光纤通信与系统设计

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1、光纤通信与系统设计主讲人：叶通区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室地址：电信楼群5-211Tel：34204602Email:yetong@sjtu.edu.cnWeb:otip.sjtu.edu.cn/members/ye_tong.html课程助教严慈朔地址：电信楼群5-210Email：ycs_super@sjtu.edu.cn职责：批改作业、答疑、习题课、实验室参观讲解《光纤通信(第三版)》GerdKeiser著电子工业出版社参考书课程内容1.概论2.光纤的结构和导波原理和制造3.光纤中的信号损伤4.光源5.光功率发射和耦合6.光检测器7.光

2、接收机8.数字光纤通信系统9.模拟光纤通信系统10.WDM概念和器件11.光放大器12.光纤通信网络13.光纤通信测量第一章概述光纤通信的历史光纤通信的主要特征：优缺点光纤通信系统的组成和分类应用主要内容1.1光纤通信的发展与现状传输媒介光纤通信系统：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，已成为通信网骨干无线通信：微波、卫星、激光有线通信：铜线电缆、光纤光缆通信系统：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)的总和电磁波：交变电场产生交变磁场，交变磁场激起交变电场电场、磁场无限地交变产生形成电磁场光通信的基础：电磁

3、波理论麦克斯韦1865年发表电磁场理论赫兹1888年实验证实电磁波存在光也是一种电磁波发送信号的频率越高(波长越短)，可载送的信息量就越多在电磁波谱中，光波范围包括红外线、可见光、紫外线，其波长范围为：300mm~6×10−3mm。电磁波谱常用通信光载波频率~190THz光纤通信载波在167~375THz之间(波段在0.8mm~1.8mm)0.8mm~0.9mm称为短波段1.0mm~1.8mm称为长波段2.0mm以上称为超长波段各种单位的换算公式c=3×108m/s1MHz(兆赫)=106Hzl=c/f1GHz(吉赫)=109Hz1mm(微米)=10−6m1

4、THz(太赫)=1012Hz1nm(纳米)=10−9m1PHz(拍赫)=1015Hz1Å(埃)=10−10m通信用光波范围公元前11世纪，西周王朝，烽火台白天点狼粪，晚上燃柴火——“狼烟四起”最早的光通信1880年贝尔发明了第一个光电话系统，通话距离213米光源不行：普通光源强度和纯度都成为制约光通信发展的因素现代光通信的开端：第一个光电话系统激光器的发明和应用，光通信进入一个崭新的阶段，它具有亮度高、谱线窄、方向性好介质不行：大气通信受气象条件的影响，通信不稳定频率为100太赫兹的红宝石激光器[美国梅曼(Maiman)，1960]新阶段：大气激光通信人们将

5、研究的重点转入到地下，先后出现过反射波导和透镜波导等地下通信的实验，但它们造价昂贵，调整、维护困难。地下光通信没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质使光通信的研究走入了低谷1870年，英国物理学家丁达尔太阳光随着水流发生弯曲n水>n空气，光发生全反射光纤的雏形1953年，英国伦敦学院卡帕尼博士将此用于实际，发明了玻璃光导纤维：芯层+包层(n芯层>n包层)–光纤1960年，最好的光纤损耗也在1000dB/km，故它仅能用于医疗，如内窥镜研究对象：光在石英玻璃纤维中的严重损耗问题损耗原因：1)玻璃纤维中含有过量的铬、铜、铁、锰、OH-2)光纤拉制工艺造成芯、包层分界

6、面不均匀及其所引起的折射率不均匀新的发现：玻璃纤维在红外光区的损耗较小现代光纤通信的大发展：光纤损耗的解决光纤之父：高锟1966年英国标准电信研究所1970年，美国康宁公司研制成功损耗20dB/km的石英光纤。1972年，康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到4dB/km。1973年，美国贝尔实验室的光纤损耗降低到2.5dB/km。1974年，贝尔实验室将损耗进一步降低到1.1dB/km。1976年，日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗降低到0.47dB/km(工作波长1.2mm)。目前，波长为1.55mm的标准光纤损耗为<0.2dB/km。低损耗光纤的研制19

7、70年，BellLab、日本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，成为光纤通信史上的里程碑。1973年，半导体激光器寿命达到7000小时。1976年，日本NTT研制出波长为1.3mm的铟镓砷磷(InGaAsP)激光器。1977年，BellLab研制的半导体激光器寿命达到10万小时。1979年，AT&T和NTT研制成功波长为1.55mm的半导体激光器。半导体通信光源的出现1976年，美国在亚特兰大进行世界上第一个实用光纤通信系统的现场试验1976

8、年，日本进行了34Mb/s的阶跃多模光纤通信系统试验