光电子技术(电光调制的物理基础).ppt

第四章 光波的调制 前言——历史回顾1 据记载，在人类历史上，最早用光传递信息的国家当算我国。早在2700多年前的西周，就开始修建烽火台传递军事信息，于是发生了著名的“周幽王烽火戏诸侯，博得美人笑”的故事。 公元前800年左右，人们用火来传递少量的简单信息。火也是一种光信号。 两百年后，征服特洛伊的消息就是通过火传到亚尔古的，两地相距500公里，中间有8个中继站。这就是历史上有名的阿加门农烽火台。 缺点：只能传递一些简单的事先约定好的信号，而不能传递所有信息。 前言——历史回顾2 公元前200年左右，古希腊的Poybios发明了一种传输系统，不仅可以传递一些固定信息，还可以传递字母。每分钟大约传输8个字母。而现代通信系统的传输速率为每秒几个G（109）字节。 前言——历史回顾3 17世纪初的一天，荷兰密特尔堡镇一家眼镜店的主人利珀希 ，他为检查磨制出来的透镜质量，把一块凸透镜和一块凹镜排成一条线，通过透镜看过去， 发现远处的教堂的塔好象变大而且拉近了，于是在无意中发现了望远镜原理。1608年他为自己制作的望远镜申请专利，并遵从当局的要求，造了一个双筒望远镜。据说密特尔堡镇好几十个眼镜匠都声称发明了望远镜，不过一般都认为利珀希是望远镜的发明者。光通信获得新生。 前言——历史回顾4 1791年，Clande Chappe成功地用基于信号灯的光信息传输系统传送了信息。他的信号发报系统逐渐完善，成为一个真正实用的通信网络系统，并从巴黎传遍了整个法国。 1844年，5000多公里，有超过500个站点，并在19世纪初，这一光中继系统发展到了其它国家，随着电的发现和使用被淘汰。 用光作为通讯手段，自古有之。历史上第一项属于光通讯的专利，由贝尔在一八八零年以“光话机”取得，实现了在几百米范围内用可见光传送语言信息。 。但直到高锟关于光纤的论文发表之前，人类想出的各种传输光的方式，都还不足以使之成为有效的通讯工具。在六十年代，即使是最好的导体，光波在其中传输二十米，能量就只剩下原来的百分之一，更何谈“通讯”二字。而高锟提出的光纤，是用高纯度的玻璃纤维制成，光进入到其中，就像进入了一个周围全是镜子的管线，在全反射的作用下，再也跑不掉，只有从另一端出来。光纤低损失、宽频带、尺寸小、重量轻的优点，给人类通讯带来了一场革命，这种与头发差不多粗细的导体，把人类带入了信息无限丰富的时代。 前言——历史回顾5 1880年，贝尔曾发明了一种“光话机”，这是一种用光束传送声音的装置。在试验成功后，他在日记上写下了一段话：“我听到光线的笑声、咳嗽和歌唱声。”他预言，他的这一项新发明“在科学世界里，将远比电话、留声机和麦克风更有意义”。 1887年，Heinrich Hertz通过实验证实了电磁波的存在。 前言——历史回顾6 1917年，Albert Einstein提出了受激辐射的概念，预示了激光的存在。 1960年，第一台激光器诞生。 1962年，第一台半导体激光器出现。 20世纪60年代， “光电线”出现了，这就是光学纤维（简称光纤）。 1966年，高锟等人预言了SiO2光纤作为通信传输介质的可行性； 1967年，人们首次进行了相干光通信实验，并于1974年又一次使用气体激光器在自由空间做了相同的实验，但传输距离都很短，大气干扰。 1970年，是光纤通信取得重要进展的一年，美国康宁公司制造出了第一根低损耗光导纤维。光纤的损耗降到了20dB/km，半导体激光器的寿命也到达了一千小时以上。 1976年，英国哈德福郡的赫清与斯蒂夫尼奇之间铺设了一条光缆，这个光纤系统能同时提供1920条电话通路。 1976－1977年，光纤损耗降低到4dB/km，半导体激光器的寿命达到106小时，各种通信系统出现； 1977年，美国在芝加哥市建立了一条光纤市话中继线路。光纤的抗拉强度大，能达到7.2×108帕，它的弯曲直径为1.6毫米。 1979－1980年，光纤通信系统投入市话网的局间线路使用，第一代光纤通信系统投入使用。 光纤之父——高锟 一九六六年，华裔科学家高锟博士发表了一篇论文，论文的标题很平淡，在我们看来甚至有一些晦涩，叫做《光频率的介质纤维表面波导》。但正是这篇论文开创性地指出，可以用玻璃去做光学纤维传送讯号，从此光纤通讯的革命开始了。换个角度说，如果没有当年高锟发明光纤，就没有今天互联网的高速传输和低成本运营，你就无法想象全世界有上亿的人在使用互联网发送电邮，或者是使用ICQ。于是乎，高锟当之无愧地被称为“光纤之父”。 高锟出生在一九三三年的上海，父亲是律师，家境富裕。十五岁的时候他随全家移民到香港，中学毕业后到伦敦大学留学，直到取得电子工程博士学位。他曾任职于英国国际电话电报公司，先后担任工程师、研究员和实验室