光纤通信原理.ppt

1、光纤通信原理,周 东 电子科技大学通信学院 ,第一章 概述,本章内容 什么是光纤通信 光和光波波谱 光纤通信的特点 光纤通信系统的组成 光纤通信的发展与趋势,本章重点和难点,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。,本章学习的目的和要求,掌握光纤通信的概念。 掌握光纤通信的组成及特点。 了解光纤通信的产生及发展。,什么是光纤通信,利用光波作为信息载频、光导纤维作为传输媒介的通信方式，称为光纤通信。 光纤通信技术的发展十分迅速，已经起到了举足轻重的地位，发展前景十分广阔。,1. 光纤通信的光波波谱,11 光波波谱 光波是电磁波，光波范围包括红外线、可见

2、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。,图1-1电磁波波谱图,1.2 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 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。,表1-1各种单位的换算公式,2. 光纤通信的特点,2.1 光纤通信的主要优点 （1）传输频带宽、通信容量大 （2）传输损耗小 中继距离长 （3）抗电磁干扰能

3、力强 保密性能好 （4）体积小、重量轻 （5）原材料来源丰富潜在价格低廉,2.2 光纤通信与电通信的比较,通信方式的主干为信息载体和传输媒介 光纤通信用光作为传输信号，即光作为信息载体；而电通信以电信号（电磁波）作为信息载体； 光纤通信用光纤/光缆作为传输线路，即光纤作为传输媒介；而电通信以电导线或大气空间作为传输媒介；,3. 光纤通信系统的基本组成,3.1 强度调制直接检波通信系统的组成 这是目前最常采用的光纤通信方式。优点是结构简单，由光发射机、光纤和光接收机组成。 信息采用数字编码； 编码后的电信号对光波强度直接调制（光波强度大小或有无对应相应的电信号； 调制光信号经过光纤传输； 接收端

4、对光波强度直接检波（测）恢复出电信号；,图1-2 数字光纤通信系统方框图,光发射机,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。,光接收机,光接收机的作用就是进行光/电转换。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 光收器件一般是PIN光电二极管和APD雪崩光电二极管。,3.2 调制方式,电信号对光调制的实现方式 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。分为模拟和数字信号的直接调制 外调制 把激光的产生和调制分开，用独立的

5、调制器调制激光器的输出光而实现的。,模拟调制和数字调制,模拟调制 用连续变化（参数取值连续）的模拟信号对光进行调制，使输出光功率大小随模拟信号而变化。强调的是变换过程中信号和信息之间的线性关系。 数字调制 用（参数取值离散，如脉冲的有和无、电平的高和低等代表信息）的数字信号对光进行调制，使输出光功率以“大”和“小”、“有”和“无”来表示对应的数字脉冲信号。强调的是信号和信息之间的一一对应关系；,3.3 光纤线路 损耗和传输带宽,光纤损耗：单位长度光纤对传输光强度的衰减量，单位：dB/km 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。有三个损耗很小的波长

6、“窗口” 0.85m 2dB/km 光纤通信短波波长 1.31m 0.5dB/km和1.55 m 0.2dB/km 光纤通信长波波长,普通单模光纤损耗随波长变化示意图,光纤传输带宽,光纤传输带宽：单位长度光纤传输带宽；反应的是光纤通信系统的传输容量，即光纤传输距离（无中继）与传输信号带宽（速率）之间的约束关系。单位MHzkm 光纤传输带宽确定后，传输距离越长、传输带宽越小。,4. 光纤通信的发展与趋势,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(Optical Fiber)进行信息传输的可能性和技术途径，奠定

7、了现代光通信光纤通信的基础。,指明通过“原材料的提纯制造出适合于长距离通信使用的低损耗光纤”这一发展方向,光纤通信发明家高锟,光纤通信发明家高锟(左)1998年在英国接受IEE授予的奖章,光纤研制,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4 dB/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0.47 dB/km(波长1.2m)。 在以后的 1

8、0 年中，波长为1.55 m的光纤损耗：1979 年是0.20 dB/km，1984年是0.157 dB/km，1986 年是0.154 dB/km， 接近了光纤最低损耗的理论极限。,光纤通信用光源,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。 1976年，日本电报电话公司研制成功发射波长为1.3 m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

9、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1.55 m的连续振荡半导体激光器。 ,实用光纤通信系统的发展,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FT - 3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34 Mb/s的突变型多模光纤通信系统， 以及速率为100 Mb/s的渐变型多模光纤通信系统的试验。 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

10、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。,实用光纤通信系统的发展,1990年，工作于2.4Gb/s，1.55m的第三代光波系统已能提供通信商业业务。 第四代光波系统以采用光放大器(OA)增加中继距离和采用频分与波分复用(FDM与WDM)增加比特率为特征。 第五代光波通信系统的研究与发展也经历了20多年历程，已取得突破性进展。它基于光纤非线性压缩抵消光纤色散展宽的新概念产生的光孤子，实现光脉冲信号保形传输。,光纤通信整体发展时间表,光纤通信网,第一代为纯电信网 第二代通信网仅仅是用光纤代替铜线，使通信网的性能得到了某种改善，而网络的拓扑骨架基本上之前的模式，光波通信的潜力尚未完全发挥。 第三代通信网为全光通信网。1990年后，随着光纤与光波电子技术的发展，新颖光纤与半导