光纖通信概論課件

光纖通信原理仇英輝J5-D406qyh@光纖通信原理仇英輝1光纖通信概述1.1 光纖通信技術的發(fā)展史及現(xiàn)狀1.2光纖通信系統(tǒng)概述2光纖2.1 光纖概述2.2 光纖的損耗特性2.3 光纖的色散特性及色散限制2.4 光纖中的非線性光學效應3光器件3.1光器件概述3.2光連接器Connector3.3光衰減器Attenuator3.4光耦合器Coupler3.5復用器與濾波器MultiplexerandFilter3.6光隔離器與環(huán)行器3.7光調制器Modulators3.8光開關Switches3.9光波長轉換器3.10光交叉互連器4激光器及光發(fā)射機4.1半導體激光二極管LD4.2 半導體激光器的工作特性4.3光發(fā)射機講授內容(1)1光纖通信概述3.4光耦合器Coupler講授內容

5光檢測器及光接收機5.1 光檢測器5.2 光檢測器的工作特性和參數(shù)5.3 光接收機5.4光接收機的噪聲特性5.5光接收機的靈敏度5.6光接收機的性能評估6光放大器6.1 概述6.2 光放大器的原理與一般特性6.3 摻鉺光纖放大器EDFA6.4 半導體光放大器SOA6.5光纖拉曼放大器FRA講授內容(2)7光纖通信系統(tǒng)的性能與設計7.1光纖通信系統(tǒng)結構7.2光纖損耗對系統(tǒng)的限制7.3光纖色散對系統(tǒng)的限制7.4光纖中的非線性光學效應對系統(tǒng)的影響7.5信道串擾7.6光纖通信系統(tǒng)設計中的功率預算8光網絡及其它光纖通信技術復習共計48學時考試課 講授內容(2)7光纖通信系統(tǒng)的性能與設計共計48學時《光纖通信》王輝編著電子工業(yè)出版社《光纖通信系統(tǒng)》楊祥林編著國防工業(yè)出版社《光纖通信系統(tǒng)》顧畹儀編著北京郵電大學出版社《光纖通信導論》邱昆編著電子科技大學出版社《光纖通信系統(tǒng)》L.G.卡佐夫斯基等著張肇儀等譯人民郵電出版社參考書目《光纖通信》王輝編著電子工業(yè)出版社參考書目第一章光纖通信概述1.1光纖通信技術的發(fā)展史及現(xiàn)狀1.2光纖通信系統(tǒng)概述第一章光纖通信概述1.1光纖通信技術的發(fā)展史及現(xiàn)狀1.1光纖通信技術的發(fā)展史及現(xiàn)狀什么是通信？“通”傳送，“信”信息；信息的傳送基本組成：發(fā)送、傳輸、接收什么是光纖通信？利用激光作為信息的載波信號，并通過光纖來傳送信息的通信系統(tǒng)。1.1光纖通信技術的發(fā)展史及現(xiàn)狀什么是通信？什么是光纖通信？1.1光纖通信技術的發(fā)展史及現(xiàn)狀什么是通信？“通”傳送，“信”信息；信息的傳送基本組成：發(fā)送、傳輸、接收什么是光纖通信？利用激光作為信息的載波信號，并通過光纖來傳送信息的通信系統(tǒng)。光纖通信是人類歷史上的重大突破，現(xiàn)今的光纖通信已成為信息社會的神經系統(tǒng)1.1光纖通信技術的發(fā)展史及現(xiàn)狀什么是通信？什么是光纖通信？

現(xiàn)代通信方式示意圖用戶環(huán)路交換設備電復接設備衛(wèi)星通信微波通信光纖通信移動通信發(fā)送機接收機傳輸系統(tǒng)用戶終端用戶終端信息信息用戶終端用戶終端用戶環(huán)路交換設備電復接設備信息信息現(xiàn)代通信方式示意圖用戶環(huán)路交換設備電復接設備衛(wèi)星通信微波

現(xiàn)代通信方式示意圖用戶環(huán)路交換設備電復接設備衛(wèi)星通信微波通信光纖通信移動通信發(fā)送機接收機傳輸系統(tǒng)用戶終端用戶終端信息信息用戶終端用戶終端用戶環(huán)路交換設備電復接設備信息信息信息指用戶要求傳送的語音、圖像、數(shù)據(jù)以及它們的各種組合現(xiàn)代通信方式示意圖用戶環(huán)路交換設備電復接設備衛(wèi)星通信微波用戶環(huán)路交換設備電復接設備衛(wèi)星通信微波通信光纖通信移動通信發(fā)送機接收機傳輸系統(tǒng)用戶終端用戶終端信息信息用戶終端用戶終端用戶環(huán)路交換設備電復接設備信息信息

現(xiàn)代通信方式示意圖用戶終端交換設備接入網電復接設備傳輸系統(tǒng)用戶環(huán)路交換設備電復接設備衛(wèi)星通信微波通信光纖通信移動通信發(fā)

