光纖通信技術(shù)

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MY“十三五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材

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光纖通信技術(shù)

夏林中?楊文霞?曹雪梅◎主?編

梁晨劉俊◎副主編

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內(nèi)容簡介

本書共分15章，內(nèi)容包括光纖通信概述、光纖與光纜、光纖通信器件、光纖通信網(wǎng)絡(luò)、光纖通信

接口技術(shù)、光纖通信網(wǎng)硬件平臺(tái)搭建、光傳輸網(wǎng)基礎(chǔ)、SDH傳輸網(wǎng)工作原理、SDH網(wǎng)元組網(wǎng)方式和設(shè)

備規(guī)范、SDH網(wǎng)絡(luò)保護(hù)、SDH時(shí)鐘同步原理、SDH傳輸網(wǎng)規(guī)劃與設(shè)備選型、PTN傳輸網(wǎng)基礎(chǔ)、PTN傳

輸網(wǎng)工作原理、PTN傳輸網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)。

本書內(nèi)容全面，講解深入淺出，實(shí)踐性與理論性相結(jié)合，適合作為高等職業(yè)院校通信技術(shù)、移動(dòng)通

信技術(shù)、電子通信等專業(yè)“光纖通信技術(shù)”課程的教材，也可供相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員參考閱讀。

圖書在版編目（CIP）數(shù)據(jù)

光纖通信技術(shù)/夏林中，楊文霞，曹雪梅主編.—2版.—北京：

中國鐵道出版社有限公司，2022.4

“十三五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材

ISBN978-7-113-28876-1

Ⅰ.①光…Ⅱ.①夏…②楊…③曹…Ⅲ.①光纖通信-高等職業(yè)

教育-教材Ⅳ.①TN929.11

中國版本圖書館CIP數(shù)據(jù)核字（2022）第028013號(hào)

書名：光纖通信技術(shù)

作者：夏林中?楊文霞?曹雪梅

策劃：王春霞???????????????編輯部電話：（010）63551006

責(zé)任編輯：王春霞?徐盼欣

封面設(shè)計(jì)：付?巍

封面制作：劉?穎

責(zé)任校對(duì)：苗丹

責(zé)任印制：樊啟鵬

出版發(fā)行：中國鐵道出版社有限公司（100054，北京市西城區(qū)右安門西街8號(hào)）

網(wǎng)址：/51eds/

印刷：三河市國英印務(wù)有限公司

版次：2017年10月第1版2022年4月第2版?2022年4月第1次印刷

開本：850?mm×1?168?mm1/16?印張：14.5?字?jǐn)?shù)：364千

書號(hào)：ISBN978-7-113-28876-1

定價(jià)：45.00元

版權(quán)所有?侵權(quán)必究

凡購買鐵道版圖書，如有印制質(zhì)量問題，請(qǐng)與本社教材圖書營銷部聯(lián)系調(diào)換。電話：（010）63550836

打擊盜版舉報(bào)電話：（010）63549461

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目??錄

前言

光纖通信技術(shù)自問世以來得到了飛速發(fā)展，并成為通信專業(yè)知識(shí)體系的重要組成部分。

目前，無論是主干網(wǎng)還是接入網(wǎng)，無論是陸地通信還是海底光纜通信，無論是數(shù)據(jù)傳輸還是語

音傳輸，都離不開光纖通信，光纖已無處不在，無時(shí)不用。所以，對(duì)于從事信息技術(shù)的人員來講，

了解和掌握光纖通信技術(shù)是至關(guān)重要的。

本書針對(duì)高等職業(yè)院校通信技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)、電子通信等專業(yè)“光纖通信技術(shù)”課

