第一章绪论 01.1光纤通信的发展 01.2光纤通信系统简介 o1.3光纤通信的特点 o1.4光纤通信的应用与发展
第一章 绪 论 1.1 光纤通信的发展 1.2 光纤通信系统简介 1.3 光纤通信的特点 1.4 光纤通信的应用与发展
1.1光纤通信的发展 。随着人类社会的进步与发展，以及人们日益增长的物质与文 化需求，通信向大容量，长距离的方向发展是必然的趋势， 而且随着Internet的迅速普及以及宽带综合业务数字网(B- ISDN)的快速发展，人们对信息的需求更是呈现出爆炸性的 增长，几乎是每半年翻一番。在这样的背景下，信息高速公 路建设已成为世界性热潮。而作为信息高速公路的核心和支 柱的光纤通信技术更是成为重中之重。目前，很多国家和地 区不遗余力地斥巨资发展光纤通信技术及其产业，光纤通信 事业得到了空前发展。 。由于信息的生产、传播、交换以及应用对国民经济和国家安 全有决定性的影响，所以，与其它行业相比，光纤通信更具 有特殊意义。 下一页返回
1.1 光纤通信的发展 随着人类社会的进步与发展，以及人们日益增长的物质与文 化需求，通信向大容量，长距离的方向发展是必然的趋势， 而且随着Internet的迅速普及以及宽带综合业务数字网(BISDN)的快速发展，人们对信息的需求更是呈现出爆炸性的 增长，几乎是每半年翻一番。 在这样的背景下，信息高速公 路建设已成为世界性热潮。而作为信息高速公路的核心和支 柱的光纤通信技术更是成为重中之重。目前，很多国家和地 区不遗余力地斥巨资发展光纤通信技术及其产业，光纤通信 事业得到了空前发展。 由于信息的生产、传播、交换以及应用对国民经济和国家安 全有决定性的影响，所以，与其它行业相比，光纤通信更具 有特殊意义。 下一页 返回
1.1光纤通信的发展 。光纤通信起始于人类对光通信的认识。 。自古以来，人类对大自然，尤其是光有特殊的敏感，光更是 成为人类早期的信息传递渠道之一，如古代的烽火台，就是 一种原始的信息传递工具，这种创造其实是一种自然的直觉。 。所谓光通信就是利用光波来传递信息，实现通信的方式。今 天我们认为光通信是指容量大、传输距离远的光传递方式， 象指挥交通的红绿灯就是一种最普遍、也是最普通的光通信。 很显然光通信是利用光在空气中能够直线传播的特点，进行 大气传输的，它不需任何线路，而且简单、经济。 。光在空气中传输，虽然有经济、简单的特点，但却存在显而 易见的问题： 上一页下一页返回
1.1 光纤通信的发展 光纤通信起始于人类对光通信的认识。 自古以来，人类对大自然，尤其是光有特殊的敏感，光更是 成为人类早期的信息传递渠道之一，如古代的烽火台，就是 一种原始的信息传递工具，这种创造其实是一种自然的直觉。 所谓光通信就是利用光波来传递信息，实现通信的方式。今 天我们认为光通信是指容量大、传输距离远的光传递方式， 象指挥交通的红绿灯就是一种最普遍、也是最普通的光通信。 很显然光通信是利用光在空气中能够直线传播的特点，进行 大气传输的，它不需任何线路，而且简单、经济。 光在空气中传输，虽然有经济、简单的特点，但却存在显而 易见的问题： 上一页 下一页 返回
1.1光纤通信的发展 。(1)光通信在大气中进行时，对天气情况十分敏感。 。(2)大气的特性决定了它的密度或折射率不均匀，以及大气 湍流的影响，使光线发生漂移和抖动，致使通信的信噪比变 劣、衰减增大、传输不稳定、传输距离也变短。 。(3)要求大气传输设备设在高处，收发两地直线可见。这种 要求必然使光通信的应用范围受到限制。 0与光通信相比，电通信的成熟运用要早的多。从二十世纪30 年代开始，无线电载波通信获得迅速的发展，如电缆通 信.微波中继、直至后来的卫星通信等，电通信系统遍及世 界的各个角落。其频域涉及低频到高频的几乎所有频段，由 于复用技术的发展，电通信的容量得到了尽可能的利用。 上一页下一页 返回
