1、1第一講 概述 光子學(xué)概述 全光網(wǎng)絡(luò) 光器件分類2一、光子學(xué) 21世紀(jì)是信息時代信息發(fā)展趨勢各國政府對發(fā)展光子產(chǎn)業(yè)定位邁向光子學(xué)和光子技術(shù)時代光子與光子學(xué)技術(shù)發(fā)展前景 321世紀(jì)是信息時代（世紀(jì)是信息時代（2） 信息發(fā)展的特征：以多媒體化和數(shù)字化。 信息量： 2 kB/A4文件; 40 kB/A4黑白照片; 5 MB /A4彩色照片; 一分鐘的VHS（Video Home System ）質(zhì)量的全活動圖像約為10 MB; 放一分鐘的廣播級的FMV(Full Motion Video )就約為40 MB。421世紀(jì)是信息時代（世紀(jì)是信息時代（3） 21世紀(jì)進(jìn)入 3T 時代： 太位的超高容量信息

2、( Tb，即1012 bits ) ； 每秒太位的超高速信息流 ( Tbs ) ； 高頻響應(yīng) ( THz ) 。5信息技術(shù)的發(fā)展趨勢（信息技術(shù)的發(fā)展趨勢（2） 目前信息技術(shù)的主要支撐技術(shù)： 電子技術(shù)，特別是微電子學(xué)技術(shù)； 發(fā)展中的光電子學(xué)：信息的探測、傳輸、存儲、顯示、運(yùn)算和處理已由光子和電子共同參與來完成，已應(yīng)用在光電信息處理、光通信、光存儲和光電顯示技術(shù)； 光子學(xué)技術(shù)正在倔起： 美國認(rèn)為“光子學(xué)在國家安全與經(jīng)濟(jì)競爭方面有著深遠(yuǎn)的意義和潛力”，“通信及計算機(jī)研究與發(fā)展的未來屬于光子學(xué)領(lǐng)域”。6 各國政府對發(fā)展光子產(chǎn)業(yè)定位（1） 美國商務(wù)部指出： “90年代， 全世界光子產(chǎn)業(yè)以比微電子產(chǎn)業(yè)高得

3、多的速度發(fā)展，誰在光子產(chǎn)業(yè)方面取得主 動權(quán)，誰就將在21世紀(jì)的尖端科技的較 量中奪魁”。在德國，政府已確定光子學(xué) 是本世紀(jì)初“對保持德國在國際技術(shù)市場 上的先進(jìn)地位至關(guān)重要的關(guān)鍵技術(shù)之一” 。在日本有評論認(rèn)為21世紀(jì)具有代表意義的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，第一是光子產(chǎn)業(yè)，第二是信息通信產(chǎn)業(yè)”。 7 各國政府對發(fā)展光子產(chǎn)業(yè)定位（2） 我國政府十分重視光電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，已將它列入國民經(jīng)濟(jì)優(yōu)先發(fā)展的領(lǐng)域，把光電子產(chǎn)業(yè)列為國家重點發(fā)展計劃，繼1986年3月王大珩等四位專家倡導(dǎo)的“863計劃”之后，在此基礎(chǔ)上開始了“973計劃”，這兩個高科技計劃的重點是光電子產(chǎn)業(yè)。據(jù)國家統(tǒng)計資料顯示，21世紀(jì)具有代表意義的主導(dǎo)產(chǎn)

4、業(yè)，第一是光子產(chǎn)業(yè)，第二是信息通信產(chǎn)業(yè)”。 8邁向光子學(xué)和光子技術(shù)時代人類創(chuàng)造的現(xiàn)代科技發(fā)展圖9光子技術(shù)破門而出 電子作為信息和能量的載體對20世紀(jì)文明社 會的發(fā)展作出了巨大的、奠基性的貢獻(xiàn)，然而電子 (或微波、無線電波)技術(shù)受到電荷性、帶寬、互擾等 固有物理特性的限制，已很難滿足“3T”的需求由 于光子或光波不存在傳輸瓶頸效應(yīng)，帶寬比電磁波 大103倍，響應(yīng)速度比電子快3個數(shù)量級，有高度并 行處理的能力和高度的抗擾性因此，光子代替電子 或微波作為信息和能量的載體是現(xiàn)代信息化社會的 必然選擇，光子技術(shù)將成為21世紀(jì)信息化社會的另 一主要支柱10電子學(xué)與光學(xué)(電子與光子)比較（1） 電子學(xué)，在2

