光電世界--光通信

1、信 息 傳 遞 的 載 體信 息 傳 遞 的 載 體 :光光-光通信技術(shù)光通信技術(shù)10110710210610310510410410510310610210710110810010910-1101010-2101110-3101210-4101310-5101410-61015ELFVFVLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF自由空間波長，自由空間波長，m頻率，頻率，Hz電力、電話電力、電話無線電、電視無線電、電視微波微波紅外紅外可見光可見光雙鉸線雙鉸線同軸電纜同軸電纜光纖光纖衛(wèi)星衛(wèi)星/微波微波AM無線電無線電FM無線電無線電頻段頻段劃分劃分傳傳輸輸介介質(zhì)質(zhì)極低頻極低頻甚低頻甚低頻高頻高頻

2、可見光:0.39m 至0.76 m 。紅外區(qū):0.76 m 至300 m （1）近紅外區(qū)：其波長范圍為：0.76 m 至15 m ；（2）中紅外區(qū)：其波長范圍為：15 m 至25 m ；（3）遠紅外區(qū)：其波長范圍為：25 m 至300 m ；）頻率（波長：波長和頻率之間的關(guān)系Hzfcm/()/以波長1 m的光波為例,其頻率為?理論上光纖通信可容納：理論上光纖通信可容納：電話：電話：7 7. .5 5億路億路電視：電視：3030萬路萬路光纖通信所用光波的波長范圍為光纖通信所用光波的波長范圍為0.8 m 至至1.8 m 光纖通信中常用的低損耗窗口光纖通信中常用的低損耗窗口0.85 m 、1.31

3、m 和和1.55 m 左右左右1、光通信的定義以光波作為載波進行信息的傳輸方式？ 光通信與傳統(tǒng)的電通信的最大不同2、 光通信的發(fā)展史 3000年前的烽火臺2、 光通信的發(fā)展史3.現(xiàn)代光通信史：(1)1880年，美國人貝爾（BELL）發(fā)明了光話系統(tǒng)光話機 原 理 圖弧光燈ABMNL送話器振動鏡振動鏡缺點： 沒有理想的光源和傳光媒質(zhì)傳光距離短 可靠性差光源傳光媒介需解決問題需解決問題問題：上述光通信方式的缺點是什么？問題：上述光通信方式的缺點是什么？（2） 1960年，年， 美國人梅曼（美國人梅曼（MAIMAN）發(fā)明了第一臺紅寶石激光器。發(fā)明了第一臺紅寶石激光器。波譜窄方向性好亮度高頻率和相位一致

4、相干光：振動方向相同， 頻率相同，相位差恒定的光氦-氖激光器CO2激光器3.現(xiàn)代光通信史：（3）6070年代大氣激光通信和地下光波導(dǎo)通信的熱潮地下光波導(dǎo)通信將激光束 限制在地下空間通信克服氣候的影響3.現(xiàn)代光通信史：透鏡波導(dǎo)型（3）6070年代大氣激光通信和地下光波導(dǎo)通信的熱潮地下光波導(dǎo)通信將激光束 限制在地下空間通信克服氣候的影響3.現(xiàn)代光通信史：反射波導(dǎo)型大氣激光通信的發(fā)展60年代，麻 省 理工學(xué)院利用HeNe激光器和CO2激光器進行點對點的大氣激光通信實驗取得 成功受氣候的影響很大近年來，大氣激光通信再度興起自由空間光通自由空間光通信（信（FSO技術(shù)）技術(shù)）（3）6070年代大氣激光通信

5、和地下光波導(dǎo)通信的熱潮3.現(xiàn)代光通信史：FSO技術(shù)的應(yīng)用：軍事通信（3）6070年代大氣激光通信和地下光波導(dǎo)通信的熱潮3.現(xiàn)代光通信史：FSO技術(shù)的應(yīng)用：軍事通信（3）6070年代大氣激光通信和地下光波導(dǎo)通信的熱潮3.現(xiàn)代光通信史：外層空間通信FSO技術(shù)的應(yīng)用：軍事通信（3）6070年代大氣激光通信和地下光波導(dǎo)通信的熱潮3.現(xiàn)代光通信史：外層空間通信接 入 網(wǎng)4、光纖通信發(fā)展史上的里程碑事件（1）1966年，英國華裔科學(xué)家高錕（C.K.Kao）提出介質(zhì)新概念的理論，奠定現(xiàn)代光纖通信的理論基礎(chǔ)， 被稱為光纖通信之父。石英的損耗1000dB/km石英傳輸信息的理論門限為20dB/km（2）1970

6、年，美國康寧玻璃公司首先研制出衰年，美國康寧玻璃公司首先研制出衰 耗耗為為20dB/km的光纖；的光纖；1974年1.1dB1973年2.5dB1984年0.157dB1972年4dB1979年0.2dB1986年0.154dB4、光纖通信發(fā)展史上的里程碑事件（3）1970年，日本研制出室溫下連續(xù)工作的激光器年，日本研制出室溫下連續(xù)工作的激光器1973年7000小時1977年10萬小時4、光纖通信發(fā)展史上的里程碑事件（4）1976年，美國在年，美國在ATLANTA進行世界第一個光進行世界第一個光纖通信的實驗，速率纖通信的實驗，速率44.7M，距離距離10KM 。1 19 95 58 8Lase

7、r Theory(Schawlow/Townes/Gould)1 19 96 60 0The FirstLaser(Maiman)1 19 96 63 3Semi-conductor Laser(GE/LL/IBM)1 19 96 66 6Optical FiberCommunicationProposal(Kao)1 19 97 70 0cw,roomtemperatureSemiconductorLaser1 19 97 70 020 dB/kmfiber(Kapron)1 19 97 79 9FirstCommercialSystemT To od da ay yTb/s datarat

