光纖通信第一章

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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,*,單擊此處編輯母版標題樣式,第1章光纖通信概論,光纖通信技,術,術,第1章光,纖,纖通信概論,1.1光,纖,纖通信發(fā)展,歷,歷程,1.2光,纖,纖通信的系,統(tǒng),統(tǒng)構成,1.3光,纖,纖通信的特,點,點,1.4光,纖,纖通信新技,術,術,通信技術簡,史,史,按時代劃分,，,，通信技術,經(jīng),經(jīng)歷了三大,飛,飛躍,光纖通信,電通信,光通信,光通信,可以上溯西,周,周時期建立,的,的烽火臺作,為,為軍事報警,設,設施，下及,當,當今指揮城,市,市交通的信,號,號燈和航海,中,中使用的燈,塔,塔。,目視光通信,

2、光通信,可以上溯西,周,周時期建立,的,的烽火臺作,為,為軍事報警,設,設施，下及,當,當今指揮城,市,市交通的信,號,號燈和航海,中,中使用的燈,塔,塔。,傳輸距離短,光通信的缺,點,點,傳遞信息量,少,少,1880年,，,，美國人貝,爾,爾(Bell)發(fā)明了,用,用光波作載,波,波傳送話音,的,的“光電話,”,”,通話距,離,離達到213米。,貝爾的光電,話,話,光電話原理,圖,圖,光源,透鏡,送話器,反射鏡,震動片,光敏電池,貝爾用弧光,燈,燈或者太陽,光,光作為光源,，,，光束通過,透,透鏡聚焦在,話,話筒的震動,片,片上。當人,對,對著話筒講,話,話時，震動,片,片隨著話音,震,震動

3、而使反,射,射光的強弱,隨,隨著話音的,強,強弱作相應,的,的變化，從,而,而使話音信,息,息“承載”,在,在光波上（,這,這個過程叫,調制,）。,在接收端，,裝,裝有一個拋,物,物面接收鏡,，,，它把經(jīng)過,大,大氣傳送過,來,來的載有話,音,音信息的光,波,波反射到硅,光,光電池上，,硅,硅光電池將,光,光能轉換成,電,電流（這個,過,過程叫,解調,）。電流送,到,到聽筒，就,可,可以聽到從,發(fā),發(fā)送端送過,來,來的聲音了,。,。,接收鏡,貝爾光電話,是,是現(xiàn)代光通,信,信的雛型,1、為什么,光,光通信傳輸,的,的距離非常,有,有限，這主,要,要是因為，,這,這種傳輸方,式,式里面的,傳輸介

4、質,是“大氣”,，,，損耗大，,如,如果碰上雨,、,、雪甚至霧,霾,霾天氣，信,號,號甚至可能,會,會中斷。,更深層次的,原,原因，我們,現(xiàn),現(xiàn)代人都已,經(jīng),經(jīng)知道了，,是,是因為光是,一,一種“波”,，,，且波長很,短,短（0.4,0.7,m），,它,它很容易被,大,大氣中的“,塵,塵埃粒子”,所,所阻擋。,2、另外，Bell的,光,光電話是利,用,用自然光（,光源,）作為載波,，,，這種光的頻率和相位雜亂無章，,不,不能用于大,容,容量的通信,。,。,3、能否建,立,立“光通道,”,”如“波導,管,管”式的東,西,西以減少損,失,失（損耗）,呢,呢？是否可,以,以找到新型,的,的光源呢？,

5、1960年,，,，美國人梅,曼,曼(T.H.Maiman),發(fā),發(fā)明了世界,上,上第一臺紅,寶,寶石激光器,。,。梅曼利用,紅,紅寶石晶體,做,做發(fā)光材料,，,，用發(fā)光度,很,很高的脈沖,氙,氙燈做激發(fā),光,光源，獲得,了,了人類有史,以,以來的第一,束,束激光。,1965年,，,，第一臺可,產(chǎn),產(chǎn)生大功率,激,激光的器件-二氧化,碳,碳激光器誕,生,生。,1967年,，,，第一臺,射,射線激光器,研,研制成功。,激光器的發(fā),明,明和應用，,使,使沉睡了,80年的光,通,通信進入到,了,了一個嶄新,的,的階段。,激光器大氣,通,通信,紅寶石激光,器,器，激光器,發(fā),發(fā)出的激光,與,與普通光相,

6、比,比，具有方向性好、,亮,亮度高等優(yōu)點，同時,也,也具有通常,無,無線電波的,性,性質，是一,種,種理想的可,以,以攜帶信息,的,的光載波。,20世紀60年代初期,研,研究的光通,信,信大多是利,用,用大氣傳輸光,波,波，但大氣光,波,波通信不穩(wěn),定,定因素很多,。,。主要原因,是,是光波在大,氣,氣中傳輸受,到,到大氣層中,變,變化無常的,氣,氣候條件的,影,影響，光波,能,能量損失嚴,重,重，因此光,波,波在大氣層,中,中的傳輸并,不,不順利。,研究人員曾,經(jīng),經(jīng)將研究的,重,重點轉入到,地,地下光波通,信,信的實驗，,先,先后出現(xiàn)過,反,反射波導和,透,透鏡波導等,地,地下通信的,實,

