《光纖通信組成》PPT課件.ppt

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1.3光纖通信系統(tǒng)的基本組成,第1章概論,教學內容：,1.1光纖通信發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀,1.2光纖通信的優(yōu)點和應用,一、理解光通信的基本概念,二、掌握光纖通信的特點,教學目的及要求：,1.1光纖通信發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀,這些都可以看作是原始形式的光通信。望遠鏡的出現(xiàn)，又極大地延長了這種目視光通信的距離。,?原始形式的光通信:中國古代用“烽火臺”報警，歐洲人用旗語傳送信息。,1.1.1探索時期的光通信,?1880年，美國人貝爾(Bell)發(fā)明了用光波作載波傳送話音的“光電話”。,這種光電話利用太陽光或弧光燈作光源，通過透鏡把光束聚焦在送話器前的振動鏡片上，使光強度隨話音的變化而變化，實現(xiàn)話音對光強度的調制。,在接收端，用拋物面反射鏡把從大氣傳來的光束反射到硅光電池上，使光信號變換為電流，傳送到受話器。,貝爾光電話,由于當時沒有理想的光源和傳輸介質，這種光電話的傳輸距離很短，并沒有實際應用價值，因而進展很慢。然而，光電話仍是一項偉大的發(fā)明，它證明了用光波作為載波傳送信息的可行性。因此，可以說貝爾光電話是現(xiàn)代光通信的雛型。,激光具有波譜寬度窄，方向性極好，亮度極高的良好特性。激光是一種高度相干光，它的特性和無線電波相似，是一種理想的光載波。,?1960年，美國人梅曼(Maiman)發(fā)明了第一臺紅寶石激光器，給光通信帶來了新的希望。,激光器的發(fā)明和應用，使沉睡了80年的光通信進入一個嶄新的階段。,實驗證明：用承載信息的光波，通過大氣的傳播，實現(xiàn)點對點的通信是可行的，但是通信能力和質量受氣候影響十分嚴重。,大氣光通信激光器一問世，人們就模擬無線電通信進行了大氣激光通信的研究。,由于雨、霧、雪和大氣灰塵的吸收和散射，光波能量衰減很大。例如，雨能造成30dB/km的衰減，濃霧衰減高達120dB/km。另一方面，大氣的密度和溫度不均勻，造成折射率的變化，使光束位置發(fā)生偏移。因而通信的距離和穩(wěn)定性都受到極大的限制。,由于沒有找到穩(wěn)定可靠和低損耗的傳輸介質，對光通信的研究曾一度走入了低潮。,1.1.2現(xiàn)代光纖通信1966年，英籍華裔學者高錕和霍克哈姆發(fā)表了關于傳輸介質新概念的論文，指出了利用光纖(OpticalFiber)進行信息傳輸?shù)目赡苄院图夹g途徑，奠定了現(xiàn)代光通信——光纖通信的基礎。,光纖通信發(fā)明家高錕(左)1998年在英國接受IEE授予的獎章,當時石英纖維的損耗高達1000dB/km以上，高錕等人指出：這樣大的損耗不是石英纖維本身固有的特性，而是由于材料中的雜質，例如過渡金屬離子的吸收產(chǎn)生的。材料本身固有的損耗基本上由瑞利散射決定，它隨波長的四次方而下降，其損耗很小。因此有可能通過原材料的提純制造出適合于長距離通信使用的低損耗光纖。,?1970年，美國康寧(Corning)公司研制成功損耗20dB/km的石英光纖。把光纖通信的研究開發(fā)推向一個新階段。,1970年，光纖研制取得了重大突破,?1972年，康寧公司高純石英多模光纖損耗降低到4dB/km。?1973年，美國貝爾(Bell)實驗室的光纖損耗降低到2.5dB/km。?1976年，日本電報電話(NTT)公司將光纖損耗降低到0.47dB/km。,?在以后的10年中，波長為1.55μm的光纖損耗：,1979年是0.20dB/km；1984年是0.157dB/km；1986年是0.154dB/km，接近了光纖最低損耗的理論極限。,?1970年，美國貝爾實驗室、日本電氣公司(NEC)和前蘇聯(lián)先后，研制成功室溫下連續(xù)振蕩的鎵鋁砷(GaAlAs)雙異質結半導體激光器(短波長)。雖然壽命只有幾個小時，但它為半導體激光器的發(fā)展奠定了基礎。,1970年，光纖通信用光源取得了實質性的進展:,?1973年，半導體激光器壽命達到7000小時。?1976年，日本電報電話公司研制成功發(fā)射波長為1.3μm的銦鎵砷磷(InGaAsP)激光器。,?1977年，貝爾實驗室研制的半導體激光器壽命達到10萬小時。?1979年美國電報電話公司和日本電報電話公司研制成功發(fā)射波長為1.55μm的連續(xù)振蕩半導體激光器。,由于光纖和半導體激光器的技術進步，使1970年成為光纖通信發(fā)展的一個重要里程碑。,?1980年，美國標準化FT-3光纖通信系統(tǒng)投入商業(yè)應用。,實用光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展:,?1976年，美國在亞特蘭大(Atlanta)進行了世界上第一個實用光纖通信系統(tǒng)的現(xiàn)場試驗。,?1983年敷設了縱貫日本南北的光纜長途干線。,?1976年和1978年，日本先后進行了速率為34Mb/s的突變型多模光纖通信系統(tǒng)，以及速率為100Mb/s的漸變型多模光纖通信系統(tǒng)的試驗。