现代光纤通信系统第一章PPT课件
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光纤通信是以光纤为传输媒介，光波为载 波的通信系统，其载波—光波具有很高的 频率(约1014Hz)，因此光纤具有很大的通信 容量。
20
频率
波长
名称
100 THz 10 THz 1 THz 100 G Hz 10 GHz 1 GHz 100 M Hz 10 M Hz 1 M Hz
1 m 10 m 1 00 m 1 mm 1 0 mm 1 0 0 mm 1m 10 m 1 00 m
到如今，光纤通信已经发展到以采用 光放大器(Optical Amplifier，OA)增加中 继 距 离 和 采 用 波 分 复 用 ( Wavelength Division Multiplexing，WDM)增加传输容 量为特征的第四代系统。
18
光纤通信整体发展时间表
100000
1.55μm 光孤子
5. 体积小，重量轻 6.
27
1.2.2 光纤通信的缺点
事物都是一分为二的，光纤通信有许 多优点，因而发展很快，但光纤通信也有 以下缺点。
4
图1.1 贝尔光电话系统
5
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。
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。
利用大气作为光通信通道，光波传播易受 气候的影响，在大雾天气，它的可见度距离很 短，遇到下雨下雪天也有影响。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。
12
光纤通信技术专家高锟 1998年在英国接受IEE授予的奖章
13
1966年，高锟在英国电气工程
师学会学报（PIEE）上发表了
一篇题为Dielectric-fibre
surface waveguides for
optical frequencies的论文，
论文通过理论分析得出，只要
纯度足够高，光纤就可以用来
6
大气激光通信
7
8
9
10
地下光波通信
图1.2 反射波导和透镜波导
11
1.1.2 现代光纤通信
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。
现代光纤通信系统
1
第1章 概 论
1.1 光纤通信的历史与现状 1.2 光纤通信的主要优点 1.3 光纤通信系统的基本组成
2
1.1 光纤通信的发展与现状
1.1.1 早期的光通信
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。
3
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。
1977年美国在芝加哥进行了 44.736Mbit/s的现场实验，1978年，日本开 始了32.064Mbit/s和97.728Mbit/s的光纤通 信实验；1979年，美国AT&T和日本NTT 均研制出了波长为1.55μm的半导体激光器
16
17
日本也做出了超低损耗的光纤(损耗为 0.2dB/km，波长为1.55μm)，同时进行了多 模光纤(同时允许多个方向的光线在其中传 送的光纤)1.31μm的长波长传输系统的现场 试验。
长距离传输信号。他计算出如
何使光在光导纤维中进行远距
离传输，这项成果最终促使光
纤通信系统问世，而正是光纤
通信为当今互联网的发展铺平
了道路。随着第一个光纤系统
于1981年成功问世，高锟“光
纤之父”美誉传遍世界。
14
15
在高锟理论的指导下，1970年美国的 康宁公司拉出了第一根损耗为20dB/km的 光纤。
22
衰减（dB/km）
6
5
第一窗口
4
3
2
1
0。4 0。2
C 波段
1525~1565nm 第二窗口
第三窗口
0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.57 1.62
波长——λ（μm）
L波段
普通单模光纤的衰减随波长变化示意图
23
光纤的吸收
24
光纤损耗的改进
▪通过降低杂质的含量（包括水份）和改进工艺，掺锗的单模光纤 损耗可小于0.19dB/Km。 ▪纯硅纤心和掺氟包层的单模光纤，损耗小于0.15dB/Km。 25
紫外 线 可见 光线 (光 纤 通 信 用 ）
近红 外线 远红 外线 亚毫 米波
毫 米 波(E H F )
厘 米 波(S H F )
分 米 波(U H F )
米 波 (V H F )
短 波 (H F ) 中 波 (M F)
电磁波频谱
21
2. 损耗低、中继距离长
目前，实用的光纤通信系统使用的光 纤多为石英光纤，此类光纤在1.55μm波长 区的损耗可低到0.18dB/km，比已知的其 他通信线路的损耗都低得多，因此，由其 组成的光纤通信系统的中继距离也较其它 介质构成的系统长得多。
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。
26
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。
系来自百度文库10000
相干检测
统
性 1000 能
1.55μm 直接检测
光
1.3μm
放
100 0.8μm 单模
大 器
10
多模
）
1
0.1 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992
(Gb/s•Km
19
1.2 光纤通信的优点和应用
1.2.1 光纤通信的优点 1. 光纤的容量大
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频率
波长
名称
100 THz 10 THz 1 THz 100 G Hz 10 GHz 1 GHz 100 M Hz 10 M Hz 1 M Hz
1 m 10 m 1 00 m 1 mm 1 0 mm 1 0 0 mm 1m 10 m 1 00 m
到如今，光纤通信已经发展到以采用 光放大器(Optical Amplifier，OA)增加中 继 距 离 和 采 用 波 分 复 用 ( Wavelength Division Multiplexing，WDM)增加传输容 量为特征的第四代系统。
18
光纤通信整体发展时间表
100000
1.55μm 光孤子
5. 体积小，重量轻 6.
