第一章 光纤通信概述(100824)
合集下载
光纤通信原理 第一章 概述
没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质 对光通信的研究走入了低潮
光纤的雏形
1870年，英国物理学家丁达尔
太阳光随着水流发生弯曲
n水 > n空气，光发生全反射
1953年，英国伦敦学院卡帕尼博士首次将丁达尔的观察用于 实际，发明了用极细的玻璃制作的光导纤维：芯层+包层。芯 层的折射率大于包层，光在其中做全反射。
在电磁波谱中，光波范围包括红外线、可见光、紫外线，其波长 范围为：300 mm ~ 6×10−3 mm。
发送信号的频率越高 (波长越短)， 可载送的信息量就越多
目前使用的光载波频率~190 THz
通信用光波范围
光纤通信的波谱在1.67×1014 Hz ~ 3.75×1014 Hz之间，即 波长在0.8 mm ~ 1.8 mm之间，属于红外波段；将0.8 mm ~ 0.9 mm称为短波长，1.0 mm ~ 1.8 mm称为长波长，2.0 mm以上称 为超长波长。
1960年左右，最好的光纤损耗也在1000分贝/公里 (dB/km)。 由于损耗很大，它最初被用于医疗，如内窥镜。
现代光纤通信
1966年，高锟和霍克哈姆发表的《用于光频的 光纤表面波导》奠定了现代光通信的基础。 高锟被尊为光纤之父。下图二，1998年在英国 接受IEE授予的奖章
工作地点：英国标准电信研究所 研究对象：光在石英玻璃纤维中的严重损耗问题 损耗原因：1) 玻璃纤维中含有过量的铬、铜、铁与锰等金属
第一章 概 述
主要内容
光纤通信的历史 光纤通信的主要特征：优缺点 光纤通信系统的组成和分类 应用
1.1 光纤通信的发展与现状
通信系统：将信息从一处传到另一处的全部技术设备和信道 (传输媒介) 的总和。
无线通信：微波、卫星、激光 传输媒介
光纤的雏形
1870年，英国物理学家丁达尔
太阳光随着水流发生弯曲
n水 > n空气，光发生全反射
1953年，英国伦敦学院卡帕尼博士首次将丁达尔的观察用于 实际，发明了用极细的玻璃制作的光导纤维：芯层+包层。芯 层的折射率大于包层，光在其中做全反射。
在电磁波谱中，光波范围包括红外线、可见光、紫外线，其波长 范围为：300 mm ~ 6×10−3 mm。
发送信号的频率越高 (波长越短)， 可载送的信息量就越多
目前使用的光载波频率~190 THz
通信用光波范围
光纤通信的波谱在1.67×1014 Hz ~ 3.75×1014 Hz之间，即 波长在0.8 mm ~ 1.8 mm之间，属于红外波段；将0.8 mm ~ 0.9 mm称为短波长，1.0 mm ~ 1.8 mm称为长波长，2.0 mm以上称 为超长波长。
1960年左右，最好的光纤损耗也在1000分贝/公里 (dB/km)。 由于损耗很大，它最初被用于医疗，如内窥镜。
现代光纤通信
1966年，高锟和霍克哈姆发表的《用于光频的 光纤表面波导》奠定了现代光通信的基础。 高锟被尊为光纤之父。下图二，1998年在英国 接受IEE授予的奖章
工作地点：英国标准电信研究所 研究对象：光在石英玻璃纤维中的严重损耗问题 损耗原因：1) 玻璃纤维中含有过量的铬、铜、铁与锰等金属
第一章 概 述
主要内容
光纤通信的历史 光纤通信的主要特征：优缺点 光纤通信系统的组成和分类 应用
1.1 光纤通信的发展与现状
通信系统：将信息从一处传到另一处的全部技术设备和信道 (传输媒介) 的总和。
无线通信：微波、卫星、激光 传输媒介
光纤通信
2.2 用射线理论分析光纤的导光原理
分析光纤导光原理有两种基本的研究方法 • 射线理论法（简称为射线法，又称几何光 学法） • 波动理论法（又称波动光学法）
1．均匀平面波的一般概念
• 均匀平面波的一般概念
– 平面波是指在与传播方向垂直的无限大平面的 每个点上，电场强度E的幅度相等、相位相同， 磁场强度H的幅度也相等、相位也相同。 – 或者说，这种波的等幅、等相位面是无限大的 平面。
– 纤芯折射率n1沿半径方向保持一定，包层折射 率n2沿半径方向也保持一定，而且纤芯和包层 的折射率在边界处呈阶梯型变化的光纤称为阶 跃型光纤，又称为均匀光纤。
2.1.2 光纤的分类
渐变型光纤
– 如果纤芯折射率n1随着半径加大而逐渐减小， 而包层中折射率n2是均匀的，这种光纤称为渐 变型光纤，又称为非均匀光纤。
式中，P11为全“1”码时的平均光功率；P00为 全“0”码时的平均光功率。一般要求EXT≥10dB 。
3.0.1
（3）调制特性要好
光发送机
除此之外，还要求电路尽量简单、成本低、稳定
性好、光源寿命长等。
3.0.2 光发送机的基本组成
数字光发送机的基本组成包括均衡放大、码
型变换、复用、扰码、时钟提取、光源、光源的
光纤通信 第一章 概述
第一章 绪论
第二章 光纤
第三章 光纤收发系统 第四章 SDH通信系统 第五章 光通信系统现代应用
光纤通信 第一章 概述
1.1 光纤通信的发展概况 1.2 光纤通信系统组成
1.3 光纤通信系统中的 光纤光缆和器件 1.4 光纤通信的特点 1.5光纤通信的发展趋势
1.1光纤通信的发展概况
二、光纤通信的发展史
波长 第一代 第二代 第三代 第四代 0.85um 1.31um 1.55um 频分、波分 新技术 备注 500MB/S 85GB/S 1000GB/S 2000GB/S
光纤通信知识点归纳
第1章概述1、光纤通信的基本概念：利用光导纤维传输光波信号的通信方式。
光纤通信工作波长在于近红外区：0.8～1.8μm的波长区，对应频率: 167～375THz。
