光纤通信01概述7992.pptx
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1、第第1章章 概述概述第第1章章 概述概述光通信是光通信是20世纪世纪70年代发展起来的通信技术。年代发展起来的通信技术。光光通通信信技技术术的的诞诞生生是是通通信信发发展展史史上上的的一一次次革革命命性性进进步,促进了人类社会向信息化社会的发展。步,促进了人类社会向信息化社会的发展。光光通通信信技技术术主主要要涉涉及及光光信信号号的的产产生生、传传输输、检检测测以以及组网技术。及组网技术。本本章章将将简简要要介介绍绍光光通通信信的的发发展展与与特特点点,光光纤纤通通信信系系统的组成等。统的组成等。第第1章章 概述概述1.1 光纤通信的发展历程光纤通信的发展历程1.2 光纤通信的特点与应用光纤通
2、信的特点与应用1.3 光纤通信系统的分类与组成光纤通信系统的分类与组成1.1 光纤通信的发展历程光纤通信的发展历程光光纤纤通通信信是是以以光光作作为为信信息息载载体体,以以光光纤纤作作为为传传输输媒媒介的通信方式介的通信方式光光纤纤通通信信技技术术是是近近40年年来来迅迅猛猛发发展展起起来来的的高高新新技技术术,给给世世界界通通信信技技术术乃乃至至国国民民经经济济、国国防防事事业业和和人人民生活带来了巨大变革民生活带来了巨大变革我我国国的的高高速速骨骨干干网网络络、城城市市环环网网已已经经建建成成并并不不断断发发展展,光光纤纤已已经经开开始始进进入入办办公公室室和和家家庭庭,在在信信息息社社会
3、会里,光纤网络将无处不在里,光纤网络将无处不在一、早期的光通信一、早期的光通信直直到到20世世纪纪60年年代代,电电通通信信在在通通信信领领域域都都处处于于绝绝对统治地位对统治地位一一般般来来说说,传传送送信信息息的的总总量量与与载载波波的的工工作作频频率率直直接接相相关关,提提高高载载波波频频率率在在理理论论上上可可以以增增加加传传输输带带宽宽,通常也就可以提高信息传输容量通常也就可以提高信息传输容量一、早期的光通信一、早期的光通信通信应用的电磁频谱通信应用的电磁频谱一、早期的光通信一、早期的光通信电磁波频谱中,一个重要的部分是光频区域电磁波频谱中,一个重要的部分是光频区域以以光光波波形形式
4、式实实现现信信息息传传输输一一般般不不是是通通过过对对载载波波的的频频率率调调制制完完成成的的,而而是是通通过过改改变变光光波波的的光光功功率率来来实实现现的的光波的传输可以采用大气信道和导波信道光波的传输可以采用大气信道和导波信道一、早期的光通信一、早期的光通信早在早在1880年,贝尔就研制成功了光学电话年,贝尔就研制成功了光学电话大气作为大气作为光通道光通道一、早期的光通信一、早期的光通信地下光波通信的实验地下光波通信的实验反射波导反射波导透镜波导透镜波导建设成本极高建设成本极高没有实用价值没有实用价值 二、光纤通信技术的发展二、光纤通信技术的发展现代意义的光通信系统现代意义的光通信系统两
5、个关键问题:两个关键问题:一是合适的光源;一是合适的光源;二是理想的传光媒介二是理想的传光媒介20世纪初就由德拜提出光学纤维波导中传输世纪初就由德拜提出光学纤维波导中传输一一直直到到60年年代代,用用当当时时最最好好的的光光学学玻玻璃璃做做成成的的光光学纤维其损耗也高达学纤维其损耗也高达1000 dB/km二、光纤通信技术的发展二、光纤通信技术的发展1966年年,英英籍籍华华裔裔学学者者高高锟锟(C.K.Kao)和和霍霍克克哈哈姆姆(C.A.Hockham)发发表表了了关关于于传传输输介介质新概念的论文质新概念的论文玻璃纤维引起光损耗的主要原因是玻璃纤维引起光损耗的主要原因是其中含有过量的铬、
