第1章 光纤通信概述

1、光纤通信光纤通信Optical Fiber CommunicationOptical Fiber Communication2为什么为什么要讲这门要讲这门课？课？v光纤通信在通信产业中占重要地位！光纤通信在通信产业中占重要地位！v光纤通信乃至光通信具有无可比拟的巨大优势！光纤通信乃至光通信具有无可比拟的巨大优势！ 什么是通信？什么是通信？ “通通”传送，传送，“信信”信息；信息的传送信息；信息的传送 基本组成：发送、传输、接收基本组成：发送、传输、接收 什么是光纤通信？什么是光纤通信？ 以光波为载波以光波为载波，光纤为媒介的信息传输方式光纤为媒介的信息传输方式 光纤通信的最大优势光纤通信的最大

2、优势极大的通信容量极大的通信容量 理论容量理论容量50Gbit/s50Gbit/s，实际已达到，实际已达到25.6Tbit/s25.6Tbit/s 相当于同时传输相当于同时传输4 4亿路电话（每路电话亿路电话（每路电话64kb/s64kb/s）！）！3光纤？光纤？v光纤是传光的纤维波导或光导纤维的简称光纤是传光的纤维波导或光导纤维的简称4为什么为什么要讲这门要讲这门课？课？v光纤通信的其他优点：光纤通信的其他优点： 极低的传输极低的传输损耗，超损耗，超长的传输距离长的传输距离 环形环形的传输实验系统距离甚至已经达到的传输实验系统距离甚至已经达到100100万公里！万公里！ 极小的器件尺寸，极轻

3、的重量极小的器件尺寸，极轻的重量 普通普通光纤加涂覆层以后直径光纤加涂覆层以后直径250250微米，裸光纤微米，裸光纤27g/km27g/km 非常低的成本和资源消耗非常低的成本和资源消耗 成分成分主要是主要是SiOSiO2 2, ,材料材料来源丰富，可节约大量来源丰富，可节约大量有色金有色金属（如铜）属（如铜） 完全不存在电磁兼容问题完全不存在电磁兼容问题, ,保密性强、使用安全保密性强、使用安全 光纤抗高温和耐腐蚀，可以抵御恶劣的工作环境光纤抗高温和耐腐蚀，可以抵御恶劣的工作环境 光纤通信光纤通信已经是目前通信网络无可争议的基础！已经是目前通信网络无可争议的基础！5为什么为什么要讲这门课？

4、要讲这门课？v通信业务发展趋势：传统话音通信业务发展趋势：传统话音IPIP数据业务数据业务IPTVIPTV，远程办公，远程办公，网络会议，网络会议对对通信系统容量通信系统容量的需求是无止境的！的需求是无止境的！6课程教材课程教材v光纤通信光纤通信 人民人民邮电邮电出版社，梁猛等编著出版社，梁猛等编著7课程简介课程简介v光纤通信光纤通信是通信工程专业的一门专业是通信工程专业的一门专业课程，课程，该课程主要该课程主要介绍光纤通信介绍光纤通信的基本原理和的基本原理和技术。技术。v课程分为课程分为基础篇基础篇和和提高篇提高篇两个部分两个部分。 基础基础篇以特性、应用为重点，介绍光纤通信系统中的篇以特性

5、、应用为重点，介绍光纤通信系统中的光纤、光发射和光接收，各类线路器件、光放大、色光纤、光发射和光接收，各类线路器件、光放大、色散补偿和复用等线路技术，以及光纤通信系统和网络散补偿和复用等线路技术，以及光纤通信系统和网络基础基础。 提高提高篇以实现原理为重点，深入介绍光纤通信系统中篇以实现原理为重点，深入介绍光纤通信系统中的光源、光检测器、光放大器等典型有源器件，波分的光源、光检测器、光放大器等典型有源器件，波分复用器、光隔离器、光环行器等典型无源器件，复用器、光隔离器、光环行器等典型无源器件，SDHSDH、MSTPMSTP、OTNOTN等光传输网系统、等光传输网系统、PONPON等光接入网系统

