光纤通信与光电子器件
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Lowell L. Scheiner eds., Pearson Education, Inc., 2001. 光纤通 信技术，科学出版社，2002 (国外高校电子信息类优秀教材) ❖ IEEE & IEE & OSA
2
第1章 光纤通信与光电子器件
3
Contents
光纤通信系统简介 光发射机 光调制器 光纤光缆 光放大器 光接收机
7
指明通过“原材料的提纯制造出适合于长距离通信使 用的低损耗光纤”这一发展方向。
8
高锟博士 1998年在英国接受IEE授予的奖章
9
光纤
• 1970年，光纤研制取得了重大突破：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。
• 1972年，康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到4 dB/km。 • 1973 年，美国贝尔(Bell)实验室的光纤损耗降低到2.5dB/km。1974 年降 低到1.1dB/km。 • 1976 年，日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗降低到0.47 dB/km(波长 1.2μm)。 • 此后的 10 年中，波长为1.55 μm的光纤损耗：1979 年是0.20 dB/km， 1984年是0.157 dB/km，1986 年是0.154 dB/km， 接近了光纤最低损耗的理论 极限。
6
在这个时期，美国麻省理工学院的研究人员利用He - Ne激光器和 CO2激光器进行了大气激光通信试验。 由于没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质，对光通信的研究曾一 度走入了低潮。 1966年，英籍华裔学者高锟(C. K. Kao)和霍克哈姆(C. A. Hockham)发表了关于传输介质新概念的论文《光频率的介质纤维 表面波导》 ，指出了利用光纤（ Optical Fiber ）进行信息传输的 可能性和技术途径，奠定了现代光通信——光纤通信的基础。
大 器
10
多模
(Gb/s•Km
）
1
0.1 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992
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光纤
光纤：光导纤维的简称，是一种 能利用光的全反射作用来传导光 线的透明度极高的(玻璃)纤维。
16
光纤分类
根据材料: 石英光纤、玻璃光纤、塑料包层石英芯光纤、全塑料光纤和氟化物碲 化物光纤等。 塑料光纤是用高度透明的聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃） 制成。
光纤通信与光电子器件
参考资料
《光纤通信用光电子器件和组件》,, ❖ 《光通信器件与系统》，J.H.Franz，徐宏杰等译，电子工业
出版社 ❖ 《光通信器件》, (德)N. Grote, H. Venghaus 王景山，沈欣捷，
孙玮译，国防工业出版社 ❖ 光纤通信, Joseph C.Palais, 王江平等译, 电子工业出版社 ❖ Fiber-Optic Communications Technology, Djafar K. Mynbaev,
10
光源
• 1970年，光纤通信用光源取得了实质性的进展：美国贝尔实验室、日本 电气公司(NEC)和前苏联先后研制成功室温下连续振荡的镓铝砷(GaAlAs)双 异质结半导体激光器(短波长)。虽然寿命只有几个小时，但它为半导体激光 器的发展奠定了基础。
• 1973 年，半导体激光器寿命达到7000小时。 • 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。
目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒质，光纤通信系统将成为未来 国家信息基础设施的支柱。
在许多发达国家，生产光纤通信产品的行业已在国民经济中占重要地位。
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光纤通信整体发展时间表
100000
1.55μm 光孤子
系 10000
相干检测
统
1.55μm
性 1000 能
直接检测
光
1.3μm
放Fra Baidu bibliotek
100 0.8μm 单模
12
光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段：
• 第一阶段(1966~1976年)，这是从基础研究到商业应用 的开发时期。
• 第二阶段(1976~1986年)，这是以提高传输速率和增加 传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期。
• 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。
光无源器件
4
• 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。
5
• 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。 • 1960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红宝石激光器， 给光通信带来了新的希望。激光器的发明和应用， 使沉睡了80 年的光通信进入一个崭新的阶段。
1970 年成为光纤通信发展的一个重要里程碑
11
光纤通信
实用光纤通信系统的发展 • 1976 年，美国在亚特兰大(Atlanta)进行了世界上第一个实用光纤通信系 统的现场试验。 • 1980 年，美国标准化FT - 3光纤通信系统投入商业应用。 • 1976 年和 1978 年，日本先后进行了速率为34 Mb/s的突变型多模光纤通 信系统， 以及速率为100 Mb/s的渐变型多模光纤通信系统的试验。 • 1983年敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线。 • 随后，由美、日、 英、法发起的第一条横跨大西洋 TAT-8海底光缆通信 系统于1988年建成。 • 第一条横跨太平洋 TPC-3/HAW-4 海底光缆通信系统于1989年建成。从 此，海底光缆通信系统的建设得到了全面展开，促进了全球通信网的发展。
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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。
随着技术的进步和大规模产业的形成，光纤价格不断下降，应用范围 不断扩大。
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第1章 光纤通信与光电子器件
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Contents
光纤通信系统简介 光发射机 光调制器 光纤光缆 光放大器 光接收机
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指明通过“原材料的提纯制造出适合于长距离通信使 用的低损耗光纤”这一发展方向。
