1、光纤器件与通信,主讲教师：杨开宇QQ:371389759Mobile:15980649834 E-mail:,教材及参考书,教材：光纤通信原理及应用，杨英杰、赵小兰编著，电子工业出版社 参考书：1.光纤通信(第五版)，Joseph C.Palais著、王江平等译，电子工业出版社2.光纤通信(第三版)，Gerd Keiser著、李玉权等译，电子工业出版社 3.光纤通信系统，顾畹仪、李国瑞编著，北京邮电大学出版社4.Fiber-Optic Communication System, Third Edition, J.P.Agrawall，Wiely Insterscience,课程内容,授课计划（
2、共24次课）：1. 概述 12. 光纤 53. 无源光器件 24. 光发送机 45. 光接收机 45. 光放大器 26. 光复用技术 17. 光网络 28. 系统性能与设计 29. 复习 1,成绩评定：平时成绩 30%期末考试 70%,第一章 概 述,信号：模拟与数字,文字、图像音频、视频,抽样,量化,编码,带宽,信息：,（比特率）,通信方式,传输媒介,无线通信：无线电波（长波、中波、短波、微波）、激光,有线通信：铜线电缆（双绞线、同轴电缆）、光纤光缆,通信系统：将信息从一处传到另一处的全部技术设备和信道 (传输媒介) 的总和,电磁波：交变电场产生交变磁场，交变磁场激起交变电场 电场、磁场无限
3、地交变产生形成电磁场,光通信的基础：电磁波理论,麦克斯韦1865年发表电磁场理论,赫兹1888年实验证实电磁波存在,发送信号的频率越高 (波长越短)，可载送的信息量就越多,在电磁波谱中，光波范围包括红外线、可见光、紫外线，其波长范围为：300 mm 6103 mm。,电磁波谱,光纤通信载波在167 375 THz之间(波段在0.8 mm1.8 mm)0.8 mm 0.9 mm称为短波段1.0 mm 1.8 mm称为长波段2.0 mm以上称为超长波段 各种单位的换算公式,通信用光波范围,调制前光载波的形式为： E(t)=Acos(0t+),调制方式,模拟通信：调幅AM、调频FM、调相PM数字通信
4、：幅移键控ASK、频移键控FSK、相移键控PSK信号只有两种状态的ASK称为通断键控（OOK），这是当前的数字通信系统通常使用的格式，属于强度调制-直接检测（IM-DD）通信方式，是通信方式中最简单、最初级的方式。,电场,振幅,载频,相位,调制格式,归零码RZ：代表比特1的光脉冲宽度比比特间隔窄，其振幅在比特周期结束前归零。非归零码NRZ：光脉冲在整个时隙内保持不变，其振幅在两个连续的比特1之间不会降到零。当前，数字光纤通信以采用NRZ码为主。,光纤通信的历史光纤通信的主要特征：优缺点光纤通信系统的组成和分类应用,主要内容,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”,最
5、早的光通信,1880年贝尔发明了第一个光电话系统，通话距离213米,光源不行：普通光源强度和纯度都成为制约光通信发展的因素,现代光通信的开端：第一个光电话系统,将弧光灯的恒定光束投射在话筒的音膜上，随声音的振动而得到强弱变化的反射光束。,激光器的发明和应用，使沉睡了80年的光通信光通信进入一个崭新的阶段，它具有亮度高、谱线窄、方向性好的优点。介质不行：大气通信受气象条件的影响，通信不稳定,频率为100太赫兹的红宝石激光器美国梅曼(Maiman)，1960,新阶段：大气激光通信,人们将研究的重点转入到地下，先后出现过反射波导和透镜波导等地下通信的实验，但它们造价昂贵，调整、维护困难。,地下光通信
6、,没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质使光通信的研究走入了低谷,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,1953年，英国伦敦学院卡帕尼博士将此用于实际，发明了玻 璃光导纤维：芯层+包层 (n芯层n包层) =光纤1960年，最好的光纤损耗也在1000 dB/km，故它仅能用于 医疗，如内窥镜,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1966年，高锟和霍克哈姆发表的用于光频的光纤
7、表面波导奠定了现代光通信的基础。,现代光纤通信的大发展：光纤损耗的解决,光纤之父：高锟,1966年英国标准电信研究所,1970年，美国康宁公司研制成功损耗20 dB/km的石英光纤。1972年，康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到4 dB/km。1973年，美国贝尔实验室的光纤损耗降低到2.5 dB/km。1974年，贝尔实验室将损耗进一步降低到1.1 dB/km。1976年，日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗降低到0.47 dB/km (工作波长1.2 mm)。目前，波长为1.55 mm的标准光纤损耗为2um）,光纤通信的历史光纤通信的主要特征：优缺点光纤通信系统的组成和分类应用,主要内容,
8、1.4 光纤通信系统的应用,通信网络,公用电信网：核心网、城域网,光纤接入网,海底光缆及洲际通信网,无线通信网,电力、煤炭系统的监控和管理,能源系统,抗干扰能力强,无源传感、宽带传输,铁路、地铁和高速公路通信及监控网络系统铁路通信网特点：1. 节点多，分支、插入话路频繁2. 通信量大小不一，需求不同(传输电话、数据、图像)3. 要求有强抗电磁干扰能力除了光纤通信，没有哪一种通信方式能满足这些要求,交通系统,光纤制导武器：光纤制导导弹、光纤制导鱼雷需要获得实时的目标图像同时要求控制线轻巧水下通信系统是扫雷舰与浮游载体之间的数据传输线路。 1. 浮游载体需要传回声纳信号和遥测信号(都是视频信号)
9、2. 舰体对浮游载体进行控制雷达：要求保证雷达室与作战情报中心之间信息传输的抗干扰能力和保密性，要能保证作战情报中心的安全(长途控制),军事,内窥镜,医疗器械,激光手术中，有时需要手术的部位在人体腔道内，这就要求激光能拐弯。目前大多数医疗激光可以通过石英光纤来实现拐弯，因此激光手术刀又叫光纤手术刀。,激光手术刀,机载电子,光网络与结构,1997-1999,1999-2001,中国高速信息示范网,ASON testbed& GMPLS 自动交换光网络（异构）,2002-2006,3TNet 高性能宽带信息网长三角示范工程,2001-2002,SHAONET全光通信试验网,STONETS上海科技网
10、升级改造,8040 Gb/s,3 OADM1 OXC,实验区及用户接入,Nanjing,Shanghai,Hangzhou,330 km,290 km,5000 users in Zhejiang University,5000 users in Southeastern University and Nanhang University,13000 households in Shanghai Telecom and B-Star5000 users in Shanghai Jiao Tong University,28000 Users,4*40 Gb/s DWDM,2*10 Gb/s,光传输与光处理,光发射模块,可重构光分插复用器,光接收模块,TWIN,光高速传输网络子模块和子系统(硅基)光信号处理生物光电子,100 GbE,光器件与光传感,光纤通信,一根光纤中可同时传输一百多路信号，采用特殊技术甚至可以同时传输1022路,单路速率不断提升，已达到10、20、40Gb/s采用OTDM技术甚至可达640Gb/s,各种通信技术的快速发展使上千甚至上万公里的长距离传输成为可能,全光网成为目前光通信领域最热门的话题之一,更快、更高、更强,