1.1 光纤通信的发展 (1) 光通信在大气中进行时，对天气情况十分敏感。 (2) 大气的特性决定了它的密度或折射率不均匀，以及大气 湍流的影响，使光线发生漂移和抖动，致使通信的信噪比变 劣、衰减增大、传输不稳定、传输距离也变短。 (3) 要求大气传输设备设在高处，收发两地直线可见。这种 要求必然使光通信的应用范围受到限制。 与光通信相比，电通信的成熟运用要早的多。从二十世纪30 年代开始，无线电载波通信获得迅速的发展，如电缆通 信．微波中继、直至后来的卫星通信等，电通信系统遍及世 界的各个角落。其频域涉及低频到高频的几乎所有频段，由 于复用技术的发展，电通信的容量得到了尽可能的利用。 上一页 下一页 返回
1.1光纤通信的发展 。然而电通信的固有缺点，如信道容量受限、投资大、设备复 杂等，使得人们期待着新的通信方式的出现。 01960年梅曼(T.H.Maiman)发明了红宝石激光器，产 生了单色相干光，使高速的光调制成为可能。他的发明，重 新点燃了人们利用光进行通信的希望。美国林肯实验室率先 利用氨氖激光器通过大气传输了一路彩色电视。随后，越来 越多的研究者投入到光通信的试验中。 0 光载波具有极高的频率，高达1014Hz以上，而一般无线电 载波的频率最高只有106~108Hz,可见光作载波进行通信， 其容量是微波通信方式的万倍以上，具有极大的吸引力。这 就不难理解为什么科学家们在不断探索光通信的原因。 上一页下一页返回
1.1 光纤通信的发展 然而电通信的固有缺点，如信道容量受限、投资大、设备复 杂等，使得人们期待着新的通信方式的出现。 1960 年梅曼（T.H.Maiman）发明了红宝石激光器，产 生了单色相干光，使高速的光调制成为可能。他的发明，重 新点燃了人们利用光进行通信的希望。美国林肯实验室率先 利用氦氖激光器通过大气传输了一路彩色电视。随后，越来 越多的研究者投入到光通信的试验中。 光载波具有极高的频率，高达1014Hz以上，而一般无线电 载波的频率最高只有106～108Hz，可见光作载波进行通信， 其容量是微波通信方式的万倍以上，具有极大的吸引力。这 就不难理解为什么科学家们在不断探索光通信的原因。 上一页 下一页 返回
1.1光纤通信的发展 0 科学家们发现，要使光通信取得电通信那样的辉煌， 仅仅有 红宝石激光器那君 中的球些缺欠， 的光源还不够：还必须克服在大 气传输 即寻我谷适的光信道。为此，宥人试验了 种透镜光波导， 即利用二个很长的管子，管道内置一定数量 故此无法实用。此外， 们还试验过光圈波阜 气体透镜波 ，但终因衰 直至1966年， 英藉华人科学家高银博士(CK.Kao) 在 PIEE杂志上发表] 分著名的文章《用于光频的光纤 表面波导》 导纤维（即光纤） 的可行 述了利用毁璃制作通信光专 即使光纤这种玻璃丝 实现通信。 据介质波 学理论， 从理论上分 传输提东现光通信的可能性 析 证明 用光纤作为 ·了通信用光纤的波 导结（即阶跃光纤） 上一页下一页返回
