第1章：緒論課件

光纖通信主講：張寶富電磁頻管與光電教研室教學(xué)說(shuō)明1、課程特點(diǎn)2、課程教學(xué)3、實(shí)施要求4、教學(xué)資源

1、課程特點(diǎn)背景與目標(biāo)點(diǎn)多線長(zhǎng)面廣知識(shí)點(diǎn)多邏輯線長(zhǎng)應(yīng)用面廣物理機(jī)理--工作原理--光纖通信激光器石英光纖科學(xué)思維--技術(shù)思維-工程思維光纖以太網(wǎng)FTTx/PON/SDH/OTNASON

2、課程教學(xué)內(nèi)容與方法精準(zhǔn)選點(diǎn)、優(yōu)化主線、重在寫意基礎(chǔ)性、穩(wěn)定性、典型性和前瞻性光纖（MMF/SMF）光器件（LD/LED-PIN/APD）光纖通信系統(tǒng)（IM-DD/WDM+EDFA）光纖通信網(wǎng)絡(luò)（SDH/OTN）全局性、工程性、遷移性和專業(yè)性

3、實(shí)施要求記筆記！記筆記！記筆記！

4、教學(xué)資源教材：野戰(zhàn)光纖通信

4、教學(xué)資源

4、教學(xué)資源第1章概述本章內(nèi)容1.1光通信的基本概念1.2光纖通信的優(yōu)點(diǎn)1.3光纖通信的系統(tǒng)組成1.4光纖通信的回顧與展望1.5光波技術(shù)基礎(chǔ)1.1光通信的基本概念一、什么是光通信？二、光波在電磁頻譜中的位置三、激光器產(chǎn)生理想的光波四、FSO自由空間光通信五、光纖是光波理想的傳輸介質(zhì)

一、什么是光通信？通信

--是為了信息交流借助某種手段進(jìn)行的信息傳遞。通信的演變與發(fā)展歷程

古代通信：

人類基于原始需求利用自然的基本規(guī)律和人的基礎(chǔ)感官可達(dá)性建立通信。（旗語(yǔ)、身體語(yǔ)言、手語(yǔ)、烽火狼煙等）

一、什么是光通信？古代通信

接力通信（飛鴿傳書、快馬驛站、郵政）近代通信：利用電磁能量的傳播性建立通信。（電報(bào)、電話等）

一、什么是光通信？莫爾斯電碼，美國(guó)人薩繆爾·摩爾斯于1844年發(fā)明，從華盛頓到巴爾的摩之間長(zhǎng)達(dá)64公里的電報(bào)線路，電文內(nèi)容是《圣經(jīng)》中的一句話：上帝啊，你創(chuàng)造了何等的奇跡！電話機(jī)美國(guó)人A.G.貝爾于１８７６年３月１０日，貝爾通過(guò)送話機(jī)喊道：“沃森先生，請(qǐng)過(guò)來(lái)！我有事找你！”1892年紐約芝加哥的電話線路開(kāi)通。電話發(fā)明人貝爾第一個(gè)試音：“喂，芝加哥”，這一歷史性聲音被記錄下來(lái)。

一、什么是光通信？近代通信

利用電磁波（能量/信號(hào)）的傳播性建立通信。（電報(bào)、電話等）近代通信

電通信

電信通信

一、什么是光通信？現(xiàn)代通信

利用無(wú)線電波/光波（信號(hào)）進(jìn)行的通信。（無(wú)線/移動(dòng)/衛(wèi)星/光纖）1901年，馬可尼（左）首次成功地實(shí)現(xiàn)了橫跨大西洋的無(wú)線電通信

一、什么是光通信？1880年，他利用太陽(yáng)光作光源，大氣為傳輸媒質(zhì)，用硒晶體作為光接收器件，成功地進(jìn)行了光電話的實(shí)驗(yàn)，通話距離最遠(yuǎn)達(dá)到了213米。1881年，貝爾宣讀了一篇題為《關(guān)于利用光線進(jìn)行聲音的產(chǎn)生與復(fù)制》的論文，報(bào)導(dǎo)了他的光電話裝置。現(xiàn)代通信

