光纤通信课件

短波 3M~30M 微波 1G~100G 电视频道
Band
LF
MF
HF
VHF
UHF
SHF
EHF
THF


目前所用的频段：
0.85m 1.31m 1.55m
3.53 1014 Hz 2.29 10 Hz
14
1.94 1014 Hz
红外
（1）我国从60年代就开始了光通信的研究； （2）1983年连接武汉三镇的8Mb/s以及 1985年扩成的34 Mb/s系统投入使用，使我国 的光纤通信开始走向实用化阶段 ； （3）1984年以后，8Mb/s光纤通信系统开 始在全国推广应用； （4）1987年开始，我国光纤通信的应用逐 步由市话中继转向长途干线。

国际光缆建设情况
自1989年开始参与
中日光缆，全长1200km，565Mbit/s，
1993年12月15日开通 中韩光缆，全长546km，565Mbit/s， 1996年2月9日开通

国际光缆建设情况
亚欧陆地光缆，全长27000km，622Mbit/s，

4. 保密性能好
对通信系统的重要要求之一是保密性好。 然而，随着科学技术的发展，电通信方式很 容易被人窃听：只要在明线或电缆附近(甚至 几公里以外)设置一个特别的接收装置，就可 以获取明线或电缆中传送的信息。更不用去 说无线通信方式。
5. 体积小，重量轻 6. 节省有色金属和原材料
光纤通信发展史上的里程碑事件
1966年，英国华裔科学家高锟（C.K.Kao） 提出介质新概念的理论，奠定现代光纤通 信的理论基础， 被称为光纤通信之父。
石英的损耗1000dB/km 石英传输信息的理论门限为20dB/km

20世纪开始，人们认识到光波作为 载波可以使通信系统的带宽距离积提高 许多倍。1966年英籍华人高琨博士提出 光纤可以象铜线传导电子一样传导光波。 关键是解决光纤的高损耗问题。60年代， 光纤的损耗为1000dB/km。 1970年光纤的损耗问题得到突破，在1微 米波长达到20dB/km，使光纤作为信息载 体成为可能的现实。因此，高琨博士被 称为“光纤之父”。

如果今后采用非石英光纤，并工作在超 长波长(＞2μm)，光纤的理论损耗系数可以 下降到10-3 ～10-5dB/km，此时光纤通信的中 继距离可达数千，甚至数万公里。
3. 抗电磁干扰能力强
我们知道，电话线和电缆一般是不能跟 高压电线平行架设的，也不能在电气铁化路 附近铺设。

1.2 光纤通信的主要特性
1.2.1 光纤通信的优点
1. 光纤的容量大
光纤通信是以光纤为传输媒介，光波为 载波的通信系统，其载波—光波具有很高的 频率(约1014Hz)，因此光纤具有很大的通信 容量。

2. 损耗低、中继距离长
目前，实用的光纤通信系统使用的光纤 多为石英光纤，此类光纤在1.55μm波长区的 损耗可低到0.18dB/km，比已知的其他通信线 路的损耗都低得多，因此，由其组成的光纤 通信系统的中继距离也较其它介质构成的系 统长得多。

★透镜波导型
★反射波导型

大气激光通信的发展
60年代，麻 省 理工学院利用He—Ne激光器和CO2 激光器进行点对点的大气激光通信实验取得 成功
受气候的影响很大
近年来，大气激光通信再度兴起————自由空间 光通信（FSO技术）


英国华裔科学家高锟（C.K.Kao）

1970年，美国康宁
1970年，日本研制出室温下连续工作的激光器 1973年——7000小时

光纤的主要成分是SiO2,资 源十分丰富。 电缆的主要成分是Cu,Al等 有色金属,资源有限。

8管同轴电缆每公里耗铜1.2吨，铝5吨 每千克石英可以拉出一百公里的光纤
光纤的直径很小是因为光的波长小，由波 动理论得出光纤得直径为几十微米。 电缆粗重十分是因为要扩大横截面积来 降低电阻。


“八五”期间干线光缆建设简况
建设省际光缆干线22条，约3.8万公里
采用PDH技术 传输速率:140M bit/s、565M bit/s 设备供应厂家：武汉院、韩国三星、日
本FUJITSU、澳大利亚NEC、美国LUCENT、 PKI、意大利ITALTEL 按每条干线设置网管设备
FSO技术的应用：
军事通信




