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2020/10/14 1 第一章 绪论 任丹萍 河北工程大学信息与电气工程学院 光纤通信系统 2020/10/14 2 本章内容 1.1 光纤通信的发展历程 1.2 光纤通信发展现状及趋势 1.3 光纤通信的特点及应用 1.4 光纤通信系统简述 2020/10/14 4 引子 -台湾地震造成海缆断裂 中国电信称 ， 据我国地震台网 测定 ， 北京时间 2006年 12月 26 日 20时 26分和 34分 ， 在南海海 域发生 7.2、 6.7级地震 。 受强 烈地震影响 ， 中美海缆 、 亚太 1号 、 亚太 2号海缆 、 FLAG海缆 、 亚欧海缆 、 FNAL海缆等多条国 际海底通信光缆发生中断 ， 中 断点在台湾以南 15公里的海域 ， 造成附近国家和地区的国际和 地区性通信受到严重影响 。 1月 29日下午 ， 电信网通宣布 ， 经过 20多天的抢修 ， 受地震影 响中断的 国际通信业务 已全部 恢复 。 2020/10/14 5 引子 -海缆断裂的影响 影响 商业 路透集团 (Reuters Group PLC) 发布通告说，它在日本和韩国 提供的交易信息、实时财经数 据以及新闻等各类服务内容都 曾出现了中断。 生活 网上购物、游戏、聊天 工作 及时协同、远程联系 学习 新京报：海缆中断致赴美法留 学申请暂停 中华电信预计，此番海缆断 线事件，单就营收部分，该 公司就损失了一亿元以上。 韩国最大的有线和宽带业者 南韩电讯公司说，他们有 27%的客户受到影响。东南 亚最大电话公司新加坡电信 发言人表示，部分客户可能 经历数据或网络服务变慢的 情况。日本第二大电信公司 KDDI表示，海底线缆受损将 影响东南亚的固网话务，该 公司正将电话引导至通过美 国与欧洲。 2020/10/14 6 引子 -海缆修复示意 潜水机器人如何修复海底受损光缆 海底光缆是如何铺设的 2020/10/14 7 e/c64cb99ejw1edf6lvynk8g20 c807nwht.gif 006-12-30/1143254.shtml 海底光缆 的具体修复过程如下 1、 机器人 潜下水后，通 过扫描 检测，找到破损 海底光 缆 的精确位置。 2、 机器人 将浅埋在泥中的海底光缆挖出，用电缆剪刀 将其切断。船上放下绳子，由 机器人 系在光缆一头，然 后将其拉出海面。同时，机器人在切断处安置无线发射 应答器 。 3、用相同办法将另一段光缆也拉出海面。和检修电话 线路一样，船上的仪器分别接上光缆两端，通过两个方 向的海底光缆登陆站，检测出光缆受阻断的部位究竟在 哪一端。之后，收回较长一部分有阻断部位的海底光缆， 剪下。另一段装上 浮标 ，暂时任其漂在海上。 2020/10/14 8 4、接下来靠人工将备用海底光缆接上 中美海底光 缆 的两个断点。连接 光缆接头 ，可是个 技术含量 极高的活，非一般人能够胜任，必须是经过专门的 严格训练、并拿到国际有关组织的执照后的人员， 才能上岗操作。像这样的 接头工 ， 上海电信 方面 目前只有三四名。 5、备用海底光缆接上后，经反复测试，通讯正常 后，就抛入海水。这时， 水下机器人 又要 上阵 了： 对修复的海底光缆进行 冲埋 ，即用 高压水枪 将海 底的淤泥冲出一条沟，将修复的海底光缆 安放 进 去。 2020/10/14 9 2020/10/14 10 引子 -中美海缆 中美海缆系统采用具有自愈能 力的环形结构。全长约 26000 公里。南北两条路由均可从中 国达美国。 中美各有两个登陆点，它们分 别是在中国的上海（崇明）和 汕头（濠江）；在美国的班顿 和圣路易斯奥比斯波。 北线上的韩国釜山和日本千仓， 以及在南线上的日本冲绳和美 国关岛均将以支线方式加入本 光缆系统。 汕 头 国 际 海 缆 登 陆 站 崇 明 岛 国 际 海 缆 登 陆 站 2020/10/14 11 全球海缆分布 2020/10/14 12 中国周边海缆分布 2020/10/14 13 光纤通信的发展历程 -通信简史（ 1/3） 利用电磁波通信的历史可划分为三个阶段： 1838年电报开始的 通信初级阶段 ； 1948年香农提出信息论开始的 近代通信阶段 ； 80年代以后光纤通信应用、综合业务数字网崛起的 现代通信阶段 。 