光通信课件.ppt

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1、关于光通信现在学习的是第1页，共35页任课教师任课教师：刘岚岚刘岚岚教材教材：光通信导论光通信导论吴重庆编著吴重庆编著 清华大学出版社清华大学出版社主要参考教材主要参考教材：1.光纤通信系统光纤通信系统顾婉仪顾婉仪,李国瑞李国瑞 北京邮电大学出北京邮电大学出版社版社2.光纤通信导论光纤通信导论 邱昆邱昆 电子科技大学出版社电子科技大学出版社E-mail: 电话电话：51688200现在学习的是第2页，共35页2012年中国国际信息通信展览会年中国国际信息通信展览会PT/EXPO COMM CHINA 2012时间：时间：2012年年9月月18日日-9月月22日日地点：北京中国国际展览中心地点：

2、北京中国国际展览中心全球规模最大的全球规模最大的ICT展览会之一，亚洲规模最大、最具影响力展览会之一，亚洲规模最大、最具影响力的世界级信息通信展。的世界级信息通信展。 信息通信产业作为推动经济发展与社会进步的重要力量，发信息通信产业作为推动经济发展与社会进步的重要力量，发挥着越来越重要的作用。中国已经发展成为世界最重要的电信挥着越来越重要的作用。中国已经发展成为世界最重要的电信市场，运营着全球最大的用户量，汇聚着增长最快的各大制造市场，运营着全球最大的用户量，汇聚着增长最快的各大制造商。随之而来的商。随之而来的3G通信建设，通信建设，3G终端研发以及终端研发以及3G应用的开发，应用的开发，给

3、移 动 通 信 产 业 带 来 了 众 多 发 展 契 机 。给 移 动 通 信 产 业 带 来 了 众 多 发 展 契 机 。 http:/ 移动通信技术及设备；宽带移动通信技术及设备；宽带电信业务与电信增值服务；宽带无线接入；智能终端；下一代电信业务与电信增值服务；宽带无线接入；智能终端；下一代网络（网络（NGN）、下一代互联网（）、下一代互联网（NGI）、网络电视、网络游）、网络电视、网络游戏、戏、IPTV、手机视频、互动娱乐产品及服务；行业信息化应、手机视频、互动娱乐产品及服务；行业信息化应用和解决方案；二维码技术；数码、音频、视频、存储技术及用和解决方案；二维码技术；数码、音频、视频

4、、存储技术及产品；计算机硬件设备与软件产品；数据通信与网络技术、安产品；计算机硬件设备与软件产品；数据通信与网络技术、安全及相关产品；电信管理系统；光通信、光纤光缆；汽车电子；全及相关产品；电信管理系统；光通信、光纤光缆；汽车电子；RFID；物流信息化技术与设备；通信电源、仪器仪表、通信；物流信息化技术与设备；通信电源、仪器仪表、通信机房用品、办公自动化设备；信息家电、家庭网络、数字化家机房用品、办公自动化设备；信息家电、家庭网络、数字化家庭；通信电子元器件；通信终端配件；其它信息通信配套产品；庭；通信电子元器件；通信终端配件；其它信息通信配套产品；信息通信科研、设计、建设施工、咨询、统计、投

5、资内容及产信息通信科研、设计、建设施工、咨询、统计、投资内容及产品等。品等。 现在学习的是第4页，共35页光纤通信的概念光纤通信的概念 光通信的概念光通信的概念 光通信光通信是利用是利用光波光波来传送信息的。来传送信息的。通信技术通信技术电通信电通信光通信光通信根据使用的电磁波频率范围分类：根据使用的电磁波频率范围分类：有线通信有线通信无线通信无线通信光纤通信光纤通信是以光作为信息载体，以光纤作为传输介质的是以光作为信息载体，以光纤作为传输介质的光信息传输技术。光信息传输技术。LASER通信是通过某种媒体进行的信息传递。通信是通过某种媒体进行的信息传递。 现在学习的是第5页，共35页引引 言言

