第6讲光纤通信.ppt

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1、2023-11-161现现 代代 通通 信信 技技 术术 2023-11-162主要内容：主要内容：第一节第一节.光纤通信概论光纤通信概论第二节第二节.光纤放大器光纤放大器第三节第三节.波分复用波分复用WDMWDM第四节第四节.光弧子通信光弧子通信第五节第五节.2023-11-1631.1 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 探索时期的光通信探索时期的光通信 1.1.2 现代光纤通信现代光纤通信 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1.2 光纤通信的优点和应用光纤通信的优点和应用 1.2.1 光通信与电通信光通信与电通信 1.2.2 光纤通信的

2、优点光纤通信的优点 1.2.3 光纤通信的应用光纤通信的应用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 发射和接收发射和接收 1.3.2 基本光纤传输系统基本光纤传输系统 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一节第一节.光纤通信概论光纤通信概论返回主目录2023-11-164 光纤通信是一门新兴的跨学科通信技术。它用光纤通信是一门新兴的跨学科通信技术。它用光波作载波光波作载波(100THz)来携带信息，并利用光纤作来携带信息，并利用光纤作为传输介质，连同半导体光源和半导体光检测器，为传输介质，连同半导体光源和半导体光检测器，构成基本光纤通信系

3、统。构成基本光纤通信系统。光纤通信系统与其它通信系统的区别从原理上光纤通信系统与其它通信系统的区别从原理上讲只是讲只是载波频率载波频率的不同，光载波的频率在的不同，光载波的频率在 100THz的数量级，而微波载频的范围在的数量级，而微波载频的范围在 10GHz，故光通，故光通信的信道带宽比微波系统高出近万倍，调制带宽可信的信道带宽比微波系统高出近万倍，调制带宽可以达到以达到 Tbps的量级。的量级。定义:2023-11-1651.1 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在这个时期，美

4、国麻省理工学院利用He-Ne激光器和激光器和CO2激光器进行了大气激光通信试验激光器进行了大气激光通信试验。由于没有找到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，对光通信的研究对光通信的研究曾一度走入了低潮。曾一度走入了低潮。1960年，美国人梅曼年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红宝石激光发明了第一台红宝石激光器，器，给光通信带来了新的希望。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应用，使使沉睡了沉睡了80年的光通信进入一个崭新的阶段年的光通信进入一个崭新的阶段。1880年，美国人贝尔年，美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载波传送话发明了用光

5、波作载波传送话音的音的“光电话光电话”。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。原始形式的光通信原始形式的光通信:中国古代用中国古代用“烽火台烽火台”报警，欧洲人报警，欧洲人用旗语传送信息。用旗语传送信息。2023-11-1662023-11-1672023-11-1682023-11-169弧光灯ABMNL送话器光话机光话机 原原 理理 图图2023-11-1610 1.1.2 现代光纤通信现代光纤通信 1966年，英籍华裔学者年，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，发表了关于传输介质新概念的

6、论文，光频率的介质纤维表面波导光频率的介质纤维表面波导(dielectric-fibre surface waveguides for optical frequencies)，指出了利用光纤，指出了利用光纤(Optical Fiber)进行信息传输的可能性和技术途径，奠进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信定了现代光通信光纤通信光纤通信的基础。的基础。指明通过指明通过“原材料的提纯制造出适合于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长距离通信使用的低损耗光纤”这一发展方这一发展方向。向。2023-11-1611光纤通信发明家光纤通信发明家高锟高锟(左左)1998年在英国接

7、受年在英国接受IEE授予的奖章授予的奖章2023-11-1612 1970年，光纤研制取得了重大突破年，光纤研制取得了重大突破 1970年，美国康宁年，美国康宁(Corning)公司研制成功损耗公司研制成功损耗20dB/km的的石英光纤。把光纤通信的研究开发推向一个新阶段。石英光纤。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，美国贝尔年，美国贝尔(Bell)实验室的光纤损耗降低到实验室的光纤损耗降低到2.5dB/km。1974 年降低到年降低到1.1dB/km。1976 年，日本电报电话年，

8、日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗降低到公司将光纤损耗降低到0.47 dB/km(波长波长1.2m)。在以后的在以后的 10 年中，波长为年中，波长为1.55 m的光纤损耗：的光纤损耗：1979 年是年是0.20 dB/km，1984年是年是0.157 dB/km，1986 年是年是0.154 dB/km，接近了光纤最低损耗的理论极限。接近了光纤最低损耗的理论极限。2023-11-1613衰减的单位衰减的单位dB=10dB=10 log log10 10(P(Poutout/P/Pinin)P Poutout：输出功率；：输出功率；P Pinin：输入功率：输入功率dBm=10 dBm=10

9、 loglog1010(P/1mw)(P/1mw)2023-11-1614 1970 年，光纤通信用光源取得了实质性的进展年，光纤通信用光源取得了实质性的进展 1970年，美国贝尔实验室、日本电气公司年，美国贝尔实验室、日本电气公司(NEC)和前苏联和前苏联先后，研制成功室温下连续振荡的镓铝砷先后，研制成功室温下连续振荡的镓铝砷(GaAlAs)双异质结半双异质结半导体激光器导体激光器(短波长短波长)。虽然寿命只有几个小时，但它为半导体激。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。光器的发展奠定了基础。1973 年，半导体激光器寿命达到年，半导体激光器寿命达到7000小时。小时。

