光電世界-光通信

信息傳遞的載體:光一、光波在電磁波譜的位置二、光纖通信的發(fā)展三、光纖通信的特點(diǎn)及應(yīng)用四、光纖通信系統(tǒng)的組成五、光纖通信市場----光通信技術(shù)10110710210610310510410410510310610210710110810010910-1101010-2101110-3101210-4101310-5101410-61015ELFVFVLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF自由空間波長，m頻率，Hz電力、電話無線電、電視微波紅外可見光雙鉸線同軸電纜光纖衛(wèi)星/微波AM無線電FM無線電頻段劃分傳輸介質(zhì)極低頻甚低頻高頻一、光波在電磁波譜的位置可見光:0.39μm

至0.76μm

。紅外區(qū):0.76μm

至300μm

（1）近紅外區(qū)：其波長范圍為：0.76μm

至15μm

；（2）中紅外區(qū)：其波長范圍為：15μm

至25μm

；（3）遠(yuǎn)紅外區(qū)：其波長范圍為：25μm

至300μm

；一、光波在電磁波譜的位置以波長1μm的光波為例,其頻率為?理論上光纖通信可容納：電話：7.5億路電視：30萬路一、光波在電磁波譜的位置光纖通信所用光波的波長范圍為0.8μm

至1.8μm

光纖通信中常用的低損耗窗口0.85μm

、1.31μm

和1.55μm

左右1、光通信的定義以光波作為載波進(jìn)行信息的傳輸方式？光通信與傳統(tǒng)的電通信的最大不同二、光纖通信的發(fā)展2、光通信的發(fā)展史3000年前的烽火臺(tái)二、光纖通信的發(fā)展2、光通信的發(fā)展史1791年法國人發(fā)明信號(hào)燈二、光纖通信的發(fā)展3.現(xiàn)代光通信史：(1)1880年，美國人貝爾（BELL）發(fā)明了光話系統(tǒng)二、光纖通信的發(fā)展光話機(jī)原理圖弧光燈ABMNL送話器振動(dòng)鏡缺點(diǎn)：沒有理想的光源和傳光媒質(zhì)傳光距離短可靠性差光源傳光媒介需解決問題問題：上述光通信方式的缺點(diǎn)是什么？（2）1960年，美國人梅曼（MAIMAN）發(fā)明了第一臺(tái)紅寶石激光器。波譜窄方向性好亮度高頻率和相位一致相干光：振動(dòng)方向相同，頻率相同，相位差恒定的光氦--氖激光器CO2激光器3.現(xiàn)代光通信史：二、光纖通信的發(fā)展（3）60~70年代大氣激光通信和地下光波導(dǎo)通信的熱潮地下光波導(dǎo)通信將激光束限制在地下空間通信克服氣候的影響3.現(xiàn)代光通信史：★透鏡波導(dǎo)型二、光纖通信的發(fā)展（3）60~70年代大氣激光通信和地下光波導(dǎo)通信的熱潮地下光波導(dǎo)通信將激光束限制在地下空間通信克服氣候的影響3.現(xiàn)代光通信史：★反射波導(dǎo)型二、光纖通信的發(fā)展大氣激光通信的發(fā)展60年代，麻省理工學(xué)院利用He—Ne激光器和CO2激光器進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的大氣激光通信實(shí)驗(yàn)取得成功受氣候的影響很大近年來，大氣激光通信再度興起————自由空間光通信（FSO技術(shù)）（3）60~70年代大氣激光通信和地下光波導(dǎo)通信的熱潮3.現(xiàn)代光通信史：FSO技術(shù)的應(yīng)用：軍事通信（3）60~70年代大氣激光通信和地下光波導(dǎo)通信的熱潮3.現(xiàn)代光通信史：FSO技術(shù)的應(yīng)用：軍事通信（3）60~70年代大氣激光通信和地下光波導(dǎo)通信的熱潮3.現(xiàn)代光通信史：外層空間通信FSO技術(shù)的應(yīng)用：軍事通信（3）60~70年代大氣激光通信和地下光波導(dǎo)通信的熱潮3.現(xiàn)代光通信史：外層空間通信接入網(wǎng)4、光纖通信發(fā)展史上的里程碑事件（1）1966年，英國華裔科學(xué)家高錕（C.K.Kao）提出介質(zhì)新概念的理論，奠定現(xiàn)代光纖通信的理論基礎(chǔ)，被稱為光纖通信之父。石英的損耗1000dB/km石英傳輸信息的理論門限為20dB/km二、光纖通信的發(fā)展（2）1970年，美國康寧玻璃公司首先研制出衰耗為20dB/km的光纖；1974年——1.1dB1973年——2.5dB1984年——0.157dB1972年——4dB1979年——0.2dB1986年——0.154dB4、光纖通信發(fā)展史上的里程碑事件（3）1970年，日本研制出室溫下連續(xù)工作的激光器1973年——7000小時(shí)1977年——10萬小時(shí)4、光纖通信發(fā)展史上的里程碑事件（4）1976年，美國在ATLANTA進(jìn)行世界第一個(gè)光纖通信的實(shí)驗(yàn)，速率44.7M，距離10KM。光通信技術(shù)演進(jìn)光纖通信追求目標(biāo):大容量、長距離技術(shù)發(fā)展：短波長-長波長、多模光纖-單模光纖、多模激光器-單模激光器通信系統(tǒng)容量：比特率-距離積BL，B比特率，