5、0世紀(jì)中大展鴻圖：雷達(dá)微波通信衛(wèi)星通信的出現(xiàn)：半導(dǎo)體微電子學(xué)、大規(guī)模集成電路技術(shù)、電子計算機(jī)的發(fā)明：光纖通信的出現(xiàn)，它與電子計算機(jī)結(jié)合，使人類進(jìn)入了信息社會 光學(xué)，在21世紀(jì)中前景燦爛：光波波長范圍由x射線紫外可見光、直到紅外等波段；光波波長短頻率高總帶寬寬，因而分辨力高光的速度快，因而處理速度快：光由于其并行性，串音小、不受干擾以及能在空間互連光波波段(例如紅外)抗干擾性好，具有高度隱蔽性 11電子學(xué)與光學(xué)(電子與光子)比較（2） 光子學(xué)與電子學(xué)相互依賴、相互滲透，許多概念理論和原理是相互借鑒的在信息社會中，電子(學(xué))和光子(學(xué))比翼雙飛光學(xué)，明天更輝煌寫在北京理工大學(xué)光電工程系建系50周年

6、， 周立偉，2003.12光學(xué)與光子學(xué)的未來 如果把光比作大海，無邊無際，我們對光和光子的認(rèn)識和知識僅僅是“滄海一角”而已 人類社會的進(jìn)展期待光學(xué)和光子學(xué)、光學(xué)(光子學(xué))不應(yīng)是配角昨天的光學(xué)成就非凡，今天的光學(xué) 欣欣向榮，明天的光學(xué)將更加輝煌13光子學(xué) 目前對光子學(xué)的研究內(nèi)容、范圍及對其理解還沒有統(tǒng)一的認(rèn)識，但以光子為信息載體，研究包括光與物質(zhì)(光子與光子、光子與電子)的相互作用及能量轉(zhuǎn)換等問題是學(xué)科的基本 內(nèi) 容 ， 研 究 內(nèi) 容 和 范 圍 可 與 電 子 學(xué) 作 類 比 關(guān)于光子學(xué)與光電子學(xué)二者之間的關(guān)系和聯(lián)系，國際光學(xué)界的人士認(rèn)為：“光子學(xué)是物理學(xué)的兩大分支電子學(xué)與光學(xué)的融合，這種融

7、合的初期產(chǎn)物是光電子學(xué)，而其發(fā)展的更高級形式則是光子學(xué)”光子學(xué)(photonics)涵蓋了光 電 子 學(xué) ， 已 逐 步 取 代 p h o t o e l e c t r o n i c s 和optoelectronics(中文都譯為光電子學(xué))，也取代了70年代常用的電光學(xué)(electro-optics)名詞這種認(rèn)識的原因主要 是 從 本 質(zhì) 上 說 光 子 是 起 主 導(dǎo) 作 用 的 14光子學(xué)與光子技術(shù)優(yōu)越性優(yōu)點是： 響應(yīng)速度快 。 光開關(guān)器件的響應(yīng)速度的理論值可達(dá)fs量級，而目前電子器件及其系統(tǒng)的響應(yīng)時間最快達(dá)到ns量級，前者比后者幾乎高出6個數(shù)量級以上 傳輸容量大 光子信息系統(tǒng)的空

8、間帶寬和頻率帶寬都很大，一路微波通道可傳送一路彩色電視或1 000多路數(shù)字電話信號，一根光纖則可同時傳送1千多萬甚至1億路電話 存儲密度高 利用光的相干性，三維全息技術(shù)可以把1 000部10萬字的書籍存儲在不到1 cm3的介質(zhì)中，書桌上的圖書館不再是遙遠(yuǎn)的夢想 處理速度快 由于光的頻率高，故可高速傳遞信息，而且利用多重波長，信息二維并列傳送等，可同時并行處理二維信息，易于三維并行互連及并行處理，特別有利于圖像信息的處理與傳輸 微型化、集戊化 由于光波波長短，光子信息系統(tǒng)的幾何尺寸大大縮小15光子與光子學(xué)技術(shù)發(fā)展前景（1） 光學(xué)與光子學(xué)：孕育著新的突破 半導(dǎo)體量子阱(線，點)光電子器件和光纖器件

