本科光纤通信第1章.pdf

21世纪 高 等 学 校 通 信 类 系 系 列 教 材 高等学校电子 信 息 类 规 划 教 材 光 纤 通 信 刘增基 周洋溢 胡辽林 周绮丽 西 西安电 子 科 技大 学 出 版社 目 录 第1 章 概论 第2 章 光纤和光缆 第3 章 通信用光器件 第4 章 光端机　 第5章 数字光纤通信系统　 第6章 模拟光纤通信系统 第7 章 光纤通信新技术 第8章 光纤通信网络 第 1 章概论 1 ·1 光纤通信发展的历史和现状 1 ·2 光纤通信的优点和应用　 1· 3 光纤通信系统的基本组成 返回主目录 第 1 章 概论 1.1光纤通信发展的历史和现状　 1.1.1探索时期的光通信 中国古代用“烽火台”报警，欧洲人用旗语传送信息， 这 些都可以看作是原始形式的光通信。望远镜的出现，又极大地 延长了这种目视光通信的距离。　 1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载波传送话音 的“光电话”。这种光电话利用太阳光或弧光灯作光源，通过 透镜把光束聚焦在送话器前的振动镜片上，使光强度随话音的 变化而变化，实现话音对光强度的调制。在接收端，用抛物面 反射镜把从大气传来的光束反射到硅光电池上，使光信号变换 为电流，传送到受话器。 由于当时没有理想的光源和传输介质， 这种光电话的传 输距离很短，并没有实际应用价值，因而进展很慢。然而， 光 电话仍是一项伟大的发明，它证明了用光波作为载波传送信息 的可行性。因此，可以说贝尔光电话是现代光通信的雏型。　 1960年，美国人梅曼(Maiman) 发明了第一台红宝石激光 器， 给光通信带来了新的希望，和普通光相比，激光具有波谱 宽度窄，方向性极好， 亮度极高，以及频率和相位较一致的良 好特性。激光是一种高度相干光，它的特性和无线电波相似， 是一种理想的光载波。继红宝石激光器之后，氦—氖(He - Ne) 激光器、二氧化碳(CO2)激光器先后出现，并投入实际应用。 激光器的发明和应用， 使沉睡了80年的光通信进入一个崭新的 阶段。 在这个时期，美国麻省理工学院利用He - Ne激光器和CO2 激光器进行了大气激光通信试验。实验证明：用承载信息的光 波， 通过大气的传播，实现点对点的通信是可行的，但是通 信能力和质量受气候影响十分严重。由于雨、雾、雪和大气灰 尘的吸收和散射，光波能量衰减很大。例如，雨能造成30 dB/km 的衰减， 浓雾衰减高达120 dB/km。另一方面，大气的 密度和温度不均匀，造成折射率的变化，使光束位置发生偏移。 因而通信的距离和稳定性都受到极大的限制，不能实现“全天 候”通信。虽然，固体激光器(例如掺钕钇铝石榴石(Nd: YAG) 激光器) 的发明大大提高了发射光功率，延长了传输距离，使 大气激光通信可以在江河两岸、海岛之间和某些特定场合使 用，但是大气激光通信的稳定性和可靠性仍然没有解决。　 为了克服气候对激光通信的影响，人们自然想到把激光 束限制在特定的空间内传输。因而提出了透镜波导和反射镜 波导的光波传输系统。透镜波导是在金属管内每隔一定距离 安装一个透镜，每个透镜把经传输的光束会聚到下一个透镜 而实现的。反射镜波导和透镜波导相似，是用与光束传输方 向成45 °角的二个平行反射镜代替透镜而构成的。这两种波 导， 从理论上讲是可行的，但在实际应用中遇到了不可克服 的困难。首先，现场施工中校准和安装十分复杂；其次，为 了防止地面活动对波导的影响，必须把波导深埋或选择在人 车稀少的地区使用。　 由于没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质， 对光通信 的研究曾一度走入了低潮。　 1.1.2现代光纤通信　 1966 年，英籍华裔学者高锟 (C.K.