光线通信第1章 概述 ppt课件.ppt

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1、第1章概述1.1光通信的基本概念1.2光纤通信的优点1.3光纤通信的系统组成1.4光纤通信的回顾与展望1.5光波技术基础习题一1.1光通信的基本概念光通信是利用光波来传送信息的。光波的频率比目前电通信使用的频率高得多，因而其通信容量很大。通信系统的通信容量与系统的带宽成正比。为了比较方便，通常系统的带宽用载频的百分比，即带宽利用系数来表示。例如，一个载波频率为100MHz的无线电通信系统，如果带宽利用系数为10%，则系统带宽为10MHz；而对于载频为10GHz的微波通信系统，若带宽利用率仍为10%，则系统带

2、宽为1GHz。光波的频率一般在1×1014～4×1014Hz范围内，在带宽利用率仍为10%的情况下，系统的利用带宽在10000～40000GHz范围内，这是电通信无法比拟的。1.1.1光波的电磁频谱光波实际上是一高频的电磁波。在讨论高频电磁波时，我们习惯采用波长来代替频率描述。波长与频率的关系为（1.1）其中：λ为电磁波的波长，其物理含义是电磁波在时间上变化一周，其波前在空间变化一周所行进的长度;c为光波在自由空间中传播的速度，其值为3×108m/s；f为电磁波的频率，其物理含义是交变电磁波在单位时间（每

3、秒）变化的周期数。对于光波来说，波长常用单位有微米μm(1μm=10-6m)、纳米nm(1nm=10-9m)、埃(1=10-10m)。图1.1给出了光波在电磁波频谱中的大体位置分布（注意：通常将频率为1GHz以上的无线电波称为微波）。光波的频率一般可达到1013～1014Hz，对应的波长在10～100000nm之间。可进一步将光波细分为红外线、可见光和紫外线。图1.1电磁波频谱图红外线（波长＞0.76μm）：这一波段的波长比人眼实际可见的光的波长要长得多，可细分为近红外（波长为0.76～15μm）、中红外（

4、波长为15～25μm）和远红外（波长为25～300μm）。这一波段的信号主要用于光波通信、红外制导、电子摄像及天文学。可见光（波长位于0.39～0.76μm）：这一波段就是人眼实际可见的波长，像自然光源(如太阳光)和白炽灯、日光灯以及许多激光源(如He-Ne激光器)等装饰性的人造光源，它们发出的光都是人眼可见的可见光。紫外线（波长＜0.39μm）：这一波段的波长比人眼实际可见的光的波长要短得多，这一波段的信号很少应用于通信。目前光通信所使用的光波波长大约为1μm，主要位于近红外波段。通常将小于1μm的红外波长

5、称为短波长，将大于1μm的红外波长称为长波长。1.1.2激光器产生的理想光载波早期的光通信，如用烽火台的火光传递简短的消息，贝尔的光电话利用太阳光来传递话音信号，它们所传送信息的容量小、距离短、可靠性低、设备笨重，究其原因是由于采用了太阳光等普通光源。1960年7月8日，美国科学家梅曼(Maiman)发明了世界上第一台红宝石激光器。激光器发出的激光与普通光源发出的光相比，其光束的强度极高，方向性极好，光谱的范围小，相位和频率一致性好，其特性与无线电磁波类似，是一种理想的通信载波，可用来携带信息进行长距离传输。

6、因此激光器的出现使得光通信进入了一个崭新的阶段。激光一词是从英文LASER翻译过来的，而LASER一词是由英文“LightAmplificationbyStimulatedEmissionRadiation”中的首字母构成的，其含义是受激辐射光放大。由于其频率很高,可极大地提高通信容量，因此引起了通信工作者的广泛重视，使激光很快在通信领域得到应用。继红宝石激光器问世后，各种不同材料的激光器相继出现，如氦-氖激光器、二氧化碳激光器、氩离子激光器和半导体激光器等。1.1.3大气光通信激光器一问世，人们就模拟无线电

7、通信进行了大气激光通信的研究，采用的激光源有氦-氖激光器和二氧化碳激光器等。由于发射功率很大，因此那时所需的激光器的体积相对较大，相应的设备较笨重。近年来大功率半导体激光器的研制成功，使得大气激光通信在实用化的道路上迈出了一大步。目前，大气激光通信（由于光通信使用的光源无一例外地都采用激光器，因而光通信实际上就是激光通信）在民用和军事通信中都具有重要作用，为建立全天候、具有高机动性和高灵活性、工作稳定可靠的信息平台开辟了广阔前景。这主要是由于其具有如下优点：(1)具有安装便捷、使用方便的特点，很适合于在特殊地

8、形、地貌及有线通信难以实现和机动性要求较高的场所工作。(2)具有不挤占宝贵的无线电频率资源、电磁兼容性好、抗强电磁干扰能力强、保密性好等特点。当然其有效通信距离和带宽有待进一步提高。(3)跟微波、毫米波通信相比，半导体激光通信系统在价格上也有较强的竞争优势，是一种易于被市场和用户接受的通信手段。(4)它是组建各种室内、室外局域网和最后1000m接入的有效手段。因为它的合理应用，会使蜂窝网中宝贵的频率