光纤通信第1章.pptx
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1、课程助教吴艳志地址:电信楼群5-210Email:yzw_职责:批改作业、答疑、习题课光纤通信(第三版)Gerd Keiser著电子工业出版社参考书参考书课程内容课程内容 1.概论 2.光纤的结构和导波原理和制造3.光纤中的信号损伤4.光源5.光功率发射和耦合6.光检测器7.光接收机8.数字光纤通信系统9.模拟光纤通信系统10.WDM概念和器件11.光放大器12.光纤通信网络 13.光纤通信测量 第一章第一章 概概 述述l光纤通信的历史l光纤通信的主要特征:优缺点l光纤通信系统的组成和分类l应用主要内容主要内容1.1 光纤通信的发展与现状光纤通信的发展与现状传输媒介光纤通信系统:光纤通信系统:
2、利用光纤传输光波信号的通信方式优点:优点:价格便宜、损耗低、频带宽,成为通信网骨干无线通信:微波、卫星、激光有线通信:铜线电缆、光纤光缆通信系统:通信系统:将信息从一处传到另一处的全部技术设备和传输媒介的总和电磁波:交变电场产生交变磁场,交变磁场激起交变电场,电场、磁场无限地交变产生形成电磁场光通信的基础:电磁波理论麦克斯韦1865年发表电磁场理论赫兹1888年实验证实电磁波存在光也是一种电磁波载波的频率越高(波长越短),可载送的信息量就越多在电磁波谱中,光波范围包括红外线、可见光、紫外线,其波长范围为:300 mm 6 nm电磁波谱常用通信光载波频率190 THz光纤通信载波在167 375
3、 THz之间(0.8 mm1.8 mm)A.0.8 mm 0.9 mm称为短波段B.1.0 mm 1.8 mm称为长波段C.2.0 mm以上称为超长波段通信用光波范围(为什么?)常用通信光载波频率193 THz(1.55 mm)大带宽的原因:高载频 可承载的信号频率高c=3108 m/s1MHz(兆赫)=106 Hzl=c/f1GHz(吉赫)=109 Hz1 mm(微米)=106 m1THz(太赫)=1012 Hz1 nm(纳米)=109 m1PHz(拍赫)=1015 Hz1(埃)=1010 m各种单位的换算公式公元前11世纪,西周王朝,烽火台白天点狼粪,晚上燃柴火“狼烟四起”最早的光通信第一
4、个光电话系统的通话距离213米(1880年贝尔)光源不行:普通光源强度和纯度制约光通信的发展现代光通信的开端:第一个光电话系统调制调制传输传输解调解调激光器的发明:光通信进入一个崭新的阶段,它具有亮度高、谱线窄、方向性好介质不行:大气通信受气象条件的影响,通信不稳定频率为100 THz的红宝石激光器1960年梅曼(Maiman)新阶段:大气激光通信研究重点转入地下:出现反射波导和透镜波导等地下通信实验,但它们造价昂贵,调整、维护困难地下光通信没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质使光通信的研究走入了低谷使光通信的研究走入了低谷1870年英国物理学家丁达尔 太阳光随
5、着水流发生弯曲 n水 n空气光发生全反射全反射光纤的雏形1953年英国伦敦学院卡帕尼博士将此用于实际,发明了玻璃光导纤维:芯层+包层(n芯层n包层)光纤1960年最好的光纤损耗为1000 dB/km,仅能用于医疗,如内窥镜研究对象:光在石英玻璃纤维中的严重损耗问题损耗原因:1)含有过量的金属离子(铬、铜、铁、锰)和OH-2)光纤拉制工艺造成芯、包层分界面不均匀及其所引起的折射率不均匀新的发现:玻璃纤维在红外光区的损耗较小现代光纤通信的大发展:光纤损耗的解决光纤之父:高锟1966年英国标准电信研究所2009年物理学诺贝尔奖1970年美国康宁公司研制成损耗20 dB/km石英光纤1972年康宁公司
6、高纯石英多模光纤损耗降为4 dB/km1973年美国贝尔实验室的光纤损耗降低到2.5 dB/km1974年贝尔实验室将损耗进一步降低到1.1 dB/km1976年日本NTT公司将损耗降低到0.47 dB/km目前,波长为1.55 mm的标准光纤损耗为 0.2 dB/km 低损耗光纤的研制1970年Bell Lab、NEC和前苏联先后研制成功室温下 连续振荡的GaAlAs双异质结半导体短波长激 光器(寿命只有几个小时)为半导体激光器发展 奠定了基础,成为光纤通信史上的里程碑1973年半导体激光器寿命达到7000小时1976年NTT研制出波长为1.3mm的InGaAsP激光器1977年Bell L
7、ab研制的半导体激光器寿命达10万小时1979年AT&T和NTT研制成功波长为1.55mm的半导体 激光器 半导体通信光源的出现:光源小型化目前商用的半导体激光器照片1976年美国亚特兰大进行世界上第一个实用光纤通信 系统的现场试验1976年日本 34 Mb/s 的阶跃多模光纤通信系统试验1978年日本100 Mb/s的渐变型多模光纤通信系统试验1980年美国标准化FT-3光纤通信系统投入商业应用1983年日本敷设了纵贯南北的光缆长途干线1988年美日英法建成第一条横跨大西洋海底光缆通信 系统1989年建成第一条横跨太平洋 海底光缆通信系统 光纤通信系统的发展当今世界范围的光纤通信系统第一代:
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