光纤通信技术
1 光纤通信的发展史
• 由于光波具有极高的频率和极宽的带宽，从而可容纳巨大的通信信息，
• 利用光来传递信息的历史可追溯到几千年前，但长期以来，光通信发 展一直很缓慢，直至1960年，梅曼发明了激光器，光通信才进入了 实质性发展阶段。但终因当时光通信传输介质不是衰耗过大，就是造
• （4） 光缆的尺寸小，质量轻，可绕性强，便于施工维护。光纤芯径 一般只有几微米到几十微米，相同容量话路光缆，要比电缆轻90%～ 95%。光缆比电缆占用空间小，故光缆的敷设方式方便灵活，既可以
• （5） 无漏信号和串音，安全可靠，保密性强。光波在光纤中传输时 只在其芯区进行，基本上没有光“泄露”出去，很难用金属感应器对 光缆进行窃听，因此，它比常用的铜缆保密性强。这也是光纤通信系
别适用于长途一、二级干线通信。中继距离的增加，大大减少了光纤
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9.1 概述
• （3） 抗电磁干扰能力强，寿命长，环境适应性能好。光纤是非金属 的光导纤维，由石英玻璃制成，传输的是光信号，在有强烈电磁干扰 的地区和场合中使用，光纤也不会产生感应电压、电流，光纤通信抗 电磁干扰能力很强。另外，光纤对恶劣环境有较强的抵抗能力，它比 金属电缆更能适应温度变化，而且腐蚀性液体或气体对其影响较小。 从而提高了光纤通信系统的使用寿命，一般认为光缆的寿命为20～ 30
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9.1 概述
• 自1970年以后，世界各国对光纤通信的研究倾注了大量的人力与物 力，其规模之大、速度之快远远超出了人们的意料，使光纤通信技术 取得了极其惊人的进展，为国家信息基础设施提供了宽敞的信息传输
• (1) 光载波波长由短波长(0.85 μm)向长波长(1.31 μm和1.55 μm)发展； (2)
信用频率很高的光波作为载波，具有很宽的传输频带。理论上讲，一
根光纤的带宽能力，可容纳1010
107路电视，传输数字
40 Tbit/s
• (2) 光纤损耗低，中继距离长，适应于远距离传输。由于光纤具有极 低的衰耗系数，目前常用的石英光纤在1.31 μm和1.55 μm波长的传 输损耗分别为0.50 dB/km和0.20 dB/km以下。若配以适当的光发送 与光接收设备，可使其中继距离达数百公里以上。因此，光纤通信特
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9.1 概述
• 9.1.3
• 光纤通信系统中用户要传输的信号多种多样，如语音、图像、数据或 多媒体信息等，但均可分成数字和模拟两类信号，它们都可以作为光 纤通信系统传输的信号。要使光波成为携带信息的载体，必须在发射 端用传输信息对光波进行调制，在接收端再把信息从光波中检测出来。 然而，由于目前技术水平有限，对光波进行频率调制与相位调制等仍 局限在实验室内，尚未达到实用化水平，因此目前实用的光纤通信系 统大都采用强度调制与直接检波方式（IM-DD）。又因为目前的光源 器件与光接收器件的非线性比较严重，所以对光器件的线性度要求比 较低的数字光纤通信在光纤通信中占据主要位置。如图9-1所示，光 纤通信系统由光发送机、光接收机、光中继器、光纤及光纤连接器、 耦合器无源器件等组成。
第9章
• 本章导读 • 9.1 概述 • 9.2 光源与光发送机 • 9.3 光检测器与光接收机 • 9.4 光中继器 • 9.5 光纤通信系统
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第9章
• 9.6 光纤通信网络 • 9.7 相干光通信 • 9.8 光孤子通信 • 9.9 光纤通信技术在军事中的应用
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本章导读
• 光纤通信技术是光纤应用技术的一个重要应用方向，它是以光纤技术、 激光技术和光电集成技术为基础而发展起来的。光纤通信是以光纤作 为传输媒介、光波为载频的一种先进的通信手段。光纤通信具有许多 独特的优点，所以光纤一经问世，就以科技史上罕见的速度迅速发展 而成为有效的通信手段。本章主要介绍了光纤通信的特点、分类和光
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9.1 概述
• （6） 工作频带内损耗基本相等，均衡容易。光纤对每一频率成分的 损耗几乎是相等的，一般不需在中继站和接收端采取幅度均衡措施。
• （7） 光纤资源丰富，节约有色金属和能源。制造光纤纤芯和包层的 主要原料是二氧化硅，它是地球上蕴藏量最丰富的物质，取之不尽， 用之不竭，且价格便宜。而电缆主要材料是铜、铝等有色金属，与光
• 9.1.2光纤通信的特点
• 光纤通信之所以受到人们的极大重视，得到如此迅速的发展，与光纤 • （1） 传输频带宽，通信容量大，可比微波通信容量提高10万倍。通
信系统的通信容量与系统的带宽成正比，带宽通常用载频的百分比表 示。
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9.1 概述
• 如果载波的频率越高，则传输频带越宽，即通信容量就越大。光纤通
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9.1 概述
• 1970年，美国康宁玻璃公司根据高锟文章的设想，用改进型化学汽 相沉积法（MCVD法）研制出当时世界上第一根损耗为20 dB/km的 超低损耗石英光纤，证明了用当时的科学技术与工艺方法制造超低损 耗光纤作为通信的传输介质是大有希望的，即找到了实现低损耗传输 光波的理想传输媒介，成为光纤通信发展的里程碑。同年美国贝尔实 验室研制出世界上第一只在室温下连续波工作的砷化镓铝（GaAlAs） 异质结半导体激光器，为光纤通信找到了合适的光源器件。从此，便
• 1966年7月，英籍华裔学者高锟博士（K.C.Kao）发表了一篇十分著 名的文章，从理论上分析并证明了用光纤作为传输媒体实现光通信的 可能性，并科学地预言了制造通信用超低损耗光纤的可行性，即加强 原材料提纯，设法降低玻璃纤维中的杂质，加入适当的掺杂剂，可以 使光纤的损耗系数降低到20 dB/km以下，从而奠定了光纤通信的理
• (3) • (4) 数字传输系列由准同步数字系列(PDH)向同步数字系列(SDH) • (5) • (6) • 此外，在光孤子通信、超长波长通信和相干光通信方面也取得了巨大
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9.1 概述
• 总之，光纤通信技术用带宽极宽的光波作为传送信息的载体以实现通 信取得了极其惊人的进展。然而，就目前光纤通信而言，其实际应用 仅是其潜在能力的2％左右，尚有巨大的潜力等待开发利用。因此，