程的需求而編寫，其目的是讓高等職業(yè)院校學(xué)生學(xué)習(xí)光纖通信技術(shù)知識(shí)，掌握光纖通信網(wǎng)的搭

建、運(yùn)行、維護(hù)與管理。

本書共15章。第1章講述了通信技術(shù)的發(fā)展史、光纖通信的優(yōu)缺點(diǎn)等內(nèi)容；第2章講述

了光纖分類和結(jié)構(gòu)、光纖如何對(duì)光進(jìn)行傳導(dǎo)、單模光纖和多模光纖、光纜結(jié)構(gòu)等內(nèi)容；第3章

講述了有源器件、無源器件等內(nèi)容；第4章講述了常用的光纖通信網(wǎng)絡(luò)相關(guān)內(nèi)容；第5章講述

了光接口技術(shù)、電接口技術(shù)等內(nèi)容；第6章講述了光纖通信網(wǎng)機(jī)房環(huán)境要求、硬件安裝準(zhǔn)備、

硬件安裝流程與規(guī)范、線纜布放與綁扎基本工藝、光纖綁扎帶等內(nèi)容；第7章講述了光傳輸網(wǎng)

基礎(chǔ)；第8章講述了SDH傳輸網(wǎng)工作原理；第9章講述了SDH網(wǎng)元組網(wǎng)方式和設(shè)備規(guī)范；第

10章講述了SDH網(wǎng)絡(luò)保護(hù)；第11章講述了SDH時(shí)鐘同步原理；第12章講述了SDH傳輸網(wǎng)

規(guī)劃與設(shè)備選型；第13章講述了PTN傳輸網(wǎng)基礎(chǔ)；第14章講述了PTN傳輸網(wǎng)工作原理；第

15章講述了PTN傳輸網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)。

本書由夏林中、楊文霞、曹雪梅任主編，梁晨、劉俊任副主編。具體編寫分工如下：夏

林中編寫第1章～第6章，楊文霞編寫第7章～第12章，曹雪梅編寫第13章～第15章，梁

晨負(fù)責(zé)動(dòng)畫和微課資源的制作，劉俊負(fù)責(zé)各章思考與練習(xí)的編寫。在編寫成稿的過程中得到了

深圳市訊方技術(shù)股份有限公司的幫助和支持，支持的內(nèi)容主要包括硬件搭建規(guī)范和操作流程，

并提供了若干實(shí)際操作圖片，在此表示衷心的感謝。本書借助現(xiàn)代信息技術(shù)，在書中關(guān)鍵知識(shí)

點(diǎn)相應(yīng)位置做了二維碼資源標(biāo)記，讀者可以通過移動(dòng)終端方便地掃碼觀看動(dòng)畫和微課資源。

由于編者水平有限，書中難免存在不妥和疏漏之處，懇請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正，以便在今

后的修訂工作中進(jìn)一步改進(jìn)。

編者

2021年12月

3

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目??錄

目錄

第1章光纖通信概述.......................1第3章光纖通信器件.....................24

1.1探索時(shí)期的光通信.................................13.1有源器件...............................................24

1.2光傳輸介質(zhì)的研究與進(jìn)展.....................23.1.1光源和光發(fā)射機(jī)............................24

1.3光源的研究與進(jìn)展.................................33.1.2光檢測器和光接收機(jī)....................27

1.4光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展.............................43.1.3光放大器........................................30

1.5光纖通信的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用.........................53.2無源器件...............................................32

拓展閱讀..........................................................73.2.1耦合器............................................32

本章小結(jié)..........................................................73.2.2連接器............................................35

思考與練習(xí)......................................................83.2.3隔離器............................................37

3.2.4環(huán)形器............................................38

第２章光纖與光纜........................93.2.5濾波器............................................39

2.1光纖發(fā)展概述.........................................93.2.6衰減器............................................40

2.2光纖分類和結(jié)構(gòu)...................................103.2.7光開關(guān)............................................41

2.2.1光纖分類........................................103.2.8復(fù)用器............................................43

2.2.2光纖結(jié)構(gòu)........................................11本章小結(jié)........................................................45

2.3光纖如何對(duì)光進(jìn)行傳導(dǎo).......................13思考與練習(xí)....................................................45

