光纖通信第一章光纖通信級

光纖通信第一章光纖通信級1第一頁，共八十九頁，2022年，8月28日第1章

光纖通信概述1.1 光纖通信概述1.2光纖通信的發(fā)展1.3光纖通信系統(tǒng)簡介1.4我國光纖通信發(fā)展簡介1.5光纖通信認知第2章

光纖通信的物理學基礎

2.1光的本質

2.2光的反射、折射和全反射

2.3波導光學

2.4光的吸收、色散和散射

2.5激光原理第3章光纖

3.1光纖概述

3.2階躍型光纖的波導光學理論

3.3漸變光纖的理論分析

3.4單模光纖

3.5光纖的損耗特性

3.5光纖的色散特性3.7光纖的特性參數(shù)

主要內容

第4章光源和光發(fā)射機

4.1半導體的能帶理論

4.2發(fā)光二極管

4.3半導體激光器4.4光調制4.5光發(fā)送機第5章光檢測器與光接收機5.1光檢測器

5.2光檢測器的工作特性

5.3光接收機2第二頁，共八十九頁，2022年，8月28日主要內容

5.4光接收機的噪聲

5.5光接收機的誤碼率和接收靈敏度第6章

光纖通信系統(tǒng)與工程

6.1強度調制-直接檢測數(shù)字光纖通信系統(tǒng)

6.2光纖通信的線路碼型

6.3光纖通信的性能指標6.4損耗和色散對系統(tǒng)的影響

6.5光纖通信系統(tǒng)的設計

6.6光纖通信工程第7章SDH技術

7.1SDH的產生和基本特點7.2SDH的速率和幀結構7.3同步復用與映射方法7.4SDH設備7.5SDH傳送網結構和自愈保護7.6SDH同步與管理第8章

光放大和色散補償技術

8.1光放大器及其工作性能

8.2摻鉺光纖放大器

8.3光纖喇曼放大器

8.4色散補償技術第9章

波分復用技術9.1多信道復用技術9.2光波分復用原理與技術9.3光波分復用器9.4WDM光傳輸網及系統(tǒng)設計第10章

光纖通信的高新技術10.1相干光通信技術10.2光孤子通信技術10.3光接人技術10.4光交換技術10.5全光通信網3第三頁，共八十九頁，2022年，8月28日第一章光纖通信概述1.1光纖通信概述1.2光纖通信的發(fā)展1.3光纖通信系統(tǒng)簡介1.4我國光纖通信發(fā)展簡介1.5光纖通信認知4第四頁，共八十九頁，2022年，8月28日1.1光纖通信概述什么是通信？“通”傳送，“信”信息；信息的傳送基本組成：發(fā)送、傳輸、接收什么是光纖通信？利用激光作為信息的載波信號，并通過光纖來傳送信息的通信系統(tǒng)。5第五頁，共八十九頁，2022年，8月28日什么是通信？“通”傳送，“信”信息；信息的傳送基本組成：發(fā)送、傳輸、接收什么是光纖通信？利用激光作為信息的載波信號，并通過光纖來傳送信息的通信系統(tǒng)。光纖通信是人類科學技術的重大突破，光纖通信已成為現(xiàn)代信息社會的神經系統(tǒng)光纖----信息社會的標志6第六頁，共八十九頁，2022年，8月28日

現(xiàn)代通信方式示意圖用戶環(huán)路交換設備電復接設備衛(wèi)星通信微波通信光纖通信移動通信發(fā)送機接收機傳輸系統(tǒng)用戶終端用戶終端信息信息用戶終端用戶終端用戶環(huán)路交換設備電復接設備信息信息7第七頁，共八十九頁，2022年，8月28日

現(xiàn)代通信方式示意圖用戶環(huán)路交換設備電復接設備衛(wèi)星通信微波通信光纖通信移動通信發(fā)送機接收機傳輸系統(tǒng)用戶終端用戶終端信息信息用戶終端用戶終端用戶環(huán)路交換設備電復接設備信息信息信息指用戶要求傳送的語音、圖像、數(shù)據以及它們的各種組合8第八頁，共八十九頁，2022年，8月28日用戶環(huán)路交換設備電復接設備衛(wèi)星通信微波通信光纖通信移動通信發(fā)送機接收機傳輸系統(tǒng)用戶終端用戶終端信息信息用戶終端用戶終端用戶環(huán)路交換設備電復接設備信息信息

