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1、第一章第一章 概概 述述1.1 光纖通信的發(fā)展與現(xiàn)狀光纖通信的發(fā)展與現(xiàn)狀1.2 光纖通信的主要特性光纖通信的主要特性1.3 光纖通信系統(tǒng)的組成和分類光纖通信系統(tǒng)的組成和分類1.1 光纖通信的發(fā)展與現(xiàn)狀光纖通信的發(fā)展與現(xiàn)狀1.1.1 早期的光通信早期的光通信到到了了1880年年，貝貝爾爾發(fā)發(fā)明明了了第第一一個個光光電電話話，這這一一大大膽膽的的嘗嘗試試，可可以以說說是是現(xiàn)現(xiàn)代代光光通通信的開端。信的開端。在在這這里里，將將弧弧光光燈燈的的恒恒定定光光束束投投射射在在話話筒筒的的音音膜膜上上，隨隨聲聲音音的的振振動動而而得得到到強強弱弱變化的反射光束，這個過程就是調(diào)制。變化的反射光束，這個過程就是

2、調(diào)制。圖圖1.1 貝爾電話系統(tǒng)貝爾電話系統(tǒng)貝貝爾爾光光電電話話和和烽烽火火報報警警一一樣樣，都都是是利利用用大大氣氣作作為為光光通通道道，光光波波傳傳播播易易受受氣氣候候的的影影響響，在在大大霧霧天天氣氣，它它的的可可見見度度距距離離很很短短，遇到下雨下雪天也有影響。遇到下雨下雪天也有影響。1.1.2 光纖通信光纖通信在在大大氣氣光光通通信信受受阻阻之之后后，人人們們將將研研究究的的重重點點轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)入入到到地地下下光光波波通通信信的的實實驗驗，先先后后出出現(xiàn)現(xiàn)過過反反射射波波導(dǎo)導(dǎo)和和透透鏡鏡波波導(dǎo)導(dǎo)等等地地下下通通信信的的實驗，如圖實驗，如圖1.2所示。所示。圖圖1.2 反射波導(dǎo)和透鏡波導(dǎo)反射波導(dǎo)

3、和透鏡波導(dǎo)1966年年，英英籍籍華華人人高高錕錕(K.C.Kao，當(dāng)當(dāng)時時工工作作于于英英國國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)電電信信研研究究所所)博博士士深深入入研研究究了了光光在在石石英英玻玻璃璃纖纖維維中中的的嚴(yán)嚴(yán)重重?fù)p損耗耗問問題題，發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)這這種種玻玻璃璃纖纖維維引引起起光光損損耗耗的的主主要要原原因因是是其其中中含含有有過過量量的的鉻鉻、銅銅、鐵鐵與與錳錳等等金金屬屬離離子子和和其其他他雜雜質(zhì)質(zhì)，其其次次是是拉拉制制光光纖纖時時工工藝藝技技術(shù)術(shù)造造成成了了芯芯、包包層層分分界界面面不不均均勻勻及及其其所所引引起起的的折折射射率率不不均均勻勻，他他還還發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)一一些些玻玻璃璃纖維在紅外光區(qū)的損耗較小。纖維在

4、紅外光區(qū)的損耗較小。在高錕理論的指導(dǎo)下，在高錕理論的指導(dǎo)下，1970年美國的年美國的康寧公司拉出了第一根損耗為康寧公司拉出了第一根損耗為20dB/km的的光纖。光纖。1977年年 美美 國國 在在 芝芝 加加 哥哥 進(jìn)進(jìn) 行行 了了44.736Mbit/s的的現(xiàn)現(xiàn)場場實實驗驗，1978年年，日日本本開開始始了了32.064Mbit/s和和97.728Mbit/s的的光光纖纖通通信信實實驗驗；1979年年，美美國國AT&T和和日日本本NTT均研制出了波長為均研制出了波長為1.35m的半導(dǎo)體激光器，的半導(dǎo)體激光器，日本也做出了超低損耗的光纖日本也做出了超低損耗的光纖(損耗損耗為為0.2dB/km，