6、一、光纤通信发展的历史和现状一、光纤通信发展的历史和现状二、光纤通信的优点和应用二、光纤通信的优点和应用现在学习的是第6页，共35页一、一、 光纤通信发展的历史和现状光纤通信发展的历史和现状 1. 探索时期的光通信探索时期的光通信 在这个时期，美国麻省理工学院利用在这个时期，美国麻省理工学院利用He-Ne激光器和激光器和CO2激光激光器进行了大气激光通信试验。器进行了大气激光通信试验。由于没有找到由于没有找到稳定可靠和低损耗的传输介质稳定可靠和低损耗的传输介质， 对光通信的研究曾一度走对光通信的研究曾一度走入了低潮。入了低潮。 1960年，美国人梅曼年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红

7、宝石激光器，发明了第一台红宝石激光器， 给光给光通信带来了新的希望。激光器的发明和应用，通信带来了新的希望。激光器的发明和应用， 使沉睡了使沉睡了80年的光通信年的光通信进入一个崭新的阶段。进入一个崭新的阶段。 1880年，美国人贝尔年，美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载波传送话音发明了用光波作载波传送话音的的“光电话光电话”。贝尔光电话是现代光通信的雏型。贝尔光电话是现代光通信的雏型。 原始形式的光通信原始形式的光通信:中国古代用中国古代用“烽火台烽火台”报警，欧洲人用报警，欧洲人用旗语传送信息。旗语传送信息。 现在学习的是第7页，共35页2 现代光纤通信现代光纤通信 指明通过指明通过“

8、原材料的提纯制造出适合于长距离通原材料的提纯制造出适合于长距离通信使用的低损耗光纤信使用的低损耗光纤”这一发展方向这一发展方向 1 9 6 6 年 ， 英 籍 华 裔 学 者年 ， 英 籍 华 裔 学 者高 锟高 锟( C . K . K a o ) 和 霍 克 哈 姆和 霍 克 哈 姆(C.A.Hockham)发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤光纤(Optical Fiber)进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信现代光通信光纤通信光纤通信的基础。的基础。现在学习的是第8页，共35页光纤发明

9、人高锟光纤发明人高锟 Charles K.Kao论文：论文：光频介质纤维表面波导光频介质纤维表面波导1966（Dielectric-Fiber Suface Waveguide for Optical Frequency)提出：制造石英光纤可实现光纤通信提出：制造石英光纤可实现光纤通信指出指出 三点：三点： 光纤的容量很大光纤的容量很大 高纯石英光纤的损失可低达高纯石英光纤的损失可低达 20dB/km 单模光纤的原理构造单模光纤的原理构造高锟高锟光纤之父光纤之父现在学习的是第9页，共35页光纤通信发明家光纤通信发明家高锟高锟( (左左) )1998年在英国接受年在英国接受IEE授予的奖章授予的

10、奖章现在学习的是第10页，共35页2009年诺贝尔物理学奖获得者英国华裔科学家高锟，美国科年诺贝尔物理学奖获得者英国华裔科学家高锟，美国科学家威拉德学家威拉德博伊尔和乔治博伊尔和乔治史密斯。史密斯。 瑞典皇家科学院说，高锟在瑞典皇家科学院说，高锟在“有关光在纤维中的传输以有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面用于光学通信方面”取得了突破性成就，他将获得今年物理取得了突破性成就，他将获得今年物理学奖一半的奖金，共学奖一半的奖金，共500万瑞典克朗（约合万瑞典克朗（约合70万美元）；博万美元）；博伊尔和史密斯发明了半导体成像器件伊尔和史密斯发明了半导体成像器件电荷耦合器件电荷耦合器件（CCD）图像

