概论04光纤通信技术.pptx

1光纤通信技光纤通信技术术2光光纤纤通通信信内内容容v一、光纤通信概述一、光纤通信概述v二、光纤通信原理二、光纤通信原理v三、光纤通信系统三、光纤通信系统v四、光纤通信特点四、光纤通信特点v五、光纤传输技术五、光纤传输技术v六、光纤通信新技术六、光纤通信新技术3一一、光光纤纤通通信信概概述述v1 1、光纤通信、光纤通信基本概念基本概念v2 2、光纤通信、光纤通信诞生历史诞生历史v3 3、光纤通信、光纤通信光纤制造光纤制造v4 4、光纤通信、光纤通信敷设方式敷设方式v5 5、光纤通信、光纤通信开展里程开展里程v6 6、光纤通信、光纤通信战略地位战略地位v7 7、光纤通信、光纤通信我国现状我国现状41.1、光光纤纤通通信信基基本本概概念念v光纤通信：光纤通信：利用光波为载波、以光导纤维作为利用光波为载波、以光导纤维作为传输媒质的通信方式传输媒质的通信方式v载波：载波：位于电磁波谱的近红外区，范围为位于电磁波谱的近红外区，范围为1010141410101515HzHzv特点特点潜在通信容量极大潜在通信容量极大,带宽近带宽近10101515HzHz51.2、光光纤纤通通信信诞诞生生历历史史最最早早的的光光通通信信：用用于于传传递递信信息息的的烽烽火火台台光光通通信信的的基基本本要要素素：光光源源 烽烽火火 发发送送 点点火火或或燃燃烟烟 接接收收 人人的的眼眼睛睛 传传播播媒媒介介 大大气气 传传送送信信息息 有有无无敌敌情情 协协议议 有有信信号号则则救救援援6 贝尔的光贝尔的光 原理示意图：原理示意图：弧光灯弧光灯送话器送话器抛物面镜抛物面镜光探测器光探测器受话器受话器贝尔贝尔7 由由于于1919世世纪纪先后创造了电报、等电信设备，使光通信方法受到冷落。虽然人们意识到如果采用光波作为载波，通信容量可望提高几个数量级，但直到20世纪50年代末仍然找不到通信所必须的相干光源和适宜的传输介质。1.2、光纤通信、光纤通信诞生历史诞生历史8v更好的光源更好的光源 稳定激光器，使光源更加可靠、稳定稳定激光器，使光源更加可靠、稳定v更好的传输媒介更好的传输媒介 低损耗的传输介质（光缆），让光波低损耗的传输介质（光缆），让光波在闭合的光缆中传输。在闭合的光缆中传输。1.2 1.2 光纤通信光纤通信诞生历史诞生历史9激激光光器器的的创创造造v第第一一阶阶段段理理论论基基础础：1 19 91 16 6年年，爱爱因因斯斯坦坦提提出出的的受受激激辐辐射射概概念念是是激激光光器器的的理理论论基基础础。v 受受激激辐辐射射可可以以对对光光进进行行放放大大且且产产生生的的光光 是是相相干干光光，即即多多个个光光子子的的发发射射方方向向、频频 率率、相相位位偏偏振振完完全全相相同同。10第第二二阶阶段段微微波波受受激激放放大大器器：量量子子力力学学的的建建立立和和开开展展使使人人们们对对微微观观结结构构及及运运动动规规律律有有了了更更深深入入的的认认识识。1 19 95 51 1年年 物物理理学学家家查查尔尔斯斯.汤汤司司经经过过3 3年年的的研研究究，把把处处于于激激发发态态的的氨氨分分子子装装入入一一个个金金属属小小盒盒，当当微微波波射射入入小小盒盒时时，就就发发出出了了一一束束纯纯而而强强的的微微波波射射束束。11第第三三阶阶段段 红红宝宝石石激激光光器器：创创创创造造造造者者者者：西西西西奥奥奥奥多多多多.梅梅梅梅曼曼曼曼（）时时时时 间间间间：1 1 1 19 9 9 96 6 6 60 0 0 0年年年年 梅梅梅梅曼曼曼曼在在在在佛佛佛佛罗罗罗罗里里里里达达达达州州州州迈迈迈迈阿阿阿阿密密密密的的的的实实实实验验验验室室室室里里里里研研研研制制制制成成成成功功功功世世世世界界界界上上上上第第第第一一一一台台台台激激激激光光光光器器器器。他他他他用用用用一一一一个个个个高高高高强强强强闪闪闪闪光光光光灯灯灯灯管管管管来来来来刺刺刺刺激激激激红红红红宝宝宝宝石石石石水水水水晶晶晶晶里里里里的的的的铬铬铬铬原原原原子子子子，从从从从而而而而产产产产生生生生一一一一条条条条相相相相当当当当集集集集中中中中的的的的纤纤纤纤细细细细红红红红色色色色光光光光柱柱柱柱，当当当当它它它它射射射射向向向向某某某某一一一一点点点点时时时时，发发发发出出出出的的的的激激激激光光光光强强强强度度度度为为为为太太太太阳阳阳阳光光光光的的的的1 1 1 10 0 0 00 0 0 00 0 0 0倍倍倍倍。