第一章第一章 概概 述述1.1 光纤通信的发展与现状光纤通信的发展与现状1.2 光纤通信的主要特性光纤通信的主要特性1.3 光纤通信系统的组成和分类光纤通信系统的组成和分类1.1 光纤通信的发展与现状光纤通信的发展与现状1.1.1 早期的光通信早期的光通信到到了了1880年年，贝贝尔尔发发明明了了第第一一个个光光电电话话，这这一一大大胆胆的的尝尝试试，可可以以说说是是现现代代光光通通信的开端。信的开端。在在这这里里，将将弧弧光光灯灯的的恒恒定定光光束束投投射射在在话话筒筒的的音音膜膜上上，随随声声音音的的振振动动而而得得到到强强弱弱变化的反射光束，这个过程就是调制。变化的反射光束，这个过程就是调制。图图1.1 贝尔电话系统贝尔电话系统贝贝尔尔光光电电话话和和烽烽火火报报警警一一样样，都都是是利利用用大大气气作作为为光光通通道道，光光波波传传播播易易受受气气候候的的影影响响，在在大大雾雾天天气气，它它的的可可见见度度距距离离很很短短，遇到下雨下雪天也有影响。遇到下雨下雪天也有影响。1.1.2 光纤通信光纤通信在在大大气气光光通通信信受受阻阻之之后后，人人们们将将研研究究的的重重点点转转入入到到地地下下光光波波通通信信的的实实验验，先先后后出出现现过过反反射射波波导导和和透透镜镜波波导导等等地地下下通通信信的的实验，如图实验，如图1.2所示。所示。图图1.2 反射波导和透镜波导反射波导和透镜波导1966年年，英英籍籍华华人人高高锟锟(K.C.Kao，当当时时工工作作于于英英国国标标准准电电信信研研究究所所)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纤纤维维中中的的严严重重损损耗耗问问题题，发发现现这这种种玻玻璃璃纤纤维维引引起起光光损损耗耗的的主主要要原原因因是是其其中中含含有有过过量量的的铬铬、铜铜、铁铁与与锰锰等等金金属属离离子子和和其其他他杂杂质质，其其次次是是拉拉制制光光纤纤时时工工艺艺技技术术造造成成了了芯芯、包包层层分分界界面面不不均均匀匀及及其其所所引引起起的的折折射射率率不不均均匀匀，他他还还发发现现一一些些玻玻璃璃纤维在红外光区的损耗较小。纤维在红外光区的损耗较小。在高锟理论的指导下，在高锟理论的指导下，1970年美国的年美国的康宁公司拉出了第一根损耗为康宁公司拉出了第一根损耗为20dB/km的的光纤。光纤。1977年年 美美 国国 在在 芝芝 加加 哥哥 进进 行行 了了44.736Mbit/s的的现现场场实实验验，1978年年，日日本本开开始始了了32.064Mbit/s和和97.728Mbit/s的的光光纤纤通通信信实实验验；1979年年，美美国国AT&T和和日日本本NTT均研制出了波长为均研制出了波长为1.35m的半导体激光器，的半导体激光器，日本也做出了超低损耗的光纤日本也做出了超低损耗的光纤(损耗损耗为为0.2dB/km，波长为波长为1.55m)，同时进行了同时进行了多模光纤多模光纤(同时允许多个方向的光线在其中同时允许多个方向的光线在其中传送的光纤传送的光纤)1.31m的长波长传输系统的的长波长传输系统的现场试验。现场试验。到到如如今今，光光纤纤通通信信已已经经发发展展到到以以采采用用光光放放大大器器(Optical Amplifier，OA)增增加加中中继继 距距 离离 和和 采采 用用 波波 分分 复复 用用 (Wavelength Division Multiplexing，WDM)增增加加传传输输容容量为特征的第四代系统。量为特征的第四代系统。1.2 光纤通信的主要特性光纤通信的主要特性1.2.1 光纤通信的优点光纤通信的优点1. 光纤的容量大光纤的容量大光光纤纤通通信信是是以以光光纤纤为为传传输输媒媒介介，光光波波为为载载波波的的通通信信系系统统，其其载载波波光光波波具具有有很很高高的的频频率率(约约1014Hz)，因因此此光光纤纤具具有有很很大大的的通通信容量。信容量。2. 