6、等光接入网系统。8课程内容课程内容第第1 1章章 概论概论第第2 2章章 光纤光纤第第3 3章章 光发射和光接收光发射和光接收第第4 4章章 线路器件与技术线路器件与技术第第5 5章章 系统和网络系统和网络第第6 6章章 光器件技术光器件技术第第7 7章章 光传输网光传输网第第8 8章章 光接入网系统光接入网系统9注意注意事项事项v教学计划：共教学计划：共3636学时学时，1010周周v考试形式考试形式：待定：待定v考试考试内容：课堂讲授内容内容：课堂讲授内容v考核标准：平时（课堂表现、考勤考核标准：平时（课堂表现、考勤）+ + 期末考试期末考试v联系方式联系方式： 电话：电话：1523830

7、616215238306162 办公室：资办公室：资-105-105（西门）（西门） E-mail:E-mail:10通信知识简介通信知识简介11光在电磁波谱中的位置光在电磁波谱中的位置v 光波频段光波频段 可见光（人眼能看见的光可见光（人眼能看见的光）, ,其其波长范围为：波长范围为：0.390.39至至0.76m0.76m 红外线（人眼看不见的光红外线（人眼看不见的光）, ,其其波长范围为：波长范围为：0.760.76至至300m300m 近红外区：其波长范围为：近红外区：其波长范围为：0.760.76至至15m15m； 中红外区：其波长范围为：中红外区：其波长范围为：1515至至25m2

8、5m； 远红外区：其波长范围为：远红外区：其波长范围为：2525至至300m300m； 紫外线（紫外线（UVUV：UltraVioletUltraViolet） 1019 1017 1016 1015 1014 1013 1012 1010 109 108 107 106 105 104 103 102 10110-10 10-910-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104 105 106 107 1nm 1 m 1mm 1m 1km1埃埃 X光 X光(伦琴射线)(伦琴射线)紫外线紫外线 可见光可见光近红近红外线外线远红

9、远红外线外线米波米波电视电视发射 发射 用 用无线电广播无线电广播 发射用 发射用超声波超声波音 频音 频光通信光通信微波微波频率(Hz)波长(m) (1T)(1G)(1M)(1k)1011 1018 f f射频射频12 1019 1017 1016 1015 1014 1013 1012 1010 109 108 107 106 105 104 103 102 10110-10 10-910-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104 105 106 107 1nm 1 m 1mm 1m 1km1埃埃 X光 X光(伦琴射线

10、)(伦琴射线)紫外线紫外线 可见光可见光近红近红外线外线远红远红外线外线米波米波电视电视发射 发射 用 用无线电广播无线电广播 发射用 发射用超声波超声波音 频音 频光通信光通信微波微波频率(Hz)波长(m) (1T)(1G)(1M)(1k)1011 1018 f f射频射频v光通信波长范围：约光通信波长范围：约0.850.85至至1.60m1.60m131.1 1.1 光纤通信光纤通信概述概述简介简介发展发展14何谓光纤通信？何谓光纤通信？v光纤通信光纤通信是指利用相干性和方向性极好的激光作是指利用相干性和方向性极好的激光作为载波（也称为载波（也称光载波光载波）来携带信息，并利用）来携带信息

11、，并利用光导光导纤维（光纤）纤维（光纤）来进行传输的通信方式。来进行传输的通信方式。（载频载频位于光波段位于光波段，利用，利用光纤承载信息光纤承载信息的的通信方式）通信方式）v光纤通信常用的波长范围为光纤通信常用的波长范围为近红外区近红外区, ,即从即从0.85 -0.85 -1.601.60m m，其频率范围约为，其频率范围约为10101414HzHz数量级。数量级。15光纤通信系统组成光纤通信系统组成v目前实用的光纤通信系统，较多采用的是数字编目前实用的光纤通信系统，较多采用的是数字编码、强度调制直接检测的通信系统（码、强度调制直接检测的通信系统（IMIMDDDD系系统），这种系统的框图如

12、图所示。统），这种系统的框图如图所示。图图1.1 1.1 光纤通信系统的构成光纤通信系统的构成16v发送机发送机 功能：把功能：把输入的输入的电信号转换成光信号电信号转换成光信号，并将光信，并将光信号最大限度地注入光纤号最大限度地注入光纤线路线路 组成：组成：激光器激光器（光源）（光源）+ +光调制器光调制器 激光器发出激光作为载波，激光器发出激光作为载波，光调制器将光调制器将信息调制在信息调制在光载波光载波上上17v信道信道：光纤：光纤（目前制造光纤的主要材料是（目前制造光纤的主要材料是SiOSiO2 2）v接收机接收机 功能：把功能：把由发送机发送的、经光纤线路传输后输由发送机发送的、经光

