张伟刚-光纤光学原理与应用--第一章
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光纤通信原理及基础知识
t D • Δ PMD= pmd * LΛ0.5
•
PMD Link
y=
1
n
n k 1
x
2 k
1 2
• PMDQ :99.99% probability of 100000 y
光纤的基本参数
光纤的光学及传输特性参数之一------偏振模色散受限的最大理 论传输距离
偏振模色散受限的最大理论传输距离
光纤的通信原理及基础知识
第一章 光纤通信的基本原理 第二章 光纤的基本结构和分类 第三章 光纤的基本参数 第四章 光纤的制造方法
第一章 光纤、光缆的基本知识
§1.1 光纤通信的基本原理
信号 处理
发送端
光波导
信号 处理
接收端
光纤通信的基本原理
频谱分配
电磁波谱
低频
高频
微波
直流电
LW MW KW UKW dm cm
微观弯曲损耗：是指光纤受到不均匀应力的作
用，光纤轴产生的微小不规则弯曲所引入的附加损耗。
光纤的基本参数
参数典型值 光纤的光学及传输特性参数之一------
• 模场直径： • 衰减系数：
• 色散系数：
• 偏振模色散：
• 截止波长： • 弯曲损耗：
•1310nm: 8-10m; 1550nm: 9-11m
包层(SiO2+F )掺氟二氧化硅
125 µm
标准单模光纤
标准梯度折射率分布多模光纤
涂层(acrylic) 250 µm
涂层 250 µm
涂层
力学影响的防护
塑料光纤
涂层 1000 µm
光纤的基本结构和分类
光纤的分类
按材料分类：
光纤原理与应用
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参考资料及信息来源：
参考资料： 《工科数学分析基础（上）》 高等教育出版社 王绵森、马知恩
演示视频出处：
/show/quJZcySEPoQPEqnC.html
第二节：光纤原理的基础—— 光的全反射原理
光的全反射：光由光密（即光在此介质中的传播速度小的）媒质（如水）射到光疏 （即光在此介质中传播速度大的）媒质（如空气）的界面时，全部被反射回原媒质 内的现象。叫做光的全反射。 只有光以较大入射角从光密 介质射入光疏介质时，才会 发生全反射现象。
光的全反射现象演示：
第四节：光纤的各种应用
当今的信息时代是以两大技术的出现与发展为基础，同时也以这两大技术为支撑 的。其一是包括超大规模集成电路（ULSIC）在内的计算机技术，它使信息处理能 力成百万倍地提高；其二是包括半导体和光电子器件在内的通信和网络技术，它使 信息传输能力成千上万倍地提高。1966年高锟博士首先提出利用介质光导纤维以 光载波传输信息，奠定了光纤通信的理论基础；1970年美国康宁公司首次拉制出 损耗为20dB/km的光纤，展现出光纤通信技术发展的美好前景；1990年后推出的 以电时分复用为基础的单信道光波通信系统，将传输速率每五年提高9倍；20世纪 90年代中期，由于掺铒光纤放大器（EDFA）的实用化推动了波分复用（WDM） 技术的实用化，实现了Tbit/s（每秒1万亿比特）量级的传输速率；近年来光交叉 连接（OXC）、光分插复用（OADM）、光突发交换（OBS）、光分组交换 （OPS）、无源光网络（PON）等技术应运而生，并得到迅速发展。进入新世纪 以来，光通信行业挤掉了“泡沫”步入了健康高速发展阶段，但全光通信网是当前 与未来发展的主要方向之一已经成为业内共识，与光信号处理及智能光交换相关的 技术仍然保持着蓬勃的发展态势，光电子集成、光纤传感器及传感系统等多种技术 也都得到了迅速发展，并在许多领域中得到了广泛的应用。 光纤作为信息传输工具的优点是，传播速度快，信息密度大，传播路程远。
光纤光学课件第一章
光纤光学第一章课件 ppt 转 word---陆众 制
幻灯片 1
光纤光学 第一章
光纤传输的基本理论
W-C Chen
幻灯片 2 §1. 前言
Foshan Univ.