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高锟博士 1998年在英国接受IEE授予的奖章
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光纤
• 1970年，光纤研制取得了重大突破：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。
• 1972年，康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到4 dB/km。 • 1973 年，美国贝尔(Bell)实验室的光纤损耗降低到2.5dB/km。1974 年降 低到1.1dB/km。 • 1976 年，日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗降低到0.47 dB/km(波长 1.2μm)。 • 此后的 10 年中，波长为1.55 μm的光纤损耗：1979 年是0.20 dB/km， 1984年是0.157 dB/km，1986 年是0.154 dB/km， 接近了光纤最低损耗的理论 极限。
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在这个时期，美国麻省理工学院的研究人员利用He - Ne激光器和 CO2激光器进行了大气激光通信试验。 由于没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质，对光通信的研究曾一 度走入了低潮。 1966年，英籍华裔学者高锟(C. K. Kao)和霍克哈姆(C. A. Hockham)发表了关于传输介质新概念的论文《光频率的介质纤维 表面波导》 ，指出了利用光纤（ Optical Fiber ）进行信息传输的 可能性和技术途径，奠定了现代光通信——光纤通信的基础。
大 器
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多模
(Gb/s•Km
）
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0.1 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992
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光纤
光纤：光导纤维的简称，是一种 能利用光的全反射作用来传导光 线的透明度极高的(玻璃)纤维。
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光纤分类
根据材料: 石英光纤、玻璃光纤、塑料包层石英芯光纤、全塑料光纤和氟化物碲 化物光纤等。 塑料光纤是用高度透明的聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃） 制成。
光纤通信与光电子器件
参考资料
《光纤通信用光电子器件和组件》,, ❖ 《光通信器件与系统》，J.H.Franz，徐宏杰等译，电子工业
出版社 ❖ 《光通信器件》, (德)N. Grote, H. Venghaus 王景山，沈欣捷，
孙玮译，国防工业出版社 ❖ 光纤通信, Joseph C.Palais, 王江平等译, 电子工业出版社 ❖ Fiber-Optic Communications Technology, Djafar K. Mynbaev,
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光源
• 1970年，光纤通信用光源取得了实质性的进展：美国贝尔实验室、日本 电气公司(NEC)和前苏联先后研制成功室温下连续振荡的镓铝砷(GaAlAs)双 异质结半导体激光器(短波长)。虽然寿命只有几个小时，但它为半导体激光 器的发展奠定了基础。
• 1973 年，半导体激光器寿命达到7000小时。 • 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。
目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒质，光纤通信系统将成为未来 国家信息基础设施的支柱。
在许多发达国家，生产光纤通信产品的行业已在国民经济中占重要地位。
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光纤通信整体发展时间表
100000
1.55μm 光孤子
系 10000
相干检测
统
1.55μm
性 1000 能
直接检测
光
1.3μm
放Fra Baidu bibliotek
100 0.8μm 单模
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光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段：
• 第一阶段(1966~1976年)，这是从基础研究到商业应用 的开发时期。
• 第二阶段(1976~1986年)，这是以提高传输速率和增加 传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期。
• 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。
光无源器件
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• 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。
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• 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。 • 1960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红宝石激光器， 给光通信带来了新的希望。激光器的发明和应用， 使沉睡了80 年的光通信进入一个崭新的阶段。
1970 年成为光纤通信发展的一个重要里程碑
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光纤通信
实用光纤通信系统的发展 • 1976 年，美国在亚特兰大(Atlanta)进行了世界上第一个实用光纤通信系 统的现场试验。 • 1980 年，美国标准化FT - 3光纤通信系统投入商业应用。 • 1976 年和 1978 年，日本先后进行了速率为34 Mb/s的突变型多模光纤通 信系统， 以及速率为100 Mb/s的渐变型多模光纤通信系统的试验。 • 1983年敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线。 • 随后，由美、日、 英、法发起的第一条横跨大西洋 TAT-8海底光缆通信 系统于1988年建成。 • 第一条横跨太平洋 TPC-3/HAW-4 海底光缆通信系统于1989年建成。从 此，海底光缆通信系统的建设得到了全面展开，促进了全球通信网的发展。
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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。
随着技术的进步和大规模产业的形成，光纤价格不断下降，应用范围 不断扩大。