光纤通信第一章导论
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光纤通信系统讲义第一章
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•Electric phone
•Radio TV
•micro wave
•AM无线电 •FM无线电 •卫星/微波
•同轴电缆
•双铰线
•infra •Visible
red
light
•光纤
•107 •106 •105 •104 •103 •102 •101 •100 •10-1 •10-2 •10-3 •10-4 •10-5 •10-6
光纤通信系统讲义第一 章
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2020/11/5
光纤通信系统讲义第一章
第一章 概述
1.1. 光纤通信的发展概况 • 光通信就是发出包含了某种信息在内的光，
将这种光通过媒质光纤传到对方，然后在 这种光中取出原来的信息，这就是光纤通 信。
• 古代，我们的祖先已经利用光来传递信息。 建造烽火台，用烟和火花来报警，用旗语 来传送信息等。
在我国青岛和韩国泰安登陆、全长549公里
•
光纤通信系统讲义第一章
照Pioneer公司预测，海底光缆系统的建设资金（包 括新建和升级改造），2003年为最低点，2007年 则可恢复到2001年的水平。略高于140亿美元)。 而Terabit Consulting公司认为，2004年后海底光 缆建设将开始复苏，2004-2009年海底光缆的投 资总额可达496亿美元（这段时间每年平均80多 亿美元）。但日本KDDI公司认为，从现时的市场 感觉以及根据IT泡沫发生前的长时期内市场的发 展趋势来判断，Consulting公司的预测将很难成 为现实。KDDI还认为，2004年后海底光缆建设每 年的投资额充其量也就是40亿美元左右。
•2 dB/cm
•Fourth Generation, 1996, 1.55 mm
一章光纤通信概述ppt课件
光纤、光缆弯曲半径不能过小(>20CM) 在偏僻地区存在有供电困难问题
由于光纤具备一系列优点，所以广泛应用于公用 通信、有线电视图像传输、计算机、空航、航天、船 舰内的通信控制、电力及铁道通信交通控制信号、核 电站通信、油田、炼油厂、矿井等区域内的通信
2020/4/26
图1-1电磁波波谱图
1.11 光纤通信使用波段
2020/4/26
第一章：光纤通信概述
1.1 光纤传输系统的基本组成
光纤通信：以光导纤维（光纤）为传输媒 质，以光波为载波，实现信息传输。
光纤传输系统的基本组成
光发射机
光源
光调制器
已调光 光纤线路
信号
调制电信号
基带处理
光接收机
光检测器 解调电信号 基带处理
2020/4/26
基带电信号
基带电信号
1.1 光纤传输系统的基本组成
第三阶段（1986年～），全面深入开展新技术研究，实现 了1.55 μm单模光纤通信系统（SDH） ，速率达2.5~10Gb/s, 无中继距离为100～150km；2019年后，研发波分复用光纤 2020/4/通26 信系统，每波长传输速率10或40G及光波网络。
1.9 光纤通信的特点与应用
传输容量很大：2.5G～10G/波长；每光纤采用波分复用
1.4 光纤传输特性
传输损耗：由材料吸收和杂质散射等因素引起有 三个低损耗窗口：（1）0.85μm附近，损耗2~4dB/km;（2）
1.31 μm附近，损耗约0.5dB/km;（3）1.55 μm附近，损耗约0.2dB/km。
色散（Dispersion）：一般包括材料色散、模式色 散、波导色散等，引起接收的信号脉冲展宽，从 而限制了信息传输速率。
由于光纤具备一系列优点，所以广泛应用于公用 通信、有线电视图像传输、计算机、空航、航天、船 舰内的通信控制、电力及铁道通信交通控制信号、核 电站通信、油田、炼油厂、矿井等区域内的通信
2020/4/26
图1-1电磁波波谱图
1.11 光纤通信使用波段
2020/4/26
第一章：光纤通信概述
1.1 光纤传输系统的基本组成
光纤通信：以光导纤维（光纤）为传输媒 质，以光波为载波，实现信息传输。
光纤传输系统的基本组成
光发射机
光源
光调制器
已调光 光纤线路
