光纤通信系统与网络第1章.pptx

第1章　光纤通信概论 1.1　光纤通信发展历程 1.2　光纤通信的系统构成 1.3　光纤通信的特点 1.4　光纤通信新技术 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，美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载波传送话音的“光电话”。弧光灯MAL送话器BN光话机 原 理 图缺点：没有理想的光源和传光媒质,传光距离短可靠性差。　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。 1960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红宝石激光器。 激光(Laser)：激光是一种高度相干光①，是一种理想的光载波。波谱窄方向性好亮度高频率和相位一致　3.激光器大气通信第一台激光器，输出功率为10 000瓦，发出的激光强度为阳光的1000万倍。　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。He-Ne激光器进入实用阶段 ，从微波通信转向光通信研究。包括：光圈式波导，透镜列阵波导，反射镜列阵波导，气体透镜波导，介质薄模波导，空心金属圆波导及介质表面波导线路。　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。 5.光纤通信的诞生与迅速发展　1）光纤的产生 1966年，英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham) 指出利用光纤(Optical Fiber)进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信——光纤通信的基础。玻璃纤维引起光损耗的主要原因是其中含有过量的铬、铜、铁与锰等金属离子和其他杂质；拉制光纤时工艺技术造成了芯、包层分界面不均匀及其所引起的折射率不均匀；发现一些玻璃纤维在红外光区的损耗较小。石英的损耗1000dB/km　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。 　2）光纤通信迅速发展1970 年，美国康宁(Co