第1 光纤通信系统1

1光纤通信本课程教学计划32学时所选教材光纤通信(第五版)电子工业出版社王江平译2光纤通信课程特点•内容多•涉及知识多教学方法•以概念为主3教材内容简介本书是美国亚利桑那大学palais教授撰写的一本享有盛誉的著作，全面讲述光纤通信用到的主要器件，光纤传输原理，光信号的产生和接收，光纤通信系统的设计以及光纤通信网络。内容主要涉及光纤通信系统的构成、光学和波动学的简单回顾、光学技术的基础知识、光纤和光缆、光源和光检测器、无源器件、光源的调制技术、光信号的检测和噪声对光通信的影响，以及系统设计中涉及的主要问题。本书对光纤通信基础知识的讲授全面、系统而又深入浅出，同时也非常注重近年来光纤通信中出现的最新技术。4光纤通信第1章光纤通信系统5第1章光纤通信系统1.1历史回顾1.2基本通信系统1.3光的属性1.4光纤的优点1.5光纤通信的应用1.6总结和讨论6第1章光纤通信系统1探索时期的光通信•原始形式的光通信：中国古代用“烽火台报警”7第1章光纤通信系统欧洲人用旗语传送信息.旗语产生于西方的大航海时代，舰船之间通过旗语来进行联络；直到现在，各种信号旗仍然在船舶上悬挂。现在在F1的赛车场也使用到了旗语，可以说它也是一种目视光通信的手段。8当出现花色方格旗的时候，表示比赛或者练习赛结束了。绿旗表示前方存在的障碍已经得到清除，车手可以重新加速以比赛速度前进，而且可以超车。红旗表示比赛或者试车因故提前结束。白旗表示前方赛道上有慢速行驶的车辆。红旗表示比赛或者试车因故提前结束。…9第1章光纤通信系统不论是烽火台,还是交通红绿灯、旗语，它们都是光通信的不同形式，但是它们有一个共同点，就是利用大气来传播可见光，由人眼来接收。也正因为如此，我们才会对它们如此地熟悉，可是这些却不是真正的意义上的光通信，更不是强大的光通信，真正强大的光通信应该是光纤通信。10第1章光纤通信系统光通信指的是一切运用光作为载体而传送信息的所有通信方式的总称，而不管传输所使用的媒质是什么；光通信的三要素：光源；传输介质；光检测；大气光通信优点：有一定的容量,传输距离；方便灵活缺点：大气干扰；距离带宽有限；通信两点必须直线可见光纤通信则是单纯地依靠光纤作为媒质来传送信息的通信方式。11第1章光纤通信系统1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载波传送话音的“光电话”。贝尔光电话是现代光通信的雏型。1960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红宝石激光器，给光通信带来了新的希望。激光器的发明和应用，使沉睡了80年的光通信进入一个崭新的阶段。在这个时期，美国麻省理工学院利用He-Ne激光器和CO2激光器进行了大气激光通信试验。由于没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质，对光通信的研究曾一度走入了低潮理想光传输介质的寻找透明度很高的石英玻璃丝叫做光学纤维简称“光纤”衰减损耗很大20世纪60年代1000dB/Km用玻璃纤维通信希望渺茫??12131966年7月，高锟就光纤传输的前景发表了具有重大历史意义的论文，论文分析了玻璃纤维损耗大的主要原因。大胆地预言，只要能设法降低玻璃纤维的杂质，就有可能使光纤的损耗从每公里1000分贝降低到20分贝／公里，从而有可能用于通信。14第1章光纤通信系统世界上第一根低损耗的石英光纤:1970年，美国康宁玻璃公司传输损耗20dB/Km标志着光纤用于通信有了现实的可能性重大突破15第1章光纤通信系统1970年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，这立即引起了各国电信科技人员的重视，他们竞相进行研究和实验。1974年美国贝尔研究所发明了低损耗光纤制作法――CVD法（化学汽相沉积法），使光纤损耗降低到1分贝／公里；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。16第1章光纤通信系统1976年和1978年，日本先后进行了速率为34Mb/s的阶跃多模光纤通信系统和速率为100Mb/s的渐变型多模光纤通信系统的试验1980年，美国标准化FT-3光纤通信系统投入商业应用1983年，敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线1988年，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1989年，第一条横跨太平洋TPC-3/HAW-4海底光缆通信系统建成1.2基本通信系统所谓通信，从广义上讲就是信息从发信者传输到收信者的过程。消息是用以载荷信息的有次序的序列或连续的时间函数。前者称为离散信息，后者称为连续信息。通信系统中传输的具体对象是消息，这种传输利用通信系统来实现。完成通信过程的全部设备和传输媒质，称为通信系统.17基本通信系统181.2基本通信系统19信息通过信道由发送机传到接收机信道可以分为两类非导引信道(大气)被导引信道(双导线传输线,同轴电缆)20第1章光纤通信系统21第1章光纤通信系统信源可以有多物理形式最常见的是一个将非电信号转换为电信号的变换器22调制器两个主要功能将电信号转换为适合传输的形态;将这种信号加载到由载波源产生的载波上2324第1章光纤通信系统模拟调制模拟信号时连续信号,与源信号的形态非常类似.假设要发送一个单音频的声波,麦克风产生电流波形与声波本身的波形完全相同.在这种情况下,调制器不需要改变信号的形式.但是,需要适当的放大这个信号,使其有足够的幅度以便驱动载波源.数字调制25图1.5数字调制电流数字信号只有”开”和”关”两种状态.载波源载波源产生携带信息并一起传播的波,我们将其称为载波.光纤通信中产生载波的器件半导体发光二极管（LED）半导体激光二极管（或称激光器）（LD）光震荡器2627光载波的模拟和数字调制28第1章光纤通信系统信道耦合器其功能是将功率送进信道.在光纤通信系统中,耦合器需要有效的将来自光源的已调制光束传给光纤29第1章光纤通信系统信道信道是指发送机和接收机之间的传输路径适宜的信道特征包括低衰减和一个较大的光接收锥角3031第1章光纤通信系统32第1章光纤通信系统检测器从信道接收的信息必须从其载波上分离出来.在光纤通信系统,光检测器将光波转换成电流.检测器输出的电流包含了信息.3334模拟系统中各个点上信号之间的关系检测器对光检测器的要求？尺寸小、响应度高、噪声低、高可靠性、高性价比和响应速度快。35信号处理器信宿不在本书的讨论范围36