光纤通信原理教案设计新1

光纤通信原理教案设计新1 批准人年月日光纤通信教案光纤通信教案之一教学提要课目光纤目的了解光纤通信的发展史、光纤的传输特性及分类，重点掌握光纤的特点和构成、各部分作用。 内容 一、光纤通信发展简史 二、光纤通信的特点实施方法理论讲解，模拟操作，小结讲评教学对象岗前士兵时间4学时地点多媒体教室要求集中精力，认真听讲；做好笔记，把握重点教学保障多媒体教具、电工示教板一套教学进程教学准备1清点人数，教具；2宣布教学提要；教学实施同志们好，祝贺你们通过二个多月的军事共同科目训练，完成了从普通青年到一名合格军人的转变。 要成为一名合格的通信兵，除了拥有健康的体魄外，还要具备过硬的通信专业本领。 从今天开始，我们将学习光纤通信的基础知识，为今后更好地担任通信值勤任务奠定基础。 大家知道，在现代日常生活中，我们都离不开一样东西电话。 通过它，我们可以和远方的亲人、朋友、同学通话，交流情感，表达思念之情。 我们的声音经历了一个怎样的程？（这里可以让新兵思考，并鼓励他们发言）在这个过程中是什么担任了传递员和重要角色呢？通过光纤通信这门课，我们将给大家详细讲解。 本课我要给大家介绍光纤通信的发展过程和光纤基本概念。 下面由我宣布作业提要。 首先我们来讨论光纤通信的发展过程。 简介 1、什么是通信？通信是指从一个地方向另一个地方进行消息的有效传递与交换称为通信。 简史印刷时代1044年，毕升发明活字印刷术。 1837年，美国人莫尔斯发明电报机。 1875年，贝尔发明史上第一支电话。 1920年代，收音机问世。 1920年代，英国人贝尔德成功进行了电视画面的传送，被誉为电视发明人。 1962年，美国发射第一颗通信人造卫星，开启电视卫星传送的时代。 1983年，美国国防部将阿帕网分为军网和民网，渐渐扩大为今天的互联网。 1993年，美国宣布兴建信息高速通路计划，整合电脑、电话、电视媒体。 2、通信的目的是什么？进行信息的传递与交换。 3、光纤通信实现电话通信的简单过程 一、光纤通信发展简史（一）早期的光通信古时有一句典故烽火戏诸侯，讲的是周幽王为博得妃子一笑点燃烽火引来诸侯勤王戏耍诸侯的故事，其后不久都成被破，西周灭亡，其实这就是最早的光通信。 这时讲到光通信的历史，往往会追溯到我国古代约3000多年前的烽火台。 直到目前仍然在使用的信号弹、旗语及交通信号灯等，都属于可视光通信的范畴。 电话程控交换机光端机光端机程控交换机电话当然电磁波也可以用于通信,但不是所有的电磁波都被用于通信。 其中电磁波的频率(波长)范围非常宽，不同波段的电磁波具有不同的特性。 电磁波按特性、波长的不同，可以分为以下几种 1、无线电波 2、红外线 3、可见光 4、紫外线 5、X射线 6、射线把各种电磁波按波段顺序制成的图表称为从电磁波谱可以看出,光波的频率很高,它的通信频带是无线电波的1000到10000倍。 可见光通信的传输容量是惊人的，随着现代通信对频率要求越来越高，人们开始思考利用光波来传递信息。 光通信就是利用光波作为载波来传递信息的通信方式。 根据光信号载体的不同,光通信可分为: 1、大气光通信 2、波导光通信1880年，AGBell发明了光话系统，如图1.1.1所示。 虽然这种光话系统的传输距离很短，可靠性也很差，但它却向人们揭示了光波可以用于信息传输的真理。 Bell本人也对这种光话系统给于了很高的评价，认为这是他一生中最伟大的发明。 经过改进的这种光话系统（主要是将光源由太阳变成了弧光灯或白炽灯）在第一次世界大战中得到了应用，主要用于传输简单的指令，传输距离为8km。 （二）大气光通信通过改善光源的性能和用电子调制方式代替机械调制方式之后，就构成了现代的大气光通信。 在良好的天气条件下，现代的大气光通信的传输距离约为40km。 