12L LA AS SE ER R：受受受受激激激激发发发发射射射射的的的的光光光光放放放放大大大大受受受受激激激激辐辐辐辐射射射射式式式式光光光光频频频频放放放放大大大大器器器器知知知知识识识识产产产产权权权权：古古古古尔尔尔尔德德德德 (激激激激光光光光一一一一词词词词的的的的始始始始创创创创者者者者)汤汤汤汤 司司司司（书书书书面面面面工工工工作作作作早早早早于于于于前前前前者者者者）梅梅梅梅 曼曼曼曼（激激激激光光光光创创创创造造造造权权权权无无无无可可可可争争争争议议议议）激激光光器器的的创创造造是是2 20 0世世纪纪科科学学技技术术的的一一项项重重大大成成就就，它它使使人人们们终终于于有有能能力力驾驾驭驭尺尺度度极极小小、数数量量极极大大、运运动动极极混混乱乱的的分分子子和和原原子子的的发发光光过过程程 13通通信信光光纤纤v一个意外发现一个意外发现 希腊的一位制玻璃希腊的一位制玻璃工人意外地发现，光能工人意外地发现，光能毫无散射地从玻璃棒的毫无散射地从玻璃棒的一端传到另一端。这已一端传到另一端。这已经初步揭示了光在玻璃上的传播规经初步揭示了光在玻璃上的传播规律律。14通通信信光光纤纤光传导现象光传导现象 英国科学家丁麦尔发现了一个有英国科学家丁麦尔发现了一个有趣的现象：光和水流一起呈弧线状趣的现象：光和水流一起呈弧线状落到地面。光出现弯曲现象吗？落到地面。光出现弯曲现象吗？15通通信信光光纤纤v早期的应用（医用胃镜、喉镜）早期的应用（医用胃镜、喉镜）1958195819581958年，光的传播规律在医学领域得到应用。年，光的传播规律在医学领域得到应用。年，光的传播规律在医学领域得到应用。年，光的传播规律在医学领域得到应用。由由由由2500250025002500根细玻璃纤维制成的根细玻璃纤维制成的根细玻璃纤维制成的根细玻璃纤维制成的“内窥镜内窥镜内窥镜内窥镜”，将光引到，将光引到，将光引到，将光引到 人体胃内，使医生不用开刀，就可以看到胃里的人体胃内，使医生不用开刀，就可以看到胃里的人体胃内，使医生不用开刀，就可以看到胃里的人体胃内，使医生不用开刀，就可以看到胃里的 情况。这些已有的发现、创造无疑给科学家增添情况。这些已有的发现、创造无疑给科学家增添情况。这些已有的发现、创造无疑给科学家增添情况。这些已有的发现、创造无疑给科学家增添 了信心。他们在这基础上，进行更深入的探讨。了信心。他们在这基础上，进行更深入的探讨。了信心。他们在这基础上，进行更深入的探讨。了信心。他们在这基础上，进行更深入的探讨。v主要问题主要问题-衰减衰减 1960196019601960年年年年 1000dB/km 1000dB/km 1000dB/km 1000dB/km 10dB 10dB 10dB 10dB10101010-1-1-1-1 20dB 20dB 20dB 20dB10101010-2-2-2-2 1000dB 1000dB 1000dB 1000dB10101010-100-100-100-100 16通通信信光光纤纤v基本设想基本设想高锟在高锟在19661966年年7 7月提出，只要能设法降低月提出，只要能设法降低玻璃纤维的杂质，就有可能使光纤的损玻璃纤维的杂质，就有可能使光纤的损耗从耗从1000dB/km1000dB/km降低到降低到20dB/km20dB/km，从而有，从而有可能用于通信。可能用于通信。v光纤诞生光纤诞生世界上第一根低损耗世界上第一根低损耗(20dB/km)(20dB/km)的石英光的石英光纤诞生于纤诞生于19701970年。年。康宁玻璃公司的马康宁玻璃公司的马瑞尔、卡普隆、凯克研制成功。瑞尔、卡普隆、凯克研制成功。172023年年12月月10日瑞典首都斯德哥尔摩日瑞典首都斯德哥尔摩瑞典国王卡尔十六世古斯塔夫为高锟瑞典国王卡尔十六世古斯塔夫为高锟博士颁奖博士颁奖181.3、光光纤纤通通信信光光纤纤的的制制造造v材材材材料料料料：二二二二氧氧氧氧化化化化硅硅硅硅（S S S Si i i iO O O O2 2 2 2 ）又又又又称称称称硅硅硅硅石石石石，自自自自然然然然界界界界分分分分布布布布很很很很广广广广，如如如如：石石石石英英英英砂砂砂砂。v制制制制作作作作方方方方法法法法：1 1 1 1、直直直直接接接接熔熔熔熔化化化化法法法法 高高高高温温温温将将将将熔熔熔熔融融融融状状状状态态态态的的的的石石石石英英英英，去去去去除除除除杂杂杂杂质质质质直直直直接接接接制制制制成成成成光光光光纤纤纤纤。