光纤通信系统中文教材ppt课件.ppt

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1、第一章绪论通信系统将信息从一个地方传送到另一个地方，距离可能是几米，也可能是几万公里。要传送的信息通常被电磁波携带，其频率在几兆赫兹到几百太（1012）赫兹。光通信系统采用电磁波谱中可见光或近红外区域的高频电磁波（约100THz），为了与载波频率在1GHz量级的微波通信系统相区分，通常称其为光波通信系统。光纤通信系统就是利用光纤进行光传输的通信系统，自1980年以来在世界上得到广泛应用，使电信技术发生了根本变革。光波技术与微电子技术一起并称为信息时代的基石。本讲义将全面阐述光纤通信系统，重点讲解光纤通信系统的理论基础，工程技术方面的问题也作了简要

2、讨论。本章将介绍光纤通信的发展史以及一些基本概念和背景知识。1.1节介绍光纤通信的发展史，1.2节介绍了光纤通信系统的基本组成及其优缺点，1.3节介绍了模拟和数字信号、信道复用、调制格式、同步数字体系和异步转移模式等一些基本概念。1.1光纤通信发展的历史回顾1.1.1早期的光通信所谓光通信就是用光波载运信息，实现通信。光纤通信就是用光波载运信息，用光纤作传输媒体，实现通信。广义地说，我国三千多年前开始使用的烽火台、现在用以指挥交通的红绿灯以及战争中采用的信号弹均可算作光通信。而我们今天所指的光通信与这种利用普通光的视觉通信不同，通常是指容量大、传

3、输距离远的用光波作为载波来传递信息的通信方式。真正意义上的光通信应起源于１８８０年贝尔发明的“光电话”。如图１．１所示，贝尔利用太阳光或弧光灯作光源，光束通过透镜１聚焦在话筒的振动镜片上，当人对着话筒说话时，振动镜随着话音振动，从而使反射光的强度随着话音的变化而变化。受话音调制的反射光经大气传输到接收端。接收端利用一面凹面镜将大气中传送来的调制光波聚焦在硅光电池上，硅光电池将光转变成电流，经过话筒就可以听到发送端讲话的声音。贝尔光电话的发明证明了利用光波作载波传递信息的可能性，但由于各种技术条件的限制，这种光电话实验只传输２００ｍ，而且传输质量不

4、高。在光电话问世后一段漫长的时间里，由于缺乏稳定可靠的光源和低损耗的传输媒质，光通信的进展缓慢。光通信沉睡８０年之后，１９６０年美国科学家发明了第一台红宝石激光器，使光通信的研究又进入了一个崭新的阶段。激光器发出的激光与普通光相比，具有谱线窄、方向性好、亮度极高的优点，是一种理想的光载波。激光与无线电波具有相似的性质，但频率又比无线电波高得多，因而可以极大地增加通信容量。激光的出现，引起了通信研究工作者的极大兴趣，使激光很快在通信领域中得到应用。美国麻省理工学院利用氦氖激光器和二氧化碳激光器模拟无线电通信进行了1抿渔挪敲戮硷誊唤羚椿蜒爹符辱抄寓核

5、粟剿狙泼拔样幼证残南汽旺耪穷焕光纤通信系统中文教材光纤通信系统中文教材送话器振动镜激光大气传输实验。反射镜透镜1透镜2凹面镜硅光电池受话器图1.1贝尔的光电话原理示意图但是好景不长，虽然激光光束的方向性很好、亮度极高，能使光能量集中在非常小的范围内在一个方向上进行传输，但由于地球表面大气层中云、雾、雨、雪对激光束的强烈衰减，使得作为“无线光通信”的大气光通信的前景又黯淡下来。但正是这段时期大气光通信的迅速发展，对光源、光电探测器、光调制器和各种非线性光学材料的发展都产生了极大的推动作用。同时随着大功率半导体激光器的出现，自适应光学的运用，大气光通

6、信在一些特殊应用场合（如军事场合的应用、太空通信、边远山区的光接入）还有着广阔的应用前景。为了克服大气传光的缺点，人们自然会想到将激光束限制在特定的光路中进行传输，从而避免外界的影响，实现持久可靠的通信。在这种思想指导下，先后提出了空心式光波导管、薄膜式光波导、透镜阵列式光波导等多种传光方式。例如，20世纪60年代报道了一种透镜阵列式光波导系统，该实验系统放置在直径为90mm的充气管道中，管中配置了焦距为70m、直径为60mm的透镜，每个透镜的反射损耗为0.5%，相邻透镜之间的距离为140m。这样在传播过程中光束隔一段距离又重新会聚一次，可以将光

7、束约束在管道内进行传播。实验中脉冲光束在这样的管道中累计传输了120km之后，仍能得到良好的脉冲波形。但由于这种光波导系统体积庞大，不便于安装和使用，只有当光束与管道的轴线严格对中时才能有效传输，这对于长距离通信是很难做到的，因而未能得到实际推广应用。激光器和光波导为人们探索光通信的新技术提供了很好的思路，半导体激光器和低损耗光纤的出现，使得光纤通信相对与其他通信方式具有许多突出的优点，并得以迅速发展，成为占最主要地位的通信方式。1.1.2光纤通信的发展史1966年英国华裔科学家高琨提出可通过降低光纤中杂质浓度的方法将光纤损耗从1000dB/km

8、降低到20dB/km，使人们看到了光纤通信的曙光。1970年康宁公司第一次宣布研制出的高纯硅酸盐玻璃单模光纤在1µm附近波长区域的损耗2