11、传感器，将分享今年物理学奖另一半奖金。）图像传感器，将分享今年物理学奖另一半奖金。 现在学习的是第11页，共35页 1970年，年，光纤光纤研制取得了重大突破研制取得了重大突破 1970年，美国康宁年，美国康宁(Corning)公司研制成功损耗公司研制成功损耗20dB/km的石英光纤。的石英光纤。把光纤通信的研究开发推向一个新阶段。把光纤通信的研究开发推向一个新阶段。 1972年，康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到年，康宁公司高纯石英多模光纤损耗降低到4 dB/km。 1973 年，美国贝尔年，美国贝尔(Bell)实验室的光纤损耗降低到实验室的光纤损耗降低到2.5dB/km。1974 年降低到

12、年降低到1.1dB/km。 1976 年，日本电报电话年，日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗降低到公司将光纤损耗降低到0.47 dB/km(波长波长1.2m)。 在以后的在以后的 10 年中，波长为年中，波长为1.55 m的光纤损耗：的光纤损耗： 1979 年是年是0.20 dB/km，1984年是年是0.157 dB/km，1986 年是年是0.154 dB/km， 接近了光纤最低损耗的理论极限。接近了光纤最低损耗的理论极限。 现在学习的是第12页，共35页Corning 的的3位科学家位科学家Dr.DonalKeck,Dr.Bob Maurer, Dr.Peter Schultz于于19

13、70年研制出低损失光纤年研制出低损失光纤.现在学习的是第13页，共35页 1970 年，光纤通信用年，光纤通信用光源光源取得了实质性的进展取得了实质性的进展 1970年，美国贝尔实验室、日本电气公司年，美国贝尔实验室、日本电气公司(NEC)和前苏联先后，研和前苏联先后，研制成功室温下连续振荡的镓铝砷制成功室温下连续振荡的镓铝砷(GaAlAs)双异质结半导体激光器双异质结半导体激光器(短波长短波长)。虽然寿命只有几个小时，但它为半导体激光器的发展奠定了基础。虽然寿命只有几个小时，但它为半导体激光器的发展奠定了基础。 1973 年，半导体激光器寿命达到年，半导体激光器寿命达到7000小时。小时。

14、1976年，日本电报电话公司研制成功发射波长为年，日本电报电话公司研制成功发射波长为1.3 m的铟镓砷的铟镓砷磷磷(InGaAsP)激光器。激光器。 1977 年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到10万小时。万小时。 1979年美国电报电话年美国电报电话(AT&T)公司和日本电报电话公司研制成公司和日本电报电话公司研制成功发射波长为功发射波长为1.55 m的连续振荡半导体激光器。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年成为光纤通信发展的一个重要里

15、程碑现在学习的是第14页，共35页 实用实用光纤通信系统光纤通信系统的发展的发展 1976 年，美国在亚特兰大年，美国在亚特兰大(Atlanta)进行了世界上第一个实用进行了世界上第一个实用光纤通信系统的现场试验。光纤通信系统的现场试验。 1980 年，美国标准化年，美国标准化FT - 3光纤通信系统投入商业应用。光纤通信系统投入商业应用。 1976 年和年和 1978 年，日本先后进行了速率为年，日本先后进行了速率为34 Mb/s的突变型多模光的突变型多模光纤通信系统，纤通信系统， 以及速率为以及速率为100 Mb/s的渐变型多模光纤通信系统的试验。的渐变型多模光纤通信系统的试验。 1983

16、年敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线。年敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线。 随后，由美、日、随后，由美、日、 英、法发起的第一条横跨大西洋英、法发起的第一条横跨大西洋 TAT-8海底光缆海底光缆通信系统于通信系统于1988年建成。年建成。 第一条横跨太平洋第一条横跨太平洋 TPC-3/HAW-4 海底光缆通信系统于海底光缆通信系统于1989年建成。从年建成。从此，海底光缆通信系统的建设得到了全面展开，促进了全球通信网的发展。此，海底光缆通信系统的建设得到了全面展开，促进了全球通信网的发展。现在学习的是第15页，共35页光纤通信的发展光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段：可以粗略地分为三个阶段：

