光纤通信第一章导论
合集下载
光纤通信系统讲义第一章
0
3
5
•Electric phone
•Radio TV
•micro wave
•AM无线电 •FM无线电 •卫星/微波
•同轴电缆
•双铰线
•infra •Visible
red
light
•光纤
•107 •106 •105 •104 •103 •102 •101 •100 •10-1 •10-2 •10-3 •10-4 •10-5 •10-6
光纤通信系统讲义第一 章
PPT文档演模板
2020/11/5
光纤通信系统讲义第一章
第一章 概述
1.1. 光纤通信的发展概况 • 光通信就是发出包含了某种信息在内的光，
将这种光通过媒质光纤传到对方，然后在 这种光中取出原来的信息，这就是光纤通 信。
• 古代，我们的祖先已经利用光来传递信息。 建造烽火台，用烟和火花来报警，用旗语 来传送信息等。
在我国青岛和韩国泰安登陆、全长549公里
•
光纤通信系统讲义第一章
照Pioneer公司预测，海底光缆系统的建设资金（包 括新建和升级改造），2003年为最低点，2007年 则可恢复到2001年的水平。略高于140亿美元)。 而Terabit Consulting公司认为，2004年后海底光 缆建设将开始复苏，2004-2009年海底光缆的投 资总额可达496亿美元（这段时间每年平均80多 亿美元）。但日本KDDI公司认为，从现时的市场 感觉以及根据IT泡沫发生前的长时期内市场的发 展趋势来判断，Consulting公司的预测将很难成 为现实。KDDI还认为，2004年后海底光缆建设每 年的投资额充其量也就是40亿美元左右。
•2 dB/cm
•Fourth Generation, 1996, 1.55 mm
一章光纤通信概述ppt课件
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
由于光纤具备一系列优点，所以广泛应用于公用 通信、有线电视图像传输、计算机、空航、航天、船 舰内的通信控制、电力及铁道通信交通控制信号、核 电站通信、油田、炼油厂、矿井等区域内的通信
2020/4/26
图1-1电磁波波谱图
1.11 光纤通信使用波段
2020/4/26
第一章：光纤通信概述
1.1 光纤传输系统的基本组成
光纤通信：以光导纤维（光纤）为传输媒 质，以光波为载波，实现信息传输。
光纤传输系统的基本组成
光发射机
光源
光调制器
已调光 光纤线路
信号
调制电信号
基带处理
光接收机
光检测器 解调电信号 基带处理
2020/4/26
基带电信号
基带电信号
1.1 光纤传输系统的基本组成
第三阶段（1986年～），全面深入开展新技术研究，实现 了1.55 μm单模光纤通信系统（SDH） ，速率达2.5~10Gb/s, 无中继距离为100～150km；2019年后，研发波分复用光纤 2020/4/通26 信系统，每波长传输速率10或40G及光波网络。
1.9 光纤通信的特点与应用
传输容量很大：2.5G～10G/波长；每光纤采用波分复用
1.4 光纤传输特性
传输损耗：由材料吸收和杂质散射等因素引起有 三个低损耗窗口：（1）0.85μm附近，损耗2~4dB/km;（2）
1.31 μm附近，损耗约0.5dB/km;（3）1.55 μm附近，损耗约0.2dB/km。
色散（Dispersion）：一般包括材料色散、模式色 散、波导色散等，引起接收的信号脉冲展宽，从 而限制了信息传输速率。
由于光纤具备一系列优点，所以广泛应用于公用 通信、有线电视图像传输、计算机、空航、航天、船 舰内的通信控制、电力及铁道通信交通控制信号、核 电站通信、油田、炼油厂、矿井等区域内的通信
2020/4/26
图1-1电磁波波谱图
1.11 光纤通信使用波段
2020/4/26
第一章：光纤通信概述
1.1 光纤传输系统的基本组成
光纤通信：以光导纤维（光纤）为传输媒 质，以光波为载波，实现信息传输。
光纤传输系统的基本组成
光发射机
光源
光调制器
已调光 光纤线路
信号
调制电信号
基带处理
光接收机
光检测器 解调电信号 基带处理
2020/4/26
基带电信号
基带电信号
1.1 光纤传输系统的基本组成
第三阶段（1986年～），全面深入开展新技术研究，实现 了1.55 μm单模光纤通信系统（SDH） ，速率达2.5~10Gb/s, 无中继距离为100～150km；2019年后，研发波分复用光纤 2020/4/通26 信系统，每波长传输速率10或40G及光波网络。
1.9 光纤通信的特点与应用
传输容量很大：2.5G～10G/波长；每光纤采用波分复用
1.4 光纤传输特性
传输损耗：由材料吸收和杂质散射等因素引起有 三个低损耗窗口：（1）0.85μm附近，损耗2~4dB/km;（2）