信号
调制电信号
基带处理
光接收机
光检测器 解调电信号 基带处理
2020/4/26
基带电信号
基带电信号
1.1 光纤传输系统的基本组成
第三阶段（1986年～），全面深入开展新技术研究，实现 了1.55 μm单模光纤通信系统（SDH） ，速率达2.5~10Gb/s, 无中继距离为100～150km；2019年后，研发波分复用光纤 2020/4/通26 信系统，每波长传输速率10或40G及光波网络。
1.9 光纤通信的特点与应用
传输容量很大：2.5G～10G/波长；每光纤采用波分复用
1.4 光纤传输特性
传输损耗：由材料吸收和杂质散射等因素引起有 三个低损耗窗口：（1）0.85μm附近，损耗2~4dB/km;（2）
1.31 μm附近，损耗约0.5dB/km;（3）1.55 μm附近，损耗约0.2dB/km。
色散（Dispersion）：一般包括材料色散、模式色 散、波导色散等，引起接收的信号脉冲展宽，从 而限制了信息传输速率。
光纤通信第1章概论.pptx
1·2 1.2.1 光通信与电通信 1.2.2 光纤通信的优点
1.2.3 光纤通信的应用 1·3 光纤通信系统的基本组成
1.3.1 发射和接收 1.3.2 基本光纤传输系统 1.3.3 数字通信系统和模拟通信系统
1.1 光纤通信发展的历史和现状
1.1.1 探索时期的光通信
原始形式的光通信:中国古代用“烽火 台”报警，欧洲人用旗语传送信息。 1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用 光波作载波传送话音的“光电话”。贝 尔光电话是现代光通信的雏型。
第三阶段(1986~1996年)，这是以超大容
量超长距离为目标、全面深入开展新技术研
究的时期。
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1.1.3
1976年美国在亚特兰大进行的现场试验， 标志着光纤通信从基础研究发展到了商业应用 的新阶段。
此后，光纤通信技术不断创新：光纤从多 模发展到单模，工作波长从0.85 μm发展到1.31 μm和1.55 μm(短波长向长波长），传输速率从 几十Mb/s发展到几十Gb/s。
1976年，日本电报电话公司研制成功发 射波长为1.3 μm的铟镓砷磷(InGaAsP) 激光器。
1977 年，贝尔实验室研制的半导体激光 器寿命达到10万小时。
1979年美国电报电话(AT&T)公司和日 本电报电话公司研制成功发射波长为 1.55 μm的连续振荡半导体激光器。
由于光纤和半导体激光器的技术进步，使 1970 年成为光纤通信发展的一个重要里程碑。
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1.2.2 光纤通信的优点
容许频带很宽，
损耗很小， 中继距离很长且误码率很小
重量轻、 体积小
抗电磁干扰性能好
泄漏小，
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节约金属材料， 有利于资源合理使用
1.2.3 光纤通信的应用 1·3 光纤通信系统的基本组成
1.3.1 发射和接收 1.3.2 基本光纤传输系统 1.3.3 数字通信系统和模拟通信系统
1.1 光纤通信发展的历史和现状
1.1.1 探索时期的光通信
原始形式的光通信:中国古代用“烽火 台”报警，欧洲人用旗语传送信息。 1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用 光波作载波传送话音的“光电话”。贝 尔光电话是现代光通信的雏型。
第三阶段(1986~1996年)，这是以超大容
量超长距离为目标、全面深入开展新技术研
究的时期。
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1.1.3
1976年美国在亚特兰大进行的现场试验， 标志着光纤通信从基础研究发展到了商业应用 的新阶段。
此后，光纤通信技术不断创新：光纤从多 模发展到单模，工作波长从0.85 μm发展到1.31 μm和1.55 μm(短波长向长波长），传输速率从 几十Mb/s发展到几十Gb/s。