9、仍將是進(jìn)一步發(fā)展信息光電子技術(shù)的基礎(chǔ)，但以光子晶體和有機(jī)高分子材料為基礎(chǔ)的光電子器件可能引發(fā)光電子技術(shù)的又一次革命光子技術(shù)進(jìn) 入微電子芯片中，擺脫電子回路的“瓶頸”極限，協(xié)同電子在芯片內(nèi)、外高速安全地傳遞高速邏輯運(yùn)算的 信息，從而使電子計算機(jī)的運(yùn)算速度成萬倍地提高。16 光子與光子學(xué)技術(shù)發(fā)展前景（2） 科學(xué)研究方面：量子光學(xué)與信息科學(xué)的交叉正在形成光量子信息科學(xué)。以光子作為信息載體的量子通信能夠提供其安全性由物理定律所確保的，不可破譯、不可竊聽的量子密碼體系以20世紀(jì)的偉大科學(xué)成就量子理論和信息科學(xué)的結(jié)合為標(biāo)志的這場革命可能使諸如量子計算機(jī)、量子通信、量子密碼、量子信息編碼與譯碼、量子信息網(wǎng)絡(luò)

10、等令人耳目一新的概念轉(zhuǎn)變?yōu)槿录夹g(shù)。 光孤子的形成與傳輸以及未來全光通信網(wǎng)中的光子交換器件等。17光子學(xué)主要學(xué)科領(lǐng)域 1、光子理論 主要研究光子的本性、光子態(tài)、光孤子、光壓縮態(tài)、腔量子電動力學(xué)、激光理論、量子光學(xué)等，為分析處理光子學(xué)中的各類問題提供理論基礎(chǔ)。 2、信息光子學(xué) 研究光子信息處理和存儲，光纖光子學(xué)，光波導(dǎo)，光通訊，光纖放大器，波分復(fù)用技術(shù)和器件，光開關(guān)以及光計算等18光子學(xué)主要學(xué)科領(lǐng)域（2） 3、瞬態(tài)光子學(xué) 研究超快脈沖的產(chǎn)生，超快非線性光學(xué)，超快光脈沖與物質(zhì)的相互作用，超快診斷技術(shù)等 4、固態(tài)光子學(xué) 主要研究光子與物質(zhì)相互作用 5、生物醫(yī)學(xué)光子學(xué) 主要研究光子與生物體的相互作用，

11、生物系統(tǒng)的超微弱光子輻射，生物體特性的光子學(xué)探測和診斷，如OCT成像以及光子醫(yī)療等 6、集成光學(xué)與微結(jié)構(gòu)光子學(xué) 主要研究超晶格量子阱的特性，光子微腔，量子尺寸效應(yīng)，介質(zhì)光柵，周期極化與準(zhǔn)相位匹配，光電集成，開拓超小型化光子器件 19光子學(xué)主要學(xué)科領(lǐng)域（3） 7、光子源 研究新型可調(diào)諧激光器，激光的全固化和小型化發(fā)展藍(lán)綠光半導(dǎo)體激光器及LED器件等 8、非線性光子學(xué) 研究光與物質(zhì)的非線性相互作用，光頻變換，光波耦合，光學(xué)孤子，光混沌，光學(xué)材料的非線性特性的測量及應(yīng)用 9、光子探測器 研究高靈敏的光探測器，快速響應(yīng)的光探測器，CCD成像器件等20光子學(xué)主要學(xué)科領(lǐng)域（4） 10、光顯示 研究液晶顯示

12、器，有機(jī)電致發(fā)光器件及等離子體顯示器等 11、光子學(xué)材料 光子學(xué)材料包括激光工作物質(zhì)，非線性光學(xué)材料，光電轉(zhuǎn)換材料，光存儲材料，光子顯示材料，光傳輸材料如光纖光波導(dǎo)，半導(dǎo)體超晶格量子阱材料，光子學(xué)微結(jié)構(gòu)與光子晶體材料這些材料的種類繁多，包括無機(jī)有機(jī)半導(dǎo)體，鐵電體，生物等這些光學(xué)材料是光子學(xué)和光子技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，也是光子器件的基礎(chǔ)21光子學(xué)主要學(xué)科領(lǐng)域（5） 12、太陽能利用 太陽熱能利用如太陽能熱水器和取暖技術(shù)及裝置、太陽能光伏器件的制備和使用。22光子產(chǎn)業(yè)的分類和內(nèi)容 有些科學(xué)家預(yù)言：光子技術(shù)將引進(jìn)一場超過電子技術(shù)的產(chǎn)業(yè)革命，將給工業(yè)和社會帶來比電子技術(shù)更為巨大的沖擊”也有人認(rèn)為21世紀(jì)是光

