光纤通信概论

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双绞线 同轴电缆
卫星通信 地面微波 通信
光纤
无线电(AM) 无线电(FM) 电视频道
Band
LF
MF
HF
VHF
UHF
SHF
EHF
THF
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第1章 光纤通信概论
• 话音
（小） （低）
（小）
• 长波
频率 • 中波 C=B㏒2（1+S/N） • 短波 • 微波
（高） （大）
光纤的谱线特性中有3个低损耗的传输窗口，即 850nm短波长窗口和1300nm,1500nm的长波长窗口。 目前，单摸光纤在1550nm波长的损耗已小于 0.2dB/km，接近极限。
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第1章 光纤通信概论
光纤损耗谱特性
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第1章 光纤通信概论
光纤通信的优点： 1、容量大
激光的频率约为100THz,微波的频率为10GHz。 从理论上讲，用光传输信息，通信容量比微波通 信容量大一万倍！ 2、色散小
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第1章 光纤通信概论
1993年，在掺铒光纤放大器的研究上取得突破 性进展，小信号增益达25dB。上海——无锡65Mb/s 单模光传输系统工程通过邮电部鉴定验收。 1997年，研制出G.655非零色散位移光纤。成 都——攀枝花22Mb/s SDH光传输工程通过邮电部鉴 定验收。 1998年，海口——三亚5Gb/s光传输系统工程通 过邮电部鉴定验收，该工程全长322km，仅在万宁设 一个中继站，海口——万宁的中继距离为172km 。 1999年，8×2.5Gb/s DWDM系统通过国家验收。
每公里10dB/km损耗就是输入的信号传送1公里后 只剩下十分之一； 20dB/km 1/100； 30dB/km 1/1000； 1000dB/km ？ 由1000dB/km 20dB/km，高琨的论文非同寻常！
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第1章 光纤通信概论
1970年美国康宁玻璃公司制诚20dB/km的光纤。 1970年贝尔实验室制成了可以在室温下连续工 作的半导体激光器，只有米粒大小。 1970年由于在光源（激光器）和信道（光纤） 都有重大突破，称为光纤传输元年。
1980年，1300nm窗口衰减降至0.48dB/km， 1550nm窗口衰减为0.29dB/km。
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第1章 光纤通信概论
1984年，武汉、天津34Mb/s市话中继光传输系统 工程建成(多模)。
1988年，全长245km的武汉－长沙市34Mb/s多模 光缆通信系统工程通过邮电部鉴定验收。
1989年，汉阳——汉南40Mb/s单模光传输系统工 程通过邮电部鉴定验收。 1991年，研制出G.653色散位移光纤。最小衰减 达0.22dB/km。合肥——芜湖40Mb/s单模光传输系统 工程通过国家鉴定验收。
带宽 容量
（大）
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第1章 光纤通信概论
物理光学 量子力学 电通信 光通信
材料科学
理论上光纤通信可容纳：
电话：7.5亿路
电视：30万路
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第1章 光纤通信概论
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第1章 光纤通信概论
第二节 光纤通信发展史 通信系统框图
发送机
射频波 载波：
信道
接收机
同轴电缆
金属波导 大气、光纤
信道： 金属导线
微波
毫米波 光波
第1章 光纤通信概论
第一章 光纤通信概论
• 第一节 电磁波谱的开发利用 • 第二节 光纤通信发展史 • 第三节 光纤通信系统
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第1章 光纤通信概论
第一节 电磁波谱的开发利用
电通信:
1837年---摩尔斯电磁式有线电报
1876年---贝尔发明有线电话 1895年---俄罗斯波波夫发出第一份无线电报 1895年---意大利马可尼在英国取得无线电专
3、损耗小
dB/km 4、中继长
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第1章 光纤通信概论
提纯工艺的发展
几 百公里无中继传输
电缆的损耗随频率按 f 的规律增加，光纤通信的 带内损耗不随频率变化。
如：数字接收机的灵敏度很高，可达－30dB/km。 那么发送1mw的光功率，光纤损耗为0.2dB/km时，光 从损耗方面考虑，传输距离可达100km以上（150km)。
到90年代，光线的传输速率已达到每秒10000 兆比特，相当于在一对头发丝1/10粗细的光纤可 以通125万路电话。
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第1章 光纤通信概论
光纤的发展历程
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第1章 光纤通信概论
光纤通信系统发展
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第1章 光纤通信概论
我国光纤通信的开发里程
1977年，第一根短波长(0．85mm)阶跃型石英 光纤问世，长度为17m，衰减系数为300dB/km。 1978年，研制出短波长多模梯度光纤，即 G.651光纤。 1979年，研制出多模长波长光纤，衰减为 1dB/km。建成5.7km、8Mb/s光通信系统试验段。
利权，成为无线电的创始人。
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第1章 光纤通信概论
电磁波谱图
f (Hz) 10
0
10
2
10
4
10
6
10
8
10
10
10
12
10
14
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16
10
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10
20ห้องสมุดไป่ตู้
10
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10 γ
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无线电
微波
红外
X 射线
射线
可见光
4 5 6 7 8 9 10
紫外线
11 12 13 14 15 16
f (Hz) 10
10
10
10
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第1章 光纤通信概论
5、资源丰富 光纤的主要成分是SiO2资源十分 丰富。
电缆的主要成分是Cu,Al等有色金属， 资源有 限。
6、防干扰性能好 光纤不受强电干扰、电气化铁道干扰 和雷电 干扰，抗电磁脉冲能力也很强，保密性好。
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第1章 光纤通信概论
光纤通信的发展
1980－ 850nm多模光纤通信系统 1983－ 1300nm单模光纤通信系统 1991－ 1550nm单模光纤单频激光器光纤通 信系统 1995－ 采用光放大器的第四代光纤通信系统
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第1章 光纤通信概论
1966年7月，英籍华人高琨发表论文，认为只要设 法降低玻璃纤维中的杂质，可使光纤损耗降为20db/km， 这是一篇划时代的论文。 其实，人们早就利用玻璃纤维（光纤）进行光通信 了。利用光波导的原理，人们制造了内窥镜（胃镜）， 可以观测1m左右的距离。
但是，在60年代，最好的玻璃纤维的损耗在 1000dB/km以上。
光通信自古就有：烽火、手旗、信号弹、红绿灯
光通信的定义： 以光波作为载波进行信息的传输方式。
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第1章 光纤通信概论
近代光通信：1880年Bell发明光电话，传输距离 213m，但是并不实用，因为存在两个方面的制约： 一)信道：Bell的光电话利用大气作为传输介质， 损耗非常大，同时自然界气象条件变化万千，对光信 号的干扰很大。 二)光源： Bell的光电话利用自然光作为载波，这 种光的频率和相位杂乱无章，不能用于大容量的通信。 近代光通信的发展就是上述两个方面的制约因素 的解决过程： 1960年，美国人梅曼发明红宝石激光器，获得高 强的、频率和相位都稳定（即相干的）光---激光。引 起了新一轮的光通信研究热潮---激光大气通信。 但是，仍然由于自然气象条件的影响而没有进展。