光纤通信系统

例如，同轴电缆通信的中继距离只有几千米， 最长的微波通信是 50 千米左右，而光纤通信 系统的最长中继距离已达 300千米。
3. 重量轻、
光纤重量很轻，直径很小。即使做成光缆，在 芯数相同的条件下，其重量还是比电缆轻得多， 体积也小得多。
4.
光纤由电绝缘的石英材料制成，光纤通信线路不 受各种电磁场的干扰和闪电雷击的损坏。无金属光 缆非常适合于存在强电磁场干扰的高压电力线路周 围和油田、煤矿等易燃易爆环境中使用。光纤(复合) 架空地线(Optical Fiber Overhead Ground Wire， OPGW)是光纤与电力输送系统的地线组合而成的通 信光缆，已在电力系统的通信中发挥重要作用。
由于没有找到稳定可靠和低损耗的传输介 质，对光通信的研究曾一度走入了低潮。
✓光导纤维
1966年，英籍华裔学者高锟和霍克哈姆 发表了关于传输介质新概念的论文《用于 光频的光纤表面波导》, 指出了利用光纤 (Optical Fiber)进行信息传输的可能性和技 术途径，奠定了现代光通信——光纤通信的 基础。
光纤通信的光波波谱
光纤通信的波谱在1.67×1014Hz～3.75×1014Hz之间， 即波长在0.8μm～1.8μm之间，属于红外波段，将 0.8μm～0.9μm称为短波长，1.0μm～1.8μm称为长波长， 2.0μm以上称为超长波长。
表1-1 各种单位的换算公式
c＝3×108m/s λ＝c/f 1μm（微米）＝10-6m 1nm（纳米）＝10 −9 m
1Å（埃）＝10 −10 m
1MHz（兆赫）＝106 Hz 1GHz（吉赫）＝109 Hz 1THz（太赫）＝1012Hz 1PHz（拍赫）＝1015 Hz
2、光纤通信的发展历程
光电话机 红宝石激光器 光导纤维
• 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”。
这种光电话利用太阳光或弧光灯作光源， 通过透镜把光束聚焦在送话器前的振动镜片 上，使光强度随话音的变化而变化，实现话 音对光强度的调制。
✓红宝石激光器
• 1960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一 台红宝石激光器， 给光通信带来了新的希望。
激光具有波谱宽度窄，方向性极好，亮度 极高的良好特性。激光是一种高度相干光，它 的特性和无线电波相似，是一种理想的光载波。
激光器的发明和应用，使沉ห้องสมุดไป่ตู้了80年的光 通信进入一个崭新的阶段。
大气光通信 激光器一问世，人们就模拟无线电通信进
光纤通信发明家高锟(左) 1998年在英国接受 IEE 授予的奖章
1970年，光纤研制取得了重大突破
• 1970年，美国康宁(Corning)公司研制 成功损耗 20dB/km 的石英光纤。把光纤通 信的研究开发推向一个新阶段。
• 1972年，康宁公司高纯石英多模光纤 损耗降低到 4 dB/km。
人们通常把应用石英光纤的有线光通信 简称为光纤通信（optical fiber communication）
光通信 ≠ 光纤通信
电磁频谱：电磁波的波长范围
光波是电磁波，光波范围包括红外线、可见光、紫外线，其波长范围为： 300μm～6×10−3μm。
发送信号的频率越高（波长越短）， 可载送的信息量就越多
960
中继距离/km 50
1000 km内中继器 个数
20
小同轴
960
4
250
中同轴
1800
6
1600
光缆
1920
30
33
光缆
14000(1Gb/s)
84
11
光缆
6000(445MB/S)
134
7
2. 损耗很小，中继距离很长且误码率很小。
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。
光纤之父： 英籍华人高锟(K.C.Kao)博士 工作地点：英国标准电信研究所
高锟(K.C.Kao)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。
3、光纤通信的特点与应用
1、频带很宽，传输容量很大 光纤的容量大——“超高速公路”
马路越宽，容许通过的车辆越 多，交通运输能力也越大。 如果把通信线路比作马路，那 么应该说是通信线路的频带越 宽，容许传输的信息越多，通 信容量就越大。
光纤通信与电缆或微波通信传输能力的比较
通信手段 微波无线电
传输容量(话 路)/条
• 1973年，美国贝尔(Bell)实验室的光 纤损耗降低到 2.5dB/km。
• 1976年，日本电报电话(NTT)公司将 光纤损耗降低到 0.47 dB/km 。
• 在以后的 10 年中，波长为1.55μm 的 光纤损耗：
1979年是 0.20 dB/km； 1984年是 0.157 dB/km； 1986年是 0.154 dB/km，接近了光纤 最低损耗的理论极限。
5. 泄漏小，保密性能好
在光纤中传输的光泄漏非常微弱，即使在弯曲地段也无法 窃听。没有专用的特殊工具，光纤不能分接，因此信息在光纤 中传输非常安全。
行了大气激光通信的研究。
实验证明：用承载信息的光波，通过大气 的传播，实现点对点的通信是可行的，但是通 信能力和质量受气候影响十分严重。
由于雨、雾、雪和大气灰尘的吸收和散射， 光波能量衰减很大。
例如，雨能造成 30 dB/km的衰减，浓雾 衰减高达 120 dB/km。另一方面，大气的密度 和温度不均匀，造成折射率的变化，使光束位 置发生偏移。因而通信的距离和稳定性都受到 极大的限制。
在接收端，用抛物面反射镜把从大气传 来的光束反射到硅光电池上，使光信号变换 为电流，传送到受话器。
由于当时没有理想的光源和传输介 质， 这种光电话的传输距离很短，并没 有实际应用价值，因而进展很慢。
然而，光电话仍是一项伟大的发明， 它证明了用光波作为载波传送信息的可 行性。
因此，可以说贝尔光电话是现代光 通信的雏型。