光纖通信課件第一章

光纖通信1第1章 光纖通信概述2本章內(nèi)容、重點和難點

光纖通信的發(fā)展現(xiàn)狀。光纖通信的光波波譜。光纖通信系統(tǒng)的基本組成與分類。光纖通信的特點與應(yīng)用。光纖通信的發(fā)展趨勢。本章重點光纖通信系統(tǒng)的基本組成。光纖通信的特點。本章難點光纖通信的光波波譜。第1章光纖通信概述3學習本章的目的和要求

掌握光纖通信的概念。了解光纖通信的發(fā)展史和我國光纖通信現(xiàn)狀。掌握光纖通信的組成及特點。第1章光纖通信概述4電通信（electricalcommunication）廣義的電通信指的是一切運用電波作為載體而傳送信息的所有通信方式的總稱，而不管傳輸所使用的介質(zhì)是什么。電通信又可分為有線電通信和無線電通信。光通信（opticalcommunication）廣義的光通信指的是一切運用光波作為載體而傳送信息的所有通信方式的總稱，而不管傳輸所使用的介質(zhì)是什么。光通信也可以分為利用大氣進行通信的無線光通信和利用石英光纖或塑料光纖進行通信的有線光通信。5光通信的發(fā)展史

18世紀60年代，英國發(fā)明第一架光電報機，利用日光作為光源，利用反光板的不同組合，通過空氣作為傳輸介質(zhì)，傳遞相應(yīng)的信息。

19世紀80年代，美國的貝爾發(fā)明了光學電話，他以日光作為光源，采用話筒的薄膜隨著聲音的振動而振動來實現(xiàn)聲光調(diào)制。從此之后，直到1960年以前，光通信的發(fā)展幾乎停滯不前，主要原因是碰到光源、光傳輸介質(zhì)和光電檢測器等技術(shù)障礙。61.1

光纖通信的發(fā)展現(xiàn)狀

1．光纖通信發(fā)展的里程碑

1966年高錕博士發(fā)表的論文《用于光頻的光纖表面波導》。

2．光纖通信發(fā)展的實質(zhì)性突破

1970年美國康寧公司制造出當時世界上第一根”超低損耗光纖”。

73．光纖通信爆炸性的發(fā)展（1）光纖損耗

1970年：20dB/km；

1972年：4dB/km；

1974年：1.1dB/km；1976年：0.5dB/km；

1979年：0.2dB/km；

1990年：0.14dB/km。81.1

光纖通信的發(fā)展現(xiàn)狀

（2）光器件

光發(fā)送器件：砷化鎵鋁半導體激光器→異質(zhì)結(jié)條形激光器→分布反饋式激光器（DFB-LD）和多量子阱（MQW）激光器。光接收器件：Si-PIN→APD。（3）光纖通信系統(tǒng)

從小容量到大容量、從短距離到長距離、從PDH→SDH→DWDM。在智能光網(wǎng)絡(luò)（ION）、光分插復(fù)用器（OADM）、光交叉連接設(shè)備（OXC）等方面也取得巨大進展。91976年，美國在亞特蘭大開通了世界上第一個實用化光纖通信系統(tǒng)。

1985年，140Mbit/s多模光纖通信系統(tǒng)商用化。

1990年，565Mbit/s單模光纖通信系統(tǒng)進入商用階段。

1993年，622Mbit/s的SDH產(chǎn)品進入商用化。

1995年，2.5Gbit/s的SDH產(chǎn)品進入商用化。

1998年，10Gbit/s的SDH產(chǎn)品進入商用化；同年20Gbit/s和40Gbit/s的DWDM系統(tǒng)進入商用化。

2000年，以10Gbit/s為基群、總?cè)萘繛?20Gbit/s的DWDM系統(tǒng)進入商用化。10我國光纖通信現(xiàn)狀我國在20世紀70年代中期成立專業(yè)研究隊伍開展光纖通信的研究開發(fā)，在國家攻關(guān)計劃部門的重點項目支持下，有源光器件、無源光器件、光纖光纜、光纖通信系統(tǒng)的研究同步進行。在光器件方面，20世紀70年代后期，研制出1

310nm的激光器，隨后又研制生產(chǎn)了光纖活動連接器。在光纖方面，20世紀80年代初，先后研制成功多模光纖和常規(guī)的單模光纖，并生產(chǎn)出從4芯到12芯的層絞式光纜。在光纖通信系統(tǒng)方面，從20世紀70年代后期到80年代中期，先后完成了34Mbit/s和140Mbit/s復(fù)用設(shè)備（電端機）和光端機及傳輸系統(tǒng)的開發(fā)。1120世紀90年代初期，我國就開始了光纖通信系統(tǒng)的大規(guī)模建設(shè)，完成了“八縱八橫”國家干線，實現(xiàn)了我國現(xiàn)代化的電信網(wǎng)。研制出STM-1、STM-4復(fù)用設(shè)備，隨后完成了155Mbit/s和622Mbit/s全套網(wǎng)元及管理系統(tǒng)的開發(fā)。1998年完成10Gbit/sSDH傳輸實驗系統(tǒng)的開發(fā)。

波分復(fù)用系統(tǒng)的開發(fā)可以說是我國光纖通信系統(tǒng)開發(fā)的第三個階段。1993年進行4×622Mbit/sWDM系統(tǒng)的研制，1998年完成了8×2.5Gbit/sWDM系統(tǒng)的開發(fā)，隨后開發(fā)了16×10Gbit/sWDM系統(tǒng)。

