光纤通信第1章_导论200602

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2 光纤通信的基础知识和概念
2.1 模拟信号和数字信号
模拟信号：f(t) 模拟信号：f(t)——随时间连续变化 随时间连续变化 数字信号：离散 数字信号：离散——“0”，“1”数字 0 ， 数字 模拟信号——取样 取样——量化（A/D）——编码 量化（ 模拟信号 取样 量化 A/D） 编码
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选课方式： 选课方式：网上选课 考试类型：考查或考试 考试类型： 考试方法： 考试方法：课程设计和专题论文
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第一章、 第一章、导论
1 光纤通信的发展和演进
1.1 光纤通信与通信
信息 甲 乙 信息
古有“烽火台” 今有“光通信” 古有“烽火台”，今有“光通信”
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光发 射机 光纤 光接 收机
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双绞线 有线通信 同轴电缆 光纤通信 中波 无线通信 短波 微波 光波
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电话 xDSL 3、5类线 、 类线 DC—1G，RF ， 微波电缆/波导 微波电缆 波导 10、100M 、 以太网
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带宽: 带宽 20MHzKm 损耗：＜ ：＜5dB/Km 损耗：＜ 时间： 时间：1972 带宽: 1000MHzKm 带宽 损耗：＜ 损耗：＜3dB/Km ：＜ 时间： 时间：1981 带宽: 5GHzKm 带宽 损耗：＜ 损耗：＜1dB/Km ：＜ 时间： 时间：1981 色散: 色散 2ps/Kmnm 损耗：＜ ：＜0.35dB/Km 损耗：＜ 时间： 时间：1982 色散: 色散 20ps/Kmnm 损耗：＜ ：＜0.2dB/Km 损耗：＜ 时间： 时间：1982
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光纤的类型和参数
光纤类型 几何尺寸 芯径/外径 外径 芯径 外径m 50/125 波长0.85m 波长 1.31m 1.55m
多模阶跃光纤 MM-SI 多模渐变光纤 MM-GI G.651 普通单模光纤 SM G.652 非零色散光纤 NZDF G.655
光纤Biblioteka Baidu信
学时数：60学时 学时数：60学时 授课单位： 授课单位：通信与信息工程学院
———教育部宽带光纤传输与通信网络技术重点实验室 教育部宽带光纤传输与通信网络技术重点实验室
面向学科：光学工程；光学； 面向学科：光学工程；光学；通信 授课对象：硕士、 授课对象：硕士、博士研究生选修 授课教师： 授课教师：邱 琪 教授
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下一代网络(NGN, Next Generation Network) 下一代网络 包括的关键技术： 包括的关键技术：
下一代交换网，包括光交换，软交换等 光交换， 下一代交换网，包括光交换 下一代接入网，包括 下一代接入网，包括WLAN，FTTH，PON等 ， ， 等 下一代传送网，包括 下一代传送网，包括ASON，新的 ，新的DWDM, 新光放大等 下一代互联网，IPV6等新技术 下一代互联网， 等新技术 下一代移动网，3G，宽带通信等 下一代移动网， ，
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通过讲授光纤通信技术的基础知识， 通过讲授光纤通信技术的基础知识，使学生了解掌握 光纤通信的基本特点，学习光纤通信系统的三个重要组成部分：光源、光 光纤通信的基本特点，学习光纤通信系统的三个重要组成部分：光源、 纤和光检测器。掌握光发射机、光接收机设计的基本方法以及光纤色散和 纤和光检测器。掌握光发射机、 损耗在系统设计中的辨证关系。通过学习典型的光纤通信系统，掌握光纤 损耗在系统设计中的辨证关系。通过学习典型的光纤通信系统， 通信系统设计的原理和方法。掌握模拟和数字光纤传输系统的设计方法和 通信系统设计的原理和方法。 特点。掌握光纤通信新技术的原理和发展动态，以及相关科研发展情况， 特点。掌握光纤通信新技术的原理和发展动态，以及相关科研发展情况， 启发相关学科的科研方法和思维模式。 启发相关学科的科研方法和思维模式。
低速、低效、体积大、高功耗 低速、低效、体积大、高功耗————— 宽带、高效、小体积、 宽带、高效、小体积、低功耗
传输介质： 传输介质：大气层
大气光通信： 大气光通信：
激光通信优点：有一定的容量；传输距离； 激光通信优点：有一定的容量；传输距离；方便灵活 激光通信缺点：大气干扰；距离带宽有限； 激光通信缺点：大气干扰；距离带宽有限；通信两点必须直线可 见
通信
AM广播 广播 广播通信 微波通信 大气通信 海底通信 空间通信 光纤通信
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光纤通信是光通信（有线通信） 光纤通信是光通信（有线通信）的一个分支
无线电 微波 mm 波 远红外 红外 可见光 紫外
频 率
0 102 104 106 300m 108 3m 1010 3cm 1012 1014 1016 30nm Hz
光源：1960年LASER的发明 光源：1960年LASER的发明
单色性好；相干性佳；准直性能强； 单色性好；相干性佳；准直性能强；功率大的突出优点 固体激光器——气体激光器 气体激光器——半导体激光器（60 70年代 固体激光器 气体激光器 半导体激光器 60——70年代） 70年代）
光电探测：热电探测 光电探测——半导体光电探测 光电探测：热电探测——光电探测 光电探测 半导体光电探测
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1.4 光纤通信的优势
材料广博： 取之不尽，用之不竭， 材料广博：SiO2取之不尽，用之不竭，节 约有色金属 抗干扰能力强：无金属可抗强磁场； 抗干扰能力强：无金属可抗强磁场；不怕 雷电 体积小、重量轻：是电缆的1% 1%——0.01% 体积小、重量轻：是电缆的1% 0.01% 保密性好： 保密性好：不易窃听 损耗低：是电缆的10% 10%——0.1% 损耗低：是电缆的10% 0.1% 带宽大：是电缆的100 100——10000倍 10000倍 带宽大：是电缆的100 10000
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下一代网络基本结构
