光纤通信系统第1章-绪论

灵敏度高，适用于长距离光纤通信系统。
光电晶体管
具有较高的响应速度和灵敏度，适用于中短距离光纤通信系统。
光放大器技术
1 2
掺铒光纤放大器（EDFA） 利用掺铒光纤中的铒离子实现光放大，具有较高 的增益和较宽的带宽，广泛应用于长距离光纤通 信系统。
拉曼光纤放大器（RFA） 利用拉曼散射效应实现光放大，具有较低的噪声 和较好的稳定性，适用于多波段光纤通信系统。
波分复用（WDM）
同时利用光信号的频率和相位信 息实现复用，可以提高光纤通信 系统的传输容量和速率。
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光纤通信系统的性能指标
带宽与传输速率
带宽
带宽是衡量通信系统传输信息能力的重要指标，指在单位时间内传输的数据量。光纤通信系统的带宽通常以兆赫 兹（MHz）或吉赫兹（GHz）表示，带宽越大，传输速率越高。
发光二极管（LED）
能够发出宽光谱的光，但相干性和方向性较差，通常用于短距离光 纤通信系统。
半导体激光器（SDL）
结合了LD和LED的特点，具有较高的相干性、方向性和单色性，广 泛应用于长距离光纤通信系统。
光检测器技术
PIN光电二极管
响应速度快，线性范围广，常用于高速光纤通 信系统。
APD雪崩光电二极管
未来的发展趋势
超高速传输
光子集成电路
随着数据量的不断增加，光纤通信系统的 传输速率将进一步提高，实现更快速的数 据传输。
光子集成电路是未来光纤通信系统的重要 发展方向，能够实现光信号的集成和处理 。
全光网络
智能化发展
全光网络是未来通信网络的发展趋势，能 够实现光信号的透明传输和处理，提高通 信网络的效率和可靠性。
光纤的结构与特性
光纤的结构
光纤由纤芯、包层和涂覆层组成，其中纤芯是传输光信号的主要部分，包层用于 保护纤芯，涂覆层则起到保护光纤不受外界环境影响的作用。

1·2 1.2.1 光通信与电通信 1.2.2 光纤通信的优点
1.2.3 光纤通信的应用 1·3 光纤通信系统的基本组成
1.3.1 发射和接收 1.3.2 基本光纤传输系统 1.3.3 数字通信系统和模拟通信系统
1.1 光纤通信发展的历史和现状
1.1.1 探索时期的光通信
原始形式的光通信:中国古代用“烽火 台”报警，欧洲人用旗语传送信息。 1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用 光波作载波传送话音的“光电话”。贝 尔光电话是现代光通信的雏型。
第三阶段(1986~1996年)，这是以超大容
量超长距离为目标、全面深入开展新技术研
究的时期。
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1.1.3
1976年美国在亚特兰大进行的现场试验， 标志着光纤通信从基础研究发展到了商业应用 的新阶段。
此后，光纤通信技术不断创新：光纤从多 模发展到单模，工作波长从0.85 μm发展到1.31 μm和1.55 μm(短波长向长波长），传输速率从 几十Mb/s发展到几十Gb/s。
1976年，日本电报电话公司研制成功发 射波长为1.3 μm的铟镓砷磷(InGaAsP) 激光器。
1977 年，贝尔实验室研制的半导体激光 器寿命达到10万小时。
1979年美国电报电话(AT&T)公司和日 本电报电话公司研制成功发射波长为 1.55 μm的连续振荡半导体激光器。
由于光纤和半导体激光器的技术进步，使 1970 年成为光纤通信发展的一个重要里程碑。
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1.2.2 光纤通信的优点
容许频带很宽，
损耗很小， 中继距离很长且误码率很小
重量轻、 体积小
抗电磁干扰性能好
泄漏小，
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节约金属材料， 有利于资源合理使用

