第一节 概论新.ppt

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 1.1 光纤通信发展历史和现状 1.1 探索时期的光纤通信 1.1880年，美国人贝尔发明了光电话。 实现了用光载波传送话音。证明了用光载波传送信息的可行性。 2.激光器的发明 激光是高度相干光，具有波谱宽度窄、方向性极好、亮度极高频率和相位较一致的良好特性。是一种理想的载波。 －1960年，美国人梅曼发明了第一台红宝石激光器。 －氦－氖激光器、二氧化碳激光器相继出现，并投入应用 －麻省理工学院进行了大气激光通信实验 证明了： ?用激光作为载波实现点对点的通信是可行的。 ?通信能力和质量受气候的影响十分严重。 大气的吸收、散射使光波的能量损耗很大 大气密度、温度的变化，造成折射率的变化，使光束发生偏移。 大气激光通信的距离和稳定性受到了极大的限制。 1.1.2 现代光纤通信 ? 1966年，高锟和霍克哈姆提出了利用光纤进行通信的可能性和技术途径。奠定了现代光通信－光纤通信的基础。 －当时石英纤维损耗高达1000dB/km 是杂质吸收产生的 －材料的本征损耗由瑞利散射决定，与波长的4次方成反比，实际很小。 －通过材料的提纯可制造低损耗光纤。 光纤的研制进程 1970 年，美国康宁(Corning)公司就研制成功损耗20 dB/km的石英光纤。它的意义在于：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。 1972年，康宁公司高纯石英多模光纤将损耗降低到4 dB/km。 1973 年，美国贝尔(Bell)实验室将光纤损耗降低到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0.47 dB/km(波长1.2μm)。 1986 年是0.154 dB/km， 接近了光纤最低损耗的理论极限。 光纤通信用激光器的发展进程 1970 年，美国、日本和前苏联先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。 虽然寿命只有几个小时，但其意义是重大的，它为半导体激光器的发展奠定了基础。 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)，外推寿命达到100万小时，完全满足实用化的要求。 在这个期间： 1976年日本电报电话公司研制成功发射波长为1.3 μm的铟镓砷磷(InGaAsP)激光器。 1979年美国电报电话(ATT)公司和日本电报电话公司研制成功发射波长为1.55 μm的连续振荡半导体激光器。  由于光纤和半导体激光器的技术进步，使 1970 年成为光纤通信发展的一个重要里程碑。 光纤通信发展的三个阶段 第一阶段(1966－1976年)，这是从基础研究到商业应用的开发时期。在这个时期，实现了短波长(0.85 μm)低速率(45或34 Mb/s)多模光纤通信系统，无中继传输距离约10 km。 第二阶段(1976－1986年)，这是以提高传输速率和增加传输距离为研究目标并大力推广应用的大发展时期。 在这个时期， 光纤从多模发展到单模，工作波长从短波长(0.85 μm) 发展到长波长(1.31 μm和1.55 μm)， 实现了工作波长为1.31 μm、传输速率为140－565Mb/s 的单模光纤通信系统，无中继传输距离为100－50 km。 第三阶段(1986－1996年)，这是以超大容量、超长距离为目标，全面深入开展新技术研究的时期。 在这个时期，实现了1.55 μm色散移位单模光纤通信系统。采用外调制技术，传输速率可达2.5－10 Gb/s，无中继传输距离可达150－100km。实验室可以达到更高水平。  目前，正在开展研究的光纤通信新技术，例如，超大容量的波分复用(Wavelength Division Multiplexing, WDM)光纤通信系统（实现）和超长距离的光孤子(Soliton)通信系统，将在第 7章作介绍。  1.1.3 国内外光纤通信发展的现状 光纤通信技术发展历程： 光纤从多模发展到单模，工作波长从0.85 μm发展到1.31 μm和1.55 μm，传输速率从几十Mb/s发展到几十Gb/s。 另一方面，随着技术的进步和大规模产业的形成，光纤价格不断下降，应用范围不断扩大： 从初期的市话局间中继到长途干线进一步延伸到用户接入网，从数字电话到有线电视(CATV)， 从单一类型信息的传输到多种业务的传输。目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒质，光纤