L中繼距離每秒鐘傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)目。二、光纖通信的發(fā)展光纖通信技術(shù)的發(fā)展大體上可分為：工作波長光纖激光器比特率B中繼距離L第一代70年代850nm多模多模10～100Mb/s10Km第二代80年代初1300nm多模單模多模100Mb/s1.7Gb/s20Km50Km第三代80年代中～90年代初1550nm單模單模2.5Gb/s～10Gb/s100Km光纖通信技術(shù)的發(fā)展大體上可分為:（續(xù)）工作波長光纖激光器比特率B中繼距離L第四代90年代1550nm單模單模2.5Gb/s10Gb/s21000Km（環(huán)路）1500Km光放大系統(tǒng)第五代1550nm單模單模波分復(fù)用WDM單路速率:40,160,640Gb/s信道數(shù):8,16,64,128,1022超長傳輸距離:27000Km(Loop)6380(Line)目前研究內(nèi)容WDM光網(wǎng)絡(luò)；全光分組交換；光時(shí)分復(fù)用；光孤子通信；新型的光器件光纖通信技術(shù)的三次飛躍(1)20世紀(jì)60年代。1962年第一只半導(dǎo)體激光器誕生，隨后半導(dǎo)體光檢測器也研究成功。特別是1966年英籍華人科學(xué)家高錕與Hockham提出用玻璃可以制成衰減為20dB/km的通信光導(dǎo)纖維，1970年美國康寧公司首先制出了20dB/km的光纖，這標(biāo)志著光纖通信系統(tǒng)的實(shí)際研究條件得以具備。20世紀(jì)70年代。1970年發(fā)明了LD的雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)，使得光源與光檢測器的壽命都達(dá)到了10萬小時(shí)的實(shí)用化水平。1979年發(fā)現(xiàn)了光纖1310nm和1550nm新的低損耗窗口，緊接著單模光纖問世。光纖的衰減系數(shù)一下降到0.5dB/km。這使得光纖通信邁進(jìn)了實(shí)用化階段，從80年代初開始光纖通信便大步地邁向了市場。光纖通信技術(shù)的三次飛躍(2)20世紀(jì)90年代初。1989年摻鉺光纖放大器EDFA的研制成功是光纖通信新一輪突破的開始。EDFA的應(yīng)用不僅解決了光纖傳輸衰減的補(bǔ)償問題，而且為一批光網(wǎng)絡(luò)器件的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。使得光纖通信的數(shù)字傳輸速率迅速提高，促成了波分復(fù)用技術(shù)的實(shí)用化。光纖通信技術(shù)的三次飛躍(3)光纖通信超高速大容量長距離網(wǎng)絡(luò)化一根光纖中可同時(shí)傳輸一百多路信號(hào)，采用特殊技術(shù)甚至可以同時(shí)傳輸1022路單路速率不斷提升，已達(dá)到10、20、40Gb/s采用OTDM技術(shù)甚至可達(dá)640Gb/s各種通信技術(shù)的快速發(fā)展使上千甚至上萬公里的長距離傳輸成為可能全光網(wǎng)成為目前光通信領(lǐng)域最熱門的話題之一

