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第七章 光通信网 现代通信网络 第七章 光通信网 学习要求 了解电缆/光缆通信网基本知识； 了解光纤通信的技术演进； 了解光传送网、全光传送网、光路交换光网络的基础知识； 了解光互联网技术。 参考书目 光纤通信原理 邓大鹏等编著，人民邮电出版社。 光纤通信 Gerd Keiser著，李玉全等译，电子工业出版社。 光通信技术与系统 胡渝主编，电子工业出版社。 光波技术基础 陈根祥等编著，电子工业出版社。 探索时期的光通信 人类利用光波传递信息的历史可追溯到几千年前。 古代的烽火接力通信。 1880年，现代光通信的开端。 贝尔发明了第一个光电话。 激光的出现 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--氖激光器、二氧化碳激光器先后出现，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。 大气激光通信试验 美国麻省理工学院利用He-Ne激光器和CO2激光器进行相关通信试验。 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。 气候影响的因素： 雨、雾、雪和大气灰尘的吸收和散射对光波能量衰减很大； 雨造成30dB/km的衰减； 浓雾衰减高达120dB/km。 大气的密度和温度不均匀，造成折射率变化，使光束位置发生偏移。 光波传输系统的探索 透镜波导： 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汇聚到下一个透镜。 反射镜波导： 和透镜波导相似； 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。 两种波导的问题 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。 现场施工中校准和安装十分复杂； 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。 对光通信的研究走入了低潮。 没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质。 光纤概念的提出 1966年，英籍华裔学者高锟和霍克哈姆发表了关于传输介质新概念的论文。 论文提出利用光纤(Optical Fiber)进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光纤通信的基础。 论文内容： 当时石英纤维的损耗高达1000dB/km以上； 高锟等人指出：这样大的损耗不是石英纤维本身固有的特性，而是由于材料中的杂质的吸收产生的； 材料本身固有的损耗基本上由瑞利(Rayleigh)散射决定，它随波长的四次方而下降，其损耗很小； 因此有可能通过原材料的提纯制造出适合于长距离通信使用的低损耗光纤。 光纤的出现 1970年，光纤研制取得了重大突破。 美国康宁(Corning)公司研制成功损耗20dB/km的石英光纤。 事件的意义： 使光纤通信可以和同轴电缆通信竞争； 从而展现了光纤通信美好的前景； 促进了世界各国相继投入大量人力物力； 把光纤通信的研究开发推向一个新阶段。 光纤技术的发展 1972年，康宁公司多模光纤损耗降低到4dB/km。 1973年，美国贝尔(Bell)实验室取得了更大成绩，光纤损耗降低到2.5dB/km。 1974年降低到1.1dB/km。 1976年，日本电报电话(NTT)公司等单位将光纤损耗降低到0.47dB/km(波长1.2μm)。 在以后的10年中，波长为1.55μm的光纤损耗： 1979年是0.20dB/km，1984年是0.157dB/km，1986年是0.154dB/km，1990年是0.14dB/km； 接近了光纤最低损耗的理论极限。 光源技术的发展 1970年，美国贝尔实验室、日本电气公司(NEC)和前苏联先后突破了半导体激光器在低温(-200℃)或脉冲激励条件下工作的限制，研制成功室温下连续振荡的镓铝砷(GaAlAs)双异质结半导体激光器(短波长)。 1973年，半导体激光器寿命达到7000小时。 1977年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到10万小时(约11.4年)。 完全满足实用化的要求。 光纤通信的发展 自从1966年高锟提出光纤传输介质的概念以来，光纤通信从研究到应用，发展非常迅速： 技术上不断更新换代； 通信能力(传输速率和中继距离)不断提高； 应用范围不断扩大。 发展阶段： 阶段一(1966--1976年)； 短波长(0.85?m)多模光纤通信。 阶段二(1976--1986年)； 长波长(1.3?m)多模、单模光纤通信。 阶段三(1986--今)。 长波长(1.55?m)单模光纤通信。 第一阶段 研究目标： 从基础研究到商业应用的开发时期。 研究成果： 实现了短波长(0.85μm)、低速率(45