13、子時代”光子學(xué)技術(shù)在各個領(lǐng)域的泛應(yīng)用，促進(jìn)了光子器件和整機(jī)產(chǎn)品市場發(fā)展，從而形成了光子產(chǎn)業(yè)面對光子產(chǎn)業(yè)的美好發(fā)展前景和競爭，國內(nèi)若干個城市和地區(qū)也看準(zhǔn)了光子產(chǎn)業(yè)這個市場，抓住機(jī)遇，投入大量的人力和財力，建設(shè)光電子產(chǎn)業(yè)基地“光谷”過去，美國的“硅谷”在電子技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中取得令人矚目的成就，人們希望借鑒“硅谷”這一模式發(fā)展光子產(chǎn)業(yè)武漢上海長春廣州深圳等地相繼建立了“光谷”或光電子產(chǎn)業(yè)園區(qū)23光子產(chǎn)業(yè)的光子技術(shù)基礎(chǔ)（1） 現(xiàn)在光子技術(shù)的主要領(lǐng)域為: 1、 光子產(chǎn)生、控制技術(shù)激光器件, 光調(diào)制, 光放大, 光開關(guān), 光耦合, 濾波, 鎖相, 光互聯(lián)等 2、 光子傳輸技術(shù)光纖的制備與應(yīng)用, 波分復(fù)用

14、器件, 光纖傳感, 有源與無源光波導(dǎo)技術(shù)等 3、 光信息處理技術(shù)光計算, 光互聯(lián), 光加密與識別, 激光測距, 光制導(dǎo)等24光子產(chǎn)業(yè)的光子技術(shù)基礎(chǔ)（2） 4、 光子存儲技術(shù)高密度光存儲技術(shù), 三維光存儲 5、 光子探測與分析技術(shù)光電探測技術(shù),遙感技術(shù), 光譜分析與計量技術(shù) 6、 光子顯示技術(shù)三維全息顯示, 液晶顯示、場致發(fā)光與發(fā)光二極管等25:26軍事光電子 光電子技術(shù)廣泛用于偵察、識別、預(yù)警、反隱形、跟 蹤、制導(dǎo)、火控、導(dǎo)航、模擬訓(xùn)練、信息處理、光電子對抗等。 軍事光電子技術(shù)主要包括激光、紅外光、可見光 三個技術(shù)領(lǐng)域。用于激光制導(dǎo)，制導(dǎo)精度高、抗干擾能力強(qiáng)、 操作簡便；用于激光通信，信息容量

15、大、通信距離遠(yuǎn)、傳輸損耗低、保密性強(qiáng)；用于激光測距，測距快速、準(zhǔn)確、無盲區(qū)；用于激光偵察，可識別偽裝目標(biāo)。制成各種激光武器。用于保障非合作目標(biāo)識別和戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)自動識別的熱像儀用于演示靈巧武器保障戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)自動識別功能的雙波段光電引導(dǎo)頭和超高速武器紅外引導(dǎo)頭。在激光雷達(dá)技術(shù)方面，正在研制以識別直升機(jī)為目標(biāo)的激光振動傳感器、化學(xué)戰(zhàn)劑遙感用的紅外激光雷達(dá)、有效識別真 假侵入目標(biāo)的激光雷達(dá)等。27光子產(chǎn)業(yè)的分類28光通信產(chǎn)業(yè)包括：1、各種規(guī)格的光纖和光纜，包括各種摻雜光纖、特殊結(jié)構(gòu)光纖（保偏光纖、色散漸變光纖、色散補(bǔ)償光纖、大孔徑光纖等）、光子晶體光纖和塑料光纖；2、各種有源器件（激光器、發(fā)光管、探測器、

