光纤通信chapter1-Introduction.pdf

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1、物理科学技术学院 任一涛物理科学技术学院 任一涛Email:Home work.10%Middle term Exam:20%Final Exam:70%Text bookText book：Fiber-optic Communications Technology,作者（美），作者（美），Diafar K,Mynbaev and Lowell L.Scheiner 著（英文影印版），科学出版社，著（英文影印版），科学出版社，2002 年。年。Reference bookReference book：光纤通信，光纤通信，光纤通信，光纤通信，FiberFiber Optic Communicat

2、ionOptic Communication（英文第（英文第（英文第（英文第五五五五版），作者（美），版），作者（美），版），作者（美），版），作者（美），Joseph C.Joseph C.PalaisPalais，电子工业出版社，电子工业出版社，电子工业出版社，电子工业出版社，20052005年年年年5 5月月月月光纤通信光纤通信光纤通信光纤通信，原荣编著，电子工业出版社，原荣编著，电子工业出版社，原荣编著，电子工业出版社，原荣编著，电子工业出版社，20022002年年年年1010月第一版。月第一版。月第一版。月第一版。光纤通信（第三版）光纤通信（第三版）光纤通信（第三版）光纤通信（第三版

3、），作者（美），作者（美），作者（美），作者（美），GerdGerd KeiserKeiser，李玉泉译，电子工业出，李玉泉译，电子工业出，李玉泉译，电子工业出，李玉泉译，电子工业出 版社，版社，版社，版社，20022002年年年年7 7月月月月光纤通信技术光纤通信技术光纤通信技术光纤通信技术，孙学康著，张金菊，孙学康著，张金菊，孙学康著，张金菊，孙学康著，张金菊 编著，人民邮电出版社编著，人民邮电出版社编著，人民邮电出版社编著，人民邮电出版社Welcome suggestions helpful for improving the courseChapter 1 Review 1.1 Int

4、roduction to photonics 1.2 History of optical fiber communication 1.3 Basic concepts in optical communication 1.4 Advantages of optical fiber communication 1.5 Optical Communication System and Devices 1.6 Future of optical fiber communication曾获诺贝尔奖的华人杨振宁 1922年生于安徽，美国籍，1957年获诺贝尔物理学奖。李政道 1926年生于上海，美国籍

5、，1957年获诺贝尔物理学奖。丁肇中 1936年生于美国，美国籍，1976年获诺贝尔物理学奖。李远哲 1936年生于台湾，美国籍，1986年获诺贝尔化学奖。朱棣文 1948年生于美国，美国籍，1997年获诺贝尔物理学奖。崔琦 1939年生于河南，美国籍，1998年获诺贝尔物理学奖。高行健 1948年生于江西，法国籍，2000年获诺贝尔文学奖。钱永健 1952年生于纽约，美国籍，2008年获诺贝尔化学奖。高锟 1933年出生于上海,美国、英国国籍，2009年获诺贝尔物理学奖。杨振宁 1922年生于安徽，美国籍，1957年获诺贝尔物理学奖。李政道 1926年生于上海，美国籍，1957年获诺贝尔物理

6、学奖。丁肇中 1936年生于美国，美国籍，1976年获诺贝尔物理学奖。李远哲 1936年生于台湾，美国籍，1986年获诺贝尔化学奖。朱棣文 1948年生于美国，美国籍，1997年获诺贝尔物理学奖。崔琦 1939年生于河南，美国籍，1998年获诺贝尔物理学奖。高行健 1948年生于江西，法国籍，2000年获诺贝尔文学奖。钱永健 1952年生于纽约，美国籍，2008年获诺贝尔化学奖。高锟 1933年出生于上海,美国、英国国籍，2009年获诺贝尔物理学奖。华人高锟获 2009 年诺贝尔物理学奖华人高锟获 2009 年诺贝尔物理学奖香港中文大学前任校长高锟一九九六年在 香港中文大学前任校长高锟一九九六

