光纖通信系統(tǒng)（第4版）概述

光纖通信系統(tǒng)2概述1.1光纖通信的發(fā)展概況1.2光纖通信的優(yōu)點和應(yīng)用1.3光纖通信系統(tǒng)的組成31.1光纖通信發(fā)展概況通信是指兩個或多個實體之間交換信息的過程，通信系統(tǒng)是該過程的具體實現(xiàn)。光通信是指利用某種特定波長（頻率）的光信號承載信息，并將此光信號通過光纖或者大氣信道傳送到對方，然后再還原出原始信息的過程。光纖通信是光通信最主要的實現(xiàn)形式。4光通信與光纖通信的區(qū)別光通信（Light-waveCommunication）光纖通信（OpticalFiberCommunication）使用光導(dǎo)纖維作為傳輸媒質(zhì)目前最主要的光通信應(yīng)用形式大氣光通信/空間光通信（FreeSpaceOptics）光信號直接在大氣（或其他介質(zhì)）中傳輸（垂直/水平方向）地面—衛(wèi)星通信或接入網(wǎng)中應(yīng)用5光纖通信發(fā)展主要歷程遠(yuǎn)古時代：烽火臺，狼煙傳訊

近代：旗語，燈光1880，A.G.Bell發(fā)明光電話60年代初，激光器誕生70年代——面臨實用化挑戰(zhàn)光源：能否制造出室溫下連續(xù)工作的激光器？媒質(zhì)：能否找到損耗足夠低的傳輸媒質(zhì)？補充閱讀材料：/upload/blog/file/2010/5/20105319399922710.pdf

A.G.Bell1847-1922T.H.Maiman1927-20076光纖通信的奠基人——高錕1966年，在英國標(biāo)準(zhǔn)電信實驗室工作的華裔科學(xué)家高錕（C.K.Kao）首先提出用石英玻璃纖維作為光纖通信的媒質(zhì)*，為現(xiàn)代光纖通信奠定了理論基礎(chǔ)。*K.C.KaoandG.A.Hockham,“Dielectric-FibreSurfaceWaveguidesforopticalfrequencies”Proc.IEEE,113,1151(1966)71970年：光纖通信實用化的開端1970年，美國康寧公司用超純石英為材料，首先拉制出損耗為20dB/km的光纖

1970年，美國貝爾實驗室研制成功可在室溫下連續(xù)振蕩的鎵鋁砷（GaAlAs）半導(dǎo)體激光器，為光纖通信找到了合適的光源1977年，GaAlAs激光器的壽命可達(dá)100萬小時，為光纖通信的商用化奠定了基礎(chǔ)