2020/10/14 14 光纤通信的发展历程 -通信简史（ 2/3） 1838年，摩尔斯发明有线电报，开始了电通信阶段 1843年，亚历山大 .本取得电传打字电报的专利 1864年，麦克斯韦创立电磁辐射理论 ,并被当时的赫兹证明，促使了无线通信的出现 1876年，贝尔利用电磁感应原理发明了电话 1879年，第一个专用人工电话交换系统投入运行 1880年，第一个付费电话系统运营 1892年，加拿大政府开始规定电话速率 1896年，马可尼发明无线电报 1907年，电子管问世，通信进入电子信息时代 1915年，横贯大陆电话开通 ; 实现越洋语音连接 1918年，调幅无线电广播、超外差式接收机问世 1925年，开通三路明线载波电话，开始多路通信 1936年，调频无线电广播开播 1937年，雷沃斯发明脉冲编码调制，奠定了数字通信基础 1938年，电视广播开播 20世纪 40年代，二战期间，雷达与微波通信得到发展 1946年，第一台数字电子计算机问世 1947年，晶体管在贝尔实验室问世，为通信器件的进步创造了条件 2020/10/14 15 光纤通信的发展历程 -通信简史（ 3/3） 1948年，香农提出了信息论，建立了通信统计理论 1950年，时分多路通信应用于电话系统 1951年，直拨长途电话开通 1956年，敷设越洋通信电缆 1957年，发射第一颗人造地球卫星 1958年，发射第一颗通信卫星 1962年，发射第一颗同步通信卫星，开通国际卫星电话；脉冲编码调制进入 实用阶段 20世纪 60年代，彩色电视问世；阿波罗宇宙飞船登月；数字传输理论与技术 得到迅速发展；计算机网络开始出现 1969年，电视电话业务开通 20世纪 70年代，商用卫星通信、程控数字交换机、光纤通信系统投入使用； 一些公司制定计算机网络体系结构 20世纪 80年代，开通数字网络的公用业务；个人计算机和计算机局域网出现； 网络体系结构国际标准陆续制定 20世纪 90年代，蜂窝电话系统开通，各种无线通信技术不断涌现；光纤通信 得到迅速普遍的应用；国际互联网得到极大发展 1997年， 68个国家签定国际协定，互相开放电信市场 2020/10/14 16 什么是光纤通信？ 所谓光纤通信，就是利用 光导纤维来传输携带信息 的光波以达到通信之目的 通信方式。 注：光波属于电磁波的范畴 。 属于光波范畴之内的电磁波包 括 紫外线 、 可见光和红外线 光通信 电磁波的种类与名称 1 0 0 T H z 1 0 T H z 1 T H z 1 0 0 G H z 1 0 G H z 1 G H z 1 0 0 MHz 1 0 MHz 1 M H z 1 m 可见光线 1 0 m 1 0 0 m 1 m m 1 0 m m 1 0 0 m m 1 m 1 0 m 1 0 0 m 中波 ( MF ) 短波 ( H F ) 米波 ( V H F ) 分米波 ( U H F ) 厘米波 ( S H F ) 毫米波 ( E H F ) 亚毫米波 远红外线 近红外线 (光 纤通信用） 频率 波长 名称 紫外线 2020/10/14 17 光纤通信的发展历程 -光通信简史（ 1/12） 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 。 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 。 激光器的发明和应用 ， 使沉睡了 80 年的光通信进入一个崭新的阶段 。 在这个时期 ， 美国麻省理工学院利用 He - Ne激光器和 CO2激光器进行了大气激光通 信试验 烽火传信 旗语 稳定可靠和低损耗的传输介质难以发现，一 度阻碍了光通信的发展。 2020/10/14 18 光纤通信的发展历程 -光通信简史（ 2/12） 2020/10/14 19 光纤通信的发展历程 -光通信简史（ 3/12） 现代光纤通信 1966年 ， 英籍华裔学者 高锟 (C.K.Kao) 和霍克哈姆 (C.A.Hockham)发表了关于传 输介质新概念的论文 光频率的 介质纤维表面波导 ， 指出 :“只 要设法降低玻璃纤维中的杂质 ,就 能够获得能用于通信的传输损耗 较低的光导纤维 。 ” 这一预言 ， 不仅给人们带来振奋和希望 ， 同 时也吹响了人类通信史上一次新 的革命的进军号角 。 奠定了现代 光通信 光纤通信 的基础 。 指明通过“原材料的提纯制造出适合于 长距离通信使用的低损耗光纤”的发展 方向 2020/10/14 20 2009年诺贝尔物理学奖得主 高锟 2020/10/14 21 2009年诺贝尔物理学奖得主 高锟 人物林 “光纤之父”高锟 光纤电缆是本世纪最重要的发明之一。光纤电缆以玻璃作介 质代替铜，使一根头发般细小的光纤，其传输的信息量相等 于一条饭桌般粗大的铜“线”。它彻底改变了人类通讯的模 式，为目前的信息高速公路奠定了基础，使“用一条电话线 传送一套电影”的幻想成为现实。发明光纤电缆的，就是被 誉为“光纤之父”的华人科学家 高锟 。 高锟 1933年生于上 海。他父亲是律师，家住在当时的法租界，小学时代是在上 海度过的。童年的 高锟 对化学最感兴趣，他曾经自己制造过 有五六个真空管的收音机。 1948年，他们举家迁往香港。 高锟 先是入读圣约瑟书院，后来曾考入香港大学。但当时的 高锟 已立志攻读电机工程，而港大没有这个专业，于是他辗 转就读了伦敦大学。 2020/10/14 22 人物林 “光纤之父”高锟 毕业后，他加入英国国际电话电报公司 ITT任工程师，因表 现出色被聘为研究实验室的研究员，同时攻读伦敦大学的博 士学位， 1967年毕业。 1966年， 高锟 提出了用玻璃代替 铜线的大胆设想：利用玻璃清澈、透明的性质，使用光来传 送信号。他当时的出发点是想改善传统的通讯系统，使它传 输的信息量更多、速度更快。对这个设想，许多人都认为匪 夷所思，甚至认为 高锟 神经有问题。但 高锟 经过理论研究， 充分论证了光导纤维的可行性。不过，他为寻找那种“没有 杂质的玻璃”也费尽周折。为此，他去了许多玻璃工厂，到 过美国的贝尔实验室及日本、德国，跟人们讨论玻璃的制法。 那段时间，他遭受到许多人的嘲笑，说世界上并不存在没有 杂质的玻璃。但 高锟 的信心并没有丝毫的动摇。他说：所有 的科学家都应该固执，都要觉得自己是对的，否则不会成功。 2020/10/14 23 人物林 “光纤之父”高锟 后来，他发明了石英玻璃，制造出世界上第一根光导纤维， 使科学界大为震惊。 高锟 的发明使信息高速公路在全球迅 猛发展，这是他始料不及的。他因此获得了巨大的世界性声 誉，被冠以“光纤之父”的称号。美国耶鲁大学校长在授予 他“荣誉科学博士学位”的仪式上说：“你的发明改变了世 界通讯模式，为信息高速公路奠下基石。把光与玻璃结合后， 影像传送、电话和电脑有了极大的发展 ” 高锟 此后几乎 每年都获得国际性大奖，但由于专利权是属于雇用他的英国 公司的，他并没有从中得到很多的财富。中国传统文化影响 极深的高辊 ，以一种近乎老庄哲学的态度说：“我的发明 确有成就，是我的运气，我应该心满意足了。” 2020/10/14 24 人物林 “光纤之父”高锟 高昆离开英国后， 1987年担任香港中文大学校长， 1996年退休。他在地球兜了一个圈之后，在香港回归 祖国那年回来了，随及，他成立了一个高科技顾问公司， 担任香港电讯等多家公司的顾问。目前他有五个职务， 其中一个是创新科技委员会成员，专门为香港特区政府 如何发展高科技出谋献策。他说：“香港给了我机会， 我要尽力报答她。” 高锟 的最大爱好是打网球和做陶 瓷。他认为搞科研的人，往往既辛苦，又寂寞。当一个 人静静地抚弄泥瓶，享受泥坯在手中变动着形状，按自 己的审美眼光逐步走向完善、走向美，那是“很有治疗 作用”的一种享受。 2020/10/14 25 2020/10/14 26 2009年诺贝尔物理学奖得主 高锟 2020/10/14 27 世界欠你一个极大人情！ 奥巴马致高锟贺函： “ 你的研究完全改 变了世界 促进 了美国及世界经济 的发展 ， 我本人为 你而感到骄傲 ， 世 界欠你一个极大人 情 ” 。 