40G器件☆載頻高，容量大理論上光纖通信可容納：電話：7.5億路電視：30萬路三、光纖通信的特點(diǎn)及應(yīng)用☆載頻高，容量大☆損耗小，中繼距離長提純工藝的發(fā)展幾百公里無中繼傳輸電纜的損耗隨頻率按f的規(guī)律增加，光纖通信的帶內(nèi)損耗不隨頻率變化。三、光纖通信的特點(diǎn)及應(yīng)用☆載頻高，容量大☆損耗小，中繼距離長☆耗原材料少，成本低。光纖的主要成分是SiO2,資源十分豐富。電纜的主要成分是Cu,Al等有色金屬，資源有限三、光纖通信的特點(diǎn)及應(yīng)用☆載頻高，容量大☆損耗小，中繼距離長☆耗原材料少，成本低?！铙w積小，重量輕。8管同軸電纜每公里耗銅1.2噸，鋁5噸每千克石英可以拉出一百公里的光纖光纖的直徑很小是因?yàn)楣獾牟ㄩL小，由波動(dòng)理論得出光纖直徑為幾十微米。電纜粗重是因?yàn)橐獢U(kuò)大橫截面積來降低電阻。三、光纖通信的特點(diǎn)及應(yīng)用☆載頻高，容量大☆損耗小，中繼距離長☆耗原材料少，成本低?！铙w積小，重量輕。☆抗干擾好，保密性好。三、光纖通信的特點(diǎn)及應(yīng)用通信網(wǎng)上的應(yīng)用電信網(wǎng)有線電視網(wǎng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)通信網(wǎng)上的應(yīng)用航海上的應(yīng)用三、光纖通信的特點(diǎn)及應(yīng)用四、光纖通信系統(tǒng)的組成基本光纖傳輸系統(tǒng)的三個(gè)組成部分1、光發(fā)送機(jī)組成框圖：

光源調(diào)制器通道耦合器電信號(hào)輸入光輸出驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)參數(shù)：發(fā)送功率，dbm概念光源光譜特性：輸出光功率足夠大，調(diào)制頻率足夠高，譜線寬度和光束發(fā)散角盡可能小，輸出功率和波長穩(wěn)定，器件壽命長電信號(hào)對(duì)光的調(diào)制的實(shí)現(xiàn)方式

直接調(diào)制用電信號(hào)直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器或發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電流，使輸出光隨電信號(hào)變化而實(shí)現(xiàn)的。這種方案技術(shù)簡單，成本較低，容易實(shí)現(xiàn)，但調(diào)制速率受激光器的頻率特性所限制。

外調(diào)制把激光的產(chǎn)生和調(diào)制分開，用獨(dú)立的調(diào)制器調(diào)制激光器的輸出光而實(shí)現(xiàn)的。外調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)制速率高，缺點(diǎn)是技術(shù)復(fù)雜，成本較高，因此只有在大容量的波分復(fù)用和相干光通信系統(tǒng)中使用。兩種調(diào)制方案(a)直接調(diào)制；(b)間接調(diào)制(外調(diào)制)2.光纖線路

功能：是把來自光發(fā)射機(jī)的光信號(hào)，以盡可能小的畸變(失真)和衰減傳輸?shù)焦饨邮諜C(jī)

組成:光纖、光纖接頭和光纖連接器

低損耗“窗口”：普通石英光纖在近紅外波段，除雜質(zhì)吸收峰外，其損耗隨波長的增加而減小，在0.85μm、1.31μm和1.55μm有三個(gè)損耗很小的波長“窗口”，見后圖。

光源激光器的發(fā)射波長和光檢測器光電二極管的波長響應(yīng)，都要和光纖這三個(gè)波長窗口相一致。目前在實(shí)驗(yàn)室條件下，1.55μm的損耗已達(dá)到0.154dB/km，接近石英光纖損耗的理論極限。0.70.80.91.01.11.21.31.41.5衰減（dB/km）第一窗口第二窗口波長——λ（μm）普通單模光纖的衰減隨波長變化示意圖6543210。40。2第三窗口

C波段1525~1565nm1.571.62L波段光纖的分類多模階躍光纖輸入電信號(hào)多模緩變光纖單模光纖波長:1300,1550nmh2h1波長:850,1300nmh2h1纖芯/包層特性輸出電信號(hào)h1h2光纖的直徑減小到一個(gè)光波波長3、光接收機(jī)功能：是把從光纖線路輸出、產(chǎn)生畸變和衰減的微弱光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并經(jīng)放大和處理后恢復(fù)成發(fā)射前的電信號(hào)組成部分：耦合器，光電檢測器，解調(diào)器組成框圖：電子電路光輸入耦合器光電檢測器解調(diào)器電信號(hào)輸出結(jié)構(gòu)參數(shù)：接收機(jī)靈敏度，定為BER≤10-9條件下，所要求的最小平無接收功率。檢測方式：直接檢測和外差檢測

數(shù)字通信系統(tǒng)和模擬通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)用參數(shù)取值離散的信號(hào)(如脈沖的有和無、電平的高和低等)代表信息，強(qiáng)調(diào)的是信號(hào)和信息之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系；

模擬通信系統(tǒng)則用參數(shù)取值連續(xù)的信號(hào)代表信息，強(qiáng)調(diào)的是變換過程中信號(hào)和信息之間的線性關(guān)系。這種基本特征決定著兩種通信方式的優(yōu)缺點(diǎn)和不同時(shí)期的發(fā)展趨勢。四、光纖通信系統(tǒng)的組成數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)如下：①抗干擾能力強(qiáng)，傳輸質(zhì)量好。②可以用再生中