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业务应用层
话音
数据
电子商务 …… 图像
IP/ATM层 层 IP 路由器 + ATM交换机 交换机
SDH层 层
SDXC ADM
WDM层 层 OADM OXC
图3
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下一代网络的分层结构
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波 长
3000km 30km
0.3mm 3m
光通信的波长为： 光通信的波长为：λ=0.4~10.6 m ， 对应频率： 对应频率：
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υ≈ 1014 Hz
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理论通信带宽为： 理论通信带宽为：1THz (1012 )
1.2 光纤通信和光通信
1880年 贝尔发明了光电话是现代光通信的里程碑 1880年，贝尔发明了光电话是现代光通信的里程碑 光通信 光通信的三要素：光源；传输介质；光检测； 光通信的三要素：光源；传输介质；光检测；
第四章 光纤通信系统原理
1、光纤通信系统的组成 、 2、光发射机 、 3、光接收机 、 4、光纤通信系统的设计和考虑 、
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第五章 模拟信号光纤传输系统 1、基带视频信号光纤传输系统 2、多路副载波光纤电视传输系统 AM—VSB CATV和FM—SCM CATV） VSB—CATV SCM—CATV （AM VSB CATV和FM SCM CATV） PFM光纤视频信号传输系统 3、PFM光纤视频信号传输系统 第六章 数字信号光纤传输系统 1、串行数据的光纤传输系统 2、以太网光纤传输系统 3、高速数字传输系统
内容和目标
光源
光纤
光探测
光发射机
光缆 光纤通信系统设计 典型系统分析 光纤通信新技术
光接收机
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课程安排
第一章 导论
1、光纤通信的发展和演进 2、光纤通信的基础知识和概念 、
第二章 光纤和光缆
1、光纤传输的原理 2、光纤的色散和损耗 3、光纤的测量技术 4、光纤和光缆的制造与结构
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第三章 光源和光探测器
1、半导体光电器件的基本原理 、 2、半导体发光二极管 和激光器LD 、半导体发光二极管LED和激光器 和激光器 3、半导体光电二极管 和雪崩光电二极管APD。 、半导体光电二极管PIN和雪崩光电二极管 和雪崩光电二极管 。
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第七章
光纤通信新技术
1、半导体激光器高速调制技术 2、光纤多信道复用技术 3、相干光通信技术 4、光放大技术 5、光孤子通信 6、光交换技术 7、光纤接入网
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教材及参考资料 1． Optical Networks: A Practical Perspective, Second ． Edition, 2002, Rajiv Ramaswami, Kumar N. Sivarajam 2. 光纤通信技术 Fiber Optic Communication Technology Djafar K. Mybaev 科学出版社 2002 3． Fiber Optic Communication System Govind ． P.Agrawal 1997 4． 光纤通信系统，杨祥林，国防工业出版社 2000 ． 光纤通信系统，杨祥林， 5． 光纤通信系统，邱昆 王晟 邱琪 电子科技大学出 ． 光纤通信系统，邱昆, 王晟, 邱琪, 版社 2005
激光器： 半导体激光器LD 激光器：LED半导体发光二极管 ——半导体激光器 半导体发光二极管 半导体激光器
同质结半导体LD——双异质结 双异质结LD——分布反馈 分布反馈LD — 同质结半导体 双异质结 分布反馈 —量子阱 量子阱LD 量子阱
速率：MHz ——Gb/s ——10Gb/s ——40Gb/s 速率： 光电探测器： 光电二极管——APD雪崩光电 光电探测器：PIN光电二极管 光电二极管 雪崩光电 二极管 Si ——GaAs ——Ge——InGaAsP 速率： 速率：MHz ——Gb/s ——10Gb/s ——40Gb/s
超宽带——单根光纤传输容量达到Tbit/s 超长距离——光放大传输距离达到1000~10000KM 光交换——克服电交换的瓶颈 智能化——智能光网络技术。
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图1
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光纤通信发展的过程
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图2
第一代多模G.651光纤传输系统 1980~1990 第二代单模G.652@1310nm的光纤传输1990~1995 第三代单模G.652@1550nm的光纤传输系统+WDM （or CWDM）1995~1999 第四代（G.655单模光纤+DWDM密集波分复用+OA 光放大器）的光纤传输系统，目前正在大量建设的 就是这一系统 2000~2003 第五代光纤通信，即下一代它主要具有以下特征：
50/125 Or 62.5/125 9/125
9/125
色散: 色散 2ps/Kmnm 损耗：＜ ：＜0.2dB/Km 损耗：＜ 时间： 年代 时间：90年代
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图1、光纤通信的低损耗窗口
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光电器件的发展历程
提出了光导引传输——早期的光波导（如图） 早期的光波导（如图） 提出了光导引传输 早期的光波导
效率低下、有效传输距离短、 效率低下、有效传输距离短、无通信意义
提出了光导纤维——光纤理论模型 光纤理论模型 提出了光导纤维
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1.3 光纤通信的演进和发展—宽带大容量超长距离
1966年 1966年7月，英国标准电信研究所K.C.GAO(高琨)等人 英国标准电信研究所K.C.GAO(高琨) K.C.GAO(高琨 发表指出： 发表指出：带有包层的玻璃纤维能够进行光通信