光纤通信系统（第3版） 课件 第一章 概述

光纤通信系统2课程介绍传输技术是通信网络中最重要的基础技术之一，现代通信网络普遍采用的是数字传输技术。光纤通信由于具有突出的优点，是目前通信网络中最主要的传输技术。本课程重点讲授光纤通信和数字传输的相关知识。本课程总课时48学时，其中理论课部分42学时，实验部分4学时，习题课2学时。3教学资源教材《光纤通信系统》（第3版），机械工业出版社参考书

《数字传输技术基础》，林建中、王缨、郭世满等编著，北京邮电大学出版社《光纤通信系统》（第2版），杨祥林主编，国防工业出版社《光网络：系统、器件与联网技术》，韦乐平，张成良编著，人民邮电出版社电子资源课程网站：/nygqtx/

4第一章概述1.1光纤通信的发展概况1.2光纤通信的优点和应用1.3光纤通信系统的组成51.1光纤通信发展概况通信是指两个或多个实体之间交换信息的过程，通信系统是该过程的具体实现。光通信是指利用某种特定波长（频率）的光信号承载信息，并将此光信号通过光纤或者大气信道传送到对方，然后再还原出原始信息的过程。光纤通信是光通信最主要的实现形式。6光通信与光纤通信的区别光通信（Light-waveCommunication）光纤通信（OpticalFiberCommunication）使用光导纤维作为传输媒质目前最主要的光通信应用形式大气光通信/空间光通信（FreeSpaceOptics）光信号直接在大气（或其他介质）中传输（垂直/水平方向）地面—卫星通信或接入网中应用7光纤通信发展主要历程远古时代：烽火台，狼烟传讯

近代：旗语，灯光1880，A.G.Bell发明光电话60年代初，激光器诞生70年代——面临实用化挑战光源：能否制造出室温下连续工作的激光器？媒质：能否找到损耗足够低的传输媒质？补充阅读材料：/upload/blog/file/2010/5/20105319399922710.pdf

A.G.Bell1847-1922T.H.Maiman1927-20078光纤通信的奠基人——高锟1966年，在英国标准电信实验室工作的华裔科学家高锟（C.K.Kao）首先提出用石英玻璃纤维作为光纤通信的媒质*，为现代光纤通信奠定了理论基础。*K.C.KaoandG.A.Hockham,“Dielectric-FibreSurfaceWaveguidesforopticalfrequencies”Proc.IEEE,113,1151(1966)91970年：光纤通信实用化的开端1970年，美国康宁公司用超纯石英为材料，首先拉制出损耗为20dB/km的光纤

1970年，美国贝尔实验室研制成功可在室温下连续振荡的镓铝砷（GaAlAs）半导体激光器，为光纤通信找到了合适的光源1977年，GaAlAs激光器的寿命可达100万小时，为光纤通信的商用化奠定了基础

70年代光源和光纤技术的快速成熟，为光纤通信的商用化打下了坚实的基础10光纤通信系统的发展第一代光纤通信系统850/1310nm多模系统，140Mbit/s，30km第二代光纤通信系统1310nm单模系统，1Gbit/s，50km第三代光纤通信系统1550nm单模系统，2.5Gbit/s，100km第四代光纤通信系统光放大器引入，数十Gbit/s～Tbit/s，数千km第五代光纤通信系统光孤子系统，超大容量和超长距离传输，网络化/智能化光纤通信的发展始终呈现对高速率和长距离的追求111.2光纤通信的优点和应用1.2.1光纤通信的优点1.2.2光纤通信的应用121.2.1光纤通信的优点传输容量大传输损耗小，中继距离长泄漏小，保密性好节省有色金属抗电磁干扰能力强重量轻，可扰性好，易于施工131.光纤通信系统具有巨大的传输容量光纤通信使用的是频率极高的电磁波，传输中可以获得极高的信号频谱。光纤通信适用的λ=1310nm波长段和λ=1550nm波长段两个区域，共有约200nm宽的低损耗区，理论上可提供近30THz的传输频带目前实验室里实现的最高容量为20Tbit/s级*，因此光纤的频带利用率仍有很大的提高空间。*OFC/NFOEC2012会议NTT：PDM-64QAM调制方式、11.2THz频带、采用全拉曼放大，系统总容量102.3Tbit/s，传输距离达240km142.极小的传输损耗，极长的中继距离单模光纤在1310nm波长窗口损耗系数约为0.35dB/km单模光纤在1550nm波长窗口损耗系数约为0.2dB/km光纤的传输损耗不仅小，而且在相当宽的频带内特性几乎一致，因此用光纤比用同轴电缆或波导管的中继距离长得多153.泄漏小，保密性好由于光纤传输的特殊机理，在光纤中传输的光向外泄漏的能量很微弱，难以被截取或窃听。与其他无线、有线通信方式相比，光纤通信有较好的保密性，信息在光纤中传输非常安全。单根光缆内部署多根光纤也不会引入串扰。164.节省大量有色金属制造通常的电缆需要消耗大量的铜和铅等有色金属，成本较高。以四管中同轴电缆为例，1km四管中同轴电缆约需460kg铜，而制造1km光纤，只需几十克石英。制造光纤的石英（主要成分为SiO2）原材料丰富而便宜，几乎取之不竭。175.抗电磁干扰能力强光纤主要是由SiO2材料制成，它不易受外界各种电磁场的干扰。强电、雷击等也不会显著影响光纤的传输性能。甚至在核辐射等极端环境中，光纤通信仍能正常进行，这是通常的电缆通信所不能比拟的。光纤通信在电力输配、电气化铁路、雷击多发地区、核试验等环境中应用更能体现其优越性。186.重量轻，可扰性好，易于施工光缆单位长度的重量比其他通信电缆要轻得多。每根光纤的直径很小，制成光缆后可充分利用地下管道。二次套塑的光纤，即使以几厘米的曲率半径弯曲也不会断，施工时可以采用与电缆相同或类似的敷设技术进行敷设。通信设备的重量轻和体积小，对军事、航空航天等特殊的应用环境具有特别重要的意义。191.2.2光纤通信的应用光纤通信系统的类型光纤通信的应用201.光纤通信系统的类型按传输信号的类型模拟系统和数字系统按调制方式直接调制和外差调制按光纤的传输特性单模光纤系统和多模光纤系统按光波长短波长、长波长和超长波长系统212.光纤通信系统的应用通信网计算机网有线电视网综合业务接入网221.3光纤通信系统的组成1.3.1光纤通信系统原理框图1.3.2光纤通信系统的构成231.光纤通信系统原理框图光纤通信系统可以传送数字信号也可传送模拟信号。传送的信息有话音、图像、数据和多媒体业务。实用的光纤通信系统，一般采用的是数字编码、强度调制／直接检测（IM/DD）的光纤通信系统，如图1-1