7、年在“高锟星高锟星”命名典礼上高锟二00九年在在家中展示光纤命名典礼上高锟二00九年在在家中展示光纤高锟在高锟在“有关光在纤维中的传输以用于光学 通信方面有关光在纤维中的传输以用于光学 通信方面”取得了突破性成就，他获得 2009年物理学奖一半的奖金，共500万瑞 典克朗(约合70万美元)。取得了突破性成就，他获得 2009年物理学奖一半的奖金，共500万瑞 典克朗(约合70万美元)。高锟教授简历高锟教授简历从1963年开始，高锟就著手对玻璃纤维进行理论和实用方面的研究工作，并 设想利用一种玻璃纤维传送激光脉冲以代替用金属电缆输出电脉冲的通讯方 法。1966年高锟教授发表了利用极高纯度的玻璃作

8、为媒介，传送光波，作为 通讯之用的基础理论。从1963年开始，高锟就著手对玻璃纤维进行理论和实用方面的研究工作，并 设想利用一种玻璃纤维传送激光脉冲以代替用金属电缆输出电脉冲的通讯方 法。1966年高锟教授发表了利用极高纯度的玻璃作为媒介，传送光波，作为 通讯之用的基础理论。1933年出生于上海法租界年出生于上海法租界 1944年随父移居香港，入读圣约瑟书院，之后考入香港大学，但由于当 时港大还未有电机工程系，他只好远赴英国伦敦大学进修。年随父移居香港，入读圣约瑟书院，之后考入香港大学，但由于当 时港大还未有电机工程系，他只好远赴英国伦敦大学进修。英 国 伦 敦 大 学 理 学 士英 国 伦

9、敦 大 学 理 学 士(1957)英 国 伦 敦 大 学 哲 学 博 士英 国 伦 敦 大 学 哲 学 博 士(1965)英 国 国 际 电 话 电 报 公 司英 国 国 际 电 话 电 报 公 司(1957)英 国 国 际 电 话 电 报 公 司 附 属 标 准 通 讯 实 验 室英 国 国 际 电 话 电 报 公 司 附 属 标 准 通 讯 实 验 室(1960)香 港 中 文 大 学 电 子 学 系 教 授 及 讲 座 教 授香 港 中 文 大 学 电 子 学 系 教 授 及 讲 座 教 授(1970-1974)英 国 国 际 电 话 电 报 公 司：首 席 科 学 家英 国 国 际 电

10、 话 电 报 公 司：首 席 科 学 家(1974)；工 程 总 裁、行 政 科 学 家；工 程 总 裁、行 政 科 学 家(1982)；研 究 事 务 总 裁；研 究 事 务 总 裁(1986)香 港 中 文 大 学 校 长香 港 中 文 大 学 校 长(1987-1996)重要论文重要论文 K.C.Kao,G.A.Hockham(1966),Dielectric-fibre surface waveguides for optical frequencies（光频率介质纤维表面波导）（光频率介质纤维表面波导）,Proc.IEEE 113(7):11511158.K.C.Kao,T.W.Da

11、vies(1968),Spectrophotometric Studies of Ultra Low Loss Optical Glasses-I:Single Beam Method,Journal of Scientific Instruments(Journal of Physics E)2(1):10631068.DOI:10.1088/0022-3735/1/11/303 K.C.Kao(June 1986),1012 bit/s Optoelectronics Technology,IEE Proceedings 133,Pt.J,No 3,230236.DOI:10.1049/i

12、p-j:19860037Achieved to date in optical Achieved to date in optical fibrefibre 160 Gb/s systems commercially available阿尔卡特朗迅（巴黎证交所和纽约证交所：阿尔卡特朗迅（巴黎证交所和纽约证交所：ALU）宣布在光 网络产品中引入下一代相干技术，使运营商可以实现成本优 化高速率传送数字信号。阿尔卡特朗迅在西班牙电信现网承 载负荷严重的情况下，成功实现了）宣布在光 网络产品中引入下一代相干技术，使运营商可以实现成本优 化高速率传送数字信号。阿尔卡特朗迅在西班牙电信现网承 载负荷严重的

13、情况下，成功实现了112 Gbit/s传输现场测试，网络连接传输现场测试，网络连接4个城市，业务传输距离超过了个城市，业务传输距离超过了1088公里。公里。10 Tb/s(Tbit/s)data transmission over a single fibre demonstrated in Lab(100 Tb/s data transmission theoretically for a fiber)Ultra-long links 10,000 km at data rates 10 Gb/s and 40 Gb/s Distances up to 100 km are achieved

