第3章 光纤通信ppt课件.ppt

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1、3.1光纤通信概述3.2　光纤与光缆3.3光源和光电检测器3.4光纤传输设备3.5光的波分复用3.6光纤通信新技术3.1光纤通信概述我们知道，对于载波通信而言，载波频率（简称载频）越高，意味着可以用于通信的频带就越宽，则通信容量就越大。有线通信从明线发展到电缆，无线通信从短波发展到微波和毫米波，它们的目的都是通过提高载波频率来扩大通信容量。光纤即为光导纤维的简称，它是一种能够通过光的直径很细的透明玻璃丝。光纤通信是以光波作为载波，以光纤作为传输媒质所进行的通信。光波也是一种电磁波，频率在1014Hz数量级，比微波（101

2、0Hz）高104～105倍，因此具有比微波大得多的通信容量。所以光纤通信一经问世，就以极快的速度发展，它将是未来信息社会中各种通信网的主要传输方式。3.1.1光纤通信的发展历史一九六六年七月，英藉、华裔学者高锟博士（K.C.Kao）发表了一篇十分著名的文章《用于光频的光纤表面波导》，该文从理论上分析证明了用光纤作为传输媒体以实现光通信的可能性，并设计了通信用光纤的波导结（即阶跃光纤）。更重要的是科学地预言了制造通信用的超低耗光纤的可能性，即加强原材料提纯，加入适当的掺杂剂，可以把光纤的衰耗系数降低到20dB/km以下。1

3、970年，美国康宁公司首先研制出损耗为20dB/km的光纤，与此同时GaAlAs-GaAs双异质结半导体激光器实现了室温下连续运转，从而光通信进入了光纤通信的新时代。国际上一般都把1970年看做是光纤通信的开元之年。此后世界各国纷纷开展研究，光纤的发展十分迅速。在这短短的30多年的时间里，光纤通信已发展了四代：第一代为短波长（0.85m）多模光纤通信；第二代为长波长（1.3m）多模光纤通信；第三代为长波长（1.3m）单模光纤通信；第四代为长波长（1.55m）单模光纤通信。随着光电集成、光纤放大器、光波复用等新技术

4、的开发、使用，光纤通信将成为通信领域的主力军。3.1.2光纤通信的工作波长光波的波长在微米级，通常将紫外线、可见光、红外线都归入光波范畴，如图3.1所示为光的波谱图。阴影部分为光纤通信波段图3.1光的波谱图光纤通信使用的波段位于近红外区，波长范围为0.8m～1.8，其中0.8m～1.0称为短波长波段区，1.0m～1.8m称为长波长波段区。目前光纤通信使用的波长选择在两个波段区的低损耗点，即0.85m、1.31m、1.55m，通常称它们为当前光纤通信的三个窗口。3.1.3光纤通信的特点光纤通信与电通信的主要差

5、异：一是以很高频率的光波作为载波传输信号；二是用光导纤维构成的光缆作为传输线路。因此，在光纤通信中起主导作用的是产生光波的激光器和传输光波的光导纤维。光纤通信之所以能够飞速发展，是由于它具有以下的突出优点所决定：（1）传输频带宽，通信容量大由信息理论知道，载波频率越高通信容量越大，因目前使用的光波频率比微波频率高104～105倍，所以通信容量约可增加104～105倍。（2）损耗低，中继距离远目前使用的光纤均为SiO2（石英）光纤，要减少光纤损耗，主要是靠提高玻璃纤维的纯度来达到。由于目前制成的SiO2玻璃介质的纯度极高，

6、所以光纤的损耗极低，在光波长=1.55m附近，损耗有最低点，为0.2dB/km，已接近理论极限值。由于光纤的损耗低，因此中继距离可以很长，在通信线路中可以减少中继站的数量，降低成本并且提高了通信质量。例如，对于400Mbit/s速率的信号，光纤通信系统无中继传输距离达到70km以上，而同样速率的同轴电缆通信系统，无中继距离仅为几千米（中同轴电缆为4.5km，小同轴电缆为2km）。（3）不受电磁干扰因为光纤是非金属材料，因此它不受电磁干扰。（4）保密性强光纤内传播的光几乎不辐射，因此很难窃听，也不会造成同一光缆中各光纤

7、之间的串扰。（5）线径细、质量轻由于光纤的直径很小，只有0.1mm左右，因此制成光缆后，直径要比电缆的直径细，而且质量轻，这样在长途干线或市内干线上空间利用率高，而且便于制造多芯光缆与敷设。（6）资源丰富由于光纤的原材料是石英，地球上是取之不尽、用之不竭的，而且很少的原材料就可以拉制很长的光纤。虽然光纤通信具备上述一系列优点，但光纤本身也有缺点，如光纤质地脆、机械强度低；要求用比较好的切断、连接技术；分路、耦合比较麻烦等。但这些问题随着技术的不断发展，都是可以克服的。3.1.4光纤通信的基本组成光纤通信系统的基本组成框图

8、如图3.2（a）所示，它主要由光发射机、光纤、光接收机三个基本部分组成，如果进行远距离传输，则还应在线路中间插入光中继器。实用光纤通信系统一般都是双向的，因此其系统的组成包含了正反两个方向的基本组成，并且每一端的发射机和接收机做在一起，称为光端机。同样，光中继器也有正反两个方向，如图3.2（b）所示。图3.2光纤通信