1、l 光纖通信，顧畹儀，黃永清，等編著，光纖通信，顧畹儀，黃永清，等編著， 人民郵電出版社，人民郵電出版社，2007年。年。1.1.光纖通信（第二版），張寶富等編著，西安電子科光纖通信（第二版），張寶富等編著，西安電子科技大學出版社，技大學出版社，20092009年。年。 2.2.光纖通信，劉增基等編著，西安電子科技大學出版光纖通信，劉增基等編著，西安電子科技大學出版社，社，20032003年。年。3.Fiber Optic Communications（5th Ed.）, Joseph C. Palais 編著，電子工業出版社，編著，電子工業出版社，2005年。年。4.光纖通信系統學習指導與習

2、題解析，劉振霞，等編光纖通信系統學習指導與習題解析，劉振霞，等編著，西安電子科技大學出版社，著，西安電子科技大學出版社，2006年。年。l 總總 學學 時：時： 48 48 l 講課學時：講課學時： 40 40 l 實驗學時：實驗學時： 8 8l 學學 分：分： 3 3l 先修課程：大學物理（先修課程：大學物理（1 1），大學物理（），大學物理（2 2），）， 電磁場與微波技術，通信電子電路，電磁場與微波技術，通信電子電路， 通信系統原理。通信系統原理。 光纖通信原理光纖通信原理是通信工程專業的一門主要專是通信工程專業的一門主要專業必修課。目的是使學生了解光纖通信系統的基本業必修課。目的是使學

3、生了解光纖通信系統的基本組成，掌握光纖的傳光原理和特性；掌握光源、光組成，掌握光纖的傳光原理和特性；掌握光源、光檢測器、光放大器和光無源器件的工作原理和特性；檢測器、光放大器和光無源器件的工作原理和特性；掌握光發射機、光接收機的各部分組成、結構及原掌握光發射機、光接收機的各部分組成、結構及原理；掌握光纖通信系統的基本設計方法；了解光纖理；掌握光纖通信系統的基本設計方法；了解光纖通信新技術。掌握光纖通信基本實驗技能，培養學通信新技術。掌握光纖通信基本實驗技能，培養學生分析和解決問題的能力，培養學生的動手能力，生分析和解決問題的能力，培養學生的動手能力，為畢業后從事光纖通信專業技術工作打下堅實的理

4、為畢業后從事光纖通信專業技術工作打下堅實的理論基礎。論基礎。l掌握光纖傳光原理的射線光學和波動理論分析方掌握光纖傳光原理的射線光學和波動理論分析方法，光纖的傳輸特性；法，光纖的傳輸特性；l掌握光源、光檢測器的基本結構、原理和特性；掌握光源、光檢測器的基本結構、原理和特性；l掌握光發射機、光接收機的組成、結構及原理，掌握光發射機、光接收機的組成、結構及原理，光接收機靈敏度的基本計算方法；光接收機靈敏度的基本計算方法；l了解數字光纖通信系統的組成、原理和性能指標，了解數字光纖通信系統的組成、原理和性能指標，掌握系統基本設計方法，掌握摻鉺光纖放大器的掌握系統基本設計方法，掌握摻鉺光纖放大器的組成、結

5、構和原理；組成、結構和原理；l掌握波分復用器件等無源器件的類型、結構、原掌握波分復用器件等無源器件的類型、結構、原理和特性，光波分復用的原理、系統構成和管理理和特性，光波分復用的原理、系統構成和管理技術；技術；l掌握自動交換光網絡的概念和控制平面、光傳送掌握自動交換光網絡的概念和控制平面、光傳送平面、管理平面的功能和結構；平面、管理平面的功能和結構；l掌握光纖和主要光器件基本特性測量系統的組成、掌握光纖和主要光器件基本特性測量系統的組成、原理和測量方法，光纖通信系統基本參數的測量原理和測量方法，光纖通信系統基本參數的測量原理、方法和系統組成。原理、方法和系統組成。第一章第一章 概述概述 （2