14、 easily without amplification Repeaterless distances up to 200-500 km realized in experiments depending on the bit rate通信（通信（communication）:从广义的角度来说，就是彼此之间传递信 息。现代的通信一般是指从广义的角度来说，就是彼此之间传递信 息。现代的通信一般是指电信电信，即远程 通信，即远程 通信（telecommunication）。借助诸如电话系统、无线电系统或电视系 统这样的设备，在相隔一定距离的条件 下进行的信息交换借助诸如电话系统、无线电系统或电视

15、系 统这样的设备，在相隔一定距离的条件 下进行的信息交换（IEEE，电气和电子 工程师协会对电信的定义）。，电气和电子 工程师协会对电信的定义）。A single optical fiber-if transmitting 2 Tbits/s(present dense wavelength division multiplexing(DWDM)technologyis realizing the full potential of a single optical fiber)equivalent to1.simultaneously carry more than 30,000,000 p

16、hone conversations 2.simultaneously 200,000 users download(upload)information at 10 Mbits/s data rate3.download all 380 CDs(each with 1 hour long music)in 1 second4.download 30 DVD movies in 1 second A optical fiber cable may contain up to 200 fibers-Today:Rate 1 Gb/Sec-25 Gb/s(1 Page text 16 K bits

17、,1 Voice Digitized 64 K bits/s)So we may have about 30,000 pages/sec or 7500 Voices to 750,000 pages/sec or 187,500 voices.Future:Integrated optoelectronics,all-optical network,optical computingA single optical fiber-if transmitting 2 Tbits/sequivalent to1.simultaneously carry more than 30,000,000 p

18、hone conversations 2.simultaneously 200,000 users download(upload)information at 10 Mbits/s data rate3.download all 380 CDs(each with 1 hour long music)in 1 second4.download 30 DVD movies in 1 second-新华社武汉新华社武汉2002年年8月月25日电，当前，一根光纤传输通信信号超过 日电，当前，一根光纤传输通信信号超过 1000公里就得再设公里就得再设“中转站中转站”转到另一根光纤上。武汉邮电科学研

19、究院近日传出喜讯，我国转到另一根光纤上。武汉邮电科学研 究院近日传出喜讯，我国973项目项目“超高速超大容量超长距离光传 输基础研究超高速超大容量超长距离光传 输基础研究”取得重要突破，取得重要突破，成功实现一根光纤同时将成功实现一根光纤同时将2.2亿对人 的通话传输亿对人 的通话传输2240公里。（即公里。（即168波长波长103 Gb/s 在一根单模光纤 中传输距离为在一根单模光纤 中传输距离为2240公里），传输总容量达到公里），传输总容量达到17.32 Tb/s，相当于，相当于2 亿多对人在一根光纤上同时通话。亿多对人在一根光纤上同时通话。实现了我国在实现了我国在160100 G密集

20、波分复用系统的新突破，其密集 波分复用系统的新突破，其“容量容量-距离积距离积”达到当前世界先进水 平。解决了当前国际上超高速光通信系统中达到当前世界先进水 平。解决了当前国际上超高速光通信系统中“高谱效率高谱效率”“色散与 多阶均衡色散与 多阶均衡”和和“非线性动态协同非线性动态协同”等热点科学问题。等热点科学问题。1.1 Introduction to Photonics What is photonics?Old days:OpticsThen more:electro-optics,optical electronics(optoelectronics),quantum optics,

21、lightwave technology,.Now:“Photonics”covers allAnalogy:Electronics PhotonicsPhotonicsA subject to study light generation,amplification,propagation,control,detection,and their applications in energy generation,communication,information processing etc.All industries related to materials,components or

22、devices,instruments and systems which make,control and use light.Light generationProducing the light sources emitting or radiating at a specific wavelength Light controlGuiding light by refraction,reflection,transmission,focus,modulation according to particular purposes Use of lightApplying the cont