現(xiàn)代通信方式示意圖用戶終端交換設備接入網電復接設備傳輸系統(tǒng)9第九頁，共八十九頁，2022年，8月28日

現(xiàn)代通信方式示意圖用戶環(huán)路交換設備電復接設備衛(wèi)星通信微波通信光纖通信移動通信發(fā)送機接收機傳輸系統(tǒng)用戶終端用戶終端信息信息用戶終端用戶終端用戶環(huán)路交換設備電復接設備信息信息光纖通信經過30年的技術發(fā)展目前正在淘汰著其他的有線通信方式10第十頁，共八十九頁，2022年，8月28日光纖通信技術的主要優(yōu)點光纖與電話雙絞線對比圖11第十一頁，共八十九頁，2022年，8月28日

光通信與電通信

任何通信系統(tǒng)追求的最終技術目標都是要可靠地實現(xiàn)最大可能的信息傳輸容量和傳輸距離。

通信系統(tǒng)的傳輸容量取決于對載波調制的頻帶寬度，載波頻率越高，頻帶寬度越寬。

通信技術發(fā)展的歷史，實際上是一個不斷提高載波頻率和增加傳輸容量的歷史。

20世紀60年代，微波通信技術已經成熟，因此開拓頻率更高的光波應用，就成為通信技術發(fā)展的必然。

12第十二頁，共八十九頁，2022年，8月28日

電纜通信和微波通信的載波是電波，光纖通信的載波是光波。雖然光波和電波都是電磁波，但是頻率差別很大。光纖通信用的近紅外光(波長約1μm)的頻率(約300THz)比微波(波長為0.1m~1mm)的頻率(3~300GHz)高3個數(shù)量級以上。13第十三頁，共八十九頁，2022年，8月28日圖1.1部分電磁波頻譜14第十四頁，共八十九頁，2022年，8月28日圖1.1部分電磁波頻譜圖1.1是相關的電磁波頻譜。光纖通信用的近紅外光(波長為0.7~1.7μm)頻帶寬度約為200THz，在常用的1.31μm和1.55μm兩個波長窗口頻帶寬度在20THz以上。(0.7μm~430THz,1.7μm~180THz)由于光源和光纖特性的限制，目前，光強度調制的帶寬一般只有20GHz，因此還有3個數(shù)量級以上的帶寬潛力可以挖掘。15第十五頁，共八十九頁，2022年，8月28日

微波波段有線傳輸線路是由金屬導體制成的同軸電纜和波導管。同軸電纜的損耗隨信號頻率的平方根而增大，要減小損耗，必須增大結構尺寸，但要保持單一模式的傳輸，又不允許增大結構尺寸。波導管具有比同軸電纜更低的損耗，但隨著工作頻率的提高，要減小波導結構的尺寸以保持單一模式的傳輸，損耗仍然要增大。光纖是由絕緣的石英(SiO2)材料制成的，通過提高材料純度和改進制造工藝，可以在寬波長范圍內獲得很小的損耗。圖1.2給出各種傳輸線路的損耗特性。16第十六頁，共八十九頁，2022年，8月28日圖1.2各種傳輸線路的損耗特性17第十七頁，共八十九頁，2022年，8月28日

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

18第十八頁，共八十九頁，2022年，8月28日

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GHz·km)取決于光源的調制特性、調制方式和光纖的色散特性。石英單模光纖在1.31μm波長具有零色散特性，通過光纖的設計，還可以把零色散波長移到1.55μm。在零色散波長窗口，單模光纖都具有幾十GHz·km的帶寬。另一方面，可以采用多種復用技術來增加傳輸容量。最簡單的是空分復用，因為光纖很細，直徑只有125μm,一根光纜可以容納幾百根光纖，12×12=144根光纖的帶狀光纜早已實現(xiàn)。這種方法使線路傳輸容量數(shù)十成百倍地增加。

19第十九頁，共八十九頁，2022年，8月28日

就單根光纖而言，采用波分復用(WDM)或光頻分復用(OFDM)是增加光纖通信系統(tǒng)傳輸容量最有效的方法。另一方面，減小光源譜線寬度和采用外調制方式，也是增加傳輸容量的有效方法為了與同軸電纜通信和微波無線電通信比較，表1.4列出早已實現(xiàn)的單一波長光纖通信系統(tǒng)的傳輸容量和中繼距離。

20第二十頁，共八十九頁，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內中繼器個數(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)134721第二十一頁，共八十九頁，2022年，8月28日

