光纤通信技术

光纤通信技术信息系通信教研室刁少岚课程简介通信专业的一门非常重要的专业课程，全面地讲解了光纤通信技术方面的基本概念、原理及应用系统。基本内容：光纤通信的基本概念及其特点、光纤的导光原理及其特性分析、常用的光纤通信器件介绍、光纤通信系统概述、光同步网和波分复用技术介绍等，最后对各种实用的光网络技术进行了详细的介绍。教学目的通过本课程的学习使学生了解光纤通信技术方面的基本概念、原理及实用系统，为实践中应用光纤通信技术实现计算机网络通信奠定理论和实践基础。课程简介学时：30课时先修课程：普通物理、电磁场、通信原理教材：顾生华，光纤通信技术，北京邮电大学出版社考试：期末闭卷考试（80%）+平时成绩（20%）第一章概论1.1光纤通信发展的历史和现状1.2光纤通信的特点和应用1.3光纤通信系用的基本组成1.4光纤通信的发展趋势1.1光纤通信发展的历史和现状什么是通信（communication）？“通”传送，“信”信息；信息的传送基本组成：发送、传输、接收通信从广义的角度来说，就是彼此之间传递信息。现代的通信一般是指电信（telecommunication）。IEEE（电气和电子工程师协会）对电信的定义是借助诸如电话系统、无线电系统或电视系统这样的设备，在相隔一定距离的条件下进行的信息交换。1.1光纤通信发展的历史和现状电通信（electricalcommunication）广义的电通信指的是一切运用电波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介质是什么。电通信又可分为有线电通信和无线电通信。光通信（opticalcommunication）广义的光通信指的是一切运用光波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介质是什么。光通信也可以分为利用大气进行通信的无线光通信和利用石英光纤或塑料光纤进行通信的有线光通信。1.1光纤通信发展的历史和现状人们通常把应用石英光纤的有线光通信简称为光纤通信（opticalfibercommunication）光通信光纤通信≠定义：利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信之目的。光纤通信器件的发展过程•雏形：古代烽火、手旗、灯光1880年贝尔的光电话激光器(发送源）光纤(传输介质)1960Maiman发明红宝石激光器1962半导体激光器诞生(GaAs870nm)70年代室温工作半导体激光器(GaAsAI850nm)1300、1550nm多模LD单模LD1951医用玻璃纤维(损耗1000dB/km)1966高锟理论预言1970康宁制出低损耗光纤(20dB/km)1300(0.5dB/km),1550nm(0.2dB/km)低损耗窗口光纤开发单模光纤1.1光纤通信发展的历史和现状由于光纤和半导体激光器的技术进步，使1970年成为光纤通信发展的一个重要里程碑。•光纤通信系统的发展历程光纤通信追求目标:大容量、长距离技术发展：短波长-长波长、多模光纤-单模光纤、多模激光器-单模激光器通信系统容量：比特率-距离积BL，B比特率，L中继距离每秒钟传输的比特数目。光纤通信技术的发展大体上可分为：工作波长光纤激光器比特率B中继距离L第一代70年代850nm多模多模10～100Mb/s10Km第二代80年代初1300nm多模单模多模100Mb/s1.7Gb/s20Km50Km第三代80年代中～90年代初1550nm单模单模2.5Gb/s～10Gb/s100Km光纤通信技术的发展大体上可分为:（续）工作波长光纤激光器比特率B中继距离L第四代90年代1550nm单模单模2.5Gb/s10Gb/s21000Km（环路）1500Km光放大系统第五代1550nm单模单模波分复用WDM单路速率:40,160,640Gb/s信道数:8,16,64,128,1022超长传输距离:27000Km(Loop)6380(Line)目前研究内容超大容量的WDM光纤通信系统；全光分组交换；光时分复用；超长距离的光孤子通信；新型的光器件光纤通信技术的三次飞跃(1)20世纪60年代。1962年第一只半导体激光器诞生，随后半导体光检测器也研究成功。特别是1966年英籍华人科学家高锟与Hockham提出用玻璃可以制成衰减为20dB/km的通信光导纤维，1970年美国康宁公司首先制出了20dB/km的光纤，这标志着光纤通信系统的实际研究条件得以具备。20世纪70年代。1970年发明了LD的双异质结构，使得光源与光检测器的寿命都达到了10万小时的实用化水平。1979年发现了光纤1310nm和1550nm新的低损耗窗口，紧接着单模光纤问世。光纤的衰减系数一下降到0.5dB/km。这使得光纤通信迈进了实用化阶段，从80年代初开始光纤通信便大步地迈向了市场。