光纖通信技術(shù)基礎(chǔ)第1章緒論

1光纖通信技術(shù)基礎(chǔ)哈爾濱工程大學(xué)信息與通信工程學(xué)院主講：張雅彬

2第1章緒論第2章

光纖和光纜第4章

光源與光發(fā)送機第5章

光電檢測器與光接收機第3章

光無源器件第6章

光放大器第y章

OTDR第7章SDH—光同步數(shù)字網(wǎng)第8章

IM-DD光纖通信系統(tǒng)及設(shè)計※※※※※×※××※課程內(nèi)容3第1章緒論1.1光纖通信光纖通信的定義光纖通信技術(shù)的發(fā)展歷史、意義、發(fā)展趨勢

光纖通信系統(tǒng)的優(yōu)點

光纖通信系統(tǒng)的基本組成

1.2光纖通信的帶寬優(yōu)勢

光纖通信所用光波段

為什么光纖通信系統(tǒng)具有最高的信息運載能力

41.1光纖通信一.定義以光波為載波、光纖為傳輸媒介的通信方式。

1.人類通信技術(shù)的發(fā)展：

19世紀30年代，電報1.1光纖通信二.意義1876年，電話1940雙絞線→同軸電纜1948年，

微波系統(tǒng)總之，1830年之后的一百多年時間里（1830-1966），電話、電視、廣播等技術(shù)廣泛應(yīng)用，電子作為通信載體，為社會發(fā)展做出巨大貢獻。1.1光纖通信通信容量的變化2.為什么出現(xiàn)光纖通信對通信質(zhì)量、信息質(zhì)量要求越來越高，信息爆炸式增長1.1光纖通信美RMK公司，給出1998～2002年世界通信業(yè)務(wù)量：電子載體這種信道，極限10Gb/s→“電子瓶頸”1998：11999：1002000：3002001：7002002：2500數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)爆炸式增長，光通信是唯一的出路20世紀信息領(lǐng)域的一個里程碑“以光代電”是通信領(lǐng)域的一場深刻革命把信息領(lǐng)域帶入到光子時代

通信載體：1.1光纖通信3.意義電子→光子貝爾光話系統(tǒng)1.1光纖通信三.發(fā)展1880年貝爾發(fā)明了光電話。1.1光纖通信怎樣傳輸光？？介質(zhì)？1951年，設(shè)計出第一個光導(dǎo)纖維鏡1953年，NarinderKapaly“光纖”問題：光衰減！→走入低潮1960年，發(fā)明第一臺紅寶石激光器真正的光通信是從1966年開始的。1.1光纖通信“光纖之父”高錕2009高錕獲諾貝爾獎1.1光纖通信華裔英國科學(xué)家高錕發(fā)表了一篇具有里程碑意義的論文DielectricFiberSurfacewaveguidesforopticalfrequencies石英纖維的損耗高達1000dB/km以上高錕等人指出：這樣大的損耗不是石英纖維本身固有的特性，而是由于材料中的雜質(zhì)，可以通過原材料的提純制造出適合于長距離通信使用的低損耗光纖。131998年在英國接受IEE授予的獎?wù)?.1光纖通信1970年，美國康寧(Corning)公司研制成功損耗20dB/km的石英光纖。1972年，4dB/km1990年，0.14dB/km接近了光纖損耗的理論極限1970年，作為光纖通信用的光源也取得了實質(zhì)性的進展。由于光纖和半導(dǎo)體激光器的技術(shù)進步，使1970年成為光纖通信發(fā)展的一個重要里程碑。1970年被稱為光纖通信元年。第一階段（1966～1976）：

從基礎(chǔ)研究到商業(yè)應(yīng)用的開發(fā)時期1976年，美國在亞特蘭大進行了世界上第一個實用光纖通信系統(tǒng)的現(xiàn)場試驗，速率為44.7Mb/s，傳輸距離約10km。1.1光纖通信總的來說，這一階段實現(xiàn)了多模、短波長（850nm）低速率（45，34Mb/s）的通信系統(tǒng)，無中繼距離10km；同時半導(dǎo)體光源、檢測器也有所突破。1.1光纖通信光纖通信系統(tǒng)性能的進展第二階段（1976～1986）：以提高傳輸速率和增加傳輸距離為目標的大力推廣應(yīng)用的大力發(fā)展時期。1.1光纖通信美國很快敷設(shè)了東西干線和南北干線，穿越22個州光纜總長達5×104km。1983年日本敷設(shè)了縱貫日本南北的光纜長途干線，全長3400km，初期傳輸速率為400Mb/s，后來擴容到1.6Gb/s。光纖從多模發(fā)展到單模，工作波長從短波長發(fā)展到了長波長（1310，1550nm），傳輸速率140～565Mb/s，無中繼傳輸距離50～100km