6、2學時）學時） 李永倩李永倩第二章第二章 光纖和光纜光纖和光纜 （8 8學時）學時） 楊志楊志第三章第三章 光源和光檢測器光源和光檢測器 （6 6學時）學時） 尚秋峰尚秋峰第四章第四章 光發射機和光接收機光發射機和光接收機 （8 8學時）學時） 李永倩李永倩第五章第五章 光纖通信系統光纖通信系統 （6 6學時）學時） 張淑娥張淑娥第六章第六章 無源光器件和無源光器件和WDMWDM技術技術 （4 4學時）學時） 李永倩李永倩第七章第七章 自動交換光網絡自動交換光網絡 （2 2學時）學時） 張淑娥張淑娥第八章第八章 光纖通信測量光纖通信測量 （4 4學時）學時） 李永倩李永倩實踐環節實踐環節 （8

7、 8學時）學時） 楊再旺楊再旺l 實驗實驗1 1 截斷法光纖衰減系數測量；截斷法光纖衰減系數測量；LEDLED的的P-IP-I特性測量特性測量 2 2學時學時l 實驗實驗2 2 光纖熔接；光纖熔接；OTDROTDR光纖損耗特性測量光纖損耗特性測量 2 2學時學時l 實驗實驗3 3 光端機碼型變換測試；光端機碼型變換測試；波分復用器測試波分復用器測試 2 2學時學時l 實驗實驗4 4 光纖通信系統整機性能測試光纖通信系統整機性能測試 2 2學時學時教學輔導教學輔導 趙麗娟趙麗娟l 交作業時間：周三上午上課前交作業時間：周三上午上課前l 答疑時間：答疑時間： 周三下午周三下午2 2：3030l 答

8、疑地點：答疑地點： 教三樓通信教研室教三樓通信教研室l 期末閉卷筆試期末閉卷筆試 占占70%70%l 小測驗、平時作業、課堂提問和出勤情況小測驗、平時作業、課堂提問和出勤情況 占占20%20%l 實驗實驗 占占10%10%1.1 1.1 光纖通信發展的歷史和現狀光纖通信發展的歷史和現狀 1.1.1 1.1.1 探索時期的光通信探索時期的光通信 1.1.2 1.1.2 現代光纖通信現代光纖通信 1.1.3 1.1.3 國內外光纖通信發展的現狀國內外光纖通信發展的現狀1.2 1.2 光纖通信的優點和應用光纖通信的優點和應用 1.2.1 1.2.1 光通信與電通信光通信與電通信 1.2.2 1.2.

9、2 光纖通信的優點光纖通信的優點 1.2.3 1.2.3 光纖通信的應用光纖通信的應用1.3 1.3 光纖通信系統的基本組成光纖通信系統的基本組成 1.3.1 1.3.1 發射和接收發射和接收 1.3.2 1.3.2 基本光纖傳輸系統基本光纖傳輸系統 1.3.3 1.3.3 數字通信系統和模擬通信系統數字通信系統和模擬通信系統第一章第一章 概述概述1.1 光纖通信發展的歷史和現狀光纖通信發展的歷史和現狀 1.1.1 探索時期的光通信探索時期的光通信 在這個時期，美國麻省理工學院麻省理工學院利用He-Ne激光器和CO2激光器進行了大氣激光大氣激光通信試驗通信試驗。由于沒有找到穩定可靠和低損耗的傳

10、輸介質穩定可靠和低損耗的傳輸介質，對光通信的研究曾一度走入了低潮。 1960年，美國人梅曼梅曼(Maiman)發明了第一臺紅寶石激光器， 給光通信帶來了新的希望。激光器的發明和應用，激光器的發明和應用， 使使沉睡了沉睡了80年的光通信進入一個嶄新的階段年的光通信進入一個嶄新的階段。 1880年，美國人貝爾貝爾(Bell)發明了用光波作載波傳送話音的“光電話”。貝爾光電話是現代光通信的雛型貝爾光電話是現代光通信的雛型。 原始形式原始形式的光通信:中國古代用“烽火臺”報警，歐洲人用旗語傳送信息。 利用反射鏡傳送光束 1.1.2 現代光纖通信現代光纖通信 1966年，英籍華裔學者英籍華裔學者高錕高錕

