光通信技术 第1章：绪论
通信工程专业导论(第1-3章)
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2.8 电话通信的发明
2.8.1 电话机的发明
1876年3月7日，美国人贝尔申请的电话装置发明专利获 得批准。 初期的电话机称作磁石电话机：壁挂式、台式
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2.8.2 电话交换机的发明
利用交换机可以减少线路数量 人工交换机：由话务员将线路进行人工连接
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3.4 信号频谱的概念
光谱：光波也是电磁波，在日光光谱中红光的频率 最低，紫光的频率最高，所以光谱就是不同频率电 磁波的频谱。
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信号的频谱：信号的波形可以分解成许多不同频率 的正弦波形，这些正弦波的频率与其幅度和相位的 （函数）关系就是频谱。
下图中粗的波形包含频率为50、150和250Hz的三个正弦 波：
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3.1.2 Байду номын сангаас息量
以天气预报为例，一次天气预报的各种可能性越多，即 每种天气出现的可能性（概率）越小，接收者得到的信 息量就越大。 信息量的定义：I = log2 [1 / P(x)] 比特 (b) 式中，I为信息量；P(x)为事件x出现的概率。 例：若只用晴和雨两种状态预报天气 I = log2 [1 / 1/2] = 1 b 若用晴、阴、云、雨4种状态预报天气 I = log2 [1 / 1/4] = 2 b 若用晴、阴、云、雨、雾、雪、霜、霾8种状态预报天气 I = log2 [1 / 1/8] = 3 b
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频带名
缩写字
ITU 频带号 1
频率和波长范围 3～30Hz 99930.8～ 9993.1km 30～300Hz 9993.1～999.3km 300～3000Hz 999.3～99.9km 3～30kHz 99.9～10.0km 30～300kHz 10.0～1.0km 300～3000kHz 1.0～0.1km 3～30MHz 99.9～10.0m 30～300MHz 10.0～1.0m 300～3000MHz 1.0～0.1m 3～30GHz 99.9～10.0mm 30～300GHz 10.0～1.0mm 300～3000GHz 1.0～0.1mm
通信原理第一章
任何人、任何时候在任何地方以任意的方式进行通信。
1.1.1 通信系统的一般模型（主要培养全局系统的概念） 通信: 从一地向另一地传递和交换信息。
通信系统：实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质基于点与点之间的通信系统的模型用图1 -1 来描述。
送设备信道接收设备受信者噪声源接收端信息源：消息的产生地，其作用是把各种消息转换成原始电信号，称之为基带信号。
包括：电话机、电视摄像机和电传机、计算机等。
前者是模拟信源，输出模拟信号；后者是数字信源，输出数字信号。
发送设备：将信源和信道匹配起来，即将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号。
变换方式是多种多样的，比如：放大、调制、编码等等； 信道：指传输信号的物理媒质。
包括：大气（自由空间）、明线、电缆或光纤。
模拟信号：凡信号参量的取值是连续的或取无穷多个值的，且直接与消息相对应的信号。
数字信号：凡信号参量只能取有限个值，并且常常不直接与消息相对应的信号。
通信系统分为模拟通信系统+数字通信系统。
1. 模拟通信系统模型图1-4 模拟通信系统模型信息源调制器信道解调器受信者噪声源课程重点调制器：原始基带信号变换成适合信道传输的信号；从信号与系统的角度：调制器=频带搬移。
调制后的信号称为已调信号、频带信号。
已调信号有三个基本特征：一：携带有完整的基带信息二：适合在信道中传输三：信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频，因而已调信号又称频带信号。
