光纖通信第一章

光纖通信第一章第一頁，共五十二頁，2022年，8月28日1·1光纖通信發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀1·2光纖通信的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用1·3光纖通信系統(tǒng)的基本組成第1章概論返回主目錄第二頁，共五十二頁，2022年，8月28日第1章概論

1.1光纖通信發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀1.1.1探索時(shí)期的光通信原始形式的光通信中國(guó)古代-----“烽火臺(tái)”報(bào)警歐洲人---------旗語傳送信息1880年，美國(guó)人貝爾(Bell)發(fā)明了用光波作載波傳送話音的“光電話”。這種光電話利用太陽光或弧光燈作光源，通過透鏡把光束聚焦在送話器前的振動(dòng)鏡片上，使光強(qiáng)度隨話音的變化而變化，實(shí)現(xiàn)話音對(duì)光強(qiáng)度的調(diào)制。在接收端，用拋物面反射鏡把從大氣傳來的光束反射到硅光電池上，使光信號(hào)變換為電流，傳送到受話器。第三頁，共五十二頁，2022年，8月28日因?yàn)槿狈硐氲墓庠春蛡鬏斀橘|(zhì)，這種光電話的傳輸距離很短，并沒有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，然而，光電話的發(fā)明證明了用光波作為載波傳送信息的可行性。因此，貝爾光電話是現(xiàn)代光通信的雛型。光源：（1）1960年美國(guó)人梅曼(Maiman)發(fā)明了第一臺(tái)紅寶石激光器。（2）氦—氖(He-Ne)激光器（3）二氧化碳(CO2)激光器激光具有波譜寬度窄，方向性極好，亮度極高，以及頻率和相位較一致的良好特性。是一種理想的光載波。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。第四頁，共五十二頁，2022年，8月28日傳輸介質(zhì)：美國(guó)麻省理工學(xué)院利用He-Ne激光器和CO2激光器進(jìn)行了大氣激光通信試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)證明：通過大氣的傳播承載信息的光波，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信是可行的。但是通信的距離和穩(wěn)定性都受到極大的限制，體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：（1）通過大氣，光波能量衰減很大。例如，雨能造成30dB/km的衰減，濃霧衰減高達(dá)120dB/km。（2）大氣的密度和溫度不均勻，造成折射率的變化，使光束位置發(fā)生偏移。固體激光器(例如“銣玻璃激光器”和“砷化鎵激光器”)的發(fā)明大大提高了發(fā)射光功率，延長(zhǎng)了傳輸距離，使大氣激光通信可以在江河兩岸、海島之間和衛(wèi)星與地面之間使用。第五頁，共五十二頁，2022年，8月28日為了克服氣候?qū)す馔ㄐ诺挠绊?，人們自然想到把激光束限制在特定的空間內(nèi)傳輸。因而提出了透鏡波導(dǎo)和反射鏡波導(dǎo)的光波傳輸系統(tǒng)。透鏡波導(dǎo)是在金屬管內(nèi)每隔一定距離安裝一個(gè)透鏡，每個(gè)透鏡把經(jīng)傳輸?shù)墓馐鴷?huì)聚到下一個(gè)透鏡而實(shí)現(xiàn)的。反射鏡波導(dǎo)和透鏡波導(dǎo)相似，是用與光束傳輸方向成45°角的二個(gè)平行反射鏡代替透鏡而構(gòu)成的。這兩種波導(dǎo)，從理論上講是可行的，但在實(shí)際應(yīng)用中遇到了不可克服的困難。首先，現(xiàn)場(chǎng)施工中校準(zhǔn)和安裝十分復(fù)雜；其次，為了防止地面活動(dòng)對(duì)波導(dǎo)的影響，必須把波導(dǎo)深埋或選擇在人車稀少的地區(qū)使用。由于沒有找到穩(wěn)定可靠和低損耗的傳輸介質(zhì)，對(duì)光通信的研究曾一度走入了低潮。第六頁，共五十二頁，2022年，8月28日