23、rolled light to different applicationsOptical materials&devices Optoelectronics materials&devices Laser devices&systems Photonics Industry Industry Agriculture National defence Environmental protection Scientific R&D Aeronautics and AstronauticsMedical treatment Conventional Optics Optical Informati

24、on(storage,display,.)Optical Communication Lasers (Energy,medical,.)Areas of photonicsProductsOptical-fiber communicationLD/LED source,amplifiers,CATV,optical modulators,switches,fibers,DWDM,connectors,transceivers,Information opticsoptical memory storage devices,displays,optical processors(optical

25、computers),optical input and output,image processing,printers,Medical applicationslaser treatment,laser diagnosis,optical sterilization,imaging,Defence applicationsradar,reconnaissance(aeronautics/astronautics),laser weapons,night vision cameras,Household applicationsTV sets,video cameras,CD/VCD/DVD

26、 players,fax,monitors,alarms,Other applicationsoptical sensors,robots vision,optical tests&measurements,laser machining,traffic control system,optical navigation system,solar battery,laser nucleus fusion,.Areas with huge marketAreas with huge market Optical Communication:fiber,DWDM,internet,PLC,etc.

27、Optical Info Storage:DVD,CD Optical Dispay:LCD Optics:Camera(from classic to IR night-vision)MultiMulti-disciplinarydisciplinary/cutting/cutting-edge areasedge areas Bio-photonics Nano-photonics(near field optics)Optical sensorsOther areasOther areas Optical precision:Laser Machining Optical materia

28、ls:Optical Catalyst Source of Light.Industrial revolutionIndustrial revolution1750-1900,stream engine,Electron revolutionElectron revolution1900-1970,electron tube,semiconductor,TV,computer,Information revolutionInformation revolution1970 now,internet,e-business，(demand for networks with higher and

29、higher capacities,at lower and lower costs)predict1998140.0 billionDisplay 42.6Storage 42.1Communication:32.6image:22.12010:2010:450BillionUS$2000180 billionInformation MarketInformation Market光子学涉及的新概念、新思维光子学涉及的新概念、新思维光子学涉及的新概念、新思维光子学涉及的新概念、新思维量变与质变、线性与非线性、有序与无序、宏观与量变与质变、线性与非线性、有序与无序、宏观与量变与质变、线性与非线

30、性、有序与无序、宏观与 量变与质变、线性与非线性、有序与无序、宏观与 微观、有限与无限、定态与瞬态、近似与严密、变微观、有限与无限、定态与瞬态、近似与严密、变微观、有限与无限、定态与瞬态、近似与严密、变 微观、有限与无限、定态与瞬态、近似与严密、变 换性、逆反性、互易性、互补性、协同性等换性、逆反性、互易性、互补性、协同性等换性、逆反性、互易性、互补性、协同性等换性、逆反性、互易性、互补性、协同性等光子学包含的分支学科光子学包含的分支学科光子学包含的分支学科光子学包含的分支学科1.1.基础理论：基础理论：基础理论：基础理论：光物理性、激光物理性、非线性光学、激光光谱学、光物理性、激光物理性、非

31、线性光学、激光光谱学、光物理性、激光物理性、非线性光学、激光光谱学、光物理性、激光物理性、非线性光学、激光光谱学、量子光学、电光学、声光学、磁光学、集成光学、导波光学、纤维量子光学、电光学、声光学、磁光学、集成光学、导波光学、纤维量子光学、电光学、声光学、磁光学、集成光学、导波光学、纤维 量子光学、电光学、声光学、磁光学、集成光学、导波光学、纤维 光学、全息光学、相位共轭光学等。光学、全息光学、相位共轭光学等。光学、全息光学、相位共轭光学等。光学、全息光学、相位共轭光学等。2.2.基础技术：基础技术：基础技术：基础技术：红外技术、激光技术、超短光脉冲技术、激光光谱技红外技术、激光技术、超短光脉

