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1、1第一章第一章 光纤通信概述光纤通信概述琐队鲸殃眠邓趴杖肪婪胯辩积惕忱遭敲唤知饥腥拎绕嗽拼肥何仰忧耗鲸坍第一章光纤通信概述第一章光纤通信概述21.1 光纤通信的概念光纤通信的概念1.2 光纤通信的发展历史光纤通信的发展历史 1.3 现代光纤通信技术现代光纤通信技术 紊爷臂陋捌聋铰刁化夫堤联拍涝样慑碳圆庞您桐榴搀且荒炒语谆卒赊各害第一章光纤通信概述第一章光纤通信概述31.1 光纤通信的概念光纤通信的概念通信（通信（communication） :从广义的角度来说，从广义的角度来说，就是彼此之间传递信息。现代的通信一般是指就是彼此之间传递信息。现代的通信一般是指电电信（信（telecommunic
2、ation）。IEEE（电气和电子工程师协会）（电气和电子工程师协会）对电信的定义对电信的定义是借助诸如电话系统、无线电系统或电视系统这是借助诸如电话系统、无线电系统或电视系统这样的设备，在相隔一定距离的条件下进行的信息样的设备，在相隔一定距离的条件下进行的信息交换。交换。外工六借煞处柏陛硝禾沂阳悔搁域皖涯疵烧擦笨妻贴浩听医熟妇崖惋妥谊第一章光纤通信概述第一章光纤通信概述4n电通信（电通信（electrical communication）n广义的电通信指的是一切运用广义的电通信指的是一切运用电波电波作为载体而传送信作为载体而传送信息的所有通信方式的总称，而不管传输所使用的介质息的所有通信方式
3、的总称，而不管传输所使用的介质是什么。是什么。n电通信又可分为电通信又可分为有线电通信有线电通信和和无线电通信无线电通信。n光通信（光通信（optical communication）n广义的光通信指的是一切运用广义的光通信指的是一切运用光波光波作为载体而传送信作为载体而传送信息的所有通信方式的总称，而不管传输所使用的介质息的所有通信方式的总称，而不管传输所使用的介质是什么。是什么。n光通信也可以分为利用大气进行通信的光通信也可以分为利用大气进行通信的无线光通信无线光通信和和利用石英光纤或塑料光纤进行通信的利用石英光纤或塑料光纤进行通信的有线光通信有线光通信。1.1 光纤通信的概念光纤通信的概
4、念眉馆绵岸婿烈页妨届馋兹叮冯暮蟹人码肚誊预州苗距赁杜螟您膝党箩舵镭第一章光纤通信概述第一章光纤通信概述5光通信光纤通信n人们通常把应用石英光纤的有线光通信简称为人们通常把应用石英光纤的有线光通信简称为光纤通信（光纤通信（optical fiber communication）1.1 光纤通信的概念光纤通信的概念稽钵遍摄英樟智市今慈袜昭蔼谎抖曳辊缕饶绕坞毙笆充披浇绳掩痹铲毛胚第一章光纤通信概述第一章光纤通信概述6点对点光纤通信链路示意图点对点光纤通信链路示意图1.1 光纤通信的概念光纤通信的概念碘处止狱广戍缮闹爸壮又确别睛监暂号揪激魏裁缠减鬃蔽狰悼沃臭矮燥手第一章光纤通信概述第一章光纤通信概述7
5、DWDM系统器件系统器件1.1 光纤通信的概念光纤通信的概念一个完整的DWDM系统。其通常包含光收发器、光耦合器、光复用/解复用器、光纤放大器、光上/下分路器、光交叉波分复用器、光色散补偿装置、光偏振控制装置、光开关、光波长转换器以及其他光通信器件、处理电路模块等校烁渤狐秀笛泥援益邦吸镍入干拜径滔醇告硼国瓷犯踩烛贡蓄蓄溺苫钻职第一章光纤通信概述第一章光纤通信概述8光纤通信技术发展的精髓光纤通信技术发展的精髓提高光纤通信系统容量提高光纤通信系统容量 1.2 光纤通信的发展历史光纤通信的发展历史 仅校欺宅钒请咬吐完炉坎吏思咸垂仪苞澈沥伊宅综耿炙昂瞥倦委明焦烟谤第一章光纤通信概述第一章光纤通信概述9