2 2 2 2、汽汽汽汽相相相相氧氧氧氧化化化化法法法法 氧氧氧氧化化化化反反反反响响响响生生生生成成成成S S S Si i i iO O O O2 2 2 2微微微微粒粒粒粒，而而而而后后后后将将将将其其其其制制制制成成成成预预预预制制制制棒棒棒棒，拉拉拉拉丝丝丝丝成成成成纤纤纤纤。3 3 3 3、最最最最后后后后进进进进行行行行涂涂涂涂覆覆覆覆、套套套套塑塑塑塑，成成成成为为为为光光光光缆缆缆缆。191.3、光光纤纤通通信信光光纤纤的的制制造造要求：要求：要求：要求：光纤原材料的纯度必须很高光纤原材料的纯度必须很高光纤原材料的纯度必须很高光纤原材料的纯度必须很高 必须防止杂质、气泡混入必须防止杂质、气泡混入必须防止杂质、气泡混入必须防止杂质、气泡混入 要正确操作折射率的分布要正确操作折射率的分布要正确操作折射率的分布要正确操作折射率的分布 正确操作光纤的结构尺寸正确操作光纤的结构尺寸正确操作光纤的结构尺寸正确操作光纤的结构尺寸 尽量减小光纤外表的伤痕损害，提高光纤机械强度。尽量减小光纤外表的伤痕损害，提高光纤机械强度。尽量减小光纤外表的伤痕损害，提高光纤机械强度。尽量减小光纤外表的伤痕损害，提高光纤机械强度。同样衰减同样衰减同样衰减同样衰减3dB3dB3dB3dB普普普普 通通通通 玻玻玻玻 璃：几厘米璃：几厘米璃：几厘米璃：几厘米高级光学玻璃：几米高级光学玻璃：几米高级光学玻璃：几米高级光学玻璃：几米20dB/km20dB/km20dB/km20dB/km光纤：光纤：光纤：光纤：150150150150米米米米201.4、光光纤纤通通信信敷敷设设方方式式v架架空空光光缆缆：架架挂挂在在电电杆杆上上使使用用的的光光缆缆(吊吊线线、自自承承)v直直埋埋光光缆缆：外外部部有有保保护护的的铠铠装装，直直接接埋埋设设在在地地下下v管管道道光光缆缆：装装入入水水泥泥、钢钢管管、塑塑料料管管内内埋埋设设地地下下v水水底底光光缆缆：敷敷设设于于水水底底穿穿越越河河流流、湖湖泊泊、海海洋洋211.5、光光纤纤通通信信的的开开展展里里程程 19701970年年年年，康康康康宁宁宁宁(Corning)(Corning)公公公公司司司司研研研研制制制制成成成成功功功功损损损损耗耗耗耗20dB/km20dB/km的的的的石石石石英英英英光光光光纤纤纤纤。把光纤通信推向一个新阶段，被定为光通信的元年。把光纤通信推向一个新阶段，被定为光通信的元年。把光纤通信推向一个新阶段，被定为光通信的元年。把光纤通信推向一个新阶段，被定为光通信的元年。19721972年，康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到年，康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到年，康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到年，康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到4 dB/km4 dB/km。1973 1973 年年年年，贝贝贝贝尔尔尔尔(Bell)(Bell)实实实实验验验验室室室室的的的的光光光光纤纤纤纤损损损损耗耗耗耗降降降降低低低低到到到到2.5dB/km2.5dB/km。1974 1974 年年年年降低到降低到降低到降低到1.1dB/km1.1dB/km。1976 1976 年年年年，电电电电报报报报 (NTT)(NTT)公公公公司司司司将将将将光光光光纤纤纤纤损损损损耗耗耗耗降降降降低低低低到到到到0.47 0.47 dB/km(dB/km(波波波波长长长长1.2m)1.2m)。1979 1979 年年年年是是是是0.20 0.20 dB/kmdB/km，19841984年年年年是是是是0.157 0.157 dB/kmdB/km，1986 1986 年年年年是是是是0.154 0.154 dB/kmdB/km，接近了光纤最低损耗的理论极限。接近了光纤最低损耗的理论极限。接近了光纤最低损耗的理论极限。接近了光纤最低损耗的理论极限。22 1976 1976 年年年年和和和和 1978 1978 年年年年，先先先先后后后后进进进进行行行行了了了了速速速速率率率率为为为为34 34 Mb/sMb/s的的的的突突突突变变变变型型型型多多多多模模模模光光光光纤纤纤纤通通通通信信信信系系系系统统统统，以以以以及及及及速速速速率率率率为为为为100 100 Mb/sMb/s的的的的渐渐渐渐变变变变型型型型多多多多模模模模光光光光纤纤纤纤通通通通信信信信系系系系统统统统的试验。