13、纤线路传输后输出的已产生畸变和衰减的微弱出的已产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信光信号转换为电信号号，并经放大、再生恢复为原来的电信号。，并经放大、再生恢复为原来的电信号。 组成：组成：光电检测器、放大器和相关光电检测器、放大器和相关电路电路18光纤的基本结构光纤的基本结构v光纤光纤(optical fiber)(optical fiber)是高度透明的是高度透明的玻璃丝玻璃丝 纤芯：纤芯：SiOSiO2 2 ( (99.9999%)99.9999%)，少量，少量掺掺GeOGeO2 2 包层包层：纯：纯SiOSiO2 2，或少量掺，或少量掺BeBe硼，折射率略低于纤芯硼，折射率略低于纤芯 涂

14、覆层：环氧树脂、硅橡胶等高分子材料涂覆层：环氧树脂、硅橡胶等高分子材料, ,保护作用保护作用19光纤通信特点光纤通信特点v在在光纤通信系统中，光波作为载波，光纤作为传光纤通信系统中，光波作为载波，光纤作为传送媒介送媒介。v由于由于光波频率比电波频率高得多，光纤又比同轴光波频率比电波频率高得多，光纤又比同轴电缆损耗低得多，因此相对于用电磁波作为载波电缆损耗低得多，因此相对于用电磁波作为载波的电通信系统，光纤通信具有许多独特的优点。的电通信系统，光纤通信具有许多独特的优点。20v（1 1）频带）频带宽、传输容量大宽、传输容量大21v（2 2）损耗小、中继距离长）损耗小、中继距离长 电通信中继站电通

15、信中继站多、传输线路多、传输线路的成本高、维护不方的成本高、维护不方便、运行不可靠。便、运行不可靠。 石英光纤在石英光纤在1.55 1.55 m m波长区的损耗可低到波长区的损耗可低到0.18 0.18 dB/kmdB/km，比已知的其他通信线路的损耗都低得多。，比已知的其他通信线路的损耗都低得多。22v（3 3）重量）重量轻、体积轻、体积小小表表 1.1.3 1.1.3 光缆和标准同轴电缆的重量和截面积数据比较光缆和标准同轴电缆的重量和截面积数据比较8 芯芯18 芯芯项目项目光缆光缆电缆电缆光缆光缆电缆电缆重量比重量比（kg/m）115126截面积比截面积比(直径直径, mm)1519.62

16、3v（4 4）抗）抗电磁干扰性能电磁干扰性能好好 光纤由电绝缘的石英材料制成，光纤通信线路不光纤由电绝缘的石英材料制成，光纤通信线路不受各种电磁场的干扰和闪电雷击的损坏。所以无受各种电磁场的干扰和闪电雷击的损坏。所以无金属加强筋光缆非常适合于存在强电磁场干扰的金属加强筋光缆非常适合于存在强电磁场干扰的高压电力线路周围、油田、煤矿和化工等易燃易高压电力线路周围、油田、煤矿和化工等易燃易爆环境中使用。爆环境中使用。 而电缆系统，在使用中至少可能遇到几种直接的而电缆系统，在使用中至少可能遇到几种直接的电气危害电气危害: : 因电缆和部件上累积的静电放电因电缆和部件上累积的静电放电; ; 耦合到电缆系

17、统上的高频电磁场耦合到电缆系统上的高频电磁场; ; 部件和接地点间的电位差部件和接地点间的电位差。 例：电话线和电缆一般是不能跟高压电线平行架例：电话线和电缆一般是不能跟高压电线平行架设的，也不能在电气铁化路附近铺设。设的，也不能在电气铁化路附近铺设。24v光纤为什么具有强抗干扰能力？光纤为什么具有强抗干扰能力？ 光纤光纤属绝缘体，不怕雷电和高压属绝缘体，不怕雷电和高压 电磁电磁源源干扰不了干扰不了频率比它们高得多的光频率比它们高得多的光 杰出杰出的抗核辐射能力的抗核辐射能力 据专家测算，如果在美国本土中心上空据专家测算，如果在美国本土中心上空 463463千米处千米处爆炸一颗原子弹，爆炸一颗

