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第一章概论•1.1光纤通信发展的历史和现状•1.2光纤通信的优点和应用•1.3光纤通信系统的组成和分类1.1光纤通信发展的历史和现状1.1.1探索时期的光通信•中国古代用“烽火台”报警，欧洲人用旗语传送信息，这些都可以看作是原始形式的光通信。望远镜的出现，又极大地延长了这种目视光通信的距离。•1880年，贝尔发明了第一个光电话，这一伟大的发明，可以说是现代光通信的开端。图1.1贝尔电话系统•贝尔光电话和烽火报警一样，都是利用大气作为光通道，光波传播易受气候的影响，在大雾天气，它的可见度距离很短，遇到下雨下雪天也有影响。•在这个时期，美国麻省理工学院利用气体激光器进行大气光通信实验。实验证明用承载信息的光波通过大气的传播实现点对点的通信是可行的。但同时也发现了一些大气光通信稳定性、可靠性方面的问题。•在这之后对于远距离光通信的研究就从两个方面展开：一个是足够强度的光源，另一个就是合适的传输介质。•光源方面：•1970年，美国贝尔实验室、日本电气公司和苏联先后研制成功室温下连续工作的镓铝砷双异质结半导体激光器。•1973年，半导体激光器寿命达到7000小时。•1977年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到10万小时，外推寿命达到100万小时。•1976年，日本电报电话公司研制成功1.3μm的铟镓砷磷激光器。•1979年，美国电报电话公司和日本电报电话公司研制成功1.55μm的连续振荡半导体激光器。•在大气光通信受阻之后，人们将研究的重点转入到地下光波通信的实验，先后出现过反射波导和透镜波导等地下通信的实验，如图1.2所示。图1.2反射波导和透镜波导•1966年，英籍华人高锟和霍克哈姆发表了关于传输介质新概念的文章，指出了利用光纤进行信息传输的可能性和技术途径。他们深入研究了光在石英玻璃纤维中的严重损耗问题，发现这种光损耗的主要原因是其中含有过量的铬、铜、铁与锰等金属离子和其他杂质，其次是拉制光纤时工艺技术造成了芯、包层分界面不均匀。因此有可能通过原料的提纯和制造工艺的改进来缩小损耗。•1970年美国的康宁公司拉出了第一根损耗为20dB/km的光纤。•1972年，康宁公司的光纤损耗降低到4dB/km。•1973年，美国贝尔实验室光纤损耗为2.5dB/km.•1976年，日本电话电报公司将光纤损耗降低到0.47dB/km（波长1.2μm）。•1979年，日本电话电报公司1.55μm的光纤损耗为0.2dB/km，1984年是0.157dB/km，1986年是0.154dB/km。1.1.2光纤通信从1966年开始，光纤通信经历了四个重要阶段：•第一阶段：从基础研究到商业应用的开发时期。短波长(0.85μm)低速率的多模光纤通信系统，无中继通信距离为10km左右。•第二阶段：以提高传输速率和增加传输距离为目标的大力发展时期。长波长1.31μm的激光器，单模光纤，无中继通信距离为50-100km左右。•第三阶段：全面深入开展新技术研究时期。长波长1.55μm的激光器，单模光纤，无中继通信距离可达100-150km。•第四阶段：实现了超大容量的WDM光纤通信系统及基于WDM和波长选路的光网络，正在研究超长距离的光孤子通信系统。1.1.3国内外光纤通信发展的现状•光纤价格不断下降，应用范围不断扩大•在许多发达国家生产光纤通信产品的行业已经在国民经济中占重要地位，•据工信部日前发布的统计公报显示，2012年，我国光缆线路长度净增267万公里，达到1481万公里，接近1500万公里。1.1.4光纤通信的发展趋势•光纤通信的发展以大容量、远距离传输为目的，以实现五个转变为手段，即：从短波长系统向长波长系统转变，从多模光纤向单模光纤转变，从低速系统向高速系统转变，从准同步数字系列向同步数字系列转变，从点对点传输向光纤到户网络系统转变。1.2光纤通信的优点和应用1.2.1光纤通信的优点1.容许频带宽，传输容量大光纤通信是以光纤为传输媒介，光波为载波的通信系统，其载波——光波具有很高的频率(约1014Hz)，因此光纤具有很大的通信容量。2.损耗低、中继距离长且误码率很小目前，实用的光纤通信系统使用的光纤多为石英光纤，此类光纤在1.55μm波长区的损耗可低到0.18dB/km，比已知的其他通信线路的损耗都低得多，因此，由其组成的光纤通信系统的中继距离也较其它介质构成的系统长得多。3.抗电磁干扰性能好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。而无金属光缆非常适合架设在这些场合。同时光缆不受普通高、低频电磁场的干扰和闪电雷击的破坏。4.泄露小、保密性能好对通信系统的重要要求之一是保密性好。随着科学技术的发展，电通信方式很容易被人窃听：只要在明线或电缆附近(甚至几公里以外)设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，更不用去说无线通信方式。5.体积小，重量轻6.节约金属材料，有利于资源合理利用1.2.2光纤通信的缺点•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。•1.抗拉强度低•2.光纤连接困难•3.光纤怕水1.2.3光纤通信的应用•通信网•计算机局域网和广域网•有线电视网的干线和分配网•综合业务光纤接入网，分为有源接入网和无源接入网。1.3光纤通信系统的组成和分类1.3.1光纤通信系统的组成•光纤通信系统是以光纤为传输媒介，光波为载波的通信系统。主要由光发射机、光纤线路和光接收机组成。•光发射机的作用是将电信号转换为光信号，并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤线路。光发送机一般由光源、驱动器和调制器构成。1.3.1光纤通信系统的组成•光接收机的作用是把光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号，并由电接收机放大处理后恢复成基带信号。它一般由光电检测器、放大器和相关电路组成。1.3.1光纤通信系统的组成•光纤线路的功能是把来自光发射机的光信号以尽可能小的畸变和失真传输到光接收机。光纤线路由光纤光缆和中继器构成。光纤光缆的作用是为光信号的传送提供传送媒介。中继器分为电中继器和光中继器(光放大器)两种，其主要作用就是延长光信号的传输距离。1.3.2光纤通信系统的分类根据调制信号的类型，光纤通信系统可以分为模拟光纤通信系统和数字光纤通信系统。根据光源的调制方式，光纤通信系统可以分为直接调制光纤通信系统和间接调制光纤通信系统。根据光纤的传导模数量，光纤通信系统可以分为多模光纤通信系统和单模光纤通信系统。根据系统的工作波长，光纤通信系统可分为短波长光纤通信系统、长波长光纤通信系统和超长波长光纤通信系统。习题•光纤通信系统有哪些优点？•光纤通信系统由哪几部分组成？简述各部分作用。•光纤通信发展的五个手段是什么？•光纤通信系统先后经历了哪几个阶段？•假设数字通信系统能够在高达1%的载波频率的比特率下工作，试问在5GHz的微波载波和1.55μm的光载波上能传输多少64kb/s的话路？