光纖通信技術(shù)-第01章

1、軟件學(xué)院 王世普1/23光纖通信技術(shù)與光網(wǎng)絡(luò)光纖通信技術(shù)與光網(wǎng)絡(luò)軟件學(xué)院 王世普2/23l教 材：光纖通信技術(shù)，孫學(xué)康著，人民郵電出版社l參考書：光纖通信工程與工程管理 ，尹樹華 著，人民郵電出版社l參考書：現(xiàn)代光纖通信與網(wǎng)絡(luò)教程，張寶富，人民郵電出版社軟件學(xué)院 王世普3/23n考核辦法：期中和期末考試為閉卷考試，成績計(jì)算方法為：平時成績占10%，期中考試占20%，期末成績占70% n教師信息：王世普 教授 電話郵件： 辦公室：軟件學(xué)院大樓1315軟件學(xué)院 王世普4/23第一章第一章 概概 述述1.1 光纖通信的基本概念光纖通信的基本概念1.2 光纖通信的優(yōu)越性光纖通

2、信的優(yōu)越性1.3 光纖通信系統(tǒng)的基本組成光纖通信系統(tǒng)的基本組成1.4 光纖通信的發(fā)展趨勢光纖通信的發(fā)展趨勢軟件學(xué)院 王世普5/231.1 1.1 光纖通信的基本概念光纖通信的基本概念l利用光導(dǎo)纖維傳輸光波信號的通信方式稱為光利用光導(dǎo)纖維傳輸光波信號的通信方式稱為光纖通信纖通信l光纖材料：主要是光纖材料：主要是SiO2 (二氧化硅，石英）二氧化硅，石英）l部分電磁波頻率劃分部分電磁波頻率劃分軟件學(xué)院 王世普6/231.1 1.1 光纖通信的基本概念光纖通信的基本概念軟件學(xué)院 王世普7/231.1 1.1 光纖通信的基本概念光纖通信的基本概念l目前光纖通信的實(shí)用工作波長在近紅外區(qū)，即0.81.8m

3、的波長區(qū)（對應(yīng)的頻率為375THz167THz） l三個低損耗窗口：0.85m（850nm） 1.31m（1310nm) 1.55m（1550nm）軟件學(xué)院 王世普8/231.1 1.1 光纖通信的基本概念光纖通信的基本概念l 光通信的發(fā)展光通信的發(fā)展光電話：光電話：18801880年，貝爾發(fā)明，可以說這是光通信的開端。年，貝爾發(fā)明，可以說這是光通信的開端。軟件學(xué)院 王世普9/23貝爾光電話系統(tǒng)貝爾光電話系統(tǒng)將弧光燈的恒定光束投射在話筒將弧光燈的恒定光束投射在話筒的音膜上，隨聲音的振動而得到的音膜上，隨聲音的振動而得到強(qiáng)弱變化的反射光束（調(diào)制）。強(qiáng)弱變化的反射光束（調(diào)制）。用硅電池接收隨聲音變

4、化的用硅電池接收隨聲音變化的光信號，并轉(zhuǎn)換成電信號，光信號，并轉(zhuǎn)換成電信號，驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)聲（解調(diào)）驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)聲（解調(diào)）大氣是光傳輸通道，大氣是光傳輸通道，易受氣候（雪、霧、易受氣候（雪、霧、雨）的影響雨）的影響1.1 光纖通信的基本概念軟件學(xué)院 王世普10/231.1 1.1 光纖通信的基本概念光纖通信的基本概念l 光通信的發(fā)展光通信的發(fā)展反射波導(dǎo)與透鏡波導(dǎo)通信反射波導(dǎo)與透鏡波導(dǎo)通信軟件學(xué)院 王世普11/231.1 1.1 光纖通信的基本概念光纖通信的基本概念l 光通信的發(fā)展光通信的發(fā)展光纖通信理論的發(fā)展光纖通信理論的發(fā)展1966年，英籍華人年，英籍華人高錕高錕（K.C.Kao，當(dāng)時工作于英

5、國標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)時工作于英國標(biāo)準(zhǔn)電信研究所）博士深入研究了光在石英玻璃纖維中的嚴(yán)電信研究所）博士深入研究了光在石英玻璃纖維中的嚴(yán)重?fù)p耗問題，發(fā)現(xiàn)重?fù)p耗問題，發(fā)現(xiàn)主要原因主要原因是：是： 含有過量含有過量的鉻、銅、鐵與錳等的鉻、銅、鐵與錳等金屬離子金屬離子和其他和其他雜質(zhì)雜質(zhì) 拉制光纖時工藝技術(shù)造成了拉制光纖時工藝技術(shù)造成了芯、包層分界面不均勻芯、包層分界面不均勻及及其所引起的其所引起的折射率不均勻折射率不均勻 同時還發(fā)現(xiàn)一些玻璃纖維在同時還發(fā)現(xiàn)一些玻璃纖維在近近紅外光區(qū)紅外光區(qū)的損耗較小。的損耗較小。軟件學(xué)院 王世普12/231.1 1.1 光纖通信的基本概念光纖通信的基本概念l 光通信的發(fā)展光通信的