信道编译码 数字信号在信道传输时，由于噪声、衰落以及人为干扰等，将会引起差错。
为了减少差错，信道编码器对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分（监督元），组成所谓“抗干扰编码”。
接收端的信道译码器按一定规则进行解码，从解码过程中发现错误或纠正错误，从而提高通信系统抗干扰能力，实现可靠通信。
作用：提高通信系统抗干扰能力。
数字调制与解调 把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的频带信号。
基本的数字调制方式有振幅键控ASK、频移键控FSK、绝对相移键控PSK、相对（差分）相移键控DPSK。
光纤通信原理和技术PPT课件
波长（µm） 系统类型
0.85
IM/DD
光纤 多模
BL(Gb/s·km) 年代
2
1978
1.3
IM/DD
单模
第1章 绪论
1.1 光通信发展史 1.2 国内外光纤通信技术发展概况 1.3 光纤通信系统的基本构成
第1章 绪论
1.1 光通信发展史
1.1.1 现代通信的发展
人类社会出现后，人与人之间就需要信息交流。原始社会 人们可以靠声音（语言）、肢体动作（肢体语言）或面部表情 等交流信息，这就是原始的通信，是人们面对面的交流。
60年代最好的光纤传输衰减为1000dB/km，即传输1km， 光功率降到原来的1/10100≈0，因而这种光纤不可能用作通 信媒质。当时没有人相信光纤可以用于通信，也没有人从 事光纤用于通信的研究。英藉华人学者高锟博士的贡献在 于理论上证明这样大的传输衰减是由于光纤中杂质吸收和 散射引起的。如将光纤提纯，则传输衰减可以降到可在通 信中实用的程度（最初提出的指标是20dB/km）[1].这一贡 献具有深远意义，完全改变了通信容量不适应社会发展的 需求，推动了信息社会更快地到来。由于这一贡献，高锟 博士获得了2009年诺贝尔物理学奖。
第1章 绪论
2.半导体激光器性能的突破
1960年发明的第一个激光器是红宝石(固体)激光器，不久 （1961年）半导体激光器研制成功，但当时需要在低温(液氮) 下脉冲工作。后来采用异质结技术使激光器可在常温下连续 工作，但开始只有数小时甚至数分钟的寿命，由于寿命极短 不能实用化。经过一段时间的努力，才研制成功可实用的半 导体激光器。现在的半导体激光器的性能有了极大的提高， 其寿命可达106小时，甚至达108小时，功率可达10 毫瓦量级 (泵浦激光器可达几百毫瓦),可调谐范围几百GHz,线宽低到 1―10MHz(外腔激光器能达几十kHz)，适用于各种光通信系统， 为光纤通信实用化打下了基础。激光器价格也在不断下降， 干线通信系统所用激光器已降到千美元量级；几十美元，甚 至几美元的半导体激光器可用于接入网系统。
通信原理第一章
P7
特点：随机性的，无法预知的。
信号：反映消息的电信号。
信息：把消息中的内容用概率统计的方法抽象出来。 信息是消息和信号中包含的某种有意义的抽象的东西。
2、信息量：是信息或消息的一种度量。信息的 大小由信息量来衡量。
不同的消息人们对它的反映是不同的，如：下雨、地震
（太阳从东方升起） 下雨：经常发生，不足为奇，信息量小； 地震：不常发生，很惊讶，信息量大。 （太阳从西方升起）
P（x）：消息的概率 a ：2的整数次幂 P8
信息量的单位的确定取决于底数a：
若对数以2为底时单位是“比特”（bit — binary unit的缩 写）；
若以e为底时单位是“奈特”（nat—nature unit的缩写）；
若以10为底时单位是“哈特”（Hart — Hartley的缩写）。
数字通信系统还有一个非常重要的控制单元， 即同步系统。使收发两端的信号在时间上保持 步调一致
3、数字通信的主要特点 目前，无论是模拟通信还是数字通信， 在不同的通信业务中都得到了广泛的应用。 但是，数字通信更能适应现代社会对通信技 术越来越高的要求，数字通信技术已成为当 代通信技术的主流。
与模拟通信相比，它有如下优点： 1、抗干扰、抗噪声性能好 2、差错可控 3、易加密 4、数字通信设备和模拟通信设备相比，设计 和制造更容易，体积更小，重量更轻。 5、数字信号便于计算机处理，数字信号可以 通过信源编码进行压缩，以减少冗余度，提 高信道利用率。 6、易于与现代技术相结合。