1.31 μm附近，损耗约0.5dB/km;（3）1.55 μm附近，损耗约0.2dB/km。
色散（Dispersion）：一般包括材料色散、模式色 散、波导色散等，引起接收的信号脉冲展宽，从 而限制了信息传输速率。
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
光纤通信原理全套讲解课件
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。
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。
2.1 光纤的结构与类型 2.2 光纤的射线理论分析 2.3 均匀光纤的波动理论分析 2.4 光 缆
2.1 光纤的结构与类型
2.1.1 光纤的结构
光纤(Optical Fiber，OF)就是用来导 光的透明介质纤维，一根实用化的光纤是 由多层透明介质构成的，一般可以分为三 部分：折射率较高的纤芯、折射率较低的 包层和外面的涂覆层，如图2.1所示。
第一章 概 述
1.1 光纤通信的发展与现状 1.2 光纤通信的主要特性 1.3 光纤通信系统的组成和分类
1.1 光纤通信的发展与现状
1.1.1 早期的光通信
到了1880年，贝尔发明了第一个光电 话，这一大胆的尝试，可以说是现代光通 信的开端。
在这里，将弧光灯的恒定光束投射在 话筒的音膜上，随声音的振动而得到强弱 变化的反射光束，这个过程就是调制。
反射定律：反射光线位于入射光线和 法线所决定的平面内，反射光线和入射光 线处于法线的两侧，并且反射角等于入射
角，即：θ1′＝θ1。
折射定律 ：折射光线位于入射光线和 法线所决定的平面内，折射光线和入射光 线位于法线的两侧，且满足：
光纤通信原理ppt课件教学教程
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，
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。
1978年工作于0.8μm的第一代光波系统正式投入商业应用。
上世纪80年代初，早期的采用多模光纤的第二代光波通信 系统问世。
1990年，工作于2.4Gb/s，1.55μm的第三代光波系统已能提 供通信商业业务。
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。
1.4光纤通信系统的组成
1.5光纤通信的发展趋势
电时分复用技术 光波分复用(WDM)
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。
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，
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。
1978年工作于0.8μm的第一代光波系统正式投入商业应用。
上世纪80年代初，早期的采用多模光纤的第二代光波通信 系统问世。
1990年，工作于2.4Gb/s，1.55μm的第三代光波系统已能提 供通信商业业务。
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。
1.4光纤通信系统的组成
1.5光纤通信的发展趋势
电时分复用技术 光波分复用(WDM)
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。
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，
光纤通信系统(第2版)杨祥林 第一章答案(仅供参考)
《光纤通信系统》（第2版）杨祥林 主编第1章 导论 课后习题答案 维E 的常客 编（仅供参考，如有不足之处，请指正）1.1设光信号在损耗分别为0.2dB/km 、20dB/km 、2000dB/km 的3种光纤中传输，试求光功率衰减至1/10时的传播距离。
假定光功率按exp(−αL)减少，计算3种光纤的α(cm −1)值。
解：光的传输距离L =−10lg |p i p 0|/αdB ;0.2dB/km L =−10lg 1100.2=50km20dB/km L =−10lg 11020=0.5km2000dB/km L =−10lg 1102000=0.005km光功率p i =p 0exp(−αL)衰减系数α=ln (p 0p i )∗αdB 10lg (p 0p i )=αdB 10lge ≅αdB 4.343 则α(cm −1)=αdB10lge ×10−5cm −10.2dB/km α=4.61×10−7cm −1 20dB/km α=4.61×10−5cm −12000dB/km α=4.61×10−3cm −11.2假设数字通信系统能够在高达1%的载波频率的比特率下工作，试问在5GHz 的微波载波和1.55μm 的光载波上能传输多少路64Kb/s 音频信道？ 解：根据题意得5GHz 的微波载波上，数字通信系统的比特率为5×109×1%=5×107b/s ，能传输的音频信道的路数为5×10764×103≅781路；1.55μm 的光载波上，数字通信系统的比特率为3×1081.55×10−6×1%≅1.935×1012b/s ， 能传输的音频信道的路数为1.935×101264×103≅30241935路。
