光纤通信原理和技术ppt课件.ppt

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1、第一章　绪论1.1光通信发展史1.2国内外光纤通信技术发展概况1.3光纤通信系统的基本构成1.1光通信发展史1.1.1现代通信的发展人类社会出现后，人与人之间就需要信息交流。原始社会人们可以靠声音（语言）、肢体动作（肢体语言）或面部表情等交流信息，这就是原始的通信，是人们面对面的交流。在人类学会使用工具以后，人们开始借助于工具进行较远距离的信息交流，如烽火、灯光（蜡烛）以及以后的旗语等。图1是一种利用绳子定向传输声音振动的例子。与此类似，在过去的大型船舶上用两端带喇叭的铜管定向传导声音。图1.利用绳子定向传输声音振动电的使用开创了人类社会的一个新纪元，引起了一场新的工业革命

2、，也迎来了现代通信的时代以电报和电话为标志的电通信时代。最近三十多年来光通信异军突起，迅速发展，并大大改变了通信业的面貌，也成为电信的主要成员。光纤通信网已经成为现代通信网骨干，并正在向用户/家庭扩展，即光纤到户（FibertotheHome）。现代通信发展的主要标志是通信容量的增加，与通信容量的增加相对应则是载波频率的增加。电通信的载波由长波─中波─短波─超短波，最终发展到微波（米波─厘米波─毫米波）。为了增加通信容量，必须增加可用带宽，因此带宽成为资源。在微波波段带宽资源是有限的。在光通信发展以前，人们试图开发毫米波和亚毫米波作为通信的载波，以增加带宽资源。例如有人提出

3、用铜制圆波导作为传输线（传输媒质）传输毫米波和亚毫米波；用半导体器件制作发射机和接收机。这一方案在技术上是可行的。但是这一波段的波导管制作要求非常高，而且要在野外铺设数千千米，工程施工非常困难。同时毫米波和亚毫米波半导体器件价格也很高。因此，要实现这一要求，经济上非常不合算。更何况在世界上铜的储量有限，属于稀缺的资源。因而毫米波和亚毫米波通信没有得到很大的发展（毫米波通信在无线和空间通信中有部分应用）。光波所占频带非常宽，相当于当前的应用，带宽资源几乎是无限的。因此人们势必要开发光波波段的带宽资源。光纤的发明解决了光通信的传输媒质问题。不像铜制圆波导管那样，光纤具有许多非常

4、优秀的性能，是非常理想的传输媒质；同时，半导体激光器的发明也解决了光源问题，可以制作出价格适中甚至廉价的光发射机。因此通信的载波频率由微波跳过了毫米波和亚毫米波波段，直接进入到光波波段。图1.1示出了无线电波段的分布情况，可以看出光通信使用的光波波段也只是无线电波波段的一个很小部分，但是这一部分的带宽资源已经足够大，大概在数十年的时间内，这一资源也不会枯竭。图1.1电磁波谱及电通信和光通信所用频带在其中位置1.1.2光通信的发展原始形式的光通信:中国古代用“烽火台”报警，手电筒，海港信号灯通信与此类似。上世纪60年代初激光器被发明，人们开始了利用激光器作光源进行光通信的研究

5、，这是现代光通信与原始光通信的分界线。60年代―70年代初，人们还没有制造出可以实用的光纤，当时主要研究大气光通信。光源主要使用CO2气体激光器（但由于空气不是理想的光传输媒质，空气中的水汽(雾)、雨雪和沙尘的影响，使光信号被散射、吸收，以致传输距离很短，在恶劣气候的条件下，光信号仅能传播百米量级，甚至更短。1.光纤传输衰减的降低60年代最好的光纤传输衰减为1000dB/km，即传输1km，光功率降到原来的1/10100≈0，因而这种光纤不可能用作通信媒质。当时没有人相信光纤可以用于通信，也没有人从事光纤用于通信的研究。英藉华人学者高锟博士的贡献在于理论上证明这样大的传输衰

6、减是由于光纤中杂质吸收和散射引起的。如将光纤提纯，则传输衰减可以降到可在通信中实用的程度（最初提出的指标是20dB/km）[1].这一贡献具有深远意义，完全改变了通信容量不适应社会发展的需求，推动了信息社会更快地到来。由于这一贡献，高锟博士获得了2009年诺贝尔物理学奖。1970年美国康宁公司首次制成了传输衰减为20dB/km的光纤，每传输1km,光功率降到原来的1/100，可以用作光通信的传输媒质。此后，光纤传输衰减逐年下降，到79年已降到0.2dB/km，后来又降到0.16dB/km,几乎达到纯石英光纤损耗的理论极限。与此对照，同轴电缆传输线的传输衰减大约在30-100

7、dB/km。这一突破的意义在于说明光纤可以作为光通信的传输媒质，从而为光纤通信打开大门。这也是称高锟博士为光纤通信之父的原因。2.半导体激光器性能的突破1960年发明的第一个激光器是红宝石(固体)激光器，不久（1961年）半导体激光器研制成功，但当时需要在低温(液氮)下脉冲工作。后来采用异质结技术使激光器可在常温下连续工作，但开始只有数小时甚至数分钟的寿命，由于寿命极短不能实用化。经过一段时间的努力，才研制成功可实用的半导体激光器。现在的半导体激光器的性能有了极大的提高，其寿命可达106小时，甚至达108小时，功率