2020/10/14 28 光纤通信的发展历程 -光通信简史（ 4/12） 现代光纤通信 1970年 ， 贝尔研究所的林严雄 （ Hayashi） 等人终于成功 地研制出能在室内常温下连续工作的半导体激光器 ， 这种激 光器的体积很小 ， 只有一颗米粒那么大 ， 并且可以用电流控 制激光的强度 ， 这就为光通信的实现创造了条件 。 1970年 ， 美国康宁玻璃公司的三位研究人员马瑞尔 （ Maurer） 、 卡普隆 （ Kapron） 和凯克 （ Keck） ， 首先 研制成功了传输损耗只有每公里 20分贝的光纤 。 在室温下连续工作的半导体激光器和低损耗光纤是技术上的 重大突破 ， 使光纤通信立刻受到各国电信技术人员的重视 ， 全面地开展研究工作 ， 光纤通信终于得到了实现 。 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 1970年 ， 也因此而被称为 “ 光纤通信元 年 ” 。 2020/10/14 29 光纤通信的发展历程 -光通信简史（ 5/12） 光纤的发展 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。 1973 年，美国贝尔 (Bell)实验室的光纤损耗降低到 2.5dB/km。 1974 年降低到 1.1dB/km。 1976 年，日本电报电话 (NTT)公司将光纤损耗降低到 0.47 dB/km(波长 1.2m)。 在以后的 10 年中，波长为 1.55 m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 。 通信光源的发展 1970年，美国贝尔实验室、日本电气公司 (NEC)和前苏联先后研制成功室温下连续振荡的 镓铝砷 (GaAlAs)双异质结半导体激光器 (短波长 )。虽然寿命只有几个小时，但它为半导体 激光器的发展奠定了基础。 1973 年，半导体激光器寿命达到 7000小时。 1976年，日本电报电话公司研制成功发射波长为 1.3 m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 m的连 续振荡半导体激光器。 2020/10/14 30 光纤通信的发展历程 -光通信简史（ 6/12） 实用光纤通信系统的发展 1976 年 ， 美国在亚特兰大 (Atlanta)进行了 世界上第一个实用光纤通 信系统的现场试验 。 1977年 ， 在美国芝加哥和圣塔摩尼卡 （ Santa Moniea） 之间首次 开通了商用的光纤通信系统 。 （ 一对只有头发丝粗细的玻璃丝 （ 直径 0.85微米 ） ， 竟然能同时开通 8000路电话 （ 传输速率达 45兆比 /秒 ） 1980 年 ， 美国标准化 FT - 3光纤通信系统投入商业应用 。 1976 年和 1978 年 ， 日本先后进行了速率为 34 Mb/s的突变型多模 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 。 2020/10/14 31 光纤通信的发展历程 -光通信简史（ 7/12） 宽带光通信技术光辉历程 翻开光通信的发展历程，展现在人们面前的是一幅高速和宽带化的历史画卷。 1966年，英籍华人科学家高锟提出了用石英玻璃纤维传送光信号的概念； 1970年，世界上第一根低损耗光纤（ 20dB/km）在美国康宁公司诞生； 1972年，半导体激光器实现室温下连续工作； 1977年，美国亚特兰大与华盛顿之间建成第一条数字光通信线路，采用 LED、 850nm 多模光纤，速率 45Mbit/s； 1980年，日本 NTT五藏野研究所开发 32Mbit/s系统，采用多模光纤和 LED； 1981年， 1300nm多模光纤和激光二极管美日实现 132或 100Mbit/s系统； 1983年， 1310nm单模光纤和单模激光器实现 4200或 400Mbps系统； 1988年， 1550nmDSF和 DFB LD使速率提高到 1. 