16、放大器、發(fā)射模塊、接收模塊等）和無源器件（耦合器、濾波器、衰減器、隔離器、環(huán)形器、連接器、光互聯(lián)、光分叉復(fù)用、光波分復(fù)用以及包含這些功能的各種集成光子器件等；3、各種光通信測試儀器（功率計、波長計、光纖光譜分析儀、寬帶放大器、反射信號測試儀、信號發(fā)生器、通信信號分析儀等）與光纖加工設(shè)備（光纖拉制機(jī)、光纖熔接機(jī)、光纖熔融拉錐機(jī)、光纖刻蝕機(jī)、光纖拋磨機(jī)）4、光通信系統(tǒng)（時分復(fù)用、波分復(fù)用）和光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（遠(yuǎn)程網(wǎng)、城域網(wǎng)、接入網(wǎng)）29光信息產(chǎn)業(yè)1、光電子元件（發(fā)光器件，感光器件，CMOS圖像傳感器、光纖光柵傳感器、和太陽能電池。2、光顯示器，薄膜晶體管-液晶顯示器，發(fā)光二極管顯示器、等離子體平板顯示器

17、、場致發(fā)射顯示器，數(shù)字微透鏡或光纖陣列顯示器，各種投射設(shè)備。3、光信息輸入/輸出設(shè)備，包括激光照排系統(tǒng)、激光復(fù)印機(jī)、激光打印機(jī)、傳真機(jī)、圖像掃描儀，條碼掃描器和數(shù)碼相機(jī)4、光存儲器件,光盤和激光全息存貯設(shè)備等5、照明，包括裝飾照明、城市和旅游景點、商業(yè)娛樂、交通指示燈照明。半導(dǎo)體照明在發(fā)展中。30傳統(tǒng)光學(xué)產(chǎn)業(yè) 光學(xué)主視儀器、光學(xué)相關(guān)儀器、光譜儀器、以及光學(xué)材料產(chǎn)業(yè)、光學(xué)零部件加工產(chǎn)業(yè)、光學(xué)精密拋磨加工設(shè)備、鍍膜設(shè)備、微小光學(xué)元件加工設(shè)備31激光器和激光應(yīng)用產(chǎn)業(yè) 如固體、氣體、化學(xué)、等離子體等激光器制造業(yè)，半導(dǎo)體激光陣列、光纖激光器和玻璃激光器等 激光加工系統(tǒng)激光加工系統(tǒng)。包括激光器、導(dǎo)光系統(tǒng)、

18、加工機(jī)床、控制系統(tǒng)及檢測系統(tǒng)。 激光加工工藝激光加工工藝。包括切割、焊接、表面處理、打孔、打標(biāo)、劃線、微調(diào)等各種加工工藝32國內(nèi)現(xiàn)狀2000國內(nèi)情況產(chǎn)值規(guī)模估計100億美元排名前五名的城市：深圳293億元，上海210億元，武漢187億元，廣州120億元，長春70億元2004年國內(nèi)達(dá)到280億美元33全球各類光子產(chǎn)品趨勢 世界光電子產(chǎn)業(yè)中，光存儲、光顯示和光電子的應(yīng)用日漸活躍，半導(dǎo)體發(fā)光二極管在全色顯示和手機(jī)背光照明燈產(chǎn)品中大量應(yīng)用。 專家預(yù)測光伏發(fā)電將在21世紀(jì)前半期成為重要的能源之一。世界光伏產(chǎn)業(yè)以每年30%以上的增長率保持高速發(fā)展。現(xiàn)在，白光LED的發(fā)光效率還不足以取代傳統(tǒng)熒光燈照明，專家

19、預(yù)測在2015年前后，半導(dǎo)體照明的跨越式發(fā)展即將來臨。 2000年以前，CRT顯像管技術(shù)在顯示器市場上一直占有主導(dǎo)位置，但從2002年開始平板顯示器的市場份額開始超過CRT顯像管，2005年平板顯示器和CRT顯像管的市場份額分別為694億美元和99億美元，預(yù)計2010年，兩者的市場份額將分別是1132億美元和27億美元，差距進(jìn)一步拉大。 34未來發(fā)展 呈現(xiàn)4C+E ， 向Computer, Consumer,Communication, Car, Energy領(lǐng)域延伸 目前主要是光電子產(chǎn)業(yè)（第一類光子產(chǎn)業(yè)），全光子產(chǎn)業(yè)（第二類光子產(chǎn)業(yè)）的產(chǎn)品為數(shù)不多，很多還在實驗室階段（如全光開關(guān)). 我們相

