光纤通信课件 第一章 概论

《光纤通信课件 第一章 概论》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光纤通信课件 第一章 概论（47页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、光纤通信 1 11 1 光纤通信发展的历史和现状光纤通信发展的历史和现状 1.1.1 1.1.1 探索时期的光通信探索时期的光通信 1.1.2 1.1.2 现代光纤通信现代光纤通信 1.1.3 1.1.3 国内外光纤通信发展的现状国内外光纤通信发展的现状1 1 2 2 光纤通信的优点和应用光纤通信的优点和应用 1.2.1 1.2.1 光通信与电通信光通信与电通信 1.2.2 1.2.2 光纤通信的优点光纤通信的优点 1.2.3 1.2.3 光纤通信的应用光纤通信的应用1 3 1 3 光纤通信系统的基本组成光纤通信系统的基本组成 1.3.1 1.3.1 发射和接收发射和接收 1.3.2 1.3.

2、2 基本光纤传输系统基本光纤传输系统 1.3.3 1.3.3 数字通信系统和模拟通信系统数字通信系统和模拟通信系统第第 1 1 章章 概概 论论返回主目录1.1 1.1 光纤通信发展的历史和现状光纤通信发展的历史和现状 1.1.1 1.1.1 探索时期的光通信探索时期的光通信 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，激光器的发明和

3、应用，使沉睡了使沉睡了8080年的光通信进入一个年的光通信进入一个崭新的阶段崭新的阶段。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 1.1.2 现代光纤通信现代光纤通信 1966年，英籍华裔学者英籍华裔学者高锟高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆和霍克哈姆(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(Optical Fiber)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光纤通信的基础。指明通过

4、指明通过“原材料的提纯制造出适合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于长距离通信使用的低损耗光纤”这一发展这一发展方向方向光纤通信发明家光纤通信发明家高锟高锟(左左)19981998年在英国接受年在英国接受IEEIEE授予的奖章授予的奖章 19701970年，年，光纤光纤研制取得了重大突破研制取得了重大突破 1970年，美国康宁(Corning)公司研制成功损耗20dB/km的石英光纤。把光纤通信的研究开发推向一个新阶段。把光纤通信的研究开发推向一个新阶段。1972年，康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到4 dB/km。1973 年，美国贝尔(Bell)实验室的光纤损耗降低到2.5

5、dB/km。1974 年降低到1.1dB/km。1976 年，日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗降低到0.47 dB/km(波长1.2m)。在以后的 10 年中，波长为1.55 m的光纤损耗：1979 年是0.20 dB/km，1984年是0.157 dB/km，1986 年是0.154 dB/km，接近了光纤最低损耗的理论极限光纤最低损耗的理论极限。1970 1970 年，光纤通信用年，光纤通信用光源光源取得了实质性的进展取得了实质性的进展 1970年，美国贝尔实验室、日本电气公司(NEC)和前苏联先后，研制成功室温下连续振荡室温下连续振荡的镓铝砷(GaAlAs)双异质结半导体激光器(短波

6、长)。虽然寿命只有几个小时，但它为半导体激光器的发展奠定了基础。1973 年，半导体激光器寿命达到7000小时。1976年，日本电报电话公司研制成功发射波长为1.3 m的铟镓砷磷(InGaAsP)激光器。1977 年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到10万小时。1979年美国电报电话(AT&T)公司和日本电报电话公司研制成功发射波长为1.55 m的连续振荡半导体激光器。由于光纤和半导体激光器的技术进步，使由于光纤和半导体激光器的技术进步，使 1970 1970 年成为光年成为光纤通信发展的一个重要里程碑纤通信发展的一个重要里程碑 实用实用光纤通信系统光纤通信系统的发展的发展 1976 年，

7、美国在亚特兰大(Atlanta)进行了世界上第一个实用光纤通信系世界上第一个实用光纤通信系统的现场试验统的现场试验。1980 年，美国标准化FT-3光纤通信系统投入商业应用。1976 年和 1978 年，日本先后进行了速率为34 Mb/s的突变型多模光纤通信系统，以及速率为100 Mb/s的渐变型多模光纤通信系统的试验。1983年敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线。随后，由美、日、英、法发起的第一条横跨大西洋 TAT-8海底光缆通信系统于1988年建成。第一条横跨太平洋 TPC-3/HAW-4 海底光缆通信系统于1989年建成。从此，海底光缆通信系统的建设得到了全面展开，促进了全球通信网的发展。

8、光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段：第一阶段(19661976年)，这是从基础研究到商业应用的开发时期。第二阶段(19761986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(19861996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。1.1.3 1.1.3 国内外光纤通信发展的现状国内外光纤通信发展的现状 19761976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到了商业应用的新阶段。此后，光纤通

9、信技术不断创新：光纤从多模发展到单模多模发展到单模，工作波长从0.85 m发展到1.31 m和1.55 m(短波长向长波长短波长向长波长），传输速率传输速率从几十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。光纤通信整体发展时间表光纤通信整体发展时间表1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986

