第6章 光纤通信课件.ppt
《第6章 光纤通信课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第6章 光纤通信课件.ppt(69页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、,1,通信概论,第6章 光纤通信,05:12,2,光纤通信概述光纤通信系统的组成光纤和光缆光纤通信发展趋势,光纤通信,05:12,3,7.1光纤通信概述,1、何谓光纤通信用光波作为载波,以光导纤维作为传输介质的一种通信方式。2、光纤通信在通信网中的地位 专家预言,下一代网络,无论如何发展,一定将要达到三个世界:服务层面上的IP世界接入层面上的无线世界传输层面上的光的世界,05:12,4,7.1光纤通信概述,3、光纤通信的容量香农公式 通信系统的传输容量(capacity)取决于对载波调制的频带宽度,即在某种程度上,载波频率越高,频带越宽,系统容量越大。通信技术发展的历史,实际上是一个不断提高载
2、波频率和增加传输容量的历史。一对光纤理论上每秒可传送25兆兆(1012)比特的信息,05:12,5,7.1光纤通信概述,各种传输介质所能承载的载波大小:铜线1MHz同轴电缆100MHz无线电500kHz100MHz微波(包括卫星信道)100GHz光纤几百THz在2001年OFC会议上,NEC和Alcatel报道他们的传输容量分别达到10.92Tb/s和10.02Tb/s。(采用波分复用技术),05:12,6,7.1光纤通信概述,4、光纤通信的载波电磁波的一种近红外光频率为几百THz常用波长0.85 m 、1.31 m 、1.55 m波段,05:12,7,7.1光纤通信概述,05:12,8,7.
3、1光纤通信概述,人眼能否看见光纤中的光,05:12,9,05:12,10,7.1.2 光纤通信发展历史,1.原始的光通信方式目视光通信阶段 3千多年前,中国古代的烽火台新疆呼图壁县境内的烽火台,05:12,11,7.1.2 光纤通信发展历史,欧洲人的旗语1650年,望远镜,极大地延长了这种目视光通信的距离。 1791年,法国人发明了灯信号和“灯语”虽然人类社会的文明程度和科学技术得到了很大的提高,但是简单的利用光传递信息的方式仍然在广泛使用,例如:红、黄、绿交通灯。目视光通信方式的共同点:利用大气来传播可见光,由人眼来接收。真正强大的光通信应该是光纤通信,即单纯地依靠光纤作为媒质来传送信息的通
4、信方式。,05:12,12,光纤通信发展历史,2.光通信的发展历程 (1)贝尔的光电话1880年,贝尔发明了光电话系统。利用太阳光作光源,用硒晶体作为光接收器件,成功进行了光电话的实验 ,传输距离200多米。说明了:利用光波作为载波传送信息是可行的。,05:12,13,利用光在大气中传送信息方便简单,人们开始研究的光通信都是这种方式。 但光在大气中的传送要受到气象条件很大限制,使信号传输受到很大阻碍。此外,太阳光、灯光等普通的可见光源,都不适合作为通信的光源,因为从通信技术上看,这些光都是带有“噪声”的光。也就是说,这些光的频率不稳定、不单一,光的性质也很复杂;一句话,就是光不纯。 因此,若要
5、用光来通信,必须要解决两个最根本的问题:一是必须有稳定的、低损耗的传输媒质;另一个问题是必须要找到高强度的、可靠的光源。 可以说贝尔光电话是现代光通信的雏型,05:12,14,光纤通信发展历史,(2)光源的探索阶段1960年,美国人梅曼发明了第一台红宝石激光器,给光通信带来了新的希望研究现代化光通信的时代也从此开始认识一下激光 激光的最初中文名叫做“镭射”、“莱塞”,是它的英文名称LASER的音译,是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词的头一个字母组成的缩写词。意思是“受激辐射的光放大”。,05:12,1
