走进光电世界光通信

走进光电世界光通信第一页，共八十八页，2022年，8月28日什么是激光？什么是激光？Asolutionwaitingforaproblem！第二页，共八十八页，2022年，8月28日现代通信采用什么技术？第三页，共八十八页，2022年，8月28日短波微波中波毫米波信息交换量的需求与日俱增提高载波率扩大通信容量第四页，共八十八页，2022年，8月28日超宽带、超高速带来新的技术挑战能否继续将频率提高？光波第五页，共八十八页，2022年，8月28日宽带接入技术FTTxxDSLHFCCableModem光纤光纤同轴电缆LAN10/100MFTTB综合布线光纤铜缆wirelessLMDS本地多点分配业务第六页，共八十八页，2022年，8月28日2023/3/107现在的宽带接入网都是基于铜介质的，其中同轴电缆频带最宽，非屏蔽数据电缆次之，电话双绞线最窄。这三种物理介质原来分别适用于射频广播电视、计算机数据和电话信号的传输。因此，电视、数据、电话三种业务/运营商，分别建设了三种接入网，重叠在一个居民区或一个办公楼。第七页，共八十八页，2022年，8月28日怎样的接入网能够避免在同一个用户驻地分别由电话、电视和数据三个运营商敷设三个接入网，既便于推广，又便于实现电话、电视、数据三网融合呢？第八页，共八十八页，2022年，8月28日宽带接入技术FTTxFTTHxDSLHFCCableModem光纤光纤光纤同轴电缆LAN10/100MFTTB综合布线光纤铜缆wirelessLMDS本地多点分配业务?第九页，共八十八页，2022年，8月28日

性能介质速率误码率铜线Kb～Mb10-6光纤Tb<10-9电话/路：64(kb/s)1(Tb/s)÷64(kb/s)=1560(千路)能同时传输语音、数据和视频图象为什么要这么高的速率？第十页，共八十八页，2022年，8月28日一张含660Mb的音乐

CD，从美国中西部如德州传到江苏要多长时间？

速率

方式传送时间56Kb/sPCModem26.2hr500Kb/sCableModem2.93hr1.5Mb/sDSL59Min100Mb/s FTTH53s第十一页，共八十八页，2022年，8月28日第十二页，共八十八页，2022年，8月28日HDTV需要多大速率16MHDTV第十三页，共八十八页，2022年，8月28日电话：56Kb/s（由于电话线的质量难以保证，实际远远低于这个速率）综合业务数字网ISDN：144Kb/s目前主要的宽带接入技术第十四页，共八十八页，2022年，8月28日非对称数字用户线ADSL：下行2-8Mb/s上行16-640Kb/sADSL2+下行16-25Mb/s上行800Kb/s同轴电缆HFC(CableModem):

下行30-40Mb/s，上行10Mb/s第十五页，共八十八页，2022年，8月28日

可能没有人在打越洋电话或者越洋传输数据时，去认真追究自己的数据是通过什么媒介传送出去的，当然也就无从了解采用什么方式能使信息传送得更加快捷、安全，而且成本更低。

第十六页，共八十八页，2022年，8月28日2023/3/1017现在的宽带接入网都是基于铜介质的，其中同轴电缆频带最宽，非屏蔽数据电缆次之，电话双绞线最窄。这三种物理介质原来分别适用于射频广播电视、计算机数据和电话信号的传输。因此，电视、数据、电话三种业务/运营商，分别建设了三种接入网，重叠在一个居民区或一个办公楼。第十七页，共八十八页，2022年，8月28日怎样的接入网能够避免在同一个用户驻地分别由电话、电视和数据三个运营商敷设三个接入网，既便于推广，又便于实现电话、电视、数据三网融合呢？显然只有光纤接入网！第十八页，共八十八页，2022年，8月28日日本“SurveyonOutlookofJapaninthe21stCentury”

显示的21世纪经济行业基础设施排名0%10%20%30%40%50%60%70%光网络国际机场高速公路港口工业园区百分比

光网络在21世纪的战略地位第十九页，共八十八页，2022年，8月28日什么是光通信以光作为信息载体而实现的通信方式第二十页，共八十八页，2022年，8月28日基本原理第二十一页，共八十八页，2022年，8月28日第二十二页，共八十八页，2022年，8月28日第二十三页，共八十八页，2022年，8月28日第二十四页，共八十八页，2022年，8月28日光纤的结构纤芯(Core)：传输光束包层(Cladding)：造成全反射的条件多模50/125um、62.5/125um单模9/125um