17、第一阶段第一阶段(19661976年年)，这是从基础研究到商业应用的，这是从基础研究到商业应用的开发时期。开发时期。 第二阶段第二阶段(19761986年年)，这是以提高传输速率和增加传输距离为，这是以提高传输速率和增加传输距离为研究目标和大力推广应用的大发展时期。研究目标和大力推广应用的大发展时期。 第三阶段第三阶段(1986 )，这是以，这是以超大容量、超长距离超大容量、超长距离为目标、全为目标、全面深入开展新技术研究的时期。面深入开展新技术研究的时期。现在学习的是第16页，共35页 3 光纤通信发展的现状光纤通信发展的现状 1976年美国在亚特兰大进行的现场试验，标志着光纤通信从年美国在

18、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。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：光纤从此后，光纤通信技术不断创新：光纤从多模发展到单模多模发展到单模，工作波，工作波长从长从0.85 m发展到发展到1.31 m和和1.55 m(短波长向长波长短波长向长波长），传输速率），传输速率从几十从几十Mb/s发展到几十发展到几十Gb/s。 随着技术的进步和大规模产业的形成，光纤价格不断下降，应用范随着技术的进步和大规模产业的形成，光纤价格不断下降，应用范围不断扩大。围不断扩大。 目前光纤已成为信息宽带传输的主要媒质，光纤通信系统将目前光纤已成为信息

19、宽带传输的主要媒质，光纤通信系统将成为未来国家信息基础设施的支柱。成为未来国家信息基础设施的支柱。 在许多发达国家，生产光纤通信产品的行业已在国民经济中占重要在许多发达国家，生产光纤通信产品的行业已在国民经济中占重要地位。地位。现在学习的是第17页，共35页4 光纤通信在我国的情况光纤通信在我国的情况现在学习的是第18页，共35页发发收收现在学习的是第19页，共35页（2）我国厂商分布结构）我国厂商分布结构 我国的光纤生产企业主要以合资为主，包括武汉长飞、上海朗讯、我国的光纤生产企业主要以合资为主，包括武汉长飞、上海朗讯、西古、武汉邮科院（烽火通信西古、武汉邮科院（烽火通信,目前全球唯一集光电

20、器件、光纤光缆、光目前全球唯一集光电器件、光纤光缆、光通信系统和网络于一体的通信高技术企业通信系统和网络于一体的通信高技术企业 ）、武汉）、武汉NEC、 南京华新藤南京华新藤仓、深圳特发、成都中住、杭州富通、江苏法尔胜等。仓、深圳特发、成都中住、杭州富通、江苏法尔胜等。 我国的光缆生产起步较早，生产技术较为成熟。目前我国光缆我国的光缆生产起步较早，生产技术较为成熟。目前我国光缆厂家已超过厂家已超过150家。中国光缆产业正在逐步走向成熟，并已达到国际家。中国光缆产业正在逐步走向成熟，并已达到国际先进水平。先进水平。 2011年年1-12月，全国光缆的产量达月，全国光缆的产量达1.38亿芯千米亿芯

21、千米 。 武汉光迅科技股份有限公司武汉光迅科技股份有限公司(中国最大光通信器件供货商中国最大光通信器件供货商,前身前身是是1976年成立的邮电部固体器件研究所年成立的邮电部固体器件研究所 ) WTD（武汉电信器件有限公司（武汉电信器件有限公司, 光通信用半导体激光器组件、光通信用半导体激光器组件、探测器组件、光发射探测器组件、光发射/接收模块、光收发合一模块等接收模块、光收发合一模块等 ）现在学习的是第20页，共35页（3） 我国光纤通信技术的发展方向我国光纤通信技术的发展方向 新一代光纤及其系统新一代光纤及其系统 发展超高速商用系统发展超高速商用系统 大力发展光接入网部分大力发展光接入网部分

