【正文】 間，到 2022年建設(shè)以光纜為主體的長途干線網(wǎng)，新建省際省內(nèi)光纜干線 10萬公里。 ? 1997年，研制出 非零色散位移光纖。合肥－蕪湖 140Mbit/s 單模光傳輸系統(tǒng)工程通過國家鑒定驗(yàn)收， 這是第一條全國產(chǎn)化的長途直埋單模光纖光纜線路，全長 150km左右，光纜首次從水下跨越長江。揚(yáng)州－高郵 34Mbit/s 單模光纜通信系統(tǒng)工程通過郵電部鑒定驗(yàn)收。研制出 34Mbit/s 光傳輸設(shè)備。研制出短波長多模梯度光纖，即 光纖。 容量 ? ? 頻率 f ? ? 光波 光波是人們最熟悉的電磁波，其 波長在微米級，頻率為 1014Hz， 紫外光、可見光、紅外光屬于光波的范疇 光與現(xiàn)代科技 2022/2/12 11 電磁波波段劃分和常用傳輸媒質(zhì) 1 頻段和波段名稱 頻率范圍和 波長范圍 傳輸媒質(zhì) 主要用途 極低頻 (ELF) 極長波 30～ 3000Hz 10000~100km 有線線對，極長波無線電 潛艇通信、礦井通信 甚低頻 (TLF) 超長波 3～ 30kHz 100~10km 有線線對，超長波無線電 潛艇通信、遠(yuǎn)程導(dǎo)航、遠(yuǎn)程無線電通信 低頻 (LF) 長波 30kHz～ 300kHz 10~1km 有線線對，長波無線電 中遠(yuǎn)距離通信、地下通信、無線電導(dǎo)航等 中頻 (MF) 中波 ～ 3MHz 1000~100m 同軸電纜，中波無線電 調(diào)幅廣播、導(dǎo)航、業(yè)余無線電 高頻 (HF) 短波 3～ 30MHz 100~10m 同軸電纜，短波無線電 調(diào)幅廣播、移動通信、軍用通信等 光與現(xiàn)代科技 2022/2/12 12 電磁波波段劃分和常用傳輸媒質(zhì) 2 頻段和波段 名稱 頻率范圍和波長范圍 傳輸媒質(zhì) 主要用途 甚高頻 (VHF) 超短波 30~300MHz 10~1m 同軸電纜，超短波無線電 調(diào)幅廣播、電視、移動通信、電離層散射通信 微波 特高頻 (UH F)分米波 ~3GHz 10~1dm 波導(dǎo)，分米波無線電 微波接力、移動通信、空間遙測雷達(dá)、電視 超高頻 (SHF) 厘米波 3~30GHz 10~1cm 波導(dǎo)，厘米波無線電 雷達(dá)、微波接力、衛(wèi)星和空間通信 極高頻 (EH F)毫米波 30~300GHz 10~1mm 波導(dǎo)，毫米波無線電 雷達(dá)、微波接力、射電天文 紫外、可見光、紅外 103~5 107GHz 300 μm ~60197。 光通信原理 ? 光通信的發(fā)展與現(xiàn)狀 ? 光通信的特點(diǎn) ? 光通信系統(tǒng)的組成與分類 ? 167。 光纖通信的原理 光與現(xiàn)代科技 2022/2/12 6 一、光通信的發(fā)展史 ?光通信 ：利用光進(jìn)行信息傳輸?shù)囊环N通信方式。如今回顧起來，所經(jīng)歷的“里程碑”依然歷歷在目 。研制出短波長用的 GaAlAsLD 。 光與現(xiàn)代科技 2022/2/12 26 我國光纖通信事業(yè)的發(fā)展－ 2 ? 1985年，研制出 1300nm 單模光纖，衰減達(dá)。 ? 1991年，研制出 色散位移光纖。該工程的建成，在國內(nèi)外產(chǎn)生了重大影響。 ? 1999 年， 8 。 ? 現(xiàn)在， 一個(gè)覆蓋全國以光纜為主、衛(wèi)星和數(shù)字微波為輔，集數(shù)字化傳輸、程控化交換為一體的通信網(wǎng)絡(luò)已基本建成。 