5、波長為波長為1.55m)，同時進(jìn)行了同時進(jìn)行了多模光纖多模光纖(同時允許多個方向的光線在其中同時允許多個方向的光線在其中傳送的光纖傳送的光纖)1.31m的長波長傳輸系統(tǒng)的的長波長傳輸系統(tǒng)的現(xiàn)場試驗。現(xiàn)場試驗。到到如如今今，光光纖纖通通信信已已經(jīng)經(jīng)發(fā)發(fā)展展到到以以采采用用光光放放大大器器(Optical Amplifier，OA)增增加加中中繼繼 距距 離離 和和 采采 用用 波波 分分 復(fù)復(fù) 用用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)增增加加傳傳輸輸容容量為特征的第四代系統(tǒng)。量為特征的第四代系統(tǒng)。1.2 光纖通信的主要特性光纖通信的主要特性1.2.1 光纖

6、通信的優(yōu)點光纖通信的優(yōu)點1.光纖的容量大光纖的容量大光光纖纖通通信信是是以以光光纖纖為為傳傳輸輸媒媒介介，光光波波為為載載波波的的通通信信系系統(tǒng)統(tǒng)，其其載載波波光光波波具具有有很很高高的的頻頻率率(約約1014Hz)，因因此此光光纖纖具具有有很很大大的的通通信容量。信容量。2.損耗低、中繼距離長損耗低、中繼距離長目目前前，實實用用的的光光纖纖通通信信系系統(tǒng)統(tǒng)使使用用的的光光纖纖多多為為石石英英光光纖纖，此此類類光光纖纖在在1.55m波波長長區(qū)區(qū)的的損損耗耗可可低低到到0.18dB/km，比比已已知知的的其其他他通通信信線線路路的的損損耗耗都都低低得得多多，因因此此，由由其其組組成成的的光光纖纖

7、通通信信系系統(tǒng)統(tǒng)的的中中繼繼距距離離也也較較其其它它介介質(zhì)構(gòu)成的系統(tǒng)長得多。質(zhì)構(gòu)成的系統(tǒng)長得多。如如果果今今后后采采用用非非石石英英光光纖纖，并并工工作作在在超超長長波波長長(2m)，光光纖纖的的理理論論損損耗耗系系數(shù)數(shù)可可以以下下降降到到10-310-5dB/km，此此時時光光纖纖通通信的中繼距離可達(dá)數(shù)千，甚至數(shù)萬公里。信的中繼距離可達(dá)數(shù)千，甚至數(shù)萬公里。3.抗電磁干擾能力強抗電磁干擾能力強我我們們知知道道，電電話話線線和和電電纜纜一一般般是是不不能能跟跟高高壓壓電電線線平平行行架架設(shè)設(shè)的的，也也不不能能在在電電氣氣鐵鐵化路附近鋪設(shè)。化路附近鋪設(shè)。4.保密性能好保密性能好對對通通信信系系統(tǒng)統(tǒng)

8、的的重重要要要要求求之之一一是是保保密密性性好好。然然而而，隨隨著著科科學(xué)學(xué)技技術(shù)術(shù)的的發(fā)發(fā)展展，電電通通信信方方式式很很容容易易被被人人竊竊聽聽：只只要要在在明明線線或或電電纜纜附附近近(甚甚至至幾幾公公里里以以外外)設(shè)設(shè)置置一一個個特特別別的的接接收收裝裝置置，就就可可以以獲獲取取明明線線或或電電纜纜中中傳傳送送的的信信息息。更不用去說無線通信方式。更不用去說無線通信方式。5.體積小，重量輕體積小，重量輕6.節(jié)省有色金屬和原材料節(jié)省有色金屬和原材料1.2.2 光纖通信的缺點光纖通信的缺點事事物物都都是是一一分分為為二二的的，光光纖纖通通信信有有許許多多優(yōu)優(yōu)點點，因因而而發(fā)發(fā)展展很很快快，但