1.3以ASCII 格式存在于计算机硬盘的1h 演讲稿，假定传送速率为200字/min ，平均每字5个字母，试估计总比特数。
光纤通信第1章绪论
04 光纤通信的应用领域
电信领域
固定通信
光纤通信在固定通信领域中发挥着重要作用，提供高速、大容量的数据传输， 支持语音、视频和多媒体业务。
移动通信
光纤作为移动通信网络的基础，为4G和5G移动通信提供高速、低延迟的数据传 输，支持大规模用户接入和高可靠性服务。
电力通信领域
智能电网
光纤通信在智能电网中用于传输电力系统的各类信息，如电力调度、自动化控制 和远程监控等，提高电网的可靠性和效率。
光纤入户的普及和升级将提高家庭用 户的信息传输速度和容量，满足用户 对高清视频、在线游戏、云计算等高 带宽应用的需求，提升用户的生活品 质和生产效率。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
光的调制
在发送端，利用调制器将低频信息信 号调制到高频光源信号上，使信息与 光波相结合。
光纤通信系统组成
光纤
传输光波的介质，由石英或塑 料制成，具有低损耗和高带宽 特性。
解调器
从光波中提取信息信号，还原 成原始信息。
光源
用于产生光波，通常为激光器 或发光二极管。
调制器
将信息信号调制到光波上，实 现信息加载。
光量子通信技术的发展将为未来的信息安全提供更加可靠 的保障，为政府、军事、金融等领域的信息传输提供更加 安全、可靠的技术支持。
光纤入户的普及与升级
光纤入户是指将光纤直接接入到家庭 用户，提供高速、大容量的信息传输 服务。随着光纤技术的不断发展，光 纤入户的普及和升级将成为未来信息 社会的重要基础设施。
光纤通信第1章绪论
contents
目录
• 引言 • 光纤通信概述 • 光纤通信发展历程 • 光纤通信的应用领域 • 光纤通信的未来展望
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ppt
第1章概论
1·1 光纤通信发展的历史和现状 1· 2 光纤通信的优点和应用 光纤通信的优点和应用 1· 3 光纤通信系统的基本组成
返回主目录
第 1 章 概论
1.1光纤通信发展的历史和现状 光纤通信发展的历史和现状 光纤通信发展的历史和现状
1.1.1探索时期的光通信 探索时期的光通信
中国古代用“烽火台”报警，欧洲人用旗语传送信息， 这些都可以看作是原始形式的光通信。望远镜的出现，又极大 地延长了这种目视光通信的距离。 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”。这种光电话利用太阳光或弧光灯作光源，通过 透镜把光束聚焦在送话器前的振动镜片上，使光强度随话音的 变化而变化，实现话音对光强度的调制。在接收端，用抛物面 反射镜把从大气传来的光束反射到硅光电池上，使光信号变换 为电流， 传送到受话器。
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，和普通光相比，激光具有波谱宽度 窄，方向性极好， 亮度极高，以及频率和相位较一致的良好特 性。 激光： 继红宝石激光器之后，氦—氖(He - Ne)激光器、二氧化碳(CO2) 激光器先后出现，并投入实际应用。 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。
在这个时期，美国麻省理工学院利用He - Ne激光器和CO2 激光器进行了大气激光通信试验。 实验证明： 另一方面： 虽然，固体激光器(例如掺钕钇铝石榴石(Nd: YAG)激光器)的发 明大大提高了发射光功率，延长了传输距离，使大气激光通信 可以在江河两岸、海岛之间和某些特定场合使用， 但是大气 激光通信的稳定性和可靠性仍然没有解决。
价格 /($·km-1)
68
67
72
1·1 光纤通信发展的历史和现状 1· 2 光纤通信的优点和应用 光纤通信的优点和应用 1· 3 光纤通信系统的基本组成
返回主目录
第 1 章 概论
1.1光纤通信发展的历史和现状 光纤通信发展的历史和现状 光纤通信发展的历史和现状