第三階段（1986～2000）：以超大容量、超長距離為目標的全面深入開展新技術(shù)研究時期。這個時期，實現(xiàn)了1.55μm色散移位單模光纖通信，速率達2.5～10Gb/s，無中繼傳輸距離100～150km。1.1光纖通信第一條橫跨大西洋TAT-8海底光纜通信系統(tǒng)于1988年建

成，全長6400km；第一條橫跨太平洋TPC-3/HAW-4海底光纜通信系統(tǒng)于1989年建成，全長13200km。1996年TAT-12，TAT-13的項目連接了美國和歐洲。第四階段（2000～）

對新技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用，實用化階段1.1光纖通信WDM,DWDM,EDFA，孤子，相干通信，光接入技術(shù)，全光技術(shù)（光存儲，光交換，光編碼）光纖通信發(fā)展四個階段1966---1976年,是從基礎(chǔ)研究到商業(yè)應(yīng)用的開發(fā)時期。1976---1986年是以提高傳輸速率和增加傳輸距離為目的的大力發(fā)展時期。1986----2000年是以實現(xiàn)超大容量超長距離為目標的全面深入開展新技術(shù)研究時期。

2000～

對新技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用，實用化階段

1.1光纖通信1.1光纖通信上世紀70年代以來，光纖通信的發(fā)展速度之快令人震驚，可以說沒有任何一種通信方式可與之相比擬。光纖通信已變成所有通信系統(tǒng)的最佳技術(shù)選擇。世界光纖產(chǎn)值從96年92億美元到2002年預(yù)計198億美元，每6年翻一番現(xiàn)在世界上光纖生產(chǎn)速度為3200km/小時，即每天生產(chǎn)的光纖可繞地球兩周目前光纖產(chǎn)量每年遞增20~25%1.1光纖通信世界上所有新建的干線通信系統(tǒng)均采用光纖。由于波分復(fù)用技術(shù)和光纖技術(shù)的突飛猛進，現(xiàn)在一根光纖上的傳輸容量每9~12個月就翻一番。5Gb/s系統(tǒng)已在橫跨太平洋的海底光纜系統(tǒng)(TPC-5/6)中使用。波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)也在海底光纜系統(tǒng)上使用。

由于光電技術(shù)的發(fā)展和逐漸成熟，世界光纖市場和光電器件市場大幅增長，而市場價格卻急劇下降。光纖通信產(chǎn)業(yè)方興未艾，其旺盛的生命力令人振奮。光波是最高頻率的電磁波，把光波作為載波其通信容量無可比擬。四.光纖通信的優(yōu)點1.帶寬寬，傳輸容量大1.1光纖通信光信道供應(yīng)是無限的。1.1光纖通信2.損耗小、中繼距離長、誤碼率小同軸線>5dB/km微波>1dB/km光纖0.2～0.5dB/km或更低1.1光纖通信通信手段傳輸容量(話路)/條中繼距離/km1000km內(nèi)中繼器個數(shù)微波無線電9605020小同軸9604250中同軸180061600光纜19203033光纜14000(1Gb/s)84113.體積小、重量輕光纖的主要成分石英，密度比銅線要小，而單根光纖直徑只有125μm，相當(dāng)?shù)募殹?/p>

1.1光纖通信4.抗電磁干擾性能好光纖由電絕緣的石英材料制成，光纖通信線路不受各種電磁場的干擾和閃電雷擊的損壞。無金屬光纜非常適合于存在強電磁場干擾的高壓電力線路周圍和油田、煤礦等易燃易爆環(huán)境中使用。1.1光纖通信5.泄漏小、保密性能好在光纖中傳輸?shù)墓庑孤┓浅Ｎ⑷?，即使在彎曲地段也無法竊聽。沒有專用的特殊工具，光纖不能分接，因此信息在光纖中傳輸非常安全，對軍事、政治和經(jīng)濟都有重要的意義。1.1光纖通信6.節(jié)約金屬材料，有利于資源合理使用。銅、鋁、鉛等金屬材料，在地球上的儲存量是有限的；而制造光纖的石英在地球上基本上是取之不盡的材料。制造中同軸電纜1km需要120kg銅和500kg鋁；而制造8km光纖只需320g石英。

