《光信息科学与技术》选读.ppt

光信息科学与技术 ;一、光通信的发展与现状 二、光纤的结构与模式 三、光纤的分类 四、光纤通信的四个发展阶段 五、光纤通信的关键技术 六、光纤通信的主要特点 七、光纤通信系统的构成 八、光纤通信系统的应用 九、光网络与结构 十、新技术简介;一、光通信的发展与现状;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;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;光纤的雏形（传输介质的问题）;光纤的雏形（传输介质的问题）;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、锰、OH- 2) 光纤拉制工艺造成芯、包层分界面不均匀及其 所引起的折射率不均匀 新的发现：玻璃纤维在红外光区的损耗较小;发送信号的频率越高 (波长越短)，可载送的信息量就越多; 高锟获得2009年诺贝尔物理奖！ 1966年，英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤(Optical Fiber)进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信——光纤通信的基础。;光纤通信发明家高锟(左)1998年在英国接受IEEE授予的奖章;什么是通信？ “通”传送，“信”信息；信息的传送 基本组成：发送、传输、接收;光纤通信是人类历史上的重大突破，现今的光纤通信已成为信息社会的神经系统。;通信网络;1970年，Bell Lab、日本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，成为光纤通信史上的里程碑。 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1.3mm的铟镓砷磷(InGaAsP)激 光器。 1977 年，Bell Lab研制的半导体激光器寿命达到10万小时。 1979年，ATT和NTT研制成功波长为1.55mm的半导体激光器。 ;分布反馈式 (DFB) 激光器;激光的独特优点：;二、光纤的结构和模式;纤芯;包层;涂覆层;;光纤的传播模式;单模光纤和多模光纤 (续);单模光纤 优点：芯径小，不存在模间色散，带宽大，用于长途传输 缺点：芯径小，需要使用半导体激光器LD激励;时间;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0.8μm，多模光纤，最大中继距离10km (当时的同轴电缆系统中继距离为1km)，比特率为10~100Mb/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 (减小了光纤色散) 激光器(InGaAs)，波长1.3μm，单模光纤，最大中继距离50km，比特率为2.0Gb/s。光纤的损耗(~0.5 dB/km)限制了中继距离。;第三代：上世纪80年代后期初90年代初 (降低了光纤损耗) 激光器(InGaAsP)波长1.55μm，单模(色散位移)光纤，比特率为2.5~10Gb/s，最大中继距离100km。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 (引入了WDM和全光放大技术) 激光器(InGaAsP)波长1.55μm，单模光纤，采用波分复用技术和光放大技术，单波长信道比特率为2.5~10Gb/s，传输距离14000 km，并提出光通信智能化的概念。;光纤通信最具代表性技术 －波分复用WDM和光纤放大器EDFA;1、波分复用 WDM的工作原理;1、波分复用 WDM的工作原理;点到点的波分复用系统;WDM系统的优点;光纤放大器;掺铒光纤放大器EDFA;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，日本进行了 34 Mb/s 的阶跃多模光纤通信系统试验 1978年，日本进行了100 Mb/s的渐变型多模光纤通信系统试验 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，美日英法建成第一条横跨大西洋海底光缆通信系统 1989年，建成第一条横跨太平洋海底光缆通信系统 ;当今世界范围的光纤通信系统;六、光纤通信的主要特性;损耗低、中继距离长;抗干扰能力强;必威体育官网网址性强;体积小、重量轻;光纤的