1976年，日本电报电话公司研制成功发 射波长为1.3 μm的铟镓砷磷(InGaAsP) 激光器。
1977 年，贝尔实验室研制的半导体激光 器寿命达到10万小时。
1979年美国电报电话(AT&T)公司和日 本电报电话公司研制成功发射波长为 1.55 μm的连续振荡半导体激光器。
由于光纤和半导体激光器的技术进步，使 1970 年成为光纤通信发展的一个重要里程碑。
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1.2.2 光纤通信的优点
容许频带很宽，
损耗很小， 中继距离很长且误码率很小
重量轻、 体积小
抗电磁干扰性能好
泄漏小，
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节约金属材料， 有利于资源合理使用
光纤通信原理全套讲解课件
如果今后采用非石英光纤，并工作在 超长波长(＞2μm)，光纤的理论损耗系数可 以下降到10-3～10-5dB/km，此时光纤通信 的中继距离可达数千，甚至数万公里。
3. 抗电磁干扰能力强
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。
2.1 光纤的结构与类型 2.2 光纤的射线理论分析 2.3 均匀光纤的波动理论分析 2.4 光 缆
2.1 光纤的结构与类型
2.1.1 光纤的结构
光纤(Optical Fiber，OF)就是用来导 光的透明介质纤维，一根实用化的光纤是 由多层透明介质构成的，一般可以分为三 部分：折射率较高的纤芯、折射率较低的 包层和外面的涂覆层，如图2.1所示。
第一章 概 述
1.1 光纤通信的发展与现状 1.2 光纤通信的主要特性 1.3 光纤通信系统的组成和分类
1.1 光纤通信的发展与现状
1.1.1 早期的光通信
到了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。
在这里，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。
反射定律：反射光线位于入射光线和 法线所决定的平面内，反射光线和入射光 线处于法线的两侧，并且反射角等于入射
角，即：θ1′＝θ1。
折射定律 ：折射光线位于入射光线和 法线所决定的平面内，折射光线和入射光 线位于法线的两侧，且满足：
光纤通信原理ppt课件教学教程
第五代光波通信系统的研究与发展也经历了20多年历程， 已取得突破性进展。它基于光纤非线性压缩抵消光纤色散 展宽的新概念产生的光孤子，
第一代为纯电信网
第二代通信网仅仅是用光纤代替铜线，使通信网的性能得到了某 种改善，而网络的拓扑骨架基本上之前的模式，光波通信的潜力 尚未完全发挥。
1978年工作于0.8μm的第一代光波系统正式投入商业应用。
上世纪80年代初，早期的采用多模光纤的第二代光波通信 系统问世。
1990年，工作于2.4Gb/s，1.55μm的第三代光波系统已能提 供通信商业业务。
第四代光波系统以采用光放大器(OA)增加中继距离和采用 频分与波分复用(FDM与WDM)增加比特率为特征。
1.4光纤通信系统的组成
1.5光纤通信的发展趋势
电时分复用技术 光波分复用(WDM)
第三代通信网为全光通信网。1990年后，随着光纤与光波电子技 术的发展，新颖光纤与半导体功能光器件相继问世，掀起了发展 全光通信网的潮流。这种通信网中，不仅用光波系统传输信号， 交换、复用、控制与路由选择等亦全部在光域完成，由此构建真 正的光波通信网。
1.3
传输频带宽，通信容量大。 中继距离远。 抗电磁干扰能力强，无串话。 光纤细，光缆轻。 资源丰富，节约有色金属和能源。 均衡容易。 经济效益好。 抗腐蚀、不怕潮湿。
第一章：光纤通信概述
1.1什么是光纤通信 1.2光纤通信的发展史 1.3光纤通信的特点 1.4光纤通信系统的组成 1.5光纤通信的发展趋势
1.1什么是光纤通信
利用光导纤维传输光波信号的通信方式，称为光纤通信。 光纤通信是工作在近红外区，其波长是0.8～1.8μm，对应的频 率为167～375THz。 光纤通信技术的发展十分迅速，已经起到了举足轻重的地位，
第一代为纯电信网
第二代通信网仅仅是用光纤代替铜线，使通信网的性能得到了某 种改善，而网络的拓扑骨架基本上之前的模式，光波通信的潜力 尚未完全发挥。
