光电世界--光通信

1、信 息 传 递 的 载 体信 息 传 递 的 载 体 :光光-光通信技术光通信技术10110710210610310510410410510310610210710110810010910-1101010-2101110-3101210-4101310-5101410-61015ELFVFVLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF自由空间波长，自由空间波长，m频率，频率，Hz电力、电话电力、电话无线电、电视无线电、电视微波微波红外红外可见光可见光双铰线双铰线同轴电缆同轴电缆光纤光纤卫星卫星/微波微波AM无线电无线电FM无线电无线电频段频段划分划分传传输输介介质质极低频极低频甚低频甚低频高频高频

2、可见光:0.39m 至0.76 m 。红外区:0.76 m 至300 m （1）近红外区：其波长范围为：0.76 m 至15 m ；（2）中红外区：其波长范围为：15 m 至25 m ；（3）远红外区：其波长范围为：25 m 至300 m ；）频率（波长：波长和频率之间的关系Hzfcm/()/以波长1 m的光波为例,其频率为?理论上光纤通信可容纳：理论上光纤通信可容纳：电话：电话：7 7. .5 5亿路亿路电视：电视：3030万路万路光纤通信所用光波的波长范围为光纤通信所用光波的波长范围为0.8 m 至至1.8 m 光纤通信中常用的低损耗窗口光纤通信中常用的低损耗窗口0.85 m 、1.31

3、m 和和1.55 m 左右左右1、光通信的定义以光波作为载波进行信息的传输方式？ 光通信与传统的电通信的最大不同2、 光通信的发展史 3000年前的烽火台2、 光通信的发展史3.现代光通信史：(1)1880年，美国人贝尔（BELL）发明了光话系统光话机 原 理 图弧光灯ABMNL送话器振动镜振动镜缺点： 没有理想的光源和传光媒质传光距离短 可靠性差光源传光媒介需解决问题需解决问题问题：上述光通信方式的缺点是什么？问题：上述光通信方式的缺点是什么？（2） 1960年，年， 美国人梅曼（美国人梅曼（MAIMAN）发明了第一台红宝石激光器。发明了第一台红宝石激光器。波谱窄方向性好亮度高频率和相位一致

4、相干光：振动方向相同， 频率相同，相位差恒定的光氦-氖激光器CO2激光器3.现代光通信史：（3）6070年代大气激光通信和地下光波导通信的热潮地下光波导通信将激光束 限制在地下空间通信克服气候的影响3.现代光通信史：透镜波导型（3）6070年代大气激光通信和地下光波导通信的热潮地下光波导通信将激光束 限制在地下空间通信克服气候的影响3.现代光通信史：反射波导型大气激光通信的发展60年代，麻 省 理工学院利用HeNe激光器和CO2激光器进行点对点的大气激光通信实验取得 成功受气候的影响很大近年来，大气激光通信再度兴起自由空间光通自由空间光通信（信（FSO技术）技术）（3）6070年代大气激光通信

5、和地下光波导通信的热潮3.现代光通信史：FSO技术的应用：军事通信（3）6070年代大气激光通信和地下光波导通信的热潮3.现代光通信史：FSO技术的应用：军事通信（3）6070年代大气激光通信和地下光波导通信的热潮3.现代光通信史：外层空间通信FSO技术的应用：军事通信（3）6070年代大气激光通信和地下光波导通信的热潮3.现代光通信史：外层空间通信接 入 网4、光纤通信发展史上的里程碑事件（1）1966年，英国华裔科学家高锟（C.K.Kao）提出介质新概念的理论，奠定现代光纤通信的理论基础， 被称为光纤通信之父。石英的损耗1000dB/km石英传输信息的理论门限为20dB/km（2）1970

6、年，美国康宁玻璃公司首先研制出衰年，美国康宁玻璃公司首先研制出衰 耗耗为为20dB/km的光纤；的光纤；1974年1.1dB1973年2.5dB1984年0.157dB1972年4dB1979年0.2dB1986年0.154dB4、光纤通信发展史上的里程碑事件（3）1970年，日本研制出室温下连续工作的激光器年，日本研制出室温下连续工作的激光器1973年7000小时1977年10万小时4、光纤通信发展史上的里程碑事件（4）1976年，美国在年，美国在ATLANTA进行世界第一个光进行世界第一个光纤通信的实验，速率纤通信的实验，速率44.7M，距离距离10KM 。1 19 95 58 8Lase

