光纤通信技术CH1

1.1光纤发展简史
• 和普通光源相比，激光的优点 • (1)单色性好：
频率范围极窄，发散角很小，只有几毫弧，激光束几乎就是一条直 线。氦氖激光的谱线宽度，只有10-8nm，颜色非常纯。这种光波在 光纤中传输产生的噪声很小。 • (2)相干性高
从激光器发出的光可以步调一致地向同一方向传播，可以用透镜把 它们会聚到一点上，把能量高度集中起来，送入光纤。 • (3)方向性强
1.1光纤发展简史
2.光学透镜波导管传输
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• 反射镜波导：用与光束传输方向成45度角的两个平行反射 镜代替透镜而构成。
• 缺点： 现场施工中校准和安装十分复杂； 地面活动对波导影响很大;
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3.玻璃纤维传输 玻璃纤维（透明度很高的石英玻璃丝） ，人们用它制造 了医疗上用的内窥镜，如做成胃镜，可以观察到距离体内 1米左右的情况。但是它的衰减损耗特别大，只能传输很 短的距离。直到20世纪60年代，最好的光纤的损耗仍在 1000dB/km以上。这是不能用于通信的。
温下连续工作的半导体激光器。
光源的问题得到解决！
1.1光纤发展简史
• 传输媒质的探索 1.大气传播
通信能力和质量受周围大气环境的影响很大，如雨可造 成30dB/km的损耗，浓雾衰减可达120dB/km
10dB/km的损耗意味着输入的信号传送1公里后只 剩下十分之一 20dB/km的损耗意味着输入的信号传送1公里后只 剩下百分之一 30dB/km的损耗意味着输入的信号传送1公里后只 剩下千分之一
几乎是一束平行线。如果把激光发射到月球上去，历经38.4万公里 的路程后，也只有一个直径为2km左右的光斑。
1.1光纤发展简史
• 1960年7月8日，美国科学家梅曼发明了第一台红 宝石激光器(LASER) ，给光通信带来了新的希望， 研究现代化光通信的时代开始。（在室温下不能 连续工作 ）
• 1961年，氦氖气体激光器。 • 1970年，贝尔研究所的林严雄等人研制出能在室
1966年7月，英籍华裔学者高锟大胆预言：只要 能设法降低玻璃纤维的杂质，就有可能使光纤的 损耗从1000dB/km降低到20dB/km，甚至更低， 从而可以用于通信。
1.1光纤发展简史
光纤通信发明家高锟(左) 1998年在英国接受IEE授予的奖章
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• 1970年美国康宁公司用高纯石英生产出世界上第 一根低损耗光纤（20dB/km），开创了光纤通信 的新篇章。
1.1光纤发展简史
• 光源的探索 激光（LASER）：受激辐射的光放大。 它的产生基于伟大的科学家爱因斯坦在1916年 提出的一套全新的理论。 它的频率稳定，约为300THZ。 这种光的频率比已经广泛应用的微波（1GHz～ 40GHz）的频率高近万倍。激光来传送信息从理 论上来说，通信的容量可以比微波通信的容量也 大近万倍！
由短波长向长波长转移。数字系统的速率不断提高，光纤 连接技术与器件寿命问题都得到解决，光纤传输系统与光 缆线路建设逐渐进入高速发展时期。
紫外线 可见光线 (光纤通信用）
近红外线 远红外线 亚毫米波
毫 米 波(EHF)
厘 米 波(SHF)
分 米 波(UHF)
米 波(VHF)
短 波(HF) 中 波(MF)
1.1光纤发展简史
• 光通信的早期探索 • 目视光通信阶段（利用大气来传播可见光，由
人眼来接收） 3千多年前，中国古代的烽火台 1650年，望远镜 1791年，法国人发明了灯信号和灯语 欧洲人的旗语 信号弹,交通灯
1.1光纤发展简史
• 在通信系统中，传输的信息量与已调载频的带宽有关，提高载频频率
理论上可增加有效传输带宽及系统的信息量。未来发展应尽可能提高
波段频率。
频率
波长
名称
100 THz 10 THz 1 THz 100 GHz 10 GHz 1 GHz 100 MHz 10 MHz 1 MHz
1 m 10 m 100 m 1 mm 10 mm 100 mm 1m 10 m 100 m
1.1光纤发展简史
• 利用太阳光作光源，用硒晶体作为光接收器件， 成功进行了光电话的实验 ，传输距离200多米。
• 由于没有合适的光源及传输媒质，未得到发展。
• 意义：利用光波作为载波传送信息是可行的。
1.1光纤发展简史
• 要解决两个问题 1.有稳定的、低损耗的传输媒质 光在大气中的传送要受到气象条件的很大限制 使信号传输受到很大阻碍。 2.高强度的、可靠的光源 太阳光、灯光等普通的可见光源，都不适合作 为通信光纤发展简史 • 光纤通信的特点 • 光纤通信应用类型 • 光纤通信系统涉及的产品
光传输设备 光纤光缆及附件 光电器件 测试仪器与专用工具
1.1光纤发展简史
• 通信系统的基本组成：信号源，发送机，传输通 道，接收机，信宿。 信号源：将信息送入发送机。 发送机：将信息以信号的形式连接到传输通道。 传输通道：链接发送机与接收机的桥梁。 接收机：从通道中提取信号，还原成信息。 信宿：接收通过接收机还原的信息。
这些都不是真正的光通信！
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• 光电话
• 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”。
1.1光纤发展简史
• 光电话原理
贝尔用弧光灯或者太阳光作为光源，光束通过透镜聚 焦在话筒的震动片上。当人对着话筒讲话时，震动片随着 话音震动而使反射光的强弱随着话音的强弱作相应的变化， 从而使话音信息“承载”在光波上（这个过程叫调制）。 在接收端，装有一个抛物面接收镜，它把经过大气传送过 来的载有话音信息的光波反射到硅光电池上，硅光电池将 光能转换成电流（这个过程叫解调）。电流送到听筒，就 可以听到从发送端送过来的声音了。
• 1970年被称为光纤通信元年。
1.1光纤发展简史
• 光纤通信技术发展的四个阶段
• 第一阶段（1970-1979）光导纤维与半导体激光器的研制 成功，使光纤通信进入实用化。1977年美国亚特兰大的光 纤市话局间中继系统称为世界上第一个光纤通信系统。
• 第二阶段（1979-1989）光纤技术取得进一步突破， • 光纤损耗降至0.5dBm/km以下。由多模光纤转向单模光纤，