光纤通信原理与技术绪论

《光纤通信原理与技术绪论》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光纤通信原理与技术绪论（68页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、光通信原理与技术 PRINCIPLE AND TECHNOLOGY OF OPTICAL COMMUNICATION 主讲人：宋新祥Tel：15006886712Email: 什么是通信？什么是通信？ “通通”传送传送，“信信”信息信息；信息的传送；信息的传送 基本组成：发送、传输、接收基本组成：发送、传输、接收n n什么是光纤通信？什么是光纤通信？n n利用激光作为利用激光作为信息信息的载波信号，并通过的载波信号，并通过 光纤来光纤来传送信息传送信息的通信系统。的通信系统。 什么是通信？什么是通信？ “通通”传送传送，“信信”信息信息；信息的传送；信息的传送 基本组成：发送、传输、接收基本

2、组成：发送、传输、接收n n什么是光纤通信？什么是光纤通信？n n利用激光作为利用激光作为信息信息的载波信号，并通过的载波信号，并通过 光纤来光纤来传送信息传送信息的通信系统。的通信系统。光纤通信是人类历史上光纤通信是人类历史上 的重大突破，现今的光纤通信的重大突破，现今的光纤通信 已成为信息社会的神经系统已成为信息社会的神经系统1.光纤通信 (第三版) Gerd Keiser著参考书参考书2. 光纤通信系统 邱昆等著3. 光纤通信系统 杨祥林等著4. 光通信器件与系统J.H.Franz 一 、光纤通信概述2 1光纤通信技术的发展史及现状 2光纤通信系统概述 二、光信号的传输特性12 2.1电

3、磁场理论基础 2.2几何光学理论 2.3光纤中光信号的传输 2.4阶跃光纤中的矢量模 2.5阶跃光纤中的LP模 2.6传播模式的一般特性 2.7单模光纤 三、光纤的传输特性 12 3.1 光纤的损耗3.2 光纤的色散3.3 单模光纤的色散及光纤分类 3.4 色散对通信的影响及对策 3.5 单模光纤的非线性特性 四、光通信器件12 4.1 物质与光之间的相互作用 4.2 半导体发光二极管 4.3 半导体激光器 4.4 光放大器 4.5 光检测器 4.6 光纤连接器及定向耦合器 4.7 波分复用、解复用器 4.8 光调制器 4.9 光开关和光隔离器讲授内容讲授内容(1)(1)五、光检测器及光接收机

4、12 5.1光发送机 5.2光接收机 5.3系统设计 5.4 PDH光通信系统5.5SDH光通信系统5.6波分复用系统 六、光网络 4 6.1SDH传送网 6.2WDM光传送 七、大气激光通信47.1概述7.2激光在大气信道中的传播问题 7.3用于大气激光通信的关键器件和技术讲授内容(2)7.4调制方式 7.5大气激光通信系统 7.6大气激光通信的应用 八、星间激光通信 48.1概述8.2 星间激光链路的种类8.3光学天线 8.4 PAT子系统8.5 通信子系统九、水下激光通信 2 共计64学时 考试课第一章第一章 绪论绪论 Charper1 IntroductionCharper1 Intr

5、oduction传输媒介无线通信：微波、卫星、激光有线通信：铜线电缆、光纤光缆通信系统：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。光纤通信系统：利用光纤光缆传输光波信号的 通信方式。最早的光通信 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”1.11.1光通信发展的技术背景光通信发展的技术背景用光传递信息并不是什么新鲜的事。早在公元两千 多年以前，我们的祖先就在都城和边境堆起一些高 高的土丘，遇到敌人入侵，就在这些土丘上燃起烟 火传递受到入侵的信息，各地诸侯看见烟火就立刻 领兵来救援。其中还有著名的“周幽王烽火戏诸侯” 的故事。这种土丘就叫烽火台

6、烽火台，它就是一种古老的 光通信设备。古希腊的火炬墙由于人们无法解决光向四面八方散射时，光强 减弱和不能通过障碍物的问题，（也就是没有找到 合适的载体和光源）因此，直到上世纪六十年代初 ，光通信都没有什么重大的进展。它仅仅作为一种 信号灯使用，如:马路上的红绿灯、机场上的跑道标 志灯和航标灯等等。 而此时电通信却迅速发展起来，人类进入了 电通信时代。1880年贝尔发明了第一个光电话系统，通话距离213米弧光灯的恒定光束投射在话筒的音膜上，随声 音的振动而得到强弱变化的反射光束，这个过程就 是调制。但是，普通光源强度和纯度都成为制约光 通信发展的因素。第一个光电话系统：现代光通信的开端激光器的发

7、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、方向性好但由于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大气光通信大气光通信受阻，人们将研究的重点转入到地 下光波通信的实验，先后出现过反射波导和透镜 波导等地下通信的实验。但反射波导和透镜波导 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 对光通信的研究走入了低潮1870年，英国物 理学家丁达尔 太阳光 随着水流发生弯曲n水 n空气，光发生 全反射光纤的雏形1953年，英国伦敦学院卡帕尼博士首次将丁 达尔的观察用于实际，发明了用极细的玻璃制作 的

8、光导纤维：芯层+包层。芯层的折射率大于包层 ，光在其中做全反射。1960年左右，最好的光纤损耗也在1000 分贝 /公里 (dB/km)。由于，损耗很大，它最初被用于 医疗，如内窥镜。工作地点：英国标准电信研究所 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、铁与锰等金属 离子和其他杂质；2) 拉制光纤工艺造成芯、包层分界面不均匀及其所引起的折射率不均匀 新的发现：一些玻璃纤维在红外光区的损耗较小现代光纤通信1966年，高锟和霍克哈姆发 表的用于光频的光纤表面 波导奠定了现代光通信的 基础。高锟被尊为光纤之父 。1970年，美国康宁公司研制成功损耗20

9、 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0.47dB/km (工作波长1.2 mm)。目前，波长为1.55 m的标准光纤损耗为 0.2 dB/km。 低损耗光纤的研制1970年，美国贝尔实验室、日本电气公司(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

10、。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1.3 m的铟镓砷磷 (InGaAsP) 激光器。1977 年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到10万 小时。1979年，美国电报电话(AT 2.5Gb/s per channel: forget the fiber; 160Gb/s per channel: forget WDM! 160Gb/s per channel: forget WDM!为克服这些限制，除新型光纤(相对稳定)外 ，综合采用了色散管理、宽带EDFA、 Raman 放大、前向纠错（FEC）等行之有 效的新技术；但新技术不一定都是好技术。 - 系统总成本增加； - 灵活性、扩展性、生存性降低，特别不利于网 络设计怎样才是好技术？怎样才是好技术？带来的科学问题持续发展面临的挑战功能多、适应能力强 、成本低的光子学器件与技术； 革命性变革有待于基础研究如何使光子变 得聪明？ 所有的智能都在电层 - 只能是“低能”； 光层变为 big fat pipe 使运营商无利可图，限制 了光通信的发展； 电子也曾经 stupid，有存储、信号处理等功能 后才变为 SMART； 基本问题：由材料开始！ 1015年解决，将引发通信事业的另一次革命！