22、 超大容量超大容量WDM系统系统 IP over SDH与与IP over Optical 光器件将继续发展光器件将继续发展 最终实现光联网最终实现光联网 现在学习的是第21页，共35页二、光纤通信的优点和应用二、光纤通信的优点和应用 1. 光通信与电通信光通信与电通信 通信系统的传输容量取决于对载波调制的频带宽度，载波频率越通信系统的传输容量取决于对载波调制的频带宽度，载波频率越高，频带宽度越宽。高，频带宽度越宽。光通信的主要特点光通信的主要特点 载波频率高；频带宽度宽（载波频率高；频带宽度宽（图图 1 ） 光通信利用的传输媒质光通信利用的传输媒质-光纤，可以在宽波长范围内获得很小的光纤，可

23、以在宽波长范围内获得很小的损耗。损耗。现在学习的是第22页，共35页图 1 部分电磁波频谱100 THz10 THz1 THz100 GHz10 GHz1 GHz100 MHz10 MHz1 MHz1 m可见光线10 m100 m1 m m10 m m100 m m1 m10 m100 m中波 (MF)短波 (HF)米波 (VHF)分米波(UHF)厘米波(SHF)毫米波(EHF)亚毫米波远红外线近红外线(光纤通信用）频率波长名称紫外线现在学习的是第23页，共35页光纤作为传输介质的优势光纤作为传输介质的优势n拐弯：全反射n一八七年英国物理学家丁达尔现在学习的是第24页，共35页光纤作为传输介质

24、的优势光纤作为传输介质的优势n拐弯：全反射优势与问题现在学习的是第25页，共35页 2. 光纤通信的光纤通信的优点优点 容许频带很宽，传输容量很大容许频带很宽，传输容量很大 损耗很小，损耗很小， 中继距离很长且误码率很小中继距离很长且误码率很小 重量轻、重量轻、 体积小体积小 抗电磁干扰性能好抗电磁干扰性能好 泄漏小，泄漏小， 保密性能好保密性能好 节约金属材料，节约金属材料， 有利于资源合理使用有利于资源合理使用现在学习的是第26页，共35页 3. 光纤通信的光纤通信的应用应用 光纤可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。光纤在通信网、广播光纤可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。光纤在通信网

25、、广播电视网与计算机网，以及在其它数据传输系统中，电视网与计算机网，以及在其它数据传输系统中， 都得到了广泛应用。光都得到了广泛应用。光纤宽带干线传送网和接入网发展迅速，纤宽带干线传送网和接入网发展迅速， 是当前研究开发应用的主要目标。是当前研究开发应用的主要目标。 光纤通信的各种应用可概括如下：光纤通信的各种应用可概括如下： 通信网通信网 构成因特网的计算机局域网和广域网构成因特网的计算机局域网和广域网 有线电视网（有线电视网（CATV）的干线和分配网）的干线和分配网 数字机顶盒数字机顶盒(STB-Set Top Box)，宽带双向的多媒体通信，宽带双向的多媒体通信网。网。 综合业务光纤接入

26、网综合业务光纤接入网现在学习的是第27页，共35页 ATMInternet骨干网骨干网DDN/ FRPSTN/ISDNTV业务分配节点业务分配节点(COT)(COT)业务接入节点（业务接入节点（RTRT）网管网管SNMP与电信网管中心相连Q3100/1000ME1/BRA/PRA155M622M SDH典型应用之一：宽带综合业务光纤接入系统拓扑结构现在学习的是第28页，共35页某大学网络中心典型应用之二：作为校园网的骨干传输网某校网络中心维护现在学习的是第29页，共35页现在学习的是第30页，共35页现在学习的是第31页，共35页每秒钟传输的比特数目。每秒钟传输的比特数目。现在学习的是第32页，共35页现在学习的是第33页，共35页现在学习的是第34页，共35页感谢大家观看感谢大家观看9/4/2022现在学习的是第35页，共35页