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1、第第1章发展历史章发展历史第1页，本讲稿共30页光纤基础知识光纤基础知识何何谓谓光光纤纤？光光导导纤纤维维。其其质质多多为为玻玻璃璃，偶偶为为塑料。其状多为圆柱形。质脆而韧。塑料。其状多为圆柱形。质脆而韧。何何谓谓光光缆缆？由由单单根根光光纤纤或或多多根根光光纤纤束束（偶偶数数）及及加加强强构构件件、外外护护层层等等构构成成，为为工工程程敷敷设设之之实体。实体。何何谓谓光光纤纤通通信信？光光纤纤通通信信是是以以光光波波为为载载频频，以光纤为传输媒质的一种通信方式。以光纤为传输媒质的一种通信方式。第2页，本讲稿共30页光通信的发展历史光通信的发展历史1、我国古时候的、我国古时候的“烽火台烽火台”
2、（典故：烽火戏诸侯）（典故：烽火戏诸侯）2、1880年，贝尔发明年，贝尔发明“光电话光电话”3、1960年年，梅梅曼曼发发明明了了第第一一个个红红宝宝石石激激光光器器，1962年年，霍霍尔研制出半导体激光器，解决了光源问题。尔研制出半导体激光器，解决了光源问题。4、19611970年年，激激光光器器的的出出现现引引起起了了大大气气激激光光通通信信的的研研究究热热潮潮。其其间间出出现现过过空空心心光光波波导导管管、透透镜镜（或或反反射射镜镜）阵阵列列等传光方式，均不理想。等传光方式，均不理想。5、1966年年，英英籍籍华华人人高高锟锟博博士士发发表表降降低低玻玻璃璃损损耗耗的的论论文。文。第3页
3、，本讲稿共30页光通信的发展历史光通信的发展历史6、1970年年，CORNING公公 司司 首首 先先 制制 成成 了了 损损 耗耗 为为20dB/km的石英光纤，开创光通信的新局面。的石英光纤，开创光通信的新局面。7、1972年年，随随着着制制造造工工艺艺（材材料料提提纯纯、制制棒棒、拉拉丝丝）提高，多模光纤的衰减系数降至提高，多模光纤的衰减系数降至4 dB/km。8、1976年年，进进一一步步降降低低玻玻璃璃中中的的OH含含量量，出出现现了了1310nm和和1550nm两个低损耗长波长窗口。两个低损耗长波长窗口。9、1980年年，随随着着制制造造工工艺艺的的不不断断完完善善，制制造造出出了
4、了低低损损耗耗光光纤纤，在在1550nm的的衰衰减减系系数数为为0.2dB/km.已已接接近近理理论论值值。与与此此同同时时，激激光光器器、光光检检测测器器、各各种种光光无无源源器件、光仪表得到发展，形成了现代光纤通信技术器件、光仪表得到发展，形成了现代光纤通信技术第4页，本讲稿共30页光通信的发展历史光通信的发展历史1976年年，美美国国西西屋屋公公司司在在亚亚特特兰兰大大成成功功进进行行了了44.736Mbit/s传输传输110km的光纤通信系统的现场实验。的光纤通信系统的现场实验。1981年年以以后后，光光纤纤通通信信技技术术大大规规模模的的投投入入商商用用，经经过过近近20年年的的发发
5、展展，光光纤纤通通信信速速率率由由45Mbit/s提提高高到到目目前前的的40Gbit/s乃至更高。乃至更高。近近年年来来的的热热门门技技术术：全全光光通通信信、DWDM（密密集集波波分分复复用用）、低低损损耗耗光光纤纤（红红外外光光纤纤材材料料的的研研制制）、掺掺铒铒光光纤放大器纤放大器(EDFA)、光孤子通信等。、光孤子通信等。第5页，本讲稿共30页1.1 光纤通信及其特点光纤通信及其特点1.2 光缆工程的现状及光纤发展趋势光缆工程的现状及光纤发展趋势第6页，本讲稿共30页1.1 光纤通信及其特点光纤通信及其特点1.1.1 光纤通信的概念、特点1什么是光纤通信什么是光纤通信光光纤纤通通信信
6、就就是是以以光光波波为为载载波波，光光导导纤纤维为传输介质的通信方式维为传输介质的通信方式。第7页，本讲稿共30页2光纤通信的特点（1）巨大的传输容量（2）极低的传输衰耗3抗电磁干扰4信道串扰小、保密性好5光缆尺寸小、重量轻、可挠性好表表1-1列列出出了了光光缆缆和和其其他他几几种种传传输输介介质质特性的比较。特性的比较。第8页，本讲稿共30页表1-1光缆和其他几种传输介质特性比较 第9页，本讲稿共30页光纤通信的特点光纤通信的特点光纤通信同样也存在着如下缺点：光纤通信同样也存在着如下缺点：需要光需要光/电和电电和电/光变换部分；光变换部分；光直接放大难；光直接放大难；电力传输困难；电力传输困
