最新光纤通信系统的基本构成教学讲义PPT课件.ppt

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1、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

2、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，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1

3、000dB/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

4、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30-100dB/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

5、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，功率可达10毫瓦量级(泵浦激光器可达几百毫瓦),可调谐范围几百GHz,线宽低到1―10MHz(外腔激光器能达几十kHz)，适用于各种光通信系统，为光纤通信实用化打下了基础。激光器价格也在不断下降，干线通信系统所用激光器已降到千美元量级；几十

6、美元，甚至几美元的半导体激光器可用于接入网系统。有了这两个技术突破，70年代中期就出现了第一代光纤通信系统。世界上第一套商用光纤通信系统于1975年敷设于美国亚特兰大，其工作波长为0.85µm，比特率为45Mbit/s。经过三十多年的努力，光纤通信系统已经经历数代的发展，如表1.1所示。1.1.3光纤通信的优点1.巨大的传输容量前已说到光波载波频率比微波高得多，光纤通信使用的波段载频约为1014Hz量级,而微波大约1010Hz量级，两者差四个量级，带宽资源比微波大得多。具体说现有普通单模光纤在1.3μm和1.55

7、μm波段可用于光纤通信的低损耗窗口的带宽各有25,000GHz，如图1.1所示（参考图3.1）。若把1.39μm附近的氢氧根离子吸收峰清除掉，将两个低损耗区连接起来则可有50,000GHz(波长范围400nm，即波长在1260－1660nm之间)以上的低损耗带宽，当前技术还不能完全利用，也还没有如此大的带宽需求，因此光纤通信技术在将来还有巨大的发展潜力。2.优越的传输性能在1.55μm波段最低传输损耗约0.2dB/km，即传输100km光信号才衰减20dB。完全可以用光放大器来补偿损耗，即放大器间距100km是可

8、能的。而同轴电缆中继放大器间距在500m―几km。此外光纤不存在外来的信道噪声的干扰，这一点是其它通信体系所不具备的。以后我们会讲到，以发射机的功率和接收机的灵敏度作比较，电通信系统比光通信系统好，但光通信中继距离反而长，这都是得益于光纤优良的传输特性。其它优点还有制作光纤的材料易于得到、价格便宜（光纤材料的基质是石英玻璃，即二氧化硅(SiO2)，可以从石英砂中提炼，而石