現(xiàn)代通信方式示意圖用戶環(huán)路交換設備電復接設備衛(wèi)星通信微波通信光纖通信移動通信發(fā)送機接收機傳輸系統(tǒng)用戶終端用戶終端信息信息用戶終端用戶終端用戶環(huán)路交換設備電復接設備信息信息光纖通信經過30年的技術發(fā)展目前正在淘汰著其他的有線通信方式現(xiàn)代通信方式示意圖用戶環(huán)路交換設備電復接設備衛(wèi)星通信微波光纖通信技術的主要優(yōu)點光波頻率很高，光纖傳輸?shù)念l帶很寬，故傳輸容量很大，理論上可通上億門話路或上萬套電視，可進行圖像、數(shù)據(jù)、傳真、控制等多種業(yè)務；不受電磁干擾，保密性好；耐高溫、高壓、抗腐蝕，工作可靠；光纖材料來源豐富，可節(jié)約大量有色金屬(如銅、鋁)，且直徑小、重量輕。光纖通信技術的主要優(yōu)點光波頻率很高，光纖傳輸?shù)念l帶很寬，故傳光纖通信器件的發(fā)展過程雛形：古代烽火、手旗、燈光1880年貝爾的光電話激光器(發(fā)送源）光纖(傳輸介質)1960Maiman發(fā)明紅寶石激光器1962半導體激光器誕生(GaAs870nm)70年代室溫工作LD(GaAsAI850nm)1300、1550nm多模LD單模LD1951醫(yī)用玻璃纖維(損耗1000dB/km)1966高錕理論預言1970康寧制出低損耗光纖(20dB/km)1300(0.5dB/km),1550nm(0.2dB/km)低損耗窗口光纖開發(fā)單模光纖光纖通信器件的發(fā)展過程雛形：古代烽火、手旗、燈光1880年第1章光纖通信概論課件光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程光纖通信追求目標:大容量、長距離技術發(fā)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(tǒng)容量：比特率-距離積BL，B比特率，L中繼距離每秒鐘傳輸?shù)谋忍財?shù)目。光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程光纖通信追求目標:大容量、長距離通信光纖通信技術的發(fā)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(fā)展大體上可分為：工作波長光纖激光器比特率B中光纖通信技術的發(fā)展大體上可分為:（續(xù)）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(huán)路）1500Km光放大系統(tǒng)第五代1550nm單模單模波分復用WDM單路速率:40,160,640Gb/s信道數(shù):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發(fā)展大體上可分為:（續(xù)）工作波長光纖激光器比特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(tǒng)的實際研究條件得以具備。光纖通信技術的三次飛躍(1)20世紀60年代。1962年第一20世紀70年代。1970年發(fā)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(fā)現(xiàn)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(shù)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70年代。1970年發(fā)明了LD的雙異質結構，使得光源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(chuàng)造了條件。使得光纖通信的數(shù)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)20世紀90年代初。1989年摻鉺光纖放大器EDFA的研制成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(fā)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單路EducationTelephoneTravelEntertainmentHealth……AllservicesNetworktrafficisgrowing!!Thewholeworldisinmymind!!DemandforBroadbandwidthOpticalnetworkingShoppingBanking21世紀的通信業(yè)務EducationTelephoneTravelEntert全球通信業(yè)務需求用戶增加；每個用戶的業(yè)務量增加；服務質量的提高；通信容量需求急增全球通信業(yè)務需求用戶增加；通信容量光纖通信最具代表性技術

－波分復用WDM和光纖放大器EDFA光纖通信最具代表性技術

－波分復用WDM和光纖通信系統(tǒng)的新波段145014901530157016101650S+SCLL+

波長(nm)范崇澄FS-08波段波長范圍(nm)帶寬(THz)光放大器應用C1530-15705.0有長途干線C+L1530-16109.7有長途干線S+C+L1490-161015.0無城/局域網S++S+C+L+L+1450-165025.1無城/局域網全波1300-165048.9無城/局域網光纖通信系統(tǒng)的新波段1450149光纖傳輸技術進一步發(fā)展新的傳輸技術層出不窮色散管理技術L波EDFA，RAFEC技術色散與色散斜率的補償PMD補償技術OTDM技術與光孤子技術光纖傳輸技術進一步發(fā)展新的傳輸技術層出不窮

2.5Gb/s10Gb/s40Gb/s10Gb/s40Gb/s20Gb/s80Gb/s80Gb/s320Gb/s3216841WDM波長數(shù)每波長比特率(TDM)40Gb/s

網絡容量演進戰(zhàn)略2.5Gb/s關鍵原材料光纖預制棒網絡管理系統(tǒng)測試設備光纖光纜光傳輸/交換設備光無源器件光有源器件運營商網絡集成商光纖通信的產業(yè)鏈關鍵原材料光纖預制棒網絡管理系統(tǒng)測試設備光纖光纜光傳輸/交換全球光纖通信主要供應商全球光纖通信主要供應商ComponentsandModulesinDWDMNetworks

DWDMThinfilmfiltersFibergratingsWaveguidesCirculatorsInterleaversMux/Demux

modulesAmplifiersIsolatorsTapcouplersPumplasersGainequalizersAttenuatorsIntegrated

amplifiersSOAsOpticalSwitchesCirculatorsCouplersAdd/dropmodulesSwitchingTransmissionSourcelasersModulatorsWavelockersReceiversDetectorsTx/RxmodulesOver9000ProductsComponentsandModulesinDWDM光纖網絡的分類光纖網絡的分類三種網絡的不同要求三種網絡設備有著不同的性質決定了這三種網絡中設備開發(fā)的不同考慮：

Long-haul:CapacityMetro:SmartAccess:Cost三種網絡的不同要求三種網絡設備有著不同的性質決定了這三種網絡國內現(xiàn)狀1963年開始光通信的研究1974年研究光纖通信“六五”、“七五”、“八五”鋪設“八縱八橫”光纖線路總長約七萬公里傳輸碼率：從140Mb/s~2.5Gb/s，10Gb/s，40Gb/s已開始研究。DFB（量子阱）激光器和EDFA研制成功，可供應用高速電子器件、波導器件尚有差距國內現(xiàn)狀1963年開始光通信的研究帶來的科學問題光纖性能是有限制的，隨著信道數(shù)據(jù)率和傳輸距離的增加，系統(tǒng)容量日益趨近極限，光纖不再是一個透明管道。

2.5Gb/sperchannel:forgetthefiber;160Gb/sperchannel:forgetWDM!