目前，單波長光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率一般為2.5Gb/s和10Gb/s。采用外調制技術，傳輸速率可以達到40Gb/s。波分復用(WDM)和光時分復用(TDM)更是極大地增加了傳輸容量。WDM最高水平為132個信道，傳輸容量為20Gb/s×132=2640Gb/s，相當于120km的距離傳輸了3.3×108條話路。

22第二十二頁，共八十九頁，2022年，8月28日2.損耗很小，中繼距離很長且誤碼率很小石英光纖在1.31μm和1.55μm波長，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管的中繼距離長得多，見表1.4。目前，采用外調制技術，波長為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150km；若其傳輸速率為10Gb/s，則中繼距離可達100km。23第二十三頁，共八十九頁，2022年，8月28日

采用光纖放大器、色散補償光纖，中繼距離還可增加，見表1.5。而且，在表1.5中所列的中繼距離下，傳輸?shù)恼`碼率極低(10-9甚至更小)。

復用技術傳輸容量/Gb·s-1傳輸距離/km跨距/km研制單位備注WDM20×1720T&TNECTDM1602020200103

106

50140NTTNTT法Telcom單通道環(huán)測表1.5WDM和TDM光纖通信試驗系統(tǒng)的傳輸能力24第二十四頁，共八十九頁，2022年，8月28日

傳輸容量大、傳輸誤碼率低、中繼距離長的優(yōu)點，使光纖通信系統(tǒng)不僅適合于長途干線網而且適合于接入網的使用，這也是降低每公里話路的系統(tǒng)造價的主要原因。

25第二十五頁，共八十九頁，2022年，8月28日

3.重量輕、體積小光纖重量很輕，直徑很小。即使做成光纜，在芯數(shù)相同的條件下，其重量還是比電纜輕得多，體積也小得多。表1.6給出了鋁/聚乙烯粘結護套(LAP)單元結構光纜和標準同軸電纜的重量和截面積的比較。

項目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

26第二十六頁，共八十九頁，2022年，8月28日

通信設備的重量和體積對許多領域特別是軍事、航空和宇宙飛船等方面的應用，具有特別重要的意義。

在飛機上用光纖代替電纜，不僅降低了通信設備的成本，而且降低了飛機的制造成本。例如，在美國A-7飛機上，用光纖通信代替電纜通信，使飛機重量減輕27磅(約12.247kg)，相當于飛機制造成本減少27萬美元。27第二十七頁，共八十九頁，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的干擾和閃電雷擊的損壞。

無金屬光纜非常適合于存在強電磁場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。

28第二十八頁，共八十九頁，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酰词乖趶澢囟我矡o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。保密性能好的這一特點，對軍事、政治和經濟都有重要的意義。

29第二十九頁，共八十九頁，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管的銅、鋁、鉛等金屬材料，在地球上的儲存量是有限的；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。

30第三十頁，共八十九頁，2022年，8月28日

總之，光纖通信不僅在技術上具有很大的優(yōu)越性，而且在經濟上具有巨大的競爭能力，因此其在信息社會中將發(fā)揮越來越重要的作用。31第三十一頁，共八十九頁，2022年，8月28日1.2光纖通的發(fā)展

雛形：古代烽火、手旗、燈光1880年貝爾的光電話------大氣激光通信激光器(發(fā)送源）光纖(傳輸介質)1960Maiman發(fā)明紅寶石激光器1962半導體激光器誕生(GaAs870nm)70年代室溫工作LD(GaAsAI850nm)1300、1550nm多模LD單模LD1951醫(yī)用玻璃纖維(損耗1000dB/km)1966高錕理論預言1970康寧制出低損耗光纖(20dB/km)1300(0.5dB/km),1550nm(0.2dB/km)低損耗窗口光纖開發(fā)單模光纖32第三十二頁，共八十九頁，2022年，8月28日33第三十三頁，共八十九頁，2022年，8月28日

貝爾光電話的傳輸距離很短，并沒有實際應用價值,然而，光電話仍是一項偉大的發(fā)明，它證明了用光波作為載波傳送信息的可行性,貝爾光電話是現(xiàn)代光通信的雛型。

1960年，美國人梅曼(Maiman)發(fā)明了第一臺紅寶石激光器，給光通信帶來了新的希望，和普通光相比，激光具有高亮度，高方向性，高單色性(光譜寬度窄),以及高相干性(頻率和相位較一致)。激光是一種高度相干光，激光器的發(fā)明和應用，使沉睡了80年的光通信進入一個嶄新的階段。34第三十四頁，共八十九頁，2022年，8月28日