的试验。的试验。的试验。1980 1980 年，年，年，年，标准化标准化标准化标准化FT-3FT-3光纤通信系统投入商业应用。光纤通信系统投入商业应用。光纤通信系统投入商业应用。光纤通信系统投入商业应用。1983 1983年敷设了纵贯年敷设了纵贯年敷设了纵贯年敷设了纵贯 南北的光缆长途干线。南北的光缆长途干线。南北的光缆长途干线。南北的光缆长途干线。随随随随后后后后，由由由由美美美美、日日日日、英英英英、法法法法发发发发起起起起的的的的第第第第一一一一条条条条横横横横跨跨跨跨大大大大西西西西洋洋洋洋 TAT-8TAT-8海海海海底光缆通信系统于底光缆通信系统于底光缆通信系统于底光缆通信系统于19881988年建成。年建成。年建成。年建成。第第第第一一一一条条条条横横横横跨跨跨跨太太太太平平平平洋洋洋洋 TPC-3/HAW-4 TPC-3/HAW-4 海海海海底底底底光光光光缆缆缆缆通通通通信信信信系系系系统统统统于于于于19891989年年年年建建建建成成成成。从从从从此此此此，海海海海底底底底光光光光缆缆缆缆通通通通信信信信系系系系统统统统的的的的建建建建设设设设得得得得到到到到了了了了全全全全面面面面展展展展开开开开，促促促促进进进进了了了了全球通信网的开展。全球通信网的开展。全球通信网的开展。全球通信网的开展。现现现现在，光在，光在，光在，光纤纤纤纤通信承通信承通信承通信承载载载载了全世界了全世界了全世界了全世界80%80%以上的以上的以上的以上的电电电电信信信信业务业务业务业务23光纤通信的开展可以粗略地分为三个阶段：光纤通信的开展可以粗略地分为三个阶段：光纤通信的开展可以粗略地分为三个阶段：光纤通信的开展可以粗略地分为三个阶段：第第第第一一一一阶阶阶阶段段段段(19661976(19661976年年年年)，这这这这是是是是从从从从基基基基础础础础研研研研究到商业应用的开辟时期。究到商业应用的开辟时期。究到商业应用的开辟时期。究到商业应用的开辟时期。第第第第二二二二阶阶阶阶段段段段(19761986(19761986年年年年)，这这这这是是是是以以以以提提提提高高高高传传传传输输输输速速速速率率率率和和和和增增增增加加加加传传传传输输输输距距距距离离离离为为为为研研研研究究究究目目目目标标标标和和和和大大大大力力力力推推推推广广广广应用的大开展时期。应用的大开展时期。应用的大开展时期。应用的大开展时期。第第第第三三三三阶阶阶阶段段段段(1986(1986 )，这这这这是是是是以以以以超超超超大大大大容容容容量量量量超超超超长长长长距离为目标、全面深入开展新技术研究的时期。距离为目标、全面深入开展新技术研究的时期。距离为目标、全面深入开展新技术研究的时期。距离为目标、全面深入开展新技术研究的时期。241.6、光光纤纤通通信信战战略略地地位位v重要性重要性各种通信网的主要传输方式；各种通信网的主要传输方式；v跨国通信跨国通信已广泛铺设到了大西洋、太平洋海底，已广泛铺设到了大西洋、太平洋海底，使全球通信变得非常简单快捷。使全球通信变得非常简单快捷。v广泛性广泛性目前兴旺国家又把光缆铺设到住宅，目前兴旺国家又把光缆铺设到住宅，实现了光纤到办公室、光纤到家庭。实现了光纤到办公室、光纤到家庭。251.7、光光纤纤通通信信我我国国的的现现状状v1974197419741974年研究低损耗光纤和光通信年研究低损耗光纤和光通信年研究低损耗光纤和光通信年研究低损耗光纤和光通信v70707070年代中期研制出低损耗光纤和激光器年代中期研制出低损耗光纤和激光器年代中期研制出低损耗光纤和激光器年代中期研制出低损耗光纤和激光器v1979197919791979年建成了市话光缆通信试验系统年建成了市话光缆通信试验系统年建成了市话光缆通信试验系统年建成了市话光缆通信试验系统v80808080年代末光纤通信关键技术到达国际先年代末光纤通信关键技术到达国际先年代末光纤通信关键技术到达国际先年代末光纤通信关键技术到达国际先进水平进水平进水平进水平v1991199119911991年起不再开展长途电缆通信系统年起不再开展长途电缆通信系统年起不再开展长途电缆通信系统年起不再开展长途电缆通信系统v“八五八五八五八五”期间建成了期间建成了期间建成了期间建成了22222222条光缆干线条光缆干线条光缆干线条光缆干线v1999199919991999年年年年1 1 1 