光纤通信原理第一章概述解析课件.ppt

1、到了到了1880年，贝尔发明了第一个光电年，贝尔发明了第一个光电话，这一大胆的尝试，可以说是现代光通话，这一大胆的尝试，可以说是现代光通信的开端。信的开端。在这里，将弧光灯的恒定光束投射在在这里，将弧光灯的恒定光束投射在话筒的音膜上，随声音的振动而得到强弱话筒的音膜上，随声音的振动而得到强弱变化的反射光束，这个过程就是调制。变化的反射光束，这个过程就是调制。图图1.1 贝尔电话系统贝尔电话系统贝尔光电话和烽火报警一样，都是利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，影响，在大雾天气，它的可见度距

2、离很短，遇到下雨下雪天也有影响。遇到下雨下雪天也有影响。在大气光通信受阻之后，人们将研究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出现过反射波导和透镜波导等地下通信的实验，如图实验，如图1.2所示。所示。图图1.2 反射波导和透镜波导反射波导和透镜波导1966年，英籍华人高锟年，英籍华人高锟(K.C.Kao，当，当时工作于英国标准电信研究所时工作于英国标准电信研究所)博士深入研博士深入研究了光在石英玻璃纤维中的严重损耗问题，究了光在石英玻璃纤维中的严重损耗问题，发现这种玻璃纤维引起光损耗的主要原因

3、发现这种玻璃纤维引起光损耗的主要原因是其中含有过量的铬、铜、铁与锰等金属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、包层分界面不均匀及其所技术造成了芯、包层分界面不均匀及其所引起的折射率不均匀，他还发现一些玻璃引起的折射率不均匀，他还发现一些玻璃纤维在红外光区的损耗较小。纤维在红外光区的损耗较小。在高锟理论的指导下，在高锟理论的指导下，1970年美国的年美国的康宁公司拉出了第一根损耗为康宁公司拉出了第一根损耗为20dB/km的的光纤。光纤。1 9 7 7 年 美 国 在 芝 加 哥 进 行 了年 美 国 在 芝 加

4、哥 进 行 了44.736Mbit/s的现场实验，的现场实验，1978年，日本开年，日本开始了始了32.064Mbit/s和和97.728Mbit/s的光纤通的光纤通信实验；信实验；1979年，美国年，美国AT&T和日本和日本NTT均研制出了波长为均研制出了波长为1.35m的半导体激光器，的半导体激光器，日本也做出了超低损耗的光纤日本也做出了超低损耗的光纤(损耗为损耗为0.2dB/km，波长为，波长为1.55m)，同时进行了多，同时进行了多模光纤模光纤(同时允许多个方向的光线在其中传同时允许多个方向的光线在其中传送的光纤送的光纤)1.31m的长波长传输系统的现场的长波长传输系统的现场试验。试验

5、。到如今，光纤通信已经发展到以采用到如今，光纤通信已经发展到以采用光放大器光放大器(Optical Amplifier，OA)增加中增加中继距离和采用波分复用继距离和采用波分复用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)增加传输容增加传输容量为特征的第四代系统。量为特征的第四代系统。光纤通信是以光纤为传输媒介，光波为载光纤通信是以光纤为传输媒介，光波为载波的通信系统，其载波波的通信系统，其载波光波具有很高的光波具有很高的频率频率(约约1014Hz)，因此光纤具有很大的通信，因此光纤具有很大的通信容量。容量。目前，实用的光纤通信系统使用的光目前，实用的光纤通信系

6、统使用的光纤多为石英光纤，此类光纤在纤多为石英光纤，此类光纤在1.55m波长波长区的损耗可低到区的损耗可低到0.18dB/km，比已知的其，比已知的其他通信线路的损耗都低得多，因此，由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。介质构成的系统长得多。如果今后采用非石英光纤，并工作在如果今后采用非石英光纤，并工作在超长波长超长波长(2m)，光纤的理论损耗系数可，光纤的理论损耗系数可以下降到以下降到10-310-5dB/km，此时光纤通信，此时光纤通信的中继距离可达数千，甚至数万公里。的中继距离可达数千，甚至数

7、万公里。我们知道，电话线和电缆一般是不能我们知道，电话线和电缆一般是不能跟高压电线平行架设的，也不能在电气铁跟高压电线平行架设的，也不能在电气铁化路附近铺设。化路附近铺设。对通信系统的重要要求之一是保密性好。对通信系统的重要要求之一是保密性好。然而，随着科学技术的发展，电通信方式然而，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很容易被人窃听：只要在明线或电缆附近(甚至几公里以外甚至几公里以外)设置一个特别的接收装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。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。更不用去说无线通信方式。事物都是一分为二

8、的，光纤通信有许事物都是一分为二的，光纤通信有许多优点，因而发展很快，但光纤通信也有多优点，因而发展很快，但光纤通信也有以下缺点。以下缺点。光纤通信系统是以光纤为传输媒介，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。主要由光发送机、光波为载波的通信系统。主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。光纤光缆、中继器和光接收机组成。系统中光发送机的作用是将电信号转系统中光发送机的作用是将电信号转换为光信号，并将生成的光信号注入光纤。换为光信号，并将生成的光信号注入光纤。光发送机一般由驱动电路、光源和调制器光发送机一般由驱动电路、光源和调制器构成，如果是直接强度调制可以省去调制构成，如

9、果是直接强度调制可以省去调制器，这些将在后续章节中详细介绍。器，这些将在后续章节中详细介绍。光接收机的作用是将光纤送来的光信光接收机的作用是将光纤送来的光信号还原成原始的电信号。它一般由光电检号还原成原始的电信号。它一般由光电检测器和解调器组成，对于直接强度调制解测器和解调器组成，对于直接强度调制解调器可以省略。调器可以省略。光纤的作用是为光信号的传送提供传光纤的作用是为光信号的传送提供传送媒介送媒介(信道信道)，将光信号由一处送到另一，将光信号由一处送到另一处。处。中继器分为电中继器和光中继器中继器分为电中继器和光中继器(光放光放大器大器)两种，其主要作用就是延长光信号的两种，其主要作用就是

10、延长光信号的传输距离。传输距离。根据调制信号的类型，光纤通信系统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可以分为模拟光纤通信系统和数字光纤通信系统。信系统。根据光源的调制方式，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。制光纤通信系统。根据光纤的传导模数量，光纤通信系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统可以分为多模光纤通信系统和单模光纤通信系统。通信系统。根据系统的工作波长，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。通信系统和超长波长光纤通信系统。