光纖通信系統(tǒng)的基本組成第1章光纖通信發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀、優(yōu)點和應(yīng)用

1.3光纖通信系統(tǒng)的基本組成

第1章概論教學(xué)內(nèi)容：1.1光纖通信發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀1.2光纖通信的優(yōu)點和應(yīng)用一、理解光通信的基本概念二、掌握光纖通信的特點教學(xué)目的及要求：

1.1光纖通信發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀

這些都可以看作是原始形式的光通信。望遠(yuǎn)鏡的出現(xiàn)，又極大地延長了這種目視光通信的距離。?

原始形式的光通信:中國古代用“烽火臺”報警，歐洲人用旗語傳送信息。

探索時期的光通信?1880年，美國人貝爾(Bell)發(fā)明了用光波作載波傳送話音的“光”。這種光利用太陽光或弧光燈作光源，通過透鏡把光束聚焦在送話器前的振動鏡片上，使光強度隨話音的變化而變化，實現(xiàn)話音對光強度的調(diào)制。

在接收端，用拋物面反射鏡把從大氣傳來的光束反射到硅光電池上，使光信號變換為電流，傳送到受話器。貝爾光由于當(dāng)時沒有理想的光源和傳輸介質(zhì)，這種光的傳輸距離很短，并沒有實際應(yīng)用價值，因而進(jìn)展很慢。然而，光仍是一項偉大的發(fā)明，它證明了用光波作為載波傳送信息的可行性。因此，可以說貝爾光是現(xiàn)代光通信的雛型。

激光具有波譜寬度窄，方向性極好，亮度極高的良好特性。激光是一種高度相干光，它的特性和無線電波相似，是一種理想的光載波。?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。

激光器的發(fā)明和應(yīng)用，使沉睡了80年的光通信進(jìn)入一個嶄新的階段。

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，但是通信能力和質(zhì)量受氣候影響十分嚴(yán)重。大氣光通信激光器一問世，人們就模擬無線電通信進(jìn)行了大氣激光通信的研究。

由于雨、霧、雪和大氣灰塵的吸收和散射，光波能量衰減很大。例如，雨能造成30dB/km的衰減，濃霧衰減高達(dá)120dB/km。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。因而通信的距離和穩(wěn)定性都受到極大的限制。

由于沒有找到穩(wěn)定可靠和低損耗的傳輸介質(zhì)，對光通信的研究曾一度走入了低潮。

現(xiàn)代光纖通信

1966年，英籍華裔學(xué)者高錕和霍克哈姆發(fā)表了關(guān)于傳輸介質(zhì)新概念的論文，指出了利用光纖(OpticalFiber)進(jìn)行信息傳輸?shù)目赡苄院图夹g(shù)途徑，奠定了現(xiàn)代光通信——光纖通信的基礎(chǔ)。光纖通信發(fā)明家高錕(左)

1998年在英國接受IEE

授予的獎?wù)庐?dāng)時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)，例如過渡金屬離子的吸收產(chǎn)生的。材料本身固有的損耗基本上由瑞利散射決定，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。?1970年，美國康寧(Corning)公司研制成功損耗20dB/km的石英光纖。把光纖通信的研究開發(fā)推向一個新階段。

1970年，光纖研制取得了重大突破?1972年，康寧公司高純石英多模光纖損耗降低到4dB/km。?1973年，美國貝爾(Bell)實驗室的光纖損耗降低到2.5dB/km。?1976年，日本電報(NTT)公司將光纖損耗降低到0.47dB/km。?

在以后的10年中，波長為1.55μm

的光纖損耗：

1979年是0.20dB/km；

1984年是0.157dB/km；

1986年是0.154dB/km，接近了光纖最低損耗的理論極限。

?1970年，美國貝爾實驗室、日本電氣公司(NEC)和前蘇聯(lián)先后，研制成功室溫下連續(xù)振蕩的鎵鋁砷(GaAlAs)雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器(短波長)。雖然壽命只有幾個小時，但它為半導(dǎo)體激光器的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

1970年，光纖通信用光源取得了實質(zhì)性的進(jìn)展:?1973年，半導(dǎo)體激光器壽命達(dá)到7000小時。?1976年，日本電報公司研制成功發(fā)射波長為1.3μm的銦鎵砷磷(InGaAsP)激光器。?1977年，貝爾實驗室研制的半導(dǎo)體激光器壽命達(dá)到10萬小時。?1979年美國電報公司和日本電報公司研制成功發(fā)射波長為1.55μm的連續(xù)振蕩半導(dǎo)體激光器。