6、铜、铁与锰等金属离子和其它杂质其中含有过量的铬、铜、铁与锰等金属离子和其它杂质其其次次是是拉拉制制光光纤纤时时工工艺艺技技术术造造成成了了芯芯、包包层层分分界界面面不不均均匀及其所引起的折射率不均匀匀及其所引起的折射率不均匀还发现一些玻璃纤维在红外光区的损耗较小还发现一些玻璃纤维在红外光区的损耗较小二、光纤通信技术的发展二、光纤通信技术的发展1970年年美美国国的的康康宁宁玻玻璃璃公公司司(Corning Glass Work)拉出了第一根损耗为)拉出了第一根损耗为20dB/km的光纤的光纤它它的的意意义义在在于于:使使光光纤纤通通信信可可以以和和同同轴轴电电缆缆通通信信竞竞争争 二、光纤通信
7、技术的发展二、光纤通信技术的发展1970年,光纤通信用的光源也取得了实质性进展年,光纤通信用的光源也取得了实质性进展室室温温下下连连续续振振荡荡的的镓镓铝铝砷砷(GaAlAs)双双异异质质结结半半导导体体激光器(短波长)激光器(短波长)重大意义在于为半导体激光器的发展奠定了基础重大意义在于为半导体激光器的发展奠定了基础 二、光纤通信技术的发展二、光纤通信技术的发展1972年年,康康宁宁公公司司高高纯纯石石英英多多模模光光纤纤(同同时时允允许许多多个个方方向向的的光光线线在在其其中中传传送送的的光光纤纤)损损耗耗降降低低到到4dB/km1973年年,美美国国贝贝尔尔(Bell)实实验验室室取取得
8、得了了更更大大成成绩,光纤损耗降低到绩,光纤损耗降低到2.5 dB/km1974年降低到年降低到1.1 dB/km1976年年,日日本本电电报报电电话话(NTT)公公司司等等单单位位将将光光纤损耗降低到纤损耗降低到0.47 dB/km(波长(波长1.2 um)。)。二、光纤通信技术的发展二、光纤通信技术的发展在以后的在以后的10年中,波长为年中,波长为1550nm的光纤损耗:的光纤损耗:1979年是年是0.20 dB/km1984年是年是0.157 dB/km1986年年是是0.154 dB/km,接接近近了了光光纤纤最最低低损损耗耗的的理理论极限论极限 二、光纤通信技术的发展二、光纤通信技术
9、的发展1973年,半导体激光器寿命达到年,半导体激光器寿命达到7000小时小时1977年年,贝贝尔尔实实验验室室研研制制的的半半导导体体激激光光器器寿寿命命达达到到10万小时(约万小时(约11.4年)年)1976年年日日本本电电报报电电话话公公司司研研制制成成功功发发射射波波长长为为1.3 um的铟镓砷磷(的铟镓砷磷(InGaAsP)激光器)激光器1979年年美美国国电电报报电电话话(AT&T)公公司司和和日日本本电电报报电电话话公公司司(NTT)研研制制成成功功发发射射波波长长为为1.55 um的的连续振荡半导体激光器连续振荡半导体激光器 二、光纤通信技术的发展二、光纤通信技术的发展1970
10、年成为年成为光纤通信发展的光纤通信发展的一个重要里程碑一个重要里程碑 二、光纤通信技术的发展二、光纤通信技术的发展光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段第第一一阶阶段段(19661976年年),这这是是从从基基础础研研究究到到商商业应用的开发时期业应用的开发时期第第二二阶阶段段(19761986年年),这这是是以以提提高高传传输输速速率率和和增增加加传传输输距距离离为为研研究究目目标标和和大大力力推推广广应应用用的的大大发发展展时时期期第第三三阶阶段段(19861996年年),这这是是以以超超大大容容量量超超长长距离为目标、全面深入开展新技术研究的时期距离为目
11、标、全面深入开展新技术研究的时期二、光纤通信技术的发展二、光纤通信技术的发展第一阶段(第一阶段(19661976年)年)以以1976年年美美国国在在亚亚特特兰兰大大(Atlanta)进进行行的的世世界界上上第第一一个个实实用用光光纤纤通通信信系系统统的的现现场场试试验验为为标标志志,光光纤纤通通信信开始走向实用化开始走向实用化第一代系统工作在第一代系统工作在850 nm附近,多模光纤作传输介质附近,多模光纤作传输介质采采用用GaAs为为基基础础材材料料制制成成的的激激光光器器作作光光源源,硅硅材材料料制制成的光检测器成的光检测器速率在速率在45140 Mb/s之间,传输距离约之间,传输距离约1