2.3.1光波................................................13

2.3.2全反射............................................15第4章光纖通信網(wǎng)絡(luò).....................46

2.3.3數(shù)值孔徑簡介................................154.1光纖通信網(wǎng)絡(luò)概述...............................46

2.4單模光纖和多模光纖...........................174.1.1光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成........................46

2.5光纜簡介...............................................184.1.2光纖網(wǎng)絡(luò)的分類............................47

2.5.1光纜的種類和結(jié)構(gòu)........................194.2各種數(shù)據(jù)類型的光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)...............48

2.5.2光纜線路工程技術(shù)........................204.2.1光纖計(jì)算機(jī)網(wǎng)................................48

2.5.3光纜型號(hào)及命名............................214.2.2光纖電話網(wǎng)....................................49

2.5.4光纜網(wǎng)簡介....................................224.2.3光纖電視網(wǎng)....................................50

本章小結(jié)........................................................234.3關(guān)鍵光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)...................................51

思考與練習(xí)....................................................234.3.1同步數(shù)字體系（SDH）................51

I

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光纖通信技術(shù)

4.3.2多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)（MSTP）.........526.6.1光纖綁扎帶的結(jié)構(gòu)和裁剪............81

4.3.3波分復(fù)用（WDM）......................536.6.2光纖綁扎帶使用............................82

4.3.4光傳送網(wǎng)（OTN）........................546.7工程標(biāo)簽...............................................82

4.3.5分組傳送網(wǎng)（PTN）....................556.7.1標(biāo)簽簡介........................................82

4.4光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展情況概述...........................566.7.2標(biāo)簽使用說明................................83

拓展閱讀........................................................566.7.3標(biāo)簽的書寫....................................84

本章小結(jié)........................................................576.7.4標(biāo)簽的粘貼方法............................85

思考與練習(xí)....................................................576.7.5常見工程標(biāo)簽介紹........................85

6.8制作電纜接頭并測試...........................90

第5章光纖通信接口技術(shù)...............586.8.1裝接同軸電纜的接頭....................90

5.1光接口技術(shù)...........................................586.8.2測試電纜通斷................................95

5.1.1光纖的種類....................................596.92M線制作..............................................95

5.1.2光接口類型....................................59拓展閱讀........................................................97

5.1.3光接口參數(shù)....................................60本章小結(jié)........................................................97

5.2電接口技術(shù)...........................................64思考與練習(xí)....................................................97

本章小結(jié)........................................................64

思考與練習(xí)....................................................64第７章光傳輸網(wǎng)基礎(chǔ).....................98

7.1光傳輸網(wǎng)概述.......................................98

第６章光纖通信網(wǎng)硬件平臺(tái)搭建.......657.2光傳輸技術(shù)...........................................99

6.1機(jī)房環(huán)境要求.......................................657.2.1數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的組成............99

6.1.1機(jī)房建筑要求................................667.2.2PDH技術(shù)......................................100

6.1.2電源要求........................................677.2.3SDH技術(shù)......................................104

6.1.3保護(hù)系統(tǒng)要求................................697.3光纖接入技術(shù).....................................107

6.2硬件安裝準(zhǔn)備.......................................717.3.1無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)..........................107

6.3硬件安裝流程與規(guī)范...........................767.3.2ATM無源光網(wǎng)絡(luò)..........................108

6.3.1硬件安裝流程................................767.3.3以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)......................109

6.3.2硬件安裝規(guī)范................................767.3.4吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)......................110

6.4機(jī)房配線架認(rèn)識(shí)...................................77本章小結(jié)......................................................111

6.5線纜布放與綁扎基本工藝...................79思考與練習(xí)..................................................111

6.5.1線纜認(rèn)識(shí)........................................79

6.5.2線纜布放工藝................................79第８章SDH傳輸網(wǎng)工作原理.........112

6.5.3線纜綁扎工藝................................808.1SDH的幀結(jié)構(gòu)、復(fù)用結(jié)構(gòu)和映射