大氣激光通信二十世紀六十年代,美國麻省理工學院利用He-Ne激光器和CO2激光器進行了大氣激光通信試驗。實驗證明：用承載信息的光波，通過大氣的傳播，實現(xiàn)點對點的通信是可行的。但通信能力和質量受氣候影響十分嚴重。由于雨、霧、雪和大氣灰塵的吸收和散射，光波能量衰減很大。另一方面，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。通信的距離和穩(wěn)定性都受到極大的限制，不能實現(xiàn)“全天候”通信。但大氣激光通信仍有重要應用,在某些特定場合,如江河兩岸、海島之間、小區(qū)樓房之間宇宙空間、大氣海洋之間(蘭綠光)等。35第三十五頁，共八十九頁，2022年，8月28日

為了克服氣候對激光通信的影響，人們自然想到把激光束限制在特定的空間內傳輸。因而提出了透鏡波導和反射鏡波導的光波傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)是在金屬管內每隔一定距離安裝一個透鏡或反射鏡，從理論上講是可行的，但在實際應用中遇到了不可克服的困難。首先，現(xiàn)場施工中校準和安裝十分復雜；其次，為了防止地面活動對波導的影響，必須把波導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，對光通信的研究曾一度走入了低潮。36第三十六頁，共八十九頁，2022年，8月28日

現(xiàn)代光纖通信

1966年，英籍華裔學者高錕(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)發(fā)表了關于傳輸介質新概念的論文，指出了利用光纖(OpticalFiber)進行信息傳輸?shù)目赡苄院图夹g途徑，奠定了現(xiàn)代光通信——光纖通信的基礎。

37第三十七頁，共八十九頁，2022年，8月28日

現(xiàn)代光纖通信當時石英纖維的損耗高達1000dB/km以上，高錕等人指出：這樣大的損耗不是石英纖維本身固有的特性，而是由于材料中的雜質，例如過渡金屬(Fe、Cu等)離子的吸收產生的。材料本身固有的損耗基本上由瑞利(Rayleigh)散射決定，它隨波長的四次方而下降，其損耗很小。因此有可能通過原材料的提純制造出適合于長距離通信使用的低損耗光纖。

38第三十八頁，共八十九頁，2022年，8月28日

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。再通過改進制造工藝的熱處理提高材料的均勻性，可以進一步把損耗減小到幾dB/km。這個思想和預測受到世界各國極大的重視。

39第三十九頁，共八十九頁，2022年，8月28日1970年，光纖研制取得了重大突破。在當年，美國康寧(Corning)公司就研制成功損耗20dB/km的石英光纖。它的意義在于：使光纖通信可以和同軸電纜通信競爭，從而展現(xiàn)了光纖通信美好的前景。

1972年康寧公司高純石英多模光纖損耗4dB/km1973年貝爾(Bell)實驗室2.5dB/km1974年貝爾(Bell)實驗室1.1dB/km1976年日本電報電話(NTT)公司0.47dB/km1979年0.20dB/km,1984年0.157dB/km1986年0.154dB/km，接近光纖損耗的理論極限40第四十頁，共八十九頁，2022年，8月28日1970年，作為光纖通信用的光源也取得了實質性的進展。當年，美國貝爾實驗室、日本電氣公司(NEC)和前蘇聯(lián)先后突破了半導體激光器在低溫(-200℃)或脈沖激勵條件下工作的限制，研制成功室溫下連續(xù)振蕩的鎵鋁砷(GaAlAs)雙異質結半導體激光器(短波長)。

雖然壽命只有幾個小時，但其意義是重大的，它為半導體激光器的發(fā)展奠定了基礎。1973年，半導體激光器壽命達到7000小時。1977年，貝爾實驗室研制的半導體激光器壽命達到10萬小時(約11.4年)，完全滿足實用化的要求。41第四十一頁，共八十九頁，2022年，8月28日

在這個期間，1976年日本電報電話公司研制成功發(fā)射波長為1.3μm的銦鎵砷磷(InGaAsP)激光器，1979年美國電報電話(AT&T)公司和日本電報電話公司研制成功發(fā)射波長為1.55μm的連續(xù)振蕩半導體激光器。

由于光纖和半導體激光器的技術進步，使1970年成為光纖通信發(fā)展的一個重要里程碑。

42第四十二頁，共八十九頁，2022年，8月28日1976年，美國在亞特蘭大(Atlanta)進行了世界上第一個實用光纖通信系統(tǒng)的現(xiàn)場試驗，系統(tǒng)采用GaAlAs激光器作光源，多模光纖作傳輸介質，速率為44.7Mb/s，傳輸距離約10km。