7、實驗，但由,于,于造價太高,而,而出現(xiàn)了夭,折,折，致使光,通,通信發(fā)展一,度,度出現(xiàn)長期,的,的低迷狀態(tài),。,。,透鏡波導光,波,波通信,受英國物理,學,學家,JohnTyndall（,約翰）,在,1870年,做,做的”,光可以在水,流,流柱里傳輸,”的影響，,在,在,1920-1950期,間,間,人們發(fā),現(xiàn),現(xiàn)在纖細的,、,、有柔韌性,的,的,玻璃中和塑,料,料光纖可以用于導,光,光。,終于在,1950年,，,，有人采用,“,“玻璃纖維,”,”傳輸光，,但,但損耗達到,了,了1000dB/Km,，,，即在1Km的長度上,傳,傳輸，損耗,達,達到10,100,倍，這個數(shù),值,值顯然是太,大,

8、大了。,真正的奇跡,是,是在,1966年,才,才出現(xiàn)。,光纖通信的,誕,誕生與迅速,發(fā),發(fā)展,1966年,，,，英籍華裔,學,學者,高,錕,錕,(C.K.Kao),及,其,其,同,同,事,事,霍,霍,克,克,哈,哈,姆,姆,(C.A.Hockham),在,在,其,其,發(fā),發(fā),表,表,的,的,研,研,究,究,論,論,文,文,中,中,指,指,出,出,，,，,“,“,玻,玻,璃,璃,纖,纖,維,維,”,”,的,的,嚴,嚴,重,重,損,損,耗,耗,是,是,由,由,其,其,里,里,面,面,所,所,含,含,雜,雜,質,質,（,（,如,如,銅,銅,、,、,鐵,鐵,、,、,鉻,鉻,等,等,金,金,屬,屬,離,

9、離,子,子,）,）,太,太,多,多,及,及,石,石,英,英,玻,玻,璃,璃,拉,拉,制,制,工,工,藝,藝,的,的,不,不,均,均,勻,勻,性,性,產(chǎn),產(chǎn),生,生,的,的,。,。,論,論,文,文,介,介,質,質,纖,纖,維,維,表,表,面,面,光,光,頻,頻,波,波,導,導,明,明,確,確,提,提,出,出,：,：,1,、,、,如,如,果,果,能,能,將,將,光,光,纖,纖,中,中,過,過,渡,渡,金,金,屬,屬,離,離,子,子,減,減,少,少,到,到,最,最,低,低,限,限,度,度,，,，,并,并,改,改,進,進,制,制,造,造,工,工,藝,藝,，,，,有,有,可,可,能,能,使,使,光,光,

10、纖,纖,損,損,耗,耗,降,降,到,到,最,最,低,低,（,（,預,預,見,見,可,可,減,小,小,到,到,20dB/km,以,以,下,下,）,；,；,2,、,、,光,光,纖,纖,可,可,以,以,實,實,現(xiàn),現(xiàn),高,高,速,速,通,通,信,信,；,；,3,、,、,給,給,出,出,了,了,光,光,纖,纖,原,原,始,始,結,結,構,構,。,。,高,錕,錕,(C.K.Kao),博,博,士,士,上,上,述,述,發(fā),發(fā),現(xiàn),現(xiàn),的,的,重,重,要,要,意,意,義,義,在,在,于,于,：,：,指,指,出,出,了,了,光,光,纖,纖,高,高,損,損,耗,耗,的,的,真,真,正,正,來,來,源,源,以,以,

11、及,及,研,研,制,制,通,通,信,信,光,光,纖,纖,的,的,正,正,確,確,方,方,向,向,。,。,這,這,一,一,發(fā),發(fā),現(xiàn),現(xiàn),直,直,接,接,導,導,致,致,了,了,在,在,其,其,后,后,數(shù),數(shù),年,年,內,內,通,通,信,信,光,光,纖,纖,制,制,造,造,領,領,域,域,所,所,發(fā),發(fā),生,生,的,的,質,質,的,的,飛,飛,躍,躍,，,，,以,以,及,及,光,光,纖,纖,通,通,信,信,產(chǎn),產(chǎn),業(yè),業(yè),的,的,迅,迅,速,速,興,興,起,起,。,。,1970,年,年,，,，,光,光,纖,纖,研,研,制,制,取,取,得,得,了,了,重,重,大,大,突,突,破,破,美,國,國,康