OADM、OXC也在研發(fā)。目前，IPoverWDM幀結(jié)構(gòu)和試驗平臺的研究工作也已經(jīng)開始，8×2.5Gbit/s光時分復(fù)用（OTDM）實驗?zāi)Ｐ偷难芯抗ぷ饕餐瑫r進行，下一代光纖通信網(wǎng)絡(luò)的研究已全面展開。121.2

光纖通信的光波波譜

1．

光波波譜光波是電磁波，光波范圍包括紅外線、可見光、紫外線，其波長范圍為：300μm～6×10?3μm?？梢姽庥杉t、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種顏色的連續(xù)光波組成，其中紅光的波長最長，紫光的波長最短。波長再短就是X射線、γ射線。電磁波波譜圖如圖1-1所示。131.2

光纖通信的光波波譜圖1-1電磁波波譜圖141.2

光纖通信的光波波譜

2．光纖通信的光波波譜光纖通信的波譜在1.67×1014Hz～3.75×1014Hz之間，即波長在0.8μm～1.8μm之間，屬于紅外波段，將0.8μm～0.9μm稱為短波長，1.0μm～1.8μm稱為長波長，2.0μm以上稱為超長波長。

各種單位的換算公式如表1-1所示。15c＝3×108m/s1MHz（兆赫）＝106Hzλ＝c/f1GHz（吉赫）＝109Hz1μm（微米）＝10?6m1THz（太赫）＝1012Hz1nm（納米）＝10?9m1PHz（拍赫）＝1015Hz1?（埃）＝10?10m表1-1 各種單位的換算公式161.3光纖通信系統(tǒng)的基本組成與分類

1.3.1光纖通信系統(tǒng)的基本組成

所謂光纖通信，就是利用光纖來傳輸攜帶信息的光波以達到通信的目的。數(shù)字光纖通信系統(tǒng)方框圖如圖1-2所示。由光發(fā)射機、光纖、中繼器和光接收機組成。圖1-2數(shù)字光纖通信系統(tǒng)方框圖171.3光纖通信系統(tǒng)的基本組成與分類

光發(fā)射機的作用就是進行電/光轉(zhuǎn)換，并把轉(zhuǎn)換成的光脈沖信號碼流輸入到光纖中進行傳輸。光源器件一般是LED和LD。

光纖：完成光波的傳輸。

光接收機的作用就是進行光/電轉(zhuǎn)換。光收器件一般是PIN和APD。18光中繼器光中繼器的作用是補償光能的衰減，恢復(fù)信號脈沖的形狀。傳統(tǒng)的光中繼器采用的是光－電－光（O-E-O）的模式。通常把有再放大（re-amplifying）、再整形（re-shaping）、再定時（re-timing）這三種功能的中繼器稱為“3R”中繼器。這種方式過程煩瑣，不利于光纖的高速傳輸。自從摻鉺光纖放大器問世以后，光中繼實現(xiàn)了全光中繼，通常又稱為“1R”（re-amplifying）中繼器。目前光放大器已趨于成熟，它可作為lR中繼器（僅僅放大）代替3R中繼器，構(gòu)成全光通信系統(tǒng)。191.3光纖通信系統(tǒng)的基本組成與分類

1.3.2光纖通信系統(tǒng)的分類

1．按傳輸信號分類（1）數(shù)字光纖通信系統(tǒng)（2）模擬光纖通信系統(tǒng)

2．按波長和光纖類型分類（1）短波長（0.85μm左右）<34M,多模(10Km)

（2）中波長（1.31μm）<140M多模系統(tǒng)25Km

（3）中波長（1.31μm）<565M單模系統(tǒng)30-50

（4）長波長（1.55μm）>565單模光纖系統(tǒng)80201.4光纖通信的特點與應(yīng)用

1.4.1光纖通信的特點（1）通信容量大（2）中繼距離長（3）保密性能好（4）適應(yīng)能力強（5）體積小、重量輕、便于施工和維護（6）原材料來源豐富，潛在價格低廉

（7）光纖通信同樣也存在著如下缺點：①需要光/電和電/光變換部分；②

光直接放大難；③電力傳輸困難；④彎曲半徑不宜太??；⑤需要高級的切斷接續(xù)技術(shù)；⑥分路耦合不方便。211.4光纖通信的特點與應(yīng)用

1.4.2光纖通信的應(yīng)用（1）光纖在公用電信網(wǎng)間作為傳輸線。（2）局域網(wǎng)中的應(yīng)用。（3）光纖寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)及光纖用戶線。（4）作為危險環(huán)境下的通信線。諸如發(fā)電廠、化工廠、石油庫等場所。（5）滿足不同網(wǎng)絡(luò)層面的應(yīng)用。核心網(wǎng)層面、城域網(wǎng)層面、局域網(wǎng)層面等。（6）應(yīng)用于專網(wǎng)。光纖通信主要應(yīng)用于電力、公路、鐵路、礦山等通信專網(wǎng)。221.5光纖通信的發(fā)展趨勢

1．目前的進展情況（1）光纖通信的基礎(chǔ)研究方面（2）光纖研制方面（3）無源光器件研制方面（4）光傳輸設(shè)備和系統(tǒng)的