1980年，美國標準化FT-3光纖通信系統(tǒng)投入商業(yè)應用，系統(tǒng)采用漸變型多模光纖，速率為44.7Mb/s。43第四十三頁，共八十九頁，2022年，8月28日

隨后美國很快敷設了東西干線和南北干線，穿越22個州光纜總長達5×104km。1976年和1978年，日本先后進行了速率為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。

1983年敷設了縱貫日本南北的光纜長途干線，全長3400km，初期傳輸速率為400Mb/s，后來擴容到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)于1988年建成，全長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13200km。從此，海底光纜通信系統(tǒng)的建設得到了全面展開，促進了全球通信網的發(fā)展。44第四十四頁，共八十九頁，2022年，8月28日1966年高錕提出光纖作為傳輸介質的概念以來，光纖通信從研究到應用，發(fā)展非常迅速：技術上不斷更新?lián)Q代，通信能力(傳輸速率和中繼距離)不斷提高，應用范圍不斷擴大。

1976年美國亞特蘭大第一個實用光纖通信系統(tǒng)試驗

1986年光纖通信系統(tǒng)在全球廣泛應用

(從提出光纖作為傳輸介質的概念,到用廣泛應用,20年時間)高錕------光纖之父

45第四十五頁，共八十九頁，2022年，8月28日光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展光纖通信追求目標:大容量、長距離技術發(fā)展：短波長-長波長、多模光纖-單模光纖、多模激光器-單模激光器通信系統(tǒng)容量：比特率-距離積BL，B比特率，

L中繼距離每秒鐘傳輸?shù)谋忍財?shù)目。46第四十六頁，共八十九頁，2022年，8月28日光纖通信技術的發(fā)展大體上可分為：工作波長光纖激光器比特率B中繼距離L第一代70年代850nm多模多模10～100Mb/s10Km第二代80年代初1300nm多模單模多模100Mb/s1.7Gb/s20Km50Km第三代80年代中～90年代初1550nm單模單模2.5Gb/s～10Gb/s100Km47第四十七頁，共八十九頁，2022年，8月28日光纖通信技術的發(fā)展大體上可分為:（續(xù)）工作波長光纖激光器比特率B中繼距離L第四代90年代1550nm單模單模2.5Gb/s10Gb/s21000Km（環(huán)路）1500Km光放大系統(tǒng)第五代1550nm單模單模波分復用WDM單路速率:40,160,640Gb/s信道數(shù):8,16,64,128,1022超長傳輸距離:27000Km(Loop)6380(Line)目前研究內容WDM光網絡；全光分組交換；光時分復用；光孤子通信；新型的光器件48第四十八頁，共八十九頁，2022年，8月28日光纖通信技術的三次飛躍(1)20世紀60年代。1962年第一只半導體激光器誕生，隨后半導體光檢測器也研究成功。特別是1966年英籍華人科學家高錕與Hockham提出用玻璃可以制成衰減為20dB/km的通信光導纖維，1970年美國康寧公司首先制出了20dB/km的光纖，這標志著光纖通信系統(tǒng)的實際研究條件得以具備。49第四十九頁，共八十九頁，2022年，8月28日20世紀70年代。1970年發(fā)明了LD的雙異質結構，使得光源與光檢測器的壽命都達到了10萬小時的實用化水平。1979年發(fā)現(xiàn)了光纖1310nm和1550nm新的低損耗窗口，緊接著單模光纖問世。光纖的衰減系數(shù)一下降到0.5dB/km。這使得光纖通信邁進了實用化階段，從80年代初開始光纖通信便大步地邁向了市場。光纖通信技術的三次飛躍(2)50第五十頁，共八十九頁，2022年，8月28日20世紀90年代初。1989年摻鉺光纖放大器EDFA的研制成功是光纖通信新一輪突破的開始。EDFA的應用不僅解決了光纖傳輸衰減的補償問題，而且為一批光網絡器件的應用創(chuàng)造了條件。使得光纖通信的數(shù)字傳輸速率迅速提高，促成了波分復用技術的實用化。光纖通信技術的三次飛躍(3)51第五十一頁，共八十九頁，2022年，8月28日光纖通信超高速大容量長距離網絡化一根光纖中可同時傳輸一百多路信號，采用特殊技術甚至可以同時傳輸1022路單路速率不斷提升，已達到10、20、40Gb/s采用OTDM技術甚至可達640Gb/s各種通信技術的快速發(fā)展使上千甚至上萬公里的長距離傳輸成為可能全光網成為目前光通信領域最熱門的話題之一52第五十二頁，共八十九頁，2022年，8月28日EducationTelephoneTravelEntertainmentHealth……AllservicesNetworktrafficisgrowing!!Thewholeworldisinmymind!!DemandforBroadbandwidthOpticalnetworkingShoppingBanking21世紀的通信業(yè)務53第五十三頁，共八十九頁，2022年，8月28日全球通信業(yè)務需求估計用戶增加；每個用戶的業(yè)務量增加；服務質量的提高；通信容量需求急增54第五十四頁，共八十九頁，2022年，8月28日光纖通信最具代表性技術