7、难；弯曲半径不宜太小；弯曲半径不宜太小；需要高级的切断接续技术；需要高级的切断接续技术；分路耦合不方便分路耦合不方便第10页，本讲稿共30页光纤通信系统的基本组成与分类光纤通信系统的基本组成与分类光纤通信系统的基本组成 所谓光纤通信，就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。数字光纤通信系统方框图如图所示。由光发射机、光纤和光接收机组成。第11页，本讲稿共30页光纤通信系统的基本组成与分类光纤通信系统的基本组成与分类第12页，本讲稿共30页光发送部分由电发送端机、光发送端机和光源组成。光发送部分由电发送端机、光发送端机和光源组成。电端机即数字终端设备（电端机即数字终端设备（PCM多路复
8、用设备）多路复用设备）光光发发送送端端机机进进行行电电/光光信信号号的的转转换换。由由输输入入接接口口、线线路路码型变换和光发送等组成。码型变换和光发送等组成。光光源源：能能用用电电信信号号进进行行调调制制，要要求求寿寿命命长长、输输出出光光功功率率足足够够大大、电电/光光转转换换效效率率高高、发发射射波波长长在在低低损损耗耗窗窗口附近、光束集中、谱线宽度窄。口附近、光束集中、谱线宽度窄。目目前前常常用用的的光光源源有有半半导导体体激激光光器器(LD)和和半半导导体体发发光光二二极管极管(LED)第13页，本讲稿共30页光传输部分主要由光缆和光中继器组成光传输部分主要由光缆和光中继器组成光光中
9、中继继器器工工作作原原理理:把把来来自自光光纤纤线线路路的的微微弱弱光光信信号号，经经中中继继器器的的光光接接收收后后转转化化为为数数字字电电信信号号，经经过过放放大大、均均衡衡、定定时时判判决决、整整形形后后，输输入入中中继继器器的的驱驱动动电电路路驱驱动动光光源源，发出强的光脉冲，再注入光纤线路进行传输。发出强的光脉冲，再注入光纤线路进行传输。目目前前的的光光中中继继器器要要经经过过光光-电电-光光的的转转换换，未未来来的的直直接接对对光进行放大（如光进行放大（如EDFA掺铒光纤放大器）。掺铒光纤放大器）。具具有有放放大大、定定时时判判决决、整整形形功功能能的的光光中中继继器器称称3R中中
10、继继器器，具具有有放放大大、整整形形的的为为2R中中继继器器，具具有有放放大大功功能能的的为为1R中继器。中继器。第14页，本讲稿共30页光纤通信系统的基本组成与分类光纤通信系统的基本组成与分类光光接接收收部部分分由由光光接接收收机机、电电接接收收端端机机、线线路路码码型型反反变变换、输出接口等组成。换、输出接口等组成。光光接接收收的的主主要要功功能能是是进进行行信信号号的的光光/电电转转换换。主主要要通通过过光电检测器来完成。光电检测器来完成。常常用用的的检检测测器器有有PIN光光电电二二极极管管和和APD（雪雪崩崩式式）光光电电二极管。二极管。在在实实际际中中常常用用APD光光电电二二极极
11、管管，其其响响应应速速度度快快，响响应应度度大。大。常常用用的的APD有有Si-APD（工工作作在在短短波波长长区区）Ge-APD、InGaAs-APD（工作在长波长区）。（工作在长波长区）。第15页，本讲稿共30页光源光源1、通信通信用的光源有、通信通信用的光源有LD和和LED两种。两种。2、LD响应速度快，用于高调制速度。响应速度快，用于高调制速度。3、LD适用单模光纤，大容量、远距离的通信。适用单模光纤，大容量、远距离的通信。4、目前的长途通信和市间中继通信都使用、目前的长途通信和市间中继通信都使用LD。5、LED价价格格便便宜宜，适适合合多多模模光光纤纤，小小容容量量、短短距离的通信。