消息出现的概率越大，则消息中包含的信息量 越小； 消息出现的概率越小，则消息中包含的信息量 越大。
信息量：I information ∵ P（x）＝1 必然事件 P（x）＝0 不可能发生事件 I＝0 I＝∞
光通讯技术 第1章 概述
第1章 概述
(4) 抗噪声干扰。 光纤不导电的特性还避免了光缆 受到闪电、 电机、 荧光灯及其他电器源的电磁干扰 （EMI）， 外部的电噪声也不会影响光波的传输能力。 此外， 光缆不辐射射频（RF）能量的特性也使它不会 干扰其他通信系统， 这在军事上的运用是非常理想的，
而其他种类的通信系统在核武器的影响下（电磁脉冲
1 0－ 3
1 0－ 1
10 1 03 波长 Wav el eng th (cm)
图 1.1 电磁波频谱图
第1章 概述
红外线（波长＞0.76 μm）： 这一波段的波长比人 眼实际可见的光的波长要长得多， 可细分为近红外（波 长为0.76～15 μm）、 中红外（波长为15～25 μm）和远 红外（波长为 25～300 μm）。 这一波段的信号主要用 于光波通信、 红外制导、 电子摄像及天文学。
波长， 将大于1 μm的红外波长称为长波长。
第1章 概述
1.1.2 激光器产生的理想光载波 早期的光通信， 如用烽火台的火光传递简短的消 息， 贝尔的光电话利用太阳光来传递话音信号， 它们 所传送信息的容量小、 距离短、 可靠性低、 设备笨重， 究其原因是由于采用了太阳光等普通光源。
第1章 概述
可见光（波长位于0.39～0.76 μm）： 这一波段就是
人眼实际可见的波长， 像自然光源(如太阳光)和白炽灯、 日光灯以及许多激光源(如He-Ne激光器)等装饰性的人造
光源， 它们发出的光都是人眼可见的可见光。
第1章 概述
紫外线（波长＜0.39 μm）： 这一波段的波长比人 眼实际可见的光的波长要短得多， 这一波段的信号很 少应用于通信。 目前光通信所使用的光波波长大约为1 μm， 主要 位于近红外波段。 通常将小于1 μm的红外波长称为短
通信原理 第1章
缺点： 缺点：
需要较大的传输带宽 对同步要求高
第1章 绪论 章
1.3 通信系统分类与通信方式
1.3.1 通信系统的分类
按通信业务分类：电报通信系统、电话通信系统、数据 按通信业务分类：电报通信系统、电话通信系统、 通信系统、 通信系统、图像通信系统 … … 按调制方式分类：基带传输系统和带通（频带或调制） 按调制方式分类：基带传输系统和带通（频带或调制） 传输系统
1.1 通信的基本概念
实现通信的方式和手段： 实现通信的方式和手段： 非电的：如烽火台、 旌旗、消息树… 非电的：如烽火台、 旌旗、消息树 电的：如电报、电话、广播、电视、遥控、 电的：如电报、电话、广播、电视、遥控、 遥测、因特网和计算机通信等。 遥测、因特网和计算机通信等。
1.1 通信的基本概念
1.3 通信系统分类与通信方式
串行传输 ：将数字信号码元序列以串行方式一个码元接 一个码元地在一条信道上传输
优点：只需一条通信信道， 优点 只需一条通信信道，节省线路铺设费用 只需一条通信信道 缺点：速度慢 速度慢， 缺点 速度慢，需要外加码组或字符同步措施
其他分类方式： 其他分类方式：
同步通信和异步通信； 同步通信和异步通信；专线通信和网通信
在工程应用中，习惯把一个二进制码元称作 比特 在工程应用中，习惯把一个二进制码元称作1比特 。
1.4 信息及其度量
若有M个等概率波形（ ），且每一个波形的出现 若有 个等概率波形（P = 1/M），且每一个波形的出现 个等概率波形 ）， 是独立的，则传送 进制波形之一的信息量为 是独立的，则传送M进制波形之一的信息量为
1.2 通信系统的组成
信道：将来自发送设备的信号传送到接收端的物理媒质。 信道：将来自发送设备的信号传送到接收端的物理媒质。 是信号传输的通道，分为有线信道和无线信道。 是信号传输的通道，分为有线信道和无线信道。 噪声源：集中表示分布于通信系统中各处的噪声。 噪声源：集中表示分布于通信系统中各处的噪声。 接收设备：从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。 接收设备 从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。 从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电信号 受信者（信宿）：把原始电信号还原成相应的消息， 受信者（信宿）：把原始电信号还原成相应的消息，如扬声 ）：把原始电信号还原成相应的消息 器等。 器等。