－波分復用WDM和光纖放大器EDFA55第五十五頁，共八十九頁，2022年，8月28日40G器件56第五十六頁，共八十九頁，2022年，8月28日關鍵原材料光纖預制棒網絡管理系統(tǒng)測試設備光纖光纜光傳輸/交換設備光無源器件光有源器件運營商網絡集成商光纖通信的產業(yè)鏈57第五十七頁，共八十九頁，2022年，8月28日全球光纖通信主要供應商58第五十八頁，共八十九頁，2022年，8月28日ComponentsandModulesinDWDMNetworks

DWDMThinfilmfiltersFibergratingsWaveguidesCirculatorsInterleaversMux/Demux

modulesAmplifiersIsolatorsTapcouplersPumplasersGainequalizersAttenuatorsIntegrated

amplifiersSOAsOpticalSwitchesCirculatorsCouplersAdd/dropmodulesSwitchingTransmissionSourcelasersModulatorsWavelockersReceiversDetectorsTx/RxmodulesOver9000Products59第五十九頁，共八十九頁，2022年，8月28日

數(shù)字通信系統(tǒng)和模擬通信系統(tǒng)

數(shù)字通信系統(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，強調的是信號和信息之間的一一對應關系；而模擬通信系統(tǒng)則用參數(shù)取值連續(xù)的信號代表信息，強調的是變換過程中信號和信息之間的線性關系。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，也更能適應社會對通信能力和通信質量越來越高的要求。

1.3光纖通信系統(tǒng)簡介60第六十頁，共八十九頁，2022年，8月28日

數(shù)字通信系統(tǒng)和模擬通信系統(tǒng)

模擬通信系統(tǒng)占用帶寬較窄，電路簡單、價格便宜。目前的電視傳輸，廣泛采用模擬通信系統(tǒng)。由于電視的數(shù)字化傳輸，要求較復雜的技術，特別是當今社會對電視頻道數(shù)目的要求日益增多，要傳輸幾十甚至上百路電視，需要極復雜的編碼和解碼技術，設備價格昂貴，因此目前還不能普遍使用。在這種情況下，副載波復用(SCM)模擬光纖通信系統(tǒng)得到很大重視和迅速發(fā)展。61第六十一頁，共八十九頁，2022年，8月28日

數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點

①抗干擾能力強，傳輸質量好。數(shù)字光纖通信采用二進制信號，信息不包含在脈沖波形中，而由脈沖的“有”和“無”表示。因此，一般噪聲不影響傳輸質量，只有在抽樣和判決過程中，當噪聲超過一定閾值時，才產生誤碼率。②可以用再生中繼，傳輸距離長。數(shù)字通信系統(tǒng)可以用不同方式再生傳輸信號,消除傳輸過程中的噪聲積累，恢復原信號，延長傳輸距離。③適用各種業(yè)務的傳輸，靈活性大。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，話音、圖像等各種信息都變換為二進制數(shù)字信號，可以把傳輸技術和交換技術結合起來，有利于實現(xiàn)綜合業(yè)務。

62第六十二頁，共八十九頁，2022年，8月28日數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點

④容易實現(xiàn)高強度的保密通信。只需要將明文與密鑰序列逐位模2相加就可以實現(xiàn)保密通信。⑤數(shù)字通信系統(tǒng)大量采用數(shù)字電路，易于集成，從而實現(xiàn)小型化、微型化，增強設備可靠性，有利于降低成本。

數(shù)字通信系統(tǒng)的缺點是占用頻帶較寬，系統(tǒng)的頻帶利用率不高。一路模擬電話只占用4kHz的帶寬，而一路數(shù)字電話要占用20~64kHz的帶寬。數(shù)字通信系統(tǒng)的許多優(yōu)點是以犧牲頻帶為代價得到的，然而光纖通信的頻帶很寬，完全能夠克服數(shù)字通信的缺點。