低损耗光纤的问世导致了光波技术领域的革命，开创了光纤通信的时代。光纤在工程上的 使用促使人们需要对光纤进行深入研究，形成一门新的学科——光纤光学。
NA ni sinim n12 n22 n1 2
*相对折射率差:
(n12 n22 ) / 2n12
约束光： z zc
*折射光: z zc
幻灯片 14 *渐变折射率分布：
子午光线：渐变折射率分布
n(r) n1 1 2(r / a)2 1/2 n2
0ra ra
*光线轨迹: 限制在子午平面内传播的周期曲线。 轨迹曲线在光纤端面投影线仍 是过圆心的直线，但一般不与纤壁相交。
波动理论的数学基础——麦克斯韦方程：
H D/ t J
E B / t
D
B 0
幻灯片 20 从麦克斯韦方程组出发导出一般波导介质中电场的波动方程
2E
(E
)
E
2E t 2
J t
由
E
B
E
t
B
( H )
t
t
根据恒等式关系，有
10
光纤光学第一章课件 ppt 转 word---陆众 制
幻灯片 26
模式的基本性质
当采用波动理论来分析光波在光纤中的传输时,须求解波导场方程。其方法是首先求出
纵向场分量 Ez 和 Hz,然后利用纵横关系式求出场的横向分量。求出 Ez 和 Hz，再通过
麦克斯韦方程组求出其他电磁场分量，就得到任意位置的电场和磁场。
幻灯片 1
光纤光学 第一章
光纤传输的基本理论
W-C Chen
幻灯片 2 §1. 前言
Foshan Univ.
低损耗光纤的问世导致了光波技术领域的革命，开创了光纤通信的时代。光纤在工程上的 使用促使人们需要对光纤进行深入研究，形成一门新的学科——光纤光学。
NA ni sinim n12 n22 n1 2
*相对折射率差:
(n12 n22 ) / 2n12
约束光： z zc
*折射光: z zc
幻灯片 14 *渐变折射率分布：
子午光线：渐变折射率分布
n(r) n1 1 2(r / a)2 1/2 n2
0ra ra
*光线轨迹: 限制在子午平面内传播的周期曲线。 轨迹曲线在光纤端面投影线仍 是过圆心的直线，但一般不与纤壁相交。
波动理论的数学基础——麦克斯韦方程：
H D/ t J
E B / t
D
B 0
幻灯片 20 从麦克斯韦方程组出发导出一般波导介质中电场的波动方程
2E
(E
)
E
2E t 2
J t
由
E
B
E
t
B
( H )
t
t
根据恒等式关系，有
10
光纤光学第一章课件 ppt 转 word---陆众 制
幻灯片 26
模式的基本性质
当采用波动理论来分析光波在光纤中的传输时,须求解波导场方程。其方法是首先求出
纵向场分量 Ez 和 Hz,然后利用纵横关系式求出场的横向分量。求出 Ez 和 Hz，再通过
麦克斯韦方程组求出其他电磁场分量，就得到任意位置的电场和磁场。
光纤技术与应用(第1章)
光纤结构 光纤材料 光纤特征
第一章 绪论
2010-03-12
安徽大学物理与材料科学学院
29
《光纤技术与应用》
第一章 绪论
2010-03-12
包层 n2
纤芯 n1
n1>n2
安徽大学物理与材料科学学院
30
《光纤技术与应用》
第一章 绪论
光纤结构
光纤是一种高度透明的玻璃丝，由纯石英经复杂的
第一章 绪论
光纤的发展史与里程碑
1870年,英国皇家学会的John Tyndall演示了光在一束 细水流中进行全内反射传输的现象。
2010-03-12
安徽大学物理与材料科学学院
16
《光纤技术与应用》
第一章 绪论
1910年，Deby和Hondros用波动理论对电介质中的 光路理论进行了分析
1927年，Baird、Hansell等人提出了用电介质光纤传 递光学图象的设想
2010-03-12
安徽大学物理与材料科学学院
10
《光纤技术与应用》
第一章 绪论
令边候举放烽炮，若见敌一、二人至百余人举放一 烽一炮，烽二炮，千人以上三烽三炮，五千以上四 烽四炮，万人以上五烽五炮。”而在有的防区还有 自订的传报宣府镇上西路各台夜则悬灯。悬灯的长 竿分为三等，竿上悬灯均染成红色，以数量不等作 为军情缓急、的区分。 “合设烟墩，并看守堠夫，务必时加提调整点，须要 广积秆草，昼望，遇有警急，昼则举烟，夜则举 火，接递通报，毋致损坏，有误军情声息”；
2010-03-12
安徽大学物理与材料科学学院
6
《光纤技术与应用》
光通信的发展
第一章 绪论
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。 缺点：信息量小，受环境影响大
第一章 绪论
2010-03-12
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29