通信技术概论考试总复习
第1章绪论一、主要内容1．消息与信息的关系消息是信息的表现形式，而信息是消息中所包含的有意义的内容。
2．信号的时域和频域特性信号的时域特性和频域特性分别从时间和频率两个角度对同一个信号的描述。
通过“傅里叶分析理论”实现时域与频域的相互转换。
3．信号的带宽一个信号所包含的最高频率fh与最低频率fl之差，称为信号的带宽，它反映了信号所拥有的频率范围。
4．电平通信中常用电平表示某点信号的强弱，它是一个相对的概念。
某点的功率电平定义为该点信号的功率与一个基准参考点的功率的比值。
5．信号的衰减与增益衰减与增益通常用分贝（dB）的形式来表示，定义为：其中，为输入端信号功率；为输出端信号功率。
【例】把10mW功率信号加到输入端并在输出端测得功率5mW，衰耗约为。
6．信息及其度量信息是消息中包含的有意义的内容。
它可以度量，用“信息量”来表示。
（1）信息量的定义信息量与消息出现的概率有关，。
消息出现的概率越大，信息量越小。
（2）信息量的单位信息量的单位是由信息量计算公式中对数底数决定的。
当底数为2时信息量的单位为比特（bit）。
（3）信息量的计算单一符号的信息量：等概离散消息的信息量：M进制的符号等概独立发送，则传送每一符号的信息量为：7．通信系统可分为信源、发送设备、传输媒介（信道）、噪声源、接收设备和信宿。
信源的作用是把各种消息转换成原始电信号。
发送设备的任务是把信源发出的原始电信号变换成适合在传输媒介上传输的传输信号，即完成信源与传输媒介之间的匹配。
传输媒介用以传送信息。
噪声源不是人为加入的设备，而是通信系统中各种设备以及信道中所固有的。
接收设备的作用是完成发送设备的反变换处理，以便恢复原始电信号。
信宿的作用是将原始电信号转换成相应的消息。
8．通信系统的质量指标（1）主要指标一个是有效性（指信息传输的速度），另一个是可靠性（指信息传输的质量）。
对于数字系统，有效性可用传输速率来度量，传输速率一般用码元传输速率（传码率）和信息传输速率（传信率）表征。
通信原理课件第一章.pptx
第1章 绪 论
第三代移动通信系统是向未来个人通信发展的一个重要阶 段，具有里程碑和划时代的意义，让我们关注其发展态势， 迎接它的到来。
目前，我国电话网的规模和技术层次均有质的变化，已初 步建成了以光缆为主，微波、卫星综合利用，固定电话、移动 通信、多媒体通信多网并存，覆盖全国城乡，通达世界各地， 大容量、 高速度、 安全可靠的电信网。
通常，有线通信亦可进一步再分类，如明线通信、电缆通 信、光缆通信等。无线通信形式较多，常见的有微波通信、 短波通信、 移动通信、 卫星通信、 散射通信等。
第1章 绪 论
2. 按信道中传输的信号分类
凡信号的某一参量(如连续波的振幅、频率、 相位， 脉冲 波的振幅、宽度、位置等)可以取无限多个数值， 且直接与消 息相对应的，称为模拟信号。 模拟信号有时也称连续信号， 这个连续是指信号的某一参量可以连续变化(即可以取无限多个 值)， 而不一定在时间上也连续这里指的某一参量是指我们关 心的并作为研究对象的那一参量，绝不是仅指时间参量。当然， 对于参量连续变化、时间上也连续变化的信号，毫无疑问是模 拟信号，如强弱连续变化的语言信号、亮度连续变化的电视图 像信号等都是模拟信号。
用途
音频、电话、数据终端、长距离导航、 时标
导航、信标、电力线通信
调幅广播、移动陆地通信、业余无线电
移动无线电话、短波广播、定点军用通 信、业余无线电 电视、调频广
播、空中管制、车辆通信、导航、集群 通信、无线寻呼
300MHz~3GHz
100 10cm
特高频
波导
电视、空间遥测、雷达导航、点对点通
UHF 分米波无线电
第1章 绪 论
1.2 通 信 的 概 念
1.2.1 通信的定义
(整理)CH1绪论.
导波光学（摘自李玉全编著的「光波导理论与技术」一书的部分章节）第一章绪论当今社会是信息社会，信息技术正在改变着人类社会。
在各种各样的信息技术中，光信息技术的地位越来越重要，作用也越来越突出。
在信息的产生、采集、显示、传输、存储以及处理的各个环节中，光技术都扮演着重要的角色。