63第六十三頁，共八十九頁，2022年，8月28日

數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的組成由光發(fā)射機、光纖光纜、中繼器與光接收機等基本單元組成。此外還包括一些互連與光信號處理器件，如光纖連接器、隔離器、調制器、濾波器、光開關及路由器、分插復用器ADM等。光源調制器驅動電路光發(fā)射機放大器光電二極管判決器光接收機光纖光纖中繼器1.3光纖通信系統(tǒng)簡介64第六十四頁，共八十九頁，2022年，8月28日1.3光纖通信系統(tǒng)簡介

數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的組成由光發(fā)射機、光纖光纜、中繼器與光接收機等基本單元組成。此外還包括一些互連與光信號處理器件，如光纖連接器、隔離器、調制器、濾波器、光開關及路由器、分插復用器ADM等。65第六十五頁，共八十九頁，2022年，8月28日光纖通信未來的發(fā)展方向光纖通信系統(tǒng)向相干光通信方向發(fā)展；光纖通信系統(tǒng)向全光通信方向發(fā)展；光纖通信系統(tǒng)向孤子光通信方向發(fā)展；光纖通信系統(tǒng)向網絡通信方向發(fā)展；66第六十六頁，共八十九頁，2022年，8月28日1.4我國光纖通信發(fā)展簡介

1我國光通信歷程的回顧我國的光通信起步較早，70年代初就開始了大氣傳輸光通信的研究，隨之又進行光纖和光電器件的研究。1977年，第一根短波長(0．85mm)階躍型石英光纖問世，長度為17m，衰減系數(shù)為300dB/km。研制出Si-APD。1978年，階躍光纖的衰減降至5dB/km。研制出短波長多模梯度光纖，即G.651光纖。研制出GaAs-LD。1979年，研制出多模長波長光纖，衰減為1dB/km。建成5.7km、8Mb/s光通信系統(tǒng)試驗段。1980年，1300nm窗口衰減降至0.48dB/km，1550nm窗口衰減為0.29dB/km。研制出短波長用的GaAlAs-LD。67第六十七頁，共八十九頁，2022年，8月28日1.4我國光纖通信發(fā)展簡介1981年，研制出長波長用的InGaAsP-LD和PIN探測器。多模光纖活動連接器進入實用。研制出34Mb/s光傳輸設備。1982年，研制成功長波長用的激光器組件和探測器組件(PIN-FET)。研制出光合波分波器、光耦合器、光衰減器、濾光器等無源器件。研制出140Mb/s光傳輸設備。1984年，武漢、天津34Mb/s市話中繼光傳輸系統(tǒng)工程建成(多模)。1985年，研制出1300nm單模光纖，衰減達0.40dB/km。1986年，研制出動態(tài)單縱模激光器。1988年，全長245km的武漢椌Ｖ輻沙市34Mb/s多模光纜通信系統(tǒng)工程通過郵電部鑒定驗收。揚州——高郵4Mb/s單模光纜通信系統(tǒng)工程通過郵電部鑒定驗收。68第六十八頁，共八十九頁，2022年，8月28日1.4我國光纖通信發(fā)展簡介1989年，漢陽——漢南40Mb/s單模光傳輸系統(tǒng)工程通過郵電部鑒定驗收。1990年，研制出G.652標準單模光纖，最小衰減達0.35dB/km。到1992年降至0.26dB/km。成功地研制出1550nm分布反饋激光器(DFB-LD)。1991年，研制出G.653色散位移光纖。最小衰減達0.22dB/km。研制出565Mb/s光傳輸設備。合肥——蕪湖40Mb/s單模光傳輸系統(tǒng)工程通過國家鑒定驗收。1992年，研制出摻鉺光纖EDF。研制出可調諧DFB-LD和泵浦源LD。FC-PC陶瓷單模光纖活動連接器通過郵電部鑒定。1996年，研制出STM-16SDH設備。69第六十九頁，共八十九頁，2022年，8月28日1.4我國光纖通信發(fā)展簡介1993年，在摻鉺光纖放大器的研究上取得突破性進展，小信號增益達25dB。上?！獰o錫65Mb/s單模光傳輸系統(tǒng)工程通過郵電部鑒定驗收。該工程的建成，在國內外產生了重大影響，對此后“巴統(tǒng)”的解散起到一定的“催化”作用。1995年，研制出STM-1、STM-4SDH設備。1997年，研制出G.655非零色散位移光纖。研制出應變多量子阱DFB激光器，STM-1、STM-4收/發(fā)模塊和STM-16接收模塊。成都——攀枝花22Mb/sSDH光傳輸工程通過郵電部鑒定驗收；咸寧622Mb/sSDH雙自愈環(huán)互連系統(tǒng)工程通過建設部門初驗。70第七十頁，共八十九頁，2022年，8月28日1.4我國光纖通信發(fā)展簡介1998年，?？凇齺?Gb/s光傳輸系統(tǒng)工程通過郵電部鑒定驗收，該工程全長322km，僅在萬寧設一個中繼站，海口——萬寧的中繼距離為172km，僅在發(fā)送機中使用一個EDFA就實現(xiàn)了這一超長中繼。研制出OADM、OXC樣機。1999年，8×2.5Gb/sDWDM系統(tǒng)通過國家驗收。研制出STM-64SDH設備。IPoverSDH的建議被ITU-T確認。71第七十一頁，共八十九頁，2022年，8月28日1.4我國光纖通信發(fā)展簡介2研究開發(fā)與應用的現(xiàn)狀在光纖研制方面，基本掌握了常規(guī)單模和多模光纖的生產技術，已研制出了色散位移單模光纖(G．653光纖)、非零色散位移單模光纖(G．655光纖)、大有效面積非零色散位移單模光纖、色散補償光纖(DCF)、摻鉺光纖、保偏光纖、數(shù)據光纖等，并能達到生產水平。對通信用塑料光纖的制造和特性也進行了深入的研究。其中以大保實光纖為代表的大有效面積非零色散位移單模光纖已在工程中應用。