6Gbps； 1991年， 1550nmDSF和 DFB-MQW LD使容量提高到 2.5Gbit/s； 1993年， WDM+ETDM技术出现， 2.5G 4.8； 1994年， EDFA实用化； OTDM进入实验系统； 1996年， CIENA首次向 Sprint公司出售 2.5G x 16 DWDM系统样品； 1996年， 单路系统达到 10Gbps； 1996年， NEC报道 DWDM+OTDM研制水平达 1Tbps； 1997年， MCI宣布建成世界第一条 10Gbit x 4 DWDM商用光纤线路； 1998年， Lucent 2.5G x 80/10G x 40商品化； 1999年， 北电 10G x 80商品化； 1999年， SIEMENS、 NORTEL报道 40G x 80（ 3.2Tbps）试验； 1999年， PIRELLI报道 40G x 128，达到 5.1Tbps总容量； 2000年， Lucent用 DWDM实现 160G x1022总容量达到 160Tbps； 2020/10/14 32 光纤通信的发展历程 -光通信简史（ 8/12） 光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段： 第一阶段 (19661976年 )，这是从基础研究到商业 应用的开发时期。 第二阶段 (19761986年 )，这是以提高传输速率和 增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时 期。 第三阶段 (19861996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。 注： 20世纪末至今，是传输系统向传输网络发展演进 的时期，实现了传输链路向传输网络的发展。 2020/10/14 34 光纤通信的发展历程 -光通信简史（ 10/12） 光纤通信发展趋势 向超高速系统发展 向超长距离传输系统发展 向超大容量 WDM系统演进 向动态、智能光传送网方向发展 向宽带光纤接入网方向发展 向 G.655 （非零色散位移光纤）光纤发展 2020/10/14 35 光纤通信的发展历程 -光通信简史（ 11/12） 2020/10/14 36 光纤通信的发展历程 -光通信简史（ 12/12） 2020/10/14 37 本章内容 1.1 光纤通信的发展历程 1.2 光纤通信发展现状及趋势 1.3 光纤通信的特点及应用 1.4 光纤通信系统简述 2020/10/14 38 光纤通信发展现状及趋势 （ 1/2） 国内外光纤通信发展的现状 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 0.85m发展到 1.31m和 1.55m(短波长向长波 长 ） ， 传输速率从几十 Mb/s发展到几十 Gb/s。 随着技术的进步和大规模产业的形成 ， 光纤价格不断下降 ， 应用范围不断扩大 。 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 。 2020/10/14 39 光纤通信发展现状及趋势 （ 2/2） 1 9 7 4 1 9 7 6 1 9 7 8 1 9 8 0 1 9 8 2 1 9 8 4 1 9 8 6 1 9 8 8 1 9 9 0 1 9 9 2 0 . 8 m 多模 1 . 3 m 单模 1 . 5 5 m 直接检测 光孤子 光 放 大 器 1 . 5 5 m 相干检测系 统 性 能(G b / s Km ） 光 放 大 器 光 放 大 器 系 统 性 能(G b / s Km ） 系 统 性 能(G b / s Km ） 光纤通信整体发展时间表 2020/10/14 40 本章内容 1.1 光纤通信的发展历程 1.2 光纤通信发展现状及趋势 1.3 光纤通信的特点及应用 1.4 光纤通信系统简述 2020/10/14 41 光纤通信的特点及应用 -光纤通信的优点 频带宽，容量大 通信系统的 传输容量 取决于对载波 调制的 频带宽度 ， 载波频率越高 ，频带宽度越宽 。 激光的频率约为 100THz,微波的频 率为 10GHz。 从理论上讲 ， 用光传 输信息 ， 通信容量比微波通信容量大一万倍 。 可传输 7.5亿路电话 ， 30万路电视 。 损耗小，中继长 光纤提纯工艺的发展使得光纤传输可几百公里无中继。 