8、es,wideapplications光光 通通 信信 技技 術(shù)術(shù) 演演 進進每秒鐘傳輸?shù)谋忍財?shù)目。每秒鐘傳輸?shù)谋忍財?shù)目。 40G 器件器件載頻 高，容量大理論上光纖通信可容納：理論上光纖通信可容納：電話：電話：7 7. .5 5億路億路電視：電視：3030萬路萬路載頻 高，容量大損耗 小，中繼距離長提純工藝的發(fā)展幾 百公里無中繼傳輸電纜的損耗隨頻率按 f 的規(guī)律增加，光纖通信的帶內(nèi)損耗不隨頻率變化。載頻 高，容量大損耗 小，中繼距離長耗原材料少，成本低。光纖的主要成分是SiO2,資源十分 豐富。電纜的主要成分是Cu,Al等有色金屬， 資源有限載頻 高，容量大損耗 小，中繼距離長耗原材料少，成

9、本低。體積小，重量輕。 8 8管同軸電纜每公里耗銅管同軸電纜每公里耗銅1.21.2噸，噸，鋁鋁5 5噸每千克石英可以拉出一百公噸每千克石英可以拉出一百公里的光纖光纖的直徑很小是因為光里的光纖光纖的直徑很小是因為光的波長小，由波動理論得出光纖直的波長小，由波動理論得出光纖直徑為幾十微米。電纜粗重是因為要徑為幾十微米。電纜粗重是因為要擴大橫截面積來降低電阻。擴大橫截面積來降低電阻。載頻 高，容量大損耗 小，中繼距離長耗原材料少，成本低。體積小，重量輕?？垢蓴_好，保密性好。通信網(wǎng)上的應(yīng)用通信網(wǎng)上的應(yīng)用電信網(wǎng)有線電視網(wǎng)計算機網(wǎng)通信網(wǎng)上的應(yīng)用航海上的應(yīng)用 基本光纖傳輸系統(tǒng)的三個組成部分基本光纖傳輸系統(tǒng)的

10、三個組成部分)( 1)(lg10)(mWmWpdBmp電信號對光的調(diào)制的實現(xiàn)方式電信號對光的調(diào)制的實現(xiàn)方式 直接調(diào)制直接調(diào)制 用電信號直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器或發(fā)光二極管的驅(qū)動電流，使輸出光隨電信號變化而實現(xiàn)的。 這種方案技術(shù)簡單，成本較低，容易實現(xiàn)，但調(diào)制速率受激光器的頻率特性所限制。 外調(diào)制外調(diào)制 把激光的產(chǎn)生和調(diào)制分開，用獨立的調(diào)制器調(diào)制激光器的輸出光而實現(xiàn)的。 外調(diào)制的優(yōu)點是調(diào)制速率高，缺點是技術(shù)復(fù)雜，成本較高，因此只有在大容量的波分復(fù)用和相干光通信系統(tǒng)中使用。 兩種調(diào)制方案兩種調(diào)制方案 (a) 直接調(diào)制；直接調(diào)制； (b) 間接調(diào)制間接調(diào)制(外調(diào)制外調(diào)制) 激光源驅(qū)動器光纖光信號輸出電信

11、號輸入(a)激光源調(diào)制器驅(qū)動和控制電信號輸入光纖光信號輸出(b) 2. 光纖線路光纖線路 是把來自光發(fā)射機的光信號，以盡可能小的畸變是把來自光發(fā)射機的光信號，以盡可能小的畸變(失失真真)和衰減傳輸?shù)焦饨邮諜C和衰減傳輸?shù)焦饨邮諜C光纖光纖、光纖接頭光纖接頭和光纖連接器光纖連接器 普通石英光纖在近紅外波段，除雜質(zhì)吸收峰外，其損耗隨波長的增加而減小，在0.85 m、1.31 m和1.55 m有三個損耗很小的波長“窗口”，見后圖。激光器的發(fā)射波長激光器的發(fā)射波長和光電二極管的波長響應(yīng)光電二極管的波長響應(yīng)，都要和光纖這三個波長窗口窗口相一致。 目前在實驗室條件下，1.55 m的損耗已達到0.154 dB/

12、km， 接近石英光纖損耗的理論極限。0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5衰減（衰減（dB/km）第一窗口第一窗口第二窗口第二窗口波長波長（m）普通單模光纖的衰減隨波長變化示意圖普通單模光纖的衰減隨波長變化示意圖6 5 4 3 2 10。40。2第三窗口第三窗口 C 波段波段15251565nm 1.57 1.62 L波段波段 光纖的分類光纖的直徑減小到光纖的直徑減小到一個光波波長一個光波波長 數(shù)字通信系統(tǒng)和模擬通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)和模擬通信系統(tǒng)用參數(shù)取值離散的信號(如脈沖的有和無、電 平的高和低等)代表信息，強調(diào)的是信號和信息之間的一一對應(yīng)關(guān)系； 則用參數(shù)取值連續(xù)的信號代表信息，強調(diào)的是變換過程中信號和信息之間的線性關(guān)系。 這種基本特征決定著兩種通信方式的優(yōu)缺點和不同時期的發(fā)展趨勢。 數(shù)字通信系統(tǒng)的數(shù)字通信系統(tǒng)的如下：如下： 抗干擾能力強，傳輸質(zhì)量好。 可以用再生中繼，傳輸距離長。 適用各種業(yè)務(wù)的傳輸，靈活性大。 容易實現(xiàn)高強度的保密通信。 數(shù)字通信系統(tǒng)大量采用