1.1.2現(xiàn)代光纖通信1966年，英籍華裔學(xué)者高錕(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)發(fā)表了關(guān)于傳輸介質(zhì)新概念的論文，指出了利用光纖(OpticalFiber)進(jìn)行信息傳輸?shù)目赡苄院图夹g(shù)途徑，奠定了現(xiàn)代光通信——光纖通信的基礎(chǔ)。高錕等人指出：當(dāng)時(shí)石英纖維的損耗高達(dá)1000dB/km以上而是由于材料中的雜質(zhì)，例如過渡金屬(Fe、Cu等)離子的吸收產(chǎn)生的。如果把材料中金屬離子含量的比重降低到10-6以下，就可以使光纖損耗減小到10dB/km。再通過改進(jìn)制造工藝的熱處理提高材料的均勻性，可以進(jìn)一步把損耗減小到幾dB/km。第七頁，共五十二頁，2022年，8月28日一、光纖研制的發(fā)展（1）1970年美國(guó)康寧(Corning)公司就研制成功損耗20dB/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。（2）1972年，康寧公司高純石英多模光纖損耗降低到4dB/km。（3）1973年，美國(guó)貝爾(Bell)實(shí)驗(yàn)室光纖損耗降低到2.5dB/km。（4）1974年降低到1.1dB/km。（5）1976年，日本電報(bào)電話(NTT)公司等單位將光纖損耗降低到0.47dB/km(波長(zhǎng)1.2μm)。（6）1979年0.20dB/km，1984年0.157dB/km。（7）1986年0.154dB/km，接近了光纖最低損耗的理論極限。第八頁，共五十二頁，2022年，8月28日二、光源研制的發(fā)展（1）1970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))。壽命只有幾個(gè)小時(shí)。（2）1973年，半導(dǎo)體激光器壽命達(dá)到7000小時(shí)。（3）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)用化的要求。（4）1976年日本電報(bào)電話公司研制成功發(fā)射波長(zhǎng)為1.3μm的銦鎵砷磷(InGaAsP)激光器（5）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1.55μm的連續(xù)振蕩半導(dǎo)體激光器。第九頁，共五十二頁，2022年，8月28日

由于光纖和半導(dǎo)體激光器的技術(shù)進(jìn)步，使1970年成為光纖通信發(fā)展的一個(gè)重要里程碑。（1）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44.7Mb/s，傳輸距離約10km。（2）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。（3）1989年建成第一條橫跨太平洋的TPC-3/HAW-4，全長(zhǎng)13200km。第十頁，共五十二頁，2022年，8月28日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)展可以粗略地分為三個(gè)階段：第一階段(1966~1976年)，這是從基礎(chǔ)研究到商業(yè)應(yīng)用的開發(fā)時(shí)期。在這個(gè)時(shí)期，實(shí)現(xiàn)了短波長(zhǎng)(0.85μm)低速率(45或34Mb/s)多模光纖通信系統(tǒng)，無中繼傳輸距離約10km。第二階段(1976~1986年)，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)用的大發(fā)展時(shí)期。在這個(gè)時(shí)期，光纖從多模發(fā)展到單模，工作波長(zhǎng)從短波長(zhǎng)(0.85μm)發(fā)展到長(zhǎng)波長(zhǎng)(1.31μm和1.55μm)，實(shí)現(xiàn)了工作波長(zhǎng)為1.31μm、傳輸速率為140~565Mb/s的單模光纖通信系統(tǒng)，無中繼傳輸距離為100~50km。第十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日第三階段(1986~1996年)，這是以超大容量超長(zhǎng)距離為目標(biāo)、全面深入開展新技術(shù)研究的時(shí)期。在這個(gè)時(shí)期，實(shí)現(xiàn)了1.55μm色散移位單模光纖通信系統(tǒng)。采用外調(diào)制技術(shù)，傳輸速率可達(dá)2.5~10Gb/s，無中繼傳輸距離可達(dá)150~100km。實(shí)驗(yàn)室可以達(dá)到更高水平。目前，正在開展研究光纖通信新技術(shù)，例如，光纖放大器，全光通信，超大容量的波分復(fù)用(WDM)光纖通信系統(tǒng)和超長(zhǎng)距離的光孤子(Soliton)通信系統(tǒng)。第十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日

