光纤通信与系统设计PPT讲稿.ppt
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1、光纤通信与系统设计第1页,共44页,编辑于2022年,星期五课程助教严慈朔地址:电信楼群5-210Email:ycs_职责:批改作业、答疑、习题课、实验室参观讲解第2页,共44页,编辑于2022年,星期五光纤通信(第三版)Gerd Keiser著电子工业出版社参考书参考书第3页,共44页,编辑于2022年,星期五课程内容课程内容 1.概论 2.光纤的结构和导波原理和制造3.光纤中的信号损伤4.光源5.光功率发射和耦合6.光检测器7.光接收机8.数字光纤通信系统9.模拟光纤通信系统10.WDM概念和器件11.光放大器12.光纤通信网络 13.光纤通信测量 第4页,共44页,编辑于2022年,星期
2、五第一章第一章 概概 述述第5页,共44页,编辑于2022年,星期五l光纤通信的历史l光纤通信的主要特征:优缺点l光纤通信系统的组成和分类l应用主要内容主要内容第6页,共44页,编辑于2022年,星期五1.1 光纤通信的发展与现状光纤通信的发展与现状传输媒介光纤通信系统:光纤通信系统:利用光纤光缆传输光波信号的通信方式优点:优点:价格便宜,线路损耗低、频带宽,已成为通信网骨干无线通信:微波、卫星、激光有线通信:铜线电缆、光纤光缆通信系统:通信系统:将信息从一处传到另一处的全部技术设备和信道(传输媒介)的总和第7页,共44页,编辑于2022年,星期五电磁波:交变电场产生交变磁场,交变磁场激起交变
3、电场 电场、磁场无限地交变产生形成电磁场光通信的基础:电磁波理论麦克斯韦1865年发表电磁场理论赫兹1888年实验证实电磁波存在光也是一种电磁波第8页,共44页,编辑于2022年,星期五发送信号的频率越高(波长越短),可载送的信息量就越多在电磁波谱中,光波范围包括红外线、可见光、紫外线,其波长范围为:300 mm 6103 mm。电磁波谱常用通信光载波频率190 THz第9页,共44页,编辑于2022年,星期五光纤通信载波在167 375 THz之间(波段在0.8 mm1.8 mm)A.0.8 mm 0.9 mm称为短波段B.1.0 mm 1.8 mm称为长波段C.2.0 mm以上称为超长波段
4、 各种单位的换算公式c=3108 m/s1MHz(兆赫)=106 Hzl=c/f1GHz(吉赫)=109 Hz1 mm(微米)=106 m1THz(太赫)=1012 Hz1 nm(纳米)=109 m1PHz(拍赫)=1015 Hz1(埃)=1010 m通信用光波范围第10页,共44页,编辑于2022年,星期五公元前11世纪,西周王朝,烽火台白天点狼粪,晚上燃柴火“狼烟四起”最早的光通信第11页,共44页,编辑于2022年,星期五1880年贝尔发明了第一个光电话系统,通话距离213米光源不行:普通光源强度和纯度都成为制约光通信发展的因素现代光通信的开端:第一个光电话系统第12页,共44页,编辑于
5、2022年,星期五激光器的发明和应用,光通信进入一个崭新的阶段,它具有亮度高、谱线窄、方向性好介质不行:大气通信受气象条件的影响,通信不稳定频率为100太赫兹的红宝石激光器美国梅曼(Maiman),1960新阶段:大气激光通信第13页,共44页,编辑于2022年,星期五人们将研究的重点转入到地下,先后出现过反射波导和透镜波导等地下通信的实验,但它们造价昂贵,调整、维护困难。地下光通信没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质使光通信的研究走入了低谷使光通信的研究走入了低谷第14页,共44页,编辑于2022年,星期五1870年,英国物理学家丁达尔 太阳光随着水流发生弯曲
6、 n水 n空气,光发生全反射全反射光纤的雏形1953年,英国伦敦学院卡帕尼博士将此用于实际,发明了玻 璃光导纤维:芯层+包层(n芯层n包层)光纤1960年,最好的光纤损耗也在1000 dB/km,故它仅能用于 医疗,如内窥镜第15页,共44页,编辑于2022年,星期五研究对象:光在石英玻璃纤维中的严重损耗问题损耗原因:1)玻璃纤维中含有过量的铬、铜、铁、锰、OH-2)光纤拉制工艺造成芯、包层分界面不均匀及其 所引起的折射率不均匀新的发现:玻璃纤维在红外光区的损耗较小现代光纤通信的大发展:光纤损耗的解决光纤之父:高锟1966年英国标准电信研究所第16页,共44页,编辑于2022年,星期五1970
7、年,美国康宁公司研制成功损耗20 dB/km的石英光纤。1972年,康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到4 dB/km。1973年,美国贝尔实验室的光纤损耗降低到2.5 dB/km。1974年,贝尔实验室将损耗进一步降低到1.1 dB/km。1976年,日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗降低到0.47 dB/km(工作波长1.2 mm)。目前,波长为1.55 mm的标准光纤损耗为 0.2 dB/km。低损耗光纤的研制第17页,共44页,编辑于2022年,星期五1970年,Bell Lab、日本NEC和前苏联先后研制成功室温下连 续振荡的镓铝砷(GaAlAs)双异质结半导体激光器(短波 长)。虽
8、然寿命只有几个小时,但它为半导体激光器 的发展奠定了基础,成为光纤通信史上的里程碑。1973 年,半导体激光器寿命达到7000小时。1976年,日本NTT研制出波长为1.3mm的铟镓砷磷(InGaAsP)激 光器。1977 年,Bell Lab研制的半导体激光器寿命达到10万小时。1979年,AT&T和NTT研制成功波长为1.55mm的半导体激光器。半导体通信光源的出现第18页,共44页,编辑于2022年,星期五1976年,美国在亚特兰大进行世界上第一个实用光纤通信系统 的现场试验1976年,日本进行了 34 Mb/s 的阶跃多模光纤通信系统试验1978年,日本进行了100 Mb/s的渐变型多
9、模光纤通信系统试验1980年,美国标准化FT-3光纤通信系统投入商业应用1983年,敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线1988年,美日英法建成第一条横跨大西洋海底光缆通信系统1989年,建成第一条横跨太平洋 海底光缆通信系统 光纤通信系统的发展第19页,共44页,编辑于2022年,星期五当今世界范围的光纤通信系统第20页,共44页,编辑于2022年,星期五第一代:19661979(从基础研究到商业应用的开发时期)激光器(GaAs),波长0.8m,多模光纤,最大中继距离10 km(当时的同轴电缆系统中继距离为1km),比特率为10100Mb/s。多模色散和损耗是限制中继距离的关键。光纤通信的四个发
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