FSO 在 接入网中的优势 工作频率不在管制区
安装拆除方便
成本低 带 宽大 组网灵活
FSO存在的问题
对准与捕获
天气的影响 空中障碍 安全问题

第二代光纤通信系统：工作波长1.31um 输媒质采用单模光纤，以InGaAsP半导体激 光器作为光源。数据率可达1.7Gb/s。第二 代光纤通信系统传输的中继距离受限于光纤 的损耗，而理论研究发现光纤的最小的损耗 是在1.55um附近，人们开始研究第三代光纤 通信系统。
传输速率:622M bit/s、2.5G bit/s、
10Gbit/s 设备供应厂家： SDH：FUJITSU、NEC、 LUCENT 、SIEMENS、 GPT、ALCATEL、NORTEL、ERICSSON、ECI、武 汉院 DWDM：LUCENT、NEC、ALCATEL

“九五”期间干线光缆建设简况
八纵 牡丹江—上海—广州； 齐齐哈尔—北京—三亚； 呼和浩特—太原—北海； 哈尔滨—天津—上海； 北京—九江—广州； 呼和浩特—西安—昆明； 兰州—西宁—拉萨； 兰州—贵阳—南宁

“九五”期间干线光缆建设简况
八横 天津—呼和浩特—兰州； 青岛—石家庄—银川； 上海—南京—西安； 连云港—乌鲁木齐—伊宁； 上海—武汉—重庆； 杭州—长沙—成都； 广州—南宁—昆明； 上海—广州—昆明
“九五”期间干线光缆建设简况
按省设置网管设备 系统工作波长1550 n m
G.652光纤及G.653光纤
中继距离70~80公里 光缆芯数36~48 所有省会均有干线光缆联通 除拉萨外,各个省会均有两个以上干线光缆出口 格形网，缺乏必要的保护措施

1998年10月开通 中国—东南亚陆地光缆，全长6900km， 2.5Gbit/s，正在建设 亚欧海底光缆，全长38000km，40Gbit/s，预 计1999年9月开通 中美海底光缆，全长26000km，20Gbit/s，预 计1999年底开通

我国光纤通信的发展

第四代光纤通信系统的标志是引入光放 大器。特别是工作在1.55um附近的掺铒光纤 放大器增加了波分复用（WDM）系统的中继距 离。在这样的系统中，光纤的损耗由间隔为 60－100km的光放大器补偿。掺铒光纤放大器 的应用使WDM系统得到广泛应用。 波分复用系统由于信息由多个波长传输 大大增加了系统容量。
光纤通信
Optical Fiber Communication

什么是光纤通信：
以光波作为载波， 以光纤作为光传输介质的一种有线通信方式 光纤：导光光学纤维 光波：一种电磁波

电磁波谱图
f (Hz) 10
0
10
2
10
4
10
6
10
8
10
10
10
12

DWDM干线建设情况
使用DWDM技术的干线:京—汉—广；京—津—
沪；京—太—西；沪—福—穗；汉—宁—沪； 成—渝；济—青；广—汕 采用82.5 G bit/s 全长约13000公里，居世界第二 设备供应厂家： LUCENT、NEC、NORTEL、 ALCATEL、武汉院和大唐
10
14
10
16
10
18
10
20
10
22
10 γ
24
无线电
微波
红外
X 射线
射线
可见光
4 5 6 7 8 9 10
紫外线
11 12 13 14 15 16
f (Hz) 10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
话音 300~3400HZ
双绞线
卫星通信 同轴电缆
光纤
长波 30K~300K
地面微波 中波 300K~3M 通信 无线电(AM) 无线电(FM)

第一章
光纤通信概述

光通信的发展历史

3000年前的烽火台


1791年法国人发明信号灯


1960年， 美国人梅曼（MAIMAN）发明 了第一台红宝石激光器。 波谱窄

“八五”期间干线光缆建设简况
系统工作波长1310 nm
G.652光纤 中继距离60~70公里 光缆芯数12~24 除拉萨外,各个省会均有干线光缆联通, 树形网,没有保护

“九五”期间干线光缆建设简况
建设省际光缆干线28条，约4万公里 采用SDH和DWDM技术

1.2.2
光纤通信的缺点
事物都是一分为二的，光纤通信有许 多优点，因而发展很快，但光纤通信也 有以下缺点。
1. 抗拉强度低 2. 光纤连接困难 3. 光纤怕水
FSO的前景
◆俄罗斯在莫斯科、瓦诺涅什、图拉等多 个城市安装了实用化的激光大气通信系统， 运行情况一直良好。 ◆OrAccess公司的FSO设备可以支持 155M~10G的带 宽，距离达1~2公里，而LMDS 最高速率是622M。 ◆2000年悉尼奥运会上首次使用FSO宽带接 入技术

1977年——10万小时

1976年，美国在ATLANTA进行世界第一个光纤通信 的实验，速率44.7M，距离10KM 。