重量轻，体积小 抗电磁干扰性能好 泄漏小，保密性好 原料丰富，节约资源 串扰小，信号传输质量高 化学稳定性好，耐腐蚀，寿命长 1 c m 1 m m 1 0 0 u m 1 0 u m 1 u m 1 0 0 n m 1 0 n m 1 n m 波長 10 G 1 0 0 G 1 T 1 0 T 1 0 0 T 1 0 1 5 1 0 1 6 1 0 1 7 f ( H z ) 1 . 6 u m 1 . 5 1 . 4 1 . 3 1 . 2 1 . 1 1 . 0 u m 9 0 0 8 0 0 7 0 0 6 0 0 n m 光通信使用范围 红外线 紫外线 光通信使用范围 1 0 0 0 1 0 0 10 1 0 . 1 1 0 M 标准同轴 3 8 m m 海底同轴 光纤 1 0 0 M 1 G 1 0 G 1 0 0 G 1 T 1 0 T 1 0 0 T 1 0 0 0 T 频率 / H z M:( 注 ) G: T: 10 6 10 9 10 12 传输损耗 /( d B 穔 m -1 ) 5 1 m m 波导器 2020/10/14 42 光纤通信的特点及应用 -光纤通信的缺点 需要光 /电和电 /光变换部分 电力传输困难 光直接放大难 抗拉强度低 光纤弯曲半径不宜过小 光纤的切断和连接操作技术复杂 分路、耦合麻烦 2020/10/14 43 光纤通信的特点及应用 -光纤通信的应用（ 1/4） 光纤通信的应用 光纤在公用电信网间作为传输线 。 局域网中的应用 。 光纤宽带综合业务数字网及光纤用户线 。 作为危险环境下的通信线 。 诸如发电厂 、 化工 厂 、 石油库等场所 。 满足不同网络层面的应用 。 核心网层面 、 城域 网层面 、 局域网层面等 。 应用于专网 。 光纤通信主要应用于电力 、 公路 、 铁路 、 矿山等通信专网 。 2020/10/14 44 光纤通信的特点及应用 -光纤通信的应用（ 2/4） 2020/10/14 45 光纤通信的特点及应用 -光纤通信的应用（ 3/4） A T M I n te r n e t 骨干网 D D N / F R PST N / I SD N TV 业务分配节点 (CO T) 业务接入节点（ RT ） 网管 S N M P 与电信网管中心相连 Q3 100/ 1000M E 1/ BRA / P RA 155M 622M S DH 业务分配节点 业务接入节点（ ） 典型应用之一：宽带综合业务光纤接入系统拓扑结构 2020/10/14 46 光纤通信的特点及应用 -光纤通信的应用（ 4/4） 典型应用之二：作为校园网的骨干传输网 2020/10/14 47 光纤通信市场 （ 1/2） 器件制造商 系统制造商 光纤制造商 服务提供商 设计制造集成电路和 光电子器件 设计生产路由 器、交换机、复用设 备等 生产 光纤 利用下面三层 的设备和器件来设 计和建造光网络 设计制造集成电路和 光电子器件 设计生产路由 器、交换机、复用设 利用下面三层 的设备和器件来设 计和建造光网络 2020/10/14 48 光纤通信市场 （ 2/2） 2020/10/14 49 本章内容 1.1 光纤通信的发展历程 1.2 光纤通信发展现状及趋势 1.3 光纤通信的特点及应用 1.4 光纤通信系统简述 2020/10/14 50 基本光纤通信系统的基本组成 光纤通信系统，包括 发射 、 接收 和作为广义信道的 基本 光纤传输系统 。 信 息 源 电 发 射 机 光 发 射 机 光 接 收 机 电 接 收 机 信 息 宿 基本光纤传输系统 光纤线路 接 收发 射 电信号 输入 光信号 输出 光信号 输入 电信号 输出 2020/10/14 51 基本光纤传输系统的组成 -光发射机（ 1/2） 光光 源源 调制器调制器 通道耦合器通道耦合器 电信号输入电信号输入 光输出光输出 驱动电路驱动电路 光光 源源 结构参数 发送功率 dBm概念： P（ dBm） =10 lgp(mv)/1(mv) 光源光谱特性 输出光功率足够大 ， 调制频率足够高 ， 谱线宽度和光束发散角尽可能小 ， 输出功 率和波长稳定 ， 器件寿命长 。 组成框图 光发射机的功能是把电端机输出的数字基带信号转换为光 信号，并用耦合技术有效注入光纤线路。 