《光纖通信》第一章概述

課程基本章節(jié)第一章概述第二章光纖與光纜第三章通信用光器件第四章光端機第五章數(shù)字光纖通信系統(tǒng)第六章模擬光纖通信系統(tǒng)第七章光纖通信新技術(shù)第八章光纖通信網(wǎng)絡(luò)1第一章概述光通信比無線通信還要早

無線電通信:1896年(波波夫)

光通信:1880年(貝爾)光通信與光纖通信光通信：指一切運用光作為載體來傳送信息，而不管傳輸媒質(zhì)。光纖通信：單純地以光纖作為媒質(zhì)傳送信息。21.1光纖通信發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀甲乙距離很近：直接對話，聲音在空氣中傳播距離稍遠：找第三者傳話距離很遠：騎馬、飛鴿等等31.1.1探索時期的光通信烽火傳軍情：烽火戲諸侯鴻雁傳書清鳥傳書：三清鳥風箏通信燈塔信號旗：主要是在船上使用，如A字母旗表示：我船下面有潛水員，請慢速遠離我船；O字母旗表示：有人落水旗語：1817年英國海軍編寫了第一本國際承認的信號旗，信號旗共有40面，包括26面字母旗和10面數(shù)字旗，3面代用旗和1面回答旗古代41.1.1探索時期的光通信新疆某地烽火臺51.1.1探索時期的光通信光源：太陽光或弧光燈調(diào)制：話音使振動鏡改變光的強弱光載體：大氣接收：硅光電池使光信號變換為電流

傳輸距離很短，沒有實際應(yīng)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。1880年貝爾發(fā)明了光電話沒有理想的光源和傳輸介質(zhì)61.1.1探索時期的光通信1960年梅曼發(fā)明了第一臺紅寶石激光器

（找到了光源）提出透鏡波導(dǎo)和反射鏡波導(dǎo)的光波傳輸系統(tǒng)

（尋找傳輸介質(zhì)）71.1.1探索時期的光通信二氧化碳激光器氦氖激光器激光誕生夢幻激光81.1.2現(xiàn)代光纖通信

1966年高錕和霍克哈姆提出了利用光纖進行信息傳輸?shù)目尚行院图夹g(shù)途徑

——奠定了光纖通信的基礎(chǔ)光纖之父91.1.2現(xiàn)代光纖通信101.1.2現(xiàn)代光纖通信

傳輸介質(zhì)的損耗1970年：20dB/km1972年：4dB/km1973年：2.5dB/km1974年：1.1dB/km1976年：0.47dB/km(波長1.2微米)1979年：0.20dB/km1984年：0.157dB/km1986年：0.154dB/km波長1.55微米111.1.2現(xiàn)代光纖通信

光源的壽命1970年：幾個小時1973年：7000個小時1977年：10萬個小時1976年：出現(xiàn)波長1.3微米的激光器1979年：出現(xiàn)波長1.55微米的激光器121.1.2現(xiàn)代光纖通信

光纖通信發(fā)展的四個階段第一階段(1966~1976年)，這是從基礎(chǔ)研究到商業(yè)應(yīng)用的開發(fā)時期。在這個時期，實現(xiàn)了短波長(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(即中繼器之間的間距，簡稱中繼距離)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和大力推廣應(yīng)用的大發(fā)展時期。在這個時期，光纖從多模發(fā)展到單模，工作波長從短波長(0.85μm)，發(fā)展到長波長(1.31μm和1.55μm)，實現(xiàn)了工作波長為1.31μm(原因：見P33圖2.16)、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50~100km。131.1.2現(xiàn)代光纖通信

光纖通信發(fā)展的四個階段第三階段(1986~1996年)，這是進一步提高傳輸速率、增加傳輸距離并全面深入開展新技術(shù)研究的時期。在這個時期，實現(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2.5~10Gb/s，中繼傳輸距離可達100~150km。實驗室可以達到更高水平。第四階段(1996年至今)實現(xiàn)了超大容量的波分復(fù)用(WDM，WavelengthDivisionMultiplexing,)光纖通信系統(tǒng)及基于WDM和波長選路的光網(wǎng)絡(luò)；正在研究超長距離的光孤子(Soliton)通信系統(tǒng)(將在第7章作介紹)。141.1.2國內(nèi)外光纖通信發(fā)展的現(xiàn)狀技術(shù)不斷創(chuàng)新：光纖從多模發(fā)展到單模，工作波長從0.85μm發(fā)展到1.31μm和1.55μm，傳輸速率從幾十Mb/s發(fā)展到幾十Gb/s。

