光纖通信技術(shù)與設(shè)備1

1、第第1章章 概論概論1.1光纖通信技術(shù)簡(jiǎn)介1.2現(xiàn)代光纖通信的主要特點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì) 小結(jié) 思考題光纖通信技術(shù)與設(shè)備第第1章章 概論概論目標(biāo)目標(biāo)目標(biāo)目標(biāo)：通過本章的學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握和了解以下內(nèi)容：l 了解光纖通信發(fā)展史l 掌握光纖通信系統(tǒng)的組成l 掌握現(xiàn)代光纖通信的主要特點(diǎn)l 了解現(xiàn)代光纖通信的發(fā)展趨勢(shì) 光纖通信技術(shù)與設(shè)備1.1 光纖通信技術(shù)簡(jiǎn)介光纖通信技術(shù)簡(jiǎn)介光通信，顧名思義就是利用光進(jìn)行信息傳輸?shù)囊环N通信方式。光通信技術(shù)是當(dāng)代通信技術(shù)發(fā)展的最新成就，已經(jīng)成為現(xiàn)代通信的基石。目前廣泛使用的光通信方式是利用光導(dǎo)纖維傳輸光波信號(hào)，這種通信方式稱為光纖通信。光纖通信、衛(wèi)星通信和無線電通信是現(xiàn)代通信網(wǎng)的三大

2、支柱，而其中光纖通信是主體，這是因?yàn)楣饫w通信本身具有許多突出的發(fā)展優(yōu)勢(shì)。 光纖通信技術(shù)與設(shè)備 1.1.1 光纖通信發(fā)展史與現(xiàn)代光纖通信的應(yīng)用光纖通信發(fā)展史與現(xiàn)代光纖通信的應(yīng)用 1光纖通信發(fā)展史 利用光進(jìn)行通信并不是一個(gè)全新的概念，我國(guó)古代使用烽火臺(tái)報(bào)警就是目視光通信的最好的例子，歐洲人用旗語傳輸信息等，這些都可以看作是原始形式的光通信。望遠(yuǎn)鏡的出現(xiàn)，又極大地延長(zhǎng)了這種目視光通信的距離。但可惜此時(shí)信息傳遞的距離和信息量都十分有限。光纖通信技術(shù)與設(shè)備現(xiàn)代光通信的雛形可追溯到1880年Bell發(fā)明的光電話，可以說貝爾光電話是現(xiàn)代光通信的雛型。燈的發(fā)明使人們可能構(gòu)造簡(jiǎn)單的光通信系統(tǒng)，并以此作為光源。

3、1960年，美國(guó)人梅曼(Maiman)發(fā)明了第一臺(tái)紅寶石激光器，在某種意義上解決光源的問題，給光通信帶來新的希望。激光器的發(fā)明和應(yīng)用，使沉睡了80年的光通信進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段。 光纖通信技術(shù)與設(shè)備1970年，這是光纖通信史上閃光的一年。美國(guó)康寧(Corning)公司就研制成功損耗20 dB/km的石英光纖，使光纖通信可以和同軸電纜通信競(jìng)爭(zhēng)，從而展現(xiàn)了光纖通信美好的前景，促進(jìn)了世界各國(guó)相繼投入大量人力物力，把光纖通信的研究開發(fā)推向一個(gè)新階段。1972年，康寧公司高純石英多模光纖損耗降低到4 dB/km。1973 年，美國(guó)貝爾(Bell)實(shí)驗(yàn)室取得了更大成績(jī)，光纖損耗降低到2.5dB/km。 19

4、74 年降低到1.1dB/km。1976 年，日本電報(bào)電話(NTT)公司等單位將光纖損耗降低到0.47 dB/km(波長(zhǎng)1.2m)。光纖通信技術(shù)與設(shè)備1970年，作為光纖通信用的光源也取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。當(dāng)年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室、日本電氣公司(NEC)和前蘇聯(lián)先后突破了半導(dǎo)體激光器在低溫(-200)或脈沖激勵(lì)條件下工作的限制，研制成功室溫下連續(xù)振蕩的鎵鋁砷(GaAlAs)雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器(短波長(zhǎng))。這為半導(dǎo)體激光器的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 1973 年，半導(dǎo)體激光器壽命達(dá)到7000小時(shí)。1977年，貝爾實(shí)驗(yàn)室研制的半導(dǎo)體激光器壽命達(dá)到10萬小時(shí)(約11.4年)，外推壽命達(dá)到100萬小時(shí)，完全滿足實(shí)用