9、但光光纖纖通通信信也也有有以下缺點。以下缺點。1.抗拉強度低抗拉強度低2.光纖連接困難光纖連接困難3.光纖怕水光纖怕水1.3 光纖通信系統(tǒng)的組成和分類光纖通信系統(tǒng)的組成和分類1.3.1 光纖通信系統(tǒng)的組成光纖通信系統(tǒng)的組成光光纖纖通通信信系系統(tǒng)統(tǒng)是是以以光光纖纖為為傳傳輸輸媒媒介介，光光波波為為載載波波的的通通信信系系統(tǒng)統(tǒng)。主主要要由由光光發(fā)發(fā)送送機機、光纖光纜、中繼器和光接收機組成。光纖光纜、中繼器和光接收機組成。系系統(tǒng)統(tǒng)中中光光發(fā)發(fā)送送機機的的作作用用是是將將電電信信號號轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換為為光光信信號號，并并將將生生成成的的光光信信號號注注入入光光纖纖。光光發(fā)發(fā)送送機機一一般般由由驅(qū)驅(qū)動動電電路路

10、、光光源源和和調(diào)調(diào)制制器器構(gòu)構(gòu)成成，如如果果是是直直接接強強度度調(diào)調(diào)制制可可以以省省去去調(diào)調(diào)制制器，這些將在后續(xù)章節(jié)中詳細(xì)介紹。器，這些將在后續(xù)章節(jié)中詳細(xì)介紹。光光接接收收機機的的作作用用是是將將光光纖纖送送來來的的光光信信號號還還原原成成原原始始的的電電信信號號。它它一一般般由由光光電電檢檢測測器器和和解解調(diào)調(diào)器器組組成成，對對于于直直接接強強度度調(diào)調(diào)制制解解調(diào)器可以省略。調(diào)器可以省略。光光纖纖的的作作用用是是為為光光信信號號的的傳傳送送提提供供傳傳送送媒媒介介(信信道道)，將將光光信信號號由由一一處處送送到到另另一一處。處。中中繼繼器器分分為為電電中中繼繼器器和和光光中中繼繼器器(光光放放

11、大大器器)兩兩種種，其其主主要要作作用用就就是是延延長長光光信信號號的的傳輸距離。傳輸距離。1.3.2 光纖通信系統(tǒng)的分類光纖通信系統(tǒng)的分類根據(jù)調(diào)制信號的類型，光纖通信系統(tǒng)根據(jù)調(diào)制信號的類型，光纖通信系統(tǒng)可以分為模擬光纖通信系統(tǒng)和數(shù)字光纖通可以分為模擬光纖通信系統(tǒng)和數(shù)字光纖通信系統(tǒng)。信系統(tǒng)。根根據(jù)據(jù)光光源源的的調(diào)調(diào)制制方方式式，光光纖纖通通信信系系統(tǒng)統(tǒng)可可以以分分為為直直接接調(diào)調(diào)制制光光纖纖通通信信系系統(tǒng)統(tǒng)和和間間接接調(diào)調(diào)制光纖通信系統(tǒng)。制光纖通信系統(tǒng)。根據(jù)光纖的傳導(dǎo)模數(shù)量，光纖通信系根據(jù)光纖的傳導(dǎo)模數(shù)量，光纖通信系統(tǒng)可以分為多模光纖通信系統(tǒng)和單模光纖統(tǒng)可以分為多模光纖通信系統(tǒng)和單模光纖通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)。根根據(jù)據(jù)系系統(tǒng)統(tǒng)的的工工作作波波長長，光光纖纖通通信信系系統(tǒng)統(tǒng)可可分分為為短短波波長長光光纖纖通通信信系系統(tǒng)統(tǒng)、長長波波長長光光纖纖通信系統(tǒng)和超長波長光纖通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)和超長波長光纖通信系統(tǒng)。