现代光纤通信技术-绪论

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§1.2 光纤通信的发展历史

20世纪70年代。1970年发明了LD的双异质结 构，使得光源与光检测器的寿命都达到了10万 小时的实用化水平。1979年发现了光纤 1310nm和1550nm新的低损耗窗口，紧接着 单模光纤问世。光纤的衰减系数一下降到 0.5dB/km。这使得光纤通信迈进了实用化阶 段，从80年代初开始光纤通信便大步地迈向了 市场。
第一章 光纤通信概述
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§1.1 光纤通信的概念 §1.2 光纤通信的发展历史
§1.3 现代光纤通信技术
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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§1.1 光纤通信的概念
通信（communication） :从广义的角度来说，
就是彼此之间传递信息。现代的通信一般是指电 信（telecommunication）。
IEEE（电气和电子工程师协会）对电信的定义

四大里程碑

1960年，世界上第一台相干振荡光源－红宝石激光器 问世。

1970年，美国康宁玻璃公司的卡普隆（Kapron）博 士等 拉制出损耗仅为20 dB/km的光纤
1985年，南安普敦大学的Mears等人制成了掺铒光 纤放大器（erbium-doped fiber amplifier, EDFA） 90年代，光纤光栅、全光纤光子器件、平面波导器件 及其集成的出现
光纤通信是不是完美无缺？
光纤通信除了上述优点外，也存在一些缺点。例如组件昂 贵，光纤质地脆、机械强度低，连接比较困难，分路、耦 合不方便，弯曲半径不宜太小等。 这些缺点在技术上都是可以克服的，它不影响光纤通信的 实用。
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§1.3现代光纤通信技术

未来技术角色
超大容量光纤通信系统
光集成器件和光电集成器件的研究
是借助诸如电话系统、无线电系统或电视系统这 样的设备，在相隔一定距离的条件下进行的信息 交换。
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§1.1 光纤通信的概念

电通信（electrical communication）

广义的电通信指的是一切运用电波作为载体而传送信 息的所有通信方式的总称，而不管传输所使用的介质 是什么。 电通信又可分为有线电通信和无线电通信。
广义的光通信指的是一切运用光波作为载体而传送信 息的所有通信方式的总称，而不管传输所使用的介质 是什么。 光通信也可以分为利用大气进行通信的无线光通信和 利用石英光纤或塑料光纤进行通信的有线光通信。
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光通信（optical communication）


§1.1 光纤通信的概念

人们通常把应用石英光纤的有线光通信简称为 光纤通信（optical fiber communication）
1962 半导体激光器诞生(GaAs 870nm) 70 年代室温工作LD (GaAsAI 850nm) 1300、1550nm 多模LD 单模LD
1970 康宁制出低损耗光纤 (20dB/km) 1300(0.5dB/km),1550nm(0.2dB/km) 低损耗窗口光纤开发 单模光纤
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§1.2 光纤通信的发展历史


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§1.2 光纤通信的发展历史

20世纪60年代。1962年第一只半导体激光 器诞生，随后半导体光检测器也研究成功。 1966年英籍华人科学家高锟与Hockham 提出用玻璃可以制成衰减为20dB/km的通 信光导纤维，1970年美国康宁公司首先制 出了20dB/km的光纤，这标志着光纤通信 系统的实际研究条件得以具备。
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 17
§1.3现代光纤通信技术

光纤通信技术特点

传输容量大。
传输损耗小，中继距离长
抗干扰性好，保密性强，使用安全 材料资源丰富，可节约金属材料

重量轻，可挠性好，敷设方便
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§1.3现代光纤通信技术
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§1.3现代光纤通信技术
21世纪是光子的世纪，是光网络的世纪，通信走向全 光网络必然要涉及开发一系列不同于以往传统光纤通 信要求的新技术、新器件。
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2.5Gb/s 10Gb/s 40Gb/s 每波长比特率(TDM)
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爆炸性发展
工作波长 光纤
第一代70 年代 850nm 多模
激光器 比特率B
多模
中继距离L
44.7Mb/s ～ 10Km
第二代80 年代初
第三代80 年代中～ 90年代初
1300nm 多模
单模 1550nm 单模
多模
单模
140Mb/s
新类型光纤的研究 解决全网瓶颈的手段——光接入网
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单路速率不断提升， 已达到10、20、40Gb/s 采用OTDM技术甚至 可达640Gb/s
光纤通信
一根光纤中可同时传输一百 多路信号，采用特殊技术 甚至可以同时传输1022路
超高速
大容量
长距离
各种通信技术的快速 发展使上千甚至上万公 里的长距离传输成为可能
应用
长途干线 长途干线
1530-1570 1530-1610
5.0 9.7
S+C+L
S++S+C+L+L+
1490-1610
1450-1650 1300-1650
15.0
25.1 48.9
无
无 无
城/局域网
城/局域网 城/局域网
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全波
寻找合适的光纤，实用化的光损耗为20dB/km (99.5%/m)；60年代研 究，70年代突破，2000年0.2dB/km (99.995%/m);新的实用化光纤不 断涌现
PDH群路 （ 140M b/s）
20 ～
50Km 50～ 100Km
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爆炸性发展
工作 光纤 激光 波长 器 第四 1550 代90 nm 年代 第五 1550 nm 代
单模 单模
比特率B
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)
光纤通信是目前世界上发展最快的领域，平 均每9个月性能翻一番、价格降低一半，其 速度已超过了计算机芯片性能每18个月翻一 番的摩尔定律的一倍。在短短的30多年时间 里已经经历了五代通信系统的使用。
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网络容量演进战略
WDM 波长数 32 80Gb/s 16 40Gb/s 8 4 20Gb/s 10Gb/s 80Gb/s 40Gb/s 320Gb/s
网络化
全光网成为目前光通信 领域最热门的话题之一
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光纤通信最具代表性技术 －波分复用WDM和光纤放大器EDFA
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• 光集成器件
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光纤通信系统的新波段
S+
1450 1490
S
1530
C
1570
L
1610
L+
1650
波 长 (nm)
波段
C C+L
波长范围(nm) 带宽(THz)
光放大器
有 有
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§1.2 光纤通信的发展历史
光纤通信技术发展的精髓——提高光纤通信系统容量
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§1.2 光纤通信的发展历史
•雏形：古代烽火、手旗、灯光 1880年 贝尔的光电话 激光器(发送源)
1960 Maiman发明红宝石激光器
光纤(传输介质)
1951 医用玻璃纤维(损耗1000dB/km)
1966 高锟 理论预言
光通信
≠
光纤通信
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§1.1 光纤通信的概念
点对点光纤通信链路示意图
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§1.1 光纤通信的概念
DWDM系统器件
一个完整的DWDM系统。其通常包含光收发器、光耦合器、光 复用/解复用器、光纤放大器、光上/下分路器、光交叉波分复用 器、光色散补偿装置、光偏振控制装置、光开关、光波长转换器 以及其他光通信器件、处理电路模块等
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§1.2 光纤通信的发展历史

20世纪90年代初。1989年掺铒光纤放大器 EDFA的研制成功是光纤通信新一轮突破的 开始。EDFA的应用不仅解决了光纤传输衰 减的补偿问题，而且为一批光网络器件的应 用创造了条件。使得光纤通信的数字传输速 率迅速提高，促成了波分复用技术的实用化。
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爆炸性发展