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1、光 纤 通 信 系 统,罗清龙,课程安排,大课60学时+实验24学时（8个实验）授课时间周二、周三（2月底6月初）实验课 第三周第十周（实验楼B702）大课考试形式：闭卷（6月中旬）实验课考试形式：平时实验+期末实际操作（5月底）,课程的性质与任务,本课程是“通信工程”、“电子信息”、“计算机应用”等专业的一门专业课。这门课主要介绍了光纤通信的基本概念，基本组成，光纤的传输理论和特性，光端机的组成和特性；数字光纤通信系统及通信网络各项性能指标，光通信网的设计及规划，光通信的新技术。,课程基本要求,掌握光纤通信系统的基本组成；了解光纤和光缆的结构和类型，光纤的传输原理和特性，光纤特性的测量；了解
2、光源、光检测器和光无源器件的类型、原理和性质；掌握光端机的组成和特性；数字光纤通信系统(PDH和SDH)；了解光纤通信新技术；了解模拟光纤通信系统，包括副载波复用光纤通信系；光纤通信的若干新技术，如光纤放大器、光波分复用技术、光交换技术、光孤子通信、相干光通信技术、光时分复用技术等；了解光纤通信网络，包括单波长的SDH传送网，多波长的WDM全光网和光接入网。,问题：学这门课的用处？,光通信研究方向的入门课；光纤通信专业的前景；处理好“方向”与“工具”的关系；,主要内容,绪论 光纤的传输理论 光源和光调制 光接收机 光纤通信系统和通信网 光纤通信新技术,课程的重点和难点,本课程的重点是光纤的传输
3、特性、半导体器件工作原理、光同步传输网网络结构、光纤通信系统的设计、掺铒光纤放大器的性能与应用、密集波分复用技术和全光通信网的原理和关键技术。本课程的难点是光纤传输的波动理论、无源光器件和有源光器件的原理，光接收机灵敏度的计算。它们涉及到光学原理和电磁场理论，教学中强调基本概念，避免繁琐的公式推导，着重讲解有用结论的物理意义。,第0章 绪 论,0.1 通信网0.2 光纤通信的发展与现状0.3 光纤通信的主要特性0.4 光纤通信系统的组成和分类,0.1 通信网：（一）通信系统 终端、传输线（二）通信网：多个通信系统的有机结合 终端、交换、传输设备组成,终端：磁石话机、共电话机、脉冲话机、多频话机
4、、数字话 机、电传机、三类传真机、四类传真机、计算机,交换设备：磁石交换机、共电交换机、纵横制交换机 模拟程控交换机、数字程控交换机、IP交换机 ATM交换机,传输设备：电话线、铁线、铜线、载波、微波、光纤,0.2 光纤通信的发展与现状,0.2.1 早期的光通信 1880年，贝尔发明了第一个光电话，这一大胆的尝试，可以说是现代光通信的开端。将弧光灯的恒定光束投射在话筒的音膜上，随声音的振动而得到强弱变化的反射光束，这个过程就是调制。,贝尔电话系统,音膜,0.2.2 光纤通信在大气光通信受阻之后，人们将研究的重点转入到地下光波通信的实验，先后出现过反射波导和透镜波导等地下通信的实验，如图所示。（
5、1962-1964）,图0.2.2 反射波导和透镜波导,1966年，英籍华人高锟(K.C.Kao，当时工作于英国标准电信研究所)博士深入研究了光在石英玻璃纤维中的严重损耗问题，发现这种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，其次是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，他还发现一些玻璃纤维在红外光区的损耗较小。,1970年美国的康宁公司拉出了第一根损耗为20dB/km的光纤。20世纪70年代：传输质量提升；损耗下降 19721973 0.85m波段损耗降至2dB/km,20世纪80年代：光纤通信大发展 波长：0.85m 1.
6、3m 1.55m 损耗：0.5dB/km 0.2dB/km 多模光纤 单模光纤 1.31 m 色度色散为零 波分复用系统、相干光通信系统、光纤放大器,带宽和容量的需求,单信道系统速率：1993 2.5Gb/s;1995 10Gb/s 40Gb/s,波分复用技术密集波分复用,通信网：交换技术,20世纪90年代：WDM全光通信网 光传送网（OTN）自动交换光网络（ASON）方向：大容量、长距离传输,总结研究方向：自动交换光网络大容量、长距离传输的各种技术光网络与数据网的融合、光标记、光突发交换、光分组交换、网络的异构互联、网络控制、管理和生存性；低噪声放大、非线性光学效应的抑制；群速度色散和偏振模
7、色散的补偿；新型调制格式、纠错编码,0.3 光纤通信的主要特性,0.3.1 光纤通信的优点 1.光纤的容量大 光纤通信是以光纤为传输媒介，光波为载波的通信系统，其载波光波具有很高的频率(约1014GHz)，因此光纤具有很大的通信容量。,2.损耗低、中继距离长 目前，实用的光纤通信系统使用的光纤多为石英光纤，此类光纤在1.55m波长区的损耗可低到0.18dB/km，比已知的其他通信线路的损耗都低得多，因此，由其组成的光纤通信系统的中继距离也较其它介质构成的系统长得多。如果今后采用非石英光纤，并工作在超长波长(2m)，光纤的理论损耗系数可以下降到10-310-5dB/km，此时光纤通信的中继距离可
8、达数千，甚至数万公里。,3.抗电磁干扰能力强 例如，我们知道，电话线和电缆一般是不能跟高压电线平行架设的，也不能在电气铁化路附近铺设。,4.保密性能好 对通信系统的重要要求之一是保密性好。然而，随着科学技术的发展，电通信方式很容易被人窃听：只要在明线或电缆附近(甚至几公里以外)设置一个特别的接收装置，就可以获取明线或电缆中传送的信息。更不用去说无线通信方式 5.体积小，重量轻 6.节省有色金属和原材料,0.3.2 光纤通信的缺点光纤通信有以下缺点：1.抗拉强度低 2.光纤连接困难 3.光纤怕水,光纤怕水的原因是：光纤是玻璃(Si04)硅氧四面体相互连接构成的，如图1所示。在一SiOSi一网络中
9、，氧原子以桥氧的形式存在。但在有水的环境中，玻璃表面吸附水气后，慢慢地发生水解反应，于是导致原网络一Si一0一Si一中的硅氧键断裂，桥氧变成非桥氧如图2，结果造成玻璃裂纹，并使裂纹不断增长。,0.4 光纤通信系统的组成和分类,0.4.1 光纤通信系统的组成 光纤通信系统是以光纤为传输媒介，光波为载波的通信系统。主要由光发送机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。,系统中光发送机的作用是将电信号转换为光信号，并将生成的光信号注入光纤。光发送机一般由驱动电路、光源和调制器组成。光接收机的作用是将光纤送来的光信号还原成原始的电信号。它一般由光电检测器和解调器组成。光纤的作用是为光信号的传送提供传送媒介(信道)，将光信号由一处送到另一处。中继器分为电中继器和光中继器(光放大器)两种，其主要作用有两个：补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减；对波形失真的信号进行正性。,0.4.2 光纤通信系统的分类 根据调制信号的类型，光纤通信系统可以分为模拟光纤通信系统和数字光纤通信系统。根据光源的调制方式，光纤通信系统可以分为直接调制光纤通信系统和间接调制光纤通信系统根据光纤的传导模数量，光纤通信系统可以分为多模光纤通信系统和单模光纤通信系统。根据系统的工作波长，光纤通信系统可分为短波长光纤通信系统、长波长光纤通信系统和超长波长光纤通信系统。,