18、原子弹，1 1 秒钟内即可使全美国所有的电秒钟内即可使全美国所有的电缆通信系统失效。但光纤通信线路却照样畅通无缆通信系统失效。但光纤通信线路却照样畅通无阻，基本不受影响。阻，基本不受影响。25v（5 5）泄漏）泄漏小、保密性小、保密性好好 在现代社会中，不但国家的政治、军事和经济情在现代社会中，不但国家的政治、军事和经济情报需要保密，企业的经济和技术情报也已成为竞报需要保密，企业的经济和技术情报也已成为竞争对手的窃取目标。因此，通信系统保密性能是争对手的窃取目标。因此，通信系统保密性能是用户往往必须考虑的一个问题。用户往往必须考虑的一个问题。 现代侦听技术已能做到在离同轴电缆几公里以外现代侦听

19、技术已能做到在离同轴电缆几公里以外的地方窃听电缆中传输的信号，可是对光缆却困的地方窃听电缆中传输的信号，可是对光缆却困难得多。因此，要求保密性高的网络不能使用电难得多。因此，要求保密性高的网络不能使用电缆。缆。 在在光纤中传输的光泄漏非常微弱，即使在弯曲地光纤中传输的光泄漏非常微弱，即使在弯曲地段也无法窃听。没有专用的特殊工具，光纤不能段也无法窃听。没有专用的特殊工具，光纤不能分接，因此信息在光纤中传输非常安全，对军事、分接，因此信息在光纤中传输非常安全，对军事、政治和经济都有重要的意义政治和经济都有重要的意义。26v电电通信方式很容易被人窃听通信方式很容易被人窃听 电缆电缆通信：只要在电缆附

20、近通信：只要在电缆附近 ( (甚至几公里以外甚至几公里以外) ) 设设置一个特别的接收装置，就可以获取明线或电缆置一个特别的接收装置，就可以获取明线或电缆中传送的信息。中传送的信息。 无线通信无线通信方式：无线电波在大气中传播，甚至充方式：无线电波在大气中传播，甚至充斥全球，很容易被人窃听。斥全球，很容易被人窃听。 密码学密码学的发展使加密往往也无济于事的发展使加密往往也无济于事27v（6 6）节约）节约金属材料，有利于资源合理金属材料，有利于资源合理使用使用 制造同轴电缆和波导管的金属材料，在地球上的制造同轴电缆和波导管的金属材料，在地球上的储量是有限的；储量是有限的； 而制造光纤的石英（而

21、制造光纤的石英（SiO2SiO2）在地球上是取之不尽）在地球上是取之不尽的的28v光纤通信有许多优点，因而发展很快，但光纤通光纤通信有许多优点，因而发展很快，但光纤通信也有以下缺点。信也有以下缺点。 容易容易折断折断 ( (比如经常被挖断比如经常被挖断) ) 20152015年年5 5月，各地网友开陆续反馈支付宝月，各地网友开陆续反馈支付宝“用不了用不了”。手机和电脑版要么无法登录手机和电脑版要么无法登录, ,显示显示“超时超时”“”“出错出错”或或“乱码乱码”; ;要么打开了也无法支付要么打开了也无法支付; ;让不少人受到让不少人受到惊吓的是余额宝突然惊吓的是余额宝突然“没钱了没钱了”因杭州

22、市萧山因杭州市萧山区某地光纤被挖断区某地光纤被挖断 光纤光纤连接困难连接困难 ( (断面是否垂直、焊接点是否有气断面是否垂直、焊接点是否有气泡等泡等) ) 光纤通信光纤通信过程中怕水、怕冰过程中怕水、怕冰 (OH-(OH-根吸收增大损耗根吸收增大损耗) ) 光纤光纤怕弯曲怕弯曲 ( (导致损耗增加导致损耗增加) )29光纤通信系统分类光纤通信系统分类v按按系统传输的信号系统传输的信号分分 模拟模拟光纤通信系统光纤通信系统 数字光纤通信系统数字光纤通信系统v按光纤通信系统按光纤通信系统所用光纤所用光纤分分 单模光纤单模光纤系统系统 多模光纤系统多模光纤系统v按照按照信号对光源的调制信号对光源的调

23、制方式方式分分 直接调制光通信直接调制光通信系统系统 间接间接调制光通信调制光通信系统系统30v按按拓扑结构拓扑结构分分 光纤通信系统用来连接一些节点，这些节点通常光纤通信系统用来连接一些节点，这些节点通常可能是交换机、终端、计算机、工作站等可能是交换机、终端、计算机、工作站等。 光纤通信系统光纤通信系统可分为三类：可分为三类：点对点点对点系统、系统、一点对一点对多点多点系统以及系统以及网络网络。1213N2( (b b) )一一点点对对多多点点( (a a) )点点对对点点75123( (c c) )网网络络648931v按按网络服务范围网络服务范围分分 局域网局域网，服务范围，服务范围 2

