第六讲(刘云启)：光纤通信与传感技术及其应用new

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1、光纤通信与传感技术及其应用刘云启教授通信与信息工程学院重点实验室http://www.sfoan.shu.edu.cn/省部共建国家重点实验室培育基地（科技部−上海市）2提纲光纤通信发展的历史与现状光纤基本知识激光器技术基本知识光纤传感技术3探索时期的光通信原始形式的光通信：中国古代用“烽火台”报警，欧洲人用旗语传送信息。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”。贝尔光电话是现代光通信的雏型。自由空间光通信，~200米的音频通话传输4探索时期的光通信1960年，美国人梅曼(Maima

2、n)发明了第一台红宝石激光器。激光器的发明和应用，使沉睡了80年的光通信进入一个崭新的阶段。在这个时期，美国麻省理工学院利用He-Ne激光器和CO激光器进行了大气激光通信试验。2由于没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质，对光通信的研究曾一度走入了低潮。5现代光纤通信1966年，英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤(OpticalFiber)进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信——光纤通信的基础。ProceedingsIEE,July19

3、666现代光纤通信指明通过“原材料的提纯制造出适合于长距离通信使用的低损耗光纤”这一发展方向7光纤研究重大突破1970年，美国康宁(Corning)公司研制成功损耗20dB/km的石英光纤，把光纤通信的研究开发推向一个新阶段。1972年，康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到4dB/km。1973年，美国贝尔(Bell)实验室的光纤损耗降低到2.5dB/km。1974年降低到1.1dB/km。1976年，日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗降低到0.47dB/km(波长1.2µm)。在以后的10年中，波长为1.55µm的光

4、纤损耗：1979年是0.20dB/km，1984年是0.157dB/km，1986年是0.154dB/km，接近了光纤最低损耗的理论极限。8现代光纤通信“forgroundbreakingachievementsconcerningthetransmissionoflightinfibersforopticalcommunication”“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面的开拓性成就”高锟（CharlesKao）被授予2009年诺贝尔物理学奖“光纤之父”9现代光纤通信10通信光源的实质性进展1970年，美国贝尔实验室、日

5、本电气公司(NEC)和前苏联先后，研制成功室温下连续振荡的镓铝砷(GaAlAs)双异质结半导体激光器，为半导体激光器的发展奠定了基础。1973年，半导体激光器寿命达到7000小时。1976年，日本电报电话公司研制成功发射波长为1.3μm的铟镓砷磷(InGaAsP)激光器。1977年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到10万小时。1979年美国电报电话(AT&T)公司和日本电报电话公司研制成功发射波长为1.55μm的连续振荡半导体激光器。11实用光纤通信系统的发展光通信及光传感等系统主要由三个子系统组成光发射系统：电

6、信号对应的光输出功率光传输系统：自由空间、光波导、光纤等光接受系统：光信号对应的电信号发射系统接收系统光纤由于光纤和半导体激光器的技术进步，使1970年成为光纤通信发展的一个重要里程碑12实用光纤通信系统的发展1976年，美国在亚特兰大(Atlanta)进行了世界上第一个实用光纤通信系统的现场试验。1980年，美国标准化FT-3光纤通信系统投入商业应用。1976年和1978年，日本先后进行了速率为34Mb/s的突变型多模光纤通信系统，以及速率为100Mb/s的渐变型多模光纤通信系统的试验。1983年敷设了纵贯日本南北

7、的光缆长途干线。随后，由美、日、英、法发起的第一条横跨大西洋TAT-8海底光缆通信系统于1988年建成。第一条横跨太平洋TPC-3/HAW-4海底光缆通信系统于1989年建成。从此海底光缆通信系统的建设得到了全面展开，促进了全球通信网的发展。13海底光缆通信系统的发展14实用光纤通信系统的发展光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段：第一阶段(1966~1976年)，这是从基础研究到商业应用的开发时期。第二阶段(1976~1986年)，这是以提高传输速率和增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期。第三阶段(198

8、6~1996年)，这是以超大容量超长距离为目标、全面深入开展新技术研究的时期。15光纤通信整体发展时间表100000光孤子系统性能1.55μm10000相干检测1.55μm1000直接检测光放大器1.3μm100单模(Gb/s0.8μm10多模•Km1）0.11