光與現(xiàn)代科技 2022/2/12 40 ? 中美海底光纜示意圖 ? 臺灣地震 光與現(xiàn)代科技 2022/2/12 41 ? 中美光纜系統(tǒng)路由結(jié)構(gòu)示意圖 光與現(xiàn)代科技 2022/2/12 42 海底光纜的具體修復(fù)過程如下： 機(jī)器人潛下水后，通過掃描檢測，找到破損海底光纜的精確位置。 光與現(xiàn)代科技 2022/2/12 43 海底光纜的具體修復(fù)過程如下： 接下來靠人工將備用海底光纜接上中美海底光纜的兩個(gè)斷點(diǎn)。到 1999年光纜通信線路 。 光纖通信的特點(diǎn) ? 一、傳輸頻帶寬、通信容量大； ? 二、傳輸損耗低，無中繼距離長，且誤碼小； ? 三、抗電磁干擾能力強(qiáng)，抗化學(xué)腐蝕 ? 四、光纖通信串話小，保密性強(qiáng)，使用安全； ? 五、重量輕，體積小，便于運(yùn)輸與敷設(shè)； ? 六、節(jié)約有色金屬和能源，原材料資源豐富； 光與現(xiàn)代科技 2022/2/12 50 光纖通信與其它通信的比較 通信手段 最大通信容量 (話路數(shù) ) 中繼距離 (km) 1000km內(nèi)中繼器個(gè)數(shù) 小同軸電纜 960 4 250 中同軸電纜 1800 6 166 大同軸電纜 10800 666 微波中繼通信 3600 50 20 光纖通信 140Mb/s 1920 40 25 445Mb/s 6000 134 7 565Mb/s 7680 60 16 1 Gb/s 14000 84 11 注：最大通路數(shù)指兩管（根）構(gòu)成雙向回路的話路數(shù) 光與現(xiàn)代科技 2022/2/12 51 系統(tǒng) /話路公里相對造價(jià) 光與現(xiàn)代科技 2022/2/12 52 項(xiàng)目 8芯 18芯 光纜 電纜 光纜 電纜 重量 /() 重量比 1 15 1 11 26 直徑 /mm 截面積比 21 1 47 5 21 1 65 光纜和電纜的重量和截面積比較 光與現(xiàn)代科技 2022/2/12 53 光纖通信的缺點(diǎn) ? 光纖彎曲半徑不宜過小 ? 光纖的切斷和連接操作技術(shù)要求十分嫻熟 ? 分路、耦合操作繁瑣 但這些缺點(diǎn)，都已不同程度上得以克服，它們不影響光纖通信的實(shí)用。 光發(fā)射機(jī)： E/O, 將電發(fā)射機(jī)送來的電信號轉(zhuǎn)變成適合于光纖傳輸?shù)墓庑盘?，并用耦合技術(shù)把光信號最大限度地注入光纖線路。通信容量大，成本低 孤子系統(tǒng) 利用光纖非線性效應(yīng)平衡色散，增加中繼，可使光纖帶寬增加 10～ 100倍 光與現(xiàn)代科技 2022/2/12 64 167。具有最低光腔損耗電縱模最先達(dá)到閾值并成為支配模式。一部分反射光反饋回激光光腔，因?yàn)樵谕夤馇话l(fā)生相移，從外光腔的反饋不一定與激光器光腔內(nèi)得的光場同相，僅當(dāng)那些波長幾乎與一個(gè)外光腔縱模的波長一致的激光模式才能發(fā)生同相反饋。它由三段組成，分別為有源段，相位控制段和布拉格段。此激光器含有 4個(gè)量子阱，阱的厚度僅為 70?，發(fā)射譜線可減少到 2MHz左右。 光與現(xiàn)代科技 2022/2/12 91 光纖光柵 DFB激光器 a. 長可調(diào)諧 光與現(xiàn)代科技 2022/2/12 92 三、光源的調(diào)制 ? 1)直接調(diào)制 (內(nèi)調(diào)制 ) ? 