1978年工作于0.8μm的第一代光波系统正式投入商业应用。
上世纪80年代初，早期的采用多模光纤的第二代光波通信 系统问世。
1990年，工作于2.4Gb/s，1.55μm的第三代光波系统已能提 供通信商业业务。
第四代光波系统以采用光放大器(OA)增加中继距离和采用 频分与波分复用(FDM与WDM)增加比特率为特征。
1.4光纤通信系统的组成
1.5光纤通信的发展趋势
电时分复用技术 光波分复用(WDM)
第三代通信网为全光通信网。1990年后，随着光纤与光波电子技 术的发展，新颖光纤与半导体功能光器件相继问世，掀起了发展 全光通信网的潮流。这种通信网中，不仅用光波系统传输信号， 交换、复用、控制与路由选择等亦全部在光域完成，由此构建真 正的光波通信网。
1.3
传输频带宽，通信容量大。 中继距离远。 抗电磁干扰能力强，无串话。 光纤细，光缆轻。 资源丰富，节约有色金属和能源。 均衡容易。 经济效益好。 抗腐蚀、不怕潮湿。
第一章：光纤通信概述
1.1什么是光纤通信 1.2光纤通信的发展史 1.3光纤通信的特点 1.4光纤通信系统的组成 1.5光纤通信的发展趋势
1.1什么是光纤通信
利用光导纤维传输光波信号的通信方式，称为光纤通信。 光纤通信是工作在近红外区，其波长是0.8～1.8μm，对应的频 率为167～375THz。 光纤通信技术的发展十分迅速，已经起到了举足轻重的地位，
光纤通信系统(第2版)杨祥林 第一章答案(仅供参考)
《光纤通信系统》（第2版）杨祥林 主编第1章 导论 课后习题答案 维E 的常客 编（仅供参考，如有不足之处，请指正）1.1设光信号在损耗分别为0.2dB/km 、20dB/km 、2000dB/km 的3种光纤中传输，试求光功率衰减至1/10时的传播距离。
假定光功率按exp(−αL)减少，计算3种光纤的α(cm −1)值。
解：光的传输距离L =−10lg |p i p 0|/αdB ;0.2dB/km L =−10lg 1100.2=50km20dB/km L =−10lg 11020=0.5km2000dB/km L =−10lg 1102000=0.005km光功率p i =p 0exp(−αL)衰减系数α=ln (p 0p i )∗αdB 10lg (p 0p i )=αdB 10lge ≅αdB 4.343 则α(cm −1)=αdB10lge ×10−5cm −10.2dB/km α=4.61×10−7cm −1 20dB/km α=4.61×10−5cm −12000dB/km α=4.61×10−3cm −11.2假设数字通信系统能够在高达1%的载波频率的比特率下工作，试问在5GHz 的微波载波和1.55μm 的光载波上能传输多少路64Kb/s 音频信道？ 解：根据题意得5GHz 的微波载波上，数字通信系统的比特率为5×109×1%=5×107b/s ，能传输的音频信道的路数为5×10764×103≅781路；1.55μm 的光载波上，数字通信系统的比特率为3×1081.55×10−6×1%≅1.935×1012b/s ， 能传输的音频信道的路数为1.935×101264×103≅30241935路。
1.3以ASCII 格式存在于计算机硬盘的1h 演讲稿，假定传送速率为200字/min ，平均每字5个字母，试估计总比特数。
光纤通信第1章绪论
04 光纤通信的应用领域
电信领域
固定通信
光纤通信在固定通信领域中发挥着重要作用，提供高速、大容量的数据传输， 支持语音、视频和多媒体业务。
移动通信
光纤作为移动通信网络的基础，为4G和5G移动通信提供高速、低延迟的数据传 输，支持大规模用户接入和高可靠性服务。
电力通信领域
智能电网
光纤通信在智能电网中用于传输电力系统的各类信息，如电力调度、自动化控制 和远程监控等，提高电网的可靠性和效率。
光纤入户的普及和升级将提高家庭用 户的信息传输速度和容量，满足用户 对高清视频、在线游戏、云计算等高 带宽应用的需求，提升用户的生活品 质和生产效率。
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光的调制
在发送端，利用调制器将低频信息信 号调制到高频光源信号上，使信息与 光波相结合。
光纤通信系统组成
光纤
