光纖通信技術(shù)基礎(chǔ)第1章緒論

1光纖通信技術(shù)基礎(chǔ)哈爾濱工程大學(xué)信息與通信工程學(xué)院主講：張雅彬

2第1章緒論第2章

光纖和光纜第4章

光源與光發(fā)送機(jī)第5章

光電檢測(cè)器與光接收機(jī)第3章

光無(wú)源器件第6章

光放大器第y章

OTDR第7章SDH—光同步數(shù)字網(wǎng)第8章

IM-DD光纖通信系統(tǒng)及設(shè)計(jì)※※※※※×※××※課程內(nèi)容3第1章緒論1.1光纖通信光纖通信的定義光纖通信技術(shù)的發(fā)展歷史、意義、發(fā)展趨勢(shì)

光纖通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

光纖通信系統(tǒng)的基本組成

1.2光纖通信的帶寬優(yōu)勢(shì)

光纖通信所用光波段

為什么光纖通信系統(tǒng)具有最高的信息運(yùn)載能力

41.1光纖通信一.定義以光波為載波、光纖為傳輸媒介的通信方式。

1.人類通信技術(shù)的發(fā)展：

19世紀(jì)30年代，電報(bào)1.1光纖通信二.意義1876年，電話1940雙絞線→同軸電纜1948年，

微波系統(tǒng)總之，1830年之后的一百多年時(shí)間里（1830-1966），電話、電視、廣播等技術(shù)廣泛應(yīng)用，電子作為通信載體，為社會(huì)發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)。1.1光纖通信通信容量的變化2.為什么出現(xiàn)光纖通信對(duì)通信質(zhì)量、信息質(zhì)量要求越來(lái)越高，信息爆炸式增長(zhǎng)1.1光纖通信美RMK公司，給出1998～2002年世界通信業(yè)務(wù)量：電子載體這種信道，極限10Gb/s→“電子瓶頸”1998：11999：1002000：3002001：7002002：2500數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)爆炸式增長(zhǎng)，光通信是唯一的出路20世紀(jì)信息領(lǐng)域的一個(gè)里程碑“以光代電”是通信領(lǐng)域的一場(chǎng)深刻革命把信息領(lǐng)域帶入到光子時(shí)代

通信載體：1.1光纖通信3.意義電子→光子貝爾光話系統(tǒng)1.1光纖通信三.發(fā)展1880年貝爾發(fā)明了光電話。1.1光纖通信怎樣傳輸光？？介質(zhì)？1951年，設(shè)計(jì)出第一個(gè)光導(dǎo)纖維鏡1953年，NarinderKapaly“光纖”問(wèn)題：光衰減！→走入低潮1960年，發(fā)明第一臺(tái)紅寶石激光器真正的光通信是從1966年開(kāi)始的。1.1光纖通信“光纖之父”高錕2009高錕獲諾貝爾獎(jiǎng)1.1光纖通信華裔英國(guó)科學(xué)家高錕發(fā)表了一篇具有里程碑意義的論文DielectricFiberSurfacewaveguidesforopticalfrequencies石英纖維的損耗高達(dá)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(zhì)，可以通過(guò)原材料的提純制造出適合于長(zhǎng)距離通信使用的低損耗光纖。131998年在英國(guó)接受IEE授予的獎(jiǎng)?wù)?.1光纖通信1970年，美國(guó)康寧(Corning)公司研制成功損耗20dB/km的石英光纖。1972年，4dB/km1990年，0.14dB/km接近了光纖損耗的理論極限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。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。1970年被稱為光纖通信元年。第一階段（1966～1976）：

從基礎(chǔ)研究到商業(yè)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)時(shí)期1976年，美國(guó)在亞特蘭大進(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)，速率為44.7Mb/s，傳輸距離約10km。1.1光纖通信總的來(lái)說(shuō)，這一階段實(shí)現(xiàn)了多模、短波長(zhǎng)（850nm）低速率（45，34Mb/s）的通信系統(tǒng)，無(wú)中繼距離10km；同時(shí)半導(dǎo)體光源、檢測(cè)器也有所突破。1.1光纖通信光纖通信系統(tǒng)性能的進(jìn)展第二階段（1976～1986）：以提高傳輸速率和增加傳輸距離為目標(biāo)的大力推廣應(yīng)用的大力發(fā)展時(shí)期。1.1光纖通信美國(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)5×104km。1983年日本敷設(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(lái)擴(kuò)容到1.6Gb/s。光纖從多模發(fā)展到單模，工作波長(zhǎng)從短波長(zhǎng)發(fā)展到了長(zhǎng)波長(zhǎng)（1310，1550nm），傳輸速率140～565Mb/s，無(wú)中繼傳輸距離50～100km

第三階段（1986～2000）：以超大容量、超長(zhǎng)距離為目標(biāo)的全面深入開(kāi)展新技術(shù)研究時(shí)期。這個(gè)時(shí)期，實(shí)現(xiàn)了1.55μm色散移位單模光纖通信，速率達(dá)2.5～10Gb/s，無(wú)中繼傳輸距離100～150km。1.1光纖通信第一條橫跨大西洋TAT-8海底光纜通信系統(tǒng)于1988年建

成，全長(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)13200km。1996年TAT-12，TAT-13的項(xiàng)目連接了美國(guó)和歐洲。第四階段（2000～）