10、1976年，日本电报电话公司研制成功发射波长为年，日本电报电话公司研制成功发射波长为1.3 m的的铟镓砷磷铟镓砷磷(InGaAsP)激光器。激光器。1977 年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到10万小万小时。时。1979年美国电报电话年美国电报电话(AT&T)公司和日本电报电话公司研公司和日本电报电话公司研制成功发射波长为制成功发射波长为1.55 m的连续振荡半导体激光器。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 年成为光纤通信发展的一个重要里程碑年成为光纤通信发展的一个重要里程碑2

11、023-11-1615 实用实用光纤通信系统光纤通信系统的发展的发展 1976 年，美国在亚特兰大年，美国在亚特兰大(Atlanta)进行了世界上第一个实进行了世界上第一个实用光纤通信系统的现场试验。用光纤通信系统的现场试验。1980 年，美国标准化年，美国标准化FT-3光纤通信系统投入商业应用。光纤通信系统投入商业应用。1976 年和年和 1978 年，日本先后进行了速率为年，日本先后进行了速率为34 Mb/s的突变的突变型多模光纤通信系统，型多模光纤通信系统，以及速率为以及速率为100 Mb/s的渐变型多模光纤通的渐变型多模光纤通信系统的试验。信系统的试验。1983年敷设了纵贯日本南北的光

12、缆长途干线。年敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线。随后，由美、日、随后，由美、日、英、法发起的第一条横跨大西洋英、法发起的第一条横跨大西洋 TAT-8海底光缆通信系统于海底光缆通信系统于1988年建成。年建成。第一条横跨太平洋第一条横跨太平洋 TPC-3/HAW-4 海底光缆通信系统于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，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。促进了全球通信网的发展。2023-11-1616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：第一阶段第一阶段(19661976年年

13、)，这是从基础研究到，这是从基础研究到商业应用的开发时期。商业应用的开发时期。第二阶段第二阶段(19761986年年)，这是以提高传输速，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。发展时期。第三阶段第三阶段(19861996年年)，这是以超大容量超，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。长距离为目标、全面深入开展新技术研究的时期。2023-11-1617中中 美美 海海 底底 光光 缆缆2023-11-1618 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 1976年美国在亚特兰大进行

14、的现场试验，标志着光纤通信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从基础研究发展到了商业应用的新阶段。u 此后，光纤通信技术不断创新：光纤从此后，光纤通信技术不断创新：光纤从多模发展到单模多模发展到单模，工作波长从工作波长从0.85 m发展到发展到1.31 m和和1.55 m(短波长向长波短波长向长波长长），传输速率从几十），传输速率从几十Mb/s发展到几十发展到几十Gb/s。u 随着技术的进步和大规模产业的形成，光纤价格不断随着技术的进步和大规模产业的形成，光纤价格不断下降，应用范围不断扩大。下降，应用范围不断扩大。u 目前光纤已成为信息宽带传输的主要

15、媒质，光纤通信系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。统将成为未来国家信息基础设施的支柱。u 在许多发达国家，生产光纤通信产品的行业已在国民经在许多发达国家，生产光纤通信产品的行业已在国民经济中占重要地位济中占重要地位。2023-11-1619我国光纤通信发展成就我国我国863863计划光纤通信技术计划光纤通信技术:成果成果:1.2.5Gbps:1.2.5Gbps高速高速光纤通信传输系统光纤通信传输系统;2.622Mbps/155Mbps SDH 2.622Mbps/155Mbps SDH分插复用系统分插复用系统;3.12 3.12路波分复用路波分

16、复用+光纤放大器通信系统光纤放大器通信系统;4.4 4.4*622Mbps622Mbps单模光纤无中继单模光纤无中继传输系统传输系统;5.5.实用化实用化CATVCATV光纤传输系统光纤传输系统;我国我国“九五九五”期间公用网建成八横八纵的干期间公用网建成八横八纵的干线光缆网络格局线光缆网络格局.总长总长3.4万公里，它覆盖了全国万公里，它覆盖了全国省会以上城市和省会以上城市和70%的地市。的地市。2023-11-1620八纵包括：牡丹江八纵包括：牡丹江-上海上海-广州广州 齐齐哈尔齐齐哈尔-北京北京-三亚三亚 呼和浩特呼和浩特-太原太原-北海北海 哈尔滨哈尔滨-西安西安-昆明昆明 兰州兰州-西宁西宁-拉萨拉萨 兰州兰州-贵阳贵阳-南宁南宁八横包括：天津八横包括：天津-呼和浩特呼和浩特-兰州兰州 青岛青岛-石家庄石家庄-银川银川 上海上海-南京南京-西安西安 连云港连云港-乌鲁木齐乌鲁木齐-伊宁伊宁 上海上海-武汉武汉-重庆重庆 杭州杭州-长沙长沙-成都成都 广州广州-南宁南宁-昆明昆明 上海上海-广州广州-昆明昆明2023-11-1621光纤通信整体发展时间表光纤通信整体发展时间表1