1、 刘显文刘显文 重庆普天普科通信技术有限公司重庆普天普科通信技术有限公司 通信是人的基本需求之一。通信是人的基本需求之一。人类的发展经历了农业文明和工业文明，人类的发展经历了农业文明和工业文明，现在已进入信息文明时代。现在已进入信息文明时代。通信通信-信息传递与交流信息传递与交流。（按照达成的协议，信息在人、地点、进程和机按照达成的协议，信息在人、地点、进程和机器之间进行的传送器之间进行的传送。）。）电通信（电通信（electrical communication）广义的电通信指的是一切广义的电通信指的是一切运用电波作为载体而传送信运用电波作为载体而传送信息息的所有通信方式的总称，而不管传输所
2、使用的介质的所有通信方式的总称，而不管传输所使用的介质是什么。是什么。电通信又可分为电通信又可分为有线电通信有线电通信和和无线电通信无线电通信。光通信（光通信（optical communication）广义的光通信指的是一切广义的光通信指的是一切运用光波作为载体而传送信运用光波作为载体而传送信息的所有通信方式息的所有通信方式的总称，而不管传输所使用的介质的总称，而不管传输所使用的介质是什么。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行通信的无线光通信无线光通信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有线光通信有线光通信。通通 信信 光光
3、通通 信信 光光 纤纤 通通 信信 第一章：光纤通信概论第一章：光纤通信概论 光通信光通信-以光以光作作为为信息载体信息载体的通信的通信方式方式。光纤通信光纤通信-以光作为信息载体，以光纤作以光作为信息载体，以光纤作 为传输媒质的通信方式。为传输媒质的通信方式。光通信网络光通信网络-由光传输、光交换以及光终由光传输、光交换以及光终 端设备组成的智能网络。端设备组成的智能网络。现代通信方式示意图现代通信方式示意图用户环路交换设备电复接设备卫星通信微波通信光纤通信移动通信发送机接收机传输系统用户终端用户终端信息信息用户终端用户终端用户环路交换设备电复接设备信息信息现代通信方式示意图现代通信方式示意
4、图用户环路交换设备电复接设备卫星通信微波通信光纤通信移动通信发送机接收机传输系统用户终端用户终端信息信息用户终端用户终端用户环路交换设备电复接设备信息信息信息指用户要求传送信息指用户要求传送的语音、图像、数据的语音、图像、数据以及它们的各种组合以及它们的各种组合用户环路交换设备电复接设备卫星通信微波通信光纤通信移动通信发送机接收机传输系统用户终端用户终端信息信息用户终端用户终端用户环路交换设备电复接设备信息信息 现代通信方式示意图现代通信方式示意图用户终端用户终端交换设备交换设备接入网接入网电复接设备电复接设备传输系统传输系统 现代通信方式示意图现代通信方式示意图用户环路交换设备电复接设备卫星
5、通信微波通信光纤通信移动通信发送机接收机传输系统用户终端用户终端信息信息用户终端用户终端用户环路交换设备电复接设备信息信息电磁频谱电磁频谱：电磁波的波长范围电磁波的波长范围光波是电磁波，光波范围光波是电磁波，光波范围包括红外线、可见光、紫外线，其波长范围为：包括红外线、可见光、紫外线，其波长范围为：300m6103m。光是一种电磁波 可见光350nm750nm 光纤通信所用的波长光纤通信所用的波长(石英光纤石英光纤)8001600nm 光的反射、折射 全反射通信波段划分及相应传输媒介通信波段划分及相应传输媒介频率频率 Hz101107102106103105104104105103106102
6、10710110810010910-1101010-2101110-3101210-4101310-5101410-61015自由空间波长（自由空间波长（m）电力、电话电力、电话无线电、电视无线电、电视微波微波红外红外可见光可见光双铰线双铰线同轴电缆同轴电缆光纤光纤卫星卫星/微波微波AM无线电无线电FM无线电无线电频段频段划分划分传传输输介介质质光纤损耗谱特性及单模光纤的带宽资源第三传输窗口第三传输窗口第二传输窗口第二传输窗口第一传输窗口第一传输窗口1300130015501550850850紫外吸收紫外吸收红外吸收红外吸收瑞利散射瑞利散射0.20.22.52.5损损 耗耗 (dB/km)(d
