光纤通信的光波波谱-网络课程平台.ppt

1,光纤通信,2,第1章光纤通信概述,3,本章内容、重点和难点,光纤通信的发展现状。光纤通信的光波波谱。光纤通信系统的基本组成与分类。光纤通信的特点与应用。光纤通信的发展趋势。本章重点光纤通信系统的基本组成。光纤通信的特点。本章难点光纤通信的光波波谱。,第1章光纤通信概述,4,学习本章的目的和要求,掌握光纤通信的概念。了解光纤通信的发展史和我国光纤通信现状。掌握光纤通信的组成及特点。,第1章光纤通信概述,5,电通信（electricalcommunication）广义的电通信指的是一切运用电波作为载体而传送信息的所有通信方式的总称，而不管传输所使用的介质是什么。电通信又可分为有线电通信和无线电通信。光通信（opticalcommunication）广义的光通信指的是一切运用光波作为载体而传送信息的所有通信方式的总称，而不管传输所使用的介质是什么。光通信也可以分为利用大气进行通信的无线光通信和利用石英光纤或塑料光纤进行通信的有线光通信。,6,光通信的发展史18世纪60年代，英国发明第一架光电报机，利用日光作为光源，利用反光板的不同组合，通过空气作为传输介质，传递相应的信息。19世纪80年代，美国的贝尔发明了光学电话，他以日光作为光源，采用话筒的薄膜随着声音的振动而振动来实现声光调制。从此之后，直到1960年以前，光通信的发展几乎停滞不前，主要原因是碰到光源、光传输介质和光电检测器等技术障碍。,7,1.1光纤通信的发展现状,1光纤通信发展的里程碑1966年高锟博士发表的论文用于光频的光纤表面波导。2光纤通信发展的实质性突破1970年美国康宁公司制造出当时世界上第一根”超低损耗光纤”。,8,3光纤通信爆炸性的发展（1）光纤损耗1970年：20dB/km；1972年：4dB/km；1974年：1.1dB/km；1976年：0.5dB/km；1979年：0.2dB/km；1990年：0.14dB/km。,9,1.1光纤通信的发展现状,（2）光器件光发送器件：砷化镓铝半导体激光器异质结条形激光器分布反馈式激光器（DFB-LD）和多量子阱（MQW）激光器。光接收器件：Si-PINAPD。（3）光纤通信系统从小容量到大容量、从短距离到长距离、从PDHSDHDWDM。在智能光网络（ION）、光分插复用器（OADM）、光交叉连接设备（OXC）等方面也取得巨大进展。,10,1976年，美国在亚特兰大开通了世界上第一个实用化光纤通信系统。1985年，140Mbit/s多模光纤通信系统商用化。1990年，565Mbit/s单模光纤通信系统进入商用阶段。1993年，622Mbit/s的SDH产品进入商用化。1995年，2.5Gbit/s的SDH产品进入商用化。1998年，10Gbit/s的SDH产品进入商用化；同年20Gbit/s和40Gbit/s的DWDM系统进入商用化。2000年，以10Gbit/s为基群、总容量为320Gbit/s的DWDM系统进入商用化。,11,我国光纤通信现状,我国在20世纪70年代中期成立专业研究队伍开展光纤通信的研究开发，在国家攻关计划部门的重点项目支持下，有源光器件、无源光器件、光纤光缆、光纤通信系统的研究同步进行。在光器件方面，20世纪70年代后期，研制出1310nm的激光器，随后又研制生产了光纤活动连接器。在光纤方面，20世纪80年代初，先后研制成功多模光纤和常规的单模光纤，并生产出从4芯到12芯的层绞式光缆。在光纤通信系统方面，从20世纪70年代后期到80年代中期，先后完成了34Mbit/s和140Mbit/s复用设备（电端机）和光端机及传输系统的开发。,12,20世纪90年代初期，我国就开始了光纤通信系统的大规模建设，完成了“八纵八横”国家干线，实现了我国现代化的电信网。研制出STM-1、STM-4复用设备，随后完成了155Mbit/s和622Mbit/s全套网元及管理系统的开发。