1.1.1探索时期的光通信 探索时期的光通信
中国古代用“烽火台”报警，欧洲人用旗语传送信息， 这些都可以看作是原始形式的光通信。望远镜的出现，又极大 地延长了这种目视光通信的距离。 1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载波传送话音 的“光电话”。这种光电话利用太阳光或弧光灯作光源，通过 透镜把光束聚焦在送话器前的振动镜片上，使光强度随话音的 变化而变化，实现话音对光强度的调制。在接收端，用抛物面 反射镜把从大气传来的光束反射到硅光电池上，使光信号变换 为电流， 传送到受话器。
1960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红宝石激光器， 给光通信带来了新的希望，和普通光相比，激光具有波谱宽度 窄，方向性极好， 亮度极高，以及频率和相位较一致的良好特 性。 激光： 继红宝石激光器之后，氦—氖(He - Ne)激光器、二氧化碳(CO2) 激光器先后出现，并投入实际应用。 激光器的发明和应用， 使沉睡了80年的光通信进入一个崭新的阶段。
在这个时期，美国麻省理工学院利用He - Ne激光器和CO2 激光器进行了大气激光通信试验。 实验证明： 另一方面： 虽然，固体激光器(例如掺钕钇铝石榴石(Nd: YAG)激光器)的发 明大大提高了发射光功率，延长了传输距离，使大气激光通信 可以在江河两岸、海岛之间和某些特定场合使用， 但是大气 激光通信的稳定性和可靠性仍然没有解决。
价格 /($·km-1)
68
67
72
光纤通信概论第一章 ppt课件
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。
1.1.3
自20世纪70年代，各种各样的光纤通信系统大体经过
了这样几个阶段：
1、第一代光纤通信系统在20世纪70年代末大量投入运
营。由0.85微米的光源和多模光纤构成。光纤损耗大，
激光光束的发散问题
光源与探测器之间的对准问题
建筑物与地球弧形表面对光的直线传播的影响
➢依靠大气介质无法建立商用化大容量光通信系统。
➢近年来，空间光通信在航空航天器之间、航空航天器与地面基站之间以及野
战条件下的军事通信等特殊领域的应用方面所具有的优势开始显现，正逐渐受
到通信研究领域重视并得到初步应用。
介质光波导
❖ 光沿水流传输并且能随之弯曲
❖ 此现象首次由英国物学家John Tyndall 于187
0年证明
❖ 在 1920-1950期间,纤细的有柔韧性的玻璃和
塑料光纤可以用于导光
❖ 这个时期的光纤称为“裸”光纤,因为光纤表
面直接暴露在空气中
➢ 用介质光波导可以实现对光的空间约束与定向导引
➢ 为实现光信号的长距离传输，需要研制出具有极低损耗的光导
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？
• 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我笨，
没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
精品资料
学习意义
于噪声，无法调制。
❖没有合适的传输介质，由于光频极高，透过障
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。
1.1.3
自20世纪70年代，各种各样的光纤通信系统大体经过
了这样几个阶段：
1、第一代光纤通信系统在20世纪70年代末大量投入运
营。由0.85微米的光源和多模光纤构成。光纤损耗大，
激光光束的发散问题
光源与探测器之间的对准问题
建筑物与地球弧形表面对光的直线传播的影响
➢依靠大气介质无法建立商用化大容量光通信系统。
➢近年来，空间光通信在航空航天器之间、航空航天器与地面基站之间以及野
战条件下的军事通信等特殊领域的应用方面所具有的优势开始显现，正逐渐受
到通信研究领域重视并得到初步应用。
介质光波导
❖ 光沿水流传输并且能随之弯曲
❖ 此现象首次由英国物学家John Tyndall 于187
0年证明
❖ 在 1920-1950期间,纤细的有柔韧性的玻璃和
塑料光纤可以用于导光
❖ 这个时期的光纤称为“裸”光纤,因为光纤表
面直接暴露在空气中
➢ 用介质光波导可以实现对光的空间约束与定向导引
➢ 为实现光信号的长距离传输，需要研制出具有极低损耗的光导
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？
• 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我笨，
没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