7、B/km)波波 长长 (nm)(nm)OHOH离子吸收峰离子吸收峰光纤带宽：光纤带宽：1300nm1300nm窗口约窗口约100nm100nm，1550nm1550nm窗口约窗口约100nm100nm，共共200nm200nm，约，约30THz30THz 1、发展、发展 2、特点、特点 3、构成、构成 4、分类、分类 5、新技术、新技术光光 纤纤 通通 信信 的的 发发 展展 光光(纤纤)通信的发展简史通信的发展简史:1880年年，贝尔发明了利用太阳光作为光源，贝尔发明了利用太阳光作为光源的通话装置，光波在大气中传输，通话距的通话装置，光波在大气中传输，通话距离达离达213米米。后来改用孤光灯
8、作为光源，延。后来改用孤光灯作为光源，延长通信距离。但光源在大气中传输受到雨长通信距离。但光源在大气中传输受到雨、雾、烟和尘土的阻抗或减弱，通信很不、雾、烟和尘土的阻抗或减弱，通信很不稳定，应用上受到很大的限制。稳定，应用上受到很大的限制。贝尔光电话贝尔光电话 1966年年,高锟等人提示了实现低衰耗光导纤维的可高锟等人提示了实现低衰耗光导纤维的可能性。能性。1970年年，美国研制出衰耗为，美国研制出衰耗为20分贝分贝/公里公里的石英光的石英光纤和体积很小的纤和体积很小的半导体激光器半导体激光器。此后，光纤及激。此后，光纤及激光器等部件的质量逐年迅速提高，因而以半导体光器等部件的质量逐年迅速提高
9、，因而以半导体激光器作为光源，以石英光纤作为光的传输媒介激光器作为光源，以石英光纤作为光的传输媒介，以半导体光电二极管作为接收器件的光源通信，以半导体光电二极管作为接收器件的光源通信系统迅速发展起来。系统迅速发展起来。(光纤通信元年）光纤通信元年）1976年年，美国贝尔实验室在亚特兰大到华盛顿间，美国贝尔实验室在亚特兰大到华盛顿间建立了世界第一条实用化的光纤通信线路，速率建立了世界第一条实用化的光纤通信线路，速率为为45Mb/s，采用的是多模光纤，光源用的是发光，采用的是多模光纤，光源用的是发光管管LED，波长是，波长是0.85微米的红外光。微米的红外光。1966年，高锟(C.K.Kao)和霍
10、克哈姆(C.A.Hockham)发表了关于传输介质新概念的论文用于光频的光纤表面波导,指明通过“原材料的提纯制造出适合于长距离通信使用的低损耗光纤”这一发展方向,奠定了现代光通信光纤通信的基础。高锟高锟(左左)从瑞典国王手中从瑞典国王手中接过接过2009诺贝尔物理学奖诺贝尔物理学奖 1981年年实现了两电话局间使用实现了两电话局间使用1.3微米多模光纤的微米多模光纤的通信系统，通信系统，80年代，以短波长光源和多模光纤为标志的第一年代，以短波长光源和多模光纤为标志的第一代光通信技术已很成熟，无中断通信距离约为代光通信技术已很成熟，无中断通信距离约为10公里公里，通信容量约为，通信容量约为100
11、0路路，已用作市话局之间，已用作市话局之间的中继线，也用于城市间的通信系统，但中继站的中继线，也用于城市间的通信系统，但中继站较多，站距较短。以长波长光源和单模光纤为标较多，站距较短。以长波长光源和单模光纤为标志的第二代光纤通信技术也已成熟，无中继通信志的第二代光纤通信技术也已成熟，无中继通信距离约为距离约为30公里公里，通信容量约为，通信容量约为5000路路，适用于，适用于长途干线通信。长途干线通信。1989年年掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器EDFA的研制成功的研制成功是光纤通信新一轮突破的开始。是光纤通信新一轮突破的开始。EDFA的的应用不仅解决了光纤传输衰减的补偿问应用不仅解决了光纤传输衰
12、减的补偿问题，而且为一批光网络器件的应用创造题，而且为一批光网络器件的应用创造了条件。使得光纤通信的数字了条件。使得光纤通信的数字传输速率传输速率迅速提高迅速提高，促成了波分复用技术的，促成了波分复用技术的实用实用化化。2019年年WDM技术取得突破，贝尔实验室发技术取得突破，贝尔实验室发展了展了WDM技术，技术，美国美国MCI公司在公司在2019年开年开通了商用的通了商用的WDM线路。线路。光纤通信系统的速光纤通信系统的速率从单波长的率从单波长的2.5Gb/s和和10Gb/s爆炸性地发爆炸性地发展到多波长的展到多波长的Tb/s(1Tb/s=1000Gb/s)传输。传输。当今实验室光系统速率已