对于SiO2光纤，在上述波长区内的三个低损耗窗口，是目前光纤通信的实用工作波长，即0.85μm、1.31μm及1.55μm。
2、光纤通信系统的基本组成：（P2图1-3）目前采用比较多的系统形式是强度调制/直接检波（IM/DD）的光纤数字通信系统。
该系统主要由光发射机、光纤、光接收机以及长途干线上必须设置的光中继器组成。
1）在点对点的光纤通信系统中，信号的传输过程：由电发射机输出的脉码调制信号送入光接收机，光接收机将电信号转换成光信号耦合进光纤，光接收机将光纤送过来的光信号转换成电信号，然后经过对电信号的处理以后，使其恢复为原来的脉码调制信号送入电接收机，最后由信息宿恢复用户信息。
2）光发射机中的重要器件是能够完成电-光转换的半导体光源，目前主要采用半导体发光二极管(LED)和半导体激光二极管（LD)。
3）光接收机中的重要部件是能够完成光-电转换的光电检测器，目前主要采用光电二极管（PIN）和雪崩光电二极管（APD）。
特性参数：灵敏度4）一般地，大容量、长距离光纤传输 : 单模光纤+半导体激光器LD小容量、短距离光纤传输 : 多模光纤+半导体发光二极管LED5）光纤线路系统：功能：把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机。
组成：光纤、光纤接头和光纤连接器要求：较小的损耗和色散参数3、光纤通信的特点：优点：（1），传输频带宽，通信容量大。
（2）传输损耗小，中继距离长：石英光纤损耗低达0.19 dB/km，用光纤比用同轴电缆或波导管的中继距离长得多。
（3）保密性能好：光波仅在光纤芯区传输，基本无泄露。
（4）抗电磁干扰能力强：光纤由电绝缘的石英材料制成，不受电磁场干扰。
（5）体积小、重量轻。
（6）原材料来源丰富、价格低廉。
缺点：1）不能远距离传输；2）传输过程易发生色散。
第一章 光纤通信概述
光通信
≠
光纤通信
5
§ 1.2光纤通信的发展与现状
原始的光通信： 以 “烽火狼烟”为号----骊山烽火台 杜甫有诗云： “烽火连三月，家书抵万金” 军事应用
6
1880年，贝尔发明了第一个光电话
弧光灯 抛物镜 透镜 硅电池 话筒 透镜 受话器
贝尔电话系统
7
贝尔电话在晴好天气通信距离可达 数公里、甚至几十公里，是现代光通
§1.3现代光纤通信技术
光纤通信技术特点
传输容量大。
44
45
10-14 10-12 10-10 10-8 10-6 宇 宙 线 Γ 射 线 χ 紫 射 线 外 可 见 光
10-4 10-2
100
102
104 波长/m
红
外
微
波
无 线 电 108 106 104 频率/Hz
1022 1020 1018 1016 1014
中继距离L
SDH，WDM 无中继：80～ 120Km 技术2.5Gb/s EDFA：1500Km WDM网络， 单波长 10,40,160G b/s 信道数: 8,16,64,128,1022 超长传输距 离:27000Km(Loop) 6380(Line)
单模
单模
目前 WDM光网络；全光分组交换；光时分复用；光孤子通信； 研究 新型的光器件 内容 43
23
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
衰减 (dB/km)
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
短距离应用 140 THz
长距离应用
20000GHzChannels 50 THz = 1,000
光纤通信第1章概论.pptx
1·2 1.2.1 光通信与电通信 1.2.2 光纤通信的优点
1.2.3 光纤通信的应用 1·3 光纤通信系统的基本组成
1.3.1 发射和接收 1.3.2 基本光纤传输系统 1.3.3 数字通信系统和模拟通信系统
1.1 光纤通信发展的历史和现状
1.1.1 探索时期的光通信
原始形式的光通信:中国古代用“烽火 台”报警，欧洲人用旗语传送信息。 1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用 光波作载波传送话音的“光电话”。贝 尔光电话是现代光通信的雏型。
第三阶段(1986~1996年)，这是以超大容
量超长距离为目标、全面深入开展新技术研
究的时期。
返回主目录
1.1.3
1976年美国在亚特兰大进行的现场试验， 标志着光纤通信从基础研究发展到了商业应用 的新阶段。
此后，光纤通信技术不断创新：光纤从多 模发展到单模，工作波长从0.85 μm发展到1.31 μm和1.55 μm(短波长向长波长），传输速率从 几十Mb/s发展到几十Gb/s。
1976年，日本电报电话公司研制成功发 射波长为1.3 μm的铟镓砷磷(InGaAsP) 激光器。
1977 年，贝尔实验室研制的半导体激光 器寿命达到10万小时。
1979年美国电报电话(AT&T)公司和日 本电报电话公司研制成功发射波长为 1.55 μm的连续振荡半导体激光器。
由于光纤和半导体激光器的技术进步，使 1970 年成为光纤通信发展的一个重要里程碑。
返回主目录
1.2.2 光纤通信的优点
容许频带很宽，
损耗很小， 中继距离很长且误码率很小
重量轻、 体积小
抗电磁干扰性能好
泄漏小，
返回主目录
节约金属材料， 有利于资源合理使用
1.2.3 光纤通信的应用 1·3 光纤通信系统的基本组成
1.3.1 发射和接收 1.3.2 基本光纤传输系统 1.3.3 数字通信系统和模拟通信系统