《光纤技术与应用》
第一章 绪论
2010-03-12
包层 n2
纤芯 n1
n1>n2
安徽大学物理与材料科学学院
30
《光纤技术与应用》
第一章 绪论
光纤结构
光纤是一种高度透明的玻璃丝，由纯石英经复杂的
第一章 绪论
光纤的发展史与里程碑
1870年,英国皇家学会的John Tyndall演示了光在一束 细水流中进行全内反射传输的现象。
2010-03-12
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16
《光纤技术与应用》
第一章 绪论
1910年，Deby和Hondros用波动理论对电介质中的 光路理论进行了分析
1927年，Baird、Hansell等人提出了用电介质光纤传 递光学图象的设想
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10
《光纤技术与应用》
第一章 绪论
令边候举放烽炮，若见敌一、二人至百余人举放一 烽一炮，烽二炮，千人以上三烽三炮，五千以上四 烽四炮，万人以上五烽五炮。”而在有的防区还有 自订的传报宣府镇上西路各台夜则悬灯。悬灯的长 竿分为三等，竿上悬灯均染成红色，以数量不等作 为军情缓急、的区分。 “合设烟墩，并看守堠夫，务必时加提调整点，须要 广积秆草，昼望，遇有警急，昼则举烟，夜则举 火，接递通报，毋致损坏，有误军情声息”；
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6
《光纤技术与应用》
光通信的发展
第一章 绪论
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。 缺点：信息量小，受环境影响大
张伟刚-光纤光学原理与应用-第二章_光纤光学的基本理论
代入光线方程展开式：
用 n 乘 K 有:
dn r dr dn dr dn nK e r n r dr ds ds ds ds
eR
n’
上式表明折射率梯度矢量位于光线的切面内
dr/ds
n n’ >n
重写曲率矢量和光线方程展开式：
d 2r 1 K eR 2 R ds dn r dr dn dr dn nK e r n r dr ds ds ds ds
S r {S r E 0 } n 2E 0 0
A B C
利用矢量恒等式
A
C B A B C
2
得到
{S r S r }E 0 n E 0 0
即 或
S r S r n 2
程函方程
2、射线方程
r ：光线传播路径S上某点的矢径 dr/ds:传播路径切线方向上单位矢量, 根据相位梯度的定义，矢量dr/ds方向与相位梯度方向 一致，大小等于：
由程函方程 S(r ) n r
dr S r ds S r
z
dr/ds dr 路径S
dr S r ds n(r)
s
b
r
其解为矢量直线方程：
r sa b
a和b是常矢量，在均匀介质中光线路经沿矢量a前进，并通 过r=b点。 d dr 物理意义： ds ds 表示光线路径的曲率变化量。
d ds
dr ds
0 表示光线路径为直线。
例2：光线在折射率具有球对称分布媒质中的传播 球对称：折射率仅仅是半径r的函数
2
任意折射率剖面光纤LP11模归一化截止频率的计算
4 附录：MATLAB 程序及计算步骤
程序： % LP11：任意折射率剖面光纤 LP 模截止频率计算 clear all g=1; %设置折射率参数
m=5*(g+2);%设置 C(k)的计算项数 a=zeros(1,m); a(g)=1; %=============计算系数 b================= b=zeros(1,m+2); b=sym(b); syms V; b(g+2)=a(g)*(V^2); %=============系数 b 计算完毕============
g = ∞ 时即阶跃型光纤，阶跃型光纤的计算有其成熟的方法，本文不详细讨 论。 Nhomakorabea4
3 参考文献
[1] 曾维友. 基于磁光薄膜波导的集成光隔离器的研究[硕士论文].电子科技大学, 2007 [2] 吴重庆.光波导理论（第 2 版）. 北京:清华大学出版社, 2005 [3] 张伟刚.光纤光学原理及应用. 天津:南开大学出版社, 2008 [4] 求是科技.MATLAB7.0 从入门到精通. 北京:人民邮电出版社, 2006
以 y 为求解方向的场为例， （1） （2）带入（3） ，整理得到： 1 ' 2 2 r m2 '' Ey + ⋅ Ey + (k 0 n1 − β 2 ) − 2∆ ⋅ k 02 n12 f ( ) − 2 E y = 0 r a r 令 y ( ρ ) = E y (r a ) ，带入（4）得： （4）
