光纤通信进展 李淳飞典藏版.docx

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1、3月20日光纤通信进展李淳飞主讲人简介季淳飞，男,1961年毕业于哈尔滨工业高校,现任哈尔滨工业高校现代光学探讨所所长,教授。李淳飞教授是国家首届863安排信息领域专家委员会委员,中国光学学会理事，关国光学学会和光学工程学会会员。它的主要爰讨方向是非线性光学和光子技术，特殊是广泛应用于光通信、光计效和光传弦中的光开关器件，长期尊与国际科研合作和学术沟西,在国际学术界享有较高声誉。进入新世妃,李淳飞教授在哈尔滨工业高校开拓了光西信网络器件与系琉探讨的新方向.取得多项创新性探讨成果。内容简介现代的工业是以信息技术为先导，也是最大的产业。20世妃下半年.信息技术发展很快.在我们的生活和生产当中，起到

2、一个关钳作用。大家都知塔互联网是很重要的，我们可以通近互联网来传递各种各样的信息.可以进行信息灵理,谡至于在我们的生活当中也广泛应用.但是现在的电子互联网它的速度不够快，我们常常感到上网有国施。为了变更电子互联网系统速度慢、信息累少等缺点,科学家门研制出了光纤福信互联网系蜕。光纤通信具有传瑜速度快、传递信息量大和保密性强等优势。过去的电子互联网就相当于一个羊肠小道，而这个光奸互联网就像是一个亮带的信息的高送马路。中国光通信的发展特别快速.20世纪80年头上海首先辅设了一条1.8公里的数字光通信我造。20世纪80年头国家投资武汉邮电探讨院，研制光纤器件。1995年到1998年,上海交大完成了九五

3、项目.四个节点的全光城域网、试验网。20世纪90年头起.全国各地都普定精设和运用单路的光纤通信线路，现在是始终到农村，我们都可以看到光纤线路.2000年底中国网物公司建成了3400公里的波分复用的光纤通信网,2001年完成了863项目,中国高速示范网。2000年，国家自然科学基金赞助了一个项目,中国高速互联来讨试脸网。目前，光纤通信系统已经进入到我国广滴的城市和乡村，为人民生活和经济发展供应了便捷用苏。哈尔温工业高校教授李淳飞播过对光放射、光接受、光放大等技术的探讨,向我们描述了利用互联网传递邦件、受找黄料、收衣电视、打电话的多功能的景。全文今日我湃的懑目是光纤通信进展3。主要讲的内容，首先使

4、一谈光纤通信发展的历史，然而我们再介绍光纤通信一些关钳技术,包括光纤及其特性,光纤通信系统，还有光纤通信器件。我偏空于光轩通信溺件,最终我们给个结论。我们先谈光纤融信是怎么发展起枭的。我们都却道，现代的工业是以信息技术为先导，也是琨大的产业。20世纪下半年,信息技术发展很快,在我们的生活，我们的生产当中,能到一个关键作用。20世纪的信息技术，是有什么样的特点呢？它是以微电子学为基础，微电子学的发展,促进了信息技术的发展.它的尖键技术是晶体管等电子器件。晶体管大家都知道是PN结形成的.有了晶体管以后.就有了开关,有了放大，有了调制各种各样的器件。汨这些器件和这些元件集成在一起，就成为集成电路。我

5、们电子计算机的芯片，就是柒成电跻俎成的.集成电将做得越来越小，所以我们的计算机也就变得越来越小，而且速度越来越快。同时,电子通信也祖到很大的发展，电子通信和电子计算机结合起来，就成了我们今日的电子互联网。大家带知道互联网是很生要的，我们可以通过互联网来传递各种各样的信息.可以进行隹息必理，甚至于在我们的生活当中也广泛应用.但是现在的电子互联网它的速度不够快，我们常希再到上网有困难,所以要进一步发展通信网。到了21世纪.据我的理解.我的了解，光电子学将要有很大的发展,这是什么意思呢？就是把光子器件和电子器件放在一起.来组成一个光电子学的关钳技术。这个技术呢，就是异质结结构和器件和光电子集成。异质