“點石成金”1.1光纖通信7.均衡容易在應(yīng)用頻帶內(nèi)，光纖對每一頻率損耗相等，不需在接收端幅度均衡，若需要均衡，一般也容易達到要求。1.1光纖通信五.光纖通信系統(tǒng)的基本組成工作方式：數(shù)字編碼：信源編碼（PCM），線路編碼（5B6B）強度調(diào)制：用電信號直接調(diào)制光源的光強度，使光強度隨電信號電流的變化而變化。直接檢波：將光信號功率直接在光頻上檢出電信號電流。1.1光纖通信1.1光纖通信六.光纖通信網(wǎng)絡(luò)-----三代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)比較1.1光纖通信全電網(wǎng)絡(luò)，第一代網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點用電纜互連在一起，電纜是一種窄帶線路，它的容量有限；電光網(wǎng)絡(luò)，第二代網(wǎng)絡(luò)，用一段段光纖取代電纜后構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)在正被廣泛使用，因節(jié)點內(nèi)仍是對電信號進行交換，所以稱為電光網(wǎng)絡(luò)全光網(wǎng)絡(luò)，第三代網(wǎng)絡(luò)，所有節(jié)點被不間斷的光纜連接起來，節(jié)點內(nèi)只對光信號進行交換，這就是未來的第三代網(wǎng)絡(luò)。1.1光纖通信全光網(wǎng)絡(luò)

全光網(wǎng)絡(luò)是光在傳輸、放大、中繼、上下話路、交換、光存儲、復(fù)用和解復(fù)用過程中完全是在光頻范圍內(nèi)進行處理的網(wǎng)絡(luò)。

WDM技術(shù)加全光節(jié)點技術(shù)才是全光網(wǎng)絡(luò)。1.1光纖通信全光網(wǎng)絡(luò)最重要的優(yōu)點是它的開放性。全光網(wǎng)絡(luò)本質(zhì)上是完全透明的，即對不同速率、協(xié)議、調(diào)制頻率和制式的信號同時兼容，并允許幾代設(shè)備（PDH/SDH/ATM）共存，并共同使用同一個光纖基礎(chǔ)設(shè)施。全光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上非常靈活，因此可以隨時增加一些新節(jié)點，包括增加一些無源分路/合路器和短光纖，而不必安裝另外的切換節(jié)點或者長光纜。全光網(wǎng)絡(luò)與電光網(wǎng)絡(luò)的顯著不同之處在于它具有最少量的電/光和光/電轉(zhuǎn)換。最重要的是沒有一個節(jié)點為其他節(jié)點傳輸和處理信息服務(wù)。

全光網(wǎng)絡(luò)1.1光纖通信1.1光纖通信六.三大通信技術(shù)1.1光纖通信衛(wèi)星系統(tǒng)與光纖網(wǎng)絡(luò)速率信號延遲大氣影響移動通信和光纖網(wǎng)絡(luò)1.1光纖通信七.發(fā)展趨勢1.1光纖通信三網(wǎng)融合示意圖為了使有限而寶貴的網(wǎng)絡(luò)資源最大程度地實現(xiàn)共享，避免大量低水平的重復(fù)建設(shè)，打破行業(yè)壟斷和部門分割，三網(wǎng)融合是信息網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢1.2光纖通信的帶寬優(yōu)勢

一.光通信頻率所處的位置光通信波長：0.8～1.8μm二.光纖中的光譜衰減Ep=hf=ΔE

光子所擁有的頻率使其具有能量，如果這個能量等于材料的能及差ΔE，這個光子就會被吸收。如果我們要減少或消除吸收，就是改變光頻率或換另一種材料。1.2光纖通信的帶寬優(yōu)勢

1.2光纖通信的帶寬優(yōu)勢

三.光纖通信的帶寬通信系統(tǒng)的主要特征就是它的運載信息的能力，而鏈路能力的主要限制可以由香農(nóng)公式算出來。C=Bw×log2(