光纤通信(朱宗玖)第一章

光纤通信原理与应用主编朱宗玖副主编谭振建白志青第一章光纤通信概述1.1光纤通信的发展历史1.2光纤通信的组成与分类1.3光纤通信的主要特点和应用1.1光纤通信的发展历史早期的光通信—烽火通信人类利用光通信的历史也早在几千年前就已经出现在中国，最著名的是万里长城上的烽火台，城上每隔五里设一个报警烽火台，若发现来犯敌人，白天燃烟，夜间举火，告诉城内军民。光电话到了1880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变化的反射光束，这个过程就是调制。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。光纤通信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。1966年，英籍华人高锟(K.C.Kao，当时工作于英国标准电信研究所)博士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。在高锟理论的指导下，1970年美国的康宁公司拉出了第一根损耗为20dB/km的光纤。1977年美国在芝加哥进行了44.736Mbit/s的现场实验，1978年，日本开始了32.064Mbit/s和97.728Mbit/s的光纤通信实验；1979年，美国AT&T和日本NTT均研制出了波长为1.35μm的半导体激光器，日本也做出了超低损耗的光纤(损耗为0.2dB/km，波长为1.55μm)，同时进行了多模光纤(同时允许多个方向的光线在其中传送的光纤)1.31μm的长波长传输系统的现场试验。到如今，光纤通信已经发展到以采用光放大器(OpticalAmplifier，OA)增加中继距离和采用波分复用(WavelengthDivisionMultiplexing，WDM)增加传输容量为特征的第四代系统。1.2光纤通信系统的组成与分类1.2.1光纤通信的系统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、光中继器、光放大器、光接收机等组成，一般系统中还包括一些连接器、隔离器、波分复用器、耦合器等器件。如图1.1所示.图1.1通信系统的基本组成(单向传输)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。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调器可以省略。光纤的作用是为光信号的传送提供传送媒介(信道)，将光信号由一处送到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。1.2.2光纤通信的系统分类根据光纤传导模式的不同，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。1.3光纤通信的主要特点和应用1.2.1光纤通信的主要特点1.频带宽、信息容量大光纤的传输带宽很宽，若将低损耗及低色散区做到1.45~1.65微米范围，则相应的带宽可达几十THz。2.损耗低、目前，在光纤的低损耗窗口之一1.55微米波长处，商用光纤的损耗已经可以做到0.25dB/km，这是以往任何形式的传输线都无法达到的一个指标。损耗低，意味着无中继传输距离远。现在的强度调制、直接检测光纤通信系统的无中继传输距离可以达到几十到上百公里。3.体积小、重量轻、便于敷设通用裸光纤的外径为125μm，套过塑的光纤外径也小于1mm，加之光纤的材料为石英玻璃，比重轻于金属，成缆后的光缆重量轻。涂覆后的光纤具有很好的柔韧性，成缆后，各种结构的光缆可架空、埋地或置入管道。4.抗干扰性好、保密性强、使用安全光纤光缆的密封性好，载波为光波，不易受到各种低频电磁波的干扰，具有很强的抗电磁干扰能力。光波在光纤结构的纤芯中传播，不容易受到类似于电缆形式的搭接，因而保密性好。光纤材料是石英，具有耐高温、耐腐蚀的特点，可工作于各种恶劣的工作环境。5.材料资源丰富通信电缆的主要材料是稀有金属铜，其资源较为匮乏。光纤的主体材料是SiO2，材料资源极为丰富。1.2.2光纤通信的应用(1)在全球通信网和各国公用电信网中作为传输线(2)在计算机局域网和广域网中的应用(3)(4)综合业务光纤接入网