1.1 光纤通信的发展 科学家们发现，要使光通信取得电通信那样的辉煌，仅仅有 了红宝石激光器那样的光源还不够，还必须克服在大气传输 中的那些缺欠，即寻找合适的光信道。为此，有人试验了一 种透镜光波导，即利用一个很长的管子，管道内置一定数量 的透镜，以便诱导光的转折，使光在管子内传输，但这种方 法安装复杂，机械精度要求极高，对环境要求也极为苛刻， 故此无法实用。此外，人们还试验过光圈波导、气体透镜波 导等，想用它们作为传送光波的媒体以实现通信，但终因衰 减过大或者造价昂贵而无法实用化。 直至1966年，英藉华人科学家高锟博士（C.K.Kao）在 PIEE 杂志上发表了一篇十分著名的文章《用于光频的光纤 表面波导》，阐述了利用玻璃制作通信光导纤维（即光纤） 的可行性，即使用光纤这种玻璃丝引导光波转弯，实现通信。 该文根据介质波导理论，从理论上分析、证明了用光纤作为 传输媒体以实现光通信的可能性，并设计了通信用光纤的波 导结（即阶跃光纤）。 上一页 下一页 返回
1.1光纤通信的发展 0 更重要的是科学地预言了制造通信用、超低耗光纤的可能性， 即通过加强原材料提纯，再糁入适当的参杂剂，可以把光纤 的衰耗系数降低到20dB/km以下。而当时世界上只能制造 用于工业、医学方面的光纤，其衰耗在1000dB/km以上。 衰耗为1000dB/km是什么概念呢？每公里10分贝损耗就 是输入的信号传送1公里后只剩下了十分之一，20分贝就表 示只剩下百分之一，30分贝是指只剩千分之 ...1000分 贝的含意就是只剩下亿百分之一，这是无论如何也不可能用 于通信的。在当时，对于制造衰耗在20dB/km以下的光 纤，被认为是可望不可及的。以后的事实发展雄辩地证明了 高锟博士文章的理论性和科学大胆予言的正确性，所以该文 被誉为光纤通信的里程碑。高锟博士的发明也为光通信带来 了光明的前景。 上一页下一页 返回
1.1 光纤通信的发展 更重要的是科学地预言了制造通信用、超低耗光纤的可能性， 即通过加强原材料提纯，再掺入适当的掺杂剂，可以把光纤 的衰耗系数降低到20dB/km以下。而当时世界上只能制造 用于工业、医学方面的光纤，其衰耗在1000dB/km以上。 衰耗为1000dB/km是什么概念呢？每公里10分贝损耗就 是输入的信号传送1公里后只剩下了十分之一，20分贝就表 示只剩下百分之一，30分贝是指只剩千分之一……1000分 贝的含意就是只剩下亿百分之一，这是无论如何也不可能用 于通信的。在当时，对于制造衰耗在20dB/km 以下的光 纤，被认为是可望不可及的。以后的事实发展雄辩地证明了 高锟博士文章的理论性和科学大胆予言的正确性，所以该文 被誉为光纤通信的里程碑。高锟博士的发明也为光通信带来 了光明的前景。 上一页 下一页 返回
1.1光纤通信的发展 0 1970年，美国康宁公司首先研制出损耗为20dB/km光纤， 证实了高锟理论的可行性。 0 1976年，光纤损耗降至0.47dB/km。 o1980年，光纤损耗降至0.2dB/km。80年代初期，由于 制造工艺的进步，研制出单模光纤。80年代中期，具有较高 技术指标的零色散位移单模光纤研制成功，使超大容量、长 距离的光纤通信成为可能。其中利用介质全反射原理导光的 石英光纤被广泛采用，石英光纤衰减小，性能高，强度大， 见图1-1。 0 与此同时，作为光源的激光器发展也很快。1977年，贝尔 研究所和日本电报电话公司几乎同时研制成功寿命达100万 小时（实用中10年左右）的半导体激光器，从而有了真正实 用的激光器。 上一页下一页返回
1.1 光纤通信的发展 1970年，美国康宁公司首先研制出损耗为20dB/km光纤， 证实了高锟理论的可行性。 1976年，光纤损耗降至0.47dB/km。 1980年，光纤损耗降至0.2dB/km。80年代初期，由于 制造工艺的进步，研制出单模光纤。80年代中期，具有较高 技术指标的零色散位移单模光纤研制成功，使超大容量、长 距离的光纤通信成为可能。其中利用介质全反射原理导光的 石英光纤被广泛采用，石英光纤衰减小，性能高，强度大， 见图1-1。 与此同时，作为光源的激光器发展也很快。1977年，贝尔 研究所和日本电报电话公司几乎同时研制成功寿命达100万 小时（实用中10年左右）的半导体激光器，从而有了真正实 用的激光器。 上一页 下一页 返回