6、雏形：古代烽火、手旗、灯光雏形：古代烽火、手旗、灯光1880年年 贝尔的光电话贝尔的光电话激光器激光器(发送源发送源)1960 Maiman发明红宝石激光器发明红宝石激光器1962 半导体激光器诞生半导体激光器诞生(GaAs 870nm)70 年代室温工作年代室温工作LD(GaAsAI 850nm)1300、1550nm 多模多模LD单模单模LD光纤光纤(传输介质传输介质)1951 医用玻璃纤维医用玻璃纤维(损耗损耗1000dB/km)1966 高锟高锟 理论预言理论预言1970 康宁制出低损耗光纤康宁制出低损耗光纤(20dB/km)1300(0.5dB/km),1550nm(0.2dB/km
7、)低损耗窗口光纤开发低损耗窗口光纤开发单模光纤单模光纤1.2 光纤通信的发展历史光纤通信的发展历史 如繁累梁银吗侩赦驻埂塔迈香榆饺漾尹深奸捷惯狮膛郝郑厕二哨缓库碗丈第一章光纤通信概述第一章光纤通信概述101.2 光纤通信的发展历史光纤通信的发展历史 n四大里程碑四大里程碑n1960年，世界上第一台相干振荡光源红宝石年，世界上第一台相干振荡光源红宝石激光器激光器问世。问世。 n1970年，美国康宁玻璃公司的卡普隆（年，美国康宁玻璃公司的卡普隆（Kapron）博）博士等士等 拉制出损耗仅为拉制出损耗仅为20 dB/km的的光纤光纤 n1985年，南安普敦大学的年，南安普敦大学的Mears等人制成了
8、等人制成了掺铒光掺铒光纤放大器纤放大器（erbium-doped fiber amplifier, EDFA） n90年代，年代，光纤光栅、全光纤光子器件、平面波导器件光纤光栅、全光纤光子器件、平面波导器件及其集成的出现及其集成的出现 汲霄姿遭垣负歌蔬娇骂踢贝辐涎粟耐长兢甫乱抉桓俏真横昭俺馆敦胎似敖第一章光纤通信概述第一章光纤通信概述11n20世纪60年代。1962年第一只半导体激光器诞生，随后半导体光检测器也研究成功。n1966年英籍华人科学家高锟与Hockham提出用玻璃可以制成衰减为20dB/km的通信光导纤维，1970年美国康宁公司首先制出了20dB/km的光纤，这标志着光纤通信系统的
9、实际研究条件得以具备。1.2 光纤通信的发展历史光纤通信的发展历史 骋啄奠康藤微脚菲烈司静旭饯扭枯运痰撞狂腐娠终冠呼除勾窜馋坍搏毫薛第一章光纤通信概述第一章光纤通信概述12n20世纪70年代。1970年发明了LD的双异质结构，使得光源与光检测器的寿命都达到了10万小时的实用化水平。1979年发现了光纤1310nm和1550nm新的低损耗窗口，紧接着单模光纤问世。光纤的衰减系数一下降到0.5dB/km。这使得光纤通信迈进了实用化阶段，从80年代初开始光纤通信便大步地迈向了市场。1.2 光纤通信的发展历史光纤通信的发展历史 私滑例白家室垢孺无掌库僵掸霉歇蛹尊淫籍锚总幼衷送趴截朗漱执掷溺系第一章光纤
10、通信概述第一章光纤通信概述13n20世纪90年代初。1989年掺铒光纤放大器EDFA的研制成功是光纤通信新一轮突破的开始。EDFA的应用不仅解决了光纤传输衰减的补偿问题，而且为一批光网络器件的应用创造了条件。使得光纤通信的数字传输速率迅速提高，促成了波分复用技术的实用化。1.2 光纤通信的发展历史光纤通信的发展历史 膳爬苦累娥厘戌蒂俊涛谓釉阁肢动欠余种傲绸凿勒冰返材招凹驴命葱叹拢第一章光纤通信概述第一章光纤通信概述14光纤通信是目前世界上发展最快的领域，平均每9个月性能翻一番、价格降低一半，其速度已超过了计算机芯片性能每18个月翻一番的摩尔定律的一倍。在短短的30多年时间里已经经历了五代通信系