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)展的一個重要里程碑。

?1980年，美國標(biāo)準(zhǔn)化FT-3光纖通信系統(tǒng)投入商業(yè)應(yīng)用。實用光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展:

?1976年，美國在亞特蘭大(Atlanta)進(jìn)行了世界上第一個實用光纖通信系統(tǒng)的現(xiàn)場試驗。

?1983年敷設(shè)了縱貫日本南北的光纜長途干線。

?1976年和1978年，日本先后進(jìn)行了速率為34Mb/s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。

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第一條橫跨太平洋海底光纜通信系統(tǒng)于1989年建成。從此，海底光纜通信系統(tǒng)的建設(shè)得到了全面展開，促進(jìn)了全球通信網(wǎng)的發(fā)展。

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隨后，由美、日、英、法發(fā)起的第一條橫跨大西洋海底光纜通信系統(tǒng)于1988年建成。光纖通信的發(fā)展可以粗略地分為三個階段：

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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。

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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(biāo)和大力推廣應(yīng)用的大發(fā)展時期。

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第三階段(1986-1996年)，這是以超大容量超長距離為目標(biāo)、全面深入開展新技術(shù)研究的時期。

1976年美國在亞特蘭大進(jìn)行的現(xiàn)場試驗，標(biāo)志著光纖通信從基礎(chǔ)研究發(fā)展到了商業(yè)應(yīng)用的新階段。此后，光纖通信技術(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(短波長向長波長），傳輸速率從幾十Mb/s發(fā)展到幾十Gb/s。

國內(nèi)外光纖通信發(fā)展的現(xiàn)狀

隨著技術(shù)的進(jìn)步和大規(guī)模產(chǎn)業(yè)的形成，光纖價格不斷下降，應(yīng)用范圍不斷擴大。目前光纖已成為信息寬帶傳輸?shù)闹饕劫|(zhì)，光纖通信系統(tǒng)將成為未來國家信息基礎(chǔ)設(shè)施的支柱。

在許多發(fā)達(dá)國家，生產(chǎn)光纖通信產(chǎn)品的行業(yè)已在國民經(jīng)濟中占重要地位。光纖通信整體發(fā)展時間表1974197619781980198219841986198819901992100000

1000010001001010.1

0.8μm多模1.3μm單模1.55μm直接檢測光孤子光放大器1.55μm相干檢測系統(tǒng)性能(Gb/s?Km）1.2

光纖通信的優(yōu)點和應(yīng)用1、光通信

光通信是利用光波來傳送信息的。光通信的基本概念2、光纖通信光纖通信是以光波作為信息載體，以光纖作為傳輸媒介的通信方式。3、光波的電磁頻譜

光波實際上是一高頻的電磁波。在討論高頻電磁波時，我們習(xí)慣采用波長來代替頻率描述。波長與頻率的關(guān)系為：

其中：λ為電磁波的波長，其物理含義是電磁波在時間上變化一周，其波前在空間變化一周所行進(jìn)的長度;c為光波在自由空間中傳播的速度，其值為3×108m/s；f為電磁波的頻率，其物理含義是交變電磁波在單位時間（每秒）變化的周期數(shù)。

光波在電磁波頻譜中的大體位置分布（注意：通常將頻率為1GHz以上的無線電波稱為微波）。光波的頻率一般可達(dá)到1013-1014

Hz，對應(yīng)的波長在10-100000nm之間?？蛇M(jìn)一步將光波細(xì)分為紅外線、可見光和紫外線。部分電磁波頻譜圖電磁波頻譜圖

?

容許頻帶很寬，傳輸容量很大；

?

損耗很小，中繼距離很長且誤碼率很??；

?

重量輕、體積??；

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抗電磁干擾性能好；

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泄漏小，保密性能好；

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節(jié)約金屬材料,有利于資源合理使用。

光纖通信的優(yōu)點

光纖可以傳輸數(shù)字信號，也可以傳輸模擬信號。光纖在通信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)與計算機網(wǎng)，以及在其它數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，都得到了廣泛應(yīng)用。光纖寬帶干線傳送網(wǎng)和接入網(wǎng)發(fā)展迅速，是當(dāng)前研究開發(fā)應(yīng)用的主要目標(biāo)。

光纖通信的應(yīng)用①通信網(wǎng)②構(gòu)成因特網(wǎng)的計算機局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)③有線電視網(wǎng)的干線和分配網(wǎng)④綜合業(yè)務(wù)光纖接入網(wǎng)光纖通信的各種應(yīng)用可概括如下：

光纖通信系統(tǒng)是以光波作載波、以