【正文】 雖然壽命只有幾個(gè)小時(shí) ， 但其意義是重大的 ， 它為半導(dǎo)體激光器的發(fā)展奠定了基礎(chǔ) 。 1976 年 ， 日本電報(bào)電話 (NTT)公司等單位將光纖損耗降低到 dB/km(波長 )。 它的意義在于：使光纖通信可以和同軸電纜通信競爭 ， 從而展現(xiàn)了光纖通信美好的前景 ， 促進(jìn)了世界各國相繼投入大量人力物力 ， 把光纖通信的研究開發(fā)推向一個(gè)新階段 。 再通過改進(jìn)制造工藝的熱處理提高材料的均勻性 ， 可以進(jìn)一步把損耗減小到幾 dB/km。 當(dāng)時(shí)石英纖維的損耗高達(dá) 1000 dB/km以上 ， 高錕等人指出：這樣大的損耗不是石英纖維本身固有的特性 ， 而是由于材料中的雜質(zhì) ， 例如過渡金屬 (Fe、 Cu等 )離子的吸收產(chǎn)生的 。 這兩種波導(dǎo) ， 從理論上講是可行的 ， 但在實(shí)際應(yīng)用中遇到了不可克服的困難 。 因而提出了透鏡波導(dǎo)和反射鏡波導(dǎo)的光波傳輸系統(tǒng) 。 另一方面 ， 大氣的密度和溫度不均勻 ， 造成折射率的變化 ， 使光束位置發(fā)生偏移 。 在這個(gè)時(shí)期 ， 美國麻省理工學(xué)院利用 He Ne激光器和 CO2激光器進(jìn)行了大氣激光通信試驗(yàn) 。 1960年 ， 美國人梅曼 (Maiman)發(fā)明了第一臺紅寶石激光器 ， 給光通信帶來了新的希望 ， 和普通光相比 ， 激光具有波譜寬度窄 ， 方向性極好 ， 亮度極高 ， 以及頻率和相位較一致的良好特性 。 在接收端 ， 用拋物面反射鏡把從大氣傳來的光束反射到硅光電池上 ， 使光信號變換為電流 ， 傳送到受話器 。 3 光纖通信系統(tǒng)的基本組成 第 1 章 概 論 返回主目錄 第 1 章 概論 中國古代用 “ 烽火臺 ” 報(bào)警 ， 歐洲人用旗語傳送信息 ， 這些都可以看作是原始形式的光通信 。1 望遠(yuǎn)鏡的出現(xiàn) ， 又極大地延長了這種目視光通信的距離 。 由于當(dāng)時(shí)沒有理想的光源和傳輸介質(zhì) ， 這種光電話的傳輸距離很短 ， 并沒有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值 ， 因而進(jìn)展很慢 。 激光是一種高度相干光 ， 它的特性和無線電波相似 ， 是一種理想的光載波 。 實(shí)驗(yàn)證明：用承載信息的光波 ， 通過大氣的傳播 ， 實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的通信是可行的 ， 但是通信能力和質(zhì)量受氣候影響十分嚴(yán)重 。 因而通信的距離和穩(wěn)定性都受到極大的限制 ， 不能實(shí)現(xiàn) “ 全天候 ” 通信 。 透鏡波導(dǎo)是在金屬管內(nèi)每隔一定距離安裝一個(gè)透鏡 ， 每個(gè)透鏡把經(jīng)傳輸?shù)墓馐鴷鄣较乱粋€(gè)透鏡而實(shí)現(xiàn)的 。 首先 ， 現(xiàn)場施工中校準(zhǔn)和安裝十分復(fù)雜；其次 ， 為了防止地面活動對波導(dǎo)的影響 ， 必須把波導(dǎo)深埋或選擇在人車稀少的地區(qū)使用 。 材料本身固有的損耗基本上由瑞利 (Rayleigh)散射決定 ， 它隨波長的四次方而下降 ， 其損耗很小 。 這個(gè)思想和預(yù)測受到世界各國極大的重視 。 1972年 ， 康寧公司高純石英多模光纖損耗降低到 4 dB/km。 在以后的 10 年中 ， 波長為 μm的光纖損耗： 1979 年是 dB/km， 1984年是 dB/km， 1986 年是 dB/km， 接近了光纖最低損耗的理論極限 。 1973 年 ， 半導(dǎo)體激光器壽命達(dá)到 7000小時(shí) 。 由于光纖和半導(dǎo)體激光器的技術(shù)進(jìn)步 ， 使 1970 年成為光纖通信發(fā)展的一個(gè)重要里程碑 。 1976 年和 1978 年 ， 日本先后進(jìn)行了速率為 34 Mb/s， 傳輸距離為 64 km的突變型多模光纖通信系統(tǒng) ， 以及速率為 100 Mb/s的漸變型多模光纖通信系統(tǒng)的試驗(yàn) 。 自從 1966 年高錕提出光纖作為傳輸介質(zhì)的概念以來 ， 光纖通信從研究到應(yīng)用 ， 發(fā)展非常迅速：技術(shù)上不斷更新?lián)Q代 ， 通信能力 (傳輸速率和中繼距離 )不斷提高 ， 應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大 。 