传输光波的介质，由石英或塑 料制成，具有低损耗和高带宽 特性。
解调器
从光波中提取信息信号，还原 成原始信息。
光源
用于产生光波，通常为激光器 或发光二极管。
调制器
将信息信号调制到光波上，实 现信息加载。
光量子通信技术的发展将为未来的信息安全提供更加可靠 的保障，为政府、军事、金融等领域的信息传输提供更加 安全、可靠的技术支持。
光纤入户的普及与升级
光纤入户是指将光纤直接接入到家庭 用户，提供高速、大容量的信息传输 服务。随着光纤技术的不断发展，光 纤入户的普及和升级将成为未来信息 社会的重要基础设施。
光纤通信第1章绪论
contents
目录
• 引言 • 光纤通信概述 • 光纤通信发展历程 • 光纤通信的应用领域 • 光纤通信的未来展望
第1章光纤通信概述
(无水峰)单纤全部可用频段为400nm，约50THz 〖频谱效率〗为 0.4 bit/s/Hz(说明…) 则【可用容量上限】为 50THz 0.4 bit/s/Hz ＝ 20Tb/s 若每波长 信道速率 40Gb/s, 单根纤芯可传 500个波长
500路x40Gb/s=20Tb/s
0.3dB 0.2dB
近乎无限的带宽（没有光纤就没有当今的信息高 速公路) 低损耗（<0.2dB/km)，（传输距离远） 无电磁干扰，信号传输质量高，保密性好 耐化学腐蚀 光纤尺寸小，重量轻，便于传输和铺设； 低价 （光纤是石英玻璃拉制成形,原材料来源丰 富，并节约了大量有色金属）
2020年5月11日8时3分
高速宽带DWDM光传输的容量潜力
2020年5月11日8时3分
什么是光纤通信？
通信系统：将信息从一处传到另一处的全部技术设备和信 道（传输媒介）的总和。
无线通信：微波、卫星…… 传输媒介
有线通信: 铜线电缆、光纤光缆
光纤通信：利用光纤光缆传输光波信号的通信方式。 优点：价格便宜，线路损耗低、频带宽。是现代通信网的 骨干。
2020年5月11日8时3分
频段 电力、电话 划分
传 输 介 质
无线电、电视
微波
AM无线电 FM无线电 卫星/微波
同轴电缆 双铰线
红外
可见光
光纤
107 106 105 104 103 102 101 100 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6
自由空间波长，m
2020年5月11日8时3分
电磁频谱：电磁波的波长范围
2020年5月11日8时3分
1960年，大气光波通信
图1.2 红宝石激光器[美国梅曼(Maiman)，1960]
500路x40Gb/s=20Tb/s
0.3dB 0.2dB
近乎无限的带宽（没有光纤就没有当今的信息高 速公路) 低损耗（<0.2dB/km)，（传输距离远） 无电磁干扰，信号传输质量高，保密性好 耐化学腐蚀 光纤尺寸小，重量轻，便于传输和铺设； 低价 （光纤是石英玻璃拉制成形,原材料来源丰 富，并节约了大量有色金属）
2020年5月11日8时3分
高速宽带DWDM光传输的容量潜力
2020年5月11日8时3分
什么是光纤通信？
通信系统：将信息从一处传到另一处的全部技术设备和信 道（传输媒介）的总和。
无线通信：微波、卫星…… 传输媒介
有线通信: 铜线电缆、光纤光缆
光纤通信：利用光纤光缆传输光波信号的通信方式。 优点：价格便宜，线路损耗低、频带宽。是现代通信网的 骨干。
2020年5月11日8时3分
频段 电力、电话 划分
传 输 介 质
无线电、电视
微波
AM无线电 FM无线电 卫星/微波
同轴电缆 双铰线
红外
可见光
光纤
107 106 105 104 103 102 101 100 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6
自由空间波长，m
2020年5月11日8时3分
电磁频谱：电磁波的波长范围
2020年5月11日8时3分
1960年，大气光波通信
图1.2 红宝石激光器[美国梅曼(Maiman)，1960]
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❖ 1979 年 ， 日 本 电 报 电 话 公 司 研 制 出 0.2dB/km 的光纤(1.55m)，这一数值已经十分接近由 Rayleigh散射所决定的石英光纤理论损耗极 限.