27
1.2.2 光纤通信的缺点
事物都是一分为二的，光纤通信有许 多优点，因而发展很快，但光纤通信也有 以下缺点。
4
图1.1 贝尔光电话系统
5
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。
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。
利用大气作为光通信通道，光波传播易受 气候的影响，在大雾天气，它的可见度距离很 短，遇到下雨下雪天也有影响。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。
12
光纤通信技术专家高锟 1998年在英国接受IEE授予的奖章
13
1966年，高锟在英国电气工程
师学会学报（PIEE）上发表了
一篇题为Dielectric-fibre
surface waveguides for
optical frequencies的论文，
论文通过理论分析得出，只要
纯度足够高，光纤就可以用来
6
大气激光通信
7
8
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10
地下光波通信
图1.2 反射波导和透镜波导
11
1.1.2 现代光纤通信
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。
现代光纤通信系统
1
第1章 概 论
1.1 光纤通信的历史与现状 1.2 光纤通信的主要优点 1.3 光纤通信系统的基本组成
2
1.1 光纤通信的发展与现状
1.1.1 早期的光通信
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。
3
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。
1977年美国在芝加哥进行了 44.736Mbit/s的现场实验，1978年，日本开 始了32.064Mbit/s和97.728Mbit/s的光纤通 信实验；1979年，美国AT&T和日本NTT 均研制出了波长为1.55μm的半导体激光器
16
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日本也做出了超低损耗的光纤(损耗为 0.2dB/km，波长为1.55μm)，同时进行了多 模光纤(同时允许多个方向的光线在其中传 送的光纤)1.31μm的长波长传输系统的现场 试验。
长距离传输信号。他计算出如
何使光在光导纤维中进行远距
离传输，这项成果最终促使光
纤通信系统问世，而正是光纤
通信为当今互联网的发展铺平
了道路。随着第一个光纤系统
于1981年成功问世，高锟“光
纤之父”美誉传遍世界。
14
15
在高锟理论的指导下，1970年美国的 康宁公司拉出了第一根损耗为20dB/km的 光纤。
22
衰减（dB/km）
6
5
第一窗口
4
3
2
1
0。4 0。2
C 波段
1525~1565nm 第二窗口
第三窗口
0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.57 1.62
波长——λ（μm）
L波段
普通单模光纤的衰减随波长变化示意图
23
光纤的吸收
24
光纤损耗的改进
▪通过降低杂质的含量（包括水份）和改进工艺，掺锗的单模光纤 损耗可小于0.19dB/Km。 ▪纯硅纤心和掺氟包层的单模光纤，损耗小于0.15dB/Km。 25
紫外 线 可见 光线 (光 纤 通 信 用 ）
近红 外线 远红 外线 亚毫 米波
毫 米 波(E H F )
厘 米 波(S H F )
分 米 波(U H F )
米 波 (V H F )
短 波 (H F ) 中 波 (M F)
电磁波频谱
21
2. 损耗低、中继距离长
目前，实用的光纤通信系统使用的光 纤多为石英光纤，此类光纤在1.55μm波长 区的损耗可低到0.18dB/km，比已知的其 他通信线路的损耗都低得多，因此，由其 组成的光纤通信系统的中继距离也较其它 介质构成的系统长得多。
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。
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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。
系来自百度文库10000
相干检测
统
性 1000 能
1.55μm 直接检测
光
1.3μm
放
100 0.8μm 单模
大 器
10
多模
）
1
0.1 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992
(Gb/s•Km
19
1.2 光纤通信的优点和应用
1.2.1 光纤通信的优点 1. 光纤的容量大