70年代光源和光纖技術(shù)的快速成熟，為光纖通信的商用化打下了堅實的基礎(chǔ)8光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展第一代光纖通信系統(tǒng)850/1310nm多模系統(tǒng)，140Mbit/s，30km第二代光纖通信系統(tǒng)1310nm單模系統(tǒng)，1Gbit/s，50km第三代光纖通信系統(tǒng)1550nm單模系統(tǒng)，2.5Gbit/s，100km第四代光纖通信系統(tǒng)光放大器引入，數(shù)十Gbit/s～Tbit/s，數(shù)千km第五代光纖通信系統(tǒng)光孤子系統(tǒng)，超大容量和超長距離傳輸，網(wǎng)絡(luò)化/智能化光纖通信的發(fā)展始終呈現(xiàn)對高速率和長距離的追求91.2光纖通信的優(yōu)點和應(yīng)用1.2.1光纖通信的優(yōu)點1.2.2光纖通信的應(yīng)用101.2.1光纖通信的優(yōu)點傳輸容量大傳輸損耗小，中繼距離長泄漏小，保密性好節(jié)省有色金屬抗電磁干擾能力強重量輕，可擾性好，易于施工111.光纖通信系統(tǒng)具有巨大的傳輸容量光纖通信使用的是頻率極高的電磁波，傳輸中可以獲得極高的信號頻譜。光纖通信適用的λ=1310nm波長段和λ=1550nm波長段兩個區(qū)域，共有約200nm寬的低損耗區(qū)，理論上可提供近30THz的傳輸頻帶目前實驗室里實現(xiàn)的最高容量為20Tbit/s級*，因此光纖的頻帶利用率仍有很大的提高空間。*OFC/NFOEC2012會議NTT：PDM-64QAM調(diào)制方式、11.2THz頻帶、采用全拉曼放大，系統(tǒng)總?cè)萘?02.3Tbit/s，傳輸距離達(dá)240km122.極小的傳輸損耗，極長的中繼距離單模光纖在1310nm波長窗口損耗系數(shù)約為0.35dB/km單模光纖在1550nm波長窗口損耗系數(shù)約為0.2dB/km光纖的傳輸損耗不僅小，而且在相當(dāng)寬的頻帶內(nèi)特性幾乎一致，因此用光纖比用同軸電纜或波導(dǎo)管的中繼距離長得多133.泄漏小，保密性好由于光纖傳輸?shù)奶厥鈾C(jī)理，在光纖中傳輸?shù)墓庀蛲庑孤┑哪芰亢芪⑷酰y以被截取或竊聽。與其他無線、有線通信方式相比，光纖通信有較好的保密性，信息在光纖中傳輸非常安全。單根光纜內(nèi)部署多根光纖也不會引入串?dāng)_。144.節(jié)省大量有色金屬制造通常的電纜需要消耗大量的銅和鉛等有色金屬，成本較高。以四管中同軸電纜為例，1km四管中同軸電纜約需460kg銅，而制造1km光纖，只需幾十克石英。制造光纖的石英（主要成分為SiO2）原材料豐富而便宜，幾乎取之不竭。155.抗電磁干擾能力強光纖主要是由SiO2材料制成，它不易受外界各種電磁場的干擾。強電、雷擊等也不會顯著影響光纖的傳輸性能。甚至在核輻射等極端環(huán)境中，光纖通信仍能正常進(jìn)行，這是通常的電纜通信所不能比擬的。光纖通信在電力輸配、電氣化鐵路、雷擊多發(fā)地區(qū)、核試驗等環(huán)境中應(yīng)用更能體現(xiàn)其優(yōu)越性。166.重量輕，可擾性好，易于施工光纜單位長度的重量比其他通信電纜要輕得多。每根光纖的直徑很小，制成光纜后可充分利用地下管道。二次套塑的光纖，即使以幾厘米的曲率半徑彎曲也不會斷，施工時可以采用與電纜相同或類似的敷設(shè)技術(shù)進(jìn)行敷設(shè)。通信設(shè)備的重量輕和體積小，對軍事、航空航天等特殊的應(yīng)用環(huán)境具有特別重要的意義。171.2.2光纖通信的應(yīng)用光纖通信系統(tǒng)的類型光纖通信的應(yīng)用181.光纖通信系統(tǒng)的類型按傳輸信號的類型模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)按調(diào)制方式直接調(diào)制和外差調(diào)制按光纖的傳輸特性單模光纖系統(tǒng)和多模光纖系統(tǒng)按光波長短波長、長波長和超長波長系統(tǒng)192.光纖通信系統(tǒng)的應(yīng)用通信網(wǎng)計算機(jī)網(wǎng)有線電視網(wǎng)綜合業(yè)務(wù)接入網(wǎng)201.3光纖通信系統(tǒng)的組成1.3.1光纖通信系統(tǒng)原理框圖1.3.2光纖通信系統(tǒng)的構(gòu)成211.光纖通信系統(tǒng)原理框圖光纖通信系統(tǒng)可以傳送數(shù)字信號也可傳送模擬信號。傳送的信息有話音、圖像、數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)。實用的光纖通信系統(tǒng)，一般采用的是數(shù)字編碼、強度調(diào)制／直接檢測（IM/DD）的光纖通信系統(tǒng)，如圖1-1所示。IM/DD:Inten