6、结结构.就是PN培，大家都知道，就是N形P形半导体中间形成一个PN结。现在我1光电子器件，是实行不同的材料，做P形的或者N形的，所以叫彳质结的结构器件。有了这个器件,我们就可以设计产生激光二极W这就是作为光纤通信的光源。另外我门可以做珅化镣的快速开关器忤.这样我们就可以做高速的计算机。将来的计算机我估计也会把光纤的技术放进去,就是光电混合的，我们就要做光子和电子器件的混合集成,所以叫光电子柒成。有了这两个尖健技术，我们就可以发展光纤通信和高速计算机.然后我们可以实现高速的光纤互联网，宽带的，就煤是高速马路一样，有许多条线?同时来可以开车，可以不受到阻拦.过去呢.电子互联网就相当于一个羊肠小迫,

7、而这个光纤互联网就像是一个信息的高速马路。由于在现代信息技术当中，一些科学家们，做了很大的贡献，所以2000年诺贝尔奖物理学箕就奖给了现代光学技术的莫基考。把这个箕分成两半，一部分就授予独创半导体异债结构的两位专冢.一个是俄罗斯约飞物理技术探讨所的所长.1.ferov:另外一位是美国加州高校UCSB分校的教授叫Kroemer,这是一部分，另外一半是奖给了集成电跻的独创者，也是美国镌克席斯仪器公司的独创家Ki1.by.这说明我们物理学界也特别审视现代技术的现代信息技术的发屐.现在我们看一看,国际光纤爵信发展的里程磅,或许前后只有四十多年。1955年，英国科学家卡帕尼，独创了汲瑞光导纤组。1960

8、年隼人高钱等人，他们首先提出了用低汲取的光奸做光通信，高银我门标他为光纤之父,他是原来香港中文高校的校长。在1970年，光纤通信有很大的发展.建立一个很强的基砒,一方面是传导光波的光轩，这个美国的柯林公司已经做出了每公里20分贝的低被耗。另外一方面，光源是很生要的，贝尔试验室研制胜利室稳连续运转的半导体激光器.这两个一结合,光纤通信就有了基础。所以七八年以后.美国在芝加哥市首先开拓了第一条光纤通信线窗，再过10年左右，1.55履米波长的光纤强域率它低到02个分贝先公里，这就是有两个教级的降低它的损耗，这样就可以传输很远。在同年，这是英国的南安普敦高校,他们独创了掺得光纤放大器。这样的话，就不须

9、要把光信号变成电进行放大,然后再输送出去,再转成光信号，不用光电光的替换，而是干脆用光来放大。这样光纤通信就有很大的发展了，有许多好消息出来1989年美国首次进行了波分要用的光姗信试骐,是四个笏道的,四个通道。因为过去的光纤通信.只是一根光纤通一个光波的毂波，从今以后，就可以一根光纤通许多条光的通道。1998年，关国实现了密集波分要用的长途光通信，它的传输速率达到每秒一个太比特，所以我们叫太比特。我们就进入了这样一个高速的时代,太比特的时代。中国光通信的历史是怎么样的呢？20世纪80年头我们在上海首先铺设7一条1.8公里的数字光通信线路。20世纪80年头投赞了武汉研电磔讨院.研制光杆的器件和光

10、杆本身.现在也成为光纤器件的一个最大的探讨单恒。1995年到1998年，上海交大完成了九五项目，四个节点的全光城域网.试验网.20世纪90年头起，全国各地都普后铺设和运相单路的光纤通信线路.现在是始终到农村.我们都可以看到光纤线路。2000年底中国网通公司建成了3400公里的波分复用的光纤通信网,2001年完成了863项目,中国高速示范网.2000年，国或自然科学基金资助了一个项目，中国高遴互联探讨试验网。现在，我们国内有许多的公司可以批E生产光奸霸信的系统和器件。中国网姆公司波分复用网塔是这样的.它是利用了铁道部的单根光纤进行波分复用I）从深圳经过上海,始终到北京，然后呢，武汉再回到广州。中

11、间如有合朋和南昌.一共跨越了6个省市。它的容易是怎么样的呢？它是2.5GbS,单路的光纤，单路的速率,然后乘上16路，有16路并行爱理,这样我们就可以达到每杪400Gb速率.2000年底，知信已经开通运行。我们现在回顾一下,光轩通信发展的状况,技术上的状况，另外它发展的趋势。苴先我们从故字通信起先.秋是用脉冲编码.故字通信,起先是用的时分曜用。时分要用就是在时间.把光的信号分段传送,先后不同。起先是发展一次群.二次群三次群四次群.这都是指的速率，最高到了140M比特，这个是用的准同步数字系列。以后又有新的进展和技术上的进步.这样的话,可以使得传输的速率大大加快,从155M比特.始终到2.5Gt