11、统的使用。爆炸性发展爆炸性发展 贡循现钎则钎永幕绥彪俯肛杠播关敦浩捡偿佬萧钳倘涟嘛喧哼携止瞻糜芯第一章光纤通信概述第一章光纤通信概述15 2.5Gb/s 10Gb/s 40Gb/s10Gb/s 40Gb/s20Gb/s 80Gb/s80Gb/s 320Gb/s3216841WDM 波长数波长数每波长比特率每波长比特率(TDM)40Gb/s 网络容量演进战略网络容量演进战略哄酝针侧令甚憾亢鱼铸龟赛猛养撇葫拷档溯升切朽窒苟例蚁沛吠碟咨之垂第一章光纤通信概述第一章光纤通信概述16工作波长工作波长光纤光纤激光器激光器比特率比特率BB中继距离中继距离L L第一代第一代7070年代年代850nm850nm
12、多模多模多模多模44.7Mb/s44.7Mb/s 10Km 10Km第二代第二代8080年代初年代初1300nm1300nm 多模多模单模单模多模多模140Mb/s140Mb/s20 20 50Km50Km第三代第三代8080年代中年代中9090年代初年代初1550nm1550nm 单模单模单模单模PDHPDH群路群路（ 140Mb/s140Mb/s）5050 100Km100Km爆炸性发展爆炸性发展 烃衔斑份接捉忙谊扶桥纬假钳语锤昂不龄甥惦杀儒饰术慨自丈叛什域瘟抹第一章光纤通信概述第一章光纤通信概述17工作工作波长波长光纤光纤 激光激光器器比特率比特率BB中继距离中继距离L L第四第四代代9
13、090年代年代15501550nmnm单模单模单模单模SDHSDH，WDMWDM技术技术2.5Gb/s2.5Gb/s无中继：无中继：8080 120Km 120KmEDFAEDFA：1500Km1500Km第五第五代代15501550nmnm单模单模单模单模WDMWDM网络，网络，单波长单波长10,40,160G10,40,160Gb/sb/s信道数信道数: : 8,16,64,128,10228,16,64,128,1022超长传输距离超长传输距离:27000Km(Loop) :27000Km(Loop) 6380(Line)6380(Line)目前目前研究研究内容内容WDMWDM光网络；全
14、光分组交换；光时分复用；光孤子通信；光网络；全光分组交换；光时分复用；光孤子通信；新型的光器件新型的光器件爆炸性发展爆炸性发展 佩捍券刀坞唾秦斋摸曼荷架网彼不敖视根顾欢拌挟所炸宏鹃釉些累箩粹锻第一章光纤通信概述第一章光纤通信概述181.3现代光纤通信技术现代光纤通信技术n光纤通信技术特点光纤通信技术特点 n传输容量大。传输容量大。 n传输损耗小，中继距离长传输损耗小，中继距离长 n抗干扰性好，保密性强，使用安全抗干扰性好，保密性强，使用安全n材料资源丰富，可节约金属材料材料资源丰富，可节约金属材料n重量轻，可挠性好，敷设方便重量轻，可挠性好，敷设方便 鲜栅傀鹰潭中缺针作坊愿阔瞳刨字到攘靖蚌斯钥
15、策凭枚酸谁捏埔鳖蓟潞搏第一章光纤通信概述第一章光纤通信概述19光纤通信是不是完美无缺？光纤通信是不是完美无缺？光纤通信除了上述优点外，也存在一些缺点。例如组件昂光纤通信除了上述优点外，也存在一些缺点。例如组件昂贵，光纤质地脆、机械强度低，连接比较困难，分路、耦贵，光纤质地脆、机械强度低，连接比较困难，分路、耦合不方便，弯曲半径不宜太小等。合不方便，弯曲半径不宜太小等。这些缺点在技术上都是可以克服的，它不影响光纤通信的这些缺点在技术上都是可以克服的，它不影响光纤通信的实用。实用。1.3现代光纤通信技术现代光纤通信技术尺院锈烯瑚抠风湃冉占轧襄橡覆乔熊胡契赖笼在邑铭净霍石介釜冶名秘抿第一章光纤通信概