20世纪60年代激光器的出现，导致了半导体电子学、导波光学、非线性光学等一系列新学科的涌现。
20世纪70年代，由于半导体激光器和光纤技术的重要突破，导致了以光导纤维通信、光信息处理、光纤传感、光信息存储与显示等为代表的光信息科学技术的蓬勃发展，导波光学（包括集成光学和纤维光学两个分支）已成为光信息技术与科学的基础。
光通信是20世纪70年代以后发展起来的新的通信技术。
光通信被认为是通信发展史上一次革命性的进步，它对人类由工业化社会向信息化社会的进步，有着不可估量的推动作用，而光波导理论和光通信器件则是光通信技术的基础。
鉴于教学学时的限制，本教材仅对光波导的基本理论、以及它在光通信系统中的应用予以概括性的技术介绍。
在介绍具体的光波导理论及应用之前，我们首先简单介绍一下光通信的发展过程。
本教材论述了导波光学的主要理论基础和应用技术。
1.1 通信历史的回顾通信的发展历史总是与人类文明的发展历史紧密相关的。
可以认为，人类早期的长途通信手段____烽火台报警通信就是光通信。
烽火台通信是现代接力通信的雏形，每个烽火台就是一个通信中继站。
当边关有战事时，烽火台点起烽烟，一级接一级地往下传，很快即可将信息送达目的地。
当然这种光通信并非现代意义下的光通信，可以称它是目视光通信。
这种通信方式的优点是快速，主要缺点是能传输的信息量太小，烽火无法表达边关战事的具体情况。
到了中世纪这种烽火台通信又得到了改进，人们用不同颜色的烽烟组合来传递较为复杂的信息。
目视光通信在19世纪达到了它的顶峰。
18世纪末，法国人夏布（Chappe）发明了扬旗式通信机（又称旗语通信机）。
光纤技术复习资料全
《光纤技术》复习资料第一章 绪论要求：1、了解光纤的基本结构和基本特性；2、充分认识光纤传感和光纤通信在现代工农业生产、军事、科研及日常生活中的作用和地位，明确学习目的；3、了解光纤技术的发展动向；4、知道本课程的学习方法。
具体：1、光纤的定义：光纤是“光导纤维”的简称，是指能够约束并导引光波在其内部或表面附近沿轴线方向传播的传输介质。
2、光纤的结构：主要由纤芯、包层和涂敷层构成。
其中纤芯的折射率比包层要高。
纤芯和包层的折射率差引起光在纤芯内发生全内反射，从而使光在纤芯内传播。
3、通信光纤的标准包层直径是125m μ，涂敷层的直径大约是250m μ。
4、常用的光纤材料有纯石英（2SiO ）、玻璃和塑料。
5、列举光纤相对于金属导线的优点（至少5点）：如容量大、抗电磁干扰、电绝缘、本质安全；灵敏度高；体积小、重量轻、可绕曲；测量对象广泛；对被测介质影响小；便于复用，便于成网；损耗低；防水、防火、耐腐蚀；成本低、储量丰富等。
6、光纤通信所占的波长范围大概是0817..m μ。
7、1953年，在伦敦皇家科学技术学院开发出了用不同光学玻璃作纤芯和包层的包层纤维，由此导致光纤的诞生。
8、1966年，光纤之父高锟博士深入研究了光在石英玻璃纤维中的严重损耗问题，发现这种玻璃纤维引起光损耗的主要原因。
9、目前，F T T H （光纤到户）是宽带接入的一种理想模式，各国发展迅猛。
10、目前流行的“三网合一”指的是将现存三个网络：电信网、有线电视网和计算机网的信号在同一个光纤网络中传输。
11、光纤被喻为信息时代的神经。
第二章 光纤拉制及成缆要求：1、了解光纤的分类方法和光纤的种类，理解各种不同种类光纤之间的区别及每种光纤的特点；2、知道光纤的制作材料及要求；3、了解光纤预制棒的制造原理和工艺；4、知道各种光缆结构和材料的用途。
具体：1、光纤的分类：按照光纤横截面折射率分布不同分为：阶跃光纤和渐变光纤（折射率在纤芯中保持恒定，在芯与包层界面突变的光纤称为阶跃光纤，折射率在纤芯内按某种规律逐渐降低的光纤称为渐变光纤。
光通信技术教学课件ppt作者韩太林第1章
第1章 概论【知识要点】•近年来，通信信息产业在世界范围内迅速发展，取得了举世瞩目的进步。
自1970年世界上第一根低损耗光纤问世以来，光纤通信得到了飞速发展。
作为光电信息技术中最具有代表性的技术，光通信不仅从深度和广度两方面促进了通信学科与许多相关学科的互相影响和渗透，而且形成了许多前沿研究领域。
正在运行的光通信系统比比皆是，新的设备、新的应用还在不断涌现。
本章通过概要介绍光通信的发展历史、光通信系统及关键技术和通信链路，使读者了解光纤传输理论、光端机及路由交换等光通信系统基本原理，以及光通信产业，为后续章节的学习奠定基础。