利用無(wú)線電波/光波（信號(hào)）進(jìn)行的通信。（無(wú)線/移動(dòng)/衛(wèi)星/光纖）

一、什么是光通信？現(xiàn)代通信

利用無(wú)線電波/光波（信號(hào)）進(jìn)行的通信。（無(wú)線/移動(dòng)/衛(wèi)星/光纖）

一、什么是光通信？高錕世界著名的華人物理學(xué)家1966年，高錕就取得了光纖物理學(xué)上的突破性成果，在PIEE雜志上發(fā)表論文《光頻率的介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)》，從理論上分析證明了用光纖作為傳輸媒體以實(shí)現(xiàn)光通信的可能性，并預(yù)言了制造通信用的超低耗光纖的可能性?，F(xiàn)代通信

利用無(wú)線電波/光波（信號(hào)）進(jìn)行的通信。（無(wú)線/移動(dòng)/衛(wèi)星/光纖）光通信

是指利用光波進(jìn)行信息傳遞的一種通信方式?？煞譃榧t外光通信、可見(jiàn)光通信和紫外光通信，如光波在大氣層或大氣層外的自由空間傳播稱為自由空間光通信(FSO)，如在光纖中傳輸稱為光纖通信。光通信大多采用激光源產(chǎn)生光波，因而光通信主要指激光通信。

一、什么是光通信？二、光波在電磁頻譜中的位置光波：紫外(200~400nm)、可見(jiàn)(390~760nm)和紅外(800~1600nm)二、光波在電磁頻譜中的位置二個(gè)重要的關(guān)系式頻率與波長(zhǎng)的關(guān)系頻率與通信容量C：為光速（3×108m/s）f:光波頻率λ：光波的波長(zhǎng)光波頻率常用單位：GHZTHz；波長(zhǎng)單位：μm

nm通信中常將攜帶信息的電磁波稱為載波，對(duì)應(yīng)的頻率稱作載頻。載波越高通信容量越大，因而光載波或光頻通信容量最大。古代光通信：中國(guó)古代烽火臺(tái)；近代的揚(yáng)旗通信；現(xiàn)在仍在使用的旗語(yǔ)、燈語(yǔ)。

特點(diǎn)：利用人眼視覺(jué)可達(dá)性進(jìn)行通信

局限：視距通信貝爾光電話光源：太陽(yáng)光傳輸媒質(zhì)：大氣(200m)光檢測(cè)器：硅光電池三、激光器產(chǎn)生理想的光波光源：太陽(yáng)光的不穩(wěn)定性傳輸媒質(zhì)：大氣的不穩(wěn)定性光檢測(cè)器：硅光電池的響應(yīng)速度慢特點(diǎn)：利用可見(jiàn)光在大氣傳輸媒質(zhì)進(jìn)行通信，同時(shí)需要借助光電器件。局限：

三、激光器產(chǎn)生理想的光波三、激光器產(chǎn)生理想的光波激光--相干光1960年激光器問(wèn)世---紅寶石激光器1970年貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成功在常溫下可連續(xù)工作的半導(dǎo)體激光器LD半導(dǎo)體激光器的優(yōu)勢(shì)小體積輕質(zhì)量低功耗長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作壽命長(zhǎng)可直接電控發(fā)光（便于調(diào)制）FSO（自由空間光通信）：基于激光在自由空間傳播進(jìn)行通信。星間激光通信、大氣光通信四、FSO自由空間光通信FSO（自由空間光通信）：基于激光在自由空間傳播進(jìn)行通信。星間激光通信、大氣光通信四、FSO自由空間光通信FSO（自由空間光通信）：基于激光在自由空間傳播進(jìn)行通信。星間激光通信、大氣光通信四、FSO自由空間光通信優(yōu)勢(shì)：快速建立通信、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、應(yīng)急通信缺點(diǎn)：大氣的不穩(wěn)定性、氣候環(huán)境影響大、保密性弱玻璃全反射原理已為人所熟知，并已用在短距離（米）內(nèi)傳光。（內(nèi)窺鏡）五、光纖是光波理想的傳輸介質(zhì)

