光電世界-光通信

信息傳遞的載體:光一、光波在電磁波譜的位置二、光纖通信的發展三、光纖通信的特點及應用四、光纖通信系統的組成五、光纖通信市場----光通信技術10110710210610310510410410510310610210710110810010910-1101010-2101110-3101210-4101310-5101410-61015ELFVFVLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF自由空間波長，m頻率，Hz電力、電話無線電、電視微波紅外可見光雙鉸線同軸電纜光纖衛星/微波AM無線電FM無線電頻段劃分傳輸介質極低頻甚低頻高頻一、光波在電磁波譜的位置可見光:0.39μm

至0.76μm

。紅外區:0.76μm

至300μm

（1）近紅外區：其波長范圍為：0.76μm

至15μm

；（2）中紅外區：其波長范圍為：15μm

至25μm

；（3）遠紅外區：其波長范圍為：25μm

至300μm

；一、光波在電磁波譜的位置以波長1μm的光波為例,其頻率為?理論上光纖通信可容納：電話：7.5億路電視：30萬路一、光波在電磁波譜的位置光纖通信所用光波的波長范圍為0.8μm

至1.8μm

光纖通信中常用的低損耗窗口0.85μm

、1.31μm

和1.55μm

左右1、光通信的定義以光波作為載波進行信息的傳輸方式？光通信與傳統的電通信的最大不同二、光纖通信的發展2、光通信的發展史3000年前的烽火臺二、光纖通信的發展2、光通信的發展史1791年法國人發明信號燈二、光纖通信的發展3.現代光通信史：(1)1880年，美國人貝爾（BELL）發明了光話系統二、光纖通信的發展光話機原理圖弧光燈ABMNL送話器振動鏡缺點：沒有理想的光源和傳光媒質傳光距離短可靠性差光源傳光媒介需解決問題問題：上述光通信方式的缺點是什么？（2）1960年，美國人梅曼（MAIMAN）發明了第一臺紅寶石激光器。波譜窄方向性好亮度高頻率和相位一致相干光：振動方向相同，頻率相同，相位差恒定的光氦--氖激光器CO2激光器3.現代光通信史：二、光纖通信的發展（3）60~70年代大氣激光通信和地下光波導通信的熱潮地下光波導通信將激光束限制在地下空間通信克服氣候的影響3.現代光通信史：★透鏡波導型二、光纖通信的發展（3）60~70年代大氣激光通信和地下光波導通信的熱潮地下光波導通信將激光束限制在地下空間通信克服氣候的影響3.現代光通信史：★反射波導型二、光纖通信的發展大氣激光通信的發展60年代，麻省理工學院利用He—Ne激光器和CO2激光器進行點對點的大氣激光通信實驗取得成功受氣候的影響很大近年來，大氣激光通信再度興起————自由空間光通信（FSO技術）（3）60~70年代大氣激光通信和地下光波導通信的熱潮3.現代光通信史：FSO技術的應用：軍事通信（3）60~70年代大氣激光通信和地下光波導通信的熱潮3.現代光通信史：FSO技術的應用：軍事通信（3）60~70年代大氣激光通信和地下光波導通信的熱潮3.現代光通信史：外層空間通信FSO技術的應用：軍事通信（3）60~70年代大氣激光通信和地下光波導通信的熱潮3.現代光通信史：外層空間通信接入網4、光纖通信發展史上的里程碑事件（1）1966年，英國華裔科學家高錕（C.K.Kao）提出介質新概念的理論，奠定現代光纖通信的理論基礎，被稱為光纖通信之父。石英的損耗1000dB/km石英傳輸信息的理論門限為20dB/km二、光纖通信的發展（2）1970年，美國康寧玻璃公司首先研制出衰耗為20dB/km的光纖；1974年——1.1dB1973年——2.5dB1984年——0.157dB1972年——4dB1979年——0.2dB1986年——0.154dB4、光纖通信發展史上的里程碑事件（3）1970年，日本研制出室溫下連續工作的激光器1973年——7000小時1977年——10萬小時4、光纖通信發展史上的里程碑事件（4）1976年，美國在ATLANTA進行世界第一個光纖通信的實驗，速率44.7M，距離10KM。光通信技術演進光纖通信追求目標:大容量、長距離技術發展：短波長-長波長、多模光纖-單模光纖、多模激光器-單模激光器通信系統容量：比特率-距離積BL，B比特率，