對(duì)新技術(shù)開(kāi)發(fā)、應(yīng)用，實(shí)用化階段1.1光纖通信WDM,DWDM,EDFA，孤子，相干通信，光接入技術(shù)，全光技術(shù)（光存儲(chǔ)，光交換，光編碼）光纖通信發(fā)展四個(gè)階段1966---1976年,是從基礎(chǔ)研究到商業(yè)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)時(shí)期。1976---1986年是以提高傳輸速率和增加傳輸距離為目的的大力發(fā)展時(shí)期。1986----2000年是以實(shí)現(xiàn)超大容量超長(zhǎng)距離為目標(biāo)的全面深入開(kāi)展新技術(shù)研究時(shí)期。

2000～

對(duì)新技術(shù)開(kāi)發(fā)、應(yīng)用，實(shí)用化階段

1.1光纖通信1.1光纖通信上世紀(jì)70年代以來(lái)，光纖通信的發(fā)展速度之快令人震驚，可以說(shuō)沒(méi)有任何一種通信方式可與之相比擬。光纖通信已變成所有通信系統(tǒng)的最佳技術(shù)選擇。世界光纖產(chǎn)值從96年92億美元到2002年預(yù)計(jì)198億美元，每6年翻一番現(xiàn)在世界上光纖生產(chǎn)速度為3200km/小時(shí)，即每天生產(chǎn)的光纖可繞地球兩周目前光纖產(chǎn)量每年遞增20~25%1.1光纖通信世界上所有新建的干線通信系統(tǒng)均采用光纖。由于波分復(fù)用技術(shù)和光纖技術(shù)的突飛猛進(jìn)，現(xiàn)在一根光纖上的傳輸容量每9~12個(gè)月就翻一番。5Gb/s系統(tǒng)已在橫跨太平洋的海底光纜系統(tǒng)(TPC-5/6)中使用。波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)也在海底光纜系統(tǒng)上使用。

由于光電技術(shù)的發(fā)展和逐漸成熟，世界光纖市場(chǎng)和光電器件市場(chǎng)大幅增長(zhǎng)，而市場(chǎng)價(jià)格卻急劇下降。光纖通信產(chǎn)業(yè)方興未艾，其旺盛的生命力令人振奮。光波是最高頻率的電磁波，把光波作為載波其通信容量無(wú)可比擬。四.光纖通信的優(yōu)點(diǎn)1.帶寬寬，傳輸容量大1.1光纖通信光信道供應(yīng)是無(wú)限的。1.1光纖通信2.損耗小、中繼距離長(zhǎng)、誤碼率小同軸線>5dB/km微波>1dB/km光纖0.2～0.5dB/km或更低1.1光纖通信通信手段傳輸容量(話路)/條中繼距離/km1000km內(nèi)中繼器個(gè)數(shù)微波無(wú)線電9605020小同軸9604250中同軸180061600光纜19203033光纜14000(1Gb/s)84113.體積小、重量輕光纖的主要成分石英，密度比銅線要小，而單根光纖直徑只有125μm，相當(dāng)?shù)募?xì)。

1.1光纖通信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(wú)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?chē)陀吞?、煤礦等易燃易爆環(huán)境中使用。1.1光纖通信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(wú)法竊聽(tīng)。沒(méi)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，對(duì)軍事、政治和經(jīng)濟(jì)都有重要的意義。1.1光纖通信6.節(jié)約金屬材料，有利于資源合理使用。銅、鋁、鉛等金屬材料，在地球上的儲(chǔ)存量是有限的；而制造光纖的石英在地球上基本上是取之不盡的材料。制造中同軸電纜1km需要120kg銅和500kg鋁；而制造8km光纖只需320g石英。

“點(diǎn)石成金”1.1光纖通信7.均衡容易在應(yīng)用頻帶內(nèi)，光纖對(duì)每一頻率損耗相等，不需在接收端幅度均衡，若需要均衡，一般也容易達(dá)到要求。1.1光纖通信五.光纖通信系統(tǒng)的基本組成工作方式：數(shù)字編碼：信源編碼（PCM），線路編碼（5B6B）強(qiáng)度調(diào)制：用電信號(hào)直接調(diào)制光源的光強(qiáng)度，使光強(qiáng)度隨電信號(hào)電流的變化而變化。直接檢波：將光信號(hào)功率直接在光頻上檢出電信號(hào)電流。1.1光纖通信1.1光纖通信六.光纖通信網(wǎng)絡(luò)-----三代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)比較1.1光纖通信全電網(wǎng)絡(luò)，第一代網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)用電纜互連在一起，電纜是一種窄帶線路，它的容量有限；電光網(wǎng)絡(luò)，第二代網(wǎng)絡(luò)，用一段段光纖取代電纜后構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)在正被廣泛使用，因節(jié)點(diǎn)內(nèi)仍是對(duì)電信號(hào)進(jìn)行交換，所以稱為電光網(wǎng)絡(luò)全光網(wǎng)絡(luò)，第三代網(wǎng)絡(luò)，所有節(jié)點(diǎn)被不間斷的光纜連接起來(lái)，節(jié)點(diǎn)內(nèi)只對(duì)光信號(hào)進(jìn)行交換，這就是未來(lái)的第三代網(wǎng)絡(luò)。1.1光纖通信全光網(wǎng)絡(luò)

全光網(wǎng)絡(luò)是光在傳輸、放大、中繼、上下話路、交換、光存儲(chǔ)、復(fù)用和解復(fù)用過(guò)程中完全是在光頻范圍內(nèi)進(jìn)行處理的網(wǎng)絡(luò)。

WDM技術(shù)加全光節(jié)點(diǎn)技術(shù)才是全光網(wǎng)絡(luò)。1.1光纖通信全光網(wǎng)絡(luò)最重要的優(yōu)點(diǎn)是它的開(kāi)放性。全光網(wǎng)絡(luò)本質(zhì)上是完全