1.1光通信的发展1.1.1电通信与光通信的探索任何通信系统追求的最终技术目标都是要可靠地实现最大可能的信息传输容量和传输距离。
通信系统的传输容量取决于对载波调制的频带宽度，载波频率越高，频带宽度越宽。
实际上，通信技术发展的历史是一个不断提高载波频率和增加传输容量的历史。
20世纪60年代，微波通信技术已经成熟，因此开拓频率更高的光波应用，就成为通信技术发展的必然。
电缆通信和微波通信的载波是电波，光通信的载波是光波。
虽然光波和电波都是电磁波，但是频率差别很大。
为便于比较，图1.1给出相关部分的电磁波频谱。
图1.1 部分电磁波频谱•光通信用的近红外光（波长为0.7～1.7μm）频带宽度约为200THz，在常用的1.31μm和1.55μm两个波长窗口频带宽度也在30THz以上。
目前，由于受光源和光纤特性的限制，光强度调制的带宽一般只有20GHz，因此还有3个数量级以上的带宽潜力可以挖掘。
•微波波段有线传输线路是由金属导体制成的同轴电缆和波导管。
同轴电缆的损耗随信号频率的平方根而增大，要减小损耗，必须增大结构尺寸，但要保持单一模式的传输，又不允许增大结构尺寸。
波导管具有比同轴电缆更低的损耗，但随着工作频率的提高，要减小波导结构的尺寸以保持单一模式的传输，损耗仍然要增大。
光纤是由绝缘的石英（SiO 2）材料制成的，通过提高材料纯度和改进制造工艺，可以在宽波长范围内获得很小的损耗。
光通信绪论
5. 节约有色金属 光纤的主要原材料是来源丰富的二氧化硅。据测 量，从上海至北京铺设一条电缆线路需要用铜800吨，铅 300吨。如果用光纤代替铜、铅等有色金属。在保持同样 的传输容量下，仅需要10公斤石英。因此，光纤通信技 术将节约大量的金属材料。
6. 重量轻， 安全， 易敷设。
光纤还具有线径细、重量轻、寿命长等优点。光缆的安 装和维护比较安全、 简单， 这是因为： 首先，玻璃或塑料 都不导电， 没有电流通过或电压的干扰； 其次， 它可以在 易挥发的液体和气体周围使用而不必担心会引起爆炸或起火； 第三， 它比相应的金属电缆体积小, 重量轻,光缆的直径很小， 144芯光缆横截面直径不到18毫米，而标准同轴电缆为47毫 米，利用光纤这个特点可以解决地下管道拥挤问题。由于光 纤的重量轻，它被应用于飞机制造上，不但降低了通信设备 的成本和飞机制造的成本，而且提高了通信系统的抗干扰能 力和飞机设计的灵活性。 由于光纤通信的诸多许多优点，除了在公用通信和专用 通信中使用外，它还在其它许多领域，如测量、传感、自动 控 制 及 医 疗 卫 生 等 方 面 得 到 了 广 泛 的 应 用 。
1 GHz
UHF TV 移动通信 调频广播 移动无线电 业余无线电 商务应用 调幅广播 导航 潜艇通信 飞行器通信 10 kHz 电话、电报 1 kHz 1 MHz 100 MHz 10 MHz
100 m
1 km
100 kHz
二、光通信的发展
烽火狼烟
望远镜 1880年，贝尔发明光话 二十世纪六十年代，历史上两大突破
(4) 需要专用的工具、 设备以及培训。 需要使 用专用工具完成光纤的焊接以及维修； 需要 专用测试设备进行常规测量； 光缆的维修既 复杂又昂贵， 从事光缆工作的技术人员需要 通过相应的技术培训并掌握一定的专业技能。 (5) 未经受长时间的检验。 光纤通信系统的普 及时间不太长， 还没有足够的时间证实它的 可靠性。
光通信技术研究与开发
光通信技术研究与开发第一章：光通信技术概述随着互联网和移动通信的迅速发展，传统的有线通信技术已不再适应大众需求，而无线通信技术在带宽、传输距离和传输质量等方面面临着诸多困难。
因此，人们开始将目光投向了一种被称为光通信技术的新型通信技术。
光通信技术即利用光纤作为传输介质，通过将电信号转换为光信号进行数据传输的一种通信技术。
光通信技术具有带宽大、传输速度快、传输距离长、抗干扰能力强等优点，在如今信息化的时代被广泛应用。
第二章：光通信技术的发展历程1960年，被誉为"光通信之父"的Kao K.C.将光纤作为传输介质提出。
1970年，Bell实验室首次成功将光纤用于数字信息传输；1976年，AT&T公司将光脉冲波导引进实用技术，揭开了光通信技术商业利用的序幕。
1990年，由于光纤传输带宽和距离的显著优势，美国AT&T公司大力推广和铺设光纤线路，美国电信公司将光纤布满大街小巷，再次彻底改变了通信的面貌。