损耗低、中继距离长损耗低、中继距离长目目前前，实实用用的的光光纤纤通通信信系系统统使使用用的的光光纤纤多多为为石石英英光光纤纤，此此类类光光纤纤在在1.55m波波长长区区的的损损耗耗可可低低到到0.18dB/km，比比已已知知的的其其他他通通信信线线路路的的损损耗耗都都低低得得多多，因因此此，由由其其组组成成的的光光纤纤通通信信系系统统的的中中继继距距离离也也较较其其它它介介质构成的系统长得多。质构成的系统长得多。如如果果今今后后采采用用非非石石英英光光纤纤，并并工工作作在在超超长长波波长长(2m)，光光纤纤的的理理论论损损耗耗系系数数可可以以下下降降到到10-310-5dB/km，此此时时光光纤纤通通信的中继距离可达数千，甚至数万公里。信的中继距离可达数千，甚至数万公里。3. 抗电磁干扰能力强抗电磁干扰能力强我我们们知知道道，电电话话线线和和电电缆缆一一般般是是不不能能跟跟高高压压电电线线平平行行架架设设的的，也也不不能能在在电电气气铁铁化路附近铺设。化路附近铺设。4. 保密性能好保密性能好对对通通信信系系统统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，随随着着科科学学技技术术的的发发展展，电电通通信信方方式式很很容容易易被被人人窃窃听听：只只要要在在明明线线或或电电缆缆附附近近(甚甚至至几几公公里里以以外外)设设置置一一个个特特别别的的接接收收装装置置，就就可可以以获获取取明明线线或或电电缆缆中中传传送送的的信信息息。更不用去说无线通信方式。更不用去说无线通信方式。5. 体积小，重量轻体积小，重量轻6. 节省有色金属和原材料节省有色金属和原材料1.2.2 光纤通信的缺点光纤通信的缺点事事物物都都是是一一分分为为二二的的，光光纤纤通通信信有有许许多多优优点点，因因而而发发展展很很快快，但但光光纤纤通通信信也也有有以下缺点。以下缺点。1. 抗拉强度低抗拉强度低2. 光纤连接困难光纤连接困难3. 光纤怕水光纤怕水1.3 光纤通信系统的组成和分类光纤通信系统的组成和分类1.3.1 光纤通信系统的组成光纤通信系统的组成光光纤纤通通信信系系统统是是以以光光纤纤为为传传输输媒媒介介，光光波波为为载载波波的的通通信信系系统统。主主要要由由光光发发送送机机、光纤光缆、中继器和光接收机组成。光纤光缆、中继器和光接收机组成。系系统统中中光光发发送送机机的的作作用用是是将将电电信信号号转转换换为为光光信信号号，并并将将生生成成的的光光信信号号注注入入光光纤纤。光光发发送送机机一一般般由由驱驱动动电电路路、光光源源和和调调制制器器构构成成，如如果果是是直直接接强强度度调调制制可可以以省省去去调调制制器，这些将在后续章节中详细介绍。器，这些将在后续章节中详细介绍。光光接接收收机机的的作作用用是是将将光光纤纤送送来来的的光光信信号号还还原原成成原原始始的的电电信信号号。它它一一般般由由光光电电检检测测器器和和解解调调器器组组成成，对对于于直直接接强强度度调调制制解解调器可以省略。调器可以省略。光光纤纤的的作作用用是是为为光光信信号号的的传传送送提提供供传传送送媒媒介介(信信道道)，将将光光信信号号由由一一处处送送到到另另一一处。处。中中继继器器分分为为电电中中继继器器和和光光中中继继器器(光光放放大大器器)两两种种，其其主主要要作作用用就就是是延延长长光光信信号号的的传输距离。传输距离。1.3.2 光纤通信系统的分类光纤通信系统的分类根据调制信号的类型，光纤通信系统根据调制信号的类型，光纤通信系统可以分为模拟光纤通信系统和数字光纤通可以分为模拟光纤通信系统和数字光纤通信系统。信系统。根根据据光光源源的的调调制制方方式式，光光纤纤通通信信系系统统可可以以分分为为直直接接调调制制光光纤纤通通信信系系统统和和间间接接调调制光纤通信系统。制光纤通信系统。根据光纤的传导模数量，光纤通信系根据光纤的传导模数量，光纤通信系统可以分为多模光纤通信系统和单模光纤统可以分为多模光纤通信系统和单模光纤通信系统。通信系统。根根据据系系统统的的工工作作波波长长，光光纤纤通通信信系系统统可可分分为为短短波波长长光光纤纤通通信信系系统统、长长波波长长光光纤纤通信系统和超长波长光纤通信系统。通信系统和超长波长光纤通信系统。