现代通信技术-光纤通信
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•1976年 在美国亚特兰大成功进行了码速率为44.7Mb/s的光通信系统性能试验, 从此光通信技术进入实用化阶段
今天 单波长光纤通信系统的传输速率已达40Gb/s,采用DWDM 技术速率已达10.9Tb/s
光纤通信无争议地成为通信网络中最为重要的基础设施,已成为 全球信息基础设施GII和国家高速信息公路NII的重要组成部分
• 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。
适合中容量，中距离通信 现代通信技术-光纤通信
4.2.2 光纤的分类
按照ITU-T建议分类 (1)渐变型多模光纤(G.651光纤)
工作波长两种1310(具有最小色散值)和 1550(具有最小的衰减系数)
• 光传送联网的一个最新发展趋势是自动交换光网络 （ASON），使光联网从静态光联网发展到自动交换 光网络，使传统的传送网向业务网方向发展。
现代通信技术-光纤通信
4.2.1 光纤的结构
通信用的光纤绝大多数是用石英材料做成的横截面很 小的双层同心圆柱体，外层的折射率比内层低。 – 折射率高的中心部分叫做纤芯，其折射率为n1， 直径为2a； – 折射率低的外围部分称为包层，其折射率为n2， 直径为2b。 n2<n1
现代通信技术-光纤通信
4.1.1 光纤通信发展历史
• 1966年 华裔科学家高锟博士等人提出从玻璃材料中去除杂质可以制成衰减 为20dB/km的光导纤维。 1970年 美国康宁玻璃公司根据高氏理论首先制造出衰减为20dB/km的光导 纤维，使光导纤维的发展得到突破。 1973年 美国贝尔研究所生产出衰减为1dB/km的低损耗光纤 1976年 日本电报电话公司（NTT）制造出0.5dB/km 的低损耗光纤
4 光纤通信
利用光导纤维传输光波信号的通信
现代通信技术-光纤通信
4.1 概述
光波属于电磁波的范畴。 属于光波范畴之内的电磁波包括紫外线、可见光 和红外线。
光纤通信波长范
即0.8～1.8μm的波长区，对
现代通信技术-光纤通信
围使用近红外区
应的频率为167～375THz
4.1 光纤通信的基本概念
• 图 电磁波波谱图 现代通信技术-光纤通信
• 无串话,保密性好
– 通信质量高
• 线径细,重量轻,柔软
– 可制成大芯数高密度光缆
– 单芯光缆可安装在飞机,火箭,潜艇及航天飞机上
• 节约有色金属,原材料资源丰富
– 可节约大量铜金属
现代通信技术-光纤通信
4.1.2 光纤通信的特点
• 传输频带宽，通信容量大 • 传输损耗,无中继距离长 • 抗电磁干扰的能力强 • 保密性强,使用安全 • 另外，光纤线径细、重量轻，而且制作光纤的
现代通信技术-光纤通信
4.2.2 光纤的分类
• 按照光纤组成材料划分有:
石英系光纤 多组分玻璃光纤
塑料光纤
液芯光纤
氟化物光纤
• 按照光纤的工作波长可分有: 短波长(0.8~0.9um)光纤 长波长(１.０~１.７um)光纤 超长波长（＞２um）光纤
• 按照套塑层的不同，光纤可分为可分有:
紧套光纤
松套光纤
–多模光纤的纤芯直径约为50μm。
现代通信技术-光纤通信
4.2.2 光纤的分类
按照光纤横截面折射率分布不同来划分 • 阶跃型光纤
– 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。适合带宽窄，小容量短距离
资源丰富。 • 抗腐蚀、不怕潮湿。
现代通信技术-光纤通信
缺点
• 质地脆,机械强度低 • 光纤切断和接续需要一定的工具,设备和技术 • 分路,耦合不灵活 • 光纤,光缆弯曲半径不能过小(>20CM) • 在偏僻地区存在有供电困难问题
现代通信技术-光纤通信
4.1.3 光纤通信的发展趋势
１、光纤向保偏光纤方向发展 ２、光纤通信系统的中继距离越来越长 ３、光纤通信系统向波分复用系统方向发展
４、光纤通信系统向相干光纤通信方向发展