2005年，IEEE标准化组织决定正式发布第一座10Gbit/s光纤模块对外开放等同时，光纤通信技术开始进入一个全新的时代。
第三章：光通信技术的应用领域1.长距离通信 - 通信网络的远距离传输是光通信技术的重要应用之一。
随着光纤技术日趋成熟，能够传输的距离也不断扩大，广泛应用于长距离通信领域。
2.数据中心 - 随着数据中心规模和需求的不断提高，光通信技术作为其主要的通信方式之一，由于其快速、高效、可靠的传输特点，得到广泛应用。
3.医疗卫生 - 光通信技术在医疗卫生领域中用途广泛，光纤通信技术无需电气化，传输带宽大，抗干扰能力强，能够有效实现医疗成像、病历传递等多种应用需求。
4.航空、航天 - 光通信技术在航空、航天领域中的应用有着广泛前景，入可提高通信速率，减少设备体积和重量，使得数据在空间传输中更加高效和安全。
第四章：光通信技术的发展趋势1.高速化 - 光通信技术中的速率是发展的关键，越是高速的光通信技术得到越多的人们关注和应用。
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孤子通信：克服色散限制，无电中继传输距离超过10000km
五代光纤通信的性能比较
1,000,000 100,000
系 统 性 能
光孤子
10,000 相干检测 1000 光放大器
[(Gb/s)· km]
1.5m单模激光器 100
10 1 0.1 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996年 1.3m单模光纤 0.8m单模光纤
1993年开始WDM研究，1998年完成了8X2.5Gb/sWDM系统的开
发，并先后应用在济南——青岛和广州——汕头干线工程中 目前国内拥有一批有实力的光纤通信研究机构和生产企业，支撑
着我国光纤通信的发展
应用情况
电话网
中国电信的包括本地网在内的电话中继网已完成光纤化，并从PDH发 展到SDH，并在一些干线上应用了DWDM技术，建设接入网时也通过 光纤传输 中国网通、移动和联通也建成了自己的基于2.5G SDH为基础的全国骨 干网 中国电信、网通等已建成以2.5G POS为传输链路的全国骨干网，部分 发达省市还建成了2.5G的省级骨干网 通过光纤与INTERNET的连接，总出口带宽超过53941 M 全国各地正在兴建光纤宽带城域网，大多城市采用千兆到小区、百兆 到大楼、10M到用户的建设方式 基于光纤的宽带城域网上可以提供包括VOD在内的高速数据通信业务
1400
G.655光纤
1600
G.653光纤
波长 ( nm )
-20
光发送端机
任务：完成E/O变换
构成：
半导体光源
调制电路
保护电路（APC、ATC） 光线路编码
主要技术指标
发光功率 消光比
光接收端机
任务：完成O/E变换
构成
光电检测器（PIN、APD）
波导缺陷
0.01
0.8
1.0
1.2 1.4 波长λ(um)
1.6
1.8
光纤的色散特性
根据色散形成机理，光纤的色散可分为：
多径色散（模式色散） 材料色散 波导色散 偏振模色散（PMD）
单模光纤的色散特性曲线
色散系数 ps/(nmkm)
20 G.652光纤 10 0 -10
1200
DWDM技术
1.3 光纤通信系统
系统框图
光 发 信息 电 电信号 端 送 数据 机 机 光 接 电信号 电 信息 端 收 机 数据 机
光纤
光纤
任务：约束、导引光能量使其从发送端到达接收端
定义
光纤是一种介质圆柱光波导，它能够约束并导引光波在其内
部或表面附近沿其轴向向前传播
结构
光纤由纤芯、包层、涂覆层、套塑层构成
存在问题：损耗
最好的光学玻璃制作的光纤损耗也达700dB/km以上
传输媒质问题的突破
1966年：英籍华人高锟博士发表著名论文——《光 频介质纤维表面波导》，首次明确提出，通过改进 制备工艺、减少原材料杂质，可使石英光纤的损耗 下降到20dB/km以内
1970年康宁玻璃公司研制世界上第一根低损耗光纤， 损耗为20dB/km
光电集成与光集成技术 光量子通信：
光量子计数、 量子编解码理论与技术 光信号的存储 、光逻辑与光计算
光信息处理：
1.5 我国光纤通信发展现状
研发情况
20世纪70年代中期成立专业研究队伍开展光纤通信的研究开发 1977年，研制出第一根石英光纤 20世纪80年代初先后研制成功多模光纤和常规的单模(G.652)光 纤，并生产出从4芯到12芯的层绞式光缆 1985年宁——汉PDH140 Mbit/s光缆通信系统开通 20世纪90年代初研制出STM-1、STM-4复用设备