6.6光纖綁扎帶...........................................81方法.....................................................112

II

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目??錄

8.1.1SDH的幀結(jié)構(gòu)..............................1129.4.4MSP：復(fù)用段保護(hù)功能塊..........154

8.1.2SDH的復(fù)用結(jié)構(gòu)和映射方法......1159.4.5MSA：復(fù)用段適配功能塊.........155

8.2SDH的開銷.........................................1219.4.6TTF：傳送終端功能塊...............155

8.2.1段開銷..........................................1219.4.7HPC：高階通道連接功能塊......155

8.2.2通道開銷......................................1269.4.8HPT：高階通道終端功能塊......156

8.3SDH的指針.........................................1309.4.9LPA：低階通道適配功能塊.......156

8.3.1管理單元指針..............................1309.4.10PPI：PDH物理接口功能塊......156

8.3.2支路單元指針..............................1339.4.11HPA：高階通道適配功能塊....157

8.4網(wǎng)元網(wǎng)絡(luò)地址定義.............................1339.4.12HOA：高階組裝器...................157

8.4.1網(wǎng)元網(wǎng)絡(luò)地址的組成..................1349.4.13LPC：低階通道連接功能塊....157

8.4.2網(wǎng)元網(wǎng)絡(luò)地址實(shí)例......................1349.4.14LPT：低階通道終端功能塊.....157

8.5SDH傳輸性能.....................................1349.4.15LPA：低階通道適配功能塊.....158

8.5.1可用性參數(shù)..................................1349.4.16PPI：PDH物理接口功能塊......158

8.5.2誤碼性能......................................1359.4.17LOI：低階接口功能塊.............158

8.5.3抖動(dòng)漂移性能..............................1379.4.18SEMF：同步設(shè)備管理

本章小結(jié)......................................................138功能塊........................................158

思考與練習(xí)..................................................1389.4.19MCF：消息通信功能塊...........158

9.4.20SETS：同步設(shè)備定時(shí)源

第9章SDH網(wǎng)元組網(wǎng)方式功能塊........................................158

??????和設(shè)備規(guī)范......................1409.4.21SETPI：同步設(shè)備定時(shí)物理

9.1網(wǎng)元簡介.............................................140接口............................................159

9.1.1分/插復(fù)用器.................................1409.4.22OHA：開銷接入功能塊...........159

9.1.2終端復(fù)用器..................................141拓展閱讀......................................................160

9.1.3數(shù)字交叉連接設(shè)備......................141本章小結(jié)......................................................160

9.1.4再生中繼器..................................142思考與練習(xí)..................................................161

9.2各類SDH傳輸網(wǎng)結(jié)構(gòu).........................143

9.2.1SDH網(wǎng)絡(luò)簡單拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)..............143第10章SDH網(wǎng)絡(luò)保護(hù).................162

9.2.2SDH網(wǎng)絡(luò)中常用的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)......14410.1網(wǎng)絡(luò)保護(hù)的必要性...........................162

9.2.3SDH網(wǎng)絡(luò)的整體結(jié)構(gòu)..................14710.2自愈的基本概念...............................163

9.3SDH傳輸網(wǎng)的應(yīng)用形式.....................15010.3自愈環(huán)保護(hù).......................................163

9.4SDH網(wǎng)元設(shè)備規(guī)范.............................15110.3.1通道保護(hù)環(huán)與復(fù)用段保護(hù)環(huán)....164

9.4.1SPI：SDH物理接口功能塊........15210.3.2二纖單向通道保護(hù)環(huán)................164

9.4.2RST：再生段終端功能塊..........15210.3.3二纖雙向通道保護(hù)環(huán)................165

9.4.3MST：復(fù)用段終端功能塊..........15310.3.4二纖單向復(fù)用段保護(hù)環(huán)............166

III

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光纖通信技術(shù)