12、t特.先有10每秒GB.现在,单珞的通佶一般都是用2.5GB每秒，也可以投到IOGB.但是冉恩就困难了，因为无论是电子的先是光子的，这些器件速度上不去.已姓碰上了Ifi顿了。所以怎么迸一发展呢！我门就实行另外一条路.就是科学家们探讨的结果，认为可以用不同的频率放在一个姮道里边.这就叫波分要用单纤多通道，从4个通电,8个通狙，16个通道，32个洒殂，始终到上百个通道。光纤塘信发屈的趋势是这样的,光纤传输这是没问跟.解决了一个光的传输,就是信号的载波是光,而不是电了。这个已经解决了，下边迁要向光交换.向交换这个向题上表努力。现在正是电子的交挨就是打电话要有一个交换器啊还是电子的。现在正在探讨光的交

13、换器.这样就渐渐渐渐地变成全光化，充分发挥这个光的优点。还有一个趋势呢！现在我们知道计算机联网，有个数据网，另外我们打电话有个通信网，我们看电视有线电视网.这三个网后来都会把它合在一起.三网合一.这样的话我们有很大的便利了,光纤就很简酒到户了。我们只要一根光纤既可以打电话，可以看电视.可以送ETna门，全部的对外的联系一根光杆解决问IS.这就是光纤到户了。当然现在正没有实现，光纤网络在21世纪的战珞地位是怎么样的呢？有一个日本专家做了一个孩禧.就是世界经济当中.行业基丽设施排名这里有工业园区港口，Jft速马朝，国际机场，光网络，从这个图可以看到，光网培将来会是最大的投资，跟大的效益.圆大规模的

14、基胆设施。现在我们介绍其次个问懑，光纤通信技术简介，首先谈谈光纤本身，这就是光纤的一个简洁的示意图。中间两层都是硅材料，但是它门的折射率不同，中间的高一点,旁边的略但低一点.用搂杂的方法来调整这个折射率，外效有理科，有机材料的包?1层。我门看着光纤怎么分类,一个是根据折射率分类,折射率的分布,这个叫做阶跃折射军光纤.它是N1N2是两个不同的折射率，中间高旁为低,这样才能实现全反熨,所以光波在里也是这样的反射。后来进一步发展，我门生产了一神叫做渐变折射率光纤，它的中间的折射率是渐变的,这样光波在里功是这样的传播。其次种分类就是根据模式分类,就是单模光纤和多模光纤,多模就是有许多模，光传输的光波的

15、模式。单娱就只有一个愎.单模的很细只有2到12个微米级.它的折的军就是相对两种折射率的相对比呢.是比较小一点,多模光纤折射率比比较大一点.它的芯径比较福.50到500个微米，假如根招用途来分的话，我们可以看到在市场上可以买到各种不同的光纤.有保偏光纤,就是保持但振态不变，就是光的偏振态不变：另外弦是可以避光色散.希望它不要色敢，是电色敢的光纤,所请零色酸的光纤。以后呢,肽是我门又采纳了没分要用，就要用：.55海米的这个光纤，这个就叫色散位移光纤，它在1.55栽米这个地方没有色敢：另外我门妊可以制造出在1.3徵米到1.55微米之间都是有很平坦的色敌特性的这样的光纤，我们叫做色敌平坦光纤。我们先来

16、谈汲取,光纤的汲取。大家知姮光纤虽然石英透射率很高,但是它还存在若以取.所以影响了我们传输的矩离，汲取越小,传输就越远,放大器可以越少。这是一根实际测到的一个光纤汲取的曲战，这个纵坐标是汲取，福坐标是波长。那么我们怎么会形成这样一个曲线的呢？这是因为在光纤里划有杂质.这些杂质熠成了军外的汲取和红外的汲取。另外如有它是一个波导器件，也有缺陷，另外就是瑞利敬熨分子的瑞利散射，也可以产生汲取.所以.在这些缺陷的包罗下,就得到了这样一条曲线。这个曲线有几个低的诙口.这里可以看到.这是低汲取的食口,但是这里有一个汲取蜂。我忙!看下面的图比较涌淅，这是及过改进以后的一个光纤的汲取特性曲线。这个1很不好.它是由于。H根，有人叫水根这样一触杂质在里边造成了一个汲取。其他有几个汲取的谷,就是汲取的窗口。所以，现在科学冢们正在探讨所嘴全波光纤，就是它的带宽可以达到400纳米，从1250纳米到1650纳米这么宽都是低汲取的,就把这个嶙眄给它砍掉,现在己经侬到了,但是市场上坯很少。下面我们讲光纤的色