教学课件 光纤通信系统
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为使光波不受大气层中各种因素的干 扰，人们将光波的传输转入了地下，即透 镜波导和反射镜波导的光波传输系统。
系统造价昂贵，并且调整、测试、维 修都很困难，因此光波地下通信无实用意 义。
2021/1/19
光纤通信系统
13
透镜波导
2021/1/19
光纤通信系统
14
反射波导型
2021/1/19
光纤通信系统
微波
可见 红外 光
传
AM无线电 FM无线电 卫星/微波
光纤
输
同轴电缆
介
质
双铰线
107 106 105 104 103 102 101 100 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6
自由空间波长（m）
2021/1/19
光纤通信系统
7
的变化
2021/1/19
光纤通信系统
8
理论上光纤通信可容纳：
2021/1/19
光纤通信系统
17
(first) Ruby laser, T.H.Maiman, July, 1960, at the Hughes Research Laboratories
The word ‘laser’ has been generally accepted since about 1965
2021/1/19
光纤通信系统
18
光纤
• 1854年，就认识到光纤导光传播 的基本原理—全内反射;
• 十九世纪二十年代，制成了无包 层的玻璃光纤；
• 二十世纪五十年代，用包层可以 改善光纤特性，当时的主要目的 是传输图像;
• 20世纪60年代中期，所研制的最 好的光纤损耗在400dB以上。
2021/1/19
15
两个关键技术的提出
• 合适的光源； • 传输介质：
2021/1/19
光纤通信系统
16
光源
• 1960年7月8日，美国科学家梅曼 (T.H.Maiman)发明了世界上第一台红宝石 激光器；
• 1970年，贝尔实验室的林彦雄成功研制 了在室温下连续工作的半导体激光器， 体积较小，耗电少，能直接用于电流调 制，使用方便。
光纤通信系统 导 论
学习内容
• 光纤的基本理论 • 光源与光发送机（英文） • 光检测器与光接收机 • 无源光器件 • 光纤通信新技术 • 光网络
2021/1/19
2
参考教材
• 《光纤通信》，原荣，电子工业出版社； • 《光纤通信》，顾畹仪，人民邮电出版社； • 《光纤通信与网络》，胡庆，电子工业出
光纤通信是采用光波作为信 息载体，并采用光导纤维作为 传输介质的一种通信方式。
2021/1/19
光纤通信系统
6
通信波段划分及相应传输媒介
101 102 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015
频段 划分
电力、电话
无线电、电视
光纤通信系统
19
光纤理论突破
• 1966年7月，英国标准电信研究所的英籍华 人高锟（C.K.Kao）博士及Hockman首次从理 论上预言光纤损耗可降至20dB/km以下，并 指出了进行信息传输的可能性和技术途径， 从而奠定了光纤通信的基础。(著名论文 “Dielectic-fiber Surface Waveguide for Optical
• 1974年，贝尔实验室（Bell）发明了制造低 损耗光纤的方法，称作改进的化学汽相沉积 法（MCVD）.光纤损耗下降到1dB/km。
• 1976年，日本电话电报公司研制出更低损耗 光纤，损耗下降到0.5dB/km。
• 1979年，日本电报电话公司研制出0.2dB/km 的光纤(1.55m)，这一数值已经十分接近由 Rayleigh散射所决定的石英光纤理论损耗极 限.
