光纤通信与系统设计-Read.ppt
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光纤通信与系统设计 ;课程助教;课程内容 ;《光纤通信 (第三版) 》Gerd Keiser著;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;1.1 光纤通信的发展与现状;电磁波:交变的电场会产生交变的磁场,交变的磁场又会激起交变的电场,这种电场、磁场无限地交变产生,合称电磁场。这种交变的电磁场会在空间以波的形式由近及远地传播开去,这就是电磁波。
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; 光纤通信的波谱在1.67×1014 Hz ~ 3.75×1014 Hz之间,即波长在0.8 mm ~ 1.8 mm之间,属于红外波段;将0.8 mm ~ 0.9 mm称为短波长,1.0 mm ~ 1.8 mm称为长波长,2.0 mm以上称为超长波长。
各种单位的换算公式;最早的光通信
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”;1880年贝尔发明了第一个光电话系统,通话距离213米;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
但由于大气通信受气象条件的影响,通信不稳定; 大气光通信受阻,人们将研究的重点转入到地下光波通信的实验,先后出现过反射波导和透镜波导等地下通信的实验。但反射波导和透镜波导造价昂贵,调整、维护困难。;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;工作地点:英国标准电信研究所
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、铁与锰等金属 离子和其他杂质;2) 拉制光纤工艺造成芯、包层 分界面不均匀及其所引起的折射率不均匀
新的发现:一些玻璃纤维在红外光区的损耗较小;1970年,美国康宁公司研制成功损耗20 dB/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4 dB/km。
1973年,美国贝尔实验室的光纤损耗降低到2.5 dB/km。
1974年,贝尔实验室将损耗进一步降低到1.1 dB/km。
1976年,日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗降低到0.47
dB/km (工作波长1.2 mm)。
目前,波长为1.55 mm的标准光纤损耗为 0.2 dB/km。 ;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NTT研制出波长为1.3 mm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(ATT)公司和日本NTT研制成功波长为1.55 mm的半导体激光器。 ;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年和1978年,日本先后进行了速率为 34 Mb/s 的阶跃多模
光纤通信系统和速率为100 Mb/s的渐变型多模光纤通
信系统的试验
1980年,美国标准化FT - 3光纤通信系统投入商业应用
1983年,敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线
1988年,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
1989年,第一条横跨太平洋 TPC-3/HAW-4 海底光缆通信系统
建成;当今世界范围的光纤通信系统;第一代:1966~1979 (从基础研究到商业应用的开发时期)
激光器 (GaAs) 波长0.8 μm,多模光纤,最大中继距离10 km (当时的同轴电缆系统中继距离为1 km),比特率在10~100 Mb/s。多模色散和损耗是限制中继距离的关键。;第二代:上世纪80年代早期 (通过减小光纤色散)
激光器 (InGaAs) 波长1.3 μm,单模光纤,最大中继距离50 km,比特率2.0Gb/s。光纤的损耗限制了中继距离,当时的损耗为 ~0.5 dB/km。;第三代:上世纪80年代后期初90年代初 (通过降低光纤损耗)
激光器 (InGaAsP) 波长1.55μm,单模 (色散位移) 光纤,比特率2.5~10 Gb/s,最大中继距离100 km。这个阶段的缺点是采用电的方式中继。;第四代:上世纪90年代之后 (通过引入WDM和全光放大技术)
激光器 (InGaAsP) 波长1.55 μm,单模光纤,采用波分复用技术和光放大技术,单个波长
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