《光纖通信與數(shù)字傳輸》課件-01光纖通信的發(fā)展與現(xiàn)狀

光纖通信與數(shù)字傳輸

第一講：光纖通信的發(fā)展與現(xiàn)狀-1

一、光纖通信發(fā)展史1/13光通信：利用光進(jìn)行信息傳輸?shù)囊环N通信方式。光通信的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段可視通信激光大氣通信光纖通信1、可視通信2/13古代的烽火臺(tái)、煙火傳遞單個(gè)信息18世紀(jì)末信號(hào)燈、船艦使用的燈塔、旗語(yǔ)等近代戰(zhàn)爭(zhēng)中的信號(hào)彈，抗戰(zhàn)時(shí)期的消息樹(shù)等1792年用中繼器使機(jī)械代碼信息傳送100km，有效速率小于1b/s之后很長(zhǎng)一段時(shí)間電取代了光電通信3/1319世紀(jì)30年代：電報(bào)、莫爾斯代碼，傳輸速率3～10b/s，中繼可達(dá)1000km1866年，第一條越洋電報(bào)電纜系統(tǒng)投入運(yùn)營(yíng)1876年，發(fā)明了電話，電信號(hào)通過(guò)連續(xù)變化電流的模擬形式傳輸1940年，第一代同軸電纜系統(tǒng)投入使用，3MHz系統(tǒng)，可傳300路音頻信號(hào)或1路視頻信號(hào)，但當(dāng)頻率超過(guò)100MHz時(shí)，電纜損耗迅速增加1948年，4GHz的微波系統(tǒng)投入運(yùn)營(yíng)，利用1～10GHz的電磁載波及相關(guān)調(diào)制技術(shù)傳遞信號(hào)，可工作于100Mb/s1975年最先進(jìn)同軸系統(tǒng)投入運(yùn)營(yíng),速率可達(dá)274Mb/s，中繼約1km到70年代，電通信獲得的最大BL不超過(guò)100(Mb/s)·km2、激光大氣通信4/1360年代初，人們利用二氧化碳激光器進(jìn)行激光大氣通信實(shí)驗(yàn)由于其傳輸介質(zhì)是地球周圍的大氣層，而大氣層又存在著對(duì)光的嚴(yán)重吸收，散射作用和天氣變化影響等缺點(diǎn)，使得激光大氣通信在通信距離、穩(wěn)定性、可靠性方面受到嚴(yán)重影響60年代中期一度振興的激光大氣通信研究處于停滯狀態(tài)3、光纖通信5/13光纖(Fibre)——光導(dǎo)纖維的簡(jiǎn)稱光纖通信——以光波為載波，以光導(dǎo)纖維為傳輸媒質(zhì)的一種通信方式。容量頻率f光波光波是人們最熟悉的電磁波，其波長(zhǎng)在微米級(jí)，頻率為1014Hz，紫外光、可見(jiàn)光、紅外光屬于光波的范疇電磁波波段劃分和常用傳輸媒質(zhì)-1頻段和波段名稱頻率范圍和波長(zhǎng)范圍傳輸媒質(zhì)主要用途極低頻(ELF)極長(zhǎng)波30～3000Hz10000~100km有線線對(duì)，極長(zhǎng)波無(wú)線電潛艇通信、礦井通信甚低頻(TLF)超長(zhǎng)波3～30kHz100~10km有線線對(duì)，超長(zhǎng)波無(wú)線電潛艇通信、遠(yuǎn)程導(dǎo)航、遠(yuǎn)程無(wú)線電通信低頻(LF)長(zhǎng)波30kHz～300kHz10~1km有線線對(duì)，長(zhǎng)波無(wú)線電中遠(yuǎn)距離通信、地下通信、無(wú)線電導(dǎo)航等中頻(MF)中波0.3～3MHz1000~100m同軸電纜，中波無(wú)線電調(diào)幅廣播、導(dǎo)航、業(yè)余無(wú)線電高頻(HF)短波3～30MHz100~10m同軸電纜，短波無(wú)線電調(diào)幅廣播、移動(dòng)通信、軍用通信等6/13電磁波波段劃分和常用傳輸媒質(zhì)-2頻段和波段名稱頻率范圍和波長(zhǎng)范圍傳輸媒質(zhì)主要用途甚高頻(VHF)超短波30~300MHz10~1m同軸電纜，超短波無(wú)線電調(diào)幅廣播、電視、移動(dòng)通信、電離層散射通信微波特高頻(UHF)分米波0.3~3GHz10~1dm波導(dǎo)，分米波無(wú)線電微波接力、移動(dòng)通信、空間遙測(cè)雷達(dá)、電視超高頻(SHF)厘米波3~30GHz10~1cm波導(dǎo)，厘米波無(wú)線電雷達(dá)、微波接力、衛(wèi)星和空間通信極高頻(EHF)毫米波30~300GHz10~1mm波導(dǎo)，毫米波無(wú)線電雷達(dá)、微波接力、射電天文紫外、可見(jiàn)光、紅外103~5×107GHz300μm~60?光纖，激光空間傳播光通信7/13光纖通信的光波波譜8/13紅外光：波長(zhǎng)λ>0.76μm紫外光：波長(zhǎng)λ<0.4μm可見(jiàn)光：0.4μm