%=============计算系数 C================= C=zeros(1,m+2); C=sym(C); C(0+1)='1'; C(1+1)='0'; syms bC; bC=sym(0);
光纤光学-第2章-光纤光学原理及应用(第二版)-张伟刚-清华大学出版社
光纤光学》《光纤光学第二章光纤光学的基本理论南开大学张伟刚教授第2 章光纤光学的基本理论2.1 引论2.2 光纤的光线理论222.3光纤的波动理论2.1引论2.1.1光线理论可以采用几何光学方法分析光线的入1.优点：的多模光纤时2.不足：2.1.2波动理论2.不足：2.1.3分析思路麦克斯韦方程光线理论波动理论2.2光纤的光线理论 2.2.1程函方程问题2.1：(r , t )z y x e z e y ex r ˆˆˆ++=G ),(t r E G G ),(t r H G G G G G G G G )0,0(0===t r E E )0,0(0===t r H H )(r G φφ=(2.1) 00ik i t E E e ϕω−+=G G (2.2)00ik i t H H e ϕω−+=G G 000)()()(000E e e E e E E ik ik ik G G G G ×∇+×∇=×∇=×∇−−−φφφik ik −−G G []φφφ00000)()(e E ik e E ×∇−×∇=φ0ik e E ik E −×∇−×∇=G G (2.3)[]φ000)((2.3)G G G G (24)[]φφφ000000)()(ik ik e H ik H e H H −−×∇−×∇=×∇=×∇(2.4) (21)(22)(25)(28)(2.1)(2.2)(2.5)(2.8)B ∂G G t E ∂−=×∇G (2.5)(26)t D H ∂∂=×∇G (2.6)G G 0=⋅∇D (2.7)(28)0=⋅∇B (2.8)(2.9)(2.10)(2.9)E D G G ε=G G (210)）HB μ=(2.10) 因光纤为透明介质（无磁性），于是0μμ≈ωi t =∂∂φμωμ0000ik e H c ik H i E −−=−=×∇G G G (2.11) φεωε0ik e E i c ik E i H −==×∇G G G (2.12) 00()(2.32.3))(2.112.11))(2.42.4))(2.122.12))G G G −=−000000)(H c ik E ik E μφ×∇×∇00000)(E c ik H ik H G G G εφ=×∇−×∇1G G G ∇=−(213)00000)(E ik H c E ××∇μφ1H k E c H G G G ×∇=+×∇ε(2.13) (2.14) 0000)(ik φ()H G 0[]000200)(1)(1)(1)(E c E E E G G G G εφφφφμφ−=∇−∇⋅∇=×∇×∇000c c c μμ(2.15)λ→0000)(H c E G G μφ=×∇(2.16) 00)(E c H G G εφ−=×∇(2.17)问题2.2：(2.15)(2.16)000E H ϕϕ⋅∇=⋅∇=G G (2.18a) (218b)∇∇G G (2.18b)0E H ϕϕ⋅∇=⋅∇=G G 、、三个矢量相互垂直三个矢量相互垂直！！0E 0H ϕ∇(2.1(2.188)(2.1(2.155)r c εεμεμφ===∇00221)((2.19)22(220)με00)(n =∇φ(2.20)G G =)()(r n r ∇φ(2.21)221)G (2.21)“程函方程” ()r φ程函方程的物理意义：讨论讨论：r G ∇()φ)(r G φ∇“”n r G 场源()(2.2.2121))),,(),,(),,(),,(2222z y x n z z y x y z y x x z y x =⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂+⎥⎤⎢⎡∂∂+⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂φφφ(2.22)⎦⎣问题2.3：(2.2.2121))2.2.2 光线方程根据折射率分布，可由程函方程求出光程函()r Gφ为此，可从程函方程出发推导光线方程。
光纤光学原理及应用-第5章
K1 (W1 ) K0 (W1)K2 (W1)
(5.13)
图5.3给出了沿ox偏振的奇、偶LP11模的电场分布。
(a)坐标系