11、(C.K.Kao)和霍克哈姆和霍克哈姆(C.A.Hockham)發表了關于傳輸介質新概念的論文，指出了利用光纖(Optical Fiber)進行信息傳輸的可能性可能性（石英1000 dB/km的損耗非固有，產生于雜質吸收和瑞利散射）和技術途徑和技術途徑(材料提純和制造的均勻性)，奠定了現代光通信光纖通信光纖通信的基礎。 指明通過指明通過“原材料的提純制造出適合于原材料的提純制造出適合于長距離通信使用的低損耗光纖長距離通信使用的低損耗光纖”這一發展方這一發展方向向光纖通信發明家光纖通信發明家高錕高錕( (左左) )1998年在英國接受年在英國接受IEE授予的獎章授予的獎章 1970年，年，光纖光

12、纖研制取得了重大突破研制取得了重大突破 1970年，美國康寧(Corning)公司研制成功損耗20dB/km的石英光纖。把光纖通信的研究開發推向一個新階段。把光纖通信的研究開發推向一個新階段。 1972年，康寧公司高純石英多模光纖損耗降低到4 dB/km。 1973 年，美國貝爾(Bell)實驗室的光纖損耗降低到2.5dB/km。1974 年降低到1.1dB/km。 1976 年，日本電報電話(NTT)公司將光纖損耗降低到0.47 dB/km(波長1.2 m)。 在以后的 10 年中，波長為1.55 m的光纖損耗： 1979 年是0.20 dB/km，1984年是0.157 dB/km，198

13、6 年是0.154 dB/km， 接近了光纖最低損耗的理論極限光纖最低損耗的理論極限。 1970 年，光纖通信用年，光纖通信用光源光源取得了實質性的進展取得了實質性的進展 1970年，美國貝爾實驗室、日本電氣公司(NEC)和前蘇聯,先后研制成功室溫下連續振蕩室溫下連續振蕩的鎵鋁砷(GaAlAs)雙異質結半導體激光器(短波長)。雖然壽命只有幾個小時，但它為半導體激光器的發展奠定了基礎。 1973 年，半導體激光器壽命達到7000小時。 1976年，日本電報電話公司研制成功發射波長為1.3 m的銦鎵砷磷(InGaAsP)激光器。 1977 年，貝爾實驗室研制的半導體激光器壽命達到10萬小時。 19

14、79年美國電報電話(AT&T)公司和日本電報電話公司研制成功發射波長為1.55 m的連續振蕩半導體激光器。 光纖和半導體激光器技術的進步，使光纖和半導體激光器技術的進步，使 1970 年成為光纖通信發展的一個重要里程碑年成為光纖通信發展的一個重要里程碑 實用實用光纖通信系統光纖通信系統的發展的發展 1976 年，美國在亞特蘭大(Atlanta)進行了世界上第一個實用世界上第一個實用光纖通信系統的現場試驗光纖通信系統的現場試驗。GaAlAs LD，多模光纖，多模光纖，10km，44.7Mb/s 1980 年，美國標準化FT-3光纖通信系統投入商業應用。 1976 年和 1978 年，日本

15、先后進行了速率為34 Mb/s的突變型多模光纖通信系統，以及速率為100 Mb/s的漸變型多模光纖通信系統的試驗。 1983年敷設了縱貫日本南北的光纜長途干線。 隨后，由美、日、 英、法發起的第一條橫跨大西洋 TAT-8海底光纜通信系統于1988年建成。 第一條橫跨太平洋TPC-3/HAW-4 海底光纜通信系統于1989年建成。從此，海底光纜通信系統的建設得到了全面展開，促進了全球通信網的發展。光纖通信的發展可以粗略地分為光纖通信的發展可以粗略地分為三個階段三個階段： 第一階段(19661976年)，這是從基礎研究到商業應用的開發時期。短波長、低速率、多模，無中繼距離10 km。 第二階段(1

