现代通信技术2(光纤通信)

光纤通信技术西安科技大学 通信与信息工程学院 韩晓冰 教授

1. 通信

1.1信源

通信系统模型发射设备

处理与编码

传输媒质

信宿

解码与处理

接收设备

1.2 通信网的基本构成终端设备 传输链路光纤传输系统 卫星传输系统 数字微波传输系统

转接交换设备

1.3 电话通信网的等级结构国际 国际局一级交换中心C1

二级交换中心C2 长途网 三级交换中心C3

四级交换中心C4

端 本地网 T

局 C5

2. 传 输 系 统光纤传输系统 卫星传输系统 微波传输系统同轴传输系统 明线传输系统 载波传输系统

PCM电话通信系统示意图 电话通信系统示意图发送端 抽 话音 信号 样 化 量 码 编再 PCM信号 生 中 继 PCM信号

接收端 再 生 码 解 通 低 话音 信号

信

Pulse Code Modulation---PCM

3. 光纤通信

3.1 光纤通信简史古代光通信3000年前的烽火台； 17世纪中叶，发明了望远镜； 1791年，法国人发明了信号灯。

现代光通信--光话 现代光通信 光话1880年贝尔发明‘光话’,他以日光为光源，大气 为传输媒介，传输距离是200米； 1881年贝尔发表了论文《关于利用光线进行声音的 复制与产生》; 贝尔的光话始终没有实用化：1、没有可靠的、高强度的光源； 2、没有稳定的、低损耗的传输媒介。

1970年光纤通信元年 年光纤通信元年1960年，第一台相干振荡光源--红宝石激光 器问世；1962年，半导体激光器问世； 1970年贝尔实验室制作出可以在常温下连续 工作的铝镓砷(AlGaAs)半导体激光器。

直到60年代中期，优质光学玻璃的损耗仍高 达1000dB/km; 英国标准电信研究所的华裔科学家高锟博士 于1966年发表了一篇论文，提出利用带有包 层材料的石英玻璃光纤作为光通信媒介； 1970年美国康宁(Corning)公司制成损耗 为20dB/km的低损耗石英光纤。

1976年，发现光纤的衰减在长波长区有：1.31um和 年 发现光纤的衰减在长波长区有： 和 1.55um两个窗口 两个窗口 1980年，产生了低衰减光纤，在1.55um的衰减系数为 年 产生了低衰减光纤， 的衰减系数为 0.20dB/km已接近理论值 已接近理论值(ITU-T G.652)常规单模光纤,在1.31um的零色散为零 (ITU-T G.653)色散位移单模光纤,低损耗和零色散均在1.55um,工作波长为 1.55um (ITU-T G.655)非零色散位移单模光纤,在1.55um损耗小,色散小,非线性效应 小

3.2 光纤通信以光波为载频， 以光波为载频，以光导纤维为传输介质的通 信方式 波长范围是近红外区， 0.8-1.6微米 波长范围是近红外区，即0.8-1.6微米 目前所采用的三个实用通信窗口短波波长段--波长为0.85微米 长波波长段--1.31微米和1.55微米

光纤通讯的优点具有传输频带宽、 具有传输频带宽、通信容

量大 传输衰减小， 传输衰减小，距离远 信号串扰小， 信号串扰小，传输质量高 抗电磁干扰， 抗电磁干扰，保密性好 光纤尺寸小， 光纤尺寸小，质量轻便于运输和敷设 耐化学腐蚀， 耐化学腐蚀，适用于特殊环境 原料资源丰富 节约有色金属

4. 光 纤

4.1 光纤传输基本原理光纤通信所用的光波长范围在800-1600nm的近红外区 光纤通信所用的光波长范围在800-1600nm的近红外区 800 光的传播是通过电场、磁场的状态随时间变化的规律表现出来的。 光的传播是通过电场、磁场的状态随时间变化的规律表现出来的。

光纤心线的剖面结构示意图纤芯

包层 一次涂覆 二次涂覆 (套塑) 2a 2b

4.2 光

纤光纤的传播模式

高次模

基模 低次模

在光纤的数值 孔径角内，以某一角度射入光纤端 面，并能在光纤的纤芯到包层界面上形成全反射的 传播光线就可称为一个光的传输模式。