13、达当今实验室光系统速率已达10Tb/s，几乎是几乎是用之不尽的用之不尽的，所以它的前景辉煌。，所以它的前景辉煌。实用光纤通信系统的发展实用光纤通信系统的发展19761976年，美国在亚特兰大年，美国在亚特兰大(Atlanta)Atlanta)进行了世界上第一个实用进行了世界上第一个实用光纤通信系统的现场试验。光纤通信系统的现场试验。19801980年，美国标准化年，美国标准化FT-3FT-3光纤通信系统投入商业应用。光纤通信系统投入商业应用。19761976年和年和19781978年，日本先后进行了速率为年，日本先后进行了速率为3434Mb/sMb/s的突变型多模的突变型多模光纤通信系统，光纤
14、通信系统，以及速率为以及速率为100100Mb/sMb/s的渐变型多模光纤通信系统的渐变型多模光纤通信系统的试验。的试验。19831983年敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线。年敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线。19881988年由美、日、年由美、日、英、法发起的第一条横跨大西洋英、法发起的第一条横跨大西洋 TAT-8TAT-8海海底光缆通信系统建成。底光缆通信系统建成。19891989年第一条横跨太平洋年第一条横跨太平洋 TPC-3/HAW-4 TPC-3/HAW-4 海底光缆通信系统建海底光缆通信系统建成。从此，海底光缆通信系统的建设得到了全面展开，促进了全成。从此，海底光缆通信系统的建设得
15、到了全面展开，促进了全球通信网的发展。球通信网的发展。当今世界范围的光纤通信系统当今世界范围的光纤通信系统海底光缆及洲际通信网雏形：古代烽火、手旗、灯光雏形：古代烽火、手旗、灯光18801880年年 贝尔的光电话贝尔的光电话激光器激光器(发送源发送源)1960 Maiman1960 Maiman发明红宝石激光器发明红宝石激光器1962 1962 半导体激光器诞生半导体激光器诞生(GaAs 870nm)(GaAs 870nm)70 70 年代室温工作年代室温工作LDLD(GaAsAI 850nm)(GaAsAI 850nm)13001300、1550nm 1550nm 多模多模LDLD单模单模L
16、DLD光纤光纤(传输介质传输介质)1951 1951 医用玻璃纤维医用玻璃纤维(损耗损耗1000dB/km)1000dB/km)1966 1966 高锟高锟 理论预言理论预言1970 1970 康宁制出低损耗光纤康宁制出低损耗光纤(20dB/km)(20dB/km)1300(0.5dB/km),1550nm(0.2dB/km)1300(0.5dB/km),1550nm(0.2dB/km)低损耗窗口光纤开发低损耗窗口光纤开发单模光纤单模光纤我国的光纤通信发展我国的光纤通信发展 七十年代初武汉邮电科学研究院七十年代初武汉邮电科学研究院赵梓森院士赵梓森院士就提出了开就提出了开展光纤通信技术研究的建议
17、。当时国际上也刚刚开始相关研展光纤通信技术研究的建议。当时国际上也刚刚开始相关研究。在七十年代末一些实用的光纤通信系统已经在我国电话究。在七十年代末一些实用的光纤通信系统已经在我国电话网中应用。如，北京大学研制的系统（网中应用。如，北京大学研制的系统（比特率比特率8 Mbit/s，传输，传输距离距离3 km）于）于1979年安装于北京市电话网中年安装于北京市电话网中使用多年，获国使用多年，获国家科技进步二等奖。由于当时客观条件的限制，我国研制的家科技进步二等奖。由于当时客观条件的限制，我国研制的系统比特率不高，直到九十年代初我国光纤传输系统的比特系统比特率不高，直到九十年代初我国光纤传输系统的
18、比特率仍维持在率仍维持在140Mbit/s。由于发达国家的禁运，进口系统也限。由于发达国家的禁运，进口系统也限制在制在140Mbit/s以下。这一速率已经不能适应我国国民经济和以下。这一速率已经不能适应我国国民经济和社会发展的需要。为了增加通信容量，当时只能增加光缆中社会发展的需要。为了增加通信容量，当时只能增加光缆中的光纤芯数。的光纤芯数。1978年年改革开放后，光纤通信的研发工作改革开放后，光纤通信的研发工作大大加快。上海、北京、武汉和桂林都研大大加快。上海、北京、武汉和桂林都研制出光纤通信试验系统。制出光纤通信试验系统。1982年邮电部重年邮电部重点科研工程点科研工程“八二工程八二工程”
19、在武汉开通。在武汉开通。该工该工程被称为实用化工程，要求一切是商用产程被称为实用化工程，要求一切是商用产品而不是试验品，要符合国际品而不是试验品，要符合国际CCITT标准，标准，要由设计院设计、工人施工，而不是科技要由设计院设计、工人施工，而不是科技人员施工。从此人员施工。从此中国的光纤通信进入实用中国的光纤通信进入实用阶段。阶段。我国波分复用技术的研究和国际上同步进行。我国波分复用技术的研究和国际上同步进行。1992年年北京北京大学提出了采用大学提出了采用波分复用波分复用+光纤放大器技术实现我国通信干线扩光纤放大器技术实现我国通信干线扩容的建议容的建议，受到相关部委的重视，并开始立项研究。在