❖目前，光纤最低损耗为0.17dB/km 。
光纤通信第一章导论
国内光纤技术发展情况
在70年代国外的低损耗光纤获得突破后， 我国从1974年开始了低损耗光纤和光通信的 研究工作，并于70年代中期研制出低损耗光 纤和室温下可连续发光的半导体激光器。 1979年分别在北京和上海建成了市话光缆通 信实验系统。这些成果成为我国光通信研究 的良好开端，并使我国成为当时少数几个拥 有光缆通信系统试验段的几个国家之一。到 80年代末，我国的光纤通信的关键技术已达 到国际先进水平。
The word ‘laser’ has been generally accepted since about 1965
光纤通信第一章导论
光纤
❖1854年，就认识到光纤导光传播 的基本原理—全内反射;
❖十九世纪二十年代，制成了无包 层的玻璃光纤；
❖二十世纪五十年代，用包层可以 改善光纤特性，当时的主要目的 是传输图像;
光纤通信第一章导论
理论上光纤通信可容纳：
电话：7.5亿路
电视：30万路
光纤通信第一章导论
光纤通信的发展历程
❖原始光通信阶段； ❖近代实验探索阶段； ❖系统实验及实用化阶段。
光纤通信第一章导论
原始光通信
光通信是一种古老的信息传递方式， 也是一种被普遍使用的信息交流方法。 中国古代边防报警的烽火台的烟火、 古埃及的烽烟塔、美洲印第安人利用 烟火传递信息等都是原始性的一种光 通信。这些都是用可见光进行的视觉 通信，传输效率非常低，不能称得上 是完全意义上的光通信。
光纤通信第一章导论
低损耗光纤的迅速发展
❖ 1974 年 ， 贝 尔 实 验 室 （ Bell ） 发 明 了 制 造 低 损耗光纤的方法，称作改进的化学汽相沉积 法（MCVD）.光纤损耗下降到1dB/km。
❖ 1976 年 ， 日 本 电 话 电 报 公 司 研 制 出 更 低 损 耗 光纤，损耗下降到0.5dB/km。
光纤通信的五代
光纤通信第一章导论
第一代: 工作波段为0.8μm，BL约为500Mb/s.km 第二代: 工作波段为1.3μm的光波，BL约为85Gb/s.km 第三代: 工作波段为1.55μm的光波，BL约1000Gb/s.km 第四代: 采用光放大器增加中继距离，采用频分和波分 复用增加比特率为特征，BL约为2000Gb/s.km 第五代: 以光孤子脉冲为通信载体，采用OTDM和WDM联 合复用为通信手段，以超大容量、超高速率为特征的通信 方式
光纤通信系统 导 论
本节内容
光纤通信的定义 光纤通信的发展历程 光纤通信系统的组成
光纤通信的特点与应用
光纤通信第一章导论
光纤通信的定义
光纤通信是采用光波作为信 息载体，并采用光导纤维作为 传输介质的一种通信方式。
光纤通信第一章导论
通信波段划分及相应传输媒介
101 102 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015
光纤通信第一章导论
近代实验探索
❖大气光通信
1880年，A.G.贝尔用可见光进行光电话 实验，证实光波可以携带信息，但这种形式 的光通信并未得到发展，其主要原因有二：
光源：光谱频带太宽，无合适的光源； 传输媒质：光波在大气中的传输极不稳定。
光纤通信第一章导论
❖地下光通信
为使光波不受大气层中各种因素的干 扰，人们将光波的传输转入了地下，即透 镜波导和反射镜波导的光波传输系统。
❖1970年，实验室的林彦雄成功研 制了在室温下连续工作的半导体 激光器，体积较小，耗电少，能 直接用于电流调制，使用方便。
光纤通信第一章导论
(first) Ruby laser, T.H.Maiman, July, 1960, at the Hughes Research Laboratories
系统造价昂贵，并且调整、测试、维 修都很困难，因此光波地下通信无实用意 义。
光纤通信第一章导论
透镜波导
光纤通信第一章导论
反射波导型
光纤通信第一章导论
两个关键技术的提出
❖合适的光源； ❖传输介质：
光纤通信第一章导论
光源
❖贝尔1960年7月8日，美国科学家 梅曼(T.H.Maiman)发明了世界上 第一台红宝石激光器；