32、冲技术、激光光谱技红外技术、激光技术、超短光脉冲技术、激光光谱技 红外技术、激光技术、超短光脉冲技术、激光光谱技 术、激光谐振腔技术、激光选频技术、术、激光谐振腔技术、激光选频技术、术、激光谐振腔技术、激光选频技术、术、激光谐振腔技术、激光选频技术、激光调激光调激光调激光调QQ技术、激光调谐技技术、激光调谐技技术、激光调谐技 技术、激光调谐技 术、术、术、术、激光锁模技术、激光稳频技术、变频技术、放大技术、滤波技激光锁模技术、激光稳频技术、变频技术、放大技术、滤波技激光锁模技术、激光稳频技术、变频技术、放大技术、滤波技 激光锁模技术、激光稳频技术、变频技术、放大技术、滤波技 术、外差接收技术、

33、调制和解调技术、编码和解码技术、光纤技术、外差接收技术、调制和解调技术、编码和解码技术、光纤技术、外差接收技术、调制和解调技术、编码和解码技术、光纤技 术、外差接收技术、调制和解调技术、编码和解码技术、光纤技 术、光子集成技术等。术、光子集成技术等。术、光子集成技术等。术、光子集成技术等。3.3.系统技术：系统技术：系统技术：系统技术：光通信技术、激光加工技术、激光雷达和精密测量技光通信技术、激光加工技术、激光雷达和精密测量技光通信技术、激光加工技术、激光雷达和精密测量技 光通信技术、激光加工技术、激光雷达和精密测量技 术、激光制导和光纤制导技术、光信息处理和光计算技术、激光全术、激光制导和光

34、纤制导技术、光信息处理和光计算技术、激光全术、激光制导和光纤制导技术、光信息处理和光计算技术、激光全 术、激光制导和光纤制导技术、光信息处理和光计算技术、激光全 息技术、激光分离同位素和激光引发核聚变技术、光学遥感技术息技术、激光分离同位素和激光引发核聚变技术、光学遥感技术息技术、激光分离同位素和激光引发核聚变技术、光学遥感技术 息技术、激光分离同位素和激光引发核聚变技术、光学遥感技术 等。等。等。等。光子学包含的分支学科光子学包含的分支学科光子学包含的分支学科光子学包含的分支学科4.4.元器件、材料与工艺：元器件、材料与工艺：元器件、材料与工艺：元器件、材料与工艺：激光器（气体激光器、固体激

35、光器、激光器（气体激光器、固体激光器、激光器（气体激光器、固体激光器、激光器（气体激光器、固体激光器、自由电子激光器、半导体激光器、光纤激光器）、发光二极管、自由电子激光器、半导体激光器、光纤激光器）、发光二极管、自由电子激光器、半导体激光器、光纤激光器）、发光二极管、自由电子激光器、半导体激光器、光纤激光器）、发光二极管、光电探测器、光纤、光波导、光开关和光隔离器、光调制器、光光电探测器、光纤、光波导、光开关和光隔离器、光调制器、光光电探测器、光纤、光波导、光开关和光隔离器、光调制器、光 光电探测器、光纤、光波导、光开关和光隔离器、光调制器、光 存储器、光学和光纤传感器、集成光路、光电子集成

36、回路和光子存储器、光学和光纤传感器、集成光路、光电子集成回路和光子存储器、光学和光纤传感器、集成光路、光电子集成回路和光子 存储器、光学和光纤传感器、集成光路、光电子集成回路和光子 集成回路、光子材料和光电子材料及有关生产技术等。集成回路、光子材料和光电子材料及有关生产技术等。集成回路、光子材料和光电子材料及有关生产技术等。集成回路、光子材料和光电子材料及有关生产技术等。5.5.交叉应用学科：交叉应用学科：交叉应用学科：交叉应用学科：兵器光学、激光化学、激光生物学、激光医兵器光学、激光化学、激光生物学、激光医兵器光学、激光化学、激光生物学、激光医 兵器光学、激光化学、激光生物学、激光医 学、激

37、光农业等。学、激光农业等。学、激光农业等。学、激光农业等。the 20the 20th th century was the age of electron century was the age of electron 21st century is that of photon2020thth centurycenturyElectricity Electricity Electronics Electronics Electronics technologies Electronics technologies Electronics industries Electronics ind

38、ustries MicroMicro-electron industries electron industries 2121st st century century-Photon CenturyPhoton CenturyOptics Optics Photonics(theory)Photonics(theory)Photonics technologies Photonics technologies Photonics industries Photonics industries allall-optical networkoptical network,nanonano-phot