1.1.3國(guó)內(nèi)外光纖通信發(fā)展的現(xiàn)狀1976年美國(guó)在亞特蘭大進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，標(biāo)志著光纖通信從基礎(chǔ)研究發(fā)展到了商業(yè)應(yīng)用的新階段?，F(xiàn)在發(fā)展的狀況為（1）光纖從多模發(fā)展到單模。（2）工作波長(zhǎng)從0.85μm發(fā)展到1.31μm和1.55μm。（3）傳輸速率從幾十Mb/s發(fā)展到幾十Gb/s。（4）從初期的市話局間中繼到長(zhǎng)途干線進(jìn)一步延伸到用戶接入網(wǎng)。（5）從數(shù)字電話到有線電視(CATV)，（6）從單一類型信息的傳輸?shù)蕉喾N業(yè)務(wù)的傳輸。第十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日在許多發(fā)達(dá)國(guó)家，生產(chǎn)光纖通信產(chǎn)品的行業(yè)已在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占重要地位。根據(jù)資料，僅光纜產(chǎn)品一項(xiàng)(約占整個(gè)光纖通信產(chǎn)品的一半)，1995年在世界市場(chǎng)銷售額達(dá)38億美元。表1.1世界成纜光纖市場(chǎng)銷售量

年份19941995199619971998199920002001光纖銷售總長(zhǎng)度/104km18102300290034704070473055806570第十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日表1.2世界市場(chǎng)單模光纖平均價(jià)格

年份19941995199619971998199920002001價(jià)格/($·km-1)6867726960524644表1.3世界成纜單模光纖市場(chǎng)銷售量年份199819992000200120022003光纖銷售總長(zhǎng)度/104km411046005350623072008110第十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日1.2光纖通信的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用1.2.1光通信與電通信任何通信系統(tǒng)追求的最終技術(shù)目標(biāo)：可靠地實(shí)現(xiàn)最大可能的信息傳輸容量和傳輸距離。載波頻率越高（光波）頻帶寬度越寬傳輸容量越大圖1.1部分電磁波頻譜第十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日光通信和電通信的主要差別：（1）電通信的載波是電波，光纖通信的載波是光波。光纖通信用的近紅外光(波長(zhǎng)約1μm)的頻率(約300THz)比微波(波長(zhǎng)為0.1m~1mm)的頻率(3~300GHz)高3個(gè)數(shù)量級(jí)以上。光纖通信用的近紅外光(波長(zhǎng)為0.7~1.7μm)頻帶寬度約為200THz，在常用的1.31μm和1.55μm兩個(gè)波長(zhǎng)窗口頻帶寬度也在20THz以上。目前光纖通信用到的帶寬一般只有20GHz，因此還有3個(gè)數(shù)量級(jí)以上的帶寬潛力可以挖掘。第十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日二、電通信用電纜傳輸信號(hào)，光通信用光纖傳輸信號(hào)光纜具有比電纜更小的高頻率傳輸損耗圖1.2各種傳輸線路的損耗特性第十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日

1.2.2光纖通信的優(yōu)點(diǎn)在光纖通信系統(tǒng)中，作為載波的光波頻率比電波頻率高得多，而作為傳輸介質(zhì)的光纖又比同軸電纜或波導(dǎo)管的損耗低得多，因此相對(duì)于電纜通信或微波通信，光纖通信具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

