光纤通信发展历史

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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
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 贝尔光电话是现代光通信的雏型. 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, 激光器的发明和应用, 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 年的光通信进入一个崭新的阶段. 使沉睡了 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 大气激光通信试验. 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 稳定可靠和低损耗的传输介质, 对光通信的研究 稳定可靠和低损耗的传输介质 曾一度走入了低潮.
光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段: 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.
1.2.3 光纤通信的应用 光纤通信的应用 应用
光纤可以传输数字信号,也可以传输模拟信号.光纤在通 信网,广播电视网与计算机网,以及在其它数据传输系统中, 都得到了广泛应用.光纤宽带干线传送网和接入网发展迅速, 是当前研究开发应用的主要目标. 光纤通信的各种应用可概括如下: ① 通信网 ② 构成因特网的计算机局域网和广域网 ③ 有线电视网的干线和分配网 ④ 综合业务光纤接入网
1970年,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. 把光纤通信的研究开发推向一个新阶段. 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1.2m).
先后,研制成功室温下连续振荡 室温下连续振荡的镓铝砷(GaAlAs)双异质结半 室温下连续振荡 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.
小时.
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 m 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
6 5 4 3 2
0. 4 0. 2
第一窗口
1
C 波段 1525~1565nm 第二窗口 第三窗口
光信号 输出
光信号 输入
基本光纤传输系统的三个组成部分
1,光发送机
组成框图: 组成框图:
驱动电路
电信号输入 调制器 通道耦合器 光输出


结构参数:发送功率,dbm概念 结构参数:发送功率,dbm概念
p (dBm) = 10 × lg p(mv) 1(mv)
光源光谱特性:输出光功率足够大,调制频率足够高,谱线宽度 光源光谱特性:输出光功率足够大,调制频率足够高,
1.2 光纤通信的优点和应用
1.2.1 光通信与电通信 光通信与电通信
通信系统的传输容量 传输容量取决于对载波调制的频带宽度 载 频带宽度,载 传输容量 频带宽度 波频率越高,频带宽度越宽 波频率越高,频带宽度越宽. 光通信的主要特点 载波频率高;频带宽度宽 载波频率高;频带宽度宽(图 1.1 ) 光通信利用的传输媒质-光纤 , 光通信利用的传输媒质 光纤, 可以在宽波长范围内获得 光纤 很小的损耗. 很小的损耗. (图 1.2 )
1.3 光纤通信系统的基本组成
下图示出单向传输的光纤通信系统,包括发射 接收 发射,接收 发射 接收和作 为广义信道的基本光纤传输系统 光纤传输系统. 光纤传输系统
发 射 信 息 源 电 发 射 机 电信号 输入 光 发 射 机 基本光纤传输系统 光纤线路 光 接 收 机 接 收 电 接 收 机 电信号 输出 信 息 宿
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 m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, 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
实用光纤通信系统的发展 实用光纤通信系统的发展 光纤通信系统
1976 年,美国在亚特兰大(Atlanta)进行了世界上第一个实 世界上第一个实 用光纤通信系统的现场试验. 用光纤通信系统的现场试验
电信号输入 激光源 光纤 激光源 光信号输出 电信号 输入 驱动器 (a)
图 1.5两种调制方案 (a) 直接调制; (b) 间接调制(外调制)
调制器
光纤
光信号输出 驱动和控制 (b)
2. 光纤线路 光纤线路 功能:是把来自光发射机的光信号 ,以尽可能小的畸变 失 功能 :是把来自光发射机的光信号,以尽可能小的畸变(失
在以后的 10 年中,波长为1.55 m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 光纤最低损耗的理论极限. 光纤最低损耗的理论极限
1970 年,光纤通信用光源取得了实质性的进展 光纤通信用光源 光源取得了实质性的进展 1970年,美国贝尔实验室,日本电气公司(NEC)和前苏联
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.
频率
波长
名称 紫外线 可见光线 (光纤通信用) 近红外线 远红外线 亚毫米波
1 m 100 THz 10 THz 1 THz 1 mm 100 GHz 10 mm 10 GHz 100 mm 1 GHz 1m 100 MHz 10 m 10 MHz 100 m 1 MHz 10 m 100 m
毫米波 (EHF) 厘米波 (SHF) 分米波 (UHF) 米波(VHF) 短波(HF) 中波(MF)
TV
622M SDH
PSTN/ISDN 业务分配节点 (COT)
DDN/ FR SNMP ATM
业务接入节点(RT) 业务接入节点(RT)
100/1000M E1/BRA/PRA 155M
Internet骨干网 骨干网
Q3
网管
与电信网管中心相连
典型应用之一:宽带综合业务光纤接入系统拓扑结构
典型应用之二:作为校园网的骨干传输网
1.1.2 现代光纤通信
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,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 光纤通信的基础. 光纤通信
和光束发散角尽可能小,输出功率和波长稳定, 器件寿命长 和光束发散角尽可能小,输出功率和波长稳定,
电信号对光的调制的实现方式 直接调制 用电信号直接调制半导体激光器或发光二极管的驱动电流, 使输出光随电信号变化而实现的. 这种方案技术简单,成本较低,容易实现,但调制速率 受激光器的频率特性所限制. 外调制 把激光的产生和调制分开,用独立的调制器调制激光器的 输出光而实现的. 外调制的优点是调制速率高,缺点是技术复杂,成本较高, 因此只有在大容量的波分复用和相干光通信系统中使用.
1.2.2 光纤通信的优点 光纤通信的优点 优点 容许频带很宽,传输容量很大 容许频带很宽,传输容量很大 损耗很小, 中继距离很长且误码率很小 损耗很小, 中继距离很长且误码率很小 重量轻, 体积小 重量轻, 抗电磁干扰性能好 泄漏小, 保密性能好 泄漏小, 保密性能好 节约金属材料, 有利于资源合理使用 节约金属材料,
1.1.3 国内外光纤通信发展的现状 国内外光纤通信发展的现状
1976年美国在亚特兰大进行的现场试验,标志着光纤通信 年美国在亚特兰大进行的现场试验, 年美国在亚特兰大进行的现场试验 从基础研究发展到了商业应用的新阶段. 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 多模发展到单模, 多模发展到单模 工作波长从0.85 m发展到1.31 m和1.55 m(短波长向长波 短波长向长波 传输速率从几十Mb/s发展到几十Gb/s. 长),传输速率 传输速率 随着技术的进步和大规模产业的形成,光纤价格不断下 光纤价格不断下 降,应用范围不断扩大. 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 在许多发达国家, 中占重要地位. 中占重要地位
图 1.1 部分电磁波频谱
1000
-1)
传输损耗 /(dBkm
100