５、光孤子传输
６、光纤通信系统向全光通信方向发展
７、量子光通信系统
现代通信技术-光纤通信
4.1.3 光纤通信的发展趋势
• 普通的点到点的波分复用系统虽然有巨大的通信容量， 但只提供了原始的传输带宽，必须要有灵活的节点才 能实现高效灵活的组网能力。
光分叉复用器（OADM）和光交叉连接器（OXC）是靠 光层面上的波长连接来解决节点的容量扩展问题的， 单个节点容量可从160Gbit/s增加到10Tbit/s。
4.1.1 光纤通信发展历史
• 1880年 A.G.贝尔利用可见光做光电话机，证实光波可以携带 信息
1960年 发明了新光源激光器后，极大的促进了光波通信的研究 激光器特性：单色性、强方向性、高亮度 发展过程： 60年 固体红宝石激光器 61年 氦-氖 气体激光器 70年 半导体激光器（体积小、耗电少、调制速度高、使 用方便）
现代通信技术-光纤通信
4.1.2.光通信特点
• 频带宽,通信容量大
– 理论上讲一根单模光纤可利用的带宽达 20THz(1THz=1012Hz)以上,现在最先进的光纤通信 系统达400GHz,而一路电话带宽约占4KHz频带,一 路彩色电视约占6MHz频带
• 损耗低,中继距离长
– 铜缆的损耗特性与缆的结构尺寸及所传输信号的频
目前数据通信局域网,接入网的引入光缆 和室内软光缆大量使用多模光纤
率有关,光缆的损耗特性仅与玻璃的纯度(或者说透
明度)有关,高质量望远镜的镜头其损耗超过
500dB/km,目前通信用光纤的最低损耗达0.2
dB/km
现代通信技术-光纤通信
• 具有抗电磁干扰能力
– 光导纤维是绝缘体材料,不受输电线,电气化铁路及高压设备 等电器干扰,可以与高压电线平行架设,还可制成复合光缆
现代通信技术-光纤通信
4.２.2 光纤的分类
按照纤芯中传输模式的多少来划分 •
–光纤中只传输一种模式时，叫做单模光纤。 –单模光纤的纤芯直径较小，约为4～10μm。 –适用于大容源自文库、长距离的光纤通信。
•
–在一定的工作波长下，多模光纤是能传输多种模式的介质 波导。
–多模光纤可以采用阶跃折射率分布，也可以采用渐变折射 率分布。
今天 单波长光纤通信系统的传输速率已达40Gb/s,采用DWDM 技术速率已达10.9Tb/s
光纤通信无争议地成为通信网络中最为重要的基础设施,已成为 全球信息基础设施GII和国家高速信息公路NII的重要组成部分
• 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。
适合中容量，中距离通信 现代通信技术-光纤通信
4.2.2 光纤的分类
按照ITU-T建议分类 (1)渐变型多模光纤(G.651光纤)
工作波长两种1310(具有最小色散值)和 1550(具有最小的衰减系数)
• 光传送联网的一个最新发展趋势是自动交换光网络 （ASON），使光联网从静态光联网发展到自动交换 光网络，使传统的传送网向业务网方向发展。
现代通信技术-光纤通信
4.2.1 光纤的结构
通信用的光纤绝大多数是用石英材料做成的横截面很 小的双层同心圆柱体，外层的折射率比内层低。 – 折射率高的中心部分叫做纤芯，其折射率为n1， 直径为2a； – 折射率低的外围部分称为包层，其折射率为n2， 直径为2b。 n2<n1
现代通信技术-光纤通信
4.1.1 光纤通信发展历史
• 1966年 华裔科学家高锟博士等人提出从玻璃材料中去除杂质可以制成衰减 为20dB/km的光导纤维。 1970年 美国康宁玻璃公司根据高氏理论首先制造出衰减为20dB/km的光导 纤维，使光导纤维的发展得到突破。 1973年 美国贝尔研究所生产出衰减为1dB/km的低损耗光纤 1976年 日本电报电话公司（NTT）制造出0.5dB/km 的低损耗光纤
4 光纤通信
利用光导纤维传输光波信号的通信
现代通信技术-光纤通信
4.1 概述
光波属于电磁波的范畴。 属于光波范畴之内的电磁波包括紫外线、可见光 和红外线。
光纤通信波长范
即0.8～1.8μm的波长区，对