2020/10/14 52 基本光纤传输系统的组成 -光发射机（ 2/2） 电信号对光的调制的实现方式 直接调制 用电信号直接调制半导体激光器或发光二极管的驱动电流，使输出光随电信号变化而 实现的。 这种方案技术简单，成本较低，容易实现，但调制速率受激光器的频率特性所限制。 间接调制 把激光的产生和调制分开，用独立的调制器调制激光器的输出光而实现的。 外调制的优点是调制速率高，缺点是技术复杂，成本较高，因此只有在大容量的波分 复用和相干光通信系统中使用。 激光源 驱动器 光纤 光信号输出 电信号 输入 ( a) 激光源 调制器 驱动和控制 电信号输入 光纤 光信号输出 ( b ) 图 1.5两种调制方案 (a) 直接调制 ， (b) 间接调制 (外调制 ) 2020/10/14 53 基本光纤传输系统的组成 -光纤线路（ 1/2） 光纤线路的功能是把来自光发射机的光信号，以尽可能 小的畸变 (失真 )和衰减传输到光接收机。 组成 光纤 、 光纤接头 和 光纤连接器 低损耗 “ 窗口 ” 普通石英光纤在近红外波段，除杂质吸收峰外，其损耗随波长的增加而减小，在 0.85 m、 1.31 m和 1.55 m有三个损耗很小的波长“窗口”， 见后图。 光源 激光器的发射波长 和 光检测器 光电二极管的波长响应 ， 都要和光纤这三个波长 窗口 相一致 。 目前在实验室条件下， 1.55 m的损耗已达到 0.154 dB/km， 接近石英光纤损耗的理论极限。 2020/10/14 54 基本光纤传输系统的组成 -光纤线路（ 2/2） 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 . 0 1 . 1 1 . 2 1 . 3 1 . 4 1 . 5 衰减（ dB / km ） 第一窗 第二窗 波长 6 5 4 3 2 1 0 。 4 0 。 2 第三窗口 C 波段 1525 1565n m 1 . 5 7 1 . 6 2 L 波 ） 。 。 。 。 第三窗口第三窗口第三窗口 波波 普通单模光纤的衰减随波长变化示意图 2020/10/14 55 基本光纤传输系统的组成 -光接收机 组成部分 耦合器，光电检测器，解调器 结构参数 接收机灵敏度 ，定为 BER10-9条件下，所要求的最小平均接收功率。 检测方式 直接检测 和 外差检测 电子电路电子电路 光输入光输入 耦合器耦合器 光电检测器光电检测器 解调器解调器 电信号输出电信号输出 光接收机的功能是把从光纤线路输出、产生畸变和衰减的 微弱光信号转换为电信号，并经放大和处理后恢复成发射 前的电信号。 检测方式 直接检测 用检测器直接将光信号转换为电信号。 此方式设备简单，经济实用，是当前光纤通信系统普遍采用 的方式。 外差检测 设置一个本地振荡器和一个光混频器，使本地震荡光和光纤 输出的信号光在混频器中产生查牌而输出中频光信号，再由 光检测器把中频光信号转变为电信号。 难点是需要频率非常稳定、相位和偏振方向可控制的、谱线 宽度很窄的淡漠激光源，优点是由很高的接收灵敏度。 2020/10/14 56 目前，实用光纤通信系统普遍采用直接调制 直接检测的方式。 外调制 外差检测方式虽然技术复杂，但是传输速率和接收灵敏 度很高，是很有发展前途的通信方式。 2020/10/14 57 光纤通信系统的分类 （ 1/2） 按传输信号分类 数字光纤通信系统：参数取值离散的信号 (如脉冲的有和无 、 电平的高和低等 )代表信息 ， 强调的是信号和信息之间的一 一对应关系 。 模拟光纤通信系统：用参数取值连续的信号代表信息 ， 强调 的是变换过程中信号和信息之间的线性关系 。 按波长和光纤类型分类 短波长 （ 0.85m左右 ） 多模光纤通信系统 长波长 （ 1.31m） 多模光纤通信系统 长波长 （ 1.31m） 单模光纤通信系统 长波长 （ 1.55m） 单模光纤通信系统 2020/10/14 59 本节思考 光纤通信的产生和发展？ 光纤通信的技术特点？ 光纤通信系统的组成？ 作业： P12 1、 2
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