6、發(fā)展光纖的誕生光纖的誕生 在高錕理論的指導(dǎo)下，在高錕理論的指導(dǎo)下，1970年美國年美國康寧康寧(Corning Incorporated)公司拉出了第一根損耗為公司拉出了第一根損耗為20dB/km的光纖的光纖（相當(dāng)于輸出功率只有輸入功率的（相當(dāng)于輸出功率只有輸入功率的1/100）。）。光纖通信的發(fā)展光纖通信的發(fā)展 1977年，年，美國美國在芝加哥進(jìn)行了在芝加哥進(jìn)行了44.736Mbit/s的光通信實(shí)驗(yàn)；的光通信實(shí)驗(yàn)； 1978年，年，日本日本完成完成32.064Mbit/s和和97.728Mbit/s光通信實(shí)驗(yàn)；光通信實(shí)驗(yàn)； 1979年，年，美國美國AT&T和日本和日本NTT均研制出了

7、波長為均研制出了波長為1.35m的半導(dǎo)體激光器。的半導(dǎo)體激光器。軟件學(xué)院 王世普13/231.1 1.1 光纖通信的基本概念光纖通信的基本概念l 光通信的發(fā)展光通信的發(fā)展光纖通信的發(fā)展光纖通信的發(fā)展 目前為目前為第四代光纖系統(tǒng)第四代光纖系統(tǒng)，主要特征：，主要特征： 采用采用光放大器光放大器(Optical Amplifier，OA)增加增加中繼距離中繼距離 采用采用波分復(fù)用波分復(fù)用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)技術(shù)技術(shù)提高傳輸容量提高傳輸容量。軟件學(xué)院 王世普14/231.2 1.2 光纖通信的優(yōu)越性光纖通信的優(yōu)越性l傳輸頻帶寬，通信容量大傳輸頻帶

8、寬，通信容量大光纖通信是以光纖為傳輸媒介，光波為載波的通信系統(tǒng)，光纖通信是以光纖為傳輸媒介，光波為載波的通信系統(tǒng)，其載波其載波光波具有很高的頻率（光波具有很高的頻率（10121016Hz）。）。如果用于傳輸電話（每路占如果用于傳輸電話（每路占4kHz），則可傳輸），則可傳輸10億路以億路以上的電話。光纖具有巨大的通信容量。上的電話。光纖具有巨大的通信容量。軟件學(xué)院 王世普15/231.2 1.2 光纖通信的優(yōu)越性光纖通信的優(yōu)越性l 傳輸損耗低、中繼距離長傳輸損耗低、中繼距離長 目前，實(shí)用的光纖通信系統(tǒng)使用的光纖多為石英光纖，目前，實(shí)用的光纖通信系統(tǒng)使用的光纖多為石英光纖，此類光纖在此類光纖在1

9、.55m波長區(qū)的損耗可低到波長區(qū)的損耗可低到0.2dB/km（相當(dāng)（相當(dāng)于輸出功率為輸入功率的于輸出功率為輸入功率的95%），比已知的其他通信線），比已知的其他通信線路的損耗都低得多。路的損耗都低得多。 因此，由其組成的光纖通信系統(tǒng)的無中繼距離也較其它因此，由其組成的光纖通信系統(tǒng)的無中繼距離也較其它有線介質(zhì)構(gòu)成的系統(tǒng)長得多，可達(dá)有線介質(zhì)構(gòu)成的系統(tǒng)長得多，可達(dá)200km。軟件學(xué)院 王世普16/231.2 1.2 光纖通信的優(yōu)越性光纖通信的優(yōu)越性l 抗電磁干擾能力強(qiáng)抗電磁干擾能力強(qiáng) 電纜一般不能跟高壓電線平行架設(shè)，也不能在電氣電纜一般不能跟高壓電線平行架設(shè)，也不能在電氣化鐵路附近等電磁干擾嚴(yán)重的環(huán)

10、境鋪設(shè)。化鐵路附近等電磁干擾嚴(yán)重的環(huán)境鋪設(shè)。 光信號集中在纖芯中傳輸，能抵抗任何電磁干擾。光信號集中在纖芯中傳輸，能抵抗任何電磁干擾。軟件學(xué)院 王世普17/231.2 1.2 光纖通信的優(yōu)越性光纖通信的優(yōu)越性l 保密性能好保密性能好 對通信系統(tǒng)的重要要求之一是保密性好。電通信方式對通信系統(tǒng)的重要要求之一是保密性好。電通信方式將產(chǎn)生電磁輻射，很容易被竊聽；無線通信方式的保將產(chǎn)生電磁輻射，很容易被竊聽；無線通信方式的保密性更差。密性更差。 光信號在光纖內(nèi)部，不會產(chǎn)生輻射，一般不能竊聽。光信號在光纖內(nèi)部，不會產(chǎn)生輻射，一般不能竊聽。l 體積小，重量輕、原材料豐富體積小，重量輕、原材料豐富軟件學(xué)院 王

