光纤通信绪论

HuangYongqing1BeijingUniversityofPosts&Telecommunications光纤通信北京邮电大学光通信中心HuangYongqing2BeijingUniversityofPosts&Telecommunications电信工程学院光通信中心电信工程学院光通信中心电话：电话：6228400462284004－－8585实验室：教实验室：教33－－741741信箱：北京邮电大学信箱：北京邮电大学6666信箱信箱电子邮件：电子邮件：[e-mail]3BeijingUniversityofPosts&Telecommunications绪论光纤通信的定义：指以光作为信息的载体，以光纤（光导纤维）作为传输媒质来实现通信的方式。HuangYongqing4BeijingUniversityofPosts&Telecommunications•现代通信方式示意图用户环路交换设备电复接设备卫星通信微波通信光纤通信移动通信发送机接收机传输系统用户终端用户终端信息信息用户终端用户终端用户环路交换设备电复接设备信息信息HuangYongqing5BeijingUniversityofPosts&Telecommunications10110710210610310510410410510310610210710110810010910-1101010-2101110-3101210-4101310-5101410-61015ELFVFVLFLFMFHFVHFUHFSHFEHF频率，Hz电力、电话无线电、电视微波红外可见光双铰线同轴电缆光纤卫星/微波AM无线电FM无线电通信波段划分及相应传输媒介频段划分传输介质自由空间波长，mHuangYongqing6BeijingUniversityofPosts&Telecommunications一、光纤通信的形成历史贝尔的“光话”演示实验HuangYongqing7BeijingUniversityofPosts&Telecommunications1.1.十九世纪初十九世纪初没有发展到实用阶段：没有发展到实用阶段：A.A.没有可靠的、高强度的光源没有可靠的、高强度的光源B.B.没有稳定的低损耗的传输媒质没有稳定的低损耗的传输媒质HuangYongqing8BeijingUniversityofPosts&Telecommunications2.19702.1970年通信年通信历史历史上的两个重大突破：上的两个重大突破：A.A.双异质结半导体激光器，能够在室温下双异质结半导体激光器，能够在室温下连续工作，连续工作，B.B.低损耗的石英光纤，低损耗的石英光纤，αα=20dB/km=20dB/km。。HuangYongqing9BeijingUniversityofPosts&Telecommunications•1966年高锟博士的一篇重要论文••早期的半导体激光器为早期的半导体激光器为GaAlAsGaAlAs材料，工材料，工作波长为作波长为0.850.85μμmm，，恰与早期的光纤低损恰与早期的光纤低损耗窗口一致，加快了光纤通信发展的进耗窗口一致，加快了光纤通信发展的进程。程。HuangYongqing10BeijingUniversityofPosts&Telecommunications••雏形：古代烽火、手旗、灯光雏形：古代烽火、手旗、灯光18801880年年贝尔的光电话贝尔的光电话激光器（光源）激光器（光源）光纤光纤((传输介质传输介质))19601960MaimanMaiman发明红宝石激光器发明红宝石激光器19621962半导体激光器诞生半导体激光器诞生((GaAsGaAs870nm)870nm)7070年代室温工作年代室温工作LDLD((GaAsAIGaAsAI850nm)850nm)13001300、、15501550nmnm多模多模LDLD单模单模LDLD19511951医用玻璃纤维医用玻璃纤维((损耗损耗10001000dB/km)dB/km)19661966高锟高锟理论预言理论预言19701970康宁制出低损耗光纤康宁制出低损耗光纤(20(20dB/km)dB/km)1300(0.51300(0.5dB/km),1550nm(0.2dB/km)dB/km),1550nm(0.2dB/km)低损耗窗口光纤开发低损耗窗口光纤开发单模光纤单模光纤HuangYongqing11BeijingUniversityofPosts&Telecommunications二、光纤通信概述光纤通信系统的构成光纤通信系统的构成光发射端机电发射端机光接收端机电接收端机光纤LD/LEDPIN/APDHuangYongqing12BeijingUniversityofPosts&TelecommunicationsElectricalCommunicationOpticalCommunicationHuangYongqing13BeijingUniversityofPosts&TelecommunicationsEMUX电端机再生中继再生中继EDMUX电端机同轴电缆、微波……电复用电解复用(1)传统的电传输系统O/E/O光缆EMUX光发送再生中继再生中继EDMUX电复用电解复用光接收(2)光电混合型光纤传输系统光缆HuangYongqing14BeijingUniversityofPosts&Telecommunications光发射端机电发射端机光接收端机电接收端机光纤LD/LEDPIN/APD••电端机电端机••光端机光端机••光纤光纤••光源光源••光检测器光检测器HuangYongqing15BeijingUniversityofPosts&Telecommunications光纤••光纤：将光信号从光发射机无失真地传光纤：将光信号从光发射机无失真地传送到光接收机。送到光接收机。