1月建成高传输速率的一级干线月建成高传输速率的一级干线月建成高传输速率的一级干线月建成高传输速率的一级干线26二二、光光纤纤通通信信基基本本原原理理v1 1、通信光纤、通信光纤基本结构基本结构v2 2、光学原理、光学原理反射折射反射折射v3 3、通信光纤、通信光纤光的分类光的分类v4 4、通信光纤、通信光纤传输原理传输原理v5 5、通信光纤、通信光纤光纤分类光纤分类v6 6、通信光纤、通信光纤衰减因素衰减因素272 2.1 1、通通信信光光纤纤基基本本结结构构光纤由直径大约为光纤由直径大约为光纤由直径大约为光纤由直径大约为0.1mm0.1mm0.1mm0.1mm的细玻璃丝构成。的细玻璃丝构成。的细玻璃丝构成。的细玻璃丝构成。它透明、纤细，具有把光封闭在其中并沿轴向进行传播的它透明、纤细，具有把光封闭在其中并沿轴向进行传播的它透明、纤细，具有把光封闭在其中并沿轴向进行传播的它透明、纤细，具有把光封闭在其中并沿轴向进行传播的导波结构，它由折射较高的纤芯和折射率较低的包层组成，导波结构，它由折射较高的纤芯和折射率较低的包层组成，导波结构，它由折射较高的纤芯和折射率较低的包层组成，导波结构，它由折射较高的纤芯和折射率较低的包层组成，通常为了保护光纤，包层外还往往覆盖一层塑料加以保护通常为了保护光纤，包层外还往往覆盖一层塑料加以保护通常为了保护光纤，包层外还往往覆盖一层塑料加以保护通常为了保护光纤，包层外还往往覆盖一层塑料加以保护,其中纤芯的芯径一般为其中纤芯的芯径一般为其中纤芯的芯径一般为其中纤芯的芯径一般为50505050或或或或62.5m62.5m62.5m62.5m，包层直径一般为，包层直径一般为，包层直径一般为，包层直径一般为125m125m125m125m。纤芯纤芯 1.4621.467包层包层 1.451.461.451.4628通信光纤通信光纤实际结构实际结构292.22.2、光学原理反射折射、光学原理反射折射全反射定理：光从波疏媒质进入波密全反射定理：光从波疏媒质进入波密全反射定理：光从波疏媒质进入波密全反射定理：光从波疏媒质进入波密媒质，当入射角增大到一定的角度时，媒质，当入射角增大到一定的角度时，媒质，当入射角增大到一定的角度时，媒质，当入射角增大到一定的角度时，折射光就会全部消失。折射光就会全部消失。折射光就会全部消失。折射光就会全部消失。302.3、通通信信光光纤纤光光的的分分类类 微微 波波31v最正确传输窗口最正确传输窗口(红外区域红外区域)光以光以850nm850nm、1310nm1310nm和和1550nm1550nm三种波长三种波长通过光纤时，所受的衰减要比以其它通过光纤时，所受的衰减要比以其它波长通过时小得多。波长通过时小得多。光纤中传输的光是什么颜色的？光纤中传输的光是什么颜色的？322 2.4 4、通通信信光光纤纤传传输输原原理理满足全反射定律，光全部返回。满足全反射定律，光全部返回。满足全反射定律，光全部返回。满足全反射定律，光全部返回。只要弯曲不十分厉害，光也不会折射到只要弯曲不十分厉害，光也不会折射到只要弯曲不十分厉害，光也不会折射到只要弯曲不十分厉害，光也不会折射到包层中去包层中去包层中去包层中去332.5、光光纤纤分分类类塑塑料料光光纤纤v制造材料制造材料高度透明的有机玻璃高度透明的有机玻璃v主要优点主要优点本钱低廉，芯径较大，与光源的耦合本钱低廉，芯径较大，与光源的耦合效率高，耦合进光纤的光功率大，使效率高，耦合进光纤的光功率大，使用方便。用方便。v主要缺点主要缺点由于损耗较大，带宽较小，只适用于由于损耗较大，带宽较小，只适用于短距离低速率通信，如短距离计算机短距离低速率通信，如短距离计算机网链路、船舶内、汽车内通信等。网链路、船舶内、汽车内通信等。342.5、光光纤纤分分类类多多模模光光纤纤 v制造材料：制造材料：石英石英v主要特点：主要特点：中心玻璃芯较粗（中心玻璃芯较粗（5050或或62.5m62.5m），可），可传多种模式的光。模间色散较大，限传多种模式的光。模间色散较大，限制了传输数字信号的频率，随距离的制了传输数字信号的频率，随距离的增加会更加严峻。增加会更加严峻。352.5、光光纤纤分分类类单单模模光光纤纤v主要特点主要特点中心玻璃芯很细（为中心玻璃芯很细（为9m9m），只能传一），只能传一种模式的光。模间色散很小，适用于远种模式的光。模间色散很小，适用于远程通讯，但还存在着材料和波导色散，程通讯，但还存在着材料和波导色散，对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。