电话：7.5亿路
电视：30万路
202ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ/1/19
光纤通信系统
9
光纤通信的发展历程
• 原始光通信阶段； • 近代实验探索阶段； • 系统实验及实用化阶段。
2021/1/19
光纤通信系统
10
原始光通信
光通信是一种古老的信息传递方式，
也是一种被普遍使用的信息交流方法。 中国古代边防报警的烽火台的烟火、 古埃及的烽烟塔、美洲印第安人利用 烟火传递信息等都是原始性的一种光 通信。这些都是用可见光进行的视觉 通信，传输效率非常低，不能称得上 是完全意义上的光通信。
• 1970 年 ， 美 国 康 宁 玻 璃 公 司 （Corning Glass Works）马勒博士 等三人的研究小组首次研制成功 损耗为20 dB/km光纤 里程碑（2） 低损耗光纤的研制成功以及半导 体激光器的实用化标志着近代光 纤通信技术的开端。
2021/1/19
光纤通信系统
22
低损耗光纤的迅速发展
• 目前，光纤最低损耗为0.17dB/km 。
2021/1/19
光纤通信系统
23
国内光纤技术发展情况
在70年代国外的低损耗光纤获得突破后，
我国从1974年开始了低损耗光纤和光通信的 研究工作，并于70年代中期研制出低损耗光 纤和室温下可连续发光的半导体激光器。 1979年分别在北京和上海建成了市话光缆通 信实验系统。这些成果成为我国光通信研究 的良好开端，并使我国成为当时少数几个拥 有光缆通信系统试验段的几个国家之一。到 80年代末，我国的光纤通信的关键技术已达 到国际先进水平。
Frequencies”)
• 光纤的损耗不是石英纤维本身的固有特性， 而是由于材料中的杂质离子吸收产生的。— —提纯。 里程碑（1）
2021/1/19
光纤通信系统
20
光纤之父——高 锟
2021/1/19
光纤通信系统
21
国外光纤技术发展情况
• 日本于1969年研制出第一根通信 用光纤损耗为100 dB/km
2021/1/19
光纤通信系统
11
近代实验探索
• 大气光通信
1880年，A.G.贝尔用可见光进行光电话实 验，证实光波可以携带信息，但这种形式的 光通信并未得到发展，其主要原因有二：
光源：光谱频带太宽，无合适的光源； 传输媒质：光波在大气中的传输极不稳定。
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光纤通信系统
12
• 地下光通信
版社。
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3
考核安排
• 课终闭卷考试，60%； • 实践考核，20%； • 平时作业，10%； • 出勤与提问，10%。
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光纤通信系统
4
本节内容
光纤通信的定义 光纤通信的发展历程 光纤通信系统的组成
光纤通信的特点与应用
2021/1/19
光纤通信系统
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光纤通信的定义
系统造价昂贵，并且调整、测试、维 修都很困难，因此光波地下通信无实用意 义。
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光纤通信系统
13
透镜波导
2021/1/19
光纤通信系统
14
反射波导型
2021/1/19
光纤通信系统
微波
可见 红外 光
传
AM无线电 FM无线电 卫星/微波
光纤
输
同轴电缆
介
质
双铰线
107 106 105 104 103 102 101 100 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6
自由空间波长（m）
2021/1/19
光纤通信系统
7
的变化
2021/1/19
光纤通信系统
8
理论上光纤通信可容纳：
2021/1/19
光纤通信系统
17
(first) Ruby laser, T.H.Maiman, July, 1960, at the Hughes Research Laboratories
The word ‘laser’ has been generally accepted since about 1965
2021/1/19
光纤通信系统
18
光纤
• 1854年，就认识到光纤导光传播 的基本原理—全内反射;
• 十九世纪二十年代，制成了无包 层的玻璃光纤；
• 二十世纪五十年代，用包层可以 改善光纤特性，当时的主要目的 是传输图像;
• 20世纪60年代中期，所研制的最 好的光纤损耗在400dB以上。
2021/1/19
15
两个关键技术的提出
• 合适的光源； • 传输介质：
2021/1/19
光纤通信系统
16
光源
• 1960年7月8日，美国科学家梅曼 (T.H.Maiman)发明了世界上第一台红宝石 激光器；
• 1970年，贝尔实验室的林彦雄成功研制 了在室温下连续工作的半导体激光器， 体积较小，耗电少，能直接用于电流调 制，使用方便。
光纤通信系统 导 论
学习内容
• 光纤的基本理论 • 光源与光发送机（英文） • 光检测器与光接收机 • 无源光器件 • 光纤通信新技术 • 光网络
2021/1/19
2
参考教材
• 《光纤通信》，原荣，电子工业出版社； • 《光纤通信》，顾畹仪，人民邮电出版社； • 《光纤通信与网络》，胡庆，电子工业出
光纤通信是采用光波作为信 息载体，并采用光导纤维作为 传输介质的一种通信方式。
2021/1/19
光纤通信系统
6
通信波段划分及相应传输媒介
101 102 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015
频段 划分
电力、电话
无线电、电视
光纤通信系统
19
光纤理论突破
• 1966年7月，英国标准电信研究所的英籍华 人高锟（C.K.Kao）博士及Hockman首次从理 论上预言光纤损耗可降至20dB/km以下，并 指出了进行信息传输的可能性和技术途径， 从而奠定了光纤通信的基础。(著名论文 “Dielectic-fiber Surface Waveguide for Optical
• 1974年，贝尔实验室（Bell）发明了制造低 损耗光纤的方法，称作改进的化学汽相沉积 法（MCVD）.光纤损耗下降到1dB/km。
• 1976年，日本电话电报公司研制出更低损耗 光纤，损耗下降到0.5dB/km。
• 1979年，日本电报电话公司研制出0.2dB/km 的光纤(1.55m)，这一数值已经十分接近由 Rayleigh散射所决定的石英光纤理论损耗极 限.
