西电-光通信技术基础chap1.ppt

11光纤通信的历史和现状1.1.1探索期光纤通信1.1.2现代光纤通信1.1.3国内外光纤通信的发展现状12光纤通信的优势和应用1.2.1光通信和电通信1.2.2光纤通信的优势1.2.3光纤通信的应用13光纤通信系统的基本组成1.3.1发送和接收1.3.2基本光纤传输系统1.3.3数字通信系统和模拟通信系统通信系统，第1章绪论，返回主目录，1.1光纤通信的发展历史和现状1.1.1光纤通信在的探索时期，在这一时期，麻省理工学院利用氦氖激光器和CO2激光器开展了大气激光通信实验。 由于缺乏稳定、可靠、低损耗的传输介质，光通信的研究一度陷入低谷。1960年，美国人麦曼发明了第一台红宝石激光器，给光通信带来了新的希望。激光的发明和应用将沉睡了80年的光通信推向了一个新的阶段。1880年，美国人贝尔发明了“光学电话”，它使用光波作为传输声音的载体。贝尔光电话是现代光通信的原型。在古代中国，“烽火台”被用来报警，而欧洲人则用信号器传递信息。1.1.2现代光纤通信1966年，英国中国学者高锟和霍克汉姆发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤传输信息的可能性和技术途径，为现代光通信光纤通信奠定了基础。指出了“通过原料提纯制造适合长距离通信的低损耗光纤”的发展方向。光纤通信的发明者高锟(左)于1998年在英国获得了国际电子工程师协会颁发的奖章。1970年，光纤的发展取得了重大突破。1970年，美国康宁公司成功研制出应时光纤，损耗为20dB/km。把光纤通信的研究和发展推向新阶段。1972年，康宁公司的高纯度应时多模光纤损耗降低到4dB/km。1973年，美国贝尔实验室的光纤损耗降低到2.5分贝/公里。它在1974年降低到1.1分贝/公里。1976年，日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗降低到0.47分贝/千米(波长1.2微米)。未来10年，波长为1.55m的光纤损耗在1979年为0.20分贝/千米，1984年为0.157分贝/千米，1986年为0.154分贝/千米，接近最低光纤损耗的理论极限。1970年，光纤通信光源取得了实质性进展。1970年，贝尔实验室、日本电气公司(NEC)和前苏联相继开发出在室温下连续振荡的砷化镓双异质结半导体激光器(短波长)。虽然寿命只有几个小时，但它为半导体激光器的发展奠定了基础。1973年，半导体激光器的寿命达到7000小时。1976年，日本电报电话公司成功研制出发射波长为1.3m的InGaAsP激光器。1977年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到10万小时。1979年，ATT和日本电报电话公司成功研制出波长为1.55m的连续振荡半导体激光器。由于光纤和半导体激光器的技术进步，1970年成为光纤通信发展的一个重要里程碑。实用光纤通信系统的发展1976年，美国在亚特兰大进行了世界上第一个实用光纤通信系统的现场测试。1980年，美国标准化的FT-3光纤通信系统投入商业应用。1976年和1978年，日本先后对34Mb/s的突发多模光纤通信系统和100 MB/s的渐进多模光纤通信系统进行了测试。1983年，日本南北铺设了光缆长途干线。随后，由美国、日本、英国和法国发起的第一个跨大西洋TAT-8海底光缆通信系统于1988年建成。第一次跨太平洋第二阶段(1976-1986)是一个大发展时期，其研究目标是提高传输速率，增加传输距离，大力推广应用。第三阶段(19861996)是以超大容量和长距离为目标的新技术全面深入研究的时期。1.1.3国内外光纤通信发展现状1976年在亚特兰大进行的现场试验标志着光纤通信从基础研究到商业应用发展的新阶段。