1.容許頻帶很寬，傳輸容量很大光纖通信系統(tǒng)的容許頻帶(帶寬)取決于光源的調(diào)制特性、調(diào)制方式和光纖的色散特性。（1）在零色散波長(zhǎng)窗口，單模光纖都具有幾十GHz·km的帶寬。（2）可以采用多種復(fù)用技術(shù)來增加傳輸容量。（3）采用波分復(fù)用(WDM)或光頻分復(fù)用(OFDM)是增加光纖通信系統(tǒng)傳輸容量最有效的方法。（4）減小光源譜線寬度和采用外調(diào)制方式。第十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日表1.4列出早已實(shí)現(xiàn)的單一波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)的傳輸容量和中繼距離。目前，單波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率一般為2.5Gb/s和10Gb/s。采用外調(diào)制技術(shù)，傳輸速率可以達(dá)到40Gb/s。波分復(fù)用(WDM)和光時(shí)分復(fù)用(TDM)更是極大地增加了傳輸容量，見表1.５。WDM最高水平為132個(gè)信道，傳輸容量為20Gb/s×132=2640Gb/s，相當(dāng)于120km的距離傳輸了3.3×108條話路。第二十頁，共五十二頁，2022年，8月28日表1.4光纖通信與電纜或微波通信傳輸能力的比較

通信手段傳輸容量(話路)/條中繼距離/km1000km內(nèi)中繼器個(gè)數(shù)微波無線電9605020小同軸9604250中同軸180061600光纜19203033光纜14000(1Gb/s)8411光纜6000(445MB/S)1347第二十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日表1.5WDM和TDM光纖通信試驗(yàn)系統(tǒng)的傳輸能力復(fù)用技術(shù)傳輸容量/Gb·s-1傳輸距離/km跨距/km研制單位備注WDM20×1720T&TNECTDM1602020200103

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50140NTTNTT法Telcom單通道環(huán)測(cè)第二十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日2.損耗很小，中繼距離很長(zhǎng)且誤碼率很小石英光纖在1.31μm和1.55μm波長(zhǎng)，傳輸損耗分別為0.50dB/km和0.20dB/km，甚至更低。因此，用光纖比用同軸電纜或波導(dǎo)管的中繼距離長(zhǎng)得多，見表1.4。目前，采用外調(diào)制技術(shù)，波長(zhǎng)為1.55μm的色散移位單模光纖通信系統(tǒng)，若其傳輸速率為2.5Gb/s，則中繼距離可達(dá)150km；若其傳輸速率為10Gb/s，則中繼距離可達(dá)100km。第二十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日3.重量輕、體積小表1.6給出了鋁/聚乙烯粘結(jié)護(hù)套(LAP)單元結(jié)構(gòu)光纜和標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜的重量和截面積的比較。項(xiàng)目8芯18芯光纜電纜光纜電纜重量/(kg·m-1)重量比0.4216.3150.4211126直徑/mm截面積比211475211659.6表1.6光纜和電纜的重量和截面積比較

第二十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日例:在美國(guó)A-7飛機(jī)上，用光纖通信代替電纜通信，使飛機(jī)重量減輕27磅(約12.247kg)，相當(dāng)于飛機(jī)制造成本減少27萬美元。從北京到上海的相同容量的同軸電纜跟光纖相比。用電纜需銅866966kg，鋁2916290kg。若改用光纖，則只需純石英10kg。第二十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日4.抗電磁干擾性能好光纖由電絕緣的石英材料制成，光纖通信線路不受各種電磁場(chǎng)的干擾和閃電雷擊的損壞。無金屬光纜非常適合于存在強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾的高壓電力線路周圍和油田、煤礦等易燃易爆環(huán)境中使用。光纖(復(fù)合)架空地線(OpticalFiberOverheadGroundWire,OPGW)是光纖與電力輸送系統(tǒng)的地線組合而成的通信光纜，已在電力系統(tǒng)的通信中發(fā)揮重要作用。

