光纖通信培訓課程講座-全文預覽

　　

【正文】 1. 容許頻帶很寬 ， 光纖通信系統的容許頻帶 (帶寬 )取決于光源的調制特性 、 調制方式和光纖的色散特性 。 光纖是由絕緣的石英 (SiO2)材料制成的 ， 通過提高材料純度和改進制造工藝 ， 可以在寬波長范圍內獲得很小的損耗 。 由于光源和光纖特性的限制 ， 目前 ， 光強度調制的帶寬一般只有 20 GHz， 因此還有 3個數量級以上的帶寬潛力可以挖掘 。 雖然光波和電波都是電磁波 ， 但是頻率差別很大 。 通信系統的傳輸容量取決于對載波調制的頻帶寬度 ， 載波頻率越高 ， 頻帶寬度越寬 。 表 世界成纜光纖市場銷售量 年份 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2023 2023 光纖銷售總長度/104 km 1810 2300 2900 3470 4070 4730 5580 6570 表 世界市場單模光纖平均價格 年份 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2023 2023 價格/($ 市場銷售額和市場銷售量的年增長率不同 ， 主要是由于光纖價格呈下降趨勢 ， 見表 。 目前光纖已成為信息寬帶傳輸的主要媒質 ， 光纖通信系統將成為未來國家信息基礎設施的支柱 。 目前 ， 正在開展研究的光纖通信新技術 ， 例如 ， 超大容量的波分復用 (Wavelength Division Multiplexing, WDM)光纖通信系統和超長距離的光孤子 (Soliton)通信系統 ， 將在第 7章作介紹 。 第三階段 (1986~1996年 )， 這是以超大容量超長距離為目標 、 全面深入開展新技術研究的時期 。 光纖通信的發展可以粗略地分為三個階段： 第一階段 (1966~1976年 )， 這是從基礎研究到商業應用的開發時期 。 1983年敷設了縱貫日本南北的光纜長途干線 ， 全長 3400 km， 初期傳輸速率為 400 Mb/s， 后來擴容到 Gb/s。 1976 年 ， 美國在亞特蘭大 (Atlanta)進行了世界上第一個實用光纖通信系統的現場試驗 ， 系統采用 GaAlAs激光器作光源 ， 多模光纖作傳輸介質 ， 速率為 Mb/s， 傳輸距離約 10 km。 1973 年 ， 半導體激光器壽命達到 7000小時 。 在以后的 10 年中 ， 波長為 μm的光纖損耗： 1979 年是 dB/km， 1984年是 dB/km， 1986 年是 dB/km， 接近了光纖最低損耗的理論極限 。 1972年 ， 康寧公司高純石英多模光纖損耗降低到 4 dB/km。 這個思想和預測受到世界各國極大的重視 。 材料本身固有的損耗基本上由瑞利 (Rayleigh)散射決定 ， 它隨波長的四次方而下降 ，其損耗很小 。 首先 ， 現場施工中校準和安裝十分復雜；其次 ， 為了防止地面活動對波導的影響 ， 必須把波導深埋或選擇在人車稀少的地區使用 。 透鏡波導是在金屬管內每隔一定距離安裝一個透鏡 ， 每個透鏡把經傳輸的光束會聚到下一個透鏡而實現的 。 因而通信的距離和穩定性都受到極大的限制 ， 不能實現 “ 全天候 ” 通信 。 實驗證明：用承載信息的光波 ， 通過大氣的傳播 ， 實現點對點的通信是可行的 ， 但是通信能力和質量受氣候影響十分嚴重 。 激光是一種高度相干光 ， 它的特性和無線電波相似 ， 是一種理想的光載波 。 由于當時沒有理想的光源和傳輸介質 ， 這種光電話的傳輸距離很短 ， 并沒有實際應用價值 ， 因而進展很慢 。 