11、世普18/231.2 1.2 光纖通信的優(yōu)越性光纖通信的優(yōu)越性l 光纖通信的缺點(diǎn)光纖通信的缺點(diǎn)抗拉強(qiáng)度低抗拉強(qiáng)度低光纖連接困難光纖連接困難光纖怕水光纖怕水軟件學(xué)院 王世普19/231.3 1.3 光纖通信系統(tǒng)的基本組成光纖通信系統(tǒng)的基本組成l 光纖通信系統(tǒng)的組成光纖通信系統(tǒng)的組成光纖通信系統(tǒng)主要由光發(fā)射機(jī)、光纖光纜、中繼器和光光纖通信系統(tǒng)主要由光發(fā)射機(jī)、光纖光纜、中繼器和光接收機(jī)組成。接收機(jī)組成。光發(fā)射機(jī)光發(fā)射機(jī)電發(fā)射機(jī)電發(fā)射機(jī)光光收收光光發(fā)發(fā)光接收機(jī)光接收機(jī)電接收機(jī)電接收機(jī)O/E E/O光纖光纖光纖光纖O/EE/O發(fā)送端發(fā)送端接收端接收端LD，LEDPIN，APD光中繼器光中繼器PIN：光電

12、二極管；：光電二極管；APD：雪崩光電二極管；：雪崩光電二極管；LD：半導(dǎo)體激光器；：半導(dǎo)體激光器；LED：發(fā)光二極管：發(fā)光二極管軟件學(xué)院 王世普20/231.3 1.3 光纖通信系統(tǒng)的基本組成光纖通信系統(tǒng)的基本組成l光發(fā)射機(jī)的作用是將電信號轉(zhuǎn)換成光信號，并饋送進(jìn)入光發(fā)射機(jī)的作用是將電信號轉(zhuǎn)換成光信號，并饋送進(jìn)入光纖中。光纖中。l光接收機(jī)的作用是接收來自光纖的光信號，并還原成原光接收機(jī)的作用是接收來自光纖的光信號，并還原成原始的電信號。始的電信號。l光纖的作用是為光信號的傳送提供傳送媒介光纖的作用是為光信號的傳送提供傳送媒介( (信道信道) )，將，將光信號由一處送到另一處。光信號由一處送到另

13、一處。l中繼器分為電中繼器和光中繼器中繼器分為電中繼器和光中繼器( (光放大器光放大器) )兩種，其主兩種，其主要作用就是延長光信號的傳輸距離。要作用就是延長光信號的傳輸距離。軟件學(xué)院 王世普21/231.3 1.3 光纖通信系統(tǒng)的基本組成光纖通信系統(tǒng)的基本組成l光纖通信系統(tǒng)的分類按照調(diào)制信號的類型分類： 模擬光纖通信系統(tǒng) 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)按照光源的調(diào)制方式分類： 直接調(diào)制光纖通信系統(tǒng) 間接調(diào)制光纖通信系統(tǒng)軟件學(xué)院 王世普22/231.3 1.3 光纖通信系統(tǒng)的基本組成光纖通信系統(tǒng)的基本組成l 光纖通信系統(tǒng)的分類光纖通信系統(tǒng)的分類按照光纖的傳導(dǎo)模數(shù)量分類：按照光纖的傳導(dǎo)模數(shù)量分類： 多模光纖通

14、信系統(tǒng)多模光纖通信系統(tǒng) 單模光纖通信系統(tǒng)單模光纖通信系統(tǒng)按照系統(tǒng)的工作波長分類：按照系統(tǒng)的工作波長分類： 短波長光纖通信系統(tǒng)短波長光纖通信系統(tǒng) 長波長光纖通信系統(tǒng)長波長光纖通信系統(tǒng) 超長波長光纖通信系統(tǒng)超長波長光纖通信系統(tǒng)軟件學(xué)院 王世普23/231.1.4 4 光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢l下一代下一代SDHSDH節(jié)點(diǎn)：接入網(wǎng)、傳輸網(wǎng)的一體化，構(gòu)成業(yè)務(wù)層和節(jié)點(diǎn)：接入網(wǎng)、傳輸網(wǎng)的一體化，構(gòu)成業(yè)務(wù)層和傳送層一體化的傳送層一體化的SDHSDH節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)。l密集波分復(fù)用（密集波分復(fù)用（DWDMDWDM）：減少）：減少WDMWDM波長間的間隔，使復(fù)用的波長間的間隔，使復(fù)用的波長數(shù)大幅增加（目前達(dá)到波長數(shù)大幅增加（目前達(dá)到160160個，實(shí)驗(yàn)室超過個，實(shí)驗(yàn)室超