利用反射鏡傳送光束1960年光學(xué)玻璃最好的光學(xué)玻璃制作的光纖損耗也達(dá)1000dB/km，使很多人對(duì)波導(dǎo)內(nèi)的光通信喪失了信心。1966年石英光纖英籍華人高錕，首次明確提出，通過(guò)改進(jìn)制備工藝、減少原材料雜質(zhì)，可使石英光纖的損耗下降到20dB/km以內(nèi)。1970年高純度石英光纖康寧玻璃公司研制世界上第一根低損耗光纖，損耗為20dB/km。經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展，光纖的損耗已經(jīng)降至0.2dB/km以內(nèi)。五、光纖是光波理想的傳輸介質(zhì)1.2光纖通信的優(yōu)點(diǎn)

一、光纖尺寸小、重量輕，抗腐蝕

1.2光纖通信的優(yōu)點(diǎn)

二、光纖抗電磁干擾、保密性強(qiáng)1.2光纖通信的優(yōu)點(diǎn)電線電纜1.2光纖通信的優(yōu)點(diǎn)

二、光纖抗電磁干擾、保密性強(qiáng)天線波束與光束光纜

三、光纖通信容量大

7.04(Tb/s)÷64(kb/s/路)=1.1(億路電話)000000000000000111111111125μs1.2光纖通信的優(yōu)點(diǎn)8kHz光纖通信的主要優(yōu)點(diǎn)光纖通信具有大的帶寬距離積（BL），故通信容量大、傳輸距離遠(yuǎn)。理論上可通上億門電話或上萬(wàn)套電視，可進(jìn)行圖像、數(shù)據(jù)、傳真、控制等多種業(yè)務(wù)；光纖通信不受電磁干擾，保密性好；光纖耐高溫、高壓、抗腐蝕，工作可靠；光纖質(zhì)量輕、體積小鋪設(shè)施工便利；光纖材料來(lái)源豐富，可節(jié)約大量有色金屬(如銅、鋁)。1.2光纖通信的優(yōu)點(diǎn)1.3光纖通信的系統(tǒng)組成一、光纖通信系統(tǒng)組成二、光纖通信系統(tǒng)各部分功能一、光纖通信系統(tǒng)組成電信號(hào)輸出電信號(hào)輸入光纜終端盒光纖連接器光纖跳線光纜線路盒光纜線路盒光接收機(jī)機(jī)光纖連接器光發(fā)送機(jī)機(jī)中繼器電接口驅(qū)動(dòng)電路光源組件光檢測(cè)組件放大電路電接口光纜終端盒光纖跳線實(shí)際的光纖通信系統(tǒng)組成光纖光纜光纖通信系統(tǒng)由光發(fā)射機(jī)、光纖光纜、中繼器與光接收機(jī)等基本單元組成。此外還包括一些光纖連接器、光纖跳線、終端盒及調(diào)制器等。光源調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電路光發(fā)送機(jī)放大器光檢測(cè)器判決器光接收機(jī)光纖光纖中繼器完成E/O變換完成O/E變換一、光纖通信系統(tǒng)組成1、光發(fā)送機(jī)：完成E/O轉(zhuǎn)換