850 nm波段，多模光纤，70年代，45Mbps· 10km
1310 nm波段，单模光纤，80年代初，2Gbps· 44km
1550 nm波段，单模光纤，80年代末，10Gbps· 100km 1550 nm波段，单模光纤，90年代初以后采用光放大器克服 损耗限制WDM：N×40Gbps，比特率已超过Tbps
光纤的结构
阶跃折射率光纤 外包层 梯度折射率光纤
b
a
包层 纤芯
b
a
折 射 率
n1
n2
n0
折 射 率
n1
n2 n0
轴向 距离
轴向 距离
光纤的传输特性
损耗特性
色散特性 非线性
光纤对大功率光信号的响应
双折射
单模光纤两个正交偏振态传输特性不一致导致PMD 和偏振态演化
损耗特性
根据损耗形成机理，光纤的损耗可分为：
波长在微米数量级，容量极大
1.2 光通信发展历史的回顾
最早的现代光通信
1870年贝尔发明了“光电话”
光源：太阳光 光检测器：硅光电池 传输媒质：大气
阳光 透镜 反射镜 送话器 振动器 透镜 受话器 硅光电池
抛物面
贝尔光电话的缺点
传输媒质：大气的不稳定性
光源：太阳光的不稳定性
计算机网
小结
小结
20世纪70年代，随着低损耗光纤和稳定半导体激光光
源的研制成功，光纤通信步入世界通信舞台
光纤通信拥有容量大、无中继距离长、抗干扰能力强 等优点
光纤通信系统由电端机、光端机和光纤构成
全光网是通信网下一个重点发展方向
前放、AGC、主放
均衡、判决再生电路
光线路解码
主要技术指标
接收灵敏度 动态范围
电端机
任务：完成电信息的处理、复用
构成
信源编解码
适配 复用/解复用
1.4 光子学与光波技术的发展
光子学与光波技术的发展
全光网：
DWDM光网络 DWDM＋OTDM光网络 DWDM＋OCDM光网络
第一章 概述
本章内容
光通信概念
光通信发展历史的回顾
光纤通信系统
光子学与光波技术的发展
我国光纤通信发展现状
1.1 光通信概念
古老意义的光通信
中国古代烽火台
近代的扬旗通信
现在仍在使用的旗语、灯语
特点和局限：利用人义的通信
主要指电信——Telecommunication 利用电磁系统对符号、信号、文字、影象、声音及 其它任何性质的信息进行传输
光纤通信的优点
低损耗，适于长距离传输
极宽的带宽，达 T Hz数量级，适于宽带数字化通信 抗电磁干扰 无电磁泄漏，保密性好 重量轻，节省有色金属
无电气危害
光纤通信研究的主要成就
低损耗光纤
低损耗光纤接续技术 长寿命的高速、长波长通信光源 低插入损耗的光无源器件 以EDFA为代表的光放大器
现代光通信
利用光这种波长极短的电磁波通过光电器件和传输 媒质达成的信息传输
为什么需要光通信
Telecommunication——电信
长距离通信的成本问题
基带传输频带传输 调制、复用技术 波长越短通信容量越大 中波短波微波（米波毫米波亚毫米波）
载波波长问题
新摩尔定律 光载波
光电检测器问题的解决
早期的硅光电池
光电管 半导体光电管
PD PIN
APD
容量问题的解决
复用
电域复用
SCM 数字时分复用 WDM OTDM OCDM
光域复用
五代光纤通信系统
1976年第一个商用光纤通信系统在亚特兰大投入营运，
此后光纤通信历经5代，达到了极高的水平
本征吸收：石英的红外吸收带和紫外吸收带 杂质吸收：OH－在1.39m处的吸收峰; Cu2+、Mn3+ 等的吸收 瑞利散射：与波长的四次方成反比
弯曲损耗：微弯和宏弯损耗
光纤的损耗谱
100 50 损 耗 dB/km 10 5 1 0.5 0.1 0.05 瑞利散射 实验值
红外吸收
紫外吸收
经过近30年的发展，光纤的损耗已经降至0.2dB/km 以内 (单模光纤）
光源问题的突破
自然光
普通人工光源 激光
1958年激光器问世
1970年贝尔实验室研制成功在常温下可连续工作的半导体激 光器 半导体激光器的优势：
发光频谱极窄
调制速度高 发光功率大 体积、功耗小
光检测器：硅光电池的响应问题
容量：单路
传输媒质问题
大气
管道+光器件（透镜、反射镜） 光波导
1854年：英国的廷达尔(Tyndall)就观察到光在水与空气分界 面上作全反射以致光随水流而弯曲的现象
1929-1930年：美国的哈纳尔(Hanael)和德国的拉姆(Lamm) 先后拉制出石英光纤并用于光线和图象的短距离传输