(b)奇模(sinθ)
(c)偶模(cosθ)
图5.3 沿ox偏振的奇、偶LP11模的电场分布示意图
13
张伟刚教授主讲《光纤光学》课程
(3)模场的分布
图5.4给出了U∼Ｖ和Ｕ1∼Ｖ的关系曲线。求出U、
(5.10)
其中,
[x,
y]和
⎡cosθ
⎢ ⎣
sin
θ
⎤ ⎥ ⎦
有四种可能组合,
U
和W
应满足：
V 2 = U 2 +W 2
U1
J2 (U ) J1(U )
=
W1
K2 (W ) K1(W )
(5.11)
(5.12)
12
张伟刚教授主讲《光纤光学》课程
为使总功率满足归一化条件，应有：
E1 =
2 μ0 ⋅ U1 ⋅ π a2n1 ε0 V
16
张伟刚教授主讲《光纤光学》课程
(2)高斯近似法 由图5.5可见, 基模LP01模的分布形状类似高斯
分布, 可考虑用高斯函数对精确的场分布进行近 似，该函数是不截尾抛物线折射率分布的LP01模 精确场的分布函数。
采用使LP01模达到最大耦合效率的高斯场分布 来近似实际的精确场分布。利用式(5.5a)和式(5.9),
高斯近似法具有较好的准确度，该曲线还给出了 泄漏到包层中的功率随波长而增加的情况，即导模 所携带的功率是如何扩展进包层的。
(2)给定半径内的功率比
在半径为 r0 的圆柱内, 由式(5.19), 采用高斯近似， 可得到
⎛ −2⎜
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7
2000: “光通信的第一个春天”
System capacity (Mbps)
10 6
STM64, 32l
I/O rates
=
STM64, 16l
10 5
STM64, 8l STM64, 4l
optical wavelength
10 4
Important Threshold!
STM64, 2l
STM64c
capacity
10 3
1.7Gb/s 565Mb/s
STM16
Gbit Ethernet
10 Gb/s Ethernet
STM16
STM4
10 2
140Mb/s
Fast Ethernet
STM1
10 1 Ethernet
Transport capacity
T3
Ethernet Standards
Internet backbone
4
光纤通信系统基本结构
光发送 端机
电发送 端机
光中继 放大
光接收 端机
电发送 端机
5
光纤通信：21世纪的“信息高速公路”
以光信号作为载波，以光纤为传输媒介 光纤带宽极宽、通信容量极大 光纤重量轻、韧性好、易于敷设 光纤损耗极低, 使无中继通信距离更长 保密性好、绝缘性好 抗干扰、抗辐射、抗腐蚀 成本低、节约金属线材
14
光纤(光缆)
护套层 纤芯 包层 涂覆层
单模：8 ~10mm 125mm 多模：50mm
广告显示牌 激光手术刀 仪表照明 工艺装饰 电力输送 光纤面板 医用内窥镜 潜望镜
13
光纤光学: 是一门研究光波在光纤中传播特性的科学 光纤: 是一种介质园柱光波导,它能够约束并导引光波
在其内部或其表面附近沿其轴线方向向前传播
光波导：约束光波传输的媒介 导波光：受到约束的光波 光波导三要素： –“芯 / 包”结构 –凸形折射率分布，n1>n2 –低传输损耗
12
光纤技术的应用领域
光纤技术
信息获取
信息传输
信息处理
其它应用
位移、振动 温度、压力 应变、应力 电流、电压 电场、磁场 流量、浓度 可以测量70 多 个物理化学量
有源无源器件 光纤通信干线 光交换接入网
AON DWDM OADM OTDM FTTC,B,O,H
光子集成 光电子集成 集成光路 光收发模块 光接入模块 光开关模块 光放大模块
3
爆炸性发展
自一九七０年以后，世界各发达国家对光纤通信的研究倾 注了大量的人力与物力，其来势之凶，规模之大、速度之 快远远超出了人们的意料之外，从而使光纤通信技术取得 了极其惊人的进展。 从光纤的衰耗看： 七O年：20dB/km 七二年： 4 dB/km 七四年：1.1dB/km 七六年：0.5dB/km 七九年：0.2dB/km 九O年：0.14dB/km 光纤的损耗已由1000dB/km下降到已经接近石英光纤的 理论衰耗极限值0.1dB/km。 致使光纤通信在世界范围内 形成了一个充满活力的新兴产业。
Video telephone
Network game
Browse/download
Online shopping
FTTH is not only just a broadband access solution but also means to enhance our quality of life!