10.3.5四纖雙向復(fù)用段保護(hù)環(huán)............16612.2SDH常見設(shè)備簡介...........................185

10.3.6二纖雙向復(fù)用段保護(hù)環(huán)............16812.3SDH常見設(shè)備選擇原則...................186

10.4鏈狀網(wǎng)保護(hù).......................................169本章小結(jié)......................................................187

10.4.1鏈狀網(wǎng)簡介................................170思考與練習(xí)..................................................187

10.4.2鏈狀網(wǎng)保護(hù)................................170

本章小結(jié)......................................................171第13章PTN傳輸網(wǎng)基礎(chǔ)...............188

思考與練習(xí)..................................................17113.1PTN技術(shù)發(fā)展背景............................188

13.2MSTP技術(shù).........................................190

SDH時(shí)鐘同步原理............172

第11章13.2.1MSTP技術(shù)概述........................190

11.1時(shí)鐘同步基本原理...........................17213.2.2MSTP關(guān)鍵技術(shù).........................190

11.1.1主從同步....................................17313.3OTN技術(shù)...........................................192

11.1.2主從同步的優(yōu)點(diǎn)........................17313.3.1OTN定義....................................192

11.1.3時(shí)鐘類型....................................17313.3.2OTN的分層結(jié)構(gòu)........................193

11.1.4時(shí)鐘工作模式............................17413.3.3OTN的幀結(jié)構(gòu)............................193

11.2SDH網(wǎng)同步原理...............................175拓展閱讀......................................................194

11.2.1SDH的引入對(duì)網(wǎng)同步的影響....175

本章小結(jié)......................................................194

11.2.2SDH網(wǎng)絡(luò)的同步原則................175

思考與練習(xí)..................................................194

11.2.3SDH網(wǎng)元時(shí)鐘源的種類............176

11.2.4SDH網(wǎng)絡(luò)常見的定時(shí)方式........176第14章PTN傳輸網(wǎng)工作原理.........195

11.3S1字節(jié)和SDH網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘保護(hù)倒換

14.1PTN定義............................................195

原理...................................................178

14.2MPLS技術(shù).........................................196

11.3.1S1字節(jié)工作原理........................178

14.2.1MPLS定義.................................196

11.3.2SDH網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘保護(hù)倒換原理....179

14.2.2MPLS的標(biāo)簽交換原理.............196

11.3.3工作實(shí)例介紹............................179

14.2.3MPLS的標(biāo)簽結(jié)構(gòu).....................197

本章小結(jié)......................................................181

14.2.4MPLS的標(biāo)簽交換過程.............197

思考與練習(xí)..................................................182

14.3PTN技術(shù)原理....................................198

第12章SDH傳輸網(wǎng)規(guī)劃與設(shè)備.14.3.1PTN原理概述............................198

選型..............................18314.3.2PTN分層結(jié)構(gòu)............................200

12.1傳輸網(wǎng)規(guī)劃.......................................18314.3.3PTN的基本功能........................201

12.1.1建設(shè)原則....................................18314.3.4PTN與SHD/MSTP的比較.........202

12.1.2規(guī)劃要點(diǎn)....................................184本章小結(jié)......................................................203

12.1.3本地網(wǎng)規(guī)劃路線圖....................185思考與練習(xí)..................................................203

IV

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目??錄

的服務(wù)模型

第15章PTN傳輸網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù).........20415.4.1QoS.........................211

15.4.2QoS功能.....................................212

15.1偽線仿真技術(shù)...................................204

15.5同步技術(shù)...........................................213

15.1.1PWE3工作原理.........................204

同步的概念

15.1.2PWE3的分類.............................20515.5.1................................213

同步技術(shù)簡介

15.2PTN保護(hù)技術(shù)....................................20615.5.2............................214

15.2.1PTN技術(shù)線性保護(hù)....................20615.6PTN組網(wǎng)技術(shù)....................................215

15.2.2APS保護(hù).....................................20715.6.1PTN組網(wǎng)概述............................215