现代通信技术-光纤通信
围使用近红外区
应的频率为167～375THz
4.1 光纤通信的基本概念
• 图 电磁波波谱图 现代通信技术-光纤通信
• 无串话,保密性好
– 通信质量高
• 线径细,重量轻,柔软
– 可制成大芯数高密度光缆
– 单芯光缆可安装在飞机,火箭,潜艇及航天飞机上
• 节约有色金属,原材料资源丰富
– 可节约大量铜金属
现代通信技术-光纤通信
4.1.2 光纤通信的特点
• 传输频带宽，通信容量大 • 传输损耗,无中继距离长 • 抗电磁干扰的能力强 • 保密性强,使用安全 • 另外，光纤线径细、重量轻，而且制作光纤的
现代通信技术-光纤通信
4.2.2 光纤的分类
• 按照光纤组成材料划分有:
石英系光纤 多组分玻璃光纤
塑料光纤
液芯光纤
氟化物光纤
• 按照光纤的工作波长可分有: 短波长(0.8~0.9um)光纤 长波长(１.０~１.７um)光纤 超长波长（＞２um）光纤
• 按照套塑层的不同，光纤可分为可分有:
紧套光纤
松套光纤
–多模光纤的纤芯直径约为50μm。
现代通信技术-光纤通信
4.2.2 光纤的分类
按照光纤横截面折射率分布不同来划分 • 阶跃型光纤
– 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。适合带宽窄，小容量短距离
资源丰富。 • 抗腐蚀、不怕潮湿。
现代通信技术-光纤通信
缺点
• 质地脆,机械强度低 • 光纤切断和接续需要一定的工具,设备和技术 • 分路,耦合不灵活 • 光纤,光缆弯曲半径不能过小(>20CM) • 在偏僻地区存在有供电困难问题
现代通信技术-光纤通信
4.1.3 光纤通信的发展趋势
１、光纤向保偏光纤方向发展 ２、光纤通信系统的中继距离越来越长 ３、光纤通信系统向波分复用系统方向发展
４、光纤通信系统向相干光纤通信方向发展
５、光孤子传输
６、光纤通信系统向全光通信方向发展
７、量子光通信系统
现代通信技术-光纤通信
4.1.3 光纤通信的发展趋势
• 普通的点到点的波分复用系统虽然有巨大的通信容量， 但只提供了原始的传输带宽，必须要有灵活的节点才 能实现高效灵活的组网能力。
光分叉复用器（OADM）和光交叉连接器（OXC）是靠 光层面上的波长连接来解决节点的容量扩展问题的， 单个节点容量可从160Gbit/s增加到10Tbit/s。
4.1.1 光纤通信发展历史
• 1880年 A.G.贝尔利用可见光做光电话机，证实光波可以携带 信息
1960年 发明了新光源激光器后，极大的促进了光波通信的研究 激光器特性：单色性、强方向性、高亮度 发展过程： 60年 固体红宝石激光器 61年 氦-氖 气体激光器 70年 半导体激光器（体积小、耗电少、调制速度高、使 用方便）
现代通信技术-光纤通信
4.1.2.光通信特点
• 频带宽,通信容量大
– 理论上讲一根单模光纤可利用的带宽达 20THz(1THz=1012Hz)以上,现在最先进的光纤通信 系统达400GHz,而一路电话带宽约占4KHz频带,一 路彩色电视约占6MHz频带
• 损耗低,中继距离长
– 铜缆的损耗特性与缆的结构尺寸及所传输信号的频
目前数据通信局域网,接入网的引入光缆 和室内软光缆大量使用多模光纤
率有关,光缆的损耗特性仅与玻璃的纯度(或者说透
明度)有关,高质量望远镜的镜头其损耗超过
500dB/km,目前通信用光纤的最低损耗达0.2
dB/km
现代通信技术-光纤通信
• 具有抗电磁干扰能力
– 光导纤维是绝缘体材料,不受输电线,电气化铁路及高压设备 等电器干扰,可以与高压电线平行架设,还可制成复合光缆
现代通信技术-光纤通信
4.２.2 光纤的分类
按照纤芯中传输模式的多少来划分 •
–光纤中只传输一种模式时，叫做单模光纤。 –单模光纤的纤芯直径较小，约为4～10μm。 –适用于大容源自文库、长距离的光纤通信。
•
–在一定的工作波长下，多模光纤是能传输多种模式的介质 波导。
–多模光纤可以采用阶跃折射率分布，也可以采用渐变折射 率分布。