16、9761986年)，這是以提高傳輸速率和增加傳輸距離為研究目標和大力推廣應用的大發展時期。多模到單模，短波長到長波長，速率140-565 Mb/s, 無中繼距100-50 km。 第三階段(19861996年)，這是以超大容量超長距離為目標、全面深入開展新技術研究的時期。1.55 m色散位移單模系統；外調制，速率2.5-10 Gb/s, 無中繼距150-100 km。 1.1.3 國內外光纖通信發展的現狀國內外光纖通信發展的現狀 1976年美國在亞特蘭大進行的現場試驗，標志著光纖通信年美國在亞特蘭大進行的現場試驗，標志著光纖通信從基礎研究發展到了商業應用的新階段從基礎研究發展到了商業應用的新階

17、段。 此后，光纖通信技術不斷創新：光纖從多模發展到單模多模發展到單模，工作波長從0.85 m發展到1.31 m和1.55 m，傳輸速率傳輸速率從幾十Mb/s發展到幾十Gb/s。 隨著技術的進步和大規模產業的形成，光纖價格不斷下光纖價格不斷下降降，應用范圍不斷擴大。 目前光纖已成為信息寬帶傳輸的主要媒質，光纖通信系統將成為未來國家信息基礎設施的支柱。 在許多發達國家，生產光纖通信產品的行業已在國民經濟在許多發達國家，生產光纖通信產品的行業已在國民經濟中占重要地位中占重要地位。光纖通信整體發展時間表光纖通信整體發展時間表1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988

18、 1990 1992 100000 10000 1000 100 10 1 0.1 0.8m多模1.3m單模光孤子光放大器1.55m相干檢測系統性能(Gb/sKm）1.55m直接檢測 1.2.1 光通信與電通信光通信與電通信 通信系統最終技術目標：增加信息傳輸容量和距離。通信系統的傳輸容量傳輸容量取決于對載波調制的頻帶寬度頻帶寬度，載波頻率越高，載波頻率越高，頻帶寬度越寬頻帶寬度越寬。光通信的主要特點光通信的主要特點 載波頻率高；頻帶寬度寬載波頻率高；頻帶寬度寬（圖 1.1 ）。 光通信利用的傳輸媒質光通信利用的傳輸媒質-光纖，可以在寬波長范圍內獲得光纖，可以在寬波長范圍內獲得很小的損耗很小的

19、損耗（圖 1.2 ）。圖 1.1 部分電磁波頻譜100 TH z10 TH z1 TH z100 G H z10 G H z1 G H z100 MH z10 MH z1 MH z1 m可見光線10 m100 m1 m m10 m m100 mm1 m10 m100 m中波 (MF)短波 (H F)米波 (V H F)分米波(U H F)厘米波(SH F)毫米波(EH F)亞毫米波遠紅外線近紅外線(光纖通信用）頻率波長名稱紫外線圖 1.2 各種傳輸線路的損耗特性 10001001010.110 M標準同軸38 mm海底同軸光纖100 M1 G10 G100 G1 T10 T100 T 1000

20、 T頻率/HzM：(注)G：T：1061091012傳輸損耗/(dBkm1)51 mm波導器0.7-1.7 m帶寬帶寬200 THz 1.2.2 光纖通信的光纖通信的優點優點 容許頻帶很寬，傳輸容量很大。本質寬、空分復用、波容許頻帶很寬，傳輸容量很大。本質寬、空分復用、波分復用分復用 損耗很小，損耗很小， 中繼距離很長且誤碼率很小中繼距離很長且誤碼率很小 重量輕、重量輕、 體積小體積小 抗電磁干擾性能好抗電磁干擾性能好 泄漏小，泄漏小， 保密性能好保密性能好 節約金屬材料，節約金屬材料， 有利于資源合理使用有利于資源合理使用 1.2.3 光纖通信的光纖通信的應用應用 光纖可以傳輸數字信號，也可