15.3OAM技術(shù)..........................................20915.6.2PTN組網(wǎng)應(yīng)用............................216

15.3.1OAM定義..................................209本章小結(jié)......................................................218

15.3.2OAM幀......................................209思考與練習(xí)..................................................219

15.3.3PTN的OAM功能.......................210

15.4QoS技術(shù)............................................211參考文獻(xiàn)??????????????????????????????????????220

V

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第1章

光纖通信概述

學(xué)習(xí)目標(biāo)

（1）了解光通信的發(fā)展歷史。

（2）了解光源的發(fā)展歷史。

（3）了解光通信系統(tǒng)傳輸介質(zhì)的發(fā)展歷史。

（4）了解我國光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀。

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1.1探索時(shí)期的光通信

光通信在兩千多年前就已經(jīng)存在了，據(jù)中國相關(guān)歷史記載，公元前800年左右，當(dāng)時(shí)光纖通信概述

為了軍事需要，古人發(fā)明了用火光傳遞少量信息。例如，中國古代“周幽王烽火戲諸侯”（見

圖1.1）的故事就流傳很廣：周幽王非常寵愛自己的愛妃，

為了讓愛妃開心，在無軍情的情況下點(diǎn)燃了烽火，各路諸

侯看到烽火后以為有軍情，于是就派兵趕到王城救援，結(jié)

果發(fā)現(xiàn)并無軍情，各路諸侯氣憤而回。此處用來傳遞信息

的媒介就是火光。

據(jù)相關(guān)歷史記載，公元前200年左右，在古希臘有個(gè)

叫Polybios的人，他發(fā)明了一種光傳輸系統(tǒng)（見圖1.2），

這種光傳輸系統(tǒng)不僅可以傳遞一些固定信息，而且可以

傳遞事先排版好的字母信息。該傳輸系統(tǒng)每分鐘大約能圖1.1周幽王烽火戲諸侯

傳輸八個(gè)字母，換算成現(xiàn)代的傳輸速率則是1bit/s，而現(xiàn)代通信系統(tǒng)的傳輸速率為太比特每秒

量級(jí)。

1880年，美國著名科學(xué)家貝爾發(fā)明了一種用光傳遞語音信息的通話系統(tǒng)，如圖1.3所示。在

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光纖通信技術(shù)

該光電通話系統(tǒng)中，光源是由弧光燈產(chǎn)生的，

然后通過透鏡將弧光燈的恒定光束投射到傳聲

器（俗稱話筒）的音膜上。當(dāng)有聲音時(shí)，音膜

就會(huì)發(fā)生振動(dòng)，因此通過音膜反射的光束會(huì)隨

著音膜振動(dòng)而產(chǎn)生相應(yīng)的光強(qiáng)度變化，這個(gè)過

程就是光強(qiáng)調(diào)制。由于受到各類干擾因素的影

響，該系統(tǒng)傳輸距離很短，并且實(shí)用價(jià)值很小，

但是該系統(tǒng)直接證明了用光波作為載波傳送信

息是可行的。圖1.2Polybios發(fā)明的光傳輸系統(tǒng)

圖1.3貝爾光電通話系統(tǒng)

隨后光通信的發(fā)展沉寂了幾十年，直到20世紀(jì)60年代，美國科學(xué)家梅曼發(fā)明了紅寶石激光

器（見圖1.4），因此激光技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，隨之出現(xiàn)了He-Ne氣體激光器、CO2激光器、半

導(dǎo)體激光器等。這些優(yōu)質(zhì)光源的誕生，促使現(xiàn)代光通信的實(shí)現(xiàn)成為可能。

圖1.4梅曼發(fā)明的紅寶石激光器

1.2光傳輸介質(zhì)的研究與進(jìn)展

1854年，英國物理學(xué)家廷德爾在英國皇家學(xué)會(huì)中的一次演講中指出：在盛滿水的彎曲管道中，

光線可以通過反射順著管道向前傳輸。到了20世紀(jì)20年代，英國科學(xué)家貝爾德依據(jù)上述原理成

功實(shí)現(xiàn)了在石英纖維中傳輸圖像信息的實(shí)驗(yàn)。為此，科學(xué)家將目光集中到制作光纖的石英材料上。

經(jīng)過一段時(shí)間的研究，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)石英光纖的損耗非常大，而且在當(dāng)時(shí)并沒有太好的方法減小損