轴 同 同

10
φ3
底 海 m 8m
φ51 mm波导器
光纤
1 0.1 10 M
100 M 1 G
10 G 100 G 频率/Hz
1 T 10 T 100 T 1000 T (注) M: 106 G: 109 T: 1012
图 1.2 各种传输线路的损耗特性
真)和衰减传输到光接收机 和衰减传输到光接收机 组成:光纤,光纤接头 组成:光纤 光纤接头 光纤连接器 光纤接头和光纤连接器 低损耗 "窗口":普通石英光纤在近红外波段,除杂质吸收 窗口" 峰外,其损耗随波长的增加而减小,在0.85 m,1.31 m和1.55 m有三个损耗很小的波长"窗口",见后图. 光源激光器的发射波长 光检测器光电二极管的波长响应, 光源激光器的发射波长和光检测器光电二极管的波长响应 激光器的发射波长 光检测器光电二极管的波长响应 都要和光纤这三个波长窗口 窗口相一致. 窗口 目前在实验室条件下,1.55 m的损耗已达到0.154 dB/km, 接近石英光纤损耗的理论极限.
第1章 概论
11 光纤通信发展的历史和现状
1.1.1 探索时期的光通信 1.1.2 现代光纤通信 1.1.3 国内外光纤通信发展的现状
1 2 光纤通信的优点和应用 光纤通信的优点和应用
1.2.1 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 返回主目录
光纤通信整体发展时间表
100000 系 统 性 能 (Gb/sKm (Gb/s ) 1000 100 10 1 0.1 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 0.8m 模 1.3m 单模 器 10000 1.55m 检测 1.55m 直接检测 光 放 大 光孤子
指明通过" 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" 长距离通信使用的低损耗光纤"这一发展方 向
光纤通信发明家高锟( 光纤通信发明家高锟(左) 高锟 1998年在英国接受 年在英国接受IEE授予的奖章 年在英国接受 授予的奖章
1970年,光纤研制取得了重大突破 年 光纤研制取得了重大突破
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