國內有多家光纜廠，可大批量生產接入網中用光纖帶光纜，一般芯數(shù)為288芯，最高芯數(shù)可達960芯。光纖帶光纜的結構有層絞式、中心管式、骨架式、無金屬型、ADSS和OPGW等。迄今，已敷設光纜長度超過100萬km，光纜已敷設到世界屋脊西藏。生產光纜的廠家有200多家，每年所用光纖的數(shù)量超過400萬km。在實際網絡中，無論是核心網還是接入網，目前主要應用的還是G.652光纖。在核心網中新建線路已開始采用G.655光纖，在接入網中已開始應用光纖帶光纜。72第七十二頁，共八十九頁，2022年，8月28日1.4我國光纖通信發(fā)展簡介光電器件的研制在高速激光器、增益開關半導體激光器、量子阱雙穩(wěn)態(tài)激光器、摻鉺光纖激光器、主動鎖模光纖環(huán)形孤子激光器、被動鎖模光纖環(huán)形激光器、光纖光柵激光器、光收發(fā)模塊、半導體光放大器(SOA)、摻鉺光纖放大器(EDFA)、增益平坦EDFA、高增益低噪聲EDFA、摻鉺光纖均衡放大器、DFB-LD與EA型外調制器的集成器件、應用于接入網的單纖收發(fā)集成器件等方面都有顯著進展。特別是國產的EDFA和光收發(fā)模塊已在國內普遍推廣應用。光器件方面常規(guī)的光連接器、光隔離器、光準直器、光衰減器（固定衰減器和可變衰減器）、濾光器和光耦合器等已在批量生產，除滿足國內市場需求外，已經出口到歐洲，進入國際市場。光纖光柵的制作，以及利用光纖光柵做成各種光器件是目前的熱點之一。我國已研制了光纖光柵波分復用器、光纖光柵分插復用器、光纖光柵色散補償器等。此外，在平面光波導器件的研制上也有新的突破，如聚合物薄膜光波導、極化聚合物光波導、硅基光波導器件、集成光波導器件等。目前在研制的還有雙芯SC光纖活動連接器、光纖帶光連接器、光環(huán)形器、高速光開關、混合集成光開關等。73第七十三頁，共八十九頁，2022年，8月28日1.4我國光纖通信發(fā)展簡介光傳輸設備及系統(tǒng)的研制和生產更是形勢喜人，STM-1、STM-4、STM-16的TM、REG、ADM等已經大批量生產，除投入國內市場外，也進入了國際市場。STM-64已研制成功，進行了478.8km的傳輸實驗。DWDM的研制進展很快，除了4×2.5Gb/s、8×2.5Gb/s、16×2.5Gb/s系統(tǒng)的產品已投放市場，32×2.5Gb/s系統(tǒng)正準備建立試驗工程。8×10Gb/s