5、化的要求。1976年日本電報(bào)電話公司研制成功發(fā)射波長(zhǎng)為1.3m的銦鎵砷磷(InGaAsP)激光器。1979年美國(guó)電報(bào)電話(AT&T)公司和日本電報(bào)電話公司研制成功發(fā)射波長(zhǎng)為1.55m的連續(xù)振蕩半導(dǎo)體激光器。光纖通信技術(shù)與設(shè)備1976年，美國(guó)在亞特蘭大(Atlanta)進(jìn)行了世界上第一個(gè)實(shí)用光纖通信系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，系統(tǒng)采用GaAlAs激光器作光源，多模光纖作傳輸介質(zhì)，速率為44.7 Mb/s，傳輸距離約10km。1980 年，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化FT-3光纖通信系統(tǒng)投入商業(yè)應(yīng)用，系統(tǒng)采用漸變型多模光纖，速率為44.7Mb/s。隨后美國(guó)很快敷設(shè)了東西干線和南北干線，穿越22個(gè)州光纜總長(zhǎng)達(dá)5104km

6、。1976年和1978年，日本先后進(jìn)行了速率為34Mb/s，傳輸距離為64km的突變型多模光纖通信系統(tǒng)，以及速率為100Mb/s的漸變型多模光纖通信系統(tǒng)的試驗(yàn)。 光纖通信技術(shù)與設(shè)備1983年敷設(shè)了縱貫日本南北的光纜長(zhǎng)途干線，全長(zhǎng)3400km，初期傳輸速率為400Mb/s，后來擴(kuò)容到1.6Gb/s。隨后，由美、日、英、法發(fā)起的第一條橫跨大西洋TAT-8海底光纜通信系統(tǒng)1988年建成，全長(zhǎng)6400km；第一條橫跨太平洋TPC-3/HAW-4海底光纜通信系統(tǒng)于1989年建成，全長(zhǎng)132000km。從此，海底光纜通信系統(tǒng)的建設(shè)得到了全面展開，促進(jìn)了全球通信網(wǎng)的發(fā)展。光纖通信技術(shù)與設(shè)備 自從1966年高

7、錕提出光纖作為傳輸介質(zhì)的概念以來，光纖通信從研究到應(yīng)用，發(fā)展非常迅速：技術(shù)上不斷更新?lián)Q代，通信能力(傳輸速率和中繼距離)不斷提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。光纖通信的發(fā)展可以粗略地分為五個(gè)階段：第一階段，這是從基礎(chǔ)研究到商業(yè)應(yīng)用的開發(fā)時(shí)期。第二階段，這是以提高傳輸速率和增加傳輸距離為研究目標(biāo)和大力推廣應(yīng)用的實(shí)用化時(shí)期。 光纖通信技術(shù)與設(shè)備第三階段，在此期間以超大容量超長(zhǎng)距離為目標(biāo)、全面深入開展新技術(shù)研究的時(shí)期。 第四階段，光纖通信系統(tǒng)是以采用光放大器增加中繼距離和采用波分復(fù)用技術(shù)來增加比特率和中繼距離為特征，由于這種系統(tǒng)有時(shí)采用零差或外差方案，故又稱為相干光波通信系統(tǒng)。 第五階段，光纖通信系統(tǒng)基于非線

8、性壓縮抵消光纖色散展寬，實(shí)現(xiàn)光脈沖信號(hào)保形傳輸，即所謂的光纖孤子通信。光纖通信技術(shù)與設(shè)備2現(xiàn)代光纖通信的應(yīng)用光纖可以傳輸數(shù)字信號(hào)，也可以傳輸模擬信號(hào)?，F(xiàn)在世界通信業(yè)務(wù)的90%需要經(jīng)光纖傳輸。隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展，世界上許多國(guó)家都將光纖通信系統(tǒng)引入了公用電信網(wǎng)、中繼網(wǎng)和接入網(wǎng)中。光纖寬帶干線傳送網(wǎng)和接入網(wǎng)發(fā)展迅速，是當(dāng)前研究開發(fā)應(yīng)用的主要目標(biāo)。光纖通信的各種應(yīng)用可概括如下： 光纖通信技術(shù)與設(shè)備（1）通信網(wǎng) 1）全球通信網(wǎng) 2）各國(guó)的公共電信網(wǎng) 3）各種專用通信網(wǎng) 4）特殊通信 5）飛機(jī)、軍艦、潛艇、導(dǎo)彈和宇宙飛船內(nèi)部使用光纜系統(tǒng)，可以利用光纖重量輕、體積小、抗電磁干擾和無信號(hào)輻射特性。 光纖通