1.1 光纤通信发展的历史和现状
1.1.1 探索时期的光通信
原始形式的光通信:中国古代用“烽火 台”报警，欧洲人用旗语传送信息。 1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用 光波作载波传送话音的“光电话”。贝 尔光电话是现代光通信的雏型。
第三阶段(1986~1996年)，这是以超大容
量超长距离为目标、全面深入开展新技术研
究的时期。
返回主目录
1.1.3
1976年美国在亚特兰大进行的现场试验， 标志着光纤通信从基础研究发展到了商业应用 的新阶段。
此后，光纤通信技术不断创新：光纤从多 模发展到单模，工作波长从0.85 μm发展到1.31 μm和1.55 μm(短波长向长波长），传输速率从 几十Mb/s发展到几十Gb/s。
1976年，日本电报电话公司研制成功发 射波长为1.3 μm的铟镓砷磷(InGaAsP) 激光器。
1977 年，贝尔实验室研制的半导体激光 器寿命达到10万小时。
1979年美国电报电话(AT&T)公司和日 本电报电话公司研制成功发射波长为 1.55 μm的连续振荡半导体激光器。
由于光纤和半导体激光器的技术进步，使 1970 年成为光纤通信发展的一个重要里程碑。
返回主目录
1.2.2 光纤通信的优点
容许频带很宽，
损耗很小， 中继距离很长且误码率很小
重量轻、 体积小
抗电磁干扰性能好
泄漏小，
返回主目录
节约金属材料， 有利于资源合理使用
光纤通信原理ppt课件教学教程
第三代通信网为全光通信网。1990年后，随着光纤与光波电子技 术的发展，新颖光纤与半导体功能光器件相继问世，掀起了发展 全光通信网的潮流。这种通信网中，不仅用光波系统传输信号， 交换、复用、控制与路由选择等亦全部在光域完成，由此构建真 正的光波通信网。
1.3
传输频带宽，通信容量大。 中继距离远。 抗电磁干扰能力强，无串话。 光纤细，光缆轻。 资源丰富，节约有色金属和能源。 均衡容易。 经济效益好。 抗腐蚀、不怕潮湿。
发展前景十分广阔。
1.2
我国古代使用的烽火台就是大气光通信的最好例子。后来的手旗、 灯光甚至交通红绿灯等均可划入光通信的范畴。
近代光通信的雏形可追朔到1880年Bell发明的光电话。 但通信光电话未能像其它电通信方式那样得到发展。
1966年英籍华人高琨博士提出光导纤维的概念在全世界范 围内掀起了发展光纤通信的高潮。
第五代光波通信系统的研究与发展也经历了20多年历程， 已取得突破性进展。它基于光纤非线性压缩抵消光纤色散 展宽的新概念产生的光孤子，实现光脉冲信号保形传输。
从通信网来看
第一代为纯电信网
第二代通信网仅仅是用光纤代替铜线，使通信网的性能得到了某 种改善，而网络的拓扑骨架基本上之前的模式，光波通信的潜力 尚未完全发挥。
第一章：光纤通信概述
1.1什么是光纤通信 1.2光纤通信的发展史 1.3光纤通信的特点 1.4光纤通信系统的组成 1.5光纤通信的发展趋势
1.1什么是光纤通信
利用光导纤维传输光波信号的通信方式，称为光纤通信。 光纤通信是工作在近红外区，其波长是0.8～1.8μm，对应的频 率为167～375THz。 光纤通信技术的发展十分迅速，已经起到了举足轻重的地位，
1.4光纤通信系统的组成
1.3
传输频带宽，通信容量大。 中继距离远。 抗电磁干扰能力强，无串话。 光纤细，光缆轻。 资源丰富，节约有色金属和能源。 均衡容易。 经济效益好。 抗腐蚀、不怕潮湿。
发展前景十分广阔。
1.2
我国古代使用的烽火台就是大气光通信的最好例子。后来的手旗、 灯光甚至交通红绿灯等均可划入光通信的范畴。
近代光通信的雏形可追朔到1880年Bell发明的光电话。 但通信光电话未能像其它电通信方式那样得到发展。
1966年英籍华人高琨博士提出光导纤维的概念在全世界范 围内掀起了发展光纤通信的高潮。
第五代光波通信系统的研究与发展也经历了20多年历程， 已取得突破性进展。它基于光纤非线性压缩抵消光纤色散 展宽的新概念产生的光孤子，实现光脉冲信号保形传输。
从通信网来看
第一代为纯电信网
第二代通信网仅仅是用光纤代替铜线，使通信网的性能得到了某 种改善，而网络的拓扑骨架基本上之前的模式，光波通信的潜力 尚未完全发挥。
第一章：光纤通信概述
1.1什么是光纤通信 1.2光纤通信的发展史 1.3光纤通信的特点 1.4光纤通信系统的组成 1.5光纤通信的发展趋势
1.1什么是光纤通信
利用光导纤维传输光波信号的通信方式，称为光纤通信。 光纤通信是工作在近红外区，其波长是0.8～1.8μm，对应的频 率为167～375THz。 光纤通信技术的发展十分迅速，已经起到了举足轻重的地位，
1.4光纤通信系统的组成
光纤通信原理课件-第01章概述
光接收机的作用是将光纤送来的光信号还原成原始的 电信号。它一般由光电检测器和解调器组成，对于直
光纤的作用是为光信号的传送提供传送媒介(信道)，
中继器分为电中继器和光中继器(光放大器)两种，其 主要作用就是延长光信号的传输距离。
1.3.2
根据调制信号的类型，光纤通信系统可以分为模 拟光纤通信系统和数字光纤通信系统。
图1.2 反射波导和透镜波导
1966年，英籍华人高锟(K.C.Kao，当时工作 于英国标准电信研究所)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是其中含有过量 的铬、铜、铁与锰等金属离子和其他杂质，其 次是拉制光纤时工艺技术造成了芯、包层分界 面不均匀及其所引起的折射率不均匀，他还发 现一些玻璃纤维在红外光区的损耗较小。
5.
