1光纤通信-概述.

光纤通信OpticalFiberCommunication田春明微波与光通信技术研究所信息与通信工程系电子与信息工程学院办公室：西一楼C-365Tel:[phone]Email:[e-mail]’anJiaotongUniversity课程内容：光纤通信概述光纤和光无源器件光源及其光发射机光检测器与光接收机光通信线路光通信网络教材：李履信等《光纤通信系统》第二版机械工业出版社(1)(2，5)(3)(4)(8.7，8.2，7，10，11.1，11.2)(12.1，9，6)刘增基等《光纤通信》西安电子科技大学出版社王辉等《光纤通信》电子工业出版社Xi’anJiaotongUniversity1光纤通信发展史2光纤通信特点及应用3光纤通信系统第一章光纤通信概论Xi’anJiaotongUniversity什么是光纤通信：以光波作为载波，以光纤作为光传输介质的一种有线通信方式光纤：导光光学纤维光波：一种电磁波Xi’anJiaotongUniversity通信系统框图发送机接收机信道载波：短波微波毫米波光波信道：金属导线同轴电缆金属波导大气、光纤Xi’anJiaotongUniversity电磁波谱图10010210410610810101012101410161018102010221024无线电微波红外紫外线可见光X射线γ1041051061071081091010101110121013101410151016f(Hz)f(Hz)双绞线同轴电缆无线电(AM)无线电(FM)电视频道卫星通信地面微波通信光纤BandLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF射线Xi’anJiaotongUniversitym85.0m31.1m55.1Hz141053.3Hz141029.2Hz141094.1红外Xi’anJiaotongUniversityXi’anJiaotongUniversity理论上光纤通信可容纳：电话：7.5亿路电视：30万路Xi’anJiaotongUniversity1.1光纤通信发展史光通信自古就有：烽火、旗语、信号弹、红绿灯Xi’anJiaotongUniversityXi’anJiaotongUniversityXi’anJiaotongUniversity近代光通信：1880年Bell发明光电话，传输距离213m。Xi’anJiaotongUniversity存在两个方面的制约：一)信道：Bell的光电话利用大气作为传输介质，损耗非常大，同时自然界气象条件变化万千，对光信号的干扰很大。二)光源：Bell的光电话利用自然光作为载波，这种光的频率和相位杂乱无章，不能用于大容量的通信。近代光通信的发展就是上述两个方面的制约因素的解决过程。Xi’anJiaotongUniversity1960年，美国人梅曼发明红宝石激光器，获得激光。谱宽度窄，方向性极好，亮度极高，以及频率和相位较一致的良好特性。引起了新一轮的光通信研究热潮：激光大气通信地下光波导通信自由空间光通信Xi’anJiaotongUniversity1970年，光纤通信用光源取得了实质性的进展•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100万小时。•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。Xi’anJiaotongUniversity1966年7月，英籍华人高琨发表论文，认为只要设法降低玻璃纤维中的杂质，可使光纤损耗降为20dB/km，这是一篇划时代的论文。人们早就利用玻璃纤维（光纤）进行光通信了。利用光波导的原理，人们制造了内窥镜（胃镜），可以观测1m左右的距离。在60年代，最好的玻璃纤维的损耗在1000dB/km以上。10dB/km损耗就是输入的信号传送1公里后只剩下1/10；20dB/km：1/100；30dB/km：1/1000；1000dB/km：Xi’anJiaotongUniversity1970年，光纤研制取得了重大突破•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1.2m)。•在以后的10年中，波长为1.55m的光纤损耗：1979年是0.20dB/km，1984年是0.157dB/km，1986年是0.154dB/km，接近了光纤最低损耗的理论极限。Xi’anJiaotongUniversity1970年光纤研制取得了重大突破光源取得了实质性的进展1970年被成为光纤传输元年Xi’anJiaotongUniversity0.70.80.91.01.11.21.31.41.5波长l(m)光纤损耗的谱特性6543210.4第三窗口1.571.62第一窗口850nm1310nm1550nm0.2C波段1530~1565nm第二窗口光纤的谱线特性中有3个低损耗的传输窗口Xi’anJiaotongUniversity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。•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。