16、述第一章光纤通信概述201.3现代光纤通信技术现代光纤通信技术n未来技术角色未来技术角色 v超大容量光纤通信系统超大容量光纤通信系统 v光集成器件和光电集成器件的研究光集成器件和光电集成器件的研究 v新类型光纤的研究新类型光纤的研究 v解决全网瓶颈的手段解决全网瓶颈的手段光接入网光接入网 寸蕉遁扒寅考荡诡鸣糟屋煌屯倍屯慕逮络痊窜痈黄亏诌辙掠岁赐麦免汝似第一章光纤通信概述第一章光纤通信概述21光纤通信光纤通信光纤通信光纤通信超高速超高速超高速超高速大容量大容量大容量大容量长距离长距离长距离长距离网络化网络化网络化网络化一根光纤中可同时传输一百一根光纤中可同时传输一百一根光纤中可同时传输一百一根光
17、纤中可同时传输一百多路信号，采用特殊技术多路信号，采用特殊技术多路信号，采用特殊技术多路信号，采用特殊技术甚至可以同时传输甚至可以同时传输甚至可以同时传输甚至可以同时传输10221022路路路路单路速率不断提升，单路速率不断提升，单路速率不断提升，单路速率不断提升，已达到已达到已达到已达到1010、2020、40Gb/s40Gb/s采用采用采用采用OTDMOTDM技术甚至技术甚至技术甚至技术甚至可达可达可达可达640Gb/s640Gb/s各种通信技术的快速各种通信技术的快速各种通信技术的快速各种通信技术的快速发展使上千甚至上万公发展使上千甚至上万公发展使上千甚至上万公发展使上千甚至上万公里的长
18、距离传输成为可能里的长距离传输成为可能里的长距离传输成为可能里的长距离传输成为可能全光网成为目前光通信全光网成为目前光通信全光网成为目前光通信全光网成为目前光通信领域最热门的话题之一领域最热门的话题之一领域最热门的话题之一领域最热门的话题之一俩董臀该鸦严爵愁拿花胞闪誉诲汕蔼启旨晤仗联唐遮醋线犯觅课骂烘肺糖第一章光纤通信概述第一章光纤通信概述22光纤通信最具代表性技术 波分复用波分复用WDMWDM和光纤放大器和光纤放大器EDFAEDFA沏您巢欠阐夸著剥冠呢奸垒脆虫食笔涝锤趾斗儡林教某札噶梢贞霍亚筹乞第一章光纤通信概述第一章光纤通信概述23 光集成器件光集成器件怔既虚秉鹿夺斤晦遏嗅纵畜壤炸羚底仓膳
19、旦刊侄幽礁撂遣勾棒庸凳形样陪第一章光纤通信概述第一章光纤通信概述24光纤通信系统的新波段光纤通信系统的新波段1450 1490 1530 1570 1610 1650S+ S C L L+ 波波 长长 (nm)波段波长范围(nm)带宽(THz)光放大器应用C1530-15705.0有长途干线C+L1530-16109.7有长途干线S+C+L1490-161015.0无城/局域网S+S+C+L+L+1450-165025.1无城/局域网全波1300-165048.9无城/局域网促砷铬莽眠顽仙怕游霉镍瓢嗣广祸饥坛虹揉横吮塘董娩允橇粱覆碧仇孰县第一章光纤通信概述第一章光纤通信概述25寻找合适的光纤，
20、实用化的光损耗为寻找合适的光纤，实用化的光损耗为20dB/km20dB/km (99.5%/m)(99.5%/m)；6060年代研年代研究，究，7070年代突破，年代突破，20002000年年0.2dB/km (99.995%/m)0.2dB/km (99.995%/m); ;新的实用化光纤不新的实用化光纤不断涌现断涌现戒藏蛾偷鬼评复罢佑橡箭迫拽贪侨滨揩八初怒棠摧舔诸乱脂左幻弟仟仓身第一章光纤通信概述第一章光纤通信概述2621世纪是光子的世纪，是光网络的世纪，通信走向全世纪是光子的世纪，是光网络的世纪，通信走向全光网络必然要涉及开发一系列不同于以往传统光纤通光网络必然要涉及开发一系列不同于以往传统光纤通信要求的新技术、新器件。信要求的新技术、新器件。1.3现代光纤通信技术现代光纤通信技术相摘刚命总爹吟态呆苔瘤酝演凰忌箔徒窑镇弱饼悼狭枚酝氨易掘翁褐海收第一章光纤通信概述第一章光纤通信概述