6、5,光纤通信发展历史,什么叫做“受激辐射”?它基于伟大的科学家爱因斯坦在1916年提出了的一套全新的理论。这一理论是说在组成物质的原子中,有不同数量的粒子(电子)分布在不同的能级上,在高能级上的粒子受到某种光子的激发,会从高能级跳到(跃迁)到低能级上,这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光,而且在某种状态下,能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这就叫做“受激辐射的光放大”,简称激光。1950年,波尔多一所中学的教师阿尔弗雷德卡斯特勒同让布罗塞尔发明了“光泵激”技术。这一发明后来被用来发射激光,05:12,16,但是最初发明的激光器在室温下不能连续工作,因此,还不可能在通信中获得实际应用。,05
7、:12,17,光纤通信发展历史,1951年,美国哥伦比亚大学的一位教授查尔斯汤斯(Townes)对微波的放大进行了研究,经过三年的努力,他成功地制造出了世界上第一个“微波激射器”,即“受激辐射的微波放大”的理论。 1958年,汤斯和肖洛在物理评论杂志上发表了他们的“发明”关于“受激辐射的光放大”(即LASER)的论文。 1960年7月,梅曼在加利福尼亚的休斯空军试验室进行了人造激光的第一次试验,当按钮按下时,第一束人造激光就产生了。这束仅持续了3亿分之一秒的红色激光标志着人类文明史上一个新时刻的来临。,05:12,18,光纤通信发展历史,1970年,贝尔研究所的林严雄等人研制出能在室温下连续工
8、作的半导体激光器 这种激光器只有米粒大小,尽管最初的激光器寿命很短,但它已被认为可以作为光通信的光源。和普通光源相比,激光的优点单色性好相干性高方向性强,05:12,19,光纤通信发展历史,(3)传输光路的探索第一种方式:使激光在大气中传输通信能力和质量受周围大气环境的影响很大,如雨可造成30dB/km的损耗,浓雾衰减可达120dB/km 10dB/km的损耗意味着输入的信号传送1公里后只剩下十分之一20dB/km的损耗意味着输入的信号传送1公里后只剩下百分之 30dB/km的损耗意味着输入的信号传送1公里后只剩下千分之一,05:12,20,光纤通信发展历史,第二种方式:把光束限制在特定空间透
9、镜波导:在金属管内每隔一定距离安装一个透镜,每个透镜把经传输的光束聚到下一个透镜而实现,05:12,21,光纤通信发展历史,反射镜波导:用与光束传输方向成45度角的两个平行反射镜代替透镜而构成首先:现场施工中校准和安装十分复杂;其次:地面活动对波导影响很大,05:12,22,光纤通信发展历史,光纤波导:光纤即玻璃纤维,人们用它制造了医疗上用的内窥镜,如做成胃镜,可以观察到距离体内1米左右的情况。但是它的衰减损耗特别大,只能传输很短的距离。直到20世纪60年代,最好的光纤的损耗仍在1000dB/km以上。(亿百分之一)这是不能用于通信的。1970年,第一根低损耗光纤20dB/km研制成功。197
10、0年被称为光纤通信元年。,05:12,23,备注:光纤的发展1966年7月,英籍华裔学者高锟大胆预言:只要能设法降低玻璃纤维的杂质,就有可能使光纤的损耗从1000dB/km降低到20dB/km,甚至更低,从而可以用于通信。1970年,美国康宁公司成功制成了20dB/km的石英光纤1972年,康宁公司 4dB/km1973年,美国Bell实验室 2.5dB/km1974年,美国Bell实验室 1.1dB/km1976年,NTT 0.47 2.5dB/km1979年,0.2dB/km1984年,0.157dB/km1986年,0.154dB/km 接近了光纤最低损耗的理论极限,05:12,24,7
11、.1.3 光纤通信的优点,1、汗牛充栋允许频带宽,传输容量大90年代,光纤的传输速率已经达到了每秒T比特级(1012),1Tb/s的速率意味着我们可以用一对只有头发丝粗细的光纤在1秒钟之内将300年的泰晤士报传送到世界上任何一个角落,或者同时传送10万路电视节目,或同时通1200万路电话。由于任何信道都无法避免地会有各种噪声,而信号的功率也不可能太高,所以信道的容量不可能达到无穷。在通信中,信道的带宽和信道的容量遵循香农公式,05:12,25,光纤通信的优点,(2)特快列车损耗小,中继距离长目前常用光纤损耗为0.2dB/km,甚至更低,直观地说,就是光传送15公里,其强度还有原来的一半。中继距