耗，因此關(guān)于此類的研究相對(duì)減少很多。到了1965年，美國科學(xué)家米勒?qǐng)?bào)道了由金屬空心管內(nèi)一

系列透鏡構(gòu)成的透鏡光波導(dǎo)可避免大氣傳輸?shù)娜秉c(diǎn)，但因其結(jié)構(gòu)太過復(fù)雜和對(duì)精度的要求太高，

從而無法商用。直到1966年，高錕和霍克哈姆發(fā)表的一篇重要的論文指出：石英光纖的損耗之所

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第1章光纖通信概述

以很高（達(dá)到1000dB/km），并非由于石英光纖本身的特性，而是由于過去在制作石英光纖的過

程中，沒有將石英光纖中的雜質(zhì)去除，而這些雜質(zhì)就是導(dǎo)致?lián)p耗很高的直接原因，可以通過改進(jìn)

石英光纖的制造工藝來消除這些雜質(zhì)，從而達(dá)到降低石英光纖損耗的目的，使利用石英光纖進(jìn)行

光信息傳輸成為可能。隨后，美國康寧玻璃公司的馬瑞爾、卡普隆和凱克三名科研人員通過改進(jìn)

石英光纖的制作工藝，成功制作了第一根可以實(shí)用的光纖，其損耗低至20dB/km，因此，石英光

纖具備了與同軸電纜相當(dāng)?shù)母偁幠芰?，為光纖的商用鋪平了道路。此后，科學(xué)家通過不斷地改進(jìn)

石英光纖的制造工藝，取得了一個(gè)接一個(gè)的突破。到了1979年，通過科學(xué)家的不懈努力，光纖的

損耗從20dB/km降到了0.2dB/km，該損耗值已接近理論極限。

自從20世紀(jì)70年代光纖損耗降到實(shí)用化水平以來，最先廣泛使用的光纖是工作波長為

0.85μm的多模光纖，這種光纖被當(dāng)時(shí)的CCITT（現(xiàn)ITU-T）列為G.651光纖。隨著激光技術(shù)的發(fā)展，

損耗更低和帶寬更寬的1.3μm波長的光纖得到了廣泛的應(yīng)用。80年代初，工作波長為1.31μm和

色散為零的單模光纖開始商用，這種光纖被CCITT列為G.652單模光纖。90年代初，由于波長為

1.55μm的商用化激光器的出現(xiàn)，隨之1.55μm的色散位移光纖開始廣泛使用，此種光纖被CCITT

列為G.653光纖，這種光纖主要用于海底光纜系統(tǒng)，它可以將單一波長傳送幾千千米。

隨著光纖技術(shù)的不斷發(fā)展，各種應(yīng)用場合的光纖被發(fā)明和生產(chǎn)出來，如非零色散位移光纖、

色散補(bǔ)償光纖、色散斜率補(bǔ)償光纖等。在現(xiàn)代光纖通信中，光纖主要分為多模光纖和單模光纖，

在多模光纖中，纖芯的直徑是50μm和62.5μm兩種。而單模光纖纖芯的直徑為8~10μm，常用的

是9/125μm（9/125μm指光纖的纖芯直徑為9μm，包層直徑為125μm）的單模光纖，纖芯外面是

包層，包層外面是一層薄的塑料外套，即涂覆層，如圖1.5所示。

圖1.5光纖結(jié)構(gòu)示意圖

1.3光源的研究與進(jìn)展

作為光通信必不可少的光源經(jīng)歷了漫長的發(fā)展過程，從烽火到燈泡的發(fā)明，經(jīng)歷了兩千年時(shí)