❖光纤的损耗不是石英纤维本身的固有特性， 而是由于材料中的杂质离子吸收产生的。— —提纯。 里程碑（1）
光纤通信第一章导论
光纤之父——高 锟
光纤通信第一章导论
国外光纤技术发展情况
❖日本于1969年研制出第一根通信 用光纤损耗为100 dB/km
❖1970 年 ， 美 国 康 宁 玻 璃 公 司 （Corning Glass Works）马勒博士 等三人的研究小组首次研制成功 损耗为20 dB/km光纤 里程碑（2） 低损耗光纤的研制成功以及半导 体激光器的实用化标志着近代光 纤通信技术的开端。
频段 划分
电力、电话
无线电、电视
ห้องสมุดไป่ตู้微波
可见 红外 光
传
AM无线电 FM无线电 卫星/微波
光纤
输
同轴电缆
介
质
双铰线
107 106 105 104 103 102 101 100 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6
自由空间波长（m）
光纤通信第一章导论
1850~2000年间比特率—距离积的变化
光纤通信第一章导论
系统实验及实用化
❖国 外
➢1976年，美国首先在亚特兰大成功的 进行了44.763 Mb/s传输10公里的光纤 通信系统的现场实验。
➢1978年，日本开始了速率为100 Mbit/s 多模光纤通信系统的现场试验。
➢1981年，日本F－100M光纤通信系统 商用。
光纤通信第一章导论
❖20世纪60年代中期，所研制的最 好的光纤损耗在400dB以上。
光纤通信第一章导论
光纤理论突破
❖1966年7月，英国标准电信研究所的英籍华 人高锟（C.K.Kao）博士及Hockman首次从理 论上预言光纤损耗可降至20dB/km以下，并 指出了进行信息传输的可能性和技术途径， 从而奠定了光纤通信的基础。(著名论文 “Dielectic-fiber Surface Waveguide for Optical Frequencies”)
❖目前，光纤最低损耗为0.17dB/km 。
光纤通信第一章导论
国内光纤技术发展情况
在70年代国外的低损耗光纤获得突破后， 我国从1974年开始了低损耗光纤和光通信的 研究工作，并于70年代中期研制出低损耗光 纤和室温下可连续发光的半导体激光器。 1979年分别在北京和上海建成了市话光缆通 信实验系统。这些成果成为我国光通信研究 的良好开端，并使我国成为当时少数几个拥 有光缆通信系统试验段的几个国家之一。到 80年代末，我国的光纤通信的关键技术已达 到国际先进水平。
The word ‘laser’ has been generally accepted since about 1965
光纤通信第一章导论
光纤
❖1854年，就认识到光纤导光传播 的基本原理—全内反射;
❖十九世纪二十年代，制成了无包 层的玻璃光纤；
❖二十世纪五十年代，用包层可以 改善光纤特性，当时的主要目的 是传输图像;
光纤通信第一章导论
理论上光纤通信可容纳：
电话：7.5亿路
电视：30万路
光纤通信第一章导论
光纤通信的发展历程
❖原始光通信阶段； ❖近代实验探索阶段； ❖系统实验及实用化阶段。
光纤通信第一章导论
原始光通信
光通信是一种古老的信息传递方式， 也是一种被普遍使用的信息交流方法。 中国古代边防报警的烽火台的烟火、 古埃及的烽烟塔、美洲印第安人利用 烟火传递信息等都是原始性的一种光 通信。这些都是用可见光进行的视觉 通信，传输效率非常低，不能称得上 是完全意义上的光通信。
光纤通信第一章导论
低损耗光纤的迅速发展
❖ 1974 年 ， 贝 尔 实 验 室 （ Bell ） 发 明 了 制 造 低 损耗光纤的方法，称作改进的化学汽相沉积 法（MCVD）.光纤损耗下降到1dB/km。
❖ 1976 年 ， 日 本 电 话 电 报 公 司 研 制 出 更 低 损 耗 光纤，损耗下降到0.5dB/km。
光纤通信的五代
光纤通信第一章导论