单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了演示发布的良好效 果，请言简意赅地阐述您的观点。您的内容已经简明扼要，字字珠 玑，但信息却千丝万缕、错综复杂，需要用更多的文字来表述；但 请您尽可能提炼思想的精髓，否则容易造成观者的阅读压力，适得 其反。正如我们都希望改变世界，希望给别人带去光明，但更多时 候我们只需要播下一颗种子，自然有微风吹拂，雨露滋养。恰如其 分地表达观点，往往事半功倍。当您的内容到达这个限度时，或许 已经不纯粹作用于演示，极大可能运用于阅读领域；无论是传播观 点、知识分享还是汇报工作，内容的详尽固然重要，但请一定注意 信息框架的清晰，这样才能使内容层次分明，页面简洁易读。如果 您的内容确实非常重要又难以精简，也请使用分段处理，对内容进 行简单的梳理和提炼，这样会使逻辑框架相对清晰。
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。
第1章光纤通信概述
(无水峰)单纤全部可用频段为400nm，约50THz 〖频谱效率〗为 0.4 bit/s/Hz(说明…) 则【可用容量上限】为 50THz 0.4 bit/s/Hz ＝ 20Tb/s 若每波长 信道速率 40Gb/s, 单根纤芯可传 500个波长
500路x40Gb/s=20Tb/s
0.3dB 0.2dB
近乎无限的带宽（没有光纤就没有当今的信息高 速公路) 低损耗（<0.2dB/km)，（传输距离远） 无电磁干扰，信号传输质量高，保密性好 耐化学腐蚀 光纤尺寸小，重量轻，便于传输和铺设； 低价 （光纤是石英玻璃拉制成形,原材料来源丰 富，并节约了大量有色金属）
2020年5月11日8时3分
高速宽带DWDM光传输的容量潜力
2020年5月11日8时3分
什么是光纤通信？
通信系统：将信息从一处传到另一处的全部技术设备和信 道（传输媒介）的总和。
无线通信：微波、卫星…… 传输媒介
有线通信: 铜线电缆、光纤光缆
光纤通信：利用光纤光缆传输光波信号的通信方式。 优点：价格便宜，线路损耗低、频带宽。是现代通信网的 骨干。
2020年5月11日8时3分
频段 电力、电话 划分
传 输 介 质
无线电、电视
微波
AM无线电 FM无线电 卫星/微波
同轴电缆 双铰线
红外
可见光
光纤
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
2020年5月11日8时3分
电磁频谱：电磁波的波长范围
2020年5月11日8时3分
1960年，大气光波通信
图1.2 红宝石激光器[美国梅曼(Maiman)，1960]
500路x40Gb/s=20Tb/s
0.3dB 0.2dB
近乎无限的带宽（没有光纤就没有当今的信息高 速公路) 低损耗（<0.2dB/km)，（传输距离远） 无电磁干扰，信号传输质量高，保密性好 耐化学腐蚀 光纤尺寸小，重量轻，便于传输和铺设； 低价 （光纤是石英玻璃拉制成形,原材料来源丰 富，并节约了大量有色金属）
2020年5月11日8时3分
高速宽带DWDM光传输的容量潜力
2020年5月11日8时3分
什么是光纤通信？
通信系统：将信息从一处传到另一处的全部技术设备和信 道（传输媒介）的总和。
无线通信：微波、卫星…… 传输媒介
有线通信: 铜线电缆、光纤光缆
光纤通信：利用光纤光缆传输光波信号的通信方式。 优点：价格便宜，线路损耗低、频带宽。是现代通信网的 骨干。
2020年5月11日8时3分
频段 电力、电话 划分
传 输 介 质
无线电、电视
微波
AM无线电 FM无线电 卫星/微波
同轴电缆 双铰线
红外
可见光
光纤
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
2020年5月11日8时3分
电磁频谱：电磁波的波长范围
2020年5月11日8时3分
1960年，大气光波通信
图1.2 红宝石激光器[美国梅曼(Maiman)，1960]
《光纤通信》第一章概述的学习归纳
《光纤通信》第一章概述的学习归纳第一篇：《光纤通信》第一章概述的学习归纳《光纤通信》第一章概述的学习归纳浙江传媒学院陈柏年1、光纤通信：以光波作为信号载体，以光纤作为传输媒介的通信方式。
2、学习的重要性：光纤已成为信息宽带传输的主要媒质，光纤通信系统成为国家信息基础设施的支柱。
3、光纤通信发展的历程：（1）光纤模式：从多模发展到单模；（2）工作波长：从0.85 μm发展到1.31 μm和1.55 μm；（3）传输速率：从几十Mb/s发展到几十Gb/s；（4）光纤价格：不断下降；（5）应用范围：不断扩大，从单一类型信息的传输到多种业务的传输。
4、光纤通信的主要优点：（1）传输容量大，（2）传输距离远，（3）抗干扰能力强，（4）重量轻，（5）寿命长。
5、光纤通信的主要应用：（1）通信网，（2）计算机网，（3）有线电视网，（4）光纤接入网。
6、光纤通信的三种分类方法：（1）按照传输信号类型分（模拟，数字），（2）按照光波长和光纤类型分（短波长多模，长波长多模，1310nm单模，1550nm单模），（3）按照调制方式分（直接强度调制，外调制）。