20、信，伴隨全光通訊和光計算機(jī)，這些產(chǎn)品將會逐漸取得主導(dǎo)地位。35全球首次實現(xiàn)硅光子數(shù)據(jù)連接 速度達(dá)每秒500億比特 據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)7月月28日（北京時間）報道，美國日（北京時間）報道，美國英特爾公司宣布其在全世界首次實現(xiàn)硅光子數(shù)據(jù)連接，數(shù)英特爾公司宣布其在全世界首次實現(xiàn)硅光子數(shù)據(jù)連接，數(shù)據(jù)傳輸速度高達(dá)每秒據(jù)傳輸速度高達(dá)每秒500億比特（億比特（50Gbps），目前，他），目前，他們正朝著實現(xiàn)每秒們正朝著實現(xiàn)每秒1萬億比特（萬億比特（1Tbps）的目標(biāo)邁進(jìn)。）的目標(biāo)邁進(jìn)。 英特爾公司首席技術(shù)官、實驗室主任賈斯廷英特爾公司首席技術(shù)官、實驗室主任賈斯廷拉特勒表示，拉特勒表示，

21、此項成果是該公司在硅光學(xué)通信領(lǐng)域取得的里程碑式的進(jìn)此項成果是該公司在硅光學(xué)通信領(lǐng)域取得的里程碑式的進(jìn)展。結(jié)果證實，在未來的電腦中，光束可代替電子來傳輸展。結(jié)果證實，在未來的電腦中，光束可代替電子來傳輸數(shù)據(jù)，研究人員可用超細(xì)超輕的光纖替代銅線，讓計算機(jī)數(shù)據(jù)，研究人員可用超細(xì)超輕的光纖替代銅線，讓計算機(jī)在更長的距離傳輸更多的數(shù)據(jù)，從根本上改變未來電腦的在更長的距離傳輸更多的數(shù)據(jù)，從根本上改變未來電腦的設(shè)計模式，以及未來數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建方式。設(shè)計模式，以及未來數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建方式。36 乘風(fēng)破浪會有時，直掛云帆濟(jì)滄海！ 愿各位光學(xué)專業(yè)的各學(xué)子在未來光子產(chǎn)業(yè)中大顯身手，成為時代的弄潮兒！37二、全光網(wǎng)絡(luò)概

22、念 所謂全光網(wǎng)絡(luò)，是指網(wǎng)絡(luò)中直到用戶端節(jié)點之間的信號通路仍保持著光的形式，即端到端的鏈路中間沒有光電傳換。 三網(wǎng)合一38通信系統(tǒng)簡介電話、攝象機(jī)、計算機(jī)、電視編碼、調(diào)制、發(fā)射機(jī)信息源傳輸介質(zhì)信息終端接收機(jī)、解調(diào)、解碼光纖、雙絞線、自由空間/同軸電纜發(fā)送單元接收單元39頻率頻率 Hz10110710210610310510410410510310610210710110810010910-1101010-2101110-3101210-4101310-5101410-61015自由空間波長（自由空間波長（m）電力、電話電力、電話無線電、電視無線電、電視微波微波紅外紅外可見光可見光雙鉸線雙鉸線同軸

23、電纜同軸電纜光纖光纖/無線激無線激光光衛(wèi)星衛(wèi)星/微波微波AM無線電無線電FM無線電無線電頻段頻段劃分劃分傳傳輸輸介介質(zhì)質(zhì)通信波段劃分及相應(yīng)傳輸媒介通信波段劃分及相應(yīng)傳輸媒介40通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展階段 第一階段：全電網(wǎng)絡(luò) 第二階段：電光網(wǎng)絡(luò)：光纖取代電纜； 第三階段：全光網(wǎng)絡(luò)：41光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展光源光纖，損耗標(biāo)志第一代850nm LEDMMF, 3.6dB/km幾十Mbit/s, 幾十km第二代1310nm LED,LDMMF, 0.5dB/km140Mbit/s, 2050km第三代1310nm LED,LDSMF, 0.5dB/km50km第四代1550nm LDSMF,

24、0.2dB/km2.5Gbit/s, 80km未來1550nm LDSMF, 0.2dB/km相干光通信光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展42實用光纖標(biāo)準(zhǔn) G.651：GIF型光纖，適用于中小容量和中短距離； G.652：常規(guī)單模光纖，第一代SMF，在波長1.31 m處色散為零，傳輸距離只受損耗限制，適用于大容量傳輸； G.653：色散移位光纖，第二代SMF，在波長1.55 m色散為零，損耗小，適用于大容量長距離傳輸 G.654： 1.55 m損耗最小的SMF， 1.31 m處色散為零； G.655：非零色散光纖，是新一代的SMF，適用于波分復(fù)用系統(tǒng)，提供更大的傳輸容量。43全光網(wǎng)絡(luò)的特點1