第一代: 工作波段为0.8μm，BL约为500Mb/s.km 第二代: 工作波段为1.3μm的光波，BL约为85Gb/s.km 第三代: 工作波段为1.55μm的光波，BL约1000Gb/s.km 第四代: 采用光放大器增加中继距离，采用频分和波分 复用增加比特率为特征，BL约为2000Gb/s.km 第五代: 以光孤子脉冲为通信载体，采用OTDM和WDM联 合复用为通信手段，以超大容量、超高速率为特征的通信 方式
光纤通信系统 导 论
本节内容
光纤通信的定义 光纤通信的发展历程 光纤通信系统的组成
光纤通信的特点与应用
光纤通信第一章导论
光纤通信的定义
光纤通信是采用光波作为信 息载体，并采用光导纤维作为 传输介质的一种通信方式。
光纤通信第一章导论
通信波段划分及相应传输媒介
101 102 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015
光纤通信第一章导论
近代实验探索
❖大气光通信
1880年，A.G.贝尔用可见光进行光电话 实验，证实光波可以携带信息，但这种形式 的光通信并未得到发展，其主要原因有二：
光源：光谱频带太宽，无合适的光源； 传输媒质：光波在大气中的传输极不稳定。
光纤通信第一章导论
❖地下光通信
为使光波不受大气层中各种因素的干 扰，人们将光波的传输转入了地下，即透 镜波导和反射镜波导的光波传输系统。
❖1970年，实验室的林彦雄成功研 制了在室温下连续工作的半导体 激光器，体积较小，耗电少，能 直接用于电流调制，使用方便。
光纤通信第一章导论
(first) Ruby laser, T.H.Maiman, July, 1960, at the Hughes Research Laboratories
系统造价昂贵，并且调整、测试、维 修都很困难，因此光波地下通信无实用意 义。
光纤通信第一章导论
透镜波导
光纤通信第一章导论
反射波导型
光纤通信第一章导论
两个关键技术的提出
❖合适的光源； ❖传输介质：
光纤通信第一章导论
光源
❖贝尔1960年7月8日，美国科学家 梅曼(T.H.Maiman)发明了世界上 第一台红宝石激光器；
❖光纤的损耗不是石英纤维本身的固有特性， 而是由于材料中的杂质离子吸收产生的。— —提纯。 里程碑（1）
光纤通信第一章导论
光纤之父——高 锟
光纤通信第一章导论
国外光纤技术发展情况
❖日本于1969年研制出第一根通信 用光纤损耗为100 dB/km
❖1970 年 ， 美 国 康 宁 玻 璃 公 司 （Corning Glass Works）马勒博士 等三人的研究小组首次研制成功 损耗为20 dB/km光纤 里程碑（2） 低损耗光纤的研制成功以及半导 体激光器的实用化标志着近代光 纤通信技术的开端。
频段 划分
电力、电话
无线电、电视
ห้องสมุดไป่ตู้微波
可见 红外 光
传
AM无线电 FM无线电 卫星/微波
光纤
输
同轴电缆
介
质
双铰线
107 106 105 104 103 102 101 100 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6
自由空间波长（m）
光纤通信第一章导论
1850~2000年间比特率—距离积的变化
光纤通信第一章导论
系统实验及实用化
❖国 外
➢1976年，美国首先在亚特兰大成功的 进行了44.763 Mb/s传输10公里的光纤 通信系统的现场实验。
➢1978年，日本开始了速率为100 Mbit/s 多模光纤通信系统的现场试验。
➢1981年，日本F－100M光纤通信系统 商用。
光纤通信第一章导论
❖20世纪60年代中期，所研制的最 好的光纤损耗在400dB以上。
光纤通信第一章导论
光纤理论突破
❖1966年7月，英国标准电信研究所的英籍华 人高锟（C.K.Kao）博士及Hockman首次从理 论上预言光纤损耗可降至20dB/km以下，并 指出了进行信息传输的可能性和技术途径， 从而奠定了光纤通信的基础。(著名论文 “Dielectic-fiber Surface Waveguide for Optical Frequencies”)