Xi’anJiaotongUniversity海底光缆网Xi’anJiaotongUniversity第一代光纤通信系统1970’s后期－850nm、多模、几十兆比、十公里1980’s初期－1310nm、多模、一百多兆比，二、三十公里第二代光纤通信系统1980’s中期－单模、1310nm、几百兆比、几十公里第三代光纤通信系统1990‘s初期－1550nm、几百上千兆比、上百公里第四代光纤通信系统（色散影响为主）1990‘s中期－光放大器，WDM/FDM，几十GBit，上万公里。第五代光纤通信系统1990‘s后期－光孤子技术，利用非线性效应，抵消色散，光脉冲保形传输。到90年代，光纤的传输速率已达到每秒10G比特，相当于在一对头发丝1/10粗细的光纤可以通125万路电话。Xi’anJiaotongUniversity光纤的发展历程Xi’anJiaotongUniversity光纤通信系统发展Xi’anJiaotongUniversity我国光纤通信的开发历程1977年，第一根短波长(0.85mm)阶跃型石英光纤问世，长度为17m，衰减系数为300dB/km。1978年，研制出短波长多模梯度光纤，即G.651光纤。1979年，研制出多模长波长光纤，衰减为1dB/km。建成5.7km、8Mb/s光通信系统试验段。1980年，1300nm窗口衰减降至0.48dB/km，1550nm窗口衰减为0.29dB/km。Xi’anJiaotongUniversity1984年，武汉、天津34Mb/s市话中继光传输系统工程建成(多模)。1988年，全长245km的武汉－长沙市34Mb/s多模光缆通信系统工程通过邮电部鉴定验收。1989年，汉阳—汉南40Mb/s单模光传输系统工程通过邮电部鉴定验收。1991年，停止建设长途电缆通信系统，转为发展光通信。“八五”期间，建成了22条光缆干线，33000km。Xi’anJiaotongUniversity1993年，在掺铒光纤放大器的研究上取得突破性进展，小信号增益达25dB。上海——无锡65Mb/s单模光传输系统工程通过邮电部鉴定验收。1997年，研制出G.655非零色散位移光纤。成都—攀枝花22Mb/sSDH光传输工程通过邮电部鉴定验收。1998年，海口—三亚5Gb/s光传输系统工程通过邮电部鉴定验收，该工程全长322km，仅在万宁设一个中继站，海口—万宁的中继距离为172km。1999年，建成我国第一条高传输速率的国家一级干线（济南-青岛）8×2.5Gbit/sDWDM系统。Xi’anJiaotongUniversity1.2光纤通信的特点及应用1.2.1光纤通信的特点1、载波频率高，频带宽，传输容量大双绞线的工作频率300KHz；同轴电缆1GHz；微波的频率为10GHz；光纤传输的光频率为100－1000THz。从理论上讲，用光传输信息，通信容量比微波通信容量大一万倍！Xi’anJiaotongUniversity050100150200GbpsTwistedPairCo-axMultimodeSingle-modeSource:CorningIncorporatedXi’anJiaotongUniversity2、衰减小，最大无中继距离长同轴电缆通信系统：4～8km；微波系统：50km；1550nm光纤通信系统：~100km，采用EDFA和色散补偿技术~1000km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的规律增加，光纤通信的带内损耗不随频率变化。fXi’anJiaotongUniversity0102030405060708090100kilometersTwistedPairCo-axialMultimodeSingle-modeSource:CorningIncorporatedXi’anJiaotongUniversity3、资源丰富光纤的主要成分是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。4、防干扰性能好光纤不受强电干扰、电气化铁道干扰和雷电干扰，抗电磁脉冲能力也很强，保密性好。光纤间串话小，保密性好耐腐蚀、耐高压体积小、质量轻Xi’anJiaotongUniversity白玉微瑕光纤质地脆;机械强度低;需要比较好的切割及连接技术，分路、耦合比较麻烦。Xi’anJiaotongUniversity1.2.2光纤通信的应用光纤可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。光纤在通信网、广播电视网与计算机网，以及在其它数据传输系统中，都得到了广泛应用。光纤宽带干线传送网和接入网发展迅速，是当前研究开发应用的主要目标。①通信网②构成因特网的计算机局域网和广域网③有线电视网的干线和分配网④综合业务光纤接入网光纤通信的各种应用可概括如下：Xi’anJiaotongUniversityATMInternet骨干网DDN/FRPSTN/ISDNTV业务分配节点(COT)业务接入节点（RT）网管SNMP与电信网管中心相连Q3100/1000ME1/BRA/PRA155M622MSDH典型应用之一：宽带综合业务光纤接入系统拓扑结构Xi’anJiaotongUniversity典型应用之二：作为校园网的骨干传输网Xi’anJiaotongUniversity光纤通信的展望1、传输速率的高速化；2、用户网的光纤化；电信网的全光纤化光纤到户（FTTH）光纤到路边（FTTC）Xi’anJiaotongUniversityCopperFiber24kbps-1.5MbpsOldnetworks,