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1、光技术与光纤通信,云南大学信息学院通信工程系 宗 容,第一章 概述,光纤通信,课程计划,一、目的 通信事业发展快，人才缺乏； 新技术有许多待开发的领域 目前信息中的82%是通过光纤传输 二、特点 尽可能新、专、实用 重在器件、系统、网络、跟踪新技术,三、教材及主要参考书 教材： 刘增基，周洋溢，胡辽林，周绮丽. 光纤通信M (第一版). 西安：西安电子科技大学出版社，2001.8 参考书： 1 顾婉仪、李国瑞. 光纤通信系统. 北京：北京邮电大学出版社，1999.11； 2 杨祥林. 光纤通信系统.北京：国防工业出版社，2000.1； 3 胡先志、邹林森、刘有信. 光缆及工程应用. 北京：人民
2、邮电出版社，1998.11； 4 纪越峰、顾婉仪、李国瑞. 光缆通信系统. 北京：人民邮电出版社，1994； 5 解金山、陈宝珍. 光纤数字通信系统(修订版). 北京：电子工业出版社，2002.10； 6 韦乐平.光同步数字传输网. 北京：人民邮电出版社，1993；,7 原荣.光纤通信网络.北京：电子工业出版社，2000； 8 张劲松、陶智勇、韵湘. 光波分复用技术. 北京：北京邮电大学出版社，2002.6； 9 纪越峰等. 现代通信技术. 北京：北京邮电大学出版社，2002.3； 10 吴承志、徐敏毅. 光接入网工程. 北京：人民邮电出版社，1998.5； 11湖北武汉众友公司，云南大学信息
3、学院. 光技术与光纤通信实验指导书.2005.9。 12（美）Rajiv Remaswami，Kumar N.Sivarajan著，乐孜纯译. 光网络（上卷）光纤通信技术与系统. 光网络（下卷）组网技术分析.北京：机械工业出版社，2004.9。 13 （美）Uyless Black著，黄照祥、雷蕾、梁庄译，李玲审. 光网络第三代传送系统.北京：机械工业出版社，2003.4。 14张宝富. 全光网络. 北京：人民邮电出版社，2002.1；,四、实验 1、光纤实验箱，可完成25个各种实验 2、一个简易的小型音频光纤通信系统 五、学时及考试安排 每周3学时，讲授18周，共计54学时，扣除五一节放假3
4、学时，考试2学时，实际讲授时间48学时。其中还需安排实验12学时。 期中考试时间： 第九周4月24日 期末考试时间：7月10日 六、学完后水平 了解基本原理和一些实际的东西,光技术与光纤通信,第一章 概述 第二章光纤与光缆 第三章 通信用光器件 第四章 光纤通信系统 第五章 光纤通信中的高新技术,第一章 概述,1.1 光纤通信的发展与现状 1.2 光纤通信的特点 1.3 光纤通信系统的组成及分类 1.4 国家“十五” 863计划光纤通信技术的发展战略与实施策略,1.1 光纤通信的发展与现状,一、光通信的发展史 二、先进国家光纤通信的发展 三、我国光纤通信事业的发展 四、云南省光纤通信事业发展
5、五、光纤通信的发展趋势,一、光通信的发展史,光通信：利用光进行信息传输的一种通信方式。 光通信的发展主要经历了三个发展阶段 可视通信 激光大气通信 光纤通信,1、可视通信,古代的烽火台、烟火传递单个信息 18世纪末信号灯、船舰使用的灯塔、旗语等 近代战争中的信号弹，抗战时期的消息树等 1792年用中继器使机械代码信息传送100km，有效速率小于1b/s 之后很长一段时间电取代了光,电通信,19世纪30年代：电报、莫尔斯代码，传输速率310b/s，中继可达1000km 1866年，第一条越洋电报电缆系统投入运营 1876年，发明了电话，电信号通过连续变化电流的模拟形式传输 1940年，第一代同轴