2、光接收機(jī)：完成O/E轉(zhuǎn)換

3、調(diào)制器：完成信息加載（調(diào)制）

4、中繼器：完成信號(hào)放大、定時(shí)、整形功能（3R）

隨著傳輸線路的延長(zhǎng)，由于傳輸損耗會(huì)使光脈沖能量衰減幅度下降，同時(shí)加上傳輸線路的傳輸特性（如光纖的各種色散）會(huì)產(chǎn)生光脈沖波形失真，這都需要中繼器進(jìn)行修復(fù)。二、光纖通信系統(tǒng)各部分的功能3R再生功能放大消除波形畸變消除時(shí)間抖動(dòng)3R：re-amplifying

再放大（光放大器的功能）

re-timing

再定時(shí)（消除時(shí)間抖動(dòng)）

re-shaping

再整形（消除波形畸變）通過(guò)這3個(gè)R，得到接近于發(fā)射端的光信號(hào)的copy，從而延長(zhǎng)傳輸距離，提高信號(hào)質(zhì)量。二、光纖通信系統(tǒng)各部分的功能發(fā)送信號(hào)恢復(fù)信號(hào)1.4光纖通信回顧與展望一、光纖通信回顧二、五代光纖通信系統(tǒng)三、光纖通信展望1976年，美國(guó)亞特蘭大成功進(jìn)行了速率為44.7Mbit/s的光纖通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。1978年，日本進(jìn)行了速率為100Mbit/s的光纖通信系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。1983年，武漢13.5km市話

8Mb/s系統(tǒng)，

0.85μm、3.5dB/km單模光纖。1988-92年34Mb/s，140Mb/s合肥到蕪湖，光纖長(zhǎng)途通信。1999年，8×2.5Gb/sWDM系統(tǒng)首次在青島至大連開(kāi)通，隨之沈陽(yáng)至大連的32×2.5Gb/sWDM光纖通信系統(tǒng)開(kāi)通。2001年大8字工程，96/64芯，30X40G2005-2006年，3.2Tbps超大容量的光纖通信系統(tǒng)在上海至杭州開(kāi)通，精確色散管理和動(dòng)態(tài)PMD補(bǔ)償技術(shù)，是至今世界容量最大的實(shí)用線路。一、光纖通信回顧二、五代光纖通信系統(tǒng)劃代依據(jù)

演進(jìn)目標(biāo):距離和帶寬1、0.8μm系統(tǒng)（1980）：漸變光纖，損耗（1dB~10km）、色散450Mbps·km2、1.3μm系統(tǒng)（1985）：?jiǎn)文９饫w，色散（100Gbps·km）、損耗<0.5dB3、1.5μm系統(tǒng)（1990）：?jiǎn)文＜す?，損耗（0.2dB）、色散（1000Gbps·km）4、WDM系統(tǒng)（1996）：光放大器，帶寬（600Gbps）、非線性、色散5、L和S波段（2001）：拉曼放大，非線性、帶寬（10Tbps）、色散145014901530157016101650S+SCLL+

比特率(TDM)2.5Gb/s10Gb/s40Gb/s20G80G320G40G160G640G400G1.6T6.4T1608

波長(zhǎng)數(shù)1

1632三、光纖通信展望發(fā)展趨勢(shì)短波長(zhǎng)向長(zhǎng)波長(zhǎng)多模光纖向單模光纖單一波長(zhǎng)向多波長(zhǎng)WDM電放大向光放大PDH體制向SDH體制

OTN（光傳送網(wǎng)）向ASON（智能光網(wǎng)絡(luò)）小結(jié)20世紀(jì)70年代，隨著低損耗光纖和穩(wěn)定半導(dǎo)體激光光源的研制成功，光纖通信步入世界通信舞臺(tái)。光纖通信擁有容量大、中繼距離長(zhǎng)、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。光纖通信系統(tǒng)由光發(fā)送機(jī)、光纖、光中繼器和光接收機(jī)構(gòu)成。智能光網(wǎng)絡(luò)是光纖通信網(wǎng)下一個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向。光纖傳感及ROF是光纖技術(shù)的