望遠鏡的出現 ， 又極大地延長了這種目視光通信的距離 。光 纖 通 信 主講教師：趙 冬 娥 OPTICAL FIBER COMMUNICATION 簡 介 ?學時：講授 40學時，實驗 8學時 ?評分比例：試卷 80%，平時成績 20% 參 考 書 目 ?顧畹儀 李國瑞編“光纖通信系統”，北京郵電大學出版社 ?劉增基 周洋溢 胡遼林等編著“光纖通信”，西安電子科技大學出版社 ?趙梓森編“光纖通信工程”，人民郵電出版社 1 3 光纖通信系統的基本組成 第 1 章 概 論 返回主目錄 第 1 章 概論 中國古代用 “ 烽火臺 ” 報警 ， 歐洲人用旗語傳送信息 ， 這些都可以看作是原始形式的光通信 。 在接收端 ， 用拋物面反射鏡把從大氣傳來的光束反射到硅光電池上 ， 使光信號變換為電流 ， 傳送到受話器 。 1960年 ， 美國人梅曼 (Maiman)發明了第一臺紅寶石激光器 ， 給光通信帶來了新的希望 ， 和普通光相比 ， 激光具有波譜寬度窄 ， 方向性極好 ， 亮度極高 ， 以及頻率和相位較一致的良好特性 。 在這個時期 ， 美國麻省理工學院利用 He Ne激光器和 CO2激光器進行了大氣激光通信試驗 。 另一方面 ， 大氣的密度和溫度不均勻 ， 造成折射率的變化 ， 使光束位置發生偏移 。 因而提出了透鏡波導和反射鏡波導的光波傳輸系統 。 這兩種波導 ， 從理論上講是可行的 ， 但在實際應用中遇到了不可克服的困難 。 當時石英纖維的損耗高達 1000 dB/km以上 ， 高錕等人指出：這樣大的損耗不是石英纖維本身固有的特性 ， 而是由于材料中的雜質 ， 例如過渡金屬 (Fe、 Cu等 )離子的吸收產生的 。 再通過改進制造工藝的熱處理提高材料的均勻性 ， 可以進一步把損耗減小到幾 dB/km。 它的意義在于：使光纖通信可以和同軸電纜通信競爭 ， 從而展現了光纖通信美好的前景 ， 促進了世界各國相繼投入大量人力物力 ， 把光纖通信的研究開發推向一個新階段 。 1976 年 ， 日本電報電話 (NTT)公司等單位將光纖損耗降低到 dB/km(波長 )。 雖然壽命只有幾個小時 ， 但其意義是重大的 ， 它為半導體激光器的發展奠定了基礎 。 由于光纖和半導體激光器的技術進步 ， 使 1970 年成為光纖通信發展的一個重要里程碑 。 1976 年和 1978 年 ， 日本先后進行了速率為 34 Mb/s， 傳輸距離為 64 km的突變型多模光纖通信系統 ， 以及速率為 100 Mb/s的漸變型多模光纖通信系統的試驗 。 自從 1966 年高錕提出光纖作為傳輸介質的概念以來 ， 光纖通信從研究到應用 ， 發展非常迅速：技術上不斷更新換代 ， 通信能力 (傳輸速率和中繼距離 )不斷提高 ， 應用范圍不斷擴大 。 在這個時期 ， 光纖從多模發展到單模 ， 工作波長從短波長 ( μm) 發展到長波長 ( μm和 μm)， 實現了工作波長為 μm、傳輸速率為 140~565Mb/s 的單模光纖通信系統 ， 無中繼傳輸距離為 100~50 km。 實驗室可以達到更高水平 。 另一方面 ， 隨著技術的進步和大規模產業的形成 ， 光纖價格不斷下降 ， 應用范圍不斷擴大：從初期的市話局間中繼到長途干線進一步延伸到用戶接入網 ， 從數字電話到有線電視 (CATV)， 從單一類型信息的傳輸到多種業務的傳輸 。 世界成纜光纖市場銷售量 ， 1994年為 1810 104 km， 預測 2023年為 6570 104 km， 7年中CAGR為 20%， 每年數據見表 。 兩者的比例不同， 是由于單模光纖比多模光纖便宜的結果。 表 世界成纜單模光纖市場銷售量 年份 1998 1999 20