光信息科学与技术简述

《光信息科学与技术简述》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、光信息科学与技术主讲人：黄彩霞长沙学院计算机科学与技术系一、光通信的发展与现状二、光纤的结构与模式三、光纤的分类四、光纤通信的四个发展阶段五、光纤通信的关键技术六、光纤通信的主要特点七、光纤通信系统的构成八、光纤通信系统的应用九、光网络与结构十、新技术简介一、光通信的发展与现状传输媒介无线通信：微波、卫星、激光有线通信：铜线电缆、光纤光缆通信系统：将信息从一处传到另一处的全部技术设备和信道(传输媒介)的总和公元前11世纪，西周王朝，烽火台白天点狼粪，晚上燃柴火——“狼烟四起”最早的光通信但由于受到视距﹑大气衰减﹑地形阻挡等诸多因素的限制，光通讯的发展缓慢。1880年贝尔发明了

2、第一个光电话系统，通话距离213米光传输应解决的问题：1、传输介质问题；2、传输损耗问题；3、光源问题。现代光通信的开端：第一个光电话系统1870年，英国物理学家丁达尔太阳光随着水流发生弯曲n水>n空气，光发生全反射光纤的雏形（传输介质的问题）光纤的雏形（传输介质的问题）这是全反射的作用，即光从水中射向空气，当入射角大于某一角度时，折射光线消失，全部光线都反射回来。光纤的雏形（传输介质的问题）在1966年，高锟在一篇论文中首次提出用玻璃纤维作为光波导线用于通讯的理论。简单地说，就是提出以玻璃制造比头发丝更细的光纤，取代铜导线作为长距离的通讯线路。这个理论引起了世界通信技术的一

3、次革命。随着第一个光纤系统于1981年成功问世，高锟“光纤之父”的美誉传遍世界。研究对象：光在石英玻璃纤维中的严重损耗问题损耗原因：1)玻璃纤维中含有过量的铬、铜、铁、锰、OH-2)光纤拉制工艺造成芯、包层分界面不均匀及其所引起的折射率不均匀新的发现：玻璃纤维在红外光区的损耗较小现代光纤通信的大发展（光纤损耗的问题）光纤之父：高锟1966年英国标准电信研究所发送信号的频率越高(波长越短)，可载送的信息量就越多在电磁波谱中，光波范围包括红外线、可见光、紫外线，其波长范围为：300mm~6×10−3mm。电磁波谱常用通信光载波频率~190THz高锟获得2009年诺贝尔物理奖！19

4、66年，英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤(OpticalFiber)进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信——光纤通信的基础。指明通过“原材料的提纯制造出适合于长距离通信使用的低损耗光纤”这一发展方向光纤通信发明家高锟(左)1998年在英国接受IEEE授予的奖章什么是通信？“通”传送，“信”信息；信息的传送基本组成：发送、传输、接收什么是光纤通信？利用激光作为信息的载波信号，并通过光纤来传送信息的通信系统。光纤通信是人类历史上的重大突破，现今的光纤通信已成为信息社会的神经系统。通信网

5、络公用电信网：核心网、城域网光纤接入网海底光缆及洲际通信网1970年，BellLab、日本NEC和前苏联先后研制成功室温下连续振荡的镓铝砷(GaAlAs)双异质结半导体激光器(短波长)。虽然寿命只有几个小时，但它为半导体激光器的发展奠定了基础，成为光纤通信史上的里程碑。1973年，半导体激光器寿命达到7000小时。1976年，日本NTT研制出波长为1.3mm的铟镓砷磷(InGaAsP)激光器。1977年，BellLab研制的半导体激光器寿命达到10万小时。1979年，AT&T和NTT研制成功波长为1.55mm的半导体激光器。半导体通信光源的出现（光源问题）分布反馈式(DFB)

6、激光器激光的独特优点：（1）亮度高（2）单色性好（3）方向性好（4）相干性好激光的独特优点：（1）亮度高：其定义是单位面积，单位立体角内所发射出的功率；利用激光的高亮度，可以在局部范围产生10万度以上的高温，进行打孔、焊接、手术以及可控热核反应等等。（2）单色性：即激光只有一个振荡波长，适合制成高清晰度的彩色电视；谱线宽度越窄(即波长范围越小)，光的单色性就越好。（3）方向性：激光的发射角很小，几乎是严格的平行光。1962年人类第一次用高亮度激光束射到距离地球38万公里的月球，光斑直径不到2km。发散角越小，方向性越好。（4）相干性好：激光的频率、振动方向、相位高度一致，使激

7、光光波在空间重叠时，重叠区的光强分布会出现稳定的强弱相间现象。这种现象叫做光的干涉，所以激光是相干光。而普通光源发出的光，其频率、振动方向、相位不一致，称为非相干光。二、光纤的结构和模式纤芯1)位置：光纤的中心部位2)尺寸：直径d1=4~50mm3)材料：高纯度SiO2，掺有极少量的掺杂剂(GeO2，P2O5)，作用是提高纤芯折射率(n1)，以传输光信号包层位置：位于纤芯的周围尺寸：直径d2=125mm材料：高纯度SiO2，极少量掺杂剂(如B2O3)的作用则是适当降低包层折射率(n2)，使之略低于纤芯折