光纤光学
1
“导光”的古老历史
中国古代烽火台 1854年：英国的廷达尔(Tyndall)就观察
到光在水与空气分界面上作全反射以致 光随水流而弯曲的现象 1929-1930年：美国的哈纳尔(Hanael)和 德国的拉姆(Lamm)先后拉制出石英光纤 并用于光线和图象的短距离传输
2
“光纤之父”----高锟博士
1966年：高锟博士发表他的著名论文“光频介 质纤维表面波导”首次明确提出,通过改进制 备工艺,减少原材料杂质 , 可使石英光纤的损 耗大大下降 , 并有可能拉制出损耗低于 20dB/km的光纤,从而使光纤可用于通信之中。 1970年,康宁玻璃公司率先研制成功损耗为 20dB/km的石英光纤,取得了重要的技术突破。
2 layer
VDSL modem
ONU
VDSL
VLAN Advance Controll IGMP
11
三网合一:
Tele-medicine
HDTV
Online library
household
Tele-education
E-commerce E-government
10
VoIP IP
Network CATV DTV HDTV
FTTH光纤到户
OLT
Personal User
VoIP IP TV …
Government
10/100/1000 Base-T/SX/LX
UNI
PON
Fiber
ONU
Dist.
In house
19 layer
VDSL modem In house
6
光纤通信系统的发展
76年，美国在亚特兰大开通了世界上第一个实用化光纤通 信系统。码率为45Mb/s，中继距离为10km。80年，多模 光纤通信系统商用化（140Mb/s），并着手单模光纤通信 系统的现场试验工作。 90年，单模光纤通信系统进入商用化阶段（565Mb/s）， 并着手进行零色散位移光纤和波分复用及相干通信的现场 试验，而且陆续制定同步数字体系（SDH）的技术标准。 93年，SDH产品开始商用化（622Mb/s 以下）。 95年，2.5Gb/s 的SDH产品进入商用化阶段。 96年，10Gb/s 的SDH产品进入商用化阶段。 97年，采用波分复用技术（WDM）的20Gb/s 和40Gb/s 的SDH产品试验取得重大突破。 此外，在光孤子通信、超长波长通信和相干光通信方面也 正在取得巨大进展。
E1
1985
1990
1995
2000
Year
8
武汉-中国光谷
光纤通信技术产业 激光技术产业 光纤传感技术产业 光存储技术产业 照明与显示技术产业 IC技术产业
9
“光通信的第二个春天”
4G的启动。 村村通工程的全面铺开也需要大量的光纤光缆及 相关通信用产品。 随着用户对带宽需求的提高,技术的突破和新标准 的确定以及光纤光缆及相关元器件价格的大幅度 下降,FTTH 出现迅速发展的势头。 铜价的迅速飙升进一步加速了“光进铜退”的步 伐和F T T x接入的浪潮汹涌。
2000: “光通信的第一个春天”
System capacity (Mbps)
10 6
STM64, 32l
I/O rates
=
STM64, 16l
10 5
STM64, 8l STM64, 4l
optical wavelength
10 4
Important Threshold!