20、，受到相关部委的重视，并开始立项研究。在当时该当时该项技术在国际上还没有得到共识项技术在国际上还没有得到共识，国内外都有反对意见。直到，国内外都有反对意见。直到2019年波分复用技术被公认年波分复用技术被公认为当前光纤通信系统扩容的为当前光纤通信系统扩容的最佳方最佳方案案，并在国内外得到迅速发展。，并在国内外得到迅速发展。2019年由北京大学和有关公司年由北京大学和有关公司合作研制的合作研制的42.5 Gbit/s波分复用系统安装于国家光缆干线上，波分复用系统安装于国家光缆干线上，成为我国第一条实际使用的波分复用系统，获得国家科技进步成为我国第一条实际使用的波分复用系统，获得国家科技进步三等奖
21、。三等奖。随后又完成了随后又完成了82.5Gb/s、1610Gbl/s、3210Gb/s、16010Gb/s WDM系统，系统，10Gb/s、40Gb/s0TDM试验系统，试验系统，宽带接入系统和全光通信试验网、自动交换光网络试验平台等宽带接入系统和全光通信试验网、自动交换光网络试验平台等一系列项目一系列项目。自行研制成功的自行研制成功的WDM光传输系统已在多省市光传输系统已在多省市提供运行和服务，各种光纤局域网提供运行和服务，各种光纤局域网/城域网城域网/广域广域网已得到了广泛应用，我国已成为世界上为数不网已得到了广泛应用，我国已成为世界上为数不多的几个掌握了全套多的几个掌握了全套SDH和和
22、WDM光通信系统系列光通信系统系列产品技术的国家之一，在世界光通信系统和光网产品技术的国家之一，在世界光通信系统和光网络领域已经占据了一席之地。络领域已经占据了一席之地。而且我国的通信网已经成为全球通信网的一而且我国的通信网已经成为全球通信网的一部分。陆地上已有光缆通到欧洲和东南亚。海上部分。陆地上已有光缆通到欧洲和东南亚。海上也有了中日、中韩和中美之间海底光缆系统。也有了中日、中韩和中美之间海底光缆系统。进入九十年代我国光纤通信研究和产业都得到巨大的发进入九十年代我国光纤通信研究和产业都得到巨大的发展。商用系统的比特率从展。商用系统的比特率从140Mbit/s为主，跳过了为主，跳过了565M
23、bit/s和和622mbit/s（这两个比特率在我国使用较少）进入比特率为（这两个比特率在我国使用较少）进入比特率为2.5Gbit/s的系统的研究和实用化。当前我国已有的系统的研究和实用化。当前我国已有10Gbit/s和和40Gbit/s的实用化系统，已经开始研究速率的实用化系统，已经开始研究速率100Gbit/s以上的系以上的系统，与国际上基本同步。统，与国际上基本同步。在全国通信网的建设方面也进展迅速。在全国通信网的建设方面也进展迅速。“八五八五”和和“九九五五”计划期间（计划期间（1991-2000），我国建设了两个），我国建设了两个“八纵八横八纵八横”通信光缆，通信干线网基本覆盖全国。
24、通信光缆，通信干线网基本覆盖全国。20世纪世纪80年代中期，数字光纤通信的速率年代中期，数字光纤通信的速率已达到已达到144Mb/s，可传送，可传送1980路电话，超过路电话，超过同轴电缆载波。于是，光纤通信作为主流同轴电缆载波。于是，光纤通信作为主流被大量采用，在传输干线上全面取代电缆被大量采用，在传输干线上全面取代电缆。经过国家。经过国家“六五六五”、“七五七五”、“八五八五”和和“九九五五”计划，中国已建成计划，中国已建成“八纵八横八纵八横”干线网干线网，连通全国各省区市连通全国各省区市。19791979年年,北京大学研制的系统（比特率北京大学研制的系统（比特率8 Mbit/s8 Mbi
25、t/s，传输距，传输距离离3 km3 km）安装于北京市电话网中，获国家科技进步二等奖）安装于北京市电话网中，获国家科技进步二等奖 19821982年年,邮电部重点科研工程邮电部重点科研工程“八二工程八二工程”在武汉开通在武汉开通 20192019年年,由北京大学和有关公司合作研制的由北京大学和有关公司合作研制的4 42.5 Gbit/s2.5 Gbit/s波分复用系统安装于国家光缆干线上，成为我国第一条实波分复用系统安装于国家光缆干线上，成为我国第一条实际使用的波分复用系统，获得国家科技进步三等奖际使用的波分复用系统，获得国家科技进步三等奖。20192019年年,中国生产的中国生产的8 82
