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1、光纤通信原理,仇英辉 J5-D406,1 光纤通信概述1.1光纤通信技术的发展史及现状1.2光纤通信系统概述2 光纤2.1光纤概述2.2光纤的损耗特性2.3光纤的色散特性及色散限制2.4光纤中的非线性光学效应3 光器件 3.1 光器件概述3.2 光连接器Connector3.3 光衰减器Attenuator,3.4 光耦合器Coupler3.5 复用器与滤波器 Multiplexer and Filter3.6 光隔离器与环行器3.7 光调制器Modulators3.8 光开关Switches3.9 光波长转换器3.10 光交叉互连器4 激光器及光发射机4.1 半导体激光二极管LD4.2 半导
2、体激光器的工作特性4.3 光发射机,讲授内容(1),5 光检测器及光接收机5.1光检测器5.2光检测器的工作特性和参数5.3光接收机5.4光接收机的噪声特性 5.5光接收机的灵敏度 5.6光接收机的性能评估6 光放大器6.1概述6.2光放大器的原理与一般特性6.3掺铒光纤放大器EDFA6.4半导体光放大器SOA6.5光纤拉曼放大器FRA,讲授内容(2),7 光纤通信系统的性能与设计7.1光纤通信系统结构7.2光纤损耗对系统的限制7.3光纤色散对系统的限制7.4光纤中的非线性光学效应 对系统的影响7.5信道串扰7.6光纤通信系统设计中的功率预算8 光网络及其它光纤通信技术复 习,共计48学时考试
3、课,光纤通信王辉 编著 电子工业出版社光纤通信系统杨祥林 编著 国防工业出版社光纤通信系统顾畹仪 编著 北京邮电大学出版社光纤通信导论邱 昆 编著 电子科技大学出版社光纤通信系统L.G.卡佐夫斯基等著 张肇仪等译 人民邮电出版社,参考书目,第一章 光纤通信概述,1.1 光纤通信技术的发展史及现状1.2 光纤通信系统概述,1.1光纤通信技术的发展史及现状,什么是通信？“通”传送，“信”信息；信息的传送基本组成：发送、传输、接收,什么是光纤通信？利用激光作为信息的载波信号，并通过 光纤来传送信息的通信系统。,1.1光纤通信技术的发展史及现状,什么是通信？“通”传送，“信”信息；信息的传送基本组成：
4、发送、传输、接收,什么是光纤通信？利用激光作为信息的载波信号，并通过 光纤来传送信息的通信系统。,光纤通信是人类历史上的重大突破，现今的光纤通信已成为信息社会的神经系统,现代通信方式示意图,现代通信方式示意图,信息指用户要求传送的语音、图像、数据以及它们的各种组合,现代通信方式示意图,现代通信方式示意图,光纤通信经过30年的技术发展目前正在淘汰着其他的有线通信方式,光纤通信技术的主要优点,光波频率很高，光纤传输的频带很宽，故传输容量很大，理论上可通上亿门话路或上万套电视，可进行图像、数据、传真、控制等多种业务；不受电磁干扰，保密性好；耐高温、高压、抗腐蚀，工作可靠；光纤材料来源丰富，可节约大量
5、有色金属(如铜、铝)，且直径小、重量轻。,光纤通信器件的发展过程,光纤通信系统的发展历程,光纤通信追求目标:大容量、长距离技术发展：短波长-长波长、多模光纤-单模光纤、多模激光器-单模激光器,通信系统容量：比特率-距离积BL，B 比特率，L 中继距离,每秒钟传输的比特数目。,光纤通信技术的发展大体上可分为：,光纤通信技术的发展大体上可分为:（续）,光纤通信技术的三次飞跃(1),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。特别是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2
6、0dB/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。,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。,光纤通信技术的三次飞跃(2),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
7、输速率迅速提高，促成了波分复用技术的实用化。,光纤通信技术的三次飞跃(3),光纤通信,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,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,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,全光网成为目前光通信领域最热门的话题之一,Education,Telephone,Travel,Entertainment,Health,Shopping,Banking,21世纪的通信业务,全球通信业务需求,用户增加；每个用户的业务量增加；服务质量的提高；,通信容量需求急增,光纤通信最具
8、代表性技术 波分复用WDM和光纤放大器EDFA,光纤通信系统的新波段,1450 1490 1530 1570 1610 1650,S+S C L L+,波 长(nm),范崇澄 FS-08,光纤传输技术进一步发展,新的传输技术层出不穷色散管理技术L波EDFA，RAFEC技术色散与色散斜率的补偿PMD补偿技术OTDM技术与光孤子技术,网络容量演进战略,关键原材料,光纤预制棒,光纤通信的产业链,全球光纤通信主要供应商,光纤网络的分类,三种网络的不同要求,三种网络设备有着不同的性质决定了这三种网络中设备开发的不同考虑：Long-haul:Capacity Metro:Smart Access:Cost
9、,国内现状,1963年 开始光通信的研究1974年 研究光纤通信“六五”、“七五”、“八五”铺设“八纵八横”光纤线路总长约七万公里传输码率：从140Mb/s2.5Gb/s，10Gb/s，40Gb/s已开始研究。DFB（量子阱）激光器和EDFA研制成功，可供应用高速电子器件、波导器件尚有差距,带来的科学问题,光纤性能是有限制的，随着信道数据率和传输距离的增加，系统容量日益趋近极限，光纤不再是一个透明管道。2.5Gb/s per channel:forget the fiber;160Gb/s per channel:forget WDM!,为克服这些限制，除新型光纤(相对稳定)外，综合采用了色散
10、管理、宽带EDFA、Raman 放大、前向纠错（FEC）等行之有效的新技术；但新技术不一定都是好技术。系统总成本增加；灵活性、扩展性、生存性降低，特别不利于网络设计,带来的科学问题,持续发展面临的挑战功能多、适应能力强、成本低的光子学器件与技术；革命性变革有待于基础研究如何使光子变得聪明？所有的智能都在电层-只能是“低能”；光层变为 big fat pipe 使运营商无利可图，限制了光通信的发展；电子也曾经 stupid，有存储、信号处理等功能后才变为 SMART；基本问题：由材料开始！1015年解决，将引发通信事业的另一次革命！,第一章 光纤通信概述,1.1 光纤通信技术的发展史及现状1.2 光纤通信系统概述,数字光纤通信系统的组成,由光发射机、光纤光缆、中继器与光接收机等基本单元组成。此外还包括一些互连与光信号处理器件，如光纤连接器、隔离器、调制器、滤波器、光开关及路由器、分插复用器ADM等。,1.2 光纤通信系统概述,