7、r Theory(Schawlow/Townes/Gould)1 19 96 60 0The FirstLaser(Maiman)1 19 96 63 3Semi-conductor Laser(GE/LL/IBM)1 19 96 66 6Optical FiberCommunicationProposal(Kao)1 19 97 70 0cw,roomtemperatureSemiconductorLaser1 19 97 70 020 dB/kmfiber(Kapron)1 19 97 79 9FirstCommercialSystemT To od da ay yTb/s datarat

8、es,wideapplications光光 通通 信信 技技 术术 演演 进进每秒钟传输的比特数目。每秒钟传输的比特数目。 40G 器件器件载频 高，容量大理论上光纤通信可容纳：理论上光纤通信可容纳：电话：电话：7 7. .5 5亿路亿路电视：电视：3030万路万路载频 高，容量大损耗 小，中继距离长提纯工艺的发展几 百公里无中继传输电缆的损耗随频率按 f 的规律增加，光纤通信的带内损耗不随频率变化。载频 高，容量大损耗 小，中继距离长耗原材料少，成本低。光纤的主要成分是SiO2,资源十分 丰富。电缆的主要成分是Cu,Al等有色金属， 资源有限载频 高，容量大损耗 小，中继距离长耗原材料少，成

9、本低。体积小，重量轻。 8 8管同轴电缆每公里耗铜管同轴电缆每公里耗铜1.21.2吨，吨，铝铝5 5吨每千克石英可以拉出一百公吨每千克石英可以拉出一百公里的光纤光纤的直径很小是因为光里的光纤光纤的直径很小是因为光的波长小，由波动理论得出光纤直的波长小，由波动理论得出光纤直径为几十微米。电缆粗重是因为要径为几十微米。电缆粗重是因为要扩大横截面积来降低电阻。扩大横截面积来降低电阻。载频 高，容量大损耗 小，中继距离长耗原材料少，成本低。体积小，重量轻。抗干扰好，保密性好。通信网上的应用通信网上的应用电信网有线电视网计算机网通信网上的应用航海上的应用 基本光纤传输系统的三个组成部分基本光纤传输系统的

10、三个组成部分)( 1)(lg10)(mWmWpdBmp电信号对光的调制的实现方式电信号对光的调制的实现方式 直接调制直接调制 用电信号直接调制半导体激光器或发光二极管的驱动电流，使输出光随电信号变化而实现的。 这种方案技术简单，成本较低，容易实现，但调制速率受激光器的频率特性所限制。 外调制外调制 把激光的产生和调制分开，用独立的调制器调制激光器的输出光而实现的。 外调制的优点是调制速率高，缺点是技术复杂，成本较高，因此只有在大容量的波分复用和相干光通信系统中使用。 两种调制方案两种调制方案 (a) 直接调制；直接调制； (b) 间接调制间接调制(外调制外调制) 激光源驱动器光纤光信号输出电信

11、号输入(a)激光源调制器驱动和控制电信号输入光纤光信号输出(b) 2. 光纤线路光纤线路 是把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变是把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变(失失真真)和衰减传输到光接收机和衰减传输到光接收机光纤光纤、光纤接头光纤接头和光纤连接器光纤连接器 普通石英光纤在近红外波段，除杂质吸收峰外，其损耗随波长的增加而减小，在0.85 m、1.31 m和1.55 m有三个损耗很小的波长“窗口”，见后图。激光器的发射波长激光器的发射波长和光电二极管的波长响应光电二极管的波长响应，都要和光纤这三个波长窗口窗口相一致。 目前在实验室条件下，1.55 m的损耗已达到0.154 dB/

12、km， 接近石英光纤损耗的理论极限。0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5衰减（衰减（dB/km）第一窗口第一窗口第二窗口第二窗口波长波长（m）普通单模光纤的衰减随波长变化示意图普通单模光纤的衰减随波长变化示意图6 5 4 3 2 10。40。2第三窗口第三窗口 C 波段波段15251565nm 1.57 1.62 L波段波段 光纤的分类光纤的直径减小到光纤的直径减小到一个光波波长一个光波波长 数字通信系统和模拟通信系统数字通信系统和模拟通信系统用参数取值离散的信号(如脉冲的有和无、电 平的高和低等)代表信息，强调的是信号和信息之间的一一对应关系； 则用参数取值连续的信号代表信息，强调的是变换过程中信号和信息之间的线性关系。 这种基本特征决定着两种通信方式的优缺点和不同时期的发展趋势。 数字通信系统的数字通信系统的如下：如下： 抗干扰能力强，传输质量好。 可以用再生中继，传输距离长。 适用各种业务的传输，灵活性大。 容易实现高强度的保密通信。 数字通信系统大量采用