26、.5Gb/sWDM2.5Gb/sWDM系统首次在青岛至大连系统首次在青岛至大连开通，随之沈阳至大连的开通，随之沈阳至大连的32322.5Gb/sWDM2.5Gb/sWDM光纤通信系统开光纤通信系统开通。通。20192019年年,3.2Tbps3.2Tbps超大容量的光纤通信系统在上海至杭州开超大容量的光纤通信系统在上海至杭州开通，是至今世界容量最大的实用线路通，是至今世界容量最大的实用线路 回顾光纤通信系统的发展历史，迄今为回顾光纤通信系统的发展历史，迄今为 止大致经历了止大致经历了5 5个发展阶段：个发展阶段：第一阶段：第一阶段：1973197619731976年的年的第第1 1代代光纤通信
27、系统光纤通信系统。其特征是：采用。其特征是：采用0.85m0.85m短波长多模光纤，光纤短波长多模光纤，光纤损耗为损耗为2.52.53 dB/km3 dB/km，传输速率为，传输速率为5050100Mb/s100Mb/s，中继距离为，中继距离为8 810 km10 km，于，于19781978年进入现场试用年进入现场试用，8080年代初陆续在世界先进国家推广应用，多用年代初陆续在世界先进国家推广应用，多用做市话局间中继线路。做市话局间中继线路。第二阶段：第二阶段：1976198219761982年的年的第第2 2代代光纤通信系统光纤通信系统。其特征是：采用。其特征是：采用1.3m1.3m长波长
28、多模或单模光纤长波长多模或单模光纤，光纤损耗为，光纤损耗为o.55o.55l dB/kml dB/km，传输速率为，传输速率为140 140 Mb/sMb/s，中继距离为，中继距离为202050 km50 km，于，于19821982年开始陆继年开始陆继投入使用，一般用于中、短距离的长途通信线路投入使用，一般用于中、短距离的长途通信线路，也用做大城市市话局间中继线，以实现无中继，也用做大城市市话局间中继线，以实现无中继传输。传输。第三阶段：第三阶段：1982198819821988年的年的第第3 3代代光纤通信系统光纤通信系统，采用，采用1.31m1.31m长波长单模光纤，光纤损耗降至长波长单
29、模光纤，光纤损耗降至0.30.30.5 dB/km0.5 dB/km，实用化、大规模应用是其主要，实用化、大规模应用是其主要特征，传输信号为准同步数字系列特征，传输信号为准同步数字系列(PDH)(PDH)的各次群的各次群路信号，中继距离为路信号，中继距离为5050100 km100 km，于，于19831983年以后年以后陆续投入使用，主要用于长途干线和海底通信，陆续投入使用，主要用于长途干线和海底通信，是光纤通信重点推广应用阶段。是光纤通信重点推广应用阶段。第四阶段：第四阶段：1988201919882019年的年的第第4 4代代光纤通信系统。光纤通信系统。其主要特征是：开始采用其主要特征是
30、：开始采用1.55m1.55m波长窗口的光纤波长窗口的光纤，光纤损耗进一步降至，光纤损耗进一步降至O.2 dB/kmO.2 dB/km，主要用于建设，主要用于建设同步数字系列同步数字系列(SDH)(SDH)同步传送网络，传输速率达同步传送网络，传输速率达2.5 Gb/s2.5 Gb/s，中继距离为，中继距离为8080120 km120 km，并开始采用，并开始采用掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器(EDFA)(EDFA)和波分复用和波分复用(WDM)(WDM)器等新型器等新型器件。色散位移光纤器件。色散位移光纤(I)SF7.G.653)(I)SF7.G.653)是应用于第是应用于第4 4代光纤通信系
31、统的一项重要成就。普通单模光纤代光纤通信系统的一项重要成就。普通单模光纤的零色散点在的零色散点在1.31um1.31um附近，色散位移光纤将零色附近，色散位移光纤将零色散点从散点从1.31m1.31m移到移到1.55m1.55m，有效地解决了，有效地解决了1.55m1.55m光通信系统的色散问题。光通信系统的色散问题。第五阶段：第五阶段：20192019年以来的年以来的第第5 5代代光纤通信系统。其主要特征光纤通信系统。其主要特征是：采用是：采用密集波分复用密集波分复用(DWDM)(DWDM)技术技术的全光网络开发与应用，的全光网络开发与应用，充分利用光纤低损耗波段潜在容量实现传输系统的急剧扩