12、,康,寧,寧,玻,玻,璃,璃,公,公,司,司,1970,年,年,首,首,先,先,研,研,制,制,出,出,衰,衰,耗,耗20dB/km,的,的,光,光,纖,纖,。,。,光,光,纖,纖,通,通,信,信,正,正,式,式,開,開,始,始,！,！,據(jù),說,說,康,康,寧,寧,公,公,司,司,花,花,費,費3000,萬,萬,美,美,元,元,，,，,得,得,到,到30,米,米,光,光,纖,纖,樣,樣,品,品,，,，,認,認,為,為,非,非,常,常,值,值,得,得,。,。,這,這,一,一,突,突,破,破,，,，,引,引,起,起,整,整,個,個,通,通,信,信,界,界,的,的,震,震,動,動,，,，,世,世,界

13、,界,發(fā),發(fā),達,達,國,國,家,家,開,開,始,始,投,投,入,入,巨,巨,大,大,力,力,量,量,研,研,究,究,光,光,纖,纖,通,通,信,信,。,。,1972年,，,，康寧公司,高,高純石英多,模,模光纖損耗,降,降低到,4dB/km,。,1973年,，,，美國貝爾(Bell)實驗室的,光,光纖損耗降,低,低到,2.5dB/km,。,1974,年,年降低到,1dB/km,。,1976年,，,，日本電報,電,電話（NTT）公司將,光,光纖損耗降,低,低到,0.5dB/Km,在以后的,10 年中,，,，波長為1.55 m的光纖損,耗,耗：,1979,年,年是,0.20dB/km,，,198

14、4年,是,是,0.157dB/km,，,1986,年,年是,0.154dB/km,，,接近了,光纖最低損,耗,耗的理論極,限,限,。,1970年,開,開始，光纖,研,研制取得了,重,重大突破,1.1.2,光,光纖通信,發(fā),發(fā)展趨勢1.寬帶通,信,信業(yè)務需求,激,激增、光纖,通,通信向超高,速,速系統(tǒng)發(fā)展,光纖產(chǎn)品的,大,大規(guī)模采用,成,成為全球寬,帶,帶通信網(wǎng)絡,飛,飛速發(fā)展的,有,有力基礎。,網(wǎng),網(wǎng)絡的擴張,又,又帶來全球,性,性傳送業(yè)務,的,的大增長，,這,這些業(yè)務需,求,求包括Internet的蓬勃發(fā),展,展、大量的,全,全球數(shù)據(jù)傳,送,送，以及其,他,他一些不斷,增,增長的先進,業(yè),業(yè)

15、務。視頻娛樂節(jié),目,目：采用速率,高,高達幾十兆,比,比特的數(shù)字,電,電視，提供,同,同實物一樣,大,大的高分辨,率,率、3D、,真,真彩色視頻,娛,娛樂節(jié)目。,可視電話：全球將有,一,一億以上的,家,家庭裝有帶,大,大型3D彩,色,色屏幕的可,視,視電話。視頻會議：通過Internet提供桌面,或,或膝上機的,一,一對一型或,組,組對組型會,議,議電視系統(tǒng),。,。大量的、即,時,時的、連續(xù),的,的全球數(shù)據(jù),傳,傳送：允許幾百,萬,萬大小公司,以,以及部門內,部,部的各個相,互,互連接的高,瑞,瑞工作站之,間,間進行數(shù)據(jù),通,通信。,全球網(wǎng)絡：實現(xiàn)在任,何,何地方、任,意,意時間、對,任,任何

16、人的通,信,信（話音、,數(shù),數(shù)據(jù)、圖像,和,和視頻）將,變,變得可行。,全球業(yè)務：對共同感,興,興趣的商務,運,運作的合并,過,過程將繼續(xù),下,下去。依賴,于,于通信的主,要,要業(yè)務有遍,布,布全球的生,產(chǎn),產(chǎn)、研發(fā)、,管,管理和客戶,服,服務。,政府全球化：發(fā)達國家,將,將更多地通,過,過各種全球,合,合作組織來,協(xié),協(xié)調世界經(jīng),濟,濟、軍事、,人,人道主義和,其,其他活動。小用戶的作,用,用上升：數(shù)以億計,的,的全球居民,用,用戶現(xiàn)在正,擁,擁有自己的,光,光纖連接。,網(wǎng)絡容量的,需,需求和傳輸速率的提高一直,是,是一對主要,矛,矛盾。在過,去,去幾年中，,光,光纖技術領,域,域取得了大,量,量突破性進,展,展，其中包,括,括10Gb/s網(wǎng)絡的,全,全面構建和,單,單根光纖上,每,每秒以太比,特,特容量的成,功,功演示。40Gb/s,和,和80Gb/s網(wǎng)絡成,功,功演示進一,步,步突出了速,率,率更高、容,量,量更大的網(wǎng),絡,絡優(yōu)勢，為,各,各種各樣的,新,新業(yè)務，特,別,別是寬帶業(yè),務,務和多媒體,提,提供了實現(xiàn),的,的可能。,2.向超大,容,容量WDM,系,系統(tǒng)的演進,光纖的2