒光缆线路盒光接收机机光纤连接器光发送机机中继器电接口驱动电路光源组件光检测组件放大电路电接口光缆终端盒光纤跳线实际的光纤通信系统组成光纤光缆光纤通信系统由光发射机、光纤光缆、中继器与光接收机等基本单元组成。此外还包括一些光纤连接器、光纤跳线、终端盒及调制器等。光源调制器驱动电路光发送机放大器光检测器判决器光接收机光纤光纤中继器完成E/O变换完成O/E变换一、光纤通信系统组成1、光发送机：完成E/O转换

2、光接收机：完成O/E转换

3、调制器：完成信息加载（调制）

4、中继器：完成信号放大、定时、整形功能（3R）

随着传输线路的延长，由于传输损耗会使光脉冲能量衰减幅度下降，同时加上传输线路的传输特性（如光纤的各种色散）会产生光脉冲波形失真，这都需要中继器进行修复。二、光纤通信系统各部分的功能3R再生功能放大消除波形畸变消除时间抖动3R：re-amplifying

再放大（光放大器的功能）

re-timing

再定时（消除时间抖动）

re-shaping

再整形（消除波形畸变）通过这3个R，得到接近于发射端的光信号的copy，从而延长传输距离，提高信号质量。二、光纤通信系统各部分的功能发送信号恢复信号1.4光纤通信回顾与展望一、光纤通信回顾二、五代光纤通信系统三、光纤通信展望1976年，美国亚特兰大成功进行了速率为44.7Mbit/s的光纤通信系统实验。1978年，日本进行了速率为100Mbit/s的光纤通信系统现场实验。1983年，武汉13.5km市话

8Mb/s系统，

0.85µm、3.5dB/km单模光纤。1988-92年34Mb/s，140Mb/s合肥到芜湖，光纤长途通信。1999年，8×2.5Gb/sWDM系统首次在青岛至大连开通，随之沈阳至大连的32×2.5Gb/sWDM光纤通信系统开通。2001年大8字工程，96/64芯，30X40G2005-2006年，3.2Tbps超大容量的光纤通信系统在上海至杭州开通，精确色散管理和动态PMD补偿技术，是至今世界容量最大的实用线路。一、光纤通信回顾二、五代光纤通信系统划代依据

演进目标:距离和带宽1、0.8µm系统（1980）：渐变光纤，损耗（1dB~10km）、色散450Mbps·km2、1.3µm系统（1985）：单模光纤，色散（100Gbps·km）、损耗<0.5dB3、1.5µm系统（1990）：单模激光，损耗（0.2dB）、色散（1000Gbps·km）4、WDM系统（1996）：光放大器，带宽（600Gbps）、非线性、色散5、L和S波段（2001）：拉曼放大，非线性、带宽（10Tbps）、色散145014901530157016101650S+SCLL+

比特率(TDM)2.5Gb/s10Gb/s40Gb/s20G80G320G40G160G640G400G1.6T6.4T1608

波长数1

1632三、光纤通信展望发展趋势短波长向长波长多模光纤向单模光纤单一波长向多波长WDM电放大向光放大PDH体制向SDH体制

OTN（光传送网）向ASON（智能光网络）小结20世纪70年代，随着低损耗光纤和稳定半导体激光光源的研制成功，光纤通信步入世界通信舞台。光纤通信拥有容量大、中继距离长、抗干扰能力强等优点。光纤通信系统由光发送机、光纤、光中继器和光接收机构成。智能光网络是光纤通信网下一个重点发展方向。光纤传感及ROF是光纤技术的