24、 km 2 km ，如以太网，信令环和，如以太网，信令环和信令总线信令总线; ; 城域网城域网，服务范围，服务范围 100 km100 km，如电话本地交换网或，如电话本地交换网或者有线电视者有线电视) )分配系统分配系统; ; 广域网广域网络络，服务范围可达数千公里，如开放系统，服务范围可达数千公里，如开放系统互连国际网络等。互连国际网络等。32光纤通信的应用光纤通信的应用v主要应用于：主要应用于： 电信网电信网 骨干网，跨海光缆线路骨干网，跨海光缆线路 城域网，局域网城域网，局域网 接入网接入网 输电线路，电气化铁路沿线通信输电线路，电气化铁路沿线通信 生产、交通监控生产、交通监控 有线电

25、视网有线电视网v次要应用次要应用: : 航空航天：光纤陀螺航空航天：光纤陀螺 军事：军事：光纤制导导弹光纤制导导弹、光纤水听器、光纤水听器 医疗：医疗：光纤内窥镜光纤内窥镜33光纤接光纤接入网入网34煤炭煤炭系统系统v电监控系统信号均为电信号，在含瓦斯高的矿井电监控系统信号均为电信号，在含瓦斯高的矿井中容易引起爆炸。因此，如果考虑安全因素，电中容易引起爆炸。因此，如果考虑安全因素，电信号功率不能太大，这又导致传输距离受限。而信号功率不能太大，这又导致传输距离受限。而如果采用光纤系统，很多设备可以无源化，即保如果采用光纤系统，很多设备可以无源化，即保证了安全，又能实现远距离监控。证了安全，又能实

26、现远距离监控。35交通系统交通系统v例如在铁路通信网特点例如在铁路通信网特点： 节点节点多，分支、插入话路频繁多，分支、插入话路频繁 通信量通信量大小不一，需求不同大小不一，需求不同( (传输电话、数据、图传输电话、数据、图像像) ) 要求要求有强抗电磁干扰能力有强抗电磁干扰能力v除了光纤通信，没有哪一种通信方式能满足这些除了光纤通信，没有哪一种通信方式能满足这些要求！要求！36军事应用军事应用v光纤制导光纤制导武器武器 光纤光纤制导导弹、光纤制导鱼雷需要获得实时的目制导导弹、光纤制导鱼雷需要获得实时的目标图像同时要求控制线轻巧标图像同时要求控制线轻巧37医疗器械医疗器械v利用传像束的利用传像

27、束的内窥镜激光手术刀内窥镜激光手术刀 激光手术中，有时需要手术的部位在人体腔道内激光手术中，有时需要手术的部位在人体腔道内，这这就要求激光能拐弯就要求激光能拐弯。 目前目前大多数医疗激光可以大多数医疗激光可以通过通过石英光纤来实现拐石英光纤来实现拐弯，因此激光手术刀又叫弯，因此激光手术刀又叫光纤手术刀光纤手术刀。 381.1 1.1 光纤通信光纤通信概述概述简介简介发展发展39光通信技术发展历史回顾光通信技术发展历史回顾v光通信的雏形光通信的雏形： 烽火台烽火台最早的光通信系统，最早的光通信系统，“二进制，有中继二进制，有中继” 手旗、灯光手旗、灯光40贝尔贝尔- -光电话光电话v188018

28、80年，年，Alexader BellAlexader Bell发明发明“光话光话” 以日光为光源，大气为媒质，硒晶体作为光以日光为光源，大气为媒质，硒晶体作为光接收接收器器，振动调制，振动调制 213213米传输距离，最早的无线光通信！米传输距离，最早的无线光通信！41v贝尔用贝尔用弧光灯或者太阳光作为光源弧光灯或者太阳光作为光源，光束通过透镜，光束通过透镜聚焦在话筒的震动片上聚焦在话筒的震动片上。v当当人对着话筒讲话时，震动片随着话音震动而使反人对着话筒讲话时，震动片随着话音震动而使反射光的强弱随着话音的强弱作相应的变化，从而使射光的强弱随着话音的强弱作相应的变化，从而使话音信息话音信息“