32、容充分利用光纤低损耗波段潜在容量实现传输系统的急剧扩容。由于。由于WDMWDM具有大容量、透明性、可重构性、易扩容性等优具有大容量、透明性、可重构性、易扩容性等优异性能，近年来得到了极大的重视和飞速的发展，其相关的异性能，近年来得到了极大的重视和飞速的发展，其相关的光器件、光系统、光网络等方面的发展代表了光通信技术的光器件、光系统、光网络等方面的发展代表了光通信技术的发展方向，已成为国际和国内在光纤通信领域内的研究重点发展方向，已成为国际和国内在光纤通信领域内的研究重点和应用热点。国际上，在高速光传输方面，目前已实现和应用热点。国际上，在高速光传输方面，目前已实现10.96 Tb/s(2741
33、0.96 Tb/s(274波波40(Gb/s)40(Gb/s)的实验系统的实验系统;在超长距离传输在超长距离传输方面，已达到了方面，已达到了4000 km4000 km无电中继的技术水平无电中继的技术水平;在光网络方面在光网络方面，“光网技术合作计划光网技术合作计划(ONTC)”(ONTC)”、“多波长网络多波长网络(MONET)”(MONET)”、“国家透明光网络国家透明光网络(NTON)”(NTON)”、“泛欧光子传送重叠网泛欧光子传送重叠网(PHOTON)”(PHOTON)”、“泛欧光网络泛欧光网络(OPEN)”(OPEN)”、“光通信网管理光通信网管理(MOON)”(MOON)”、“光
34、城域通信网光城域通信网(MTON)”(MTON)”、“波长捷变传送接入波长捷变传送接入网网(WOTAN)”(WOTAN)”和和“社团光纤骨干网社团光纤骨干网(COBNET)”(COBNET)”等一系列光网等一系列光网络研究项目的相继启动、实施与完成，为下一代宽带信息网络研究项目的相继启动、实施与完成，为下一代宽带信息网络，尤其是为承载未来络，尤其是为承载未来IPIP业务的下一代光通信网络奠定了良业务的下一代光通信网络奠定了良好基础。好基础。四大里程碑四大里程碑 1960年，世界上第一台相干振荡光源红宝石年，世界上第一台相干振荡光源红宝石激光器激光器问世。问世。1970年，美国康宁玻璃公司的卡普
35、隆（年，美国康宁玻璃公司的卡普隆（Kapron）博士）博士等等 拉制出损耗仅为拉制出损耗仅为20 dB/km的的光纤光纤(元年说）元年说）1985年，南安普敦大学的年，南安普敦大学的Mears等人制成了等人制成了掺铒光纤放掺铒光纤放大器大器（erbium-doped fiber amplifier,EDFA）90年代，年代，光纤光栅、全光纤光子器件、平面波导器件光纤光栅、全光纤光子器件、平面波导器件及其集成的出现及其集成的出现 20世纪世纪90年代初年代初。1989年年掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器EDFA的研制成功是光纤通信新一轮突破的开的研制成功是光纤通信新一轮突破的开始。始。EDFA的应用
36、不仅解决了光纤传输衰减的的应用不仅解决了光纤传输衰减的补偿问题，而且为一批光网络器件的应用创补偿问题，而且为一批光网络器件的应用创造了条件。使得光纤通信的数字造了条件。使得光纤通信的数字传输速率迅传输速率迅速提高速提高，促成了波分复用技术的，促成了波分复用技术的实用化实用化。2.5Gb/s 10Gb/s 40Gb/s10Gb/s 40Gb/s20Gb/s 80Gb/s80Gb/s 320Gb/s3216841WDM WDM 波长数波长数每波长比特率每波长比特率40Gb/s 网络容量演进战略网络容量演进战略工作波长工作波长光纤光纤激光器激光器 比特率比特率B中继距离中继距离L第一代第一代70年代
37、年代850nm多模多模多模多模44.7Mb/s 10Km第二代第二代80年代初年代初1300nm多模多模单模单模多模多模140Mb/s20 50Km第三代第三代80年代中年代中90年代初年代初1550nm单模单模单模单模PDH群路（群路（140Mb/s）50 100Km工作工作波长波长光纤光纤 激光激光器器比特率比特率B中继距离中继距离L第四第四代代90年代年代1550nm单模单模单模单模SDH，WDM技技术术2.5Gb/s无中继：无中继：80 120KmEDFA：1500Km第五第五代代1550nm单模单模单模单模WDM网络，网络，单波长单波长10,40,160Gb/s信道数信道数:8,16