大气光通信的主要优点包括可以传输相当长的距离；不用建设线路，因而投资小。 主要缺点包括通信两点之间必须直线可见，因而收、发端必须建在高处，维护不方便；受天气、气候影响较大，甚至会中断通信。 由于所存在的问题，因此,直到目前大气光通信还没有得到广泛的应用。 研究发现，这种通信方式可以作为宇宙中卫星间的一种通信方式。 （三）光纤通信在大气光通信的研究受阻之后，人们将研究的重点转移到地下光波通信的实验中。 在此期间，先后出现过反射波导和透镜波导等地下光通信实验，如下图所示。 但是，由于这些系统复杂、造价昂贵、调试维护困难而无法投入实际应用。 1950年，出现了传光用的玻璃纤维（即光纤），传输衰减高达1000dB/km左右。 这么高的传输衰减，使光纤还难用于通信领域。 反射波导和透镜波导1966年，英籍华人高锟（KCKao,当时工作于英国标准电信研究所）博士和他的同事AGHackhom共同发表了一篇论文。 这篇论文指出只要设法消除玻璃中的各种杂质，使光纤传输衰减降低到太阳硒电池20dB/km以下是完全可能的；传输衰减小于20dB/km的光纤可以用于通信中。 由于这一论断和他以后对光纤传输技术的贡献，高锟被人们称为“光纤技术精神之父”。 在高锟的理论指导下，1970年美国康宁玻璃公司（Corning glassworks）拉制出第一根衰减为20dB/km的光纤。 目前，石英系光纤的衰减已非常接近其理论极限。 同样，1970年Bell实验室研制成功室温下可以连续工作的半导体激光器。 半导体激光器具有体积小、重量轻、功耗低及效率高等优点，是光纤通信的一种理想光源。 由于影响光纤通信的两大主要问题（光纤和光电器件）都获得了圆满解决，因此人们一般将1970年称为“光纤通信元年”。 其中光纤通信的基本概念就是将要传送的电报、电话、图像和数据信号调制在光载波上，以光纤作为传输媒介的通信方式。 下面我就给大家讲讲几个光纤通信的发展阶段。 第一代:1973-1976年,在美国亚特兰大诞生(44.7Mb/s)，可开通600门电话，传输距离为10km，第二代:1976-1982年,)四次群速率(140Mb/s)以下，可开通1500门电话，中继距离10-20km，第三代:1982-1988年,速率为140Mb/S,可开通2100门电话，中继距离距离为30-100km，第四代1988-1998年，速率为565Mb/S-2.5Gb/S的SDH系统，可开通30240门电话，第五代:1999至今，速率40Gb/S以上波分复用光纤通信，可开通48万门以上电话紧接着是我国的光纤通信的发展史从70年代开始研制，1974年开始MVCD法熔炼光纤研究，80年代初，研制出长波长多模光纤；80年代末，研制出长波长单模光纤，87年，“汉荆沙”省内二级干线光缆开通，90-95年，第一条国产光缆过长江，实现全国通信干线光缆化，成都邮电五所研制成功622Mb/S的SDH系统，96年，武汉邮科院研制速率为2.5Gb/S的SDH设备用于海口至三亚工程，96年至今,光纤通信进入了波分复用的时代(总站的629工程已达1600Gb/S)。 全军六纵六横光缆骨干网全国八纵八横通信网经过多年的发展，光纤通信已得到了广泛的应用，并且传输体制也已从PDH开始向SDH过渡。 二、光纤通信的特点光纤通信与传统的电通信相比，主要区别有以下两点 1、以很高的频率的光波作为载波 2、用光纤作为传播介质（一）光纤通信的优点1.通信容量大由于光纤通信使用的光波具有很高的频率(约为1014Hz)，因此光纤通信具有很高的通信容量。 目前，总站安装的深圳华为公司波分设备可以提供1600Gb/s的传输能力，相当于每对光纤传输1920多万路电话信号。 