直接調(diào)制是利用電信號直接改變半導(dǎo)體激光器的注入電流，來獲得與電信號相對應(yīng)的光強(qiáng)信號。要提高耦合效率，需要采用透鏡耦合方式。欲提高耦合效率，同樣需要采用透鏡耦合方式。 ? 作用 ：連接光波導(dǎo)和光路；控制光的傳播方向；控制光功率達(dá)分配；控制光波導(dǎo)之間、器件之間和光波導(dǎo)與器件之間的光耦合；合波、分波等。 光纖 a(直通臂 )傳輸?shù)妮敵龉夤β蕿?Pa，光纖 b(耦合臂 )的輸出光功率為 Pb, 則 Pa=Cos2(CλL) ； Pb=Sin2(CλL)； L— 耦合器有效作用長度； Cλ為取決于光纖參數(shù)和光波長的耦合系數(shù)。 ? 要求及主要指標(biāo) ：插入損耗小 (1~2dB)、隔離度大 (反向衰減 )(30~40dB)、飽和磁場低、價(jià)格便宜、體積小、便于集成 ? 組成： 由起偏器、檢偏器及法拉第轉(zhuǎn)子材料所組成的法拉第旋光器等組成。 ? 要求： 插入損耗低、轉(zhuǎn)換重復(fù)性好、開關(guān)速度快、使用壽命長、結(jié)構(gòu)緊湊 ? 主要指標(biāo)： 插入損耗、開關(guān) (轉(zhuǎn)換 )速度 (ms量級 )、消光比：接收機(jī) 10lgP通 /P斷 ? 分類： 機(jī)械式光開關(guān)： 利用電磁鐵或步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動光纖、棱鏡或反射鏡等光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)光路轉(zhuǎn)換 ? 優(yōu)點(diǎn)：插入損耗小，串?dāng)_小，適合各種光纖，技術(shù)成熟 ? 缺點(diǎn)：開關(guān)速度慢，結(jié)構(gòu)不緊湊，容易受振動、沖擊的影響，消光比較大 光與現(xiàn)代科技 2022/2/12 139 棒透鏡 棱鏡 可動光纖 光纖固定裝置 反射鏡 GRIN透鏡 0 1 6 2 4 5 3 1 6機(jī)械式光開關(guān) 光與現(xiàn)代科技 2022/2/12 140 光開關(guān)－ 2 ? 機(jī)械式光開關(guān)可分為鏡可動型和光纖可動型兩種 固體光開關(guān) ，又稱非機(jī)械式光開關(guān)：利用磁光效應(yīng)、電光效應(yīng)或聲光效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光路轉(zhuǎn)換 ? 優(yōu)點(diǎn)：開關(guān)速度快，重復(fù)性好，可靠性高，使用壽命長，尺寸小，可單片集成 ? 缺點(diǎn)：插入損耗大，串?dāng)_大，應(yīng)予改進(jìn) 半導(dǎo)體光波導(dǎo)開關(guān) ：通過改變波導(dǎo)區(qū)內(nèi)折射率達(dá)到光波的導(dǎo)通或截止。 光與現(xiàn)代科技 2022/2/12 150 數(shù)字光通信系統(tǒng) ? 1. 光發(fā)射機(jī) ? 光發(fā)射機(jī)的主要功能是將電端機(jī)送來的電信號轉(zhuǎn)換為適合于光纖中傳輸?shù)墓庑盘?，其原理框圖如下： 線路編碼 控制電路 光纖 光源 調(diào)制電路 LED/LD 電信號 光信號 167。 光放大器 一、光放大器分類 二、光放大器的主要功能 三、摻雜光纖放大器 光與現(xiàn)代科技 2022/2/12 143 一、光放大器分類 ?半導(dǎo)體激光放大器 (SLA) ?法布里－珀羅型激光放大器 ?行波半導(dǎo)體激光放大器 ?光纖型光放大器 ?