第二十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日5.泄漏小，保密性能好在光纖中傳輸?shù)墓庑孤┓浅Ｎ⑷?，即使在彎曲地段也無法竊聽。沒有專用的特殊工具，光纖不能分接，因此信息在光纖中傳輸非常安全。第二十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日6.節(jié)約金屬材料，有利于資源合理使用制造同軸電纜和波導(dǎo)管的銅、鋁、鉛等金屬材料，在地球上的儲(chǔ)存量是有限的；而制造光纖的石英(SiO2)在地球上基本上是取之不盡的材料。制造8km管中同軸電纜，1km需要120kg銅和500kg鋁；而制造8km光纖只需320g石英。所以，推廣光纖通信，有利于地球資源的合理使用。第二十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日?qǐng)D1.3各種通信系統(tǒng)相對(duì)造價(jià)與傳輸容量的比較隨著傳輸容量的增加，由于采用了新的傳輸媒質(zhì)，使得相對(duì)造價(jià)直線下降。第二十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日

1.2.3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)。光纖應(yīng)用廣泛如：通信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、與計(jì)算機(jī)網(wǎng)以及在其它數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)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：①通信網(wǎng)，包括全球通信網(wǎng)(如橫跨大西洋和太平洋的海底光纜和跨越歐亞大陸的洲際光纜干線)、各國(guó)的公共電信網(wǎng)(如我國(guó)的國(guó)家一級(jí)干線、各省二級(jí)干線和縣以下的支線)、各種專用通信網(wǎng)(如電力、鐵道、國(guó)防等部門通信、指揮、調(diào)度、監(jiān)控的光纜系統(tǒng))、特殊通信手段(如石油、化工、煤礦等部門易燃易爆環(huán)境下使用的光纜，以及飛機(jī)、軍艦、潛艇、導(dǎo)彈和宇宙飛船內(nèi)部的光纜系統(tǒng))。第三十頁，共五十二頁，2022年，8月28日②構(gòu)成因特網(wǎng)的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，如光纖以太網(wǎng)、路由器之間的光纖高速傳輸鏈路。③有線電視網(wǎng)的干線和分配網(wǎng)；工業(yè)電視系統(tǒng)，如工廠、銀行、商場(chǎng)、交通和公安部門的監(jiān)控；自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。④綜合業(yè)務(wù)光纖接入網(wǎng)，分為有源接入網(wǎng)和無源接入網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)電話、數(shù)據(jù)、視頻(會(huì)議電視、可視電話等)及多媒體業(yè)務(wù)綜合接入核心網(wǎng)，提供各種各樣的社區(qū)服務(wù)。第三十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日1.3光纖通信系統(tǒng)的基本組成

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)?？梢詡鬏斣捯?、圖像、數(shù)據(jù)或多媒體信息。圖1.4光纖通信系統(tǒng)的基本組成(單向傳輸)第三十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日Point-to-PointCommunicationLink

第三十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日

1.3.1發(fā)射和接收一、發(fā)射數(shù)字信號(hào)：電發(fā)射機(jī)：把基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合信道傳輸?shù)碾娦盘?hào)(脈沖編碼調(diào)制)光發(fā)射機(jī)：把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)（編碼、調(diào)制）對(duì)于模擬電視傳輸，則用攝像機(jī)把圖像轉(zhuǎn)換為6MHz的模擬基帶信號(hào)，直接輸入光發(fā)射機(jī)。二、接收與發(fā)射過程相反第三十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日模擬信號(hào)傳輸?shù)膹?fù)用：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)。還可以采用頻分復(fù)用(FDM)技術(shù)，用來自不同信息源的視頻模擬基帶信號(hào)(或數(shù)字基帶信號(hào))分別調(diào)制指定的不同頻率的射頻(RF)電波，然后把多個(gè)這種帶有信息的RF信號(hào)組合成多路寬帶信號(hào)，最后輸入光發(fā)射機(jī)，由光載波進(jìn)行傳輸。在這個(gè)過程中，受調(diào)制的RF電波稱為副載波，這種采用頻分復(fù)用的多路電視傳輸技術(shù)，稱為副載波復(fù)用(SCM)。