29、承载承载”在光波上（这个过程叫在光波上（这个过程叫调制调制）。v在在接收端，装有一个抛物面接收镜，它把经过大气接收端，装有一个抛物面接收镜，它把经过大气传送过来的载有话音信息的光波反射到硅光电池上，传送过来的载有话音信息的光波反射到硅光电池上，硅光电池将光能转换成电流（这个过程叫硅光电池将光能转换成电流（这个过程叫解调解调）。）。电流送到听筒，就可以听到从发送端送过来的声音电流送到听筒，就可以听到从发送端送过来的声音了。了。42进一步发展的困难在哪里？进一步发展的困难在哪里？v没有合适的光源没有合适的光源 普通光源（太阳光、灯光）方向性和相干性极差普通光源（太阳光、灯光）方向性和相干性极差，近

30、于近于噪声，无法适应长距离传输的需要噪声，无法适应长距离传输的需要v没有合适的传输媒质没有合适的传输媒质 光的波长极短，穿越障碍的能力很差光的波长极短，穿越障碍的能力很差 以空气作为传输媒质时，光信号受环境影响太大以空气作为传输媒质时，光信号受环境影响太大 必须通过一个低损耗的介质器件进行必须通过一个低损耗的介质器件进行引导引导v没有没有合适的检测器件合适的检测器件v没有没有43光源问题的解决光源问题的解决激光器的发明激光器的发明v激光器激光器Vs.Vs.传统电信系统中的信号源传统电信系统中的信号源v激光激光 LASERLASER：Light Light Amplification by Am

31、plification by Stimulated Emission of RadiationStimulated Emission of Radiation 通过受激辐射的光放大通过受激辐射的光放大v与自然光，灯光有本质区别与自然光，灯光有本质区别 频率稳定，方向性、相干性都好频率稳定，方向性、相干性都好, ,适合适合远距离远距离传输传输v19601960年梅曼发明了红宝石激光器年梅曼发明了红宝石激光器v19611961年年9 9月由中国科学院长春光机所研制月由中国科学院长春光机所研制成成功中国第一台红宝石激光器。功中国第一台红宝石激光器。v之后之后大量不同类型的激光器层出不穷。大量不同类型

32、的激光器层出不穷。光源问题得到解决！光源问题得到解决！44中国第一台红宝石激光器中国第一台红宝石激光器45传输媒质问题的解决传输媒质问题的解决关于光纤的早期发现与发明关于光纤的早期发现与发明v波导传光原理的第一次波导传光原理的第一次实实验演示验演示 18701870年，年，John John TyndallTyndall证证明明光线可以在传导光线可以在传导媒质媒质的的边界上经边界上经全反射全反射，而，而沿着沿着媒质形状弯曲媒质形状弯曲的前进的前进46光纤传光的基本原理光纤传光的基本原理v全反射：全反射： 当光从光密媒质当光从光密媒质进入光疏进入光疏媒质时媒质时, ,折射角大于入射角折射角大于入

33、射角 当入射角增大到某一角度当入射角增大到某一角度时时, ,折射角折射角等于等于9090度度, ,此时此时, ,折射光折射光完全消失，入射光完全消失，入射光全部全部反回反回原来的媒质中原来的媒质中光纤传光的基本原理光纤传光的基本原理47光纤传光的基本原理光纤传光的基本原理v光纤的导光原理光纤的导光原理全反射全反射 纤芯折射率纤芯折射率为为n n1 1 包层折射率为包层折射率为n n2 2光线光线将在纤芯和包层的界面上不断地产生全反射而向前传播。将在纤芯和包层的界面上不断地产生全反射而向前传播。n1n2n1n2包层包层48关于光纤的早期发现与发明关于光纤的早期发现与发明v 纯纯SiOSiO2 2

34、是已知的对光损耗最小的材料！是已知的对光损耗最小的材料！对对导光导光材料的材料的研究集研究集中在石英玻璃纤维上！中在石英玻璃纤维上！v 先制成先制成无包层玻璃光纤，无包层玻璃光纤，可以用于光线和图象的可以用于光线和图象的短距离传输短距离传输v 后后发现使用包层能够改善光纤的特性发现使用包层能够改善光纤的特性v 光纤在光纤在2020世纪世纪5050年代进入实用年代进入实用主要用于医疗，如胃镜，只能短距离成像，损耗很大主要用于医疗，如胃镜，只能短距离成像，损耗很大v 到到2020世纪世纪6060年代中期，年代中期，光纤损耗仍在光纤损耗仍在400dB/km400dB/km以上以上v 很多人对光纤通信

