光纤通信概论第一章PPT课件
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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
PPT文档演模板
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
《光纤通信概论》课件
光纤通信概论
本课程探讨光纤通信的定义、原理、应用领域、优势、挑战、发展历程、基 本元件、系统组成和未来趋势。
定义和原理
1 定义
2 原理
光纤通信是利用光信号在光纤中传输信息 的通信方式。
光在光纤中的传输是通过光纤芯与包层的 不断反射实现的。
3 优势
4 应用领域
传输量大、速度快、距离远、抗干扰能力 强、安全可靠。
光纤通信开始向更高速度、更大带宽、更小尺 寸、更低成本方向发展子力学原理实现通信，具有超高安全性。
2
光互联
采用光模块、光二极管、光收发器等新元器件实现多种设备之间的高速光纤传输。
3
光计算
将光信号作为信息处理和存储的媒介，实现高速计算。
优势和挑战
优势
• 传输速度快、带宽宽 • 信号传输距离远、抗干扰能力强 • 信号安全可靠、节省能源
挑战
• 光纤制造成本高 • 光纤连接技术成熟度有限 • 光纤传输信号需要光发射器和光接收器
等元器件，仍需进一步提升性能和小型 化。
结论
光纤通信是未来通信技术的发展方向，尽管仍然存在一些技术和经济方面 的挑战，但光纤通信的优势和潜力使其具有无限的发展前景。
将不同的光信号进行分离 或合并，实现多路光信号 传输。
光纤跳纤盒
用于连接和调整光纤线路 组合。
光纤通信的发展历程
1960s
研制光导纤维，形成基本技术。
1970s-1980s
核磁共振、聚变、半导体、通讯等领域开始使 用光导纤维。
1990s-2000s
全球互联网的广泛应用推动了光纤通信技术的 发展。
2010s- 至今
通讯、制造业、娱乐、医疗、国防等领域 均有广泛应用。
基本元件和系统组成
本课程探讨光纤通信的定义、原理、应用领域、优势、挑战、发展历程、基 本元件、系统组成和未来趋势。
定义和原理
1 定义
2 原理
光纤通信是利用光信号在光纤中传输信息 的通信方式。
光在光纤中的传输是通过光纤芯与包层的 不断反射实现的。
3 优势
4 应用领域
传输量大、速度快、距离远、抗干扰能力 强、安全可靠。
光纤通信开始向更高速度、更大带宽、更小尺 寸、更低成本方向发展子力学原理实现通信，具有超高安全性。
2
光互联
采用光模块、光二极管、光收发器等新元器件实现多种设备之间的高速光纤传输。
3
光计算
将光信号作为信息处理和存储的媒介，实现高速计算。
优势和挑战
优势
• 传输速度快、带宽宽 • 信号传输距离远、抗干扰能力强 • 信号安全可靠、节省能源
挑战
• 光纤制造成本高 • 光纤连接技术成熟度有限 • 光纤传输信号需要光发射器和光接收器
等元器件，仍需进一步提升性能和小型 化。
结论
光纤通信是未来通信技术的发展方向，尽管仍然存在一些技术和经济方面 的挑战，但光纤通信的优势和潜力使其具有无限的发展前景。
将不同的光信号进行分离 或合并，实现多路光信号 传输。
光纤跳纤盒
用于连接和调整光纤线路 组合。
光纤通信的发展历程
1960s
研制光导纤维，形成基本技术。
1970s-1980s
核磁共振、聚变、半导体、通讯等领域开始使 用光导纤维。
1990s-2000s
全球互联网的广泛应用推动了光纤通信技术的 发展。
2010s- 至今
通讯、制造业、娱乐、医疗、国防等领域 均有广泛应用。
基本元件和系统组成
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)课件
1.2 光纤通信的主要特性
1.2.1 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1014Hz)，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1.55μm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。
光纤通信原理
1
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。
式中：R、T都是复数，包括大小及相
位。其模值分别表示反射波、传递波与入
射波幅度的大小之比；2Ф1、2Ф2是R和T的
相角，分别表示在介质分界面上反射波、 传递波比入射波超前的相位。
3. 平面波的全反射