25、、全光網(wǎng)通過波長選擇器來實現(xiàn)路由選擇，即以波長來選擇路由，對傳輸碼率、數(shù)據(jù)格式以及調(diào)制方式具有透明性的優(yōu)點。透明性是指網(wǎng)絡(luò)中的信息在從源地 址到目的地址的過程中，不受任何干擾。由于全光網(wǎng)中信號的傳輸全在光域中進(jìn)行，信號速率、格式等僅受限于接收端和發(fā)射端，因此全光網(wǎng)對信號是透明的。2、全光網(wǎng)不僅可以與現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)兼容，而且還可以支持未來的寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)以及網(wǎng)絡(luò)的升級。3、全光網(wǎng)絡(luò)具備可擴(kuò)展性，即新節(jié)點的加入并不會影響原來網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和原有各節(jié)點設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)可同時擴(kuò)展用戶、容量、種類。4、全光網(wǎng)還具備可重構(gòu)性，可以根據(jù)通信容量的需求，實現(xiàn)恢復(fù)、建立、拆除除光波長連接，即動態(tài)地改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ，可為突

26、發(fā)業(yè)務(wù)提供臨時連接，從而充分利用網(wǎng)絡(luò)資源。5、由于全光網(wǎng)比現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)多了一個光網(wǎng)絡(luò)層，而光網(wǎng)絡(luò)層中的許多光波器件是無源器件，因而可靠性高，而維護(hù)費(fèi)用降低。44全光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)45全光網(wǎng)絡(luò)的主要技術(shù)光多址技術(shù)全光交換光插/分復(fù)用光交叉連接波長變換信道爭奪解決技術(shù)數(shù)據(jù)信號的同步技術(shù)前端識別技術(shù)全光信息再生技術(shù)網(wǎng)絡(luò)管理和控制技術(shù)46全光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵光器件 光源 光纖放大器 波分復(fù)用器/解復(fù)用器 光開關(guān)和光開關(guān)陣列 光交叉連接器 全光波長變換器47全光網(wǎng)絡(luò)計劃進(jìn)程48光通信地圖49三、光無源器件功能和分類 光器件主要應(yīng)用 光器件的分類50主要應(yīng)用有源無源器件光纖通信干線光交換接入網(wǎng) DWDM OADM OT

27、DM FTTC,B,O,H 位移、振動 溫度、壓力 應(yīng)變、應(yīng)力 電流、電壓 電場、磁場 流量、濃度可以測量70 多個物理化學(xué)量 廣告顯示牌 激光手術(shù)刀 儀表照明 工藝裝飾 電力輸送 光纖面板 醫(yī)用內(nèi)窺鏡 潛望鏡 光收發(fā)模塊 光接入模塊 光開關(guān)模塊 光放大模塊 信號處理信息獲取信息傳輸信息處理其它應(yīng)用光器件主要應(yīng)用51光器件： 光通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)用戶網(wǎng)傳輸網(wǎng)交換網(wǎng)接入網(wǎng)光 有 源 器 件光 無 源 器 件關(guān)鍵技術(shù)：SDH ATMTDMWDMTDMWDM支撐基礎(chǔ)：52多波長光源多波長光源DWDM光調(diào)制器光調(diào)制器光隔離器光隔離器光耦合器光耦合器光波長轉(zhuǎn)換光波長轉(zhuǎn)換光放大光放大DWDM光色散補(bǔ)償光色散補(bǔ)償光隔離器光隔離器光環(huán)行器光環(huán)行器光波長轉(zhuǎn)換光波長轉(zhuǎn)換OADMDWDM光隔離器光隔離器光環(huán)行器光環(huán)行器光開關(guān)光開關(guān)可調(diào)諧濾波可調(diào)諧濾波DWDMOXC光耦合器光耦合器光調(diào)制解調(diào)光調(diào)制解調(diào)光器件在光網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用53光器件與電器件的類比電線光纖調(diào)制器光調(diào)制器電阻光衰減器三通（多通）光耦合器二極管光隔離