9、信技術(shù)與設(shè)備（2）構(gòu)成因特網(wǎng)的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)和廣域網(wǎng) （3）有線電視網(wǎng)的干線和分配網(wǎng)、工業(yè)電視系統(tǒng) （4）綜合業(yè)務(wù)光纖接入網(wǎng) （5）光纖傳感器 光纖通信技術(shù)與設(shè)備3.我國(guó)光纖通信事業(yè)發(fā)展概況我國(guó)的光纖通信技術(shù)研究方面起步并不算太晚，早在1963年，就有人對(duì)激光大氣通信進(jìn)行研究，并在青島附近建立了第一個(gè)激光大氣通信實(shí)驗(yàn)線路，隨之又進(jìn)行光纖和光電器件的研究。 1973年，世界光纖通信尚未實(shí)用。郵電部武漢郵電科學(xué)研究院（當(dāng)時(shí)是武漢郵電學(xué)院）就開始研究光纖通信。自1977年初，研制出第一根石英光纖起，跨過一道道難關(guān)，取得一個(gè)又一個(gè)零的突破。我國(guó)光纖通信技術(shù)發(fā)展速度之快令世界矚目。光纖通信技術(shù)與設(shè)備我國(guó)關(guān)

10、于光纖通信技術(shù)的研究，大體可以分為三個(gè)階段：1971-1977年為理論研究階段，主要進(jìn)行了基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)元器件的研究工作。1978-1981年為室內(nèi)研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)階段。1982以后，為光纖通信的應(yīng)用階段，早期為小規(guī)模推廣應(yīng)用階段，后期為大容量長(zhǎng)距離及新技術(shù)研究應(yīng)用階段。光纖通信技術(shù)與設(shè)備1.1.2 光纖通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成與分類光纖通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成與分類1光纖通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成光纖通信系統(tǒng)可以傳輸數(shù)字信號(hào)，也可以傳輸模擬信號(hào)。用戶要傳輸?shù)男畔⒍喾N多樣，一般有話音、圖像、數(shù)據(jù)或多媒體信息。該系統(tǒng)主要包括發(fā)射、接收和作為廣義信道的基本光纖傳輸系統(tǒng)3個(gè)大部分。光纖通信技術(shù)與設(shè)備圖1-1 光纖通圖信系

11、統(tǒng)的基本組成光纖通信技術(shù)與設(shè)備 （1）發(fā)射部分 發(fā)射部分是信息源把用戶信息轉(zhuǎn)換為原始電信號(hào)，這種信號(hào)稱為基帶信號(hào)。電發(fā)射機(jī)把基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合信道傳輸?shù)男盘?hào)，這個(gè)轉(zhuǎn)換如果需要調(diào)制，則其輸出信號(hào)稱為已調(diào)信號(hào)。為提高傳輸質(zhì)量，通常把這種模擬基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)制(FM)、脈沖頻率調(diào)制(PFM)或脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào)，最后把這種已調(diào)信號(hào)輸入光發(fā)射機(jī)。光纖通信技術(shù)與設(shè)備（2）接收部分 光載波經(jīng)過光纖線路傳輸?shù)浇邮斩?再由光接收機(jī)把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。電接收機(jī)的功能和電發(fā)射機(jī)的功能相反，它把接收的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為基帶信號(hào)，最后由信息宿恢復(fù)用戶信息。（3）基本光纖傳輸系統(tǒng) 基本光纖傳輸系統(tǒng)可以細(xì)分為3個(gè)

12、部分，即光發(fā)射機(jī)部分、光纖線路部分、光接收機(jī)部分：光發(fā)射機(jī)的功能是把發(fā)射部分輸入的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并用耦合技術(shù)把光信號(hào)最大限度地注入光纖線路。光發(fā)射機(jī)的核心設(shè)備是光源，還有驅(qū)動(dòng)器和調(diào)制器組成。目前廣泛使用的光源有半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)和半導(dǎo)體激光二極管(或稱激光器，LD)，以及譜線寬度很小的動(dòng)態(tài)單縱模分布反饋(DFB)激光器。有些場(chǎng)合也使用固體激光器。光纖通信技術(shù)與設(shè)備光纖線路的功能是把來自光發(fā)射機(jī)的光信號(hào)，以盡可能小的畸變(失真)和衰減傳輸?shù)焦饨邮諜C(jī)。光纖線路由光纖、光纖接頭和光纖連接器組成。光纖是光纖線路的主體，接頭和連接器是不可缺少的器件。實(shí)際工程中使用的是容納許多根光纖的光纜。

