光纖通信概述(光纖通信課件)

光纖通信概述本章目錄內(nèi)容重點(diǎn)難點(diǎn)光纖通信的發(fā)展過程光纖通信系統(tǒng)的組成。光纖通信的特點(diǎn)與應(yīng)用。光纖通信的發(fā)展趨勢。光纖通信系統(tǒng)的組成。光纖通信的特點(diǎn)。光纖通信系統(tǒng)的組成。CONTENT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)狀學(xué)習(xí)本章的目的和要求掌握光纖通信的組成及特點(diǎn)（一）光通信的雛形光通信的歷史可以追溯到古代的烽火通信，以及現(xiàn)在還在使用的交通信號和水上交通用的“旗語”等，在這些通信方式中，光信號本身即是信息，包含的信息非常少，不能稱為嚴(yán)格意義上的光通信。一、光纖通信的發(fā)展史（二）光通信的早期一、光纖通信的發(fā)展史18世紀(jì)60年代，英國發(fā)明第一架光電報機(jī)，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。（二）光通信的早期一、光纖通信的發(fā)展史19世紀(jì)80年代，美國的貝爾發(fā)明了光學(xué)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(shí)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。（三）光纖通信發(fā)展的里程碑一、光纖通信的發(fā)展史1966年7月英籍華裔學(xué)者高錕博士在Proc.IEE雜志上發(fā)表了一篇十分著名的論文《用于光頻的光纖表面波導(dǎo)》開創(chuàng)性地提出光導(dǎo)纖維在通信上應(yīng)用的基本原理，描述了長程及高信息量光通信所需絕緣性纖維的結(jié)構(gòu)和材料特性。簡單地說，只要解決好玻璃純度和成分等問題，就能夠利用玻璃制作光學(xué)纖維，從而高效傳輸信息。（三）光纖通信發(fā)展的里程碑一、光纖通信的發(fā)展史生于中國上海，祖籍江蘇金山（今上海市金山區(qū)），擁有英國、美國國籍并持中國香港居民身份，目前在香港和美國加州山景城兩地居住。高錕為光纖通訊、電機(jī)工程專家，華文媒體譽(yù)之為“光纖之父”、普世譽(yù)之為“光纖通訊之父”（FatherofFiberOpticCommunications），曾任香港中文大學(xué)校長。2009年，與威拉德·博伊爾和喬治·埃爾伍德·史密斯共享諾貝爾物理學(xué)獎。高錕華裔物理學(xué)家（四）光纖通信發(fā)展的實(shí)質(zhì)性突破一、光纖通信的發(fā)展史光源1960年，美國梅曼（Maiman）發(fā)明了紅寶石激光器，它發(fā)出的是一種譜線很窄、方向性很好、頻率和相位一致的相干光，易于調(diào)制和傳輸；（四）光纖通信發(fā)展的實(shí)質(zhì)性突破一、光纖通信的發(fā)展史耦合率極低，無法在室溫下運(yùn)行缺點(diǎn)壽命很短，但是它的發(fā)明解決了光源方面的障礙加速了光通信的研究和發(fā)展（四）光纖通信發(fā)展的實(shí)質(zhì)性突破一、光纖通信的發(fā)展史傳輸介質(zhì)1970年美國康寧公司根據(jù)高錕論文的設(shè)想，用改進(jìn)型化學(xué)汽相沉積法（MCVD法）制造出當(dāng)時世界上第一根超低損耗光纖，光纖通信的重大實(shí)質(zhì)性突破。（五）光纖通信爆炸性的發(fā)展一、光纖通信的發(fā)展史

1光器件1970年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出世界上第一只在室溫下連續(xù)工作的砷化鎵鋁半導(dǎo)體激光器；后來發(fā)展到性能更好、壽命達(dá)幾萬小時的異質(zhì)結(jié)條形激光器?，F(xiàn)在是壽命達(dá)幾十萬小時分布反饋式激光器（DFB-LD）和多量子阱（MQW）激光器。光發(fā)送器件從簡單的硅光電二極管發(fā)展到量子效率達(dá)90%以上的Ⅲ-Ⅴ族雪崩光電二極管。光接收器件（五）光纖通信爆炸性的發(fā)展一、光纖通信的發(fā)展史2光纖損耗1970年：20dB/km

1974年：1.1dB/km1979年：0.2dB/km1972年：4dB/km

1976年：0.5dB/km1990年：0.14dB/km（五）光纖通信爆炸性的發(fā)展一、光纖通信的發(fā)展史3光纖通信系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng)從小容量到大容量、從短距離到長距離、從舊體制（PDH）到新體制（SDH）的迅猛發(fā)展。（五）光纖通信爆炸性的發(fā)展一、光纖通信的發(fā)展史美國在亞特蘭大開通了世界上第一個實(shí)用化光纖通信系統(tǒng)1976年140Mbit/s多模光纖通信系統(tǒng)商用化1985年565Mbit/s單模光纖通信系統(tǒng)進(jìn)入商用階段1990年622Mbit/s的SDH產(chǎn)品進(jìn)入商用化1993年2.5Gbit/s的SDH產(chǎn)品進(jìn)入商用化1995年10Gbit/s的SDH產(chǎn)品進(jìn)入商用化；同年20Gbit/s和40Gbit/s的DWDM系統(tǒng)進(jìn)入商用化1998年以10Gbit/s為基群、總?cè)萘繛?20Gbit/s的DWDM系統(tǒng)進(jìn)入商用化。

