光纤通信系统第一章 概述
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光信号直接在大气（或其他介质）中传输（垂直/水平 方向）
地面—卫星通信或接入网中应用
6
光纤通信发展主要历程
远古时代：烽火台，狼烟传讯
近代：旗语，灯光
1880，A.G.Bell 发明光电话
60年代初，激光器诞生 70年代——面临实用化挑战
A. G. Bell 1847-1922
14
3. 泄漏小，保密性好
由于光纤传输的特殊机理，在光纤中传输的光向 外泄漏的能量很微弱，难以被截取或窃听。 与其他无线、有线通信方式相比，光纤通信有较 好的保密性，信息在光纤中传输非常安全。 单根光缆内部署多根光纤也不会引入串扰。
15
4. 节省大量有色金属
制造通常的电缆需要消耗大量的铜和铅等有色金 属，成本较高。 以四管中同轴电缆为例，1km 四管中同轴电缆约 需 460kg 铜，而制造 1km 光纤，只需几十克石英。 制造光纤的石英（主要成分为 SiO2）原材料丰富 而便宜，几乎取之不竭。
光纤通信是光通信最主要的实现形式。
5
光通信与光纤通信的区别
光通信（Light-wave Communication） 光纤通信（Optical Fiber Communication）
使用光导纤维作为传输媒质 目前最主要的光通信应用形式
大气光通信/空间光通信（Free Space Optics）
1966年，在英国标准电信实验室工作 的华裔科学家高锟（C. K. Kao）首先提出 用石英玻璃纤维作为光纤通信的媒质*，为 现代光纤通信奠定了理论基础。
*K.C. Kao and G.A. Hockham, “Dielectric-Fibre Surface Waveguides for optical frequencies” Proc. IEEE, 113, 1151 (1966)
16
5. 抗电磁干扰能力强
光纤主要是由 SiO2 材料制成，它不易受外界各种 电磁场的干扰。 强电、雷击等也不会显著影响光纤的传输性能。 甚至在核辐射等极端环境中，光纤通信仍能正常进 行，这是通常的电缆通信所不能比拟的。 光纤通信在电力输配、电气化铁路、雷击多发地 区、核试验等环境中应用更能体现其优越性。
9
光纤通信系统的发展
第一代光纤通信系统 850/1310 nm 多模系统，140Mbit/s，30km
第二代光纤通信系统 1310nm 单模系统，1Gbit/s，50km
第三代光纤通信系统 1550 nm 单模系统，2.5Gbit/s，100km
第四代光纤通信系统 光放大器引入，数十Gbit/s～Tbit/s，数千 km
教材
《光纤通信系统》（第3版），机械工业出版社
参考书
《数字传输技术基础》，林建中、王缨、郭世满等编著， 北京邮电大学出版社 《光纤通信系统》（第2版），杨祥林主编，国防工业出版 社 《光网络：系统、器件与联网技术》， 韦乐平，张成良编 著，人民邮电出版社
电子资源
课程网站：http://www.ctie.njupt.edu.cn/nygqtx/
3
第一章 概 述
1.1 光纤通信的发展概况 1.2 光纤通信的优点和应用 1.3 光纤通信系统的组成
4
1.1 光纤通信发展概况
通信是指两个或多个实体之间交换信息的过程， 通信系统是该过程的具体实现。
光通信是指利用某种特定波长（频率）的光信 号承载信息，并将此光信号通过光纤或者大气信道 传送到对方，然后再还原出原始信息的过程。
8
1970 年：光纤通信实用化的开端
1970 年，美国康宁公司用超纯石英为材料，首先拉制出 损耗为 20dB/km 的光纤 1970 年，美国贝尔实验室研制成功可在室温下连续振荡 的镓铝砷（GaAlAs）半导体激光器，为光纤通信找到了合适 的光源 1977 年，GaAlAs 激光器的寿命可达 100 万小时，为光纤 通信的商用化奠定了基础 70 年代光源和光纤技术的快速成熟，为光纤通信的商用 化打下了坚实的基础
第五代光纤通信系统 光孤子系统，超大容量和超长距离传输，网络化/智能化
光纤 通信 的发 展始 终呈 现对 高速 率和 长距 离的 追求
10
1.2 光纤通信的优点和应用
1.2.1 光纤通信的优点 1.2.2 光纤通信的应用
11
1.2.1 光纤通信的优点