波长（µm） 系统类型
0.85
IM/DD
光纤 多模
BL(Gb/s·km) 年代
2
1978
1.3
IM/DD
单模
第1章 绪论
1.1 光通信发展史 1.2 国内外光纤通信技术发展概况 1.3 光纤通信系统的基本构成
第1章 绪论
1.1 光通信发展史
1.1.1 现代通信的发展
人类社会出现后，人与人之间就需要信息交流。原始社会 人们可以靠声音（语言）、肢体动作（肢体语言）或面部表情 等交流信息，这就是原始的通信，是人们面对面的交流。
60年代最好的光纤传输衰减为1000dB/km，即传输1km， 光功率降到原来的1/10100≈0，因而这种光纤不可能用作通 信媒质。当时没有人相信光纤可以用于通信，也没有人从 事光纤用于通信的研究。英藉华人学者高锟博士的贡献在 于理论上证明这样大的传输衰减是由于光纤中杂质吸收和 散射引起的。如将光纤提纯，则传输衰减可以降到可在通 信中实用的程度（最初提出的指标是20dB/km）[1].这一贡 献具有深远意义，完全改变了通信容量不适应社会发展的 需求，推动了信息社会更快地到来。由于这一贡献，高锟 博士获得了2009年诺贝尔物理学奖。
第1章 绪论
2.半导体激光器性能的突破
1960年发明的第一个激光器是红宝石(固体)激光器，不久 （1961年）半导体激光器研制成功，但当时需要在低温(液氮) 下脉冲工作。后来采用异质结技术使激光器可在常温下连续 工作，但开始只有数小时甚至数分钟的寿命，由于寿命极短 不能实用化。经过一段时间的努力，才研制成功可实用的半 导体激光器。现在的半导体激光器的性能有了极大的提高， 其寿命可达106小时，甚至达108小时，功率可达10 毫瓦量级 (泵浦激光器可达几百毫瓦),可调谐范围几百GHz,线宽低到 1―10MHz(外腔激光器能达几十kHz)，适用于各种光通信系统， 为光纤通信实用化打下了基础。激光器价格也在不断下降， 干线通信系统所用激光器已降到千美元量级；几十美元，甚 至几美元的半导体激光器可用于接入网系统。

数字传输速率

美国电话系统的
基本信息块 T1 （最低级别传输）系统，传送 24 T2级别由4个T1系统组合形成，传送4×24=96路 复用后高级别的信息块包括了同步脉冲和信令
路话音信息

话音信息

脉冲，需要额外的比特率
30
§1.2 基本通信系统--1.2.9一些数据
光纤的传输容量

单根光纤可达2.5Gbps、10Gbps、甚至40Gbps 基本传输速率是OC-1
第1章 光纤通信系统
——本章阐述有关光纤通信的主要内 容，探讨学习这些知识的方法，介绍所 选择技术的优点，并讨论其典型应用。
1
§1.1 历史回顾 §1.2 基本通信系统
§1.3 光的属性
§1.4 光纤的优点
§1.5 光纤通信的应用
§1.6 总结和讨论
2
§1.1 历史回顾
早期的光通信

目视形式的光通信：太阳为光源、手的运 使用烟作为信息载体的光波系统：对远距 1880年贝尔发明了“光电话”的光通信系
图1.8 光脉冲的展宽
18
§1.2 基本通信系统--1.2.5信道
大气电信系统：天线收集来自信道的信号，
并将其传送到接收机
光纤通信系统：输出耦合器将来自光纤的
光对准到光检测器

光的辐射方向与光纤的接收锥角相同。
一般的光检测器有大的表面积及大的接 收角，能实现有效耦合
19
§1.2 基本通信系统--1.2.5信道
16
§1.2 基本通信系统--1.2.5信道
信道：发送机和接收机之间的传输路径 光放大器——适用于模拟和数字信号 中继器（再生器）——只能用于数字系统，
重建数字信号的幅度和波形