21、以傳輸模擬信號。光纖在通信網、廣播電視網與計算機網，以及在其它數據傳輸系統中， 都得到了廣泛應用。光纖寬帶干線傳送網和接入網發展迅速， 是當前研究開發應用的主要目標。 光纖通信的各種應用可概括如下： 通信網通信網 構成因特網的計算機局域網和廣域網構成因特網的計算機局域網和廣域網 有線電視網的干線和分配網有線電視網的干線和分配網 綜合業務光纖接入網綜合業務光纖接入網 ATMInternet骨干網骨干網DDN/ FRPSTN/ISDNTV業務分配節點業務分配節點 (COT)(COT)業務接入節點（業務接入節點（RTRT）網管網管SNMP與電信網管中心相連Q3100/1000ME1/BRA/PRA1

22、55M622M SDH典型應用之一：寬帶綜合業務光纖接入系統拓撲結構典型應用之二：作為校園網的骨干傳輸網 下圖示出單向傳輸的光纖通信系統，包括發射發射、接收接收和作為廣義信道的基本基本光纖傳輸系統光纖傳輸系統。信息源電發射機光發射機光接收機電接收機信息宿基本光纖傳輸系統光纖線路接 收發 射電信號輸入光信號輸出光信號輸入電信號輸出 1.3.1 發射和接收發射和接收 如上圖所示，信息源把用戶信息轉換為原始電信號，這種如上圖所示，信息源把用戶信息轉換為原始電信號，這種信號稱為基帶信號。電發射機把基帶信號轉換為合適信道傳輸信號稱為基帶信號。電發射機把基帶信號轉換為合適信道傳輸的信號，這個轉換如果需要調

23、制，則其輸出信號稱為已調信號。的信號，這個轉換如果需要調制，則其輸出信號稱為已調信號。對于數字電話傳輸，電話機把話音轉換為頻率范圍為對于數字電話傳輸，電話機把話音轉換為頻率范圍為0.33.4 kHz的模擬基帶信號，電發射機把這種模擬信號轉換為數字信的模擬基帶信號，電發射機把這種模擬信號轉換為數字信號，并把多路數字信號組合在一起。模號，并把多路數字信號組合在一起。模/數轉換目前普遍采用數轉換目前普遍采用脈沖編碼調制（脈沖編碼調制（PCM）方式，這種方式是通過對模擬信號進）方式，這種方式是通過對模擬信號進行抽樣、量化和編碼而實現的。一路話音轉換成傳輸速率為行抽樣、量化和編碼而實現的。一路話音轉換成

24、傳輸速率為64 kb/s 的數字信號，然后用數字復接器把的數字信號，然后用數字復接器把24路或路或30路路PCM信號信號組合成組合成1.544 Mb/s 或或2.048 Mb/s 的一次群甚至高次群的數字系的一次群甚至高次群的數字系列，最后輸入光發射機。列，最后輸入光發射機。對于模擬電視傳輸，則用攝像機把圖像轉換為對于模擬電視傳輸，則用攝像機把圖像轉換為6 MHz 的模擬的模擬基帶信號，直接輸入光發射機。基帶信號，直接輸入光發射機。為提高傳輸質量，通常把這種為提高傳輸質量，通常把這種模擬基帶信號轉換為頻率調制（模擬基帶信號轉換為頻率調制（FM）、脈沖頻率調制（）、脈沖頻率調制（PFM）或脈沖寬