39、onics,photonics,Information transmit speed and capacity of photon Information transmit speed and capacity of photon are 1000 times larger than those of electronare 1000 times larger than those of electron1.2 History of optical fiber communication问题的提出：问题的提出：问题的提出：问题的提出：至目前为止，信息传输的方式主要是什么？至目前为止，信息传输的

40、方式主要是什么？至目前为止，信息传输的方式主要是什么？至目前为止，信息传输的方式主要是什么？电电电 电 还是还是还是 还是 光光光光 从现阶段电路技术来说，电信息传输的极限速率是从现阶段电路技术来说，电信息传输的极限速率是从现阶段电路技术来说，电信息传输的极限速率是 从现阶段电路技术来说，电信息传输的极限速率是 多少？多少？多少？多少？40 40 Gbit/sGbit/s-“电子瓶颈电子瓶颈电子瓶颈电子瓶颈”光信息传播的一般速率是光信息传播的一般速率是光信息传播的一般速率是光信息传播的一般速率是 T Tbit/sbit/s 电通信（电通信（电通信（电通信（electrical communic

41、ationelectrical communication）广义的电通信指的是一切运用广义的电通信指的是一切运用广义的电通信指的是一切运用广义的电通信指的是一切运用电波电波电波电波作为载体而传送作为载体而传送作为载体而传送 作为载体而传送 信息的所有通信方式的总称，而不管传输所使用的信息的所有通信方式的总称，而不管传输所使用的信息的所有通信方式的总称，而不管传输所使用的 信息的所有通信方式的总称，而不管传输所使用的 介质是什么。介质是什么。介质是什么。介质是什么。电通信又可分为电通信又可分为电通信又可分为电通信又可分为有线电通信有线电通信有线电通信有线电通信和和和和无线电通信无线电通信无线电通

42、信无线电通信。光通信（光通信（光通信（光通信（optical communicationoptical communication）广义的光通信指的是一切运用广义的光通信指的是一切运用广义的光通信指的是一切运用广义的光通信指的是一切运用光波光波光波光波作为载体而传送作为载体而传送作为载体而传送 作为载体而传送 信息的所有通信方式的总称，而不管传输所使用的信息的所有通信方式的总称，而不管传输所使用的信息的所有通信方式的总称，而不管传输所使用的 信息的所有通信方式的总称，而不管传输所使用的 介质是什么。介质是什么。介质是什么。介质是什么。光通信也可以分为利用大气进行通信的光通信也可以分为利用大气进

43、行通信的光通信也可以分为利用大气进行通信的光通信也可以分为利用大气进行通信的无线光通信无线光通信无线光通信 无线光通信 和和和和利用石英光纤或塑料光纤进行通信的利用石英光纤或塑料光纤进行通信的利用石英光纤或塑料光纤进行通信的利用石英光纤或塑料光纤进行通信的有线光通有线光通有线光通 有线光通 信信信信。TelecommunicationsTelecommunicationsthe exchange of information over a certain distance using some type of equipmenta history fighting for higher cap

44、acity,wider bandwidth and longa history fighting for higher capacity,wider bandwidth and longer transmission distanceer transmission distanceElectricity Microwave OpticsElectricity(wire pair,coaxial cable)-bandwidth 10 THzfiber optical communication fiber optical communication-the truly telecommunic

45、ationthe truly telecommunication传输媒介传输媒介无线通信：微波、卫星、激光有线通信：铜线电缆、光纤光缆无线通信：微波、卫星、激光有线通信：铜线电缆、光纤光缆光通信光纤通信人们通常把应用石英光纤的有线光通信简称为人们通常把应用石英光纤的有线光通信简称为光纤通信 光纤通信（optical fiber communication）探索时期的光通信探索时期的光通信原始形式的光通信:中 国古代用原始形式的光通信:中 国古代用“烽火台烽火台”报 警，欧洲人用报 警，欧洲人用旗语旗语传 送信息和传 送信息和用火报警用火报警。望远镜的出现，又极 大地延长了这种目视 光通信的距离

