光纤通信chapter1-Introduction.pdf
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1、物理科学技术学院 任一涛物理科学技术学院 任一涛Email:Home work.10%Middle term Exam:20%Final Exam:70%Text bookText book:Fiber-optic Communications Technology,作者(美),作者(美),Diafar K,Mynbaev and Lowell L.Scheiner 著(英文影印版),科学出版社,著(英文影印版),科学出版社,2002 年。年。Reference bookReference book:光纤通信,光纤通信,光纤通信,光纤通信,FiberFiber Optic Communicat
2、ionOptic Communication(英文第(英文第(英文第(英文第五五五五版),作者(美),版),作者(美),版),作者(美),版),作者(美),Joseph C.Joseph C.PalaisPalais,电子工业出版社,电子工业出版社,电子工业出版社,电子工业出版社,20052005年年年年5 5月月月月光纤通信光纤通信光纤通信光纤通信,原荣编著,电子工业出版社,原荣编著,电子工业出版社,原荣编著,电子工业出版社,原荣编著,电子工业出版社,20022002年年年年1010月第一版。月第一版。月第一版。月第一版。光纤通信(第三版)光纤通信(第三版)光纤通信(第三版)光纤通信(第三版
3、),作者(美),作者(美),作者(美),作者(美),GerdGerd KeiserKeiser,李玉泉译,电子工业出,李玉泉译,电子工业出,李玉泉译,电子工业出,李玉泉译,电子工业出 版社,版社,版社,版社,20022002年年年年7 7月月月月光纤通信技术光纤通信技术光纤通信技术光纤通信技术,孙学康著,张金菊,孙学康著,张金菊,孙学康著,张金菊,孙学康著,张金菊 编著,人民邮电出版社编著,人民邮电出版社编著,人民邮电出版社编著,人民邮电出版社Welcome suggestions helpful for improving the courseChapter 1 Review 1.1 Int
4、roduction to photonics 1.2 History of optical fiber communication 1.3 Basic concepts in optical communication 1.4 Advantages of optical fiber communication 1.5 Optical Communication System and Devices 1.6 Future of optical fiber communication曾获诺贝尔奖的华人杨振宁 1922年生于安徽,美国籍,1957年获诺贝尔物理学奖。李政道 1926年生于上海,美国籍
5、,1957年获诺贝尔物理学奖。丁肇中 1936年生于美国,美国籍,1976年获诺贝尔物理学奖。李远哲 1936年生于台湾,美国籍,1986年获诺贝尔化学奖。朱棣文 1948年生于美国,美国籍,1997年获诺贝尔物理学奖。崔琦 1939年生于河南,美国籍,1998年获诺贝尔物理学奖。高行健 1948年生于江西,法国籍,2000年获诺贝尔文学奖。钱永健 1952年生于纽约,美国籍,2008年获诺贝尔化学奖。高锟 1933年出生于上海,美国、英国国籍,2009年获诺贝尔物理学奖。杨振宁 1922年生于安徽,美国籍,1957年获诺贝尔物理学奖。李政道 1926年生于上海,美国籍,1957年获诺贝尔物理
6、学奖。丁肇中 1936年生于美国,美国籍,1976年获诺贝尔物理学奖。李远哲 1936年生于台湾,美国籍,1986年获诺贝尔化学奖。朱棣文 1948年生于美国,美国籍,1997年获诺贝尔物理学奖。崔琦 1939年生于河南,美国籍,1998年获诺贝尔物理学奖。高行健 1948年生于江西,法国籍,2000年获诺贝尔文学奖。钱永健 1952年生于纽约,美国籍,2008年获诺贝尔化学奖。高锟 1933年出生于上海,美国、英国国籍,2009年获诺贝尔物理学奖。华人高锟获 2009 年诺贝尔物理学奖华人高锟获 2009 年诺贝尔物理学奖香港中文大学前任校长高锟一九九六年在 香港中文大学前任校长高锟一九九六
7、年在“高锟星高锟星”命名典礼上高锟二00九年在在家中展示光纤命名典礼上高锟二00九年在在家中展示光纤高锟在高锟在“有关光在纤维中的传输以用于光学 通信方面有关光在纤维中的传输以用于光学 通信方面”取得了突破性成就,他获得 2009年物理学奖一半的奖金,共500万瑞 典克朗(约合70万美元)。取得了突破性成就,他获得 2009年物理学奖一半的奖金,共500万瑞 典克朗(约合70万美元)。高锟教授简历高锟教授简历从1963年开始,高锟就著手对玻璃纤维进行理论和实用方面的研究工作,并 设想利用一种玻璃纤维传送激光脉冲以代替用金属电缆输出电脉冲的通讯方 法。1966年高锟教授发表了利用极高纯度的玻璃作
8、为媒介,传送光波,作为 通讯之用的基础理论。从1963年开始,高锟就著手对玻璃纤维进行理论和实用方面的研究工作,并 设想利用一种玻璃纤维传送激光脉冲以代替用金属电缆输出电脉冲的通讯方 法。1966年高锟教授发表了利用极高纯度的玻璃作为媒介,传送光波,作为 通讯之用的基础理论。1933年出生于上海法租界年出生于上海法租界 1944年随父移居香港,入读圣约瑟书院,之后考入香港大学,但由于当 时港大还未有电机工程系,他只好远赴英国伦敦大学进修。年随父移居香港,入读圣约瑟书院,之后考入香港大学,但由于当 时港大还未有电机工程系,他只好远赴英国伦敦大学进修。英 国 伦 敦 大 学 理 学 士英 国 伦
9、敦 大 学 理 学 士(1957)英 国 伦 敦 大 学 哲 学 博 士英 国 伦 敦 大 学 哲 学 博 士(1965)英 国 国 际 电 话 电 报 公 司英 国 国 际 电 话 电 报 公 司(1957)英 国 国 际 电 话 电 报 公 司 附 属 标 准 通 讯 实 验 室英 国 国 际 电 话 电 报 公 司 附 属 标 准 通 讯 实 验 室(1960)香 港 中 文 大 学 电 子 学 系 教 授 及 讲 座 教 授香 港 中 文 大 学 电 子 学 系 教 授 及 讲 座 教 授(1970-1974)英 国 国 际 电 话 电 报 公 司:首 席 科 学 家英 国 国 际 电
