1.1-1.5 光纖通信概述

光纖通信技術光纖通信概述授課教師：探索時期的光通信01光傳輸介質研究進展02光源的研究進展03光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展04光纖通信的優(yōu)點0501探索時期的光通信探索時期的光通信雛形：古代烽火、手語和旗語、燈光光通信是利用光波作為載波來傳遞信息的。廣義地說，用光傳遞信息并不是什么新鮮的事。早在公元兩千多年以前，我們的祖先就在都城和邊境堆起一些高高的土丘，遇到敵人入侵，就在這些土丘上燃起煙火傳遞受到入侵的信息，各地諸侯看見煙火就立刻領兵來救援。其中還有著名的“周幽王烽火戲諸侯”的故事。這種土丘就叫烽火臺，它就是一種古老的光通信設備。傳輸媒質是空氣，光傳輸是四面八方的，無方向性，光無法穿越障礙物。光通信的雛形02光傳輸介質研究進展探索時期的光通信1854年，英國科學家廷德爾在皇家學會上展示了一個實驗裝置。他用光照亮盛水器內壁小孔，讓水從孔內流出，使大家看到光不再直線前進，而是順著水流彎曲傳送。1880年，美國科學貝爾研制出一種較為近代化的“光學電話”，設想以弧光燈為光源，通過光——聲——電的轉換，把信號傳到遠處。1927年，英國的貝爾德首次利用光全反射現(xiàn)象實現(xiàn)了石英纖維傳輸圖像的實驗。對光傳輸方向進行控制光通信的雛形光傳輸介質研究進展1966年，英籍華人高錕發(fā)表了關于通信傳輸新介質的論文，當時他還是一個在英國工作的年輕工程師，他指出利用光導纖維進行信息傳輸?shù)目赡苄院图夹g途徑，從而奠定了光纖通信的基礎。1970年，光纖研制取得了重大突破，美國康寧公司按照高錕的思路，生產出了20dB/km的石英光纖。1973年，美國貝爾（Bell）實驗室生產的光纖損耗為2.5dB/km，1974年已下降到1.1dB/km。80年代初，單模光纖在波長1550nm的損耗已降到0.2dB/km，接近了石英光纖的理論損耗極限。光傳輸介質研究進展光源光纖光探測器光信號發(fā)送光信號傳輸光信號接收首先取得突破的是光纖的研究光纖之父－－英籍華人高錕“光纖之父”高錕博士在英國STL的早期進行關于光纖的實驗光纖的發(fā)展歷程光傳輸介質研究進展1998年在英國接受IEE授予的獎章華裔科學家高錕光纖的發(fā)展歷程03光源的研究與進展光源的研究與進展作為光纖通信用的光源，經(jīng)歷了漫長的發(fā)展過程。1916年愛因斯坦提出的受激輻射概念1951年，美國物理學家珀塞爾和龐德在實驗中成功地造成了粒子數(shù)反轉，并獲得了每秒50千赫的受激輻射1954年，美國物理學家湯斯成功地開創(chuàng)了利用分子和原子體系作為微波輻射相干放大器或振蕩器的先例1960年，美國物理學家西奧多·梅曼用一個高強閃光燈管來刺激在紅寶石水晶里的鉻原子，從而產生一條相當集中的纖細紅色光柱（固體激光器），發(fā)明世界第一臺激光器光源的研究與進展半導體激光器：現(xiàn)代光纖通信的光源1973年半導體激光器的壽命是7000小時。1977年貝爾實驗室制作了半導體激光器，壽命達到10萬小時，完全滿足實用化的要求。1979美國ATT公司和日本NTT公司又研制成功了連續(xù)振蕩半導體激光器。低損耗光纖和連續(xù)振蕩半導體激光器的研制成功，是光纖通信發(fā)展的重要里程碑。04光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了5代第一代光纖通信系統(tǒng)（1966—1976）：以0.85μm的工作波長為主，傳輸介質以采用多模光纖為主，光源主要是GaAs半導體激光器，傳輸速率達到45Mbit/s，最大中繼間距達10km。第二代光纖通信系統(tǒng)（1976—1986）：以1.31μm的工作波長為主，傳輸介質以采用單模光纖為主，光源主要是InGaAsP半導體激光器，色散小，傳輸速率達到1.7Gbit/s，最大中繼間距超過20km。第三代光纖通信系統(tǒng)（1986—1996）：以1.55μm的工作波長為主，傳輸介質以采用單模光纖為主，光源主要是InGaAsP半導體激光器，光纖損耗最低可到0.2dB/km，傳輸速率達到4Gbit/s。第四代光纖通信系統(tǒng)（1996—2003）：以引入光放大器為標志，特別是工作在1.55μm附近的摻鉺光纖放大器（EDFA）。第五代光纖通信系統(tǒng)（2003至今）：進入21世紀以來，誕生多種先進的調制技術、超強FEC糾錯技術、電子色散補償技術等一系列新技術光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展光通信主要發(fā)展歷程年

代發(fā)

展古代光通信軍用烽火臺、信號燈、航標燈1880年光電話的發(fā)明，開啟了光通信的序幕20世紀60年代世界第一臺紅寶石激光器誕生；進行了透鏡陣列傳輸光的實驗20世紀70年代成功研制損耗20dB/km的石英光纖20世紀80年代傳輸速率得到大幅提高；傳輸距離得到大幅增加；光纖通信在海底通信獲得應用20世紀90年代摻鉺光纖放大器的應用迅速得到了普及，波分復用系統(tǒng)實用化21世紀以來先進的調制技術、超強FEC糾錯技術、電子色散補償技術等一系列新技術的突破05光纖通信的優(yōu)點光纖通信的優(yōu)點在早期通信中，使用的大多是微波通信，微波的波長范圍一般在0.001~0.1m之間光纖通信系統(tǒng)使用的載波波長在0.7~1.7μm之間現(xiàn)在光纖通信系統(tǒng)使用的光源基本都處在1.31~1.55μm之間，其對應的頻帶寬度