光纤通信技术的三次飞跃(2)20世纪90年代初。1989年掺铒光纤放大器EDFA的研制成功是光纤通信新一轮突破的开始。EDFA的应用不仅解决了光纤传输衰减的补偿问题，而且为一批光网络器件的应用创造了条件。使得光纤通信的数字传输速率迅速提高，促成了波分复用技术的实用化。光纤通信技术的三次飞跃(3)国内现状1963年开始光通信的研究1974年研究光纤通信“六五”、“七五”、“八五”铺设“八纵八横”光纤线路总长约七万公里传输码率：从140Mb/s~2.5Gb/s，10Gb/s，40Gb/s已开始研究。DFB（量子阱）激光器和EDFA研制成功，可供应用高速电子器件、波导器件尚有差距目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒质，光纤通信系统将成为未来国家信息基础设施的支柱。第一章概论1.1光纤通信发展的历史和现状1.2光纤通信的特点和应用1.3光纤通信系用的基本组成1.4光纤通信的发展趋势光纤通信的优点1.2.损耗很小，中继距离很长且误码率很小3.重量轻、体积小4.抗电磁干扰性能好5.泄漏小，保密性能好6.节约金属材料，有利于资源合理使用光纤通信与电缆或微波通信传输能力的比较通信手段0传输容量(话路)/条中继距离/km1000km内中继器个数微波无线电9605020小同轴9604250中同轴180061600光缆19203033光缆14000(1Gb/s)8411光缆6000(445MB/S)1347光纤通信是不是完美无缺？光纤通信除了上述优点外，也存在一些缺点。例如组件昂贵，光纤质地脆、机械强度低，连接比较困难，分路、耦合不方便，弯曲半径不宜太小等。这些缺点在技术上都是可以克服的，它不影响光纤通信的实用。光纤通信的应用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；工业电视系统；自动控制系统的数据传输。④综合业务光纤接入网第一章概论1.1光纤通信发展的历史和现状1.2光纤通信的特点和应用1.3光纤通信系用的基本组成1.4光纤通信的发展趋势1.3光纤通信系用的基本组成（单向传输）信息源电发射机光发射机光接收机电接收机信息宿基本光纤传输系统光纤线路接收发射电信号输入光信号输出光信号输入电信号输出下图示出单向传输的光纤通信系统，包括发射、接收和作为广义信道的基本光纤传输系统。光发射机光发射机的功能是把输入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。光发射机由光源、驱动器和调制器组成，光源是光发射机的核心。光纤线路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(失真)和衰减传输到光接收机。光纤线路由光纤、光纤接头和光纤连接器组成。光接收机光接收机的功能是把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的微弱光信号转换为电信号，并经放大和处理后恢复成发射前的电信号。光接收机由光检测器、放大器和相关电路组成。光接收机最重要的特性参数是灵敏度。灵敏度是衡量光接收机质量的综合指标，它反映接收机调整到最佳状态时，接收微弱光信号的能力。主要取决于组成光接收机的光电二极管和放大器的噪声，并受传输速率、光发射机的参数和光纤线路的色散的影响，还与系统要求的误码率或信噪比有密切关系。第一章概论1.1光纤通信发展的历史和现状1.2光纤通信的特点和应用1.3光纤通信系用的基本组成1.4光纤通信的发展趋势1.4光纤通信的发展趋势1波分复用技术2相干光通信3超长波长的光纤通信4光集成技术5光孤子通信6实现超大容量通信的近期趋势实现超大容量通信的近期趋势时分复用技术波分复用技术光时分复用技术光放大技术色散补偿技术补充：数字通信系统和模拟通信系统数字通信系统传输的信号是数字信号，是用参数取值离散的信号(如脉冲的有和无、电平的高和低等)代表信息，强调的是信号和信息之间的一一对应关系；模拟通信系统中传输的是模拟信号，模拟信号是指用参数取值连续的信号代表信息，强调的是变换过程中信号和信息之间的线性关系数字通信系统的优点①抗干扰能力强，传输质量好。②可以用再生中继，传输距离长。③适用各种业务的传输，灵活性大。④容易实现高强度的保密通信。⑤数字通信系统大量采用数字电路，易于集成，从而实现小型化、微型化，增强设备可靠性，有利于降低成本。模拟通信系统优点：占用带宽较窄、电路简单、价格便宜等目前电视信号传输：副载波复用(SCM)模拟光纤通信系统本章要求了解光纤通信的基本概念，优点和应用，发展的历史和现状掌握光纤通信系统的基本构成和个部分的主要作用思考题什么是光纤通信？光纤通信有哪些优点？光纤通信技术的三次飞跃分别是指什么？数字光纤通信系统的组成以及各部分作用？再见