間。當(dāng)燈泡作為光源時(shí)，它的調(diào)制速度非常有限，因此只能載運(yùn)一路音頻信號(hào)，因此用燈泡作為

光通信的光源的應(yīng)用前景非常有限。到了20世紀(jì)60年代之后，不同激光器的發(fā)明給光通信帶來

了巨大的希望，這是因?yàn)榧す馄鞯母鞣矫嫣匦苑浅＿m合作為光通信的光源。尤其是研制出了具有

室溫連續(xù)振蕩工作的鎵鋁砷雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器之后，加上使用壽命達(dá)到10萬h以上的半導(dǎo)體

激光器的商用，使得高速光通信成為現(xiàn)實(shí)。

光通信用激光器也經(jīng)歷了一個(gè)發(fā)展過程，主要脈絡(luò)是：1960年，美國科學(xué)家梅曼發(fā)明世界第

一臺(tái)激光器；1962年，GaAs半導(dǎo)體激光二極管問世；1977年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室制作出了半導(dǎo)體

激光器；1976年，日本電報(bào)電話公司成功制作出了1.3μm的銦鎵砷磷激光器；1979年，美國電報(bào)

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光纖通信技術(shù)

電話公司和日本電報(bào)電話公司成功研制了1.5μm的連續(xù)振蕩半導(dǎo)體激光器。

1976年，美國亞特蘭大將鎵鋁砷激光器作為光源，多模光纖作為傳輸介質(zhì)，以44.7Mbit/s的

傳輸速率成功地將信息傳輸了10km，成功實(shí)現(xiàn)了世界第一個(gè)實(shí)用光通信系統(tǒng)的現(xiàn)場試驗(yàn)。隨后

其他發(fā)達(dá)國家也進(jìn)行了類似的試驗(yàn)，并獲得了光通信的相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。1988年，美、日、英、

法發(fā)起了第一條橫跨大西洋的海底光纜光通信系統(tǒng)，全長共6400km?，F(xiàn)在光纖通信系統(tǒng)已遍布

世界。

在現(xiàn)代光通信系統(tǒng)中，對(duì)光通信用的光源有一些基本的要求，只有滿足了這些要求的光源才

有資格成為光通信用的光源。具體要求如下：

（1）光源的發(fā)光波長必須和光纖的低損耗波長1.3μm和1.5μm相一致。

（2）光源的輸出功率必須合適，入纖功率為數(shù)十微瓦到數(shù)毫瓦之間，這樣才能滿足不同通信

距離的需要。

（3）光源應(yīng)具有非常強(qiáng)的耐用性，其使用壽命要在10萬h以上，否則會(huì)因頻繁更換光源而降

低光通信系統(tǒng)的可靠性。

（4）光源的譜線寬度要盡可能窄，這有利于減少光纖的材料色散，增大系統(tǒng)的傳輸容量。

（5）光電轉(zhuǎn)換效率要盡可能高，否則會(huì)因效率太低而導(dǎo)致器件發(fā)熱嚴(yán)重，不僅增加損耗，還

會(huì)縮短光源的使用壽命。

（6）光源應(yīng)便于調(diào)制，調(diào)制速率應(yīng)能適應(yīng)系統(tǒng)的要求。

（7）光源應(yīng)體積小，質(zhì)量小，便于安裝和使用。

目前，市場上使用的光源絕大部分都是半導(dǎo)體激光器（LD）和半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）。由

于LD價(jià)格昂貴，考慮到成本的因素，LED成為光纖通信系統(tǒng)的主要光源。

1.4光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展

光纖通信系統(tǒng)出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代，到現(xiàn)在已有將近60年的歷史了，在這段發(fā)展過程中，

光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了五代。

第一代光纖通信系統(tǒng)（1966—1976年）：以0.85μm的工作波長為主，傳輸介質(zhì)以采用多模光