信息学科导论 教学课件 作者 施荣华 张祖平 第6章光信息科学与技术.ppt

第6章　光信息科学与技术 主编　施荣华　张祖平 中国铁道出版社 第6章: 光信息科学与技术 6.1 激光 6.2 光纤通信技术 6.3 光电信息处理技术 6.1 激光—特点 1. 定向发光 大约只有0.001弧度，接近平行。 2. 亮度极高 激光亮度极高的主要原因是定向发光。大量光子集中在一个极小的空间范围内射出，能量密度自然极高。 3. 颜色极纯 激光的频率、振动方向、相位高度一致，使激光光波在空间重叠时，重叠区的光强分布会出现稳定的强弱相间现象。 4. 能量密度极大 6.1 激光—应用 1．激光在工业上的应用 用激光实现 材料切割、材料焊接、材料打标记、材料打孔、材料热处理、材料快速成型、材料涂敷 2．激光在医学中的应用 激光在医学中也应用广泛，如外科、牙科，医学美容等 3. 激光在军事上的应用 战术激光武器和战略激光武器 4. 用激光进行科学研究 激光冷却、激光光谱、激光传感器、激光雷达 6.1 激光—应用与研究的发展 1. 激光的发明过程 美国科学家肖洛和汤斯于1958年提出的“激光原理” 美国科学家梅曼于1960年5月获得第一束激光 梅曼于1960年7月宣布世界上第一台激光器诞生 前苏联科学家H.Γ.巴索夫于1960年发明了半导体激光器 2.日常应用的发展 激光技术已经融入我们的日常生活之中了 激光是现代新光源 3．激光通信的发展 光通信中采用激光，占干线通信的主流 6.2 光纤通信技术—基本概念 光纤通信的概念 光纤通信是指利用相干性和方向性极好的激光束作载波(称为光载波)来携带信息,并利用光纤来进行传输的通信方式. 光纤通信是利用半导体激光器(LD)或发光二极管(LED)作为光源器件,把电信号转换成光信号,耦合到石英光纤中进行传播,在接收端使用半导体检测器件(检波器),如雪崩光电二极管(APD)或光电二极管(PIN)等,将光信号再还原为电信号的一种通信方式 6.2 光纤通信技术—光纤通信系统的组成 6.2 光纤通信技术—器件 光有源器件 光源、光检测器和光放大器； 是光发射机、 光接收机和光中继器的关键器件，和光纤一起决定着基本光纤传输系统的水平。 光无源器件 主要有连接器、耦合器、波分复用器、调制器、光开关和隔离器等 这些器件对光纤通信系统的构成、功能的扩展和性能的提高都是不可缺少的。 WDM/DWDM器件 波分复用/解复用器件 波长分配器 波长变换器 光交叉联接器OXC 6.2 光纤通信技术—光纤结构及分类 光纤分为纤芯、包层、涂覆层（材料为硅酮树脂等）、套塑等层 光纤按折射率分布来分 均匀光纤,非均匀光纤；阶跃型,渐变型 光纤按照传输模数的多少来分 单模光纤（SM）：多摸光纤（MM）： 光纤按组成份分 石英系列,多组份玻璃,氟化物,塑料,液芯 光纤按传输波长分 短波长0.85,长波长1.3,1.55,1.85,超长波长2.0 光纤按涂覆方式分 紧套,松套 光纤按标准分 G.652.G.653.G.654.G.655.G.656 6.2 光纤通信技术—光纤结构及分类 6.2 光纤通信技术—传输技术的演进 模拟信号数字传输：高质、安全、集成…… 光纤传输：宽带、低损、无电磁干扰、价低…… 光纤数字传输综合好处→PDH飞速发展 PDH的组网缺点→SDH：灵活的组网能力、强大的网管、带宽管理及自愈保护…… SDH与PDH均为TDM（时分复用）电子电路限制高速SDH的发展?电子瓶颈 波分复用（WDM，DWDM）+EDFA ?扩展传输容量的新手段 全光通信网?信息高速公路的骨干网 6.2 光纤通信技术—光纤传输系统的发展 6.2 光纤通信技术—光纤通信技术的进展 20多年来光纤通信技术在发掘、利用光纤带宽资源，扩展光纤传输能力方面进展神速。（传输能力主要指：通信容量和传输距离）。 在光波长和光纤类型方面 多模光纤?单模光纤 短波长800nm?长波长1300nm(1310nm)、1550nm 一纤一波?一纤多波 WDM使光纤通信系统的容量大大增加,是光纤通信技术的重大突破。 90年代中期，美国ATT和MCI公司首先建立了光波分复用WDM试验线路 MCI的试验线路，从San Luis到支加哥，365英里，容量为4x10Gbps，用于市民通信，有商业价值。 ATT的实验线路全长2000公里，用于公司内部通信。由于密集波分复用和微电子技术的进步，使光纤通信传输系统的容量爆炸性的增长 6.2 光纤通信技术—WDM+EDFA 6.2 光纤通信技术—光纤通信的优势 经济优势 频率资源丰富,通信容量极大 粗略地讲，一根光纤传输数字信号的码速容量在理论上可达40Tbit/s（T=1012） 最好的金属导线，可传输的数字信号的码速为400Mbit/s。差5个数量级。 容量较微波通信