即谱宽要窄，稳定性要好。v低损耗窗口低损耗窗口在在1310nm1310nm波长处，单模光纤的材料色散波长处，单模光纤的材料色散和波导色散一正、一负，大小相等。和波导色散一正、一负，大小相等。362.6、通通信信光光纤纤衰衰减减因因素素 v本征本征（固有损耗）固有损耗）固有汲取（粒子吸光振动发热）固有汲取（粒子吸光振动发热）固有汲取（粒子吸光振动发热）固有汲取（粒子吸光振动发热）瑞利散射（空间微粒光的散射）瑞利散射（空间微粒光的散射）瑞利散射（空间微粒光的散射）瑞利散射（空间微粒光的散射）v弯曲：弯曲：局部光纤内的光会损失。局部光纤内的光会损失。v挤压：挤压：受到挤压时产生微小的弯曲。受到挤压时产生微小的弯曲。v杂质：杂质：杂质汲取和散射。杂质汲取和散射。v不均匀：不均匀：材料的折射率不均匀。材料的折射率不均匀。v对接：对接：光纤对接时产生的损耗光纤对接时产生的损耗 37v光纤传输的光纤传输的“窗口窗口”：光传输中损耗最小的波长点被称做光传输中损耗最小的波长点被称做“窗口窗口”v光纤的三个光纤的三个“窗口窗口”0 0 850nm 850nm、1310nm1310nm 和和 1550nm1550nm 3dB/km3dB/km3dB/km3dB/km 0.35dB/km0.35dB/km0.35dB/km0.35dB/km 0.15dB/km0.15dB/km0.15dB/km0.15dB/km38光光纤纤传传感感技技术术 v光纤温度传感器光纤温度传感器v光纤位移传感器光纤位移传感器v光纤振动传感器光纤振动传感器v光纤电压传感器光纤电压传感器v光纤液位传感器光纤液位传感器v“探索一代探索一代”光谱雷达光谱雷达39三三、基基本本光光纤纤通通信信系系统统v1 1、光纤通信、光纤通信系统组成系统组成v2 2、子系统、子系统电发射端机电发射端机 v3 3、子系统、子系统光发射端机光发射端机 v4 4、子系统、子系统光中继器光中继器 v5 5、子系统、子系统光接收机光接收机 403 3.1 1、光光纤纤通通信信系系统统组组成成 光纤，中继光纤，中继光纤，中继光纤，中继放大器、放大器、放大器、放大器、EDFAEDFAEDFAEDFA等等等等接收光信号，并从中接收光信号，并从中接收光信号，并从中接收光信号，并从中提取信息，然后转变提取信息，然后转变提取信息，然后转变提取信息，然后转变成电信号，最后得到成电信号，最后得到成电信号，最后得到成电信号，最后得到对应的话音、图象、对应的话音、图象、对应的话音、图象、对应的话音、图象、数据等信息。数据等信息。数据等信息。数据等信息。包括所有的信号源，包括所有的信号源，包括所有的信号源，包括所有的信号源，它们是话音、图象、它们是话音、图象、它们是话音、图象、它们是话音、图象、数据等业务经过信源数据等业务经过信源数据等业务经过信源数据等业务经过信源编码所得到的信号编码所得到的信号编码所得到的信号编码所得到的信号将信号转变成光信将信号转变成光信将信号转变成光信将信号转变成光信号，先后用过的光号，先后用过的光号，先后用过的光号，先后用过的光波窗口有波窗口有波窗口有波窗口有850850、13101310和和和和1550nm1550nm。413.2、子子系系统统电电发发射射端端机机v主要功能：主要功能：PCM(PCM(脉冲编码调制）对模拟信号抽样、脉冲编码调制）对模拟信号抽样、量化和编码。量化和编码。多路复用（采用频分多路复用（采用频分FDMFDM、时分、时分TDMTDM ）v多路复用：多路复用：是指将多路信号组合在一条物理信道上是指将多路信号组合在一条物理信道上进行传输，到接收端再用专门的设备将进行传输，到接收端再用专门的设备将各路信号别离出来。可以提高通信线路各路信号别离出来。可以提高通信线路的利用率。的利用率。423.3、子子系系统统光光发发射射端端机机v基基本本组组成成：光光源源、驱驱动动器器、调调制制器器v主主要要功功能能：将将电电端端机机的的电电信信号号对对光光源源发发出出的的光光波波进进行行调调制制，成成为为已已调调光光波波，再再将将已已调调的的光光信信号号耦耦合合到到光光纤纤或或光光缆缆去去传传输输；433.4、子子系系统统光光中中继继器器v必要性：必要性：由于受发送光功率、接收机灵敏度、光纤线由于受发送光功率、接收机灵敏度、光纤线由于受发送光功率、接收机灵敏度、光纤线由于受发送光功率、接收机灵敏度、光纤线路损耗、甚至色散等因素的影响及限制，光路损耗、甚至色散等因素的影响及限制，光路损耗、甚至色散等因素的影响及限制，光路损耗、甚至色散等因素的影响及限制，光端机之间的最大传输距离是有限的。