6、电缆系统投入使用，3MHz系统，可传300路音频信号或1路视频信号，但当频率超过100MHz时，电缆损耗迅速增加 1948年，4GHz的微波系统投入运营，利用110GHz的电磁载波及相关调制技术传递信号，可工作于100Mb/s 1975年最先进同轴系统投入运营,速率可达274 Mb/s，中继约1km 到70年代，电通信获得的最大BL不超过100 (Mb/s)km,2、激光大气通信,60年代初，人们利用二氧化碳激光器进行激光大气通信实验 由于其传输介质是地球周围的大气层，而大气层又存在着对光的严重吸收，散射作用和天气变化影响等缺点，使得激光大气通信在通信距离、稳定性、可靠性方面受到严重影响 60
7、年代中期一度振兴的激光大气通信研究处于停滞状态,3、光纤通信,光纤(Fibre)光导纤维的简称 光纤通信以光波为载波，以光导纤维为传输媒质的一种通信方式。 容量 频率f 光波 光波是人们最熟悉的电磁波，其波长在微米级，频率为1014Hz，紫外光、可见光、红外光属于光波的范畴,电磁波波段划分和常用传输媒质-1,电磁波波段划分和常用传输媒质-2,红外光：波长 0.75m 紫外光：波长 0.4m 可见光： 0.4m 0.75m ,其波长范围能被人眼感觉到 目前光纤通信使用的波长范围是在近红外区内， 即波长 为: 0.81.8m 频率 f 为 : (3.751.67)1014Hz 可分为短波长段： 0
8、.85m， 长波长段： 1.31m和 1.55m 这是目前所采用的三个通信窗口,光纤通信的问世，有两大难题： 1、光源 2、传光媒质 第一个难题：光源很多，需相干光源，且工作稳定 到1960年美国人Maiman发明了第一台红宝石激光器，但工作时间不长,激光特点,1、能量高度集中 2、频率单一 3、方向性好 4、相干性好（频率、相位、偏振方向、传播方向一致）,第二个难题：传输媒质1,1950年，光在光纤中传输问题开始了理论研究 1951年，发明了医用光导纤维，但损耗太大 60年代，提出许多方法，用气体透镜系列进行光限制传输 1966年，英籍华人高琨(K.C.Kao)博士提出：电沿着导线传输，光也
9、能沿着线传，可利用SiO2石英玻璃制成低损耗光纤的设想。 他揭示了低损耗光纤的可能性，使光通信的研究工作又获得了生机，此时期光纤杂质太高，其损耗超过了1000dB/km,第二个难题：传输媒质3,1970年，美国康宁公司研究出损耗为20 dB/km的光纤，在1 m附近波长使光纤进行远距离传输成为可能 同时，在1970年美国AT&T公司发明了半导体激光器（GaAlAs），体积小，可在室温下连续工作，正好适应了这一要求 1970年被称为光纤通信的元年，高琨被称为光纤之父,光纤通信发展可粗略分三个阶段,19661976年，从基础研究到商业应用的开发时期 19761986年，以提高传输速率和增加传输距离
10、为研究目标和大力推广应用的大发展时期 19861996以超大容量超长距离为目标，全面深入开展新技术研究的时期,三个阶段的系统比较,二、先进国家光纤通信的发展,世界上已形成北美、西欧和远东三个光纤通信发达地区，代表国家为：美国、英国和日本 美国78年建成第一条市话光纤，82年建成第一条长途，到1993年止，已建成通信系统200多个，光纤总长达27万km以上 美国有五大光纤工程：东部走廊，东部和西部干线，大西洋和太平洋洲际海底干线,先进国家光纤通信的发展1,全长达3400km横贯日本南北的大干线 法国比亚里茨的“光纤城”等 世界主要电信产品供应商，如：Lucent, Nortol, Alcatel
11、, NEC, Siemens, Macosi, Fujitsu等都把光纤通信放在相当重要位置，投入大量人力、资金进行研究开发，并分别取得重大进展，创造了一个个新的世界记录，许多原以家电产品为主闻名的厂商如：Toshiba, Sony或计算机厂商Cisco, Canon, 3M也纷纷加入光纤通信的行列，成果斐然,先进国家光纤通信的发展2,世界先进国家提出FTTx战略，即：光纤到路边(FTTC)、大楼(FTTB)、办公室(FTTO)、小区(FTTZ)、用户(FTTH)等 世界上最大的三个长途电信公司美国的AT&T、MCI、SPRINT公司，光纤化程度已分别高达100、88和100,三、我国光纤通信
