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光纤通信原理 第一章 概论 内容摘要： 本章主要介绍光纤通信的发展简史，光纤通信的特点，概括了光纤通信系统的主要构成，并且 简单说明了光纤通信系统中的多媒体应用，最后指出光纤通信的发展方向。 本章重点要求： 了解光纤通信的发展史，理解光在电磁波谱中的位置、光纤通信所用光波的波长范围。掌握光 纤通信系统的组成、光纤通信的特性。 第一节 光纤通信简史 光纤通信是以光作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式。光纤通信技术是近 30年迅 猛发展起来的高新技术，给世界通信技术乃至国民经济、国防事业和人民生活带来了巨大变革。为 了使读者对光纤通信的发展历程有个基本了解，现将该技术的进程简要介绍如下。 1966 年，英籍华人高锟 (C·K·Kao)预见利用玻璃可以制成衰减为 20dB／km的通信光导纤维(简 称光纤)。当时，世界上最优秀的光学玻璃衰减达 l000dB／km 左右。1970 年，美国康宁公司首先研 制成衰减为 20dB／km 的光纤。从此，光纤就进入了实用化的发展阶段，世界各国纷纷开展光纤通 信的研究。 光纤的主要作用是引导光在光纤内沿直线或弯曲的途径传播。为了实现长距离的光纤通信，必 须减小光纤的衰减。C·K·Kao 早就指出降低玻璃内的过渡金属杂质离子是降低光纤衰减的主要因 素。另一方面，玻璃内的 OH 离子对衰减也有严重的影响。到了 1976 年，人们设法降低 OH 含量后 发现低衰减的长波长窗口有：1.31μm、1.55μm。1980 年，光纤衰减已降低到 0.2dB／km (1.55 μm)，接近理论值。这样，使得进行长距离的光纤通信成为可能。与此同时，为促进光纤通信系统 的实用化，人们又及时地开发出适用于长波长的光源、激光器、发光管、光检测器。应运而生的光 纤成缆。光无源器件和性能测试及工程应用仪表等技术日臻成熟。这都为光纤光缆作为新的通信传 输媒介奠定了良好的基础。 1976 年，美国西屋电气公司在亚特兰大成功地进行了世界上第一个 44.736Mbit／s 且传输 110km 的光纤通信系统的现场实验，使光纤通信向实用化迈出了第一步。1981 年以后，用光纤通信 技术大规模地制成商品并推向市场。历经近20年突飞猛进的发展，光纤通信速率由1978年的45Mbit ／s 提高到目前的 40Gbit／s。 我国自 70 年代初就开始了光纤通信技术的研究。1977 年，武汉邮电研究院研制成功中国第一 根阶跃折射率分布的、波长为 0.85μm 多模光纤。后来又研制成单模光纤和特殊光纤以及光通信设 备。现在，我国光纤通信产业已初具规模，能够生产光纤光缆、光电器件、光端机及其他工程应用 方面的配套仪表器件等。由此可见，中国已具有大力发展光纤通信的综合实力。 第二节 光纤通信使用波段 1、光在电磁波谱中的位置 光波与无线电波相似，也是一种电磁波，只是它的频率比无线电波的频率高得多。红外线、可 见光和紫外线均属于光波的范畴。图 1-1 下图所示为电磁波波谱图。可见光是人眼能看见的光，其 波长范围为 0.39 至 0.76 。红外线是人眼能看不见的光，其波长范围为 0.76 至 300 。 一般分为：近红外区， 其波长范围为 0.76 至 15 ；中红外区，其波长范围为 15 至 25 ； 远红外区，其波长范围为 25 至 300 。 2、光纤通信使用波段 目前光纤通信所用光波的波长范围为 =0.8～2.0 ，属于电磁波谱中的近红外区。其中 0.8～1.0 称为短波长段，1.0～2.0 称为长波长段。 目前光纤通信使用的波长有三个：0.85 、1.31 、1.55 。图 1-1 上图为光纤损耗与 波长的关系，从图中可以看到从 0.8～2.0 为光纤的低损耗区域，或称为低损耗窗口。 光在真空中的传播速度约为 ，根据波长 、频率 和光速 之间的关系式 （