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4现代光纤通信现代光纤通信1966年,英英籍籍华华裔裔学学者者高高锟锟(C.K.Kao)和和霍霍克克哈哈姆姆(C.A.Hockham)发表了关于传输介质新概念的论文,指出了利用光纤(OpticalFiber)进行信息传输的可能性和技术途径,奠定了现代光通信光纤通信光纤通信的基础。
指指明明通通过过“原原材材料料的的提提纯纯制制造造出出适适合合于于长长距距离离通通信信使用的低损耗光纤使用的低损耗光纤”这一发展方向这一发展方向5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授予的奖章授予的奖章61970年,光纤研制取得了重大突破年,光纤研制取得了重大突破1970年,美国康宁(Corning)公司研制成功损耗20dB/km的石英光纤。
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4dB/km。
1973年,美国贝尔(Bell)实验室的光纤损耗降低到2.5dB/km。
1974年降低到1.1dB/km。
1976年,日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗降低到0.47dB/km(波长1.2m)。
在以后的10年中,波长为1.55m的光纤损耗:
1979年是0.20dB/km,1984年是0.157dB/km,1986年是0.154dB/km,接近了光纤最低损耗的理论极限光纤最低损耗的理论极限。
71970年,光纤通信用光源取得了实质性的进展年,光纤通信用光源取得了实质性的进展1970年,美国贝尔实验室、日本电气公司(NEC)和前苏联先后,研制成功室室温温下下连连续续振振荡荡的镓铝砷(GaAlAs)双异质结半导体激光器(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。
1973年,半导体激光器寿命达到7000小时。
1976年,日本电报电话公司研制成功发射波长为1.3m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1.55m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年成为光年成为光纤通信发展的一个重要里程碑纤通信发展的一个重要里程碑8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(Atlanta)进行了世世界界上上第第一一个个实实用用光光纤纤通通信系统的现场试验信系统的现场试验。
1980年,美国标准化FT-3光纤通信系统投入商业应用。
1976年和1978年,日本先后进行了速率为34Mb/s的突变型多模光纤通信系统,以及速率为100Mb/s的渐变型多模光纤通信系统的试验。
1983年敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线。
随后,由美、日、英、法发起的第一条横跨大西洋TAT-8海底光缆通信系统于1988年建成。
第一条横跨太平洋TPC-3/HAW-4海底光缆通信系统于1989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。
9光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段光纤通信的发展可以粗略地分为三个阶段:
第一阶段(19661976年),这是从基础研究到商业应用的开发时期。
第二阶段(19761986年),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。
第三阶段(19861996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。
10国内外光纤通信发展的现状国内外光纤通信发展的现状1976年年美美国国在在亚亚特特兰兰大大进进行行的的现现场场试试验验,标标志志着着光光纤纤通通信信从从基基础础研研究究发发展到了商业应用的新阶段展到了商业应用的新阶段。
此后,光纤通信技术不断创新:
光纤从多多模模发发展展到到单单模模,工作波长从0.85m发展到1.31m和1.55m(短短波波长长向向长长波波长长),传传输输速速率率从几十Mb/s发展到几十Gb/s。
随着技术的进步和大规模产业的形成,光光纤纤价价格格不不断断下下降降,应用范围不断扩大。
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地位在许多发达国家,生产光纤通信产品的行业已在国民经济中占重要地位11光纤通信整体发展时间表光纤通信整体发展时间表19741976197819801982198419861988199019921000001000010001001010.10.8m多模1.3m单模1.55m直接检测光孤子光放大器1.55m相干检测系统性能(Gb/sKm)12光纤通信的优点和应用光纤通信的优点和应用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,载波频率越高,频带宽度越宽。
光通信的主要特点载波频率高;
频带宽度宽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损耗。