第二十五页，共八十八页，2022年，8月28日光缆纤芯包层涂覆层护套被覆(Jacket)：使光纤不受外力/环境影响单模：黄色多模：橘紅色、灰

护套(Coating)：吸收分散外來的应力250um第二十六页，共八十八页，2022年，8月28日室内光缆第二十七页，共八十八页，2022年，8月28日缆

芯

结

构加强构件作用：

光纤脆性，很容易断裂，因此将一根或多根加强构件组装到光缆结构中，以便承受敷设安装或外力所引起的拉力负荷。室外通信光缆第二十八页，共八十八页，2022年，8月28日通信光缆分类架空光缆：要求强度高、温差系数小。直埋光缆：要求抗埋、抗压、防潮、防湿度特性好、耐化学侵蚀。管道光缆：耐水压、耐张力、防水特性好。海底光缆：耐水压、耐张力、防水特性好。无金属光缆：可以和高压线一起架设，绝缘要好，有一定的抗拉能力。第二十九页，共八十八页，2022年，8月28日直埋光缆软光缆管道光缆架空光缆水下光缆海底光缆第三十页，共八十八页，2022年，8月28日光缆与电缆相比有什么优点？质轻安全抗干扰价廉第三十一页，共八十八页，2022年，8月28日通信系统的组成网络系统第三十二页，共八十八页，2022年，8月28日光纤通信系统的基本组成包括发射、接收和作为广义信道的基本光纤传输系统。第三十三页，共八十八页，2022年，8月28日

基本光纤传输系统的三个组成部分1、光发送机组成框图：

光源调制器通道耦合器电信号输入光输出驱动电路第三十四页，共八十八页，2022年，8月28日2.光纤线路

功能：是把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变(失真)和衰减传输到光接收机

组成:光纤、光纤接头和光纤连接器

低损耗“窗口”：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0.85μm、1.31μm和1.55μm有三个损耗很小的波长“窗口”。第三十五页，共八十八页，2022年，8月28日0.70.80.91.01.11.21.31.41.51.61.7衰减（dB/km）第一窗口第二窗口波长λ（μm）普通单模光纤的衰减随波长变化示意图654321第三窗口

C波段1525~1565nm1.55μm的损耗已达0.154dB/km，接近石英光纤损耗的理论极限第三十六页，共八十八页，2022年，8月28日3、光接收机功能：是把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号，并经放大和处理后恢复成发射前的电信号组成部分：耦合器，光电检测器，解调器组成框图：电子电路光输入耦合器光电检测器解调器电信号输出第三十七页，共八十八页，2022年，8月28日光源激光器的发射波长和光检测器光电二极管的波长响应，都要和光纤这三个波长窗口相一致。

第三十八页，共八十八页，2022年，8月28日网络组成方式第三十九页，共八十八页，2022年，8月28日网形Mesh星形Star环形Ring总线Bus第四十页，共八十八页，2022年，8月28日Long-HaulOpticalNetworks3RBackbone/regionaltransportcarriersOpticalDWDMcross-connectmeshOADMMetroOpticalNetworksAccessNetworksMetro-opticalringnetworkMetrohybridring/meshOXCResidential(DSL/cable)DigitalvideoSONETVoiceCellularPSTN/CellularATMswitchIProuterEthernetLANRegionalISPGbE,FR,Escon,Ficon,FDDICorporate/enterprise

传送网的分层结构第四十一页，共八十八页，2022年，8月28日2023/3/10422.5Gb/sSDH通道保护自愈环(北环）黄泥河2.5Gb/sSDH通道保护自愈环(南环）富源曲靖MSC2沾益德泽马龙罗平师宗陆良宣威者海会泽马龙2旧县马龙1中小屯红军哨方郎纳章月望许家马龙3邓家坡梁家田新寨