7、光纤通信系统基本组成：（1）光纤，（2）光发送器，（3）光接收器，（4）光中继器，（5）适当的接口设备。
8、光纤通信的支撑技术：（1）光纤，（2）光源和光检测器，（3）SDH传输体制，（4）光放大器，（5）WDM复用技术，（6）全光网络。
第二篇：光纤通信设备概述光纤通信设备概述1.走进通信机房通信机房，无论大小，走进去看到的是：一排排的机柜，里面装有各种各样的设备，大部分机柜是19英寸宽，有2米高，也有2.2米高的.地板,下面往往是走线槽,上面也许有走线槽(地槽和顶槽2选1).网管系统:用计算机管理通信设备.电源系统2.从电话机到机房的线路家里的电话机通过双绞线连接到楼道里的电话分线盒,然后用50对或100对的音频电缆, 连到了小区附近的电缆交接箱,再用更大对数的电缆接到电话局里的音频配线架,也叫总配线架,就是112机房,在音频配线架上,每个电话机都对应有1对电话线接点,并且一般都配有防雷击的音频保安器,电话线在电话局内部还用电缆连到了交换机.或PCM30设备。
第一章光纤通信概述
第一章光纤通信概述
高 锟----光纤通信发明家（左）
2009 年获 得诺 贝尔 物理 学奖
1998年在英国接受IEE授予的奖章 第一章光纤通信概述
1970年，光纤研制取得了重大突破
1970年，在高锟理论的指导下，美国康宁(Corning)公司研制成 功损耗20dB/km的石英光纤。把光纤通信的研究开发推向一个 新阶段。
第四阶段（1996年-至今） 开展研究光纤通信新技术第。一章光纤通信概述
通信波段划分及相应传输媒介
频率 Hz
101 102 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015
频段 划分
电力、电话
传 输 介 质
无线电、电视
微波
AM无线电 FM无线电 卫星/微波 同轴电缆 双铰线
第一章光纤通信概述
早期光通信
旗语（世界各国海军通用的语言） 不同的旗子，不同的旗组表达着不同的意思。 郑和下西洋
交通信号灯、机场上的跑道标志灯
第一章光纤通信概述
1880年，美国人贝尔发明了 “光电话”
第一章光纤通信概述
Bells Photophone
1880 - Photophone Receiver
为0.29dB/km。
➢1981年多模光纤活动连接器进入实用
➢1984年 武汉、天津34Mb/s市话中继光传输系统工程建成(多
模)
➢1990年，研制出G.652标准单模光纤，最小衰减达0.35dB/km
1992年降至0.26dB/km
第一章光纤通信概述
光纤技术发展概况
➢ 1991年，研制出G.653色散位移光纤。最小衰减达
光纤通信系统的传输容量取决于光纤特性、光源特性和调 制特性。适用光纤共有约200nm宽的低损耗区，理论上可提供 相当于300THz的频带宽度。第一章光纤通信概述
高 锟----光纤通信发明家（左）
2009 年获 得诺 贝尔 物理 学奖
1998年在英国接受IEE授予的奖章 第一章光纤通信概述
1970年，光纤研制取得了重大突破
1970年，在高锟理论的指导下，美国康宁(Corning)公司研制成 功损耗20dB/km的石英光纤。把光纤通信的研究开发推向一个 新阶段。
第四阶段（1996年-至今） 开展研究光纤通信新技术第。一章光纤通信概述
通信波段划分及相应传输媒介
频率 Hz
101 102 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015
频段 划分
电力、电话
传 输 介 质
无线电、电视
微波
AM无线电 FM无线电 卫星/微波 同轴电缆 双铰线
第一章光纤通信概述
早期光通信
旗语（世界各国海军通用的语言） 不同的旗子，不同的旗组表达着不同的意思。 郑和下西洋
交通信号灯、机场上的跑道标志灯
第一章光纤通信概述
1880年，美国人贝尔发明了 “光电话”
第一章光纤通信概述
Bells Photophone
1880 - Photophone Receiver
为0.29dB/km。
➢1981年多模光纤活动连接器进入实用
➢1984年 武汉、天津34Mb/s市话中继光传输系统工程建成(多
模)
➢1990年，研制出G.652标准单模光纤，最小衰减达0.35dB/km
1992年降至0.26dB/km
第一章光纤通信概述
光纤技术发展概况
➢ 1991年，研制出G.653色散位移光纤。最小衰减达
光纤通信系统的传输容量取决于光纤特性、光源特性和调 制特性。适用光纤共有约200nm宽的低损耗区，理论上可提供 相当于300THz的频带宽度。第一章光纤通信概述
光纤通信概述(光纤通信课件)
光波是电磁波，光波范围包括红外线、可见光、紫外线， 其波长范围为：300μm～6×10−3μm。 可见光由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的连续 光波组成，其波长范围为：760～390nm ，其中红光的 波长最长，紫光的波长最短。 波长大于760nm的电磁波属于红外线，它又可以划分为 近红外、中红外、远红外。
四、 光纤通信系统的组成
（三）光纤
光纤线路
的功能是把来自光发射机的光信号，以尽可能 小的畸变（失真）和衰减传输到光接收机。光 纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。