光纖喇曼放大器 (FRA) ?光纖布里淵放大器 (FBA) ?光纖參量放大器 (FPA) ?摻雜光纖放大器 (EDFA) 光與現(xiàn)代科技 2022/2/12 144 二、光放大器的主要功能 ? 超長距離、超大容量的光纖通信系統(tǒng)，特別是適合于陸地長干線和海下系統(tǒng) ? 光孤子通信，以在線光放大器延伸通信距離，即作在線中繼光放大器 ? 光纖用戶系統(tǒng)中，主要用于補(bǔ)償耦合所造成的光損耗，提高用戶數(shù)目，起到功率放大作用，如寬帶業(yè)務(wù)、CATV等 ? 光波復(fù)用系統(tǒng)中提高復(fù)用密度 如摻鉺光纖放大器的增益帶寬可達(dá) 1THz，若按 1GHz進(jìn)行頻率分割，可達(dá) 1000路的復(fù)用通信容量 ? 用于光電測量及其它信息處理系統(tǒng)中 光與現(xiàn)代科技 2022/2/12 145 光發(fā)射機(jī) 光接收機(jī) 光纖 光纖 EDFA EDFA 在線放大器 光發(fā)射機(jī) 光接收機(jī) 光纖 EDFA 功率放大器 光發(fā)射機(jī) 光接收機(jī) 光纖 EDFA 前置放大器 光發(fā)射機(jī) 光接收機(jī) 節(jié)點(diǎn) EDFA 補(bǔ)償損耗放大器 光纖總線 a、在線放大器 b、光發(fā)射機(jī)功率增強(qiáng)器 c、接收機(jī)前置放大器 d、局域網(wǎng)中用于補(bǔ)償分配損耗 光與現(xiàn)代科技 2022/2/12 146 光纖放大器構(gòu)成方框圖 光與現(xiàn)代科技 2022/2/12 147 三、摻雜光纖放大器 ? 摻鉺光纖放大器（ EDFA） 是利用摻鉺光纖這一活性介質(zhì)，當(dāng)泵浦光輸入到 EDF中時(shí)，就可以將大部分處于基態(tài)的 Er 3+抽運(yùn)到激發(fā)態(tài)上，處于激發(fā)態(tài)的 Er 3+又迅速無輻射地轉(zhuǎn)移到亞穩(wěn)態(tài)上，由于 Er 3+在亞穩(wěn)態(tài)上的平均停留時(shí)間為10ms，因此很容易在亞穩(wěn)態(tài)與基態(tài)之間形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，此時(shí)，信號光子通過摻鉺光纖，在受激輻射效應(yīng)作用下產(chǎn)生大量與自身完全相同的光子，使信號光子迅速增多，這樣在輸出端就可以得到被不斷放大的光信號。 ? 光衰減器的 工作機(jī)理主要有三種 ： ? (1)耦合型光衰減器 ：它是通過輸入、輸出光束對準(zhǔn)偏差的控制來改變光耦合量的大小，從而達(dá)到改變衰減量的目的。 光與現(xiàn)代科技 2022/2/12 116 ? 微器件型： 用自聚焦透鏡和分光片、濾光片或光柵等微光學(xué)器件可以構(gòu)成各種耦合器。 光與現(xiàn)代科技 2022/2/12 108 光發(fā)射機(jī) 隔離器 連接器 分路 開關(guān) 開關(guān) 合路 連接 連接 衰減器 連接器 光接收機(jī) 按器件在傳輸線路上所發(fā)揮的功能可分為：光纖連接器、耦合器、合 /分路器、光開關(guān)、光衰減器、光隔離器、光環(huán)形器等。 LD組件 光與現(xiàn)代科技 2022/2/12 97 激光器組件 ? 為便于在光纖通信發(fā)射機(jī)上使用，常將激光器 LD與其控制件組成組件。面發(fā)光 LED的耦合效率可達(dá)到 15％，邊發(fā)光 LED同多模光纖的耦合效率可達(dá)到 30％。 圖 1模擬信號調(diào)