35、丧失了信心很多人对光纤通信丧失了信心dB=10dB=10* *log10(log10(输入功率输出功率输入功率输出功率) )4 4dBdB对应剩余功率为对应剩余功率为4 4！49转折点转折点高锟的伟大预言！高锟的伟大预言！v19661966年，英籍华人高锟（年，英籍华人高锟（Charles Kao,1933Charles Kao,1933年生于上年生于上海海) )发表发表堪称光纤通信开山之作的堪称光纤通信开山之作的论文论文v文章文章从理论角度指出：从理论角度指出： 玻璃损耗太高主要由其中的杂质离子导致；玻璃损耗太高主要由其中的杂质离子导致； 利用带有包层的石英玻璃纤维，可望将损耗利用带有包层的

36、石英玻璃纤维，可望将损耗降低降低到到20dB/km(20dB/km(达到电缆水平达到电缆水平) )； 通过进一步降低杂质浓度，可以获得远远通过进一步降低杂质浓度，可以获得远远低于低于20dB/km20dB/km的损耗值！的损耗值！一一篇文章奠定了整个光纤通信产业的基础篇文章奠定了整个光纤通信产业的基础！高锟因此被世界誉为高锟因此被世界誉为“光纤之父光纤之父”50光纤之父光纤之父高锟高锟v19331933年出生于中国上海，先后于年出生于中国上海，先后于19571957年和年和19651965年年在在伦敦大学伦敦大学获得电机工程学士和博士学位。获得电机工程学士和博士学位。v曾任香港中文大学校长。曾

37、任香港中文大学校长。v19901990年，获选美国国家工程院院士，年，获选美国国家工程院院士，19961996年当选年当选为为中国科学院中国科学院外籍院士。外籍院士。v20092009年，由于在年，由于在“有关光在纤维中的传输以用于有关光在纤维中的传输以用于光学通信光学通信方面方面”取得了突破性成就，获得诺贝尔取得了突破性成就，获得诺贝尔物理学奖。物理学奖。51光纤技术的不断发展光纤技术的不断发展v19681968年获得了损耗为年获得了损耗为5dB/km5dB/km的体材料的体材料v19701970年美国康宁年美国康宁(Corning)(Corning)玻璃公司宣布玻璃公司宣布制作出制作出了了

38、损耗为损耗为20dB/km20dB/km的石英光纤的石英光纤 以纯石英为主体，掺杂不同氧化物获得所以纯石英为主体，掺杂不同氧化物获得所需要需要的折的折射率分布；射率分布； 以气相沉积工艺制作预制棒，拉制出光纤。以气相沉积工艺制作预制棒，拉制出光纤。 上述两个思路直到现在仍是光纤制作基础上述两个思路直到现在仍是光纤制作基础v目前的实用化水平：目前的实用化水平：0.2dB/km 400km400km63实用光纤通信系统的发展实用光纤通信系统的发展v 19761976年年，美国贝尔实验室进行了，美国贝尔实验室进行了世界上第一个世界上第一个速率速率45Mb/s45Mb/s传输传输10km10km的的多

39、模光纤通信系统多模光纤通信系统现场试验现场试验v 19771977年年美国在芝加哥两个电话局之间开通美国在芝加哥两个电话局之间开通世界上第一个世界上第一个使使用多模光纤用多模光纤的的商用光纤通信系统商用光纤通信系统( (距离距离7km7km，波长，波长850nm850nm，速速率率45Mb/s45Mb/s) () (我国第一个商用光纤通信系统开通于我国第一个商用光纤通信系统开通于19821982年年) )v 19831983年日本敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线。年日本敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线。v 19881988年由美、日、年由美、日、 英、法发起的第一条横跨大西洋英、法发起的第一条横跨大西洋海底光海底光缆通信系统缆通信系统建成。建成。v 19891989年第一条横跨太平洋的海底光缆通信系统建成。年第一条横跨太平洋的海底光缆通信系统建成。v 64大西海底光缆大西海底光缆系统系统65海底光缆的典型施工过程海底光缆的典型施工过程6620152015全球海底光缆布局图全球海底光缆