STM64, 2l
STM64c
capacity
10 3
1.7Gb/s 565Mb/s
STM16
Gbit Ethernet
10 Gb/s Ethernet
STM16
STM4
10 2
140Mb/s
Fast Ethernet
STM1
10 1 Ethernet
Transport capacity
T3
Ethernet Standards
Internet backbone
4
光纤通信系统基本结构
光发送 端机
电发送 端机
光中继 放大
光接收 端机
电发送 端机
5
光纤通信：21世纪的“信息高速公路”
以光信号作为载波，以光纤为传输媒介 光纤带宽极宽、通信容量极大 光纤重量轻、韧性好、易于敷设 光纤损耗极低, 使无中继通信距离更长 保密性好、绝缘性好 抗干扰、抗辐射、抗腐蚀 成本低、节约金属线材
14
光纤(光缆)
护套层 纤芯 包层 涂覆层
单模：8 ~10mm 125mm 多模：50mm
广告显示牌 激光手术刀 仪表照明 工艺装饰 电力输送 光纤面板 医用内窥镜 潜望镜
13
光纤光学: 是一门研究光波在光纤中传播特性的科学 光纤: 是一种介质园柱光波导,它能够约束并导引光波
在其内部或其表面附近沿其轴线方向向前传播
光波导：约束光波传输的媒介 导波光：受到约束的光波 光波导三要素： –“芯 / 包”结构 –凸形折射率分布，n1>n2 –低传输损耗
12
光纤技术的应用领域
光纤技术
信息获取
信息传输
信息处理
其它应用
位移、振动 温度、压力 应变、应力 电流、电压 电场、磁场 流量、浓度 可以测量70 多 个物理化学量
有源无源器件 光纤通信干线 光交换接入网
AON DWDM OADM OTDM FTTC,B,O,H
光子集成 光电子集成 集成光路 光收发模块 光接入模块 光开关模块 光放大模块
3
爆炸性发展
自一九七０年以后，世界各发达国家对光纤通信的研究倾 注了大量的人力与物力，其来势之凶，规模之大、速度之 快远远超出了人们的意料之外，从而使光纤通信技术取得 了极其惊人的进展。 从光纤的衰耗看： 七O年：20dB/km 七二年： 4 dB/km 七四年：1.1dB/km 七六年：0.5dB/km 七九年：0.2dB/km 九O年：0.14dB/km 光纤的损耗已由1000dB/km下降到已经接近石英光纤的 理论衰耗极限值0.1dB/km。 致使光纤通信在世界范围内 形成了一个充满活力的新兴产业。
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FTTH is not only just a broadband access solution but also means to enhance our quality of life!
光纤光学
1
“导光”的古老历史
中国古代烽火台 1854年：英国的廷达尔(Tyndall)就观察
到光在水与空气分界面上作全反射以致 光随水流而弯曲的现象 1929-1930年：美国的哈纳尔(Hanael)和 德国的拉姆(Lamm)先后拉制出石英光纤 并用于光线和图象的短距离传输
2
“光纤之父”----高锟博士
1966年：高锟博士发表他的著名论文“光频介 质纤维表面波导”首次明确提出,通过改进制 备工艺,减少原材料杂质 , 可使石英光纤的损 耗大大下降 , 并有可能拉制出损耗低于 20dB/km的光纤,从而使光纤可用于通信之中。 1970年,康宁玻璃公司率先研制成功损耗为 20dB/km的石英光纤,取得了重要的技术突破。
2 layer
VDSL modem
ONU
VDSL
VLAN Advance Controll IGMP
11
三网合一:
Tele-medicine
HDTV
Online library
household
Tele-education
E-commerce E-government
10
VoIP IP
Network CATV DTV HDTV
FTTH光纤到户
OLT
Personal User
VoIP IP TV …
Government
10/100/1000 Base-T/SX/LX
UNI
PON
Fiber
ONU
Dist.
In house
19 layer
VDSL modem In house
6
光纤通信系统的发展
76年，美国在亚特兰大开通了世界上第一个实用化光纤通 信系统。码率为45Mb/s，中继距离为10km。80年，多模 光纤通信系统商用化（140Mb/s），并着手单模光纤通信 系统的现场试验工作。 90年，单模光纤通信系统进入商用化阶段（565Mb/s）， 并着手进行零色散位移光纤和波分复用及相干通信的现场 试验，而且陆续制定同步数字体系（SDH）的技术标准。 93年，SDH产品开始商用化（622Mb/s 以下）。 95年，2.5Gb/s 的SDH产品进入商用化阶段。 96年，10Gb/s 的SDH产品进入商用化阶段。 97年，采用波分复用技术（WDM）的20Gb/s 和40Gb/s 的SDH产品试验取得重大突破。 此外，在光孤子通信、超长波长通信和相干光通信方面也 正在取得巨大进展。
E1
1985
1990
1995
2000
Year
8
武汉-中国光谷
光纤通信技术产业 激光技术产业 光纤传感技术产业 光存储技术产业 照明与显示技术产业 IC技术产业
9
“光通信的第二个春天”
4G的启动。 村村通工程的全面铺开也需要大量的光纤光缆及 相关通信用产品。 随着用户对带宽需求的提高,技术的突破和新标准 的确定以及光纤光缆及相关元器件价格的大幅度 下降,FTTH 出现迅速发展的势头。 铜价的迅速飙升进一步加速了“光进铜退”的步 伐和F T T x接入的浪潮汹涌。