长底雨旺新发玉马罗平排灌站阿鲁马街（罗平）桃园箐口富村阿洪歹墨钻天坡牛街金鸡板桥幕乐黄泥河富村2富乐老厂（富源）五乐马街（富源）弯子湖者海1者海2者海3新店子华泥会泽庆口镇鱼洞迤车镇罗布古黄梨树田坝野猪塘架车野马待补毛家村大井梨园中寨菱角赤章天生桥沾益大明槽大树屯益泥水泥厂保险公司总站油库白水1白水2尖山遵化铺水田乙炔分厂大坡花山镇松林农场马场德威红土沟麻拉轩家卡居炎方富源大河莲花恩乐大坪子宽塘阿依诺后所煤炭湾后矿胜境关凉水井回隆石坝水库雄壁镇南盘江港口师宗大同小河口竹基法块海晏白马山斗坞大舍瓦鲁阴塞箐捏龙法雨曲祖五龙高良大尖山白马梁子龙潭冒水井虹桥杨柳文兴阿都乐丰双河新天堡花椒松子口旧堡倘塘云峰滇磷龙场宝山虎场格宜来宾左所清水鸡街密德石坝田坝德基基场海岱宣威大侗山溪乌梁子明德普立徐屯东山三星坡马街炒铁大跌水电站大莫古麻舍所电杆厂西桥陆良兴发北山黄官营阎芳桥海介小百户山冲召夸镇庄上沙林三岔河白塔河口摆羊茶花机务站华侨农场赵家沟大桥板桥响水坝永清河邮电局三小黄山储蓄图书馆百货大楼福利大楼杜鹃宾馆开发区宣威西南宾馆六中宣威复烤厂窑安开发区2邮电电厂五中公安局宿舍富源5烟草公司一中自来水厂邮电局南盘江林业局文笔坡人民银行邮电局地税局电信大楼丝绸厂中枢镇政府工行邮电人行西关复烤厂液峰公园得禄盈仓小学财保73.0Km68.5Km50.8Km114.3Km118.3Km102.2Km27.0Km111.1Km117.0Km54.7Km117.4Km111.0Km30.5Km德泽图例：2.5Gb/sSDH终端设备155MSDH终端设备2.5Gb/sSDH中继设备本地传送网网络结构图42第四十二页，共八十八页，2022年，8月28日我国传输网分：国家一级干线（连接国内各个省之间的电信线路）国家二级干线（或称省级干线，连接省内地区或市的电信线路）本地线路（或称本地网，地区内或市内连接各电信局的电信线路）第四十三页，共八十八页，2022年，8月28日光纤通信发展历程第四十四页，共八十八页，2022年，8月28日探索时期的光通信1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载波传送话音的“光电话”。贝尔光电话是现代光通信的雏型。原始形式的光通信:中国用“烽火台”，欧洲人用旗语第四十五页，共八十八页，2022年，8月28日1960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红宝石激光器，给光通信带来了新的希望。激光器的发明和应用，使沉睡了80年的光通信进入一个崭新的阶段。第四十六页，共八十八页，2022年，8月28日在这个时期，美国麻省理工学院利用He-Ne激光器和CO2激光器进行了大气激光通信试验。由于没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质，对光通信的研究曾一度走入了低潮。1961年，中国人发明了中国的第一台红宝石激光器第四十七页，共八十八页，2022年，8月28日1966年，英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤(OpticalFiber)进行信息传输的可能性和技术途径，只要解决好玻璃纯度和成分等问题，就能够利用玻璃制作光学纤维，从而高效传输信息。第四十八页，共八十八页，2022年，8月28日当时光纤的损耗约3000dB/km，这一设想提出之后，被外界笑称为“痴人说梦”，有人称之为匪夷所思，也有人对此大加褒扬。随着第一个光纤系统于1981年成功问世，到九十年代被广泛利用，光纤造就了今天互联网的大发展。第四十九页，共八十八页，2022年，8月28日1970年，美国康宁(Corning)公司研制成功损耗20dB/km的石英光纤。把光纤通信的研究开发推向一个新阶段。1972年，康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到4dB/km。1973年，美国贝尔(Bell)实验室的光纤损耗降低到2.5dB/km，1974年降低到1.1dB/km。1976年，日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗降低到0.47dB/km(波长1.2μm)。1970年，光纤研制取得了重大突破第五十页，共八十八页，2022年，8月28日在以后的10年中，波长为1.55μm的光纤损耗：1979年是0.20dB/km1984年是0.157dB/km1986年是0.154dB/km，接近了光纤最低损耗的理论极限。第五十一页，共八十八页，2022年，8月28日1970年，美国贝尔实验室、日本电气公司(NEC)和前苏联先后，研制成功室温下连续振荡的镓铝砷(GaAlAs)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，半导体激光器寿命达到7000小时。1970年，光纤通信用光源取得了实质性的进展第五十二页，共八十八页，2022年，8月28日1976年，日本电报电话公司研制成功发射波长为1.3μm的铟镓砷磷(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年美国电报电话(AT&T)公司和日本电报电话公司研制成功发射波长为1.55μm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，使1970年成为光纤通信发展的一个重要里程碑第五十三页，共八十八页，2022年，8月28日1976年，美国在亚特兰大(Atlanta)进行了世界上第一个实用光纤通信系统的现场试验。1980年，美国标准化光纤通信系统投入商业应用。1976年和1978年，日本先后进行了速率为34Mb/s的突变型多模光纤通信系统，以及速率为100Mb/s的渐变型多模光纤通信系统的试验。光纤通信系统的发展第五十四页，共八十八页，2022年，8月28日1983年敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线。随后，由美、日、英、法发起的第一条横跨大西洋TAT-8海底光缆通信系统于1988年建成。第一条横跨太平洋TPC-3/HAW-4海底光缆通信系统于1989年建成。从此，海底光缆通信系统的建设得到了全面展开，促进了全球通信网的发展。第五十五页，共八十八页，2022年，8月28日2023/3/1056世界海底光缆的状况第五十六页，共八十八页，2022年，8月28日光纤通信的发展可以分为三个阶段：第一阶段(1966-1976)，从基础研究到商业应用的开发时期。第二阶段(1976-1986)，以提高传输速率和增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期。第三阶段(1986-996)，以超大容量超长距离为目标、全面深入开展新技术研究的时期。第五十七页，共八十八页，2022年，8月28日通信传输系统的发展趋势