四、 光纤通信系统的组成
（四）光接收机
光接收机
的作用是进行光/电转换，即将由光纤传来的 微弱光信号转换为电信号，经放大处理后，恢复 成发射前的电信号。 在接收端，光接收机把数字信号从光波中检测出来 送给电端机，由电端机解复用后再进行数/模转换， 恢复成原来的模拟信息。
一、光纤通信的发展史
（三）光纤通信发展的里程碑
高锟 华裔物理学家
生于中国上海，祖籍江苏金山（今上海市金山区）， 拥有英国、美国国籍并持中国香港居民身份，目前 在香港和美国加州山景城两地居住。高锟为光纤通 讯、电机工程专家，华文媒体誉之为“光纤之父”、 普世誉之为“光纤通讯之父”（Father of Fiber Optic Communications），曾任香港中文大学校长。 2009年，与威拉德·博伊尔和乔治·埃尔伍德·史密斯 共享诺贝尔物理学奖。
五、光纤通信的特点与应用
（二）光纤通信的应用
4.特殊通信手段。如石油、煤矿等部门易燃易爆环境下使用的 光缆及飞机、导弹等内部的光缆系统。 5.各种专用通信网。如电力、公路、铁路等部门通信、 指挥调度、监控的光缆系统。 6.有线电视的干线及分配网；工业电视系统；自动控制系统的 数据传输。
四、 光纤通信系统的组成
（三）光纤
光纤线路
的功能是把来自光发射机的光信号，以尽可能 小的畸变（失真）和衰减传输到光接收机。光 纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。
四、 光纤通信系统的组成
（四）光接收机
光接收机
的作用是进行光/电转换，即将由光纤传来的 微弱光信号转换为电信号，经放大处理后，恢复 成发射前的电信号。 在接收端，光接收机把数字信号从光波中检测出来 送给电端机，由电端机解复用后再进行数/模转换， 恢复成原来的模拟信息。
一、光纤通信的发展史
（三）光纤通信发展的里程碑
高锟 华裔物理学家
生于中国上海，祖籍江苏金山（今上海市金山区）， 拥有英国、美国国籍并持中国香港居民身份，目前 在香港和美国加州山景城两地居住。高锟为光纤通 讯、电机工程专家，华文媒体誉之为“光纤之父”、 普世誉之为“光纤通讯之父”（Father of Fiber Optic Communications），曾任香港中文大学校长。 2009年，与威拉德·博伊尔和乔治·埃尔伍德·史密斯 共享诺贝尔物理学奖。
五、光纤通信的特点与应用
（二）光纤通信的应用
4.特殊通信手段。如石油、煤矿等部门易燃易爆环境下使用的 光缆及飞机、导弹等内部的光缆系统。 5.各种专用通信网。如电力、公路、铁路等部门通信、 指挥调度、监控的光缆系统。 6.有线电视的干线及分配网；工业电视系统；自动控制系统的 数据传输。
光纤通信课件第一章
1970-1980年代
光纤通信技术的初步商业化，长距离 光纤通信系统开始建设。
光纤通信的应用领域
电信网络
电力通信
轨道交通
光纤通信是现代电信网 络的核心技术，用于语 音、数据和视频传输。
光纤通信用于智能电网、 变电站自动化等电力系
统的通信。
光纤通信用于列车控制 系统、信号传输和视频
监控等。
物联网
光纤通信支持物联网设 备的互联互通，实现远
光的干涉与衍射
光的波动性表现为干涉和衍射现象，这是光波特有的性质。干涉是指两束或多束 相干光波在空间某些区域相遇时，相互叠加产生加强或减弱的现象；衍射是指光 波在传播过程中遇到障碍物时，绕过障碍物继续向前传播的现象。
光纤的结构与制造
光纤结构
光纤由纤芯、包层和涂覆层三部分组成。纤芯是光纤传输光信号的部分，包层 用于保护纤芯并起到光信号的限制作用，涂覆层起到保护光纤不受外界环境影 响的作用。
随着互联网和云计算的快速发展，数据传 输需求不断增加，超高速光纤通信技术应 运而生。该技术通过采用先进的调制解调 技术和信号处理算法，提高了数据传输速 率和传输距离，同时降低了传输成本。
光子集成与光电子集成技术
总结词
光子集成与光电子集成技术是实现小型化、 高效化光纤通信系统的关键技术。
详细描述
光子集成和光电子集成技术通过将多个光器 件集成在一个芯片上，实现了小型化和高效 化的光纤通信系统。这种技术可以降低系统 的复杂性和成本，提高系统的可靠性和稳定 性，是未来光纤通信发展的重要方向之一。
光量子通信技术
总结词
光量子通信技术利用量子力学原理实现信息 传输，具有高度安全性、可靠性和保密性。
详细描述
光量子通信技术利用量子态的不可复制性和 量子纠缠等原理，实现了高度安全、可靠和 保密的信息传输。这种技术可以应用于军事 、政府、金融等领域，具有广阔的应用前景
《光纤通信概述》PPT课件 (2)
2021/7/9
20
§1-3 光纤通信系统的基本组成与应用
一、光纤通信系统的基本组成 光纤通信，就是利用光纤来传输携带信息的光
波以达到通信的目的。其基本组成如下：
光放大器
2021/7/9
21
§1-3 光纤通信系统的基本组成与应用
1. 信道（光纤线路） 完成光信号（携带信息）的传输，由光纤/光缆、
5. 光孤子通信；
6. 光纤放大器；
7. 全光通信（两个含义）。
2021/7/9
29
§1-4 光纤通信的新发展
2021年，单根光纤每秒106或101兆兆位（美国和日 本），每秒钟传输时长三个月的高清电视视频，165公 里，380个激光器发送光脉冲。