12、距离的通信。6、目目前前的的综综合合布布线线系系统统中中和和楼楼内内光光缆缆通通道道中中使使用用LED较多。较多。第16页，本讲稿共30页1.1.2 光缆线路工程的特点（1）光缆线路的中继距离长）光缆线路的中继距离长。（2）光光缆缆线线路路一一般般无无需需进进行行充充气气维维护护。（3）光光缆缆接接头头装装置置及及剩剩余余光光缆缆的的放放置必须按规定方法进行。置必须按规定方法进行。（4）在在水水泥泥管管孔孔中中布布放放多多条条光光缆缆时时均需加塑料子管保护。均需加塑料子管保护。第17页，本讲稿共30页（5）光光纤纤的的接接续续方方法法与与接接续续设设备备均均比电缆线路复杂，技术含量更高。比电缆
13、线路复杂，技术含量更高。（6）光光缆缆线线路路架架空空铺铺设设时时要要采采取取比比电缆线路更为严格的保护措施。电缆线路更为严格的保护措施。（7）光光缆缆线线路路工工程程的的概概预预算算与与电电缆缆线线路路工工程程的的概概预预算算有有所所不不同同，某某些些项项目目应应套用其相应的定额子目。套用其相应的定额子目。第18页，本讲稿共30页1.2 光缆工程的现状及光纤发展趋势光缆工程的现状及光纤发展趋势1.2.1 光缆工程的现状1.2.2 光纤的发展趋势第19页，本讲稿共30页光缆工程的现状光缆工程的现状中中国国在在通通信信网网络络建建设设中中应应用用光光纤纤光光缆缆是是从从第第六六个个五五年年计计划
14、划（“六六五五”）期期间间开开始始的的。此此后后，中中国国信信息息产产业业高高速速发发展展，光光纤纤市市场场平平均均年年增增长长率率高高达达20%-30%。到到2002年年底底，我我国国光光缆缆总总敷敷设设量量约约为为120-150万万皮皮长公里，已敷设光纤总数达长公里，已敷设光纤总数达1200多万芯公里多万芯公里 到到1999年年，国国内内已已有有光光缆缆厂厂170多多家家，总总生生产产能能力力超过超过1300万芯公里。万芯公里。第20页，本讲稿共30页光缆工程的现状光缆工程的现状中中国国铁铁通通已已全全面面启启动动以以两两个个10G DWDM环环网网为为主主的全国网一期工程；的全国网一期工
15、程；中中国国联联通通也也将将建建设设以以五五个个10G DWDM环环网网为为主主的的国家级高速骨干网；国家级高速骨干网；中中国国移移动动正正在在积积极极规规划划建建设设自自身身的的国国家家干干线线网网和和省省内二级干线网；内二级干线网；中国网通也正在策划其骨干网络的扩展和提速。中国网通也正在策划其骨干网络的扩展和提速。1999年年我我国国总总敷敷设设光光缆缆约约660万万芯芯公公里里，2000年年总总敷敷设设光光缆缆约约720万万芯芯公公里里，2001年年光光缆缆总总需需求求为为1000万万芯芯公公里里，2002年年4月月达达1150万万芯芯公公里里，2005年可能达到年可能达到1600万芯公
16、里。万芯公里。第21页，本讲稿共30页光纤通信发展趋势光纤通信发展趋势:系统高速化、大容量、网络化系统高速化、大容量、网络化光光纤纤的的长长波波长长化化（由由0.851.311.55um过过渡）渡）光光缆缆纤纤芯芯的的高高密密度度化化（带带状状光光缆缆、20004000芯）芯）光器件的集成化光器件的集成化第22页，本讲稿共30页光纤的发展趋势光纤的发展趋势核心网光缆核心网光缆 我我国国已已在在干干线线上上全全面面采采用用光光缆缆，其其中中多多模模光光纤纤已已被被淘淘汰汰，全全部部采采用用单单模模光光纤纤，包包括括G.652光光纤纤和和G.655光纤。光纤。干线光缆中采用分立的光纤，不采用光纤带
17、。干线光缆中采用分立的光纤，不采用光纤带。干干线线光光缆缆主主要要用用于于室室外外，曾曾经经使使用用过过的的紧紧套套层层绞绞式式和和骨骨架架式式结结构构，目目前前已已停停止止使使用用。当当前前我我国国广广泛泛使使用用的的干干线线光光缆缆有有松松套套层层绞绞式式和和中中心心管管式式两两种种结构，并且优先采用前者。结构，并且优先采用前者。第23页，本讲稿共30页光纤的发展趋势光纤的发展趋势干干线线光光缆缆将将通通过过采采用用G.655光光纤纤和和波波分分复复用用、密密集波分复用技术来扩大容量。集波分复用技术来扩大容量。接入网光缆接入网光缆 接接入入网网中中的的光光缆缆距距离离短短，分分支支多多，分