46、。公元前。望远镜的出现，又极 大地延长了这种目视 光通信的距离。公元前 780 年，西周王朝，烽火台白天点狼粪，晚上燃柴火年，西周王朝，烽火台白天点狼粪，晚上燃柴火“狼烟四 起狼烟四 起”1880年贝尔发明了第一个光电话系 统，通话距离213米。1880年贝尔发明了第一个光电话系 统，通话距离213米。光电话的传输距离很短，没有 实际应用价值，因而进展很慢。光电话的传输距离很短，没有 实际应用价值，因而进展很慢。光电话仍是一项伟大的发明，它证明了用光波作为载波传送信息 的可行性。光电话仍是一项伟大的发明，它证明了用光波作为载波传送信息 的可行性。贝尔光电话是现代光通信的雏 型。贝尔光电话是现代

47、光通信的雏 型。大气光通信大气光通信用承载信息的光波，通过大气的传播，实现点对点的通信 是可行的，但是通信能力和质量受气候、环境的影响十分 严重。用承载信息的光波，通过大气的传播，实现点对点的通信 是可行的，但是通信能力和质量受气候、环境的影响十分 严重。由于雨、雾、雪和大气灰尘的吸收和散射，光波能量衰减很大。由于雨、雾、雪和大气灰尘的吸收和散射，光波能量衰减很大。例如，雨能造成例如，雨能造成例如，雨能造成例如，雨能造成 30 dB/km 30 dB/km 的衰减，浓雾衰减高达的衰减，浓雾衰减高达的衰减，浓雾衰减高达的衰减，浓雾衰减高达 120 dB/km120 dB/km。另一方面，大气的密

48、度和温度不均匀，造成折射率的变化，使另一方面，大气的密度和温度不均匀，造成折射率的变化，使另一方面，大气的密度和温度不均匀，造成折射率的变化，使 另一方面，大气的密度和温度不均匀，造成折射率的变化，使 光束位置发生偏移。因而通信的距离和稳定性都受到极大的限光束位置发生偏移。因而通信的距离和稳定性都受到极大的限光束位置发生偏移。因而通信的距离和稳定性都受到极大的限 光束位置发生偏移。因而通信的距离和稳定性都受到极大的限 制和影响。制和影响。制和影响。制和影响。华人高锟获 2009 年诺贝尔物理学奖华人高锟获 2009 年诺贝尔物理学奖香港中文大学前任校长高锟一九九六年在 香港中文大学前任校长高锟

49、一九九六年在“高锟星高锟星”命名典礼上命名典礼上高锟在高锟在“有关光在纤维中的传输以用于光学 通信方面取得了突破性成就有关光在纤维中的传输以用于光学 通信方面取得了突破性成就”，他获得 2009年物理学奖一半的奖金，共500万瑞 典克朗(约合70万美元)。，他获得 2009年物理学奖一半的奖金，共500万瑞 典克朗(约合70万美元)。高锟的开创性研究工作包括以下方面：高锟的开创性研究工作包括以下方面：高锟的开创性研究工作包括以下方面：高锟的开创性研究工作包括以下方面：1.1.光损耗物理机制光损耗物理机制光损耗物理机制光损耗物理机制：他研究了硅玻璃光纤内的光：他研究了硅玻璃光纤内的光：他研究了硅

50、玻璃光纤内的光：他研究了硅玻璃光纤内的光 散射和吸收效应，指出早期的损耗主要由杂质散射和吸收效应，指出早期的损耗主要由杂质散射和吸收效应，指出早期的损耗主要由杂质 散射和吸收效应，指出早期的损耗主要由杂质 引起。引起。引起。引起。2.2.通信光纤模型通信光纤模型通信光纤模型通信光纤模型：直径为：直径为：直径为：直径为 3 3 或或或或 4 4 微米的微米的微米的微米的“弱导引弱导引弱导引弱导引”单模光纤，其包层折射率约比芯区低单模光纤，其包层折射率约比芯区低单模光纤，其包层折射率约比芯区低单模光纤，其包层折射率约比芯区低 1%1%，包，包，包，包 层直径大约为芯径的层直径大约为芯径的层直径大约