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光纤通信课件 2004年12月28日?深圳大学2001级电子科学与技术?浏览选项： ??出处： 第1章?光纤通信概述§1-1?引言光电子技术的发展将引起划时代的技术变革，它的一个重要应用——光纤通信独占鳌头，由于它的独特优点，发展异常迅猛，虽仅有二十几年的历史，已在世界范围内形成包围全球的通信网，亦将正在成为全球宽带综合数字网（B-ISDN）的骨干。光通信技术是一门既古老又年轻的学科，光通信可追溯到古时的烽火台报警，即是最早的光通信措施。但是，真正成为现代的通信方面有力的手段，则是本世纪70年代初低损耗光纤出现之后的事情了。在近30年的时间内，光纤通信技术以其无以伦比的优越性，即高速，大容量，传输距离远和抗电磁干扰等性能展现在人们的面前，并得到飞速的发展。在本世纪初，光纤通信将成为主要的现代化的通信手段之一。光纤通信的重要性，不仅体现在对通信技术的直接影响，而且更深远的意义在于它推动了一个新的信息技术领域，使光信息的产生，传输，储存等处理方面得到长足的发展，其前景是十分光明的。在我国，光纤通信70年代起步，80年代已在科研开发、产业形成和工业应用方面奠定了初步的基础。到1990年累计敷设光缆达6000公里，长度近千公里的光缆干线工程已经建成。光纤通信技术涉及的面较宽，不仅与电通信系统的内容有关，而且还与光纤、光电器件和光系统方面有关。§1-2?光通信简史——目视光通信阶段光通信史可以分为四个阶段1.目视光通信阶段光通信的历史，可追溯到三千多年以前，我国周朝利用“烽火台”的火光报警(传递信息)即是光通信的典型例子。旗语传送信息实例：后来欧洲人发明了扬旗通信方式，用旗语来传送信息。当时，在巴黎到土伦的760km的路程上，设立了120个中断站，全程传达旗语所需时间为10~20min，比当时任何交通工具都快得多。一直到莫尔斯电报发明了之后（1835年），这种光通信方式才慢慢地退出了历史舞台。这一漫长的历史时期，可以称为目视光通信阶段。不过我们今天所说的光通信与这种视觉通信有本质不同:今天是用光作载波传递消息!2.光电通信方式阶段第二次世界大战前后，人们研究了用透镜将光聚焦后传输出去，在接收端用光电管转换成电信号的光电通信方式。这种方式可得到和无线电报相同的传输速率，使光通信技术向现代化推进了一步。但是，在激光器问世之前，这种方式始终未能取得明显的进展。这一阶段的典型事例：Bell?“光电话”由于当时各种技术条件，这种光电话传输距离很短，实用意义不大。但她是光通信的雏形！在光电话问世后一段漫长的时间里，光通信进展缓慢，主要原因：没有理想的光源和传输介质。光电话的发明是伟大的，它证明了应用光源作载波传递信息的可能性。一直到激光出现前，这种方式始终未能取得明显进展。3．传输光路的探索阶段这一阶段是从20世纪60年代初氦氖激光器进入实用阶段开始的。1960年7月8日，美国科学家梅曼（Maiman）发明了第一个红宝石激光器，由于这种光源具有良好的特性，使之有可能构成与毫米波波导通信方式相类似的超宽带光通信系统。为光通信提供载波，解决了光源问题。由于人们看到了它的前景，致使许多从事微波通信的技术人员，转向研究这一新的通信领域。因此在一阶段中，研究的重点主要是解决光的传输路径问题。第三阶段在历史上经历了大气光波通信和地下透镜波导两个过程。传输光路研究的第一方面：大气光波通信，即让激光束在大气中传输。用以实现点对点之间的通信。在晴朗的天气,通信稳定可靠,距离较长;这种方式的光路简单。但在实际测试中发现，在不良天气,通信极不稳定,甚至中断。大气光波通信不稳定的主要原因是：光波在大气中传输受到大气中无常的气候条件的影响，光波能量损失严重。例如，大气湍流（大气层中，因各处的大气密度不均，温度不同，使传播速度发生变化而造成的旋涡似的流动现象）、雨、云雾、雪、大气中的尘土和自然辐射等对光波能量的吸收和散射，使光波在传输过程中能量迅速衰减，甚至使光束的位置发生变动，加上天空中的鸟类和飞行物都是光波传输线路的“拦路虎”，严重影响通信的稳定性和可靠性；因而很难连续持久地维持正常通信。这种光通信方式，在活跃了一段时期之后，一般都持否定态度。但是，随着半导体激光器功率的增加，以及其他技术的改进，对于一些特殊应用的场合（例如，军事目的的某些场合，以及将来的深空通信等），大气激光通信方式还是有着广阔的前景。为了克服大气传光的缺点，人们自然会想到将激光束限制在特定的光路中传输，这样，可以避免外界的影响，从而实现持久可靠的通信。在这种思想指导下，提出地下透镜波导、空心式光波导管、薄模式光波导、透镜阵列式光波导等等。地下透镜波导：在金属或水泥管道内，每隔一定距离安装一个玻璃透镜，通过透镜的作用将光波限制在管道内传输以达到光波通信的目