••基本特性参数：基本特性参数：––损耗损耗（（dB/kmdB/km）：）：直接影响通信距离。直接影响通信距离。––色散色散（（psps/nm.km/nm.km）：）：将引起光脉冲信号将引起光脉冲信号展宽和码间串扰，影响通信距离和容量。展宽和码间串扰，影响通信距离和容量。––为实现高速长距离传输，要求光纤具有低损为实现高速长距离传输，要求光纤具有低损耗和低色散特性。耗和低色散特性。HuangYongqing16BeijingUniversityofPosts&Telecommunications光纤的重要参数－－光纤的重要参数－－A.A.光纤的损耗光纤的损耗HuangYongqing17BeijingUniversityofPosts&TelecommunicationsHuangYongqing18BeijingUniversityofPosts&Telecommunications光纤的重要参数－－光纤的重要参数－－B.B.光纤的色散光纤的色散光纤中光波的不同频率成分和模式成分传输速度不同而使信号散开的现象———它使脉冲在光纤中传输时随着距离的增加而发生展宽。HuangYongqing19BeijingUniversityofPosts&Telecommunications光源••LDLD——半导体激光器半导体激光器••LEDLED——半导体发光二极管半导体发光二极管短波长：短波长：AlGaAsAlGaAs//GaAsGaAs长波长：长波长：InGaAsPInGaAsP//InPInPHuangYongqing20BeijingUniversityofPosts&Telecommunications光检测器••PINPIN——光电二极管光电二极管••APDAPD——雪崩光电二极管雪崩光电二极管短波长：短波长：SiSi长波长：长波长：GeInGaAsGeInGaAsHuangYongqing21BeijingUniversityofPosts&Telecommunications三、光纤通信发展概况三、光纤通信发展概况••第一代：七十年代后期进入商用。第一代：七十年代后期进入商用。λλ=0.85=0.85μμmmAlGaAsAlGaAs--LD/LEDLD/LEDSiSi--PIN/APDPIN/APD多模光纤多模光纤PCMPCM三次群信号三次群信号无中继距离为无中继距离为1010kmkm以内以内HuangYongqing22BeijingUniversityofPosts&Telecommunications••第二代：第二代：λλ=1.31=1.31μμmmInGaAsPInGaAsP--LDLDGeGe--PIN/APDPIN/APD多模光纤→单模光纤多模光纤→单模光纤采用采用PCMPCM四次群信号四次群信号无中继距离无中继距离5050kmkm左右左右HuangYongqing23BeijingUniversityofPosts&Telecommunications••第三代：第三代：λλ=1.55=1.55μμmmInGaAsPInGaAsP--LDLDGeGe--PIN/APDPIN/APD单模光纤单模光纤传输准同步数字体系（传输准同步数字体系（PDHPDH））的各次群信号，的各次群信号，无中继距离可达无中继距离可达100100kmkm或更长或更长HuangYongqing24BeijingUniversityofPosts&Telecommunications••第四代：第四代：WDMWDM——增加传输速率和传输容量增加传输速率和传输容量光纤放大器光纤放大器——增加中继距离增加中继距离2.52.5Gbit/sGbit/s传输传输45004500kmkm10Gbit/s10Gbit/s传输传输15001500kmkmHuangYongqing25BeijingUniversityofPosts&Telecommunications••第五代：第五代：DWDMDWDM全光通信全光通信时分复用光纤通信系统时分复用光纤通信系统超高速系统超高速系统光纤到户等光纤到户等…………HuangYongqing26BeijingUniversityofPosts&Telecommunications四、光纤通信的主要优点••频带宽，传输信息容量大频带宽，传输信息容量大••传输损耗低，传输距离长传输损耗低，传输距离长••尺寸小，重量轻，便于敷设和运输尺寸小，重量轻，便于敷设和运输••抗电磁干扰性能好，抗高温，耐腐蚀抗电磁干扰性能好，抗高温，耐腐蚀••光纤之间的串话小光纤之间的串话小••材料丰富材料丰富HuangYongqing27BeijingUniversityofPosts&Telecommunications五、光纤通信发展的趋势••工作波长向长波长发展工作波长向长波长发展0.850.85μμmm→→1.311.31μμmm→→1.551.55μμmm→→2.52.5μμmm••传输速率高速化传输速率高速化••应用领域越来越广泛应用领域越来越广泛••新技术和新器件层出不穷新技术和新器件层出不穷HuangYongqing28BeijingUniversityofPosts&Telecommunications超高速超高速大大容量容量长距离长距离网络化网络化一根光纤中可同时传输一百多信道信号，采用特殊技术甚至可以同时传输1022信道一根光纤中可同时传输一百一根光纤中可同时传输一百多信道信号，采用特殊技术多信道信号，采用特殊技术甚至可以同时传输甚至可以同时传输10221022信道信道单信道速率不断提升，已达到10、20、40Gb/s采用OTDM技术甚至可达640Gb/s单信道速率不断提升，单信道速率不断提升，已达到已达到1010、、2020、、4040Gb/sGb/s采用采用OTDMOTDM技术甚至技术甚至可达可达640640Gb/sGb/s各种通信技术的快速发展使上千甚至上万公里的长距离传输成为可能各种通信技术的快速各种通信技术的快