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1.3.2基本光纖傳輸系統(tǒng)基本光纖傳輸系統(tǒng)作為獨(dú)立的“光信道”單元，可以和其它設(shè)備相結(jié)合，構(gòu)成結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，功能更強(qiáng)大的通信系統(tǒng)?；竟饫w傳輸系統(tǒng)由光發(fā)射機(jī)、光纖線路和光接收機(jī)三個(gè)部分組成。第三十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日1.光發(fā)射機(jī)功能：是把輸入電信號(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。核心：光源。要求光源輸出光功率足夠大，調(diào)制頻率足夠高，譜線寬度和光束發(fā)散角盡可能小，輸出功率和波長(zhǎng)穩(wěn)定，器件壽命長(zhǎng)。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)第三十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日LED(Lightemittingdiode)LD(laserdiode)第三十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日

圖1.5兩種調(diào)制方案(a)直接調(diào)制；(b)間接調(diào)制(外調(diào)制)第三十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日2.光纖線路功能：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。光纖線路的性能主要由纜內(nèi)光纖的傳輸特性決定。對(duì)光纖的基本要求是損耗和色散這兩個(gè)傳輸特性參數(shù)都盡可能地小，而且有足夠好的機(jī)械特性和環(huán)境特性，第四十頁，共五十二頁，2022年，8月28日Connectors第四十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日石英光纖在在0.85μm、1.31μm和1.55μm有三個(gè)損耗很小的波長(zhǎng)“窗口”。在這三個(gè)波長(zhǎng)窗口損耗分別小于2dB/km、0.4dB/km和0.2dB/km。石英光纖在波長(zhǎng)1.31μm色散為零。作為光源的激光器的發(fā)射波長(zhǎng)和作為光檢測(cè)器的光電二極管的波長(zhǎng)響應(yīng)，都要和光纖這三個(gè)波長(zhǎng)窗口相一致。第四十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日3.光接收機(jī)功能：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)。核心：光檢測(cè)器。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。第四十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日PIN(PositiveIntrinsicNegative)APD(Avalanchephotodiodes)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)。第四十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日光接收機(jī)把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的過程(常簡(jiǎn)稱為光/電或O/E轉(zhuǎn)換)，是通過光檢測(cè)器的檢測(cè)實(shí)現(xiàn)的。檢測(cè)方式有直接檢測(cè)和外差檢測(cè)兩種。直接檢測(cè)是用檢測(cè)器直接把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。這種檢測(cè)方式設(shè)備簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，是當(dāng)前光纖通信系統(tǒng)普遍采用的方式。外差檢測(cè)要設(shè)置一個(gè)本地振蕩器和一個(gè)光混頻器，使本地振蕩光和光纖輸出的信號(hào)光在混頻器中產(chǎn)生差拍而輸出中頻光信號(hào)，再由光檢測(cè)器把中頻光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。外差檢測(cè)方式的難點(diǎn)是需要頻率非常穩(wěn)定，相位和偏振方向可控制，譜線寬度很窄的單模激光源；優(yōu)點(diǎn)是有很高的接收靈敏度。第四十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日目前，實(shí)用光纖通信系統(tǒng)普遍采用直接調(diào)制—直接檢測(cè)方式。外調(diào)制—外差檢測(cè)方式雖然技術(shù)復(fù)雜，但是傳輸速率和接收靈敏度很高，是很有發(fā)展前途的通信方式。

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)，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)。第四十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日

1.3.3數(shù)字通信系統(tǒng)和模擬通信系統(tǒng)數(shù)字光纖通信系統(tǒng)比模擬光纖通信系統(tǒng)具有更多的優(yōu)點(diǎn)，也更能適應(yīng)社會(huì)對(duì)通信能力和通信質(zhì)量越來越高的要求。數(shù)字通信系統(tǒng)用參數(shù)取值離散的信號(hào)(如脈沖的有和無、電平的高和低等)代表信息，強(qiáng)調(diào)的是信號(hào)和信息之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。模擬通信系統(tǒng)則用參數(shù)取值連續(xù)的信號(hào)代表信息，強(qiáng)調(diào)的是變換過程中信號(hào)和信息之間的線性關(guān)系。第四十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日①抗干擾能力強(qiáng)，傳輸質(zhì)量好。在模擬通信系統(tǒng)中，噪聲疊加