1998年完成10Gbit/sSDH传输实验系统的开发。波分复用系统的开发可以说是我国光纤通信系统开发的第三个阶段。1993年进行4622Mbit/sWDM系统的研制，1998年完成了82.5Gbit/sWDM系统的开发，随后开发了1610Gbit/sWDM系统。OADM、OXC也在研发。目前，IPoverWDM帧结构和试验平台的研究工作也已经开始，82.5Gbit/s光时分复用（OTDM）实验模型的研究工作也同时进行，下一代光纤通信网络的研究已全面展开。,13,1.2光纤通信的光波波谱,1光波波谱光波是电磁波，光波范围包括红外线、可见光、紫外线，其波长范围为：300m6103m。可见光由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的连续光波组成，其中红光的波长最长，紫光的波长最短。波长再短就是X射线、射线。电磁波波谱图如图1-1所示。,14,1.2光纤通信的光波波谱,图1-1电磁波波谱图,15,1.2光纤通信的光波波谱,2光纤通信的光波波谱光纤通信的波谱在1.671014Hz3.751014Hz之间，即波长在0.8m1.8m之间，属于红外波段，将0.8m0.9m称为短波长，1.0m1.8m称为长波长，2.0m以上称为超长波长。各种单位的换算公式如表1-1所示。,16,表1-1各种单位的换算公式,17,1.3光纤通信系统的基本组成与分类,1.3.1光纤通信系统的基本组成所谓光纤通信，就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。数字光纤通信系统方框图如图1-2所示。由光发射机、光纤、中继器和光接收机组成。,图1-2数字光纤通信系统方框图,18,1.3光纤通信系统的基本组成与分类,光发射机的作用就是进行电/光转换，并把转换成的光脉冲信号码流输入到光纤中进行传输。光源器件一般是LED和LD。光纤：完成光波的传输。光接收机的作用就是进行光/电转换。光收器件一般是PIN和APD。,19,光中继器光中继器的作用是补偿光能的衰减，恢复信号脉冲的形状。传统的光中继器采用的是光电光（O-E-O）的模式。通常把有再放大（re-amplifying）、再整形（re-shaping）、再定时（re-timing）这三种功能的中继器称为“3R”中继器。这种方式过程烦琐，不利于光纤的高速传输。自从掺铒光纤放大器问世以后，光中继实现了全光中继，通常又称为“1R”（re-amplifying）中继器。目前光放大器已趋于成熟，它可作为lR中继器（仅仅放大）代替3R中继器，构成全光通信系统。,20,1.3光纤通信系统的基本组成与分类,1.3.2光纤通信系统的分类1按传输信号分类（1）数字光纤通信系统（2）模拟光纤通信系统2按波长和光纤类型分类（1）短波长（0.85m左右）565单模光纤系统80,21,1.4光纤通信的特点与应用,1.4.1光纤通信的特点（1）通信容量大（2）中继距离长（3）保密性能好（4）适应能力强（5）体积小、重量轻、便于施工和维护（6）原材料来源丰富，潜在价格低廉（7）光纤通信同样也存在着如下缺点：需要光/电和电/光变换部分；光直接放大难；电力传输困难；弯曲半径不宜太小；需要高级的切断接续技术；分路耦合不方便。,22,1.4光纤通信的特点与应用,1.4.2光纤通信的应用（1）光纤在公用电信网间作为传输线。（2）局域网中的应用。（3）光纤宽带综合业务数字网及光纤用户线。（4）作为危险环境下的通信线。诸如发电厂、化工厂、石油库等场所。（5）满足不同网络层面的应用。核心网层面、城域网层面、局域网层面等。（6）应用于专网。光纤通信主要应用于电力、公路、铁路、矿山等通信专网。,23,1.5光纤通信的发展趋势,1目前的进展情况（1）光纤通信的基础研究方面（2）光纤研制