1. 传输容量大 2. 传输损耗小，中继距离长 3. 泄漏小，保密性好 4. 节省有色金属 5. 抗电磁干扰能力强 6. 重量轻，可扰性好，易于施工
*OFC/NFOEC2012会议 NTT：PDM-64QAM调制方式、11.2THz频带、采用全拉曼
放大，系统总容量102.3Tbit/s，传输距离达240km
13
2. 极小的传输损耗，极长的中继距离
单模光纤在 1310nm 波长窗口损耗系数约为 0.35 dB/km 单模光纤在 1550nm 波长窗口损耗系数约为 0.2 dB/km 光纤的传输损耗不仅小，而且在相当宽的频带内 特性几乎一致，因此用光纤比用同轴电缆或波导管 的中继距离长得多
12
1. 光纤通信系统具有巨大的传输容量
光纤通信使用的是频率极高的电磁波，传输中可以获得极 高的信号频谱。 光纤通信适用的 λ=1310nm 波长段和 λ=1550nm 波长段两 个区域，共有约 200nm 宽的低损耗区，理论上可提供近 30THz 的传输频带 目前实验室里实现的最高容量为 20Tbit/s 级*，因此光纤 的频带利用率仍有很大的提高空间。
光纤通信系统
课程介绍
传输技术是通信网络中最重要的基础技术之一， 现代通信网络普遍采用的是数字传输技术。
光纤通信由于具有突出的优点，是目前通信网 络中最主要的传输技术。本课程重点讲授光纤通信 和数字传输的相关知识。
本课程总课时48学时，其中理论课部分42学时， 实验部分4学时，习题课2学时。
2பைடு நூலகம்
教学资源
T. H. Maiman 1927-2007
光源：能否制造出室温下连续工作的激光器？
媒质：能否找到损耗足够低的传输媒质？
补充阅读材料： http://www.sciencenet.cn/upload/blog/file/2010/5/20105319399922710.pdf
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光纤通信的奠基人——高锟
地面—卫星通信或接入网中应用
6
光纤通信发展主要历程
远古时代：烽火台，狼烟传讯
近代：旗语，灯光
1880，A.G.Bell 发明光电话
60年代初，激光器诞生 70年代——面临实用化挑战
A. G. Bell 1847-1922
14
3. 泄漏小，保密性好
由于光纤传输的特殊机理，在光纤中传输的光向 外泄漏的能量很微弱，难以被截取或窃听。 与其他无线、有线通信方式相比，光纤通信有较 好的保密性，信息在光纤中传输非常安全。 单根光缆内部署多根光纤也不会引入串扰。
15
4. 节省大量有色金属
制造通常的电缆需要消耗大量的铜和铅等有色金 属，成本较高。 以四管中同轴电缆为例，1km 四管中同轴电缆约 需 460kg 铜，而制造 1km 光纤，只需几十克石英。 制造光纤的石英（主要成分为 SiO2）原材料丰富 而便宜，几乎取之不竭。
光纤通信是光通信最主要的实现形式。
5
光通信与光纤通信的区别
光通信（Light-wave Communication） 光纤通信（Optical Fiber Communication）
使用光导纤维作为传输媒质 目前最主要的光通信应用形式
大气光通信/空间光通信（Free Space Optics）
1966年，在英国标准电信实验室工作 的华裔科学家高锟（C. K. Kao）首先提出 用石英玻璃纤维作为光纤通信的媒质*，为 现代光纤通信奠定了理论基础。
*K.C. Kao and G.A. Hockham, “Dielectric-Fibre Surface Waveguides for optical frequencies” Proc. IEEE, 113, 1151 (1966)
16
5. 抗电磁干扰能力强
光纤主要是由 SiO2 材料制成，它不易受外界各种 电磁场的干扰。 强电、雷击等也不会显著影响光纤的传输性能。 甚至在核辐射等极端环境中，光纤通信仍能正常进 行，这是通常的电缆通信所不能比拟的。 光纤通信在电力输配、电气化铁路、雷击多发地 区、核试验等环境中应用更能体现其优越性。
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光纤通信系统的发展
第一代光纤通信系统 850/1310 nm 多模系统，140Mbit/s，30km