<

λ<0.76μm

,其波長(zhǎng)范圍能被人眼感覺(jué)到目前光纖通信使用的波長(zhǎng)范圍是在近紅外區(qū)內(nèi)，即波長(zhǎng)λ為:0.8~1.8μm頻率f為:(3.75~1.67)×1014Hz可分為短波長(zhǎng)段：0.85μm，（0.8~0.9μm）長(zhǎng)波長(zhǎng)段：1.31μm和1.55μm，（1.0~1.8μm）超長(zhǎng)波長(zhǎng)段：波長(zhǎng)大于2.0μm這是目前所采用的三個(gè)通信窗口光纖通信的發(fā)展9/13光纖通信的問(wèn)世，有兩大難題：1、光源2、傳光媒質(zhì)第一個(gè)難題：光源很多，需相干光源，且工作穩(wěn)定到1960年美國(guó)人Maiman發(fā)明了第一臺(tái)紅寶石激光器，但工作時(shí)間不長(zhǎng)激光特點(diǎn)10/131、能量高度集中2、頻率單一3、方向性好4、相干性好（頻率、相位、偏振方向、傳播方向一致）第二個(gè)難題：傳輸媒質(zhì)11/131950年，光在光纖中傳輸問(wèn)題開(kāi)始了理論研究1951年，發(fā)明了醫(yī)用光導(dǎo)纖維，但損耗太大60年代，提出許多方法，用氣體透鏡系列進(jìn)行光限制傳輸1966年，英籍華人高錕(K.C.Kao)博士發(fā)表論文《用于光頻的光纖表面波導(dǎo)》，提出：電沿著導(dǎo)線傳輸，光也能沿著線傳，可利用SiO2石英玻璃制成低損耗光纖的設(shè)想。他揭示了低損耗光纖的可能性，使光通信的研究工作又獲得了生機(jī)，此時(shí)期光纖雜質(zhì)太高，其損耗超過(guò)了1000dB/km。第二個(gè)難題：傳輸媒質(zhì)12/131970年，美國(guó)康寧公司研究出損耗為20dB/km的光纖，在1μm附近波長(zhǎng)使光纖進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸成為可能。同時(shí)，在1970年美國(guó)AT&T公司發(fā)明了半導(dǎo)體激光器（GaAlAs），體積小，可在室溫下連續(xù)工作，正好適應(yīng)了這一要求。1970年被稱為光纖通信的元年，高錕被稱為光纖之父。致謝！13/13云南開(kāi)放大學(xué)《