25、度調制（或脈沖寬度調制（PWM）信號，最后把這種已調信號輸入光）信號，最后把這種已調信號輸入光發射機。還可以采用頻分復用（發射機。還可以采用頻分復用（FDM）技術，用來自不同信）技術，用來自不同信息源的視頻模擬基帶信號（或數字基帶信號）分別調制指定的息源的視頻模擬基帶信號（或數字基帶信號）分別調制指定的不同頻率的射頻（不同頻率的射頻（RF）電波，然后把多個這種帶有信息的）電波，然后把多個這種帶有信息的RF信號組合成多路寬帶信號，最后輸入光發射機，由光載波進行信號組合成多路寬帶信號，最后輸入光發射機，由光載波進行傳輸。在這個過程中，受調制的傳輸。在這個過程中，受調制的RF電波稱為副載波，這種采電

26、波稱為副載波，這種采用頻分復用的多路電視傳輸技術，稱為副載波復用（用頻分復用的多路電視傳輸技術，稱為副載波復用（SCM）。）。 不管是數字系統，還是模擬系統，輸入到光發射機帶有信不管是數字系統，還是模擬系統，輸入到光發射機帶有信息的電信號，都通過調制轉換為光信號。光載波經過光纖線路息的電信號，都通過調制轉換為光信號。光載波經過光纖線路傳輸到接收端，再由光接收機把光信號轉換為電信號。電接收傳輸到接收端，再由光接收機把光信號轉換為電信號。電接收機的功能和電發射機的功能相反，它把接收的電信號轉換為基機的功能和電發射機的功能相反，它把接收的電信號轉換為基帶信號，最后由信息宿恢復用戶信息。帶信號，最后由

27、信息宿恢復用戶信息。 在整個通信系統中，在光發射機之前和光接收機之后的電在整個通信系統中，在光發射機之前和光接收機之后的電信號段，光纖通信所用的技術和設備與電纜通信相同，不同的信號段，光纖通信所用的技術和設備與電纜通信相同，不同的只是由光發射機、光纖線路和光接收機所組成的基本光纖傳輸只是由光發射機、光纖線路和光接收機所組成的基本光纖傳輸系統代替了電纜傳輸。系統代替了電纜傳輸。 1.3.2 基本光纖傳輸系統基本光纖傳輸系統 基本光纖傳輸系統作為獨立的基本光纖傳輸系統作為獨立的“光信道光信道”單元，若配置適單元，若配置適當的接口設備，則可以插入現有的數字通信系統或模擬通信系當的接口設備，則可以插入

28、現有的數字通信系統或模擬通信系統，或者有線通信系統或無線通信系統的發射與接收之間。光統，或者有線通信系統或無線通信系統的發射與接收之間。光發射機、光纖線路和光接收機，若配置適當的光器件，可以組發射機、光纖線路和光接收機，若配置適當的光器件，可以組成傳輸能力更強、功能更完善的光纖通信系統。例如，在光纖成傳輸能力更強、功能更完善的光纖通信系統。例如，在光纖線路中插入光纖放大器組成光中繼長途系統，配置波分復用器線路中插入光纖放大器組成光中繼長途系統，配置波分復用器和解復用器，組成大容量波分復用系統，使用耦合器或光開關和解復用器，組成大容量波分復用系統，使用耦合器或光開關組成無源光網絡，等等。組成無源

29、光網絡，等等。 基本光纖傳輸系統基本光纖傳輸系統的三個組成部分的三個組成部分()()10 lg1()p mWp dBmmW電信號對光的調制的實現方式電信號對光的調制的實現方式 直接調制直接調制 用電信號直接調制半導體激光器或發光二極管的驅動電流，使輸出光隨電信號變化。 這種方案技術簡單，成本較低，容易實現，但調制速率受激光器的頻率特性限制。 外調制外調制 把激光的產生和調制分開，用獨立的調制器調制激光器的輸出光。 外調制的優點是調制速率高，缺點是技術復雜，成本較高，因此只有在大容量的波分復用和相干光通信系統中使用。 圖 1.5 兩種調制方案 (a) 直接調制； (b) 間接調制(外調制) 激光源驅動器光纖光信號輸出電信號輸入(a)激光源調制器驅動和控制電信號輸入光纖光信號輸出(b)