在這個(gè)時(shí)期 ， 光纖從多模發(fā)展到單模 ， 工作波長從短波長 ( μm) 發(fā)展到長波長 ( μm和 μm)， 實(shí)現(xiàn)了工作波長為 μm、傳輸速率為 140~565Mb/s 的單模光纖通信系統(tǒng) ， 無中繼傳輸距離為 100~50 km。 實(shí)驗(yàn)室可以達(dá)到更高水平 。 另一方面 ， 隨著技術(shù)的進(jìn)步和大規(guī)模產(chǎn)業(yè)的形成 ， 光纖價(jià)格不斷下降 ， 應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大：從初期的市話局間中繼到長途干線進(jìn)一步延伸到用戶接入網(wǎng) ， 從數(shù)字電話到有線電視 (CATV)， 從單一類型信息的傳輸?shù)蕉喾N業(yè)務(wù)的傳輸 。 世界成纜光纖市場銷售量 ， 1994年為 1810 104 km， 預(yù)測 2022年為 6570 104 km， 7年中CAGR為 20%， 每年數(shù)據(jù)見表 。 兩者的比例不同， 是由于單模光纖比多模光纖便宜的結(jié)果。 表 世界成纜單模光纖市場銷售量 年份 1998 1999 2022 2022 2022 2022 光纖銷售總長度/104 km 4110 4600 5350 6230 7200 8110 光纖通信的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用 最大可能的信息傳輸容量和傳輸距離 。 電纜通信和微波通信的載波是電波 ， 光纖通信的載波是光波 。 光纖通信用的近紅外光 (波長為 ~)頻帶寬度約為 200THz， 在常用的 μm和 μm兩個(gè)波長窗口頻帶寬度也在 20 THz以上 。 波導(dǎo)管具有比同軸電纜更低的損耗 ， 但隨著工作頻率的提高 ， 要減小波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的尺寸以保持單一模式的傳輸 ， 損耗仍然要增大 。km－1)? 5 1 m m 波導(dǎo)器 在光纖通信系統(tǒng)中 ， 作為載波的光波頻率比電波頻率高得多 ， 而作為傳輸介質(zhì)的光纖又比同軸電纜或波導(dǎo)管的損耗低得多 ， 因此相對于電纜通信或微波通信 ， 光纖通信具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn) 。 km的帶寬 。 就單根光纖而言 ， 采用波分復(fù)用 (WDM)或光頻分復(fù)用 (OFDM)是增加光纖通信系統(tǒng)傳輸容量最有效的方法 。 波分復(fù)用 (WDM)和光時(shí)分復(fù)用 (TDM)更是極大地增加了傳輸容量 ， 見表 。 波分復(fù)用 (WDM)和光時(shí)分復(fù)用 (TDM)更是極大地增加了傳輸容量 ， 見表 。 目前 ， 采用外調(diào)制技術(shù) ， 波長為 ， 若其傳輸速率為 Gb/s， 則中繼距離可達(dá) 150 km；若其傳輸速率為 10 Gb/s， 則中繼距離可達(dá) 100 km。 3. 重量輕 、 光纖重量很輕 ， 直徑很小 。s1 傳輸距離 /km 跨距 /km 研制單位 備注 WDM 20 17 20 132 150 120 50 ATamp。 表 出了鋁 /聚乙烯粘結(jié)護(hù)套 (LAP)單元結(jié)構(gòu)光纜和標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜的重量和截面積的比較 。 表 光纜和電纜的重量和截面積比較 項(xiàng)目 8 芯 18 芯 光纜 電纜 光纜 電纜 重量 /(kg 光纖 (復(fù)合 )架空地線 (Optical Fiber Overhead Ground Wire, OPGW)是光纖與電力輸送系統(tǒng)的地線組合而成的通信光纜 ， 已在電力系統(tǒng)的通信中發(fā)揮重要作用 。 制造 8 km管中同軸電纜 ， 1 km需要120 kg銅和 500 kg鋁；而制造 8 km光纖只需 320 g石英 。 圖 (話路數(shù) )的關(guān)系 。 光纖寬帶干線傳送網(wǎng)和接入網(wǎng)發(fā)展迅速 ， 是當(dāng)前研究開發(fā)應(yīng)用的主要目標(biāo) 。 ④ 綜合業(yè)務(wù)光纖接入網(wǎng) ， 分為有源接入網(wǎng)和無源接入網(wǎng) ， 可實(shí)現(xiàn)電話 、 數(shù)據(jù) 、 視頻 (會議電視 、 可視電話等 )及多媒體業(yè)務(wù)綜