,?第一條橫跨太平洋海底光纜通信系統(tǒng)于1989年建成。從此，海底光纜通信系統(tǒng)的建設得到了全面展開，促進了全球通信網(wǎng)的發(fā)展。,?隨后，由美、日、英、法發(fā)起的第一條橫跨大西洋海底光纜通信系統(tǒng)于1988年建成。,光纖通信的發(fā)展可以粗略地分為三個階段：?第一階段(1966-1976年)，這是從基礎研究到商業(yè)應用的開發(fā)時期。?第二階段(1976-1986年)，這是以提高傳輸速率和增加傳輸距離為研究目標和大力推廣應用的大發(fā)展時期。?第三階段(1986-1996年)，這是以超大容量超長距離為目標、全面深入開展新技術研究的時期。,1976年美國在亞特蘭大進行的現(xiàn)場試驗，標志著光纖通信從基礎研究發(fā)展到了商業(yè)應用的新階段。此后，光纖通信技術不斷創(chuàng)新：光纖從多模發(fā)展到單模，工作波長從0.85μm發(fā)展到1.31μm和1.55μm(短波長向長波長），傳輸速率從幾十Mb/s發(fā)展到幾十Gb/s。,1.1.3國內外光纖通信發(fā)展的現(xiàn)狀,隨著技術的進步和大規(guī)模產(chǎn)業(yè)的形成，光纖價格不斷下降，應用范圍不斷擴大。目前光纖已成為信息寬帶傳輸?shù)闹饕劫|，光纖通信系統(tǒng)將成為未來國家信息基礎設施的支柱。在許多發(fā)達國家，生產(chǎn)光纖通信產(chǎn)品的行業(yè)已在國民經(jīng)濟中占重要地位。,光纖通信整體發(fā)展時間表,,,1000001000010001001010.1,1.2光纖通信的優(yōu)點和應用,1、光通信光通信是利用光波來傳送信息的。,1.2.1光通信的基本概念,2、光纖通信光纖通信是以光波作為信息載體，以光纖作為傳輸媒介的通信方式。,3、光波的電磁頻譜,光波實際上是一高頻的電磁波。在討論高頻電磁波時，我們習慣采用波長來代替頻率描述。波長與頻率的關系為：,其中：λ為電磁波的波長，其物理含義是電磁波在時間上變化一周，其波前在空間變化一周所行進的長度;c為光波在自由空間中傳播的速度，其值為3108m/s；f為電磁波的頻率，其物理含義是交變電磁波在單位時間（每秒）變化的周期數(shù)。,光波在電磁波頻譜中的大體位置分布（注意：通常將頻率為1GHz以上的無線電波稱為微波）。光波的頻率一般可達到1013-1014Hz，對應的波長在10-100000nm之間。可進一步將光波細分為紅外線、可見光和紫外線。,部分電磁波頻譜圖,電磁波頻譜圖,?容許頻帶很寬，傳輸容量很大；?損耗很小，中繼距離很長且誤碼率很小；?重量輕、體積?。?抗電磁干擾性能好；?泄漏小，保密性能好；?節(jié)約金屬材料,有利于資源合理使用。,1.2.2光纖通信的優(yōu)點,光纖可以傳輸數(shù)字信號，也可以傳輸模擬信號。光纖在通信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)與計算機網(wǎng)，以及在其它數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，都得到了廣泛應用。光纖寬帶干線傳送網(wǎng)和接入網(wǎng)發(fā)展迅速，是當前研究開發(fā)應用的主要目標。,1.2.3光纖通信的應用,①通信網(wǎng)②構成因特網(wǎng)的計算機局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)③有線電視網(wǎng)的干線和分配網(wǎng)④綜合業(yè)務光纖接入網(wǎng),光纖通信的各種應用可概括如下：,光纖通信系統(tǒng)是以光波作載波、以光纖為傳輸媒介的通信系統(tǒng)。它的基本構成如圖所示，由光發(fā)信機、光收信機、光纖或光纜、中繼器和光無源器件以下五個部分組成。,1.3光纖通信系統(tǒng)的基本組成,光纖通信系統(tǒng)的基本組成,(1)光發(fā)信機,光發(fā)信機是實現(xiàn)電/光轉換的光端機。它由光源、驅動器和調制器組成。其功能是將來自于電端機的電信號對光源發(fā)出的光波進行調制，成為已調光波，然后再將已調的光信號耦合到光纖或光纜去傳輸。,(2)光收信機,光收信機是實現(xiàn)光/電轉換的光端機。它由光檢測器和光放大器組成。其功能是將光纖或光纜傳輸來的光信號，經(jīng)光檢測器轉變?yōu)殡娦盘?，然后，再將這微弱的電信號經(jīng)放大電路放大到足夠的電平，送到接收端的電端汲去。,(3)光纖或光纜,光纖或光纜構成光的傳輸通路。其功能是將發(fā)信端發(fā)出的已調光信號，經(jīng)過光纖或光纜的遠距離傳輸后，耦合到收信端的光檢測器上去，完成傳送信息任務。,(4)中繼器,中繼器由光檢測器、光源和判決再生電路組成。它的作用有兩個：一個是補償光信號在光纖中傳輸時受到的衰減；另一個是對波形失真的脈沖進行整形。,(5)無源器件,由于光纖或光纜的長度受光纖拉制工藝和光纜施工條件的限制，且光纖的拉制長度也是有限度的（如1Km)。因此一條光纖線路可能存在多根光纖相連接的問題。于是，光纖間的連接、光纖與光端機的連接及耦合，對光纖連接器、耦合器等無源器件的使用是必不可少的。,