38、,64,128,1022超长传输距离超长传输距离:27000Km(Loop)6380(Line)目前目前研究研究内容内容WDM光网络；全光分组交换；光时分复用；光孤子通信光网络；全光分组交换；光时分复用；光孤子通信；新型的光器件；新型的光器件 有人认为有人认为，我国光纤通信主要干线已经建成，光，我国光纤通信主要干线已经建成，光纤通信容量达到纤通信容量达到Tb/s，几乎用不完几乎用不完，光纤的价格，光纤的价格低到每公里低到每公里100元元，几乎无利可图。因此，几乎无利可图。因此不要发展不要发展光纤通信技术了光纤通信技术了。实际上，特别是中国，省内农村有许多空白实际上，特别是中国，省内农村有许多空
39、白需要建设；需要建设；3G移动通信网的建设也需要光纤网来移动通信网的建设也需要光纤网来支持；随着宽带业务的发展、网络需要扩容等，支持；随着宽带业务的发展、网络需要扩容等，光纤通信仍有巨大的市场。现在每年光纤通信设光纤通信仍有巨大的市场。现在每年光纤通信设备和光缆的销售量是上升的。备和光缆的销售量是上升的。FTTH（光纤到家庭）是光纤通信进一步发（光纤到家庭）是光纤通信进一步发展的方向，它被公认为理想的宽带接入网展的方向，它被公认为理想的宽带接入网 目前，发达国家目前，发达国家FTTH建设普遍开展，日本建设普遍开展，日本、韩国和美国领先发展，采用各种无源光、韩国和美国领先发展，采用各种无源光网网
40、PON和以太网技术。中国的运营商和房地和以太网技术。中国的运营商和房地产开发商已对产开发商已对FTTH进行了试点。进行了试点。光纤通信是目前世界上发展最快的领域，平均每9个月性能翻一番、价格降低一半，其速度已超过了计算机芯片性能每18个月翻一番的摩尔定律的一倍。在短短的30多年时间里已经经历了五代通信系统的使用。爆炸性发展爆炸性发展 2121世纪是光子的世纪，是光网络的世纪是光子的世纪，是光网络的世纪，通信走向全光网络必然要涉及开世纪，通信走向全光网络必然要涉及开发一系列不同于以往传统光纤通信要求发一系列不同于以往传统光纤通信要求的新技术、新器件。的新技术、新器件。n未来技术角色未来技术角色
41、v超大容量光纤通信系统超大容量光纤通信系统 v光集成器件和光电集成器件的研究光集成器件和光电集成器件的研究 v新类型光纤的研究新类型光纤的研究 v解决全网瓶颈的手段解决全网瓶颈的手段光接入网光接入网 光纤通信技术特点光纤通信技术特点n光纤通信技术特点光纤通信技术特点 n传输容量大。传输容量大。n传输损耗小，中继距离长传输损耗小，中继距离长 n抗干扰性好，保密性强，使用安全抗干扰性好，保密性强，使用安全n材料资源丰富，可节约金属材料材料资源丰富，可节约金属材料n重量轻，可挠性好，敷设方便重量轻，可挠性好，敷设方便 1、频带宽频带宽 频带的宽窄代表传输容量的大小。频带的宽窄代表传输容量的大小。载载
42、波波的频率越高，可以的频率越高，可以传输信号传输信号的频带宽度的频带宽度就越大。可见光的频率达就越大。可见光的频率达100000GHz100000GHz，目前，目前单个光源的带宽只占了其中很小的一部分单个光源的带宽只占了其中很小的一部分(多模光纤的频带约几百兆赫，好的单模光多模光纤的频带约几百兆赫，好的单模光纤可达纤可达10GHz10GHz以上以上)，光纤通信是以光纤为传输媒介，光波为载波的通信系统，其载波光波具有很高的频率(约1014Hz)，因此光纤具有很大的通信容量。目前的光纤容量已经达到十多个Tbit/s(理论可达100 Tbit/s）理论上讲一根单模光纤可利用的带宽达理论上讲一根单模光
43、纤可利用的带宽达20THz(1THz=1012Hz)以上，可通上亿路电话。现以上，可通上亿路电话。现在最先进的光纤通信系统达在最先进的光纤通信系统达400GHz,而一路电话而一路电话带宽约占带宽约占4KHz频带频带,一路彩色电视约占一路彩色电视约占6MHz频频带带光纤通信的容量有多大光纤通信的容量有多大?光波中心波长光波中心波长1.5 m，中心频率，中心频率1014Hzn目前商用水平：目前商用水平：312万路电话万路电话/纤纤n速率：速率：2.510Gb/s提高数据率的途径提高数据率的途径n电复用电复用n光复用光复用密集波分复用密集波分复用(DWDM)：光时分复用光时分复用(OTDM)2损耗低
44、损耗低在同轴电缆组成的系统中，最好的电缆在传输在同轴电缆组成的系统中，最好的电缆在传输800MHz800MHz信号时，信号时，每公里的损耗都在每公里的损耗都在40dB40dB以上以上。相比之。相比之下，光导纤维的损耗则要小得多，传输下，光导纤维的损耗则要小得多，传输1.31um1.31um的光，的光，每公里损耗在每公里损耗在0 035dB35dB以下以下若传输若传输1.55um1.55um的光，每公的光，每公里损耗更小，可达里损耗更小，可达0 02dB2dB以下以下。这就比同轴电缆的功。这就比同轴电缆的功率损耗要率损耗要小一亿倍小一亿倍，使其能传输的距离要远得多。此，使其能传输的距离要远得多。