2000年二、我國光纖通信現(xiàn)狀我國在20世紀(jì)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(diǎn)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)同步進(jìn)行研究二、我國光纖通信現(xiàn)狀20世紀(jì)70年代后期，研制出1310nm的激光器，隨后又研制生產(chǎn)了光纖活動連接器。在光器件方面二、我國光纖通信現(xiàn)狀20世紀(jì)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。在光纖方面二、我國光纖通信現(xiàn)狀從20世紀(jì)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(jī)）和光端機(jī)及傳輸系統(tǒng)的開發(fā)。在光纖通信系統(tǒng)方面二、我國光纖通信現(xiàn)狀

20世紀(jì)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(shí)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(shí)驗(yàn)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(jìn)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)。二、我國光纖通信現(xiàn)狀下一代光纖通信網(wǎng)絡(luò)的研究已全面展開光纖通信概述三、光纖通信的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(lán)、靛、紫七種顏色的連續(xù)光波組成，其波長范圍為：760～390nm，其中紅光的波長最長，紫光的波長最短。波長大于760nm的電磁波屬于紅外線，它又可以劃分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外。三、光纖通信的光波波譜波長小于390nm的電磁波屬于紫外線。波長再短就是X射線、γ射線。電磁波波譜圖如圖1-1所示。三、光纖通信的光波波譜電磁波波譜圖三、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。三、光纖通信的光波波譜各種單位的換算公式如表1-1所示。表1-1 各種單位的換算公式c＝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四、光纖通信系統(tǒng)的組成光纖通信是以光波作為信息載體，以光纖作為傳輸介質(zhì)的一種通信方式。數(shù)字光纖通信系統(tǒng)方框圖如圖1-2所示。數(shù)字光纖通信系統(tǒng)方框圖從圖中可以看出，數(shù)字光纖通信系統(tǒng)基本上由光發(fā)射機(jī)、光中繼器、光纖和光接收機(jī)組成。四、光纖通信系統(tǒng)的組成（一）光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)的作用是進(jìn)行電/光轉(zhuǎn)換，即把數(shù)字化的電脈沖信號碼流轉(zhuǎn)換成光脈沖信號碼流并輸入到光纖中進(jìn)行傳輸。在發(fā)射端，電端機(jī)把模擬信息（如語音）進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號復(fù)用后再去調(diào)制發(fā)射機(jī)中的光源器件（如LD），則光源器件就會發(fā)出攜帶信息的光波。如當(dāng)數(shù)字信號為“1”時，光源器件發(fā)射一個“傳號”光脈沖；當(dāng)數(shù)字信號為“0”時，光源器件發(fā)射一個“空號”光脈沖（不發(fā)光）。四、光纖通信系統(tǒng)的組成（二）光中繼器光中繼器的作用是補(bǔ)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(shí)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)。四、光纖通信系統(tǒng)的組成（三）光纖的功能是把來自光發(fā)射機(jī)的光信號，以盡可能小的畸變（失真）和衰減傳輸?shù)焦饨邮諜C(jī)。光纖線路由光纖、光纖接頭和光纖連接器組成。光纖線路四、光纖通信系統(tǒng)的組成（四）光接收機(jī)光接收機(jī)的作用是進(jìn)行光/電轉(zhuǎn)換，即將由光纖傳來的微弱光信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)放大處理后，恢復(fù)成發(fā)射前的電信號。在接收端，光接收機(jī)把數(shù)字信號從光波中檢測出來送給電端機(jī)，由電端機(jī)解復(fù)用后再進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換，恢復(fù)成原來的模擬信息。五、光纖通信的特點(diǎn)與應(yīng)用（一）光纖通信的特點(diǎn)1.傳輸頻帶寬，通信容量大2.中繼距離長3.信道串?dāng)_小，保密性能好4.適應(yīng)能力強(qiáng)5.體積小、重量輕、便于施工和維護(hù)6.原材料來源豐富，潛在價格低廉五、光纖通信的特點(diǎn)與應(yīng)用（一）光纖通信的特點(diǎn)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；7.光纖通信同樣也存在著如下缺點(diǎn)：④彎曲半徑不宜太小；⑤需要高級的切斷接續(xù)技術(shù)；⑥分路耦合不方便。五、光纖通信的特點(diǎn)與應(yīng)用（二）光纖通信的應(yīng)用1.在全球通信網(wǎng)和各國公用電信網(wǎng)中作為傳輸線。2.在計算機(jī)局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)中的應(yīng)用。3.綜合業(yè)務(wù)光纖接入網(wǎng)。實(shí)現(xiàn)電話、數(shù)據(jù)、視頻及多媒體業(yè)務(wù)綜合接入核心網(wǎng)，提供各種各樣的社區(qū)服務(wù)。五、光纖通信的特點(diǎn)與應(yīng)用（二）光纖通信的應(yīng)用4.特殊通信手段。如石油、煤礦等部門易燃