电话：7.5亿路
电视：30万路
202ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ/1/19
光纤通信系统
9
光纤通信的发展历程
• 原始光通信阶段； • 近代实验探索阶段； • 系统实验及实用化阶段。
2021/1/19
光纤通信系统
10
原始光通信
光通信是一种古老的信息传递方式，
也是一种被普遍使用的信息交流方法。 中国古代边防报警的烽火台的烟火、 古埃及的烽烟塔、美洲印第安人利用 烟火传递信息等都是原始性的一种光 通信。这些都是用可见光进行的视觉 通信，传输效率非常低，不能称得上 是完全意义上的光通信。
• 1970 年 ， 美 国 康 宁 玻 璃 公 司 （Corning Glass Works）马勒博士 等三人的研究小组首次研制成功 损耗为20 dB/km光纤 里程碑（2） 低损耗光纤的研制成功以及半导 体激光器的实用化标志着近代光 纤通信技术的开端。
2021/1/19
光纤通信系统
22
低损耗光纤的迅速发展
• 目前，光纤最低损耗为0.17dB/km 。
2021/1/19
光纤通信系统
23
国内光纤技术发展情况
在70年代国外的低损耗光纤获得突破后，
我国从1974年开始了低损耗光纤和光通信的 研究工作，并于70年代中期研制出低损耗光 纤和室温下可连续发光的半导体激光器。 1979年分别在北京和上海建成了市话光缆通 信实验系统。这些成果成为我国光通信研究 的良好开端，并使我国成为当时少数几个拥 有光缆通信系统试验段的几个国家之一。到 80年代末，我国的光纤通信的关键技术已达 到国际先进水平。
Frequencies”)
• 光纤的损耗不是石英纤维本身的固有特性， 而是由于材料中的杂质离子吸收产生的。— —提纯。 里程碑（1）
2021/1/19
光纤通信系统
20
光纤之父——高 锟
2021/1/19
光纤通信系统
21
国外光纤技术发展情况
• 日本于1969年研制出第一根通信 用光纤损耗为100 dB/km
2021/1/19
光纤通信系统
11
近代实验探索
• 大气光通信
1880年，A.G.贝尔用可见光进行光电话实 验，证实光波可以携带信息，但这种形式的 光通信并未得到发展，其主要原因有二：
光源：光谱频带太宽，无合适的光源； 传输媒质：光波在大气中的传输极不稳定。
2021/1/19
光纤通信系统
12
• 地下光通信
版社。
2021/1/19
3
考核安排
• 课终闭卷考试，60%； • 实践考核，20%； • 平时作业，10%； • 出勤与提问，10%。
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光纤通信系统
4
本节内容
光纤通信的定义 光纤通信的发展历程 光纤通信系统的组成
光纤通信的特点与应用
2021/1/19
光纤通信系统
5
光纤通信的定义