L中繼距離每秒鐘傳輸的比特數目。二、光纖通信的發展光纖通信技術的發展大體上可分為：工作波長光纖激光器比特率B中繼距離L第一代70年代850nm多模多模10～100Mb/s10Km第二代80年代初1300nm多模單模多模100Mb/s1.7Gb/s20Km50Km第三代80年代中～90年代初1550nm單模單模2.5Gb/s～10Gb/s100Km光纖通信技術的發展大體上可分為:（續）工作波長光纖激光器比特率B中繼距離L第四代90年代1550nm單模單模2.5Gb/s10Gb/s21000Km（環路）1500Km光放大系統第五代1550nm單模單模波分復用WDM單路速率:40,160,640Gb/s信道數:8,16,64,128,1022超長傳輸距離:27000Km(Loop)6380(Line)目前研究內容WDM光網絡；全光分組交換；光時分復用；光孤子通信；新型的光器件光纖通信技術的三次飛躍(1)20世紀60年代。1962年第一只半導體激光器誕生，隨后半導體光檢測器也研究成功。特別是1966年英籍華人科學家高錕與Hockham提出用玻璃可以制成衰減為20dB/km的通信光導纖維，1970年美國康寧公司首先制出了20dB/km的光纖，這標志著光纖通信系統的實際研究條件得以具備。20世紀70年代。1970年發明了LD的雙異質結構，使得光源與光檢測器的壽命都達到了10萬小時的實用化水平。1979年發現了光纖1310nm和1550nm新的低損耗窗口，緊接著單模光纖問世。光纖的衰減系數一下降到0.5dB/km。這使得光纖通信邁進了實用化階段，從80年代初開始光纖通信便大步地邁向了市場。光纖通信技術的三次飛躍(2)20世紀90年代初。1989年摻鉺光纖放大器EDFA的研制成功是光纖通信新一輪突破的開始。EDFA的應用不僅解決了光纖傳輸衰減的補償問題，而且為一批光網絡器件的應用創造了條件。使得光纖通信的數字傳輸速率迅速提高，促成了波分復用技術的實用化。光纖通信技術的三次飛躍(3)光纖通信超高速大容量長距離網絡化一根光纖中可同時傳輸一百多路信號，采用特殊技術甚至可以同時傳輸1022路單路速率不斷提升，已達到10、20、40Gb/s采用OTDM技術甚至可達640Gb/s各種通信技術的快速發展使上千甚至上萬公里的長距離傳輸成為可能全光網成為目前光通信領域最熱門的話題之一

40G器件☆載頻高，容量大理論上光纖通信可容納：電話：7.5億路電視：30萬路三、光纖通信的特點及應用☆載頻高，容量大☆損耗小，中繼距離長提純工藝的發展幾百公里無中繼傳輸電纜的損耗隨頻率按f的規律增加，光纖通信的帶內損耗不隨頻率變化。三、光纖通信的特點及應用☆載頻高，容量大☆損耗小，中繼距離長☆耗原材料少，成本低。光纖的主要成分是SiO2,資源十分豐富。電纜的主要成分是Cu,Al等有色金屬，資源有限三、光纖通信的特點及應用☆載頻高，容量大☆損耗小，中繼距離長☆耗原材料少，成本低。☆體積小，重量輕。8管同軸電纜每公里耗銅1.2噸，鋁5噸每千克石英可以拉出一百公里的光纖光纖的直徑很小是因為光的波長小，由波動理論得出光纖直徑為幾十微米。電纜粗重是因為要擴大橫截面積來降低電阻。三、光纖通信的特點及應用☆載頻高，容量大☆損耗小，中繼距離長☆耗原材料少，成本低。☆體積小，重量輕?！羁垢蓴_好，保密性好。三、光纖通信的特點及應用通信網上的應用電信網有線電視網計算機網通信網上的應用航海上的應用三、光纖通信的特點及應用四、光纖通信系統的組成基本光纖傳輸系統的三個組成部分1、光發送機組成框圖：

光源調制器通道耦合器電信號輸入光輸出驅動電路結構參數：發送功率，dbm概念光源光譜特性：輸出光功率足夠大，調制頻率足夠高，譜線寬度和光束發散角盡可能小，輸出功率和波長穩定，器件壽命長電信號對光的調制的實現方式

直接調制用電信號直接調制半導體激光器或發光二極管的驅動電流，使輸出光隨電信號變化而實現的。這種方案技術簡單，成本較低，容易實現，但調制速率受激光器的頻率特性所限制。

外調制把激光的產生和調制分開，用獨立的調制器調制激光器的輸出光而實現的。外調制的優點是調制速率高，缺點是技術復雜，成本較高，因此只有在大容量的波分復用和相干光通信系統中使用。兩種調制方案(a)直接調制；(b)間接調制(外調制)2.光纖線路

功能：是把來自光發射機的光信號，以盡可能小的畸變(失真)和衰減傳輸到光接收機

組成:光纖、光纖接頭和光纖連接器

低損耗“窗口”：普通石英光纖在近紅外波段，除雜質吸收峰外，其損耗隨波長的增加而減小，在0.85μm、1.31μm和1.55μm有三個損耗很小的波長“窗口”，見后圖。

光源激光器的發射波長和光檢測器光電二極管的波長響應，都要和光纖這三個波長窗口相一致。目前在實驗室條件下，1.55μm的損耗已達到0.154dB/km，接近石英光纖損耗的理論極限。0.70.80.91.01.11.21.31.41.5衰減（dB/km）第一窗口第二窗口波長——λ（μm）普通單模光纖的衰減隨波長變化示意圖6543210。40。2第三窗口

C波段1525~1565nm1.571.62L波段光纖的分類多模階躍光纖輸入電信號多模緩變光纖單模光纖波長:1300,1550nmh2h1波長:850,1300nmh2h1纖芯/包層特性輸出電信號h1h2光纖的直徑減小到一個光波波長3、光接收機功能：是把從光纖線路輸出、產生畸變和衰減的微弱光信號轉換為電信號，并經放大和處理后恢復成發射前的電信號組成部分：耦合器，光電檢測器，解調器組成框圖：電子電路光輸入耦合器光電檢測器解調器電信號輸出結構參數：接收機靈敏度，定為BER≤10-9條件下，所要求的最小平無接收功率。檢測方式：直接檢測和外差檢測

數字通信系統和模擬通信系統數字通信系統用參數取值離散的信號(如脈沖的有和無、電平的高和低等)代表信息，強調的是信號和信息之間的一一對應關系；

模擬通信系統則用參數取值連續的信號代表信息，強調的是變換過程中信號和信息之間的線性關系。這種基本特征決定著兩種通信方式的優缺點和不同時期的發展趨勢。四、光纖通信系統的組成數字通信系統的優點如下：①抗干擾能力強，傳輸質量好。②可以用再生中