12、离长:用石英玻璃制成的光纤在1.33m和1.55m波长的传输损耗分别为0.50dB/km和0.20dB/km。因此,一般光纤通信系统的中继距离为几十公里,有的达一百多公里。而电缆通信系统中,中继距离为几公里。所以光纤通信适合于长距离干线通信,特别是对于跨洋通信来说,具有重大意义单模光纤最大中继距离可达上百公里,如果再加上光纤放大器,则可以直通上万公里而不需要再生中继。(3)瘦身专家体积小,重量轻美国在军用飞机上用光纤代替电缆,在A7飞机上,重量减轻了12.25公斤,节省了约27万美元,05:12,26,光纤通信的优点,(4)百毒不侵抗干扰能力强,保密性好首先:光纤是由非金属材料石英制成的,是绝
13、缘体其次:光纤所传输的是高频电磁波,而各种干扰的频率一般都很低(5)随处可见原材料来源丰富 SiO2,就是随处可见的沙子,而且1公斤高存度的石英玻璃可以制成上万公里的光纤,而制造1公里18管的同轴电缆需120公斤的铜,或500公斤的铅。34Mb/s以上光纤通信系统的价格比同轴电缆便宜30%以上。所以采用光纤通信系统在经济上有重大意义。白玉微瑕、质地脆、机械强度低、需要比较好的切割及连接技术、分路耦合比较麻烦,05:12,27,7.2光纤和光缆,7.2.1光纤光纤(optical fiber):光导纤维的简称,是一种介质圆柱光波导,它能够约束并引导光波在其内部或表面附近沿其轴线方向向前传播,05
14、:12,28,1.光纤的结构纤芯:高折射率玻璃芯折射率n1一般为1.4631.467 直径为10m、50 m、62.5 m完成光信号的传输包层:低折射率玻璃芯折射率n2一般为1.451.46 直径为125m 将光信号封闭在纤芯中并保护纤芯护层:主要起保护作用,一般是塑料材料,05:12,29,2.光纤的导光原理携带信息的光波在光纤中传输时,能量是集中在纤芯中向前传输,不希望包层中有能量。光波在均匀介质中传播时,其轨迹是一条直线,而当遇到两种介质交界面时,将发生反射和折射现象。如图7-2所示。光的反射与折射光射线在纤芯和包层的交界处,即相当于光射线遇到了两种不同介质的交界面。,05:12,30,
15、05:12,31,当入射角大于临界角arcsin时,光线碰到包层时就会折射回纤芯,这个过程不断重复,光也就沿着光纤传输下去,于是在纤芯与包层的界面上发生全反射而被限制在纤芯内传播。如图7-3所示。,05:12,32,3光纤的传输模 “模”,来源于电磁场的概念,是指光场的“模式”,由于光实质上也是电磁波,所以光场的“模式”实质上是电磁场的一种分布形式。模式不同,其电磁场的分布不同。,05:12,33,关于光纤模式的概念,也可以从几何光学的观点直观地加以理解。根据全反射原理,任何以大于临界角值的角度入射到光纤纤芯的光线,就可在纤芯和包层的交界面上产生全反射而在光纤内传播。用几何光学的观点来看,可认
16、为每一束以不同角度入射的光线(具有不同的传播路径)均有一个不同的模式(mode),而把满足全反射条件的模式称为光纤的传输模。简单地说,在光纤的受光角内,以某一角度射入光纤端面、并能在光纤经纤芯包层界面上形成全反射的传播光线就可称为一个光的传输模式。,05:12,34,05:12,35,如图7-4所示,以不同入射角入射在光纤端面上的光线在光纤中形成不同的传播模式。沿光纤轴传播的叫作基模,相继还有一次模、二次模等。其中,模次较低的模为低次模,如二次模;模次较高的模为高次模。当光纤的芯直径较大时,则在光纤的受光角内,可允许光波以多个特定的角度射入光纤端面,并在光纤中传播,此时,就称光纤中有多个模式。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第6章 光纤通信课件 光纤通信 课件

链接地址:https://www.31ppt.com/p-1822826.html