光纤通信与其它通信线路的话路容量比较见下表:各种传输线路特性比较传输线路类型最大通信容量（路）中继距离（）中同轴电缆18006小同轴电缆108001.5微波线路360040140光纤通信1920501.6光纤通信23000402.中继距离长光纤的衰减很低，能够实现很长的中继距离，实用的光纤通信系统采用石英光纤。 在1.55m波长区，石英光纤的衰减系数可低于0.2dB/km，这比目前其它能信线路的衰减系数都要低。 由石英光纤组成的光纤通信系统最大中继距离可达200km以上，它对降低海底通信的成本、提高可靠性具有非常重要的意义。 3.抗电磁干扰抗电磁干扰能力强，不会产生串光.光纤是由玻璃制成的，传输的是光信号，它不怕电磁干扰，不受外界光的影响，强电、雷电等也不会影响光纤的传输性能，甚至在核辐射的环境中，光纤通信仍能正常进行。 这是电通信不能比拟的。 由于光纤通信使用的光载波频率很高，因此不受干扰的影响，这从根本上解决了电通信系统多年来困扰人们的干扰问题。 4.保密性好保密性好，无信号泄漏,对通信系统的另一个重要要求是保密性能好。 现有的通信系统都面临着一个怎样保密问题?列如光波在光纤中传输是不会跑出光纤之外的。 这样用什么方法也无法在光纤外面获得光纤中的传输信息。 光纤中的光波不会泄漏出来，在电通信中常见的串话现象就可以完全避免。 同时，它也不会干扰其它通信设备或测试设备。 光纤中的光波不会泄漏出来，在电通信中常见的串话现象就可以完全避免。 同时，它也不会干扰其它通信设备或测试设备。 光纤通信与电通信不同，光波在光纤中传输是不会跑出光纤之外的。 5.节省有色金属和原材料现有的电话线或电缆主要是由铜、铅等金属材料制成的。 从目前地质调查情况来看，世界上铜储藏量极其有限。 光纤的主要原材料是石英也就是二氧化硅，地球上是取之不尽用之不绝的；光纤通信技术的推广应用将节约大量的有色金属材料，具有合理使用地球资源的战略意义。 6.体积小和重量轻通信设备体积的大小和轻重对许多领域具有特别重要的意义，特别是在军事、航空及宇宙飞船等方面。 光缆的重量比电缆轻得多。 例如，8管同轴电缆每米重11公斤，而同等容量的光缆每米仅重90克。 由于光纤通信上述的许多优点，除了在公用通信和专用通信中使用外，它还在其它许多领域，如测量、传感、自动控制及医疗卫生等方面，都得到了广泛的应用。 7.光纤使用寿命长通信用的光纤材质为石英玻璃，不会像金属导线一样可能被锈蚀，使用寿命较长。 光缆的寿命一般设定为20-30年。 8.光纤接头无放电无火花光纤材质不是金属，在高温熔接时不会生产电火花，所以很适合在易燃易爆的环境中使用。 （二）光纤通信的缺点1.抗拉强度低光纤的理论抗拉强度要大于钢的抗拉强度。 但是，由于在光纤生产过程中光纤表面存在或产生微裂纹，从而使光纤抗拉强度非常低，这也就是裸光纤很容易折断的主要原因。 那么如何增加光纤抗拉强度在光纤生产过程中，给祼光纤增强涂覆层。 就是在光缆制造过程中增强特殊的抗拉元件(加强件)。 是在施工敷设中，要求光纤基本不受力(外力主要施加于加强件和光缆外护套之上)。 2.连接比较困难不象金属电缆那样，光纤的芯径很细在连接时必须要轴线过准，否则会产生很大的附加损耗。 由于光纤的芯径很细，因此光纤的连接很困难，必须使用昂贵的专门工具、仪表（如光纤熔接机）进行连接。 3.水对光纤的影响水进入光纤后会产生两个问题。 一是会在光纤中产生OH吸收损耗，使信道总衰减增大，甚至使通道中断（例如1985年某国防光缆通信工程由于采用了防水性能不合格的光缆，导致16km光缆进水而报废)。 二是水进入光纤，使光纤材料的原子结构产生缺陷，导致光纤的抗拉强度降低。 为了保持光纤的特性不致劣化，在光缆结构设计中都考虑了特殊的防水措施。 4.其它缺点光纤通信还存在一些其它缺点，如分路、耦合不方便及弯曲半径不能太小等等。 随着技术的不断的发展，光纤通信的这些缺点都已被逐渐克服。 归纳小结本课主要