12、事业的发展,我国的光通信起步较早，70年代初就开始了大气传输光通信的研究，随之又进行光纤和光电器件的研究，自1977 年初，研制出第一根石英光纤起，跨过一道道难关，取得一个又一个零的突破。如今回顾起来，所经历的“里程碑”依然历历在目 。 1977年，武汉邮电科学研究院研制出中国第一根阶跃折射率分布多模光纤，其在0.85m的衰减系数为300dB/km，长度为17 m；研制出 Si-APD 。 1978年，阶跃光纤的衰减降至 5 dB/km 。研制出短波长多模梯度光纤，即 G.651 光纤。研制出 GaAs-LD 。 1979年，研制出多模长波长光纤，衰减为 1dB/km 。建成 5.7 km ,
13、 8 Mbit/s 光通信系统试验段。,我国光纤通信事业的发展1,1980年，1300nm 窗口衰减降至 0.48dB/km ，1550nm 窗口衰减为 0.29dB/km 。研制出短波长用的 GaAlAs-LD 。 1981年，研制出长波长用的 InGaAsP-LD 和 PIN 探测器。多模光纤活动连接器进入实用。研制出 34Mbit/s 光传输设备。 1982年，研制成功长波长用的激光器组件和探测器组件（PIN-FET）。研制出光合波分波器、光耦合器、光衰减器、滤光器等无源器件。研制出 140Mbit/s 光传输设备。 1984年，武汉、天津34Mbit/s市话中继光传输系统工程建成（多模
14、）。,我国光纤通信事业的发展2,1985年，研制出1300nm 单模光纤，衰减达0.40dB/km 。 1986年，研制出动态单纵模激光器。 1987年底，建成了第一个国产的长途光通信系统，由武汉至荆州，全长约250km，传输34Mb/s信号 1988年，全长245km的武汉荆州沙市 34Mbit/s 多模光缆通信系统工程通过邮电部鉴定验收。扬州高邮34Mbit/s 单模光缆通信系统工程通过邮电部鉴定验收。 1989年，汉阳汉南140Mbit/s 单模光传输系统工程通过邮电部鉴定验收。,我国光纤通信事业的发展3,1990年，研制出 G.652 标准单模光纤，最小衰减达 0.35dB/km 。到
15、1992年降至0.26dB/km 。成功地研制出1550nm分布反馈激光器（DFB-LD）。 1991年，研制出 G.653 色散位移光纤。最小衰减达 0.22dB/km 。研制出 565Mbit/s 光传输设备。合肥芜湖140Mbit/s 单模光传输系统工程通过国家鉴定验收， 这是第一条全国产化的长途直埋单模光纤光缆线路，全长150km左右，光缆首次从水下跨越长江。 1992年，研制出掺铒光纤EDF 。研制出可调谐DFBLD 和泵浦源LD ；FC-PC陶瓷单模光纤活动连接器通过邮电部鉴定。,我国光纤通信事业的发展4,1993年，在掺铒光纤放大器的研究上取得突破性进展，小信号增益达25dB。上
16、海无锡565Mbit/s 单模光传输系统工程通过邮电部鉴定验收。该工程的建成，在国内外产生了重大影响。 1995年，研制出 STM-1、STM-4 SDH设备。 1996年，研制出 STM-16 SDH设备。 1997年，研制出G.655 非零色散位移光纤。研制出应变多量子阱DFB激光器，STM-1、STM-4 收/发模块和STM-16接收模块。 1997年， 成都攀枝花622Mbit/s SDH 光传输工程通过邮电部鉴定验收；咸宁622Mbit/s SDH双自愈环互连系统工程通过建设部门初验,我国光纤通信事业的发展5,1997年，武汉邮电科学研究院将自行研制出的622Mbit/s和2.5Gbit/s光纤通信系统分别安装到湖北的咸宁至通城，海南的海口至三亚进行现场试验。 1998年， 海口三亚2.5Gbit/s 光传输系统工程通过邮电部鉴定验收，该工程全长322km，仅在万宁设一个中继站，