10、1988 1990 1992 100000 10000 1000 100 10 1 0.1 0.8m多模1.3m单模1.55m直接检测光孤子光放大器1.55m相干检测系统性能(Gb/sKm）1.2 1.2 光纤通信的优点和应用 1.2.1 1.2.1 光通信与电通信光通信与电通信 通信系统的传输容量传输容量取决于对载波调制的频带宽度频带宽度，载波频率越高，频带载波频率越高，频带宽度越宽宽度越宽。光通信的主要特点光通信的主要特点 载波频率高；频带宽度宽载波频率高；频带宽度宽（图 1.1）光通信利用的传输媒质光通信利用的传输媒质-光纤，可以在宽波长范围内获得很小的损耗。光纤，可以在宽波长范围内获得

11、很小的损耗。（图 1.2）图 1.1 部分电磁波频谱100 THz10 THz1 THz100 GHz10 GHz1 GHz100 MHz10 MHz1 MHz1 m可见光线10 m100 m1 m m10 m m100 m m1 m10 m100 m中波(MF)短波(HF)米波(VHF)分米波(UHF)厘米波(SHF)毫米波(EHF)亚毫米波远红外线近红外线(光纤通信用）频率波长名称紫外线图 1.2 各种传输线路的损耗特性 10001001010.110 M标准同轴38 mm海底同轴光纤100 M1 G10 G100 G1 T10 T100 T 1000 T频率/HzM：(注)G：T：106

12、1091012传输损耗/(dBkm1)51 mm波导器 1.2.2 1.2.2 光纤通信的光纤通信的优点优点 容许频带很宽，传输容量很大容许频带很宽，传输容量很大 损耗很小，损耗很小，中继距离很长且误码率很小中继距离很长且误码率很小 重量轻、重量轻、体积小体积小 抗电磁干扰性能好抗电磁干扰性能好 泄漏小，泄漏小，保密性能好保密性能好 节约金属材料，节约金属材料，有利于资源合理使用有利于资源合理使用 1.2.3 1.2.3 光纤通信的光纤通信的应用应用 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

13、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：通信网通信网 构成因特网的计算机局域网和广域网构成因特网的计算机局域网和广域网 有线电视网的干线和分配网有线电视网的干线和分配网 综合业务光纤接入网综合业务光纤接入网 ATMInternet骨干网骨干网DDN/FRPSTN/ISDNTV业务分配节点业务分配节点(COT)(COT)业务接入节点（业务接入节点（RTRT）网管网管SNMPSNMP与电信网管中心相连Q3100/1000ME1/BRA/PRA155M622M SDH典型应用之一：宽带综合业务光纤接入系统拓扑结构典型应用之二：作为校园网的骨干传输网1.3 1.3 光

14、纤通信系统的基本组成 下图示出单向传输的光纤通信系统，包括发射发射、接收接收和作为广义信道的基本光纤传输系统光纤传输系统。信息源电发射机光发射机光接收机电接收机信息宿基本光纤传输系统光纤线路接 收发 射电信号输入光信号输出光信号输入电信号输出 基本光纤传输系统的三个组成部分基本光纤传输系统的三个组成部分)(1)(lg10)(mvmvpdBmp电信号对光的调制的实现方式电信号对光的调制的实现方式 直接调制直接调制 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。外调制外调制 把激光的产生和

15、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。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)2.2.光纤线路光纤线路 是把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变是把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变(失真失真)和衰减传输到和衰减传输到光接收机光接收机光纤光纤、光纤接头光纤接头和光纤连接器光纤连接器 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0.85

16、 m、1.31 m和1.55 m有三个损耗很小的波长“窗口”，见后图。激光器的发射波长激光器的发射波长和光电二极管的波长响应光电二极管的波长响应，都要和光纤这三个波长窗口窗口相一致。目前在实验室条件下，1.55 m的损耗已达到0.154 dB/km0.154 dB/km，接近石英光纤损耗的理论极限。0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.51.3 1.4 1.5衰减（衰减（dB/kmdB/km）第一窗口第一窗口第二窗口第二窗口波长波长（m m）普通单模光纤的衰减随波长变化示意图普通单模光纤的衰减随波长变化示意图6 5

17、4 3 2 16 5 4 3 2 10 0。4 40 0。2 2第三窗口第三窗口 C C 波段波段15251565nm15251565nm 1.57 1.62 1.57 1.62 L L波段波段 1.3.3 1.3.3 数字通信系统和模拟通信系统数字通信系统和模拟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；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。数字通信系统的数字通信系统的如下：如下：抗干扰能力强，传输质量好。可以用再生中继，传输距