端机之间的最大传输距离是有限的。端机之间的最大传输距离是有限的。端机之间的最大传输距离是有限的。v举例说明：举例说明：在在在在1310nm1310nm1310nm1310nm工作区光端机的最大传输距离一般工作区光端机的最大传输距离一般工作区光端机的最大传输距离一般工作区光端机的最大传输距离一般在在在在5050505070km70km70km70km。v主要作用：主要作用：补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减对波形失真的脉冲进行整形对波形失真的脉冲进行整形对波形失真的脉冲进行整形对波形失真的脉冲进行整形443.4、光光中中继继器器传传统统方方法法v光光电电光光（O O-E E-O O）光光光光电电电电检检检检测测测测器器器器先先先先将将将将光光光光纤纤纤纤送送送送来来来来的的的的非非非非常常常常微微微微弱弱弱弱的的的的并并并并失失失失真真真真了了了了的的的的光光光光信信信信号号号号转转转转换换换换成成成成电电电电信信信信号号号号，再再再再通通通通过过过过放放放放大大大大整整整整形形形形、再再再再生生生生、定定定定时时时时恢恢恢恢复复复复，复复复复原原原原成成成成电电电电脉脉脉脉冲冲冲冲信信信信号号号号（称称称称“3 3 3 3R R R R”中中中中继继继继器器器器）。然然然然后后后后用用用用这这这这一一一一电电电电脉脉脉脉冲冲冲冲信信信信号号号号驱驱驱驱动动动动激激激激光光光光器器器器发发发发光光光光，又又又又将将将将电电电电信信信信号号号号变变变变换换换换成成成成光光光光信信信信号号号号，向向向向下下下下一一一一段段段段光光光光纤纤纤纤发发发发送送送送出出出出光光光光脉脉脉脉冲冲冲冲信信信信号号号号。453.4、光中继器光中继器现代方法现代方法掺铒光纤放大器（掺铒光纤放大器（EDFA）实现了光中继。）实现了光中继。463.5、子子系系统统光光接接收收机机 v基本组成基本组成光检测器和光放大器等组成光检测器和光放大器等组成v主要功能主要功能将光纤或光缆传输来的光信号，经光将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号。检测器转变为电信号。再将这微弱的电信号经放大电路放大再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端机到足够的电平，送到接收端的电端机去。去。47四四、光光纤纤通通信信的的特特点点v1 1、传输频带宽，通信容量大、传输频带宽，通信容量大 v2 2、线路损耗低，传输距离远、线路损耗低，传输距离远 v3 3、抗干扰能力强，应用范围广、抗干扰能力强，应用范围广 v4 4、线径细，重量轻、线径细，重量轻v5 5、抗化学腐蚀能力强、抗化学腐蚀能力强 v6 6、光纤制造资源丰富、光纤制造资源丰富v7 7、光纤的缺点、光纤的缺点脆弱脆弱 484.1、传传输输频频带带宽宽，容容量量大大v通信容量通信容量贝尔实验室贝尔实验室19991999年展示了全球首个传年展示了全球首个传输速度达输速度达3Tb/s3Tb/s的远距离数据传输系统。的远距离数据传输系统。在在300300公里长的实验光纤上，创造出了公里长的实验光纤上，创造出了每秒传输信息每秒传输信息3.28 Tb3.28 Tb的纪录。的纪录。可容纳可容纳2020亿路亿路 和和50005000万套电视节目万套电视节目传输传输“大不列颠百科全书大不列颠百科全书”仅需仅需4.74.7秒秒494.2、线线路路损损耗耗低低，距距离离远远v传输距离传输距离 的的CrovisCrovis公司在芝加哥到西雅图的公司在芝加哥到西雅图的3200km3200km上成功地实现了上成功地实现了1602.5G1602.5G信号信号的传输。的传输。在当时，创造了波长数最多，无电再在当时，创造了波长数最多，无电再生传输距离最长的现场传输世界记录。生传输距离最长的现场传输世界记录。504.3、抗干扰能力强，应用广、抗干扰能力强，应用广v天然干扰：天然干扰：天然干扰：天然干扰：如雷电、电离层的变化和太阳黑子的活动等；如雷电、电离层的变化和太阳黑子的活动等；如雷电、电离层的变化和太阳黑子的活动等；如雷电、电离层的变化和太阳黑子的活动等；v工业干扰：工业干扰：工业干扰：工业干扰：如电动马达、高压电力线等，甚至还有可能发生核如电动马达、高压电力线等，甚至还有可能发生核如电动马达、高压电力线等，甚至还有可能发生核如电动马达、高压电力线等，甚至还有可能发生核爆炸干扰。