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第一章 光纤通信概述

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第一章 光纤通信概述. §1.1 光纤通信的概念 §1.2 光纤通信的发展历史 §1.3 现代光纤通信技术. §1.1 光纤通信的概念. 通信( communication ) : 从广义的角度来说,就是彼此之间传递信息。现代的通信一般是指 电信( telecommunication ) 。 IEEE (电气和电子工程师协会) 对电信的定义是借助诸如电话系统、无线电系统或电视系统这样的设备,在相隔一定距离的条件下进行的信息交换。. §1.1 光纤通信的概念. 电通信( electrical communication )

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§1.1 光纤通信的概念

§1.2 光纤通信的发展历史

§1.3 现代光纤通信技术

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§1.1 光纤通信的概念

  • 通信(communication) :从广义的角度来说,就是彼此之间传递信息。现代的通信一般是指电信(telecommunication)。
  • IEEE(电气和电子工程师协会)对电信的定义是借助诸如电话系统、无线电系统或电视系统这样的设备,在相隔一定距离的条件下进行的信息交换。
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§1.1 光纤通信的概念

  • 电通信(electrical communication)
    • 广义的电通信指的是一切运用电波作为载体而传送信息的所有通信方式的总称,而不管传输所使用的介质是什么。
    • 电通信又可分为有线电通信和无线电通信。
  • 光通信(optical communication)
    • 广义的光通信指的是一切运用光波作为载体而传送信息的所有通信方式的总称,而不管传输所使用的介质是什么。
    • 光通信也可以分为利用大气进行通信的无线光通信和利用石英光纤或塑料光纤进行通信的有线光通信。
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光纤通信

光通信

§1.1 光纤通信的概念

  • 人们通常把应用石英光纤的有线光通信简称为光纤通信(optical fiber communication)

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§1.1 光纤通信的概念

点对点光纤通信链路示意图

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§1.1 光纤通信的概念

DWDM系统器件

一个完整的DWDM系统。其通常包含光收发器、光耦合器、光复用/解复用器、光纤放大器、光上/下分路器、光交叉波分复用器、光色散补偿装置、光偏振控制装置、光开关、光波长转换器以及其他光通信器件、处理电路模块等

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§1.2 光纤通信的发展历史

光纤通信技术发展的精髓——提高光纤通信系统容量

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雏形:古代烽火、手旗、灯光

1880年 贝尔的光电话

光纤(传输介质)

激光器(发送源)

1951 医用玻璃纤维(损耗1000dB/km)

1960 Maiman发明红宝石激光器

1962 半导体激光器诞生(GaAs 870nm)

1966 高锟 理论预言

70 年代室温工作LD

(GaAsAI 850nm)

1970 康宁制出低损耗光纤

(20dB/km)

1300、1550nm 多模LD

1300(0.5dB/km),1550nm(0.2dB/km)

低损耗窗口光纤开发

单模LD

单模光纤

§1.2 光纤通信的发展历史

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§1.2 光纤通信的发展历史

  • 四大里程碑
    • 1960年,世界上第一台相干振荡光源-红宝石激光器问世。
    • 1970年,美国康宁玻璃公司的卡普隆(Kapron)博士等 拉制出损耗仅为20 dB/km的光纤
    • 1985年,南安普敦大学的Mears等人制成了掺铒光纤放大器(erbium-doped fiber amplifier, EDFA)
    • 90年代,光纤光栅、全光纤光子器件、平面波导器件及其集成的出现
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§1.2 光纤通信的发展历史

  • 20世纪60年代。1962年第一只半导体激光器诞生,随后半导体光检测器也研究成功。
  • 1966年英籍华人科学家高锟与Hockham提出用玻璃可以制成衰减为20dB/km的通信光导纤维,1970年美国康宁公司首先制出了20dB/km的光纤,这标志着光纤通信系统的实际研究条件得以具备。
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§1.2 光纤通信的发展历史

  • 20世纪70年代。1970年发明了LD的双异质结构,使得光源与光检测器的寿命都达到了10万小时的实用化水平。1979年发现了光纤1310nm和1550nm新的低损耗窗口,紧接着单模光纤问世。光纤的衰减系数一下降到0.5dB/km。这使得光纤通信迈进了实用化阶段,从80年代初开始光纤通信便大步地迈向了市场。
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§1.2 光纤通信的发展历史

  • 20世纪90年代初。1989年掺铒光纤放大器EDFA的研制成功是光纤通信新一轮突破的开始。EDFA的应用不仅解决了光纤传输衰减的补偿问题,而且为一批光网络器件的应用创造了条件。使得光纤通信的数字传输速率迅速提高,促成了波分复用技术的实用化。
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爆炸性发展

光纤通信是目前世界上发展最快的领域,平均每9个月性能翻一番、价格降低一半,其速度已超过了计算机芯片性能每18个月翻一番的摩尔定律的一倍。在短短的30多年时间里已经经历了五代通信系统的使用。

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网络容量演进战略

WDM 波长数

32

16

8

80Gb/s 320Gb/s

40Gb/s

20Gb/s 80Gb/s

10Gb/s 40Gb/s

4

1

2.5Gb/s 10Gb/s 40Gb/s

每波长比特率(TDM)

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§1.3现代光纤通信技术

  • 光纤通信技术特点
    • 传输容量大。
    • 传输损耗小,中继距离长
    • 抗干扰性好,保密性强,使用安全
    • 材料资源丰富,可节约金属材料
    • 重量轻,可挠性好,敷设方便
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§1.3现代光纤通信技术

光纤通信是不是完美无缺?

光纤通信除了上述优点外,也存在一些缺点。例如组件昂贵,光纤质地脆、机械强度低,连接比较困难,分路、耦合不方便,弯曲半径不宜太小等。

这些缺点在技术上都是可以克服的,它不影响光纤通信的实用。

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§1.3现代光纤通信技术

  • 未来技术角色
    • 超大容量光纤通信系统
    • 光集成器件和光电集成器件的研究
    • 新类型光纤的研究
    • 解决全网瓶颈的手段——光接入网
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超高速

大容量

长距离

网络化

一根光纤中可同时传输一百

多路信号,采用特殊技术

甚至可以同时传输1022路

光纤通信

单路速率不断提升,

已达到10、20、40Gb/s

采用OTDM技术甚至

可达640Gb/s

全光网成为目前光通信

领域最热门的话题之一

各种通信技术的快速

发展使上千甚至上万公

里的长距离传输成为可能

wdm edfa
光纤通信最具代表性技术 -波分复用WDM和光纤放大器EDFA
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光纤通信系统的新波段

S+ S C L L+

1450 1490 1530 1570 1610 1650

波 长 (nm)

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寻找合适的光纤,实用化的光损耗为20dB/km (99.5%/m);60年代研究,70年代突破,2000年0.2dB/km (99.995%/m);新的实用化光纤不断涌现

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§1.3现代光纤通信技术

21世纪是光子的世纪,是光网络的世纪,通信走向全光网络必然要涉及开发一系列不同于以往传统光纤通信要求的新技术、新器件。