1.1光纤通信的发展 。激光器和低损耗光纤这两项关键技术的重大突破，使光纤通 信开始从理想变成可能，1977年，世界上第一条光纤通信 系统在美国芝加哥市投入商用，速率为45Mb/s 。进入实用阶段以后，光纤通信的发展极为迅速，光纤通信系 统已经多次更新换代。70年代的光纤通信系统主要应用多模 光纤，应用光纤的短波长(850nm,1nm=10-9m)波 段。80年代以后逐渐改用长波长（1310nm)，光纤逐渐 采用单模光纤，到90年代初，通信容量扩大了50倍，达到 2.5Gb/s。进入90年代以后，传输波长又从1310nm转 向更长的1550nm波长，并且开始使用光纤放大器、波分 复用(WDM)技术等新技术。通信容量和中继距离继续成 倍增长。广泛地应用于市内电话中继和长途通信干线，成为 通信线路的骨干。 上一页 返回
1.1 光纤通信的发展 激光器和低损耗光纤这两项关键技术的重大突破，使光纤通 信开始从理想变成可能，1977年，世界上第一条光纤通信 系统在美国芝加哥市投入商用，速率为45Mb／s 进入实用阶段以后，光纤通信的发展极为迅速，光纤通信系 统已经多次更新换代。70年代的光纤通信系统主要应用多模 光纤，应用光纤的短波长（850nm，1nm=10-9m）波 段。80年代以后逐渐改用长波长（1310nm），光纤逐渐 采用单模光纤，到90年代初，通信容量扩大了50倍，达到 2.5Gb／s。进入90年代以后，传输波长又从1310nm转 向更长的1550nm波长，并且开始使用光纤放大器、波分 复用（WDM）技术等新技术。通信容量和中继距离继续成 倍增长。广泛地应用于市内电话中继和长途通信干线，成为 通信线路的骨干。 上一页 返回
1.2光纤通信系统简介 0 光纤通信就是指利用光纤作为传输介质，实现光信号传输的 通信方式。一个基本的光纤通信系统模型如图1-2所示，它 是由电端机、光端机（光发射机、光接收机）、光纤等部件 组成的。 。其中，电端机的作用是对来自信源的信号进行处理，例如模 数转换、多路复用等处理；，光端机的发送端内有光源（如激 光器(LD)),其作用是将电信号变成光信号，光端机的接 收端内有光检测器（如光电二极管(PD))，将来自光纤的 光信号还原成电信号，经放大、整形、再生后，输入到电端 机的接收端；对于长距离的光纤通信系统，还需要有中继器， 其作用是把经过长距离光纤的衰减和畸变后的微弱光信号， 放大、整形、再生成一定强度的光信号，继续送向前方，以 保证良好的通信质量；光纤的作用则是用来作为光信号传输 的介质。 下一页 返回
1.2 光纤通信系统简介 光纤通信就是指利用光纤作为传输介质，实现光信号传输的 通信方式。一个基本的光纤通信系统模型如图1-2所示，它 是由电端机、光端机（光发射机、光接收机）、光纤等部件 组成的。 其中，电端机的作用是对来自信源的信号进行处理，例如模 数转换、多路复用等处理；光端机的发送端内有光源（如激 光器（LD）），其作用是将电信号变成光信号，光端机的接 收端内有光检测器（如光电二极管（PD）），将来自光纤的 光信号还原成电信号，经放大、整形、再生后，输入到电端 机的接收端；对于长距离的光纤通信系统，还需要有中继器， 其作用是把经过长距离光纤的衰减和畸变后的微弱光信号， 放大、整形、再生成一定强度的光信号，继续送向前方，以 保证良好的通信质量；光纤的作用则是用来作为光信号传输 的介质。 下一页 返回