應(yīng)用范圍不斷擴大：從局間中繼線到長途干線進一步延伸到用戶接入網(wǎng)，從數(shù)字電話到有線電視(CATV)，從單一類型信息的傳輸?shù)蕉喾N業(yè)務(wù)的傳輸。目前光纖已成為信息寬帶傳輸?shù)闹饕劫|(zhì)。

光纖價格不斷下降：技術(shù)的進步和大規(guī)模產(chǎn)業(yè)的形成。151.1.2國內(nèi)外光纖通信發(fā)展的現(xiàn)狀161.2光纖通信的優(yōu)點和應(yīng)用171.2.1光通信與電通信

載波電纜通信微波通信光纖通信：載波是光波，波長約為1微米微波通信：由金屬導(dǎo)體制成的同軸電纜或波導(dǎo)管光纖通信：由絕緣的石英材料制成載波是電波，波長為0.1m-1mm

傳輸介質(zhì)電磁波譜K19傳輸線路K20181.2.1光通信與電通信電磁波譜191.2.1光通信與電通信傳輸線路的損耗特性201.2.2光纖通信的優(yōu)點幾個重要概念

色散指同一束同顏色的光通過透光物質(zhì)后被散開成不同顏色的光的現(xiàn)象

單模光纖和多模光纖211.2.2光纖通信的優(yōu)點

光纖的三個窗口850nm,1310nm,1550nm221.2.3光纖通信的應(yīng)用

通信網(wǎng)

計算機局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)

有線電視網(wǎng)的干線和分配網(wǎng)綜合業(yè)務(wù)光纖接入網(wǎng)231.3光纖通信系統(tǒng)的基本組成光纖通信系統(tǒng)電信號處理部分光信號傳輸部分光發(fā)射機光纖傳輸線路光接收機發(fā)射基本光纖傳輸系統(tǒng)接收241.3.1發(fā)射和接收信息源電發(fā)射機發(fā)射:用戶信息基帶信號適合信道傳輸?shù)男盘栐捯魣D像數(shù)據(jù)視頻電話機編碼和復(fù)用0.3-3.4kHz1.544Mb/s(24路)2.048Mb/s(30路)攝像機6MHz251.3.1發(fā)射和接收說明:

電發(fā)射機的主要任務(wù)是PCM編碼和信號的多路復(fù)用

一路話音如何轉(zhuǎn)換成傳輸速率為64kb/s的數(shù)字信號的?

信號的多路復(fù)用技術(shù):頻分復(fù)用(FDM),時分復(fù)用(TDM),波分復(fù)用(WDM),碼分多址(CDMA),空分多址(SDMA),其中波分復(fù)用是頻分復(fù)用應(yīng)用于光纖信道的一個變例接收端的功能和發(fā)射端相反261.3.1發(fā)射和接收TDM和FDM:時分多路復(fù)用：當信道達到的數(shù)據(jù)傳輸率大于各路信號的數(shù)據(jù)傳輸率總和時，可以將使用信道的時間分成一個個的時間片（時隙），按一定規(guī)則將這些時間片分配給各路信號，每一路信號只能在自己的時間片內(nèi)獨占信道進行傳輸，所以信號之間不會互相干擾。頻分多路復(fù)用：當信道帶寬大于各路信號的總帶寬時，可以將信道分割成若干個子信道，每個子信道用來傳輸一路信號。或者說是將頻率劃分成不同的頻率段，不同路的信號在不同的頻段內(nèi)傳送，各個頻段之間不會相互影響，所以不同路的信號可以同時傳送。271.3.1發(fā)射和接收TDM和FDM:281.3.2基本光纖傳輸系統(tǒng)光發(fā)射機光接收機光纖線路說明:配置其他器件可以組成更多的網(wǎng)絡(luò)

光中繼長途系統(tǒng):在光纖線路中插入光纖放大器

波分復(fù)用系統(tǒng):配置波分復(fù)用器和解復(fù)用器無源光網(wǎng)絡(luò):配置耦合器或光開關(guān)291.3.2基本光纖傳輸系統(tǒng)組成:1、光發(fā)射機光源（核心）驅(qū)動器調(diào)制器LED:半導(dǎo)體發(fā)光二極管LD:半導(dǎo)體激光二極管301.3.2基本光纖傳輸系統(tǒng)組成:2、光纖線路光纖、光纖接頭、光纖連接器850nm波長：單模光纖多模光纖模式:光纖的工作窗口:1310nm1550nm損耗：2dB/km0.4dB/km0.2dB/km注意:激光器的發(fā)射波長和光檢測器的響應(yīng)波長都要和光纖的這三