电子型光电混合型全光型

第五十八页，共八十八页，2022年，8月28日(1)传统的电传输系统EMUX电端机再生中继再生中继EDMUX电端机同轴电缆、微波……电复用电解复用第五十九页，共八十八页，2022年，8月28日光缆O/E/OEMUX光发送再生中继再生中继EDMUX电复用电解复用光接收(2)光电混合型光纤传输系统第六十页，共八十八页，2022年，8月28日(3)全光传输系统OMUXODMUXOAOAOA光发送光发送光发送λ１λ２λ１，λ２……λn光接收光接收光接收光放大光放大光放大λnλ１λ２λn第六十一页，共八十八页，2022年，8月28日光通信特点？重量轻体积小传输距离远容量大抗电磁干扰第六十二页，共八十八页，2022年，8月28日苏通大桥交通工程高容量高可靠高速率光通信高质量第六十三页，共八十八页，2022年，8月28日从信息通信发展趋势看光纤通信的未来第六十四页，共八十八页，2022年，8月28日全球通信业务，特别是数据业务急剧增长网络业务量数据年增40%电话年增10%年份全球话音和数据业务发展趋势预测第六十五页，共八十八页，2022年，8月28日传送技术向高速度和大容量发展2.5Gb/s10Gb/s40Gb/s系统速率81632/408016025620G40G80G400G1.28T800G3.2T1.6T6.4T10.2T波长数第六十六页，共八十八页，2022年，8月28日水源监测灾害防治职业发展ITS井下安全空港服务工业监控资产管理路桥管理监控会务服务智能家居安防保障儿童护理教育卫生保健公共服务

家庭、个人服务泛在接入网TD宽带网TD-SCDMAWLANHSUPALTERFIDMeshContext/LocationAwarenessEmbeddedSystemsNGISGPS航运服务旅游服务业务运营支持系统/平台大气监测土壤监测危机处理HSDPA第六十七页，共八十八页，2022年，8月28日我国光通信的现状第六十八页，共八十八页，2022年，8月28日1986年建立了国内第一条光缆干线宁汉光缆1999年建成8纵8横光纤骨干网，覆盖了除台湾外所有省会城市和75％地市。目前，我国长途骨干网的光缆长度达到了17万公里，并经中美、中日、中韩等海缆和欧亚大陆桥光缆与国际光缆网连接。我国总的光缆线路总长度已近200万公里，其中海底光缆总长度已达80多万公里，居世界前列。第六十九页，共八十八页，2022年，8月28日FLAG－FiberOpticLink aroundtheGlobe架空光缆直埋光缆北京上海至欧洲至日本FLAG至韩国至朝鲜至俄罗斯至东南亚我国光缆骨干网分布图第七十页，共八十八页，2022年，8月28日现代通信新业务电子函件移动通信可视电话和会议电视电话可视图文信息系统电子货币与无纸贸易因特网……第七十一页，共八十八页，2022年，8月28日

手机最早于1973年在纽约曼哈顿出现；

10年后起，经历1G（模拟通讯）、2G（数字通讯）阶段，于2006年开始迈向3G（宽带多媒体通讯）阶段。

1987年11月，中国移动正式起步，第一个模拟移动电话系统在广东建成并投入商用，首批用户只有700个，标志着中国移动通信服务的开始。示例第七十二页，共八十八页，2022年，8月28日1988年，中国移动电话用户突破3000户，1990年达到1.8万户，1994年激增到了157万户。1995年，中国启动数字移动通信，2001年12月31日正式关闭了模拟移动电话网，从此中国移动通信进入了全数字时代。第七十三页，共八十八页，2022年，8月28日

目前，我国手机用户已达9.4亿，有少部分用户同时拥有2部以上的手机固定电话用户数达2.8亿

从全球范围来看，手机用户总数大约为50多亿，中国的手机用户约占全球用户的20%

第七十四页，共八十八页，2022年，8月28日

短信的商业化起步于1994年。1999年起，短信发送量开始呈现持续性爆炸增长态势。按动手机键盘所产生的庞大数字，