此后，光纤通信技术不断创新：光纤从多模发展到单模，工作波长从0.85m发展到1.31m和1.55m(短波长到长波长)，传输速率从几十兆/秒发展到几十千兆/秒。随着技术的进步和大规模产业的形成，光纤价格不断下降，应用范围不断扩大。目前，光纤已经成为信息宽带传输的主要媒介，光纤通信系统将成为未来国家信息基础设施的支柱。在许多发达国家，生产光纤通信产品的产业在国民经济中占有重要地位。1.2.1光电通信通信系统的传输容量取决于载波调制的带宽。载波频率越高，带宽越宽。光通信的主要特征是高载波频率。光纤是一种用于宽带光通信的传输介质(图1.1)，在宽波长范围内可以实现非常小的损耗。(图1.2)，图1.1电磁波谱部分，图1.2各种传输线的损耗特性，1.2.2光纤通信的优点允许频带宽，传输容量大，损耗小，中继距离长，误码率小重量轻，体积小，抗电磁干扰性能好，泄漏小，安全性能好节约金属材料，有利于合理利用资源，光纤用于1.2.3光纤通信应用光纤可以传输两种数字信号光纤广泛用于通信网络、广播电视网络、计算机网络和其他数据传输系统。光纤宽带干线传输网和接入网的快速发展是当前研究、开发和应用的主要目标。光纤通信的各种应用可以概括如下：通信网计算机局域网和广域网构成互联网有线电视网的中继线和配线网综合业务光纤接入网、ATM、互联网骨干网、DDN/fr、pstn/isdn、电视、业务配线节点、(COT)、业务接入节点(RT)、网络管理、SNMP、Q3、100/1000 m、E1/BRA/PRA、155 m、622 MSDH、 典型应用之一：宽带综合业务光纤接入系统拓扑，第二个典型应用：，校园网的骨干传输网和1.3光纤通信系统的基本组成部分，下图显示了单向传输光纤通信系统，包括传输、接收和作为广义信道的基本光纤传输系统。 一、基本光纤传输系统的三个组成部分，1、光发射机框图：结构参数：传输功率，dbm概念，光源光谱特性：输出光功率足够大，调制频率足够高，谱线宽度和光束发散角尽可能小，输出功率和波长稳定，器件寿命长，实现电信号到光的调制直接用电信号调制半导体激光器或发光二极管的驱动电流，使输出光随着电信号的变化而实现。该方案技术简单，成本低，易于实现，但调制速率受激光器频率特性的限制。外部调制将激光的产生和调制分开，激光的输出光由独立的调制器调制。外调制具有调制速率高的优点，但存在技术复杂、成本高的缺点，因此只能用于大容量的wav，图1.5两种调制方案(a)直接调制；间接调制(外部调制)，2。光纤线路功能：将光信号从光发射机以尽可能小的失真(失真)和衰减传输到光接收机，形成：光纤、光纤连接器和光纤连接器的低损耗“窗口”:在近红外波段，除杂质吸收峰外，普通应时光纤的损耗随波长的增加而减小，有三个波长“窗口”，在0.85m、1.31m和1.55m处损耗很小，如下图所示。光源激光器的发射波长和光电二极管的波长响应与光纤的三个波长窗口一致。目前，在实验室条件下，1.55m的损耗已达到0.154dB/km，接近应时光纤损耗的理论极限。0.70.80.91.01.11.21.31.41.5，衰减(dB/km)，波长(微米)，普通单模光纤随波长变化的衰减示意图，3，光接收器功能：将光纤线路输出的微弱光信号转换为电信号，产生失真和衰减，并在放大和处理后恢复到传输前的电信号分量：耦合器、光电探测器、解调器框图，结构参数：接收器灵敏度，设置在BER10-9，所需检测方法：直接检测和外差检测；1.3.3数字通信系统和模拟通信系统数字通信系统使用具有离散参数值的信号(例如有无脉冲、高电平和低电平)来表示信息，强调信号和信息之间的一一对应关系；模拟通信系统使用具有连续参数值的信号来表示信息，强调转换期间信号和信息之间的线性关系。这一基本特征决定了两种传播模式的优缺点和不同时期的发展趋势