18、分插插频频繁繁，为为了增加网的容量，通常是增加光纤芯数。了增加网的容量，通常是增加光纤芯数。接接入入网网使使用用G.652普普通通单单模模光光纤纤和和G.652.C低低水水峰峰单模光纤。单模光纤。接接入入网网用用光光缆缆中中广广泛泛采采用用光光纤纤带带型型式式，在在小小芯芯数数光缆情况下，也直接采用分立的光纤。光缆情况下，也直接采用分立的光纤。第24页，本讲稿共30页光纤的发展趋势光纤的发展趋势接接入入网网光光缆缆主主要要用用于于室室外外，目目前前有有松松套套层层绞绞式式、中心管式和骨架式三种类型。中心管式和骨架式三种类型。在在中中心心管管式式光光缆缆中中，为为了了获获得得更更大大的的芯芯数数
19、，往往往往采采用用增增大大光光纤纤带带芯芯数数的的方方法法，例例如如，采采用用24芯芯光光纤纤带带。据据报报道道：采采用用24芯芯光光纤纤带带生生产产864芯芯的的光光缆。缆。国国外外目目前前实实际际使使用用的的骨骨架架式式光光缆缆的的最最大大芯芯数数为为1000芯芯，在在它它的的骨骨架架上上有有13个个槽槽，共共可可放放入入125根根8芯光纤带。芯光纤带。第25页，本讲稿共30页光纤的发展趋势光纤的发展趋势室内光缆室内光缆 室室内内光光缆缆往往往往需需要要同同时时用用于于话话音音、数数据据和和视视频频信信号号的传输。并目还可能用于遥测与传感器。的传输。并目还可能用于遥测与传感器。室内光缆包括
20、局内光缆和综合布线用光缆两大部分。室内光缆包括局内光缆和综合布线用光缆两大部分。多多模模光光纤纤虽虽然然不不再再用用于于核核心心网网和和接接入入网网，但但芯芯径径包包层层直直径径为为62.5125m的的渐渐变变型型多多模模光光纤纤在在室室内内综综合合布布线线中中仍仍有有较较多多的的应应用用，今今后后也也可可能能应应用用50125m渐变型多模光纤。渐变型多模光纤。第26页，本讲稿共30页光纤的发展趋势光纤的发展趋势电力线路中的通信光缆电力线路中的通信光缆 用用于于电电力力线线杆杆路路敷敷设设的的全全介介质质光光缆缆有有两两种种结结构构：即即全全介介质质自自承承式式（ADSS）结结构构和和用用于于
21、架架空空地地线线上上的的缠绕式结构。缠绕式结构。在在高高压压电电力力线线路路同同杆杆路路敷敷设设的的另另一一类类光光缆缆是是光光纤纤架架空空复复合合地地线线（OPGW）。它它把把光光纤纤放放在在电电力力线线路路的保护地线中，既用于通信，又作保护地线。的保护地线中，既用于通信，又作保护地线。第27页，本讲稿共30页光纤的发展趋势光纤的发展趋势塑料光纤塑料光纤模模量量低低，芯芯径径大大（0.3-1.0mm），接接续续时时可可使使用用简简单单的的POF连连接接器器，即使是光纤接续中心对准产生即使是光纤接续中心对准产生30m的偏差也不会影响耦合损耗；的偏差也不会影响耦合损耗；数数值值孔孔径径大大（NA
22、0.5左左右右），受受光光角角A可可达达60，而而石石英英光光纤纤只只有有16，可用便宜的，可用便宜的LED，并且耦合效率高；，并且耦合效率高；挠曲性好，易于加工和使用；挠曲性好，易于加工和使用；在可见光区有低损耗窗口；在可见光区有低损耗窗口；重量轻；重量轻；成本及加工费用低。成本及加工费用低。第28页，本讲稿共30页光纤通信系统的分类光纤通信系统的分类光纤通信系统的分类 1按传输信号分类 （1）数字光纤通信系统 （2）模拟光纤通信系统 2按波长和光纤类型分类 （1）短波长（0.85m左右）多模光纤通信系统 （2）长波长（1.31m）多模光纤通信系统 （3）长波长（1.31m）单模光纤通信系统 （4）长波长（1.55m）单模光纤通信系统第29页，本讲稿共30页光纤通信系统的分类光纤通信系统的分类3、按按光光纤纤的的模模式式分分类类：多多模模光光纤纤通通信信系系统统和单模光纤通信系统。和单模光纤通信系统。4、按按传传输输速速率率分分类类：低低速速光光纤纤通通信信系系统统和和高速光纤通信系统。高速光纤通信系统。5、按应用范围：公用光纤通信系统和专用、按应用范围：公用光纤通信系统和专用光纤通信系统光纤通信系统第30页，本讲稿共30页