45、此外，光纤传输损耗还有外，光纤传输损耗还有两个特点两个特点，一是，一是在全部有线电在全部有线电视频道内具有相同的损耗视频道内具有相同的损耗，不需要像电缆干线那样必，不需要像电缆干线那样必须引入均衡器进行均衡；二是须引入均衡器进行均衡；二是其损耗几乎不随温度而其损耗几乎不随温度而变变，不用担心因环境温度变化而造成干线电平的波动。，不用担心因环境温度变化而造成干线电平的波动。七O年：20dB/km七二年：4 dB/km七四年：1.1dB/km七六年：0.5dB/km七九年：0.2dB/km九O年：0.14dB/km 同轴电缆通信的中继距离只有几千米，最同轴电缆通信的中继距离只有几千米，最长的微波通
46、信是长的微波通信是 50 千米千米左右，而光纤通信左右，而光纤通信系统的最长中继距离已达系统的最长中继距离已达 300千米千米。例如，对于400Mb/s速率的信号，光纤通信系统可达到100km以上的无中继传输距离，然而，同样速率的同轴电缆通信系统，无中继传输距离仅为1.6km左右。如将来采用非石英系的超长波长光纤，传输损耗会更小，有 可 能 实 现1000km以上的无中继传输，这一点对于海底光缆通信等长途干线业务具有重大意义。如果今后采用非石英光纤，并工作在超长波长(2m)，光纤的理论损耗系数可以下降到10-310-5dB/km，此时光纤通信的中继距离可达数千，甚至数万公里。那在许多情况下，通
47、信线路中就可以不设中继站了。这对越洋通信意义尤其重大，因为在海底设立中继站，不仅使线路成本大为提高，也大大增加了维修工作的困难。3重量轻重量轻 因为光纤非常细，单模光纤芯线直径一般为4um10um，外径也只有125um，加上防水层、加强筋、护套等，用448根光纤组成的光缆直径还不到13mm，比标准同轴电缆的直径47mm要小得多，加上光纤是玻璃纤维，比重小，使它具有直径小、重量轻的特点，安装十分方便。制造 1000 千米的 8 管同轴电缆却需要消耗120吨铜和 500 吨铅。拉制成千上万千米光纤1 千克千克高纯度石英玻璃可以了。18 管同轴电缆每米重 11 千克；100 芯铅皮对称电缆每米重 2
48、.9 千克，而同等容量的光缆每米只有90克克重。4抗干扰能力强抗干扰能力强 因为光纤的基本成分是石英，只传光，不导电，不受电磁场的作用，在其中传输的光信号不受电磁场的影响，故光纤传输对电磁干扰、工业干扰有很强的抵御能力。也正因为如此，在光纤中传输的信号不易被窃听，因而利于保密。5保真度高保真度高 因为光纤传输一般不需要中继放大，不会因为放大引人新的非线性失真。可高保真地传输电视信号。6工作性能可靠工作性能可靠 我们知道，一个系统的可靠性与组成该系统的设备数量有关。设备越多，发生故障的机会越大。因为光纤系统包含的设备数量少(不像电缆系统那样需要几十个放大器)，可靠性自然也就高，加上光纤设备的寿命
49、都很长，无故障工作时间达50万75万小时，其中寿命最短的是光发射机中的激光器，最低寿命也在10万小时以上。光纤系统的工作性能是非常可靠的。7成本不断下降成本不断下降目前，有人提出了新摩尔定律，也叫做光学定律（Optical Law）。该定律指出，光纤传输信息的带宽，每6个月增加1倍，而价格降低1倍。光通信技术的发展，为Internet宽带技术的发展奠定了非常好的基础。这就为大型有线电视系统采用光纤传输方式扫清了最后一个障碍。由于制作光纤的材料(石英)来源十分丰富，随着技术的进步，成本还会进一步降低；而电缆所需的铜原料有限，价格会越来越高。显然，今后光纤传输将占绝对优势，成为建立全省、以至全国有
50、线电视网的最主要传输手段。光纤通信的缺点光纤通信的缺点 事物都是一分为二的，光纤通信有许多优点，因而发展很快，但光纤通信也有以下缺点。n抗拉强度低，容易折断(比如经常被挖断)n光纤连接困难(断面是否垂直、焊接点是否有气泡等)n光纤通信过程中怕水、怕冰(OH-根吸收增大损耗)n光纤怕弯曲(导致损耗增加)案例：新疆某地区大雪导致光纤故障(2019年10月报道)原因：光缆没有防护好被冰雪包裹，并由于冰雪压力和热胀冷缩导致光纤弯曲缺点 质地脆,机械强度低 光纤切断和接续需要一定的工具,设备和技术 分路,耦合不灵活 光纤,光缆弯曲半径不能过小(20CM)在偏僻地区存在有供电困难问题光纤通信是不是完美无缺
