第1章光纤通信概论.ppt

1.1　光纤通信发展历程1.1.1　光纤通信的产生与发展　　1.目视光通信　　人类社会发展中的远距离通信的主流是光通信，电气通信的历史不过一百多年。从古埃及、古中国、古希腊和古罗马时代至发明莫尔斯电报的数千年间，远距离通信主要为目视光通信。三千多年前我国周朝就利用烽火台的火光传送敌情消息，到了近现代，战争中用信号弹指挥作战、城市使用信号灯指挥交通等传递信息的方式均可称为目视光通信。我们现在经常提到的光纤通信与这些简单的视觉光通信完全不同，光纤通信是由光通信逐步发展、演变而来的，是指以光波作载波传送信息的通信方式。 　　2.贝尔的光电话　　1880年贝尔发明了一种利用光波作载波传送话音信息的“光电话”，利用太阳光或弧光灯作光源，光束通过透镜聚焦在话筒的振动镜片上，当人对着话筒说话时，振动镜随着话音振动，从而使反射光的强度随着话音的变化而变化。接收端设有一面抛物面反射镜，把从大气中传送来的随着话音而变化的光波反射到硅片上，硅片将光能转变为电流，把电流送到听筒就可以听到发送端讲话的声音。　　贝尔的光电话曾受到人们的关注和重视，但是由于当时各种技术条件的限制，这种光电话的传输距离很短，实用意义不大，只能说是光通信的雏形。因为没有理想的光源和良好的传输介质，光通信沉睡了80年。但光电话的发明的确证明了利用光波作载波传递信息的可能性。 　　3.激光器大气通信　　1960年，美国科学家梅曼（Maiman）发明了红宝石激光器，激光器发出的激光与普通光相比，具有方向性好、亮度高等优点，同时也具有通常无线电波的性质，是一种理想的可以携带信息的光载波。激光器光源的出现，解决了长期以来找不到合适光源的问题，使长期徘徊不前的光通信得以继续向前发展。　　20世纪60年代初期研究的光通信大多是利用大气传输光波，但大气光波通信不稳定因素很多。主要原因是光波在大气中传输受到大气层中变化无常的气候条件的影响，光波能量损失严重，因此光波在大气层中的传输并不顺利。光波通信的许多优越性激发了人们的热情，驱使人们去进一步探索新的传输介质。 　　4.透镜波导光波通信　　为了不使光波受大气层中各种因素的干扰，人们进行了光波地下传输的各种试验，即透镜波导光波传输系统。透镜波导就是在金属管道内，每隔一定距离放置一个聚焦透镜，使光波在管道中不断地边聚焦边向前传输，实验是成功的，但由于现场施工十分复杂，对每个透镜或反射镜要进行严格的校准和牢固的安装，系统造价昂贵，调整、测试、维修都很困难，因此实用意义不大。但这项实验对光纤通信的发展还是有贡献的，因为光纤的导光原理与透镜波导光波的原理基本相似，只是光纤导光原理的构思更巧妙、使用更合理。 　　5.光纤通信的诞生与迅速发展　　1）光纤的产生　　1933年出生于上海的英国标准电信研究所的英籍华人高锟（K.C.Kao）博士对光波通信提出了大胆的设想，他认为电可以沿着导电的金属导线远距离传输，光也能沿着可以导光的玻璃纤维传输。1966年，高锟首次提出低损耗光导纤维（简称光纤）的概念，他从理论上预言，如果能消除玻璃中的各种杂质，使光的吸收减到非常小，就可以生产出一种有实用意义的低损耗光纤。在高锟提出的理论指导下，美国康宁公司马勒博士等三人的研究小组，经过大量的研究和试验，终于在1970年8月首次研制出损耗为20dB/km(光波沿光纤传输1km后，光能损耗到原来的1%)的石英光纤。这种光纤直径很小，只有人的头发那么细，并且柔软可绕，它既克服了地下透镜波导存在的问题，又能防止大气对光波的干扰，是一种理想的传输介质。在光纤损耗获得巨大突破的同一年，美国贝尔实验室研制成功了室温下连续振荡的半导体激光器，从此为光纤通信技术的发展创造了更为有利的条件。 　　2）光纤通信迅速发展　　1974年贝尔实验室发明了制造低损耗光纤的方法，使光纤损耗下降到1dB/km；而日本电话电报公司研制出了更低损耗的光纤，损耗下降到0.5dB/km。美国于1976年在亚特兰大成功地进行了码速为44.7Mb/s的光纤通信系统试验；日本也于同年开始了64km、32Mb/s光纤通信系统的室内试验。 　　1979年美国电报电话公司和日本电话电报公司研制成功了1.55μm连续振荡半导体激光器，日本研制出了0.2dB/km的极低损耗石英光纤，同时进行了1.3μm长波长光纤通信系统的试验。1980年美国标准化FT3光纤通信系统投入商用；1981年日本F[CD*2]32M和F[CD*2]100M光纤通信系统投入商用。1994年1月全球光缆敷设总长度已经达到5470km，1995年超过了18000km。 　　我国的光纤通信也紧跟世界发展步伐，经过近30年的发展，已建成以“八纵八横”为标志的大容量光缆通信干线传输网，再考虑本地中继光缆线路和接入网光缆线路，目前我