18、离长。适用各种业务的传输，灵活性大。容易实现高强度的保密通信。数字通信系统大量采用数字电路，易于集成，从而实现小型化、微型化，增强设备可靠性，有利于降低成本。模拟通信系统的模拟通信系统的 占用带宽较窄外，电路简单易于实现、价格便宜等。图说人生哲理 品味健康良言附赠资料：附赠资料：健康健康是如此简单是如此简单让您受用一生的健康良言！你有没有发现你的记忆力越来越差、容易呆滞、反应迟钝，而且工作你有没有发现你的记忆力越来越差、容易呆滞、反应迟钝，而且工作缺乏效率？其实这并不是你的身体开始老化，而是你不知道如何正确的补缺乏效率？其实这并不是你的身体开始老化，而是你不知道如何正确的补充水份喔！充水份喔！

19、把握以下时机补充水份哦：把握以下时机补充水份哦：一、三餐后喝水一、三餐后喝水 医生建议餐后半小时喝水二、起床一杯水二、起床一杯水 清晨是一天补水的最佳时机，清晨饮水可以让肠胃苏醒过来，降低血液浓度，促进循环三、睡前一杯水三、睡前一杯水 睡前半小时补充水份，让身体在睡眠中维持平衡状态，降低结石发生的几率有健康的身体有健康的身体人生才是彩色人生才是彩色日常起居六忌之道日常起居六忌之道一忌一忌 清晨吸烟清晨吸烟 早上醒来，身体新陈代谢还未恢复到正常水平，呼吸频率慢，二氧化碳沉积较多。如果这时吸烟会使支气管受到刺激而导致痉挛，使二氧化碳排出受阻，从而产生气闷、头晕、乏力等症状二忌二忌 空腹喝牛奶空腹喝

20、牛奶 牛奶中的蛋白质经过胃和小肠消化成氨基酸才能在小肠被吸收，而空腹喝牛奶使胃排空很快，蛋白质还来不及被吸收，造成营养浪费，而且蛋白质在大肠内还会腐败成有毒物质三忌三忌 如厕看报如厕看报 许多人喜欢如厕看报，一蹲就是大半天。如厕看报不但会使排便意识受到抑止，而且会使直肠失去对排便刺激的敏感性，容易引起便秘日常起居六忌之道日常起居六忌之道有健康的身体有健康的身体人生才是彩色人生才是彩色四忌四忌 室内养鸟室内养鸟 鸟粪中带有鹦鹉病毒、岛型结核杆菌及寄螨。鸟粪被踩碎后病菌会飞扬在室内。长时间吸入诱发呼吸道黏膜充血、咳嗽等症状，严重者会出现肺炎与休克五忌五忌 洗澡时间过长洗澡时间过长 水中的有毒物质如

21、三氯乙烯、三氯甲烷等被热水分别蒸发出80%和50%。部分将被人体吸收进入循环系统，危害很大。另外，长时间在热水中洗澡对心脏也不好六忌六忌 睡觉窗户禁闭睡觉窗户禁闭 人入睡后每分钟要吸入300毫升氧气，呼出250毫升二氧化碳。如果门窗紧闭，不出三小时室内二氧化碳量就会增加三倍，细菌等有害物质也会成倍增长。因此睡时应留点窗缝1 不吃早餐不吃早餐 不吃早餐不仅伤害肠胃，使人疲倦、胃部不适、头痛，而且容易产生胆结石，同时催人老化2 空腹跑步空腹跑步 空腹跑步增加心脏和肝脏负担，容易引发心率不齐，甚至猝死3 用滚开水泡茶用滚开水泡茶 滚开水泡茶破坏茶叶中的维生素C，最好使用70到80度的白开水，这样泡出

22、的茶水有益健康危害健康章程危害健康章程四四 睡前不刷牙睡前不刷牙 睡前不刷牙危害很大，经常不刷牙者容易患感冒和肺炎，也特别造成牙齿腐坏、牙龈出血，甚至脱落五五 睡前不洗脸睡前不洗脸 面部上的化妆品和污垢会刺激皮肤，堵塞腺体或毛孔，损害皮肤健康六六 用油漆筷子吃饭用油漆筷子吃饭 油漆含多种对人体有害物质，其中硝基成分被吸收后，会与含有氯乙胺的物质合成强有力的致癌作用的亚硝胺7 鱼刺卡喉后喝醋鱼刺卡喉后喝醋 醋非但不能排除鱼刺，相反还会引起黏膜灼伤、食管水肿危害健康章程危害健康章程危害健康章程危害健康章程八八 药片掰开服用药片掰开服用 药片掰开后会出现棱角而不利于吞咽，易损伤食管和肠胃九九 餐桌上铺塑料布餐桌上铺塑料布 塑料布是由含毒的游离体聚氯乙烯树脂制成的，餐具经常接触这种有毒物质，会使人慢性中毒十十 醉酒后饮浓茶醉酒后饮浓茶 茶中的咖啡碱与酒精反应产生不良作用，加重醉酒人的痛苦