精品资料
学习意义
于噪声，无法调制。
❖没有合适的传输介质，由于光频极高，透过障
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
光纤试题及答案
光纤试题及答案第一章导论一. 填空1. 光纤通信的通信窗口波长范围为（）。
2. 光纤通信是以（）为载频，以（）为传输介质的通信方式。
3. 光纤通信的最低损耗波长是（），零色散波长是（）。
二. 选择题（有一个或者多个答案） 1. 目前光纤通信常用的窗口有（）。
A、0.85 μmB、2 μmC、1.31 μmD、1.55 μm 2. 目前纤光通信常用的光源有（）。
A、 LEDB、 LDC、PCMD、PDH3. 光纤通信是以光波为载波，以（）为传播介质的通信方式。
A、电缆 B、无线电磁波 C、光纤 D、红外线三. 简答题1. 光纤通信主要有哪些优点？2. 为什么说光纤通信比电缆通信的容量大？参考答案一、1、0.7～1.7μm 2、光波光纤 3、1.55μm 1.31μm 二、1、ACD 2、AB 3、C 三、1、通信容量大，中继距离长，保密性能好，抗电磁干扰，体积小、重量轻、便于施工和维护，价格低廉。
2、光纤通信的载波是光波，电缆通信的载波是电波。
虽然光波和电波都是电磁波，但频率差别很大。
光纤通信用的近红外光（波长约1μm）的频率（约300THz）比电波（波长为0.1m～1mm）的频率（3～300GHz）高三个数量级以上。
载波频率越高，频带宽度越宽，因此信息传输容量越大。
第二章光纤与光缆一、填空1.单模光纤中不存在（）色散，仅存在（）色散，具体来讲，可分为（）和（）。
2. 光纤中的最低阶非线性效应起源于（）阶电极化率，它是引起（）、（）和（）等现象的原因。
3、光缆大体上都是由（）、（）和（）三部分组成的。
4、散射损耗与（）及（）有关。
5、允许单模传输的最小波长称为（）。
6、数值孔径（NA）越大，光纤接收光线的能力就越（），光纤与光源之间的耦合效率就越（）。
二、选择（一个或多个答案）1、从横截面上看，光纤基本上由３部分组成：（）、（）、（）。
A、折射率较高的芯区B、折射率较低的包层C、折射率较低的涂层D、外面的涂层E、外面的包层2、单模光纤只能传输一个模式，即（），称为光纤的基模。
《光纤通信概论》PPT课件
光源：
（1）1960年美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红宝石激光器 （2）氦—氖(He - Ne)激光器
（3）二氧化碳(CO2)激光器
激光具有波谱宽度窄，方向性极好， 亮度极高，以及频率和 相位较一致的良好特性。是一种理想的光载波。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。
（1）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，系统采用GaAlAs激光器作光源， 多模光纤作传输介质，速率为44.7 Mb/s，传输距离约10 km。
（2）1983年敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线，全长3400 km， 初期传输速率为400 Mb/s，后来扩容到1.6 Gb/s。
光纤通信
h
1
主要内容：
第一章 概论 第二章 光纤和光缆 第三章 通信用光器件 第四章 光端机 第五章 数字光纤通信系统 第六章 光纤通信新技术
h
2
什么叫通信？ 什么叫光纤通信？
利用光纤传输光波信号的通信方式。
h
3
第1章概论
1·1 光纤通信发展的历史和现状 1·2 1·3 光纤通信系统的基本组成
二、光源研制的发展
（1）1970 年，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)。寿命只有几个小时。
（2）1973 年，半导体激光器寿命达到7000小时。
（3）1977 年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到10 万小时(约11.4年)，外推寿命达到100万小时，完全满足实 用化的要求。
h
6
传输介质的探索：
美国麻省理工学院利用He - Ne激光器和CO2激光器进 行了大气激光通信试验。实验证明：通过大气的传播承载 信息的光波，实现点对点的通信是可行的。但是通信的距 离和稳定性都受到极大的限制，体现在以下两个方面：
- 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)。
❖ 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.