全反射是一种重要的物理现象，当光 波从光密介质射入光疏介质，且入射角大 于临界角时才能产生全反射，即全反射必
1. 子午射线在阶跃型光纤中的传播
阶跃型光纤是由半径为a、折射率为常 数n 1的纤芯和折射率为常数n2的包层组 成，并且n1>n2，如图2.6所示。
图2.6 光线在阶跃型光纤中的传播
2. 子午射线在渐变型光纤中的传播
渐变型光纤与阶跃型光纤的区别在于 其纤芯的折射率不是常数，而是随半径的 增加而递减直到等于包层的折射率。
光纤通信原理和技术PPT课件
波长（µm） 系统类型
0.85
IM/DD
光纤 多模
BL(Gb/s·km) 年代
2
1978
1.3
IM/DD
单模
第1章 绪论
1.1 光通信发展史 1.2 国内外光纤通信技术发展概况 1.3 光纤通信系统的基本构成
第1章 绪论
1.1 光通信发展史
1.1.1 现代通信的发展
人类社会出现后，人与人之间就需要信息交流。原始社会 人们可以靠声音（语言）、肢体动作（肢体语言）或面部表情 等交流信息，这就是原始的通信，是人们面对面的交流。
60年代最好的光纤传输衰减为1000dB/km，即传输1km， 光功率降到原来的1/10100≈0，因而这种光纤不可能用作通 信媒质。当时没有人相信光纤可以用于通信，也没有人从 事光纤用于通信的研究。英藉华人学者高锟博士的贡献在 于理论上证明这样大的传输衰减是由于光纤中杂质吸收和 散射引起的。如将光纤提纯，则传输衰减可以降到可在通 信中实用的程度（最初提出的指标是20dB/km）[1].这一贡 献具有深远意义，完全改变了通信容量不适应社会发展的 需求，推动了信息社会更快地到来。由于这一贡献，高锟 博士获得了2009年诺贝尔物理学奖。
第1章 绪论
2.半导体激光器性能的突破
1960年发明的第一个激光器是红宝石(固体)激光器，不久 （1961年）半导体激光器研制成功，但当时需要在低温(液氮) 下脉冲工作。后来采用异质结技术使激光器可在常温下连续 工作，但开始只有数小时甚至数分钟的寿命，由于寿命极短 不能实用化。经过一段时间的努力，才研制成功可实用的半 导体激光器。现在的半导体激光器的性能有了极大的提高， 其寿命可达106小时，甚至达108小时，功率可达10 毫瓦量级 (泵浦激光器可达几百毫瓦),可调谐范围几百GHz,线宽低到 1―10MHz(外腔激光器能达几十kHz)，适用于各种光通信系统， 为光纤通信实用化打下了基础。激光器价格也在不断下降， 干线通信系统所用激光器已降到千美元量级；几十美元，甚 至几美元的半导体激光器可用于接入网系统。
光纤通信课件第一章
组成框图：
驱动电路 电信号输入
光源
调制器
通道耦合器 光输出
结构参数：发送功率，dbm概念
p(dBm) 10 lg p(mv) 1(mv )
传输系统
• 现代通信方式示意图
信息
信息 信息 信息
用户 终端
用户 环路
用户 终端
用户 终端
用户 终端
用户 环路
交换
电复接
发
设信备 息指设用备 户要求送机 传送
的语音、图像、数据
以及它们的各种组合
交换 设备
电复接 设备
接 收
机
卫星通信
微波通信 光纤通信 移动通信
传输系统
用户终端• 现代通信方式示电意复图接设备
型多模光纤通信系统， 以及速率为100 Mb/s的渐变型多模光纤通 信系统的试验。
• 1983年敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线。
• 随后，由美、日、 英、法发起的第一条横跨大西洋 TAT-8
海底光缆通信系统于1988年建成。
• 第一条横跨太平洋 TPC-3/HAW-4 海底光缆通信系统于
1989年建成。从此，海底光缆通信系统的建设得到了全面展开， 促进了全球通信网的发展。
目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒质，光纤通信系统 将成为未来国家信息基础设施的支柱。
在许多发达国家，生产光纤通信产品的行业已在国民经济 中占重要地位。
光纤通信整体发展时间表
(Gb/s•Km
100000
系 10000 统 性 1000 能
100
10 ）
1
1.55μm 相干检测 1.55μm 直接检测
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。
驱动电路 电信号输入
光源
调制器
通道耦合器 光输出
结构参数：发送功率，dbm概念
p(dBm) 10 lg p(mv) 1(mv )
传输系统
• 现代通信方式示意图
信息
信息 信息 信息
用户 终端
用户 环路
用户 终端
用户 终端
用户 终端
用户 环路
交换
电复接
发
设信备 息指设用备 户要求送机 传送
的语音、图像、数据
