[互联网]信息传播技术第五章简略版光纤通信.ppt

第5章 光纤通信 本章学习重点 光纤通信的概念与特点 光纤传输光信号的原理 光纤通信的主要技术 光通信的起源 贝尔的光电话 光通信的出现比无线电通信还早。 1896年，波波夫发送与接收了第一封无线电报，是无线通信的标志; 1880年，电话发明家贝尔利用太阳光作光源，大气为传输媒质，用硒晶体作为光接收器件，成功地进行了光电话的实验，通话距离最远达到了213米。 光在大气中的传递会受到气象条件限制， 所以光通信必须要解决两个最根本的问题： 1.必须有稳定的、低损耗的传输媒质。 2.必须要找到高强度的、可靠的光源。 光源问题： 从通信技术角度看，太阳光、灯光等普通的可见光源， 都不适合作为通信的光源， 这些光都带有“噪声” ， 光的频率不稳定、不单一， 光的性质也很复杂。 光传输介质问题： 一是要导光， 二是传输性能即衰减率要达到通信要求。 在此后的几十年中，由于这两项关键技术没有得到解决，因此贝尔的光电话始终没有走上实用化的阶段。 1955年，英国的卡帕尼博士， 发明了用极细的玻璃制做的光导纤维。 光纤应用在医学上， 用光纤束组成内窥镜， 可以观察人体肠胃内的疾病， 协助医生及时作出确切的判断。 但以上的光纤由于衰减率太高，还不能用于通信。 1960年7月8日，美国科学家梅曼发明了红宝石激光器， 从此人们便可获得性质和电磁波相似而频率稳定的光源。 研究现代化光通信的时代也从此开始。 1966年英国标准电信研究所的高锟和Hockham 提出 用玻璃纤维可以进行通信的设想。 1970年美国康宁公司的马瑞尔、卡普隆、凯克成功地制成了衰减水平为20db/km的光纤， 标志着光纤用于通信有了现实的可能性。 1977年，世界上第一条光纤通信系统在美国芝加哥市投入商用，速率为45Mb／s。 1991年起，我国开始大力发展光纤通信。 第一节 光纤通信的概念 一.光纤通信的概念 1.光纤通信： 以光波为载波携带信号，以光导纤维为传输介质的通信方式。 数字光纤通信： 以光波为载波携带数字信号，以光导纤维为传输介质的通信方式。 2.特点 （1）频带宽，通信容量大。 光纤可利用的带宽约为50000GHz， 2.4Gb/s系统，能同时传输30000多路电话。 以传输图书为例： 45MB的数据相当于45本小说的信息量。 一个信道每秒可以输出40GB的数据， 一根有200个信道的光纤 一秒可以传输上百万本小说。 这意味着，地球上每一个读者 可在一秒钟内把美国国会图书馆的藏书下载到自己的计算机上。 （2）低损耗，中继距离长 一根火柴划亮后的微弱光芒， 经过200公里的光缆输出， 火柴光依然清晰可见。 所谓损耗是指光纤每单位长度上信号的衰减,单位为dB/km。 衰减率越低，传输距离越长。 光纤损耗的高低直接影响传输距离或中继站间隔距离的远近。 目前，光纤的最低损耗已达0.2dB/km， 这样单模光纤的最大中继距离可达上百公里， 比同轴电缆大几十倍， 比铜线大上百倍， 如果再使用光纤放大器的话， 不需要再生中继，可以直通上万公里。 （3）抗干扰能力强，保密性好。 抗干扰能力强主要有两个原因： 第一,光纤由石英材料构成的， 它是非金属绝缘体， 不怕雷电和高压， 不受电磁干扰见图示； 第二,光纤中传输的是频率很高的光波， 而各种干扰的频率一般都比较低， 不能干扰频率比它高的多的光波。 保密性好是因为光纤表面的涂层具有隔离辐射的作用， 加上涂层中的消光剂，即使光缆内光纤总数很多，也可实现无串音干扰； 光缆外也无法窃听到光纤中传输的信息。 另外在光缆弯曲半径很小时，辐射出的光波也十分微弱。 （4）缺点 光纤质地脆、机械强度低、 需要比较好的切割及连接技术， 光纤弯曲半径不宜过小， 分路、耦合比较复杂。 但这些问题比起光纤众多的优点来说都是小问题。 二.光纤通信所使用的光 光纤使用的光是在近红外区内， 其波长为0.8-1.8微米 频率为 Hz左右。 科学家经过长期的研究发现， 光以0.85微米、1.31微米和1.55微米三种波长通过光纤时， 所受的“阻力” 比其它波长阻力小得多， 所以光纤通信所用的波长以这几种为主， 并将这三个点的光波称作光纤通信的三个实用窗口。 半导体激光器产生的激光与 半导体二极管产生的荧光 都可以作为光信通信使用的光源。 三.光纤通信的介质——光纤 （一）光纤的结构 通信光纤是由纤芯、包层、保护套三部分组成。 纤芯：折射率较高，用来传送光； 包层：折射率较低，保护纤芯，隔离辐射，将光波限制在纤芯中形成全反射； 保护套：强度大，能承受较大冲击，保护光纤。 （二）光纤的分类 1.按照折射率可以分为： 均匀光纤 非均匀光纤 均匀光纤： 指光线的折射率n1和包层的折射率n2 都为一常数，且n1n2， 在纤芯和包层交界处折