❖目前，光纤最低损耗为0.17dB/km 。
光纤通信第一章导论
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。
The word ‘laser’ has been generally accepted since about 1965
光纤通信第一章导论
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;
光纤通信第一章导论
理论上光纤通信可容纳：
电话：7.5亿路
电视：30万路
光纤通信第一章导论
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。
光纤通信第一章导论
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。
光纤通信第一章导论
低损耗光纤的迅速发展
❖ 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。
光纤通信的五代
光纤通信第一章导论
第一代: 工作波段为0.8μm，BL约为500Mb/s.km 第二代: 工作波段为1.3μm的光波，BL约为85Gb/s.km 第三代: 工作波段为1.55μm的光波，BL约1000Gb/s.km 第四代: 采用光放大器增加中继距离，采用频分和波分 复用增加比特率为特征，BL约为2000Gb/s.km 第五代: 以光孤子脉冲为通信载体，采用OTDM和WDM联 合复用为通信手段，以超大容量、超高速率为特征的通信 方式
光纤通信系统 导 论
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
光纤通信第一章导论
光纤通信的定义
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。
光纤通信第一章导论
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
光纤通信第一章导论
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。
光纤通信第一章导论
❖地下光通信
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。
❖1970年，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。
光纤通信第一章导论
(first) Ruby laser, T.H.Maiman, July, 1960, at the Hughes Research Laboratories
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。
光纤通信第一章导论
透镜波导
光纤通信第一章导论
反射波导型
光纤通信第一章导论
两个关键技术的提出
❖合适的光源； ❖传输介质：
光纤通信第一章导论
光源
❖贝尔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；
❖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）
光纤通信第一章导论
光纤之父——高 锟
光纤通信第一章导论
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
❖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。
频段 划分
电力、电话
无线电、电视
ห้องสมุดไป่ตู้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）
光纤通信第一章导论
1850~2000年间比特率—距离积的变化
光纤通信第一章导论
系统实验及实用化
❖国 外
➢1976年，美国首先在亚特兰大成功的 进行了44.763 Mb/s传输10公里的光纤 通信系统的现场实验。
➢1978年，日本开始了速率为100 Mbit/s 多模光纤通信系统的现场试验。
➢1981年，日本F－100M光纤通信系统 商用。
光纤通信第一章导论
❖20世纪60年代中期，所研制的最 好的光纤损耗在400dB以上。
光纤通信第一章导论
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 Frequencies”)
❖目前，光纤最低损耗为0.17dB/km 。
光纤通信第一章导论
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。
The word ‘laser’ has been generally accepted since about 1965
光纤通信第一章导论
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;
光纤通信第一章导论
理论上光纤通信可容纳：
电话：7.5亿路
电视：30万路
光纤通信第一章导论
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。
光纤通信第一章导论
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。
光纤通信第一章导论
低损耗光纤的迅速发展
❖ 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。
光纤通信的五代
光纤通信第一章导论
第一代: 工作波段为0.8μm，BL约为500Mb/s.km 第二代: 工作波段为1.3μm的光波，BL约为85Gb/s.km 第三代: 工作波段为1.55μm的光波，BL约1000Gb/s.km 第四代: 采用光放大器增加中继距离，采用频分和波分 复用增加比特率为特征，BL约为2000Gb/s.km 第五代: 以光孤子脉冲为通信载体，采用OTDM和WDM联 合复用为通信手段，以超大容量、超高速率为特征的通信 方式
光纤通信系统 导 论
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
光纤通信第一章导论
光纤通信的定义
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。
光纤通信第一章导论
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
光纤通信第一章导论
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。
光纤通信第一章导论
❖地下光通信
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。
❖1970年，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。
光纤通信第一章导论
(first) Ruby laser, T.H.Maiman, July, 1960, at the Hughes Research Laboratories
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。
光纤通信第一章导论
透镜波导
光纤通信第一章导论
反射波导型
光纤通信第一章导论
两个关键技术的提出
❖合适的光源； ❖传输介质：
光纤通信第一章导论
光源
❖贝尔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；
❖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）
光纤通信第一章导论
光纤之父——高 锟
光纤通信第一章导论
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
❖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。
频段 划分
电力、电话
无线电、电视
ห้องสมุดไป่ตู้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）
光纤通信第一章导论
1850~2000年间比特率—距离积的变化
光纤通信第一章导论
系统实验及实用化
❖国 外
➢1976年，美国首先在亚特兰大成功的 进行了44.763 Mb/s传输10公里的光纤 通信系统的现场实验。
➢1978年，日本开始了速率为100 Mbit/s 多模光纤通信系统的现场试验。
➢1981年，日本F－100M光纤通信系统 商用。
光纤通信第一章导论
❖20世纪60年代中期，所研制的最 好的光纤损耗在400dB以上。
光纤通信第一章导论
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 Frequencies”)