13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14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。
光纤通信的各种应用可概括如下:
通信网构成因特网的计算机局域网和广域网有线电视网的干线和分配网综合业务光纤接入网15ATMInternet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/PRA155M622MSDH应用一:
宽带综合业务光纤接入系统拓扑结构16应用二:
作为校园网的骨干传输网17光纤通信系统的基本组成光纤通信系统的基本组成下图示出单向传输的光纤通信系统,包括发发射射、接接收收和作为广义信道的基本光纤传输系统光纤传输系统。
18光纤线路光纤线路传输原理:
传输原理:
光的反射,折射,全反射功功功功能能能能:
是是把把来来自自光光发发射射机机的的光光信信号号,以以尽尽可可能能小小的的畸畸变变(失失真真)和和衰衰减减传传输到光接收机输到光接收机组成组成组成组成:
光纤光纤、光纤接头光纤接头和光纤连接器光纤连接器低低低低损损损损耗耗耗耗“窗窗窗窗口口口口”:
普通石英光纤在近红外波段,除杂质吸收峰外,其损耗随波长的增加而减小,在0.85m、1.31m和1.55m有三个损耗很小的波长“窗口”,见后图。
光光光光源源源源激激光光器器的的发发射射波波长长和光光光光检检检检测测测测器器器器光光电电二二极极管管的的波波长长响响应应,都要和光纤这三个波长窗口窗口相一致。
目前在实验室条件下,1.55m的损耗已达到0.154dB/km,接近石英光纤损耗的理论极限。
190.70.80.91.01.11.21.31.41.5衰减(衰减(dB/km)第一窗口第一窗口第二窗口第二窗口波长波长(m)普通单模光纤的衰减随波长变化示意图普通单模光纤的衰减随波长变化示意图6543210。
40。
2第三窗口第三窗口C波段波段15251565nm1.571.62L波段波段20光纤结构光纤结构光光纤纤(OpticalFiber)主主要要是是由由中中心心的的纤纤芯芯和和外外围围的的包包层层同同轴轴组组成成的的圆圆柱柱形细丝,最外面的涂敷层主要形细丝,最外面的涂敷层主要起机械机械保护作用。
纤芯纤芯的折射率折射率比包层包层稍高,损耗损耗比包层包层更低,光能量主要在纤芯纤芯内传输。
包层包层为光的传输提供反射面反射面和光隔离光隔离,并起一定的机械机械保护作用。
设纤纤芯芯和包包层层的折折射射率率分别为n1和n2,光能量在光纤中传输的必要条件是n1n2。
21纤纤芯芯包包层层涂敷层涂敷层单模光纤纤芯直径:
单模光纤纤芯直径:
810m多模光纤纤芯直径:
多模光纤纤芯直径:
50m/62.5m包层直径:
包层直径:
125m尺寸规格:
尺寸规格:
22光纤光纤分类:
光纤光纤分类:
根据模式:
单模:
SMF-28,980(CORNING,OFS,46所),SM800,SM600多模:
突变型多模光纤突变型多模光纤(Step-IndexFiber,SIF)渐变型多模光纤渐变型多模光纤(Graded-IndexFiber,GIF)50/125,62.5/125,100/140相对于单模光纤单模光纤单模光纤单模光纤而言,突变型光纤突变型光纤突变型光纤突变型光纤和渐变型光纤渐变型光纤渐变型光纤渐变型光纤的纤芯直径都很大,可以容纳数百个模式,所以称为多模光纤多模光纤保偏光纤:
1310,1550等掺铒光纤:
C和L波断根据直径:
标准(125um),RC(80um)23主要用途:
主要用途:
突变型多模光纤突变型多模光纤只能用于小容量短距离系统。
渐变型多模光纤渐变型多模光纤适用于中等容量中等距离系统。
单模光纤单模光纤用在大容量长距离的系统。
特种单模光纤大幅度提高光纤通信系统的水平偏偏振振保保持持光光纤纤用在外差接收方式的相干光系统,这种系统最大优点是提高接收灵敏度,增加传输距离。
24光缆光缆的基本型式的基本型式层绞式层绞式层绞式层绞式把松套光纤绕在中心加强件周围绞合而构成。
骨架式骨架式骨架式骨架式把紧套光纤或一次被覆光纤放入中心加强件周围的螺旋形塑料骨架凹槽内而构成。
中中中中心心心心束束束束管管管管式式式式把一次被覆光纤或光纤束放入大套管中,加强件配置在套管周围而构成。
带带带带状状状状式式式式把带状光纤单元放入大套管内,形成中心束管式结构,也可以把带状光纤单元放入骨架凹槽内或松套管内,形成骨架式或层绞式结构。
25光缆结构和类型光缆结构和类型光缆一般由缆芯缆芯缆芯缆芯和护套护套护套护套两部分组成,有时在护套外面加有铠装。
1.缆芯缆芯缆芯缆芯缆芯通常包括被覆光纤被覆光纤被覆光纤被覆光纤(或称芯线)和加强件加强件加强件加强件两部分。
被覆光纤被覆光纤被覆光纤被覆光纤是光缆的核心,决定着光缆的传输特性。
加强件加强件加强件加强件起着承受光缆拉力的作用,通常处在缆芯中心,有时配置在护套中。
2.护套护套护套护套护套护套起着对缆芯的机械保护和环境保护作用,要求具有良好的抗侧压力性能及密封防潮和耐腐蚀的能力。
护套通常由聚乙烯或聚氯乙烯(PE或PVC)和铝带或钢带构成。
根据使用条件根据使用条件光缆光缆光缆光缆可以分为:
可以分为:
室内光缆、架空光缆、埋地光缆和管道光缆室内光缆、架空光缆、埋地光缆和管道光缆室内光缆、架空光缆、埋地光缆和管道光缆室内光缆、架空光缆、埋地光缆和管道光缆等。
26光纤基本参数
- 配套讲稿:
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