爆炸干扰。爆炸干扰。爆炸干扰。v抗干扰的原因：抗干扰的原因：抗干扰的原因：抗干扰的原因：石英介质构成，是绝缘体，不怕雷电和高压，不受石英介质构成，是绝缘体，不怕雷电和高压，不受石英介质构成，是绝缘体，不怕雷电和高压，不受石英介质构成，是绝缘体，不怕雷电和高压，不受电磁干扰；电磁干扰；电磁干扰；电磁干扰；载波是频率很高的光波，而各种干扰的频率一般都载波是频率很高的光波，而各种干扰的频率一般都载波是频率很高的光波，而各种干扰的频率一般都载波是频率很高的光波，而各种干扰的频率一般都比较低。比较低。比较低。比较低。514.4、线线径径细细，重重量量轻轻v 事用途事用途事用途事用途 首先在首先在首先在首先在 用飞机上用光纤代替了电缆，不但降低了用飞机上用光纤代替了电缆，不但降低了用飞机上用光纤代替了电缆，不但降低了用飞机上用光纤代替了电缆，不但降低了本钱，节约了空间，而且增加了灵活性和抗干扰能力。本钱，节约了空间，而且增加了灵活性和抗干扰能力。本钱，节约了空间，而且增加了灵活性和抗干扰能力。本钱，节约了空间，而且增加了灵活性和抗干扰能力。v应用举例应用举例应用举例应用举例 用光纤代替了用光纤代替了用光纤代替了用光纤代替了A7A7A7A7飞机上的电缆，飞机的重量减轻了飞机上的电缆，飞机的重量减轻了飞机上的电缆，飞机的重量减轻了飞机上的电缆，飞机的重量减轻了12.25Kg12.25Kg12.25Kg12.25Kg。这个数字可不是一个小数字，因为根据计算，高性能的这个数字可不是一个小数字，因为根据计算，高性能的这个数字可不是一个小数字，因为根据计算，高性能的这个数字可不是一个小数字，因为根据计算，高性能的飞机每增加飞机每增加飞机每增加飞机每增加1 1 1 1磅磅磅磅(16161616盎司盎司盎司盎司,453.592,453.592,453.592,453.592克克克克）的重量，本钱就要增的重量，本钱就要增的重量，本钱就要增的重量，本钱就要增加加加加1 1 1 1万美元。万美元。万美元。万美元。1818芯光缆：芯光缆：150kg/km 150kg/km 1818芯同轴电缆：芯同轴电缆：11t/km11t/km521942年年4月月18日从航空母舰上起飞的日从航空母舰上起飞的B-25轰炸机对轰炸机对 外乡进行轰炸外乡进行轰炸534.5、抗抗化化学学腐腐蚀蚀能能力力强强v适适用用环环境境光光纤纤的的使使用用环环境境温温度度范范围围宽宽，受受温温度度、季季节节等等的的变变化化影影响响很很小小；并并且且使使用用寿寿命命很很长长。抗抗化化学学腐腐蚀蚀能能力力强强。544.6、原原材材料料随随处处可可见见v原材料普遍性原材料普遍性资源丰富的二氧化硅，说得更通俗一资源丰富的二氧化硅，说得更通俗一点就是随处可见的砂子点就是随处可见的砂子v原材料节省性原材料节省性用用1 1公斤的高纯度的石英玻璃可以拉制公斤的高纯度的石英玻璃可以拉制几千公里的光纤，相比之下，制造几千公里的光纤，相比之下，制造1 1公公里里1818管同轴电缆需要耗管同轴电缆需要耗120120公斤的铜，公斤的铜，或或500500公斤的铅。公斤的铅。554.7、光光纤纤的的主主要要缺缺点点v主要缺点主要缺点光纤质地脆光纤质地脆机械强度低机械强度低需要比较好的切割及连接技术需要比较好的切割及连接技术分路、耦合比较麻烦。分路、耦合比较麻烦。光纤怕水光纤怕水56五、光纤传输技术五、光纤传输技术SDHv1 1、SDHSDH技术技术产生背景产生背景v2 2、SDHSDH技术技术开展历史开展历史v3 3、SDHSDH技术技术标准形成标准形成v4 4、SDHSDH技术技术主要特点主要特点v5 5、SDHSDH传输网传输网基本概念基本概念v6 6、SDHSDH传输网传输网基本单元基本单元SDH:Synchronous Digital Hierarchy 同步数字体系同步数字体系575.1、SDH技技术术产产生生背背景景vPDH PDH 缺陷缺陷准同步数据传输体系，从早期话音通准同步数据传输体系，从早期话音通信传输演变而来。信传输演变而来。v用户需求用户需求用户和网络的要求正在不断变化，也用户和网络的要求正在不断变化，也即能迅速、经济地为用户提供电路与即能迅速、经济地为用户提供电路与服务，甚至最终希望能对电路带宽和服务，甚至最终希望能对电路带宽和业务提供在线实时操作。业务提