第二代光纤通信系统 1310nm 单模系统，1Gbit/s，50km
第三代光纤通信系统 1550 nm 单模系统，2.5Gbit/s，100km
第四代光纤通信系统 光放大器引入，数十Gbit/s～Tbit/s，数千 km
教材
《光纤通信系统》（第3版），机械工业出版社
参考书
《数字传输技术基础》，林建中、王缨、郭世满等编著， 北京邮电大学出版社 《光纤通信系统》（第2版），杨祥林主编，国防工业出版 社 《光网络：系统、器件与联网技术》， 韦乐平，张成良编 著，人民邮电出版社
电子资源
课程网站：http://www.ctie.njupt.edu.cn/nygqtx/
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第一章 概 述
1.1 光纤通信的发展概况 1.2 光纤通信的优点和应用 1.3 光纤通信系统的组成
4
1.1 光纤通信发展概况
通信是指两个或多个实体之间交换信息的过程， 通信系统是该过程的具体实现。
光通信是指利用某种特定波长（频率）的光信 号承载信息，并将此光信号通过光纤或者大气信道 传送到对方，然后再还原出原始信息的过程。
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1970 年：光纤通信实用化的开端
1970 年，美国康宁公司用超纯石英为材料，首先拉制出 损耗为 20dB/km 的光纤 1970 年，美国贝尔实验室研制成功可在室温下连续振荡 的镓铝砷（GaAlAs）半导体激光器，为光纤通信找到了合适 的光源 1977 年，GaAlAs 激光器的寿命可达 100 万小时，为光纤 通信的商用化奠定了基础 70 年代光源和光纤技术的快速成熟，为光纤通信的商用 化打下了坚实的基础
第五代光纤通信系统 光孤子系统，超大容量和超长距离传输，网络化/智能化
光纤 通信 的发 展始 终呈 现对 高速 率和 长距 离的 追求
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1.2 光纤通信的优点和应用
1.2.1 光纤通信的优点 1.2.2 光纤通信的应用
11
1.2.1 光纤通信的优点
1. 传输容量大 2. 传输损耗小，中继距离长 3. 泄漏小，保密性好 4. 节省有色金属 5. 抗电磁干扰能力强 6. 重量轻，可扰性好，易于施工
*OFC/NFOEC2012会议 NTT：PDM-64QAM调制方式、11.2THz频带、采用全拉曼
放大，系统总容量102.3Tbit/s，传输距离达240km
13
2. 极小的传输损耗，极长的中继距离
单模光纤在 1310nm 波长窗口损耗系数约为 0.35 dB/km 单模光纤在 1550nm 波长窗口损耗系数约为 0.2 dB/km 光纤的传输损耗不仅小，而且在相当宽的频带内 特性几乎一致，因此用光纤比用同轴电缆或波导管 的中继距离长得多
12
1. 光纤通信系统具有巨大的传输容量
光纤通信使用的是频率极高的电磁波，传输中可以获得极 高的信号频谱。 光纤通信适用的 λ=1310nm 波长段和 λ=1550nm 波长段两 个区域，共有约 200nm 宽的低损耗区，理论上可提供近 30THz 的传输频带 目前实验室里实现的最高容量为 20Tbit/s 级*，因此光纤 的频带利用率仍有很大的提高空间。
光纤通信系统
课程介绍
传输技术是通信网络中最重要的基础技术之一， 现代通信网络普遍采用的是数字传输技术。
光纤通信由于具有突出的优点，是目前通信网 络中最主要的传输技术。本课程重点讲授光纤通信 和数字传输的相关知识。
本课程总课时48学时，其中理论课部分42学时， 实验部分4学时，习题课2学时。
2பைடு நூலகம்
教学资源
T. H. Maiman 1927-2007
光源：能否制造出室温下连续工作的激光器？
媒质：能否找到损耗足够低的传输媒质？
补充阅读材料： http://www.sciencenet.cn/upload/blog/file/2010/5/20105319399922710.pdf
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光纤通信的奠基人——高锟