单路速率不断提升， 已达到10、20、40Gb/s
2021/7/9
32
思考题
➢光纤通信最早在哪一年、由谁提出? ➢光纤通信的里程碑事件有哪些？ ➢光纤通信有哪些优点? ➢光纤的通信的发展阶段？ ➢光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分作用。
2021/7/9
33
光纤接头、光纤连接器组成，其中光纤具有两个重 要的特性参数：损耗和色散。
0.85µm的约2dB/km，1.31µm的约0.5dB/km， 1.55µm的约0.2dB/km。 2. 光发射机
功能：完成电信号→光信号的转换，并把光信 号流耦合进光纤进行传输；由光源、驱动电路以及 其他辅助电路组成。核心部件：LED或LD光源。 通过电信号对光源的调制实现电光转换。
1. optisys/optisystem：光通讯系统、放大器仿真软 件包；
2. Fiber-CAD；
3. Attolight：光纤光栅设计软件；
4. Optigrating：光纤、波导光栅仿真设计软件；
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
光纤通信的发展史
表 1.1 世界成缆光纤市场销售量
年份 光纤销售 总长度 /104 km 1994 1810 1995 2300 1996 2900 1997 3470 1998 4070 1999 4730 2000 5580 2001 6570
中国在2007年第四季度生产了1050万纤芯 公里，2008年上半年生产了2010万纤芯公里。
光纤通信的发展史
行政大楼挂上高锟的油画
香港中文大学校门
光纤通信的发展史
1978年工作于0.8μm的第一代光波系统 正式投入商业应用，其比特率在 20～100 Mb/s之间，最大中继间距约10 km，最大通 信容量（BL）约 500 Mb／s· km。与同轴系 统相比，它中继间距长，投资和维护费用低， 是工程和商业运营的追求目标。
第一章 光纤通信概述
2传统电磁通信原理
(1) 信号: 人们传输的信息, 如声音、文字、 图像等等
(2) 载波：传输信号的载体，如电缆、无线 波、光波、微波等等。
第一章 光纤通信概述
载波频率与信号频率的关系
fc 2 f s
人发声中心频率：600 Hz 人发声带宽：103 Hz 传输人声的载波频率：> 1200 Hz
光纤通信的发展史
第五代光波通信系统的研究与发展也经历 了20多年历程，已取得突破性进展。它基于 光纤非线性压缩抵消光纤色散展宽的新概念产 生的光孤子，实现光脉冲信号保形传输。 光波通信技术得到巨大发展，现在世界通 信业务的90％需经光纤传输。随着光波通信 技术的发展，光波系统在通信网中的应用得到 了相应的发展。现在世界上许多国家都将光波 系统引人了公用电信网、中继网和接人网中。
表 1.6 光缆和电缆的重量和截面积比较
项目 光缆 重量/(kg· m 1) 重量比 直径/mm 截面积比 0.42 1 21 1 8芯 电缆 6.3 15 47 5 光缆 0.42 1 21 1 18 芯 电缆 11 26 65 9.6
光纤通信的优点
(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（电磁脉冲干扰）会遭到毁灭 性的破坏。
表 1.4 光纤通信与电缆或微波通信 传输能力的比较
通信手段 微波无线电 小同轴 中同轴 光缆 光缆 传输容量(话 路)/条 960 960 1800 1920 14000(1Gb/s) 中继距离/km 50 4 6 30 84 1000 km内中继器个 数 20 250 1600 33 11
光缆
1.3光纤通信的优点
（1）传输频带宽，通信容量大。 （2）中继距离远。
（3）抗电磁干扰能力强，无串话。
（4）光纤细，光缆轻。
（5）资源丰富，节约有色金属和能源。
（6）均衡容易。
（7）抗腐蚀、不怕潮湿。
光纤通信的优点
(1) 通信容量大。由于光纤的可用带宽较大， 一般在10 GHz以上，使光纤通信系统具有较大的 通信容量。而金属电缆存在的分布电容和分布电 感实际起到了低通滤波器的作用，使传输频率、 带宽以及信息承载能力受到限制。现代光纤通信 系统能够将速率为几十Gb/s以上的信息传输上百 英里，允许大约数百万条话音和数据信道同时在 一根光缆中传输。实验室里，传输速率达Tb/s级 的系统现已研制成功。光纤通信巨大的信息传输 能力，使其成为了信息传输的主体。
光纤通信的发展史
近代光通信的雏形可追溯到1880年Bell发 明的光电话，他用太阳光作为光源、硒晶体作 为光接收检测器件，通过 200 m的大气空间成 功地传送了语音信号。虽然在以后的几十年中， 科技工作者对Bell的光电话具有浓厚的兴趣， 但由于缺乏合适的光源及严重的大气衰减，这 种大气通信光电话未能像其他电通信方式那样 得到发展。
6000(445MB/S)
134
7
光纤通信的优点
(2) 传输距离长。光缆的传输损耗比电缆低， 因而可传输更长的距离。 光纤系统仅需要少量 的中继器， 而光缆与金属电缆的造价基本相同， 少量的中继器使光纤通信系统的总成本比相应 的金属电缆通信系统的要低。