12、0 km二、光纤通信技术的发展二、光纤通信技术的发展第二阶段(第二阶段(19761986年)年)工工作作波波长长从从850 nm(短短波波长长)移移至至1310 nm(长长波波长)长)光纤也从多模发展到单模光纤也从多模发展到单模长长途途干干线线的的传传输输速速率率为为140565 Mb/s的的单单模模光光纤纤通信系统,无中继传输距离为通信系统,无中继传输距离为1050 km 二、光纤通信技术的发展二、光纤通信技术的发展第三阶段(第三阶段(19861996年)年)实现了实现了1550 nm色散移位单模光纤通信系统色散移位单模光纤通信系统色散位移光纤色散位移光纤1988年,第一条横跨大西洋年,第一
13、条横跨大西洋TAT-8海底光缆通信系统海底光缆通信系统1989年年第第一一条条横横跨跨太太平平洋洋TPC-3/HAW-4海海底底光光缆缆通信系统通信系统1989年年,ITU-T制制定定了了155 Mb/s、622 Mb/s、2.5 Gb/s等等SDH速率标速率标 二、光纤通信技术的发展二、光纤通信技术的发展第四代系统第四代系统光放大器(光放大器(OA,Optical Amplifier)增加中继距离)增加中继距离波波 分分 复复 用用(WDM,Wavelength Division Multiplexing)增加传输容量)增加传输容量10 Gb/s、40 G系统也已商用化系统也已商用化三、我国
14、光纤通信的发展三、我国光纤通信的发展1987年前在市话中继线路上应用光纤通信年前在市话中继线路上应用光纤通信1987年年开开始始在在长长途途干干线线上上应应用用光光纤纤通通信信,铺铺设设了了多条省内二级光缆干线多条省内二级光缆干线从从1988年年起起,我我国国的的光光纤纤通通信信系系统统由由多多模模向向单单模模发展发展1998年年12月月,贯贯穿穿全全国国的的“八八纵纵八八横横”光光纤纤骨骨干干网网建建成成,网网络络覆覆盖盖全全国国省省会会以以上上城城市市和和70%的的地市,全国长途光缆达到地市,全国长途光缆达到20万千米万千米1.2 光纤通信的特点与应用光纤通信的特点与应用光光纤纤通通信信主
15、主要要用用于于骨骨干干网网通通信信和和城城市市环环网网通通信信等等诸诸多多方方面面,并并且且向向接接入入网网延延伸伸,这这是是和和其其显显著著的的特特点点分不开的分不开的一、光纤通信的优点一、光纤通信的优点速率高,传输容量大速率高,传输容量大单模光纤的带宽可以达到几十单模光纤的带宽可以达到几十G/s损耗低,传输距离远损耗低,传输距离远石石英英光光纤纤损损耗耗为为0.2 dB/km(1550 nm窗窗口口)和和0.35 dB/km(1310 nm窗口)窗口)抗干扰能力强,保密性好抗干扰能力强,保密性好光纤是非金属材料,它不会受到电磁干扰光纤是非金属材料,它不会受到电磁干扰光纤的外泄光能很少,难以
16、窃听光纤的外泄光能很少,难以窃听 一、光纤通信的优点一、光纤通信的优点重量轻,敷设方便重量轻,敷设方便在在传传输输相相同同信信息息量量时时,光光缆缆的的质质量量为为电电缆缆质质量量的的1/301/10施工时可以采用与电缆相同的敷设技术进行敷设施工时可以采用与电缆相同的敷设技术进行敷设耐腐蚀,寿命长耐腐蚀,寿命长石英玻璃耐腐蚀石英玻璃耐腐蚀光纤接头处不产生放电、没有火花光纤接头处不产生放电、没有火花光纤具有更适应环境变化的能力光纤具有更适应环境变化的能力光纤通信的特点光纤通信的特点事事物物都都是是一一分分为为二二的的,光光纤纤通通信信有有许许多多优优点点,因因而而发展很快,但光纤通信也有以下缺点
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