13、 光纖有三個(gè)低損耗窗口，波長(zhǎng)為： 0 = 0.85m 短波長(zhǎng)波段 0 = 1.31m 長(zhǎng)波長(zhǎng)波段 0 = 1.55m 長(zhǎng)波長(zhǎng)波段光纖通信技術(shù)與設(shè)備光接收機(jī)的功能是把從光纖線路輸出、產(chǎn)生畸變和衰減的微弱光 信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并經(jīng)放大和處理后恢復(fù)成發(fā)射前的電信號(hào)。光接收機(jī)由光檢測(cè)器、放大器和相關(guān)電路組成，光檢測(cè)器是光接收機(jī)的核心。對(duì)光檢測(cè)器的要求是響應(yīng)度高、噪聲低和響應(yīng)速度快。目前廣泛使用的光檢測(cè)器有兩種類型：在半導(dǎo)體PN結(jié)中加入本征層的PIN光電二極管(PIN-PD)和雪崩光電二極管(APD)。 光接收機(jī)最重要的特性參數(shù)是靈敏度。靈敏度是衡量光接收機(jī)質(zhì)量的綜合指標(biāo)，它反映接收機(jī)調(diào)整到最佳狀態(tài)時(shí)，

14、接收微弱光信號(hào)的能力。靈敏度主要取決于組成光接收機(jī)的光電二極管和放大器的噪聲，并受傳輸速率、光發(fā)射機(jī)的參數(shù)和光纖線路的色散的影響，還與系統(tǒng)要求的誤碼率或信噪比有密切關(guān)系。所以靈敏度也是反映光纖通信系統(tǒng)質(zhì)量的重要指標(biāo)。光纖通信技術(shù)與設(shè)備2光纖通信系統(tǒng)的分類有幾種，一般情況，常按照以下幾 種方式進(jìn)行： （1）按照所傳輸信號(hào)類型劃分，可以分為光纖模擬通信系統(tǒng)和光纖數(shù)字通信系統(tǒng)。（2）按照光波長(zhǎng)和光纖類型，可以劃分為短波長(zhǎng)多模光纖通信系統(tǒng)和長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)。（3）數(shù)字復(fù)用方式可以劃分為：準(zhǔn)同步（PDH）數(shù)字方式和同步數(shù)字方式（SDH）。（4）按傳輸速率可以將光纖通信系統(tǒng)分為以下三種：低速光纖通信系統(tǒng)

15、、中速光纖通信系統(tǒng)、高速光纖通信系統(tǒng)。 （5）按調(diào)制方式劃分為：直接強(qiáng)度調(diào)制光纖通信系統(tǒng) 和外調(diào)制光纖通信系統(tǒng) 。光纖通信技術(shù)與設(shè)備1.2.2 現(xiàn)代光纖通信的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)代光纖通信的發(fā)展趨勢(shì) 1網(wǎng)絡(luò)化、大容量與高速化 2長(zhǎng)波化 3傳遞業(yè)務(wù)的IP化 4全光化 5器件集成化光纖通信技術(shù)與設(shè)備小結(jié)小結(jié)1本章回顧了光纖通信發(fā)展的歷史，并介紹了光纖通信的6大特點(diǎn)及其主要應(yīng)用的領(lǐng)域。光纖通信正向著網(wǎng)絡(luò)化、大容量與高速化、長(zhǎng)波化、傳遞業(yè)務(wù)的IP化、全光化、器件集成化方向發(fā)展。2光纖通信系統(tǒng)主要由發(fā)射、接收和基本光纖傳輸系統(tǒng)3個(gè)大部分組成，其中最主要的設(shè)備是光源、光檢測(cè)器。光源是光發(fā)射機(jī)的核心，它將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)。光檢測(cè)器是光接收機(jī)的主要設(shè)備，它將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，完成與光源相反的功能。光纖線路是光信號(hào)進(jìn)行傳輸?shù)耐?/p>