资源丰富，节约有色金属和能源
制造同轴电缆和波导管的铜、铝、铅等金属
光纤通信的发展史
国内外光纤通信发展的现状 在许多发达国家，光纤通信行业已在国民经济中占重要地 位。根据资料，仅光缆产品一项，1995年在世界市场销 售额达38亿美元，2000年达到85亿美元，2005年达到 155 亿 美 元 。 世 界 成 缆 光 纤 市 场 销 售 量 ， 1994 年 为 1810×104 km，2001年为6570×104 km，2005年为 6800万km，2008年为15900万km。市场销售额和市 场销售量的年增长率不同，主要是由于光纤价格呈下降趋 势，见表1.2。在1995年光缆市场销售额的38亿美元中， 单 模 占 28 亿 美 元 ， 为 74% 。 同 年 成 缆 光 纤 销 售 量 的 2300×104 km中，单模为2130×104 km， 占93%。
第一章 光纤通信概述
电磁波波段的划分：
101 102
ELF
频率，Hz
109
UHF
103
VF
104
VLF
105
LF
106
MF
107 108
HF VHF
1010 1011 1012 1013 1014 1015
SHF EHF
频段 划分 传 输 介 质
电力、电话
无线电、电视
微波
红外 可见光
光纤
AM无线电 FM无线电 卫星/微波 同轴电缆 双铰线 107 106 105 104 103 102 101 100 10-1 10-2 10-3 10-4
材料，在地球上的储存量是有限的；而制造光纤
的石英(SiO2)在地球上基本上是取之不尽的材料。
制造8 km管中同轴电缆，1 km需要120 kg铜和500
kg铝；而制造8 km光纤只需320 g石英。 所以， 推广光纤通信，有利于地球资源的合理使用。
光纤通信的优点
(3) 抗电磁干扰。 光纤通信系统避免了电缆间 由于相互靠近而引起的电磁干扰。 金属电缆发生 干扰的主要原因就是金属导体向外泄漏电磁波。 由于光纤的材料是玻璃或塑料， 都不导电， 因而 不会产生电磁波的泄漏， 也就不存在相互之间的 电磁干扰。
光纤通信的发展史
20世纪后半叶人们开始认识到，如果用光 波作载波，信息容量可能增加几个数量级，然 而20世纪50年代还没有相干光源和合适的传 输媒质。1960年激光器的发明解决了第一个 问题，随后人们的注意力集中到寻找用激光进 行通信的途径。20世纪60年代提出了许多方 法解决光传输通道问题，其中之一是用气体透 镜序列进行光限制传输。
光纤通信的发展史
第四代光波系统以采用光放大器（OA）增 加中继 距离和 采用频 分与波 分复用 （FDM与 WDM）增加比特率为特征，这种系统有时采用 零差或外差方案，称为相干光波通信系统。光 纤放大器的问世已引起了光纤通信领域的重大 变革。光纤损耗用光纤放大器（EDFA）补偿， 放大器间距为80km，传输距离达 2223 km。
光纤通信的优点
(5) 适应环境。 光纤对恶劣环境有较强的 抵抗能力。 它比金属电缆更能适应温度的变 化， 而且腐蚀性的液体或气体对其影响较小。
光纤通信的优点
(6) 重量轻， 安全， 易敷设。 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, 更便于机载工作， 而且它占用的 存储空间小， 运输也方便。
光纤通信的发展史
传输方案之二是利用光全反射的原理， 将光线限制在一个通道内传向远方，这个 通道就是光纤的雏形。 但是，当时生产出的光纤损耗高达 1000dB/km。因此，光通信毫无实际价 值。
光纤通信的发展史
1966年英籍华人高锟博士提出光纤的高 损耗是阻碍光通信发展的主要因素，而高损 耗是可以克服的。因此，高锟获得2009年诺 贝尔物理奖。1970年出现了突破，在lμm 附近波长区光纤损耗降低到约20dB／km。 几乎在同时，室温下运行的GaAs半导体激 光器研究成功。小型光源和低损耗光纤的同 时问世，在全世界范围内掀起了发展光纤通 信的高潮。
光纤通信的发展史
表 1.2 世界市场单模光纤平均价格
年份 价格 /($· -1) km 1994 68 1995 67 1996 72 1997 69 1998 60 1999 52 2000 46 2001 44
2006年我国的G652B光纤平均价格约为85元/公里，比 2005年下降5%；G652D光纤的市场平均价格约90元/公里， 比2005年下降5%。而普通通信光缆的平均价格则约为188 元/芯公里，比2005年下降9%之多。
光纤通信
第一章 光纤通信概述
1. 什么是光纤通信 2. 光纤通信的发展史
3. 光纤通信的优点
4. 光纤通信系统的组成
5. 光纤通信的发展趋势
第一章 光纤通信概述
1.1 什么是光纤通信 以光纤为媒介传输信息的通信方式 1.人自然发声通信
人能听到的声音：20 ~ 20000 Hz
人能发出的声音：64 ~ 1300 Hz 声音传输的距离：< 6 Km
因此，电视信号的传播必须用 48 MHz 以上的微 波传输
一部90分钟的电影，用现有的电话网路传输，需 要两天的时间，这是不现实的。用现有的光纤网络传 输只需一分钟即可观看了。若采用最先进的OC48超 级干线，一部电影只需4秒钟就可以传输完毕。