以及它们的各种组合
交换 设备
电复接 设备
接 收
机
卫星通信
微波通信 光纤通信 移动通信
传输系统
用户终端• 现代通信方式示电意复图接设备
型多模光纤通信系统， 以及速率为100 Mb/s的渐变型多模光纤通 信系统的试验。
• 1983年敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线。
• 随后，由美、日、 英、法发起的第一条横跨大西洋 TAT-8
海底光缆通信系统于1988年建成。
• 第一条横跨太平洋 TPC-3/HAW-4 海底光缆通信系统于
1989年建成。从此，海底光缆通信系统的建设得到了全面展开， 促进了全球通信网的发展。
目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒质，光纤通信系统 将成为未来国家信息基础设施的支柱。
在许多发达国家，生产光纤通信产品的行业已在国民经济 中占重要地位。
光纤通信整体发展时间表
(Gb/s•Km
100000
系 10000 统 性 1000 能
100
10 ）
1
1.55μm 相干检测 1.55μm 直接检测
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。
光纤通信概论第一章 ppt课件
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。
1.1.3
自20世纪70年代，各种各样的光纤通信系统大体经过
了这样几个阶段：
1、第一代光纤通信系统在20世纪70年代末大量投入运
营。由0.85微米的光源和多模光纤构成。光纤损耗大，
激光光束的发散问题
光源与探测器之间的对准问题
建筑物与地球弧形表面对光的直线传播的影响
➢依靠大气介质无法建立商用化大容量光通信系统。
➢近年来，空间光通信在航空航天器之间、航空航天器与地面基站之间以及野
战条件下的军事通信等特殊领域的应用方面所具有的优势开始显现，正逐渐受
到通信研究领域重视并得到初步应用。
介质光波导
❖ 光沿水流传输并且能随之弯曲
❖ 此现象首次由英国物学家John Tyndall 于187
0年证明
❖ 在 1920-1950期间,纤细的有柔韧性的玻璃和
塑料光纤可以用于导光
❖ 这个时期的光纤称为“裸”光纤,因为光纤表
面直接暴露在空气中
➢ 用介质光波导可以实现对光的空间约束与定向导引
➢ 为实现光信号的长距离传输，需要研制出具有极低损耗的光导
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？
• 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我笨，
没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
精品资料
学习意义
于噪声，无法调制。
❖没有合适的传输介质，由于光频极高，透过障
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。
1.1.3
自20世纪70年代，各种各样的光纤通信系统大体经过
了这样几个阶段：
1、第一代光纤通信系统在20世纪70年代末大量投入运
营。由0.85微米的光源和多模光纤构成。光纤损耗大，
激光光束的发散问题
光源与探测器之间的对准问题
建筑物与地球弧形表面对光的直线传播的影响
➢依靠大气介质无法建立商用化大容量光通信系统。
➢近年来，空间光通信在航空航天器之间、航空航天器与地面基站之间以及野
战条件下的军事通信等特殊领域的应用方面所具有的优势开始显现，正逐渐受
到通信研究领域重视并得到初步应用。
介质光波导
❖ 光沿水流传输并且能随之弯曲
❖ 此现象首次由英国物学家John Tyndall 于187
0年证明
❖ 在 1920-1950期间,纤细的有柔韧性的玻璃和
塑料光纤可以用于导光
❖ 这个时期的光纤称为“裸”光纤,因为光纤表
面直接暴露在空气中
➢ 用介质光波导可以实现对光的空间约束与定向导引
➢ 为实现光信号的长距离传输，需要研制出具有极低损耗的光导
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？
• 教师的教鞭
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我笨，
没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
精品资料
学习意义
于噪声，无法调制。
❖没有合适的传输介质，由于光频极高，透过障