10、 话 电 报 公 司:首 席 科 学 家(1974);工 程 总 裁、行 政 科 学 家;工 程 总 裁、行 政 科 学 家(1982);研 究 事 务 总 裁;研 究 事 务 总 裁(1986)香 港 中 文 大 学 校 长香 港 中 文 大 学 校 长(1987-1996)重要论文重要论文 K.C.Kao,G.A.Hockham(1966),Dielectric-fibre surface waveguides for optical frequencies(光频率介质纤维表面波导)(光频率介质纤维表面波导),Proc.IEEE 113(7):11511158.K.C.Kao,T.W.Da
11、vies(1968),Spectrophotometric Studies of Ultra Low Loss Optical Glasses-I:Single Beam Method,Journal of Scientific Instruments(Journal of Physics E)2(1):10631068.DOI:10.1088/0022-3735/1/11/303 K.C.Kao(June 1986),1012 bit/s Optoelectronics Technology,IEE Proceedings 133,Pt.J,No 3,230236.DOI:10.1049/i
12、p-j:19860037Achieved to date in optical Achieved to date in optical fibrefibre 160 Gb/s systems commercially available阿尔卡特朗迅(巴黎证交所和纽约证交所:阿尔卡特朗迅(巴黎证交所和纽约证交所:ALU)宣布在光 网络产品中引入下一代相干技术,使运营商可以实现成本优 化高速率传送数字信号。阿尔卡特朗迅在西班牙电信现网承 载负荷严重的情况下,成功实现了)宣布在光 网络产品中引入下一代相干技术,使运营商可以实现成本优 化高速率传送数字信号。阿尔卡特朗迅在西班牙电信现网承 载负荷严重的
13、情况下,成功实现了112 Gbit/s传输现场测试,网络连接传输现场测试,网络连接4个城市,业务传输距离超过了个城市,业务传输距离超过了1088公里。公里。10 Tb/s(Tbit/s)data transmission over a single fibre demonstrated in Lab(100 Tb/s data transmission theoretically for a fiber)Ultra-long links 10,000 km at data rates 10 Gb/s and 40 Gb/s Distances up to 100 km are achieved
14、 easily without amplification Repeaterless distances up to 200-500 km realized in experiments depending on the bit rate通信(通信(communication):从广义的角度来说,就是彼此之间传递信 息。现代的通信一般是指从广义的角度来说,就是彼此之间传递信 息。现代的通信一般是指电信电信,即远程 通信,即远程 通信(telecommunication)。借助诸如电话系统、无线电系统或电视系 统这样的设备,在相隔一定距离的条件 下进行的信息交换借助诸如电话系统、无线电系统或电视
15、系 统这样的设备,在相隔一定距离的条件 下进行的信息交换(IEEE,电气和电子 工程师协会对电信的定义)。,电气和电子 工程师协会对电信的定义)。A single optical fiber-if transmitting 2 Tbits/s(present dense wavelength division multiplexing(DWDM)technologyis realizing the full potential of a single optical fiber)equivalent to1.simultaneously carry more than 30,000,000 p
16、hone conversations 2.simultaneously 200,000 users download(upload)information at 10 Mbits/s data rate3.download all 380 CDs(each with 1 hour long music)in 1 second4.download 30 DVD movies in 1 second A optical fiber cable may contain up to 200 fibers-Today:Rate 1 Gb/Sec-25 Gb/s(1 Page text 16 K bits
17、,1 Voice Digitized 64 K bits/s)So we may have about 30,000 pages/sec or 7500 Voices to 750,000 pages/sec or 187,500 voices.Future:Integrated optoelectronics,all-optical network,optical computingA single optical fiber-if transmitting 2 Tbits/sequivalent to1.simultaneously carry more than 30,000,000 p
18、hone conversations 2.simultaneously 200,000 users download(upload)information at 10 Mbits/s data rate3.download all 380 CDs(each with 1 hour long music)in 1 second4.download 30 DVD movies in 1 second-新华社武汉新华社武汉2002年年8月月25日电,当前,一根光纤传输通信信号超过 日电,当前,一根光纤传输通信信号超过 1000公里就得再设公里就得再设“中转站中转站”转到另一根光纤上。武汉邮电科学研
19、究院近日传出喜讯,我国转到另一根光纤上。武汉邮电科学研 究院近日传出喜讯,我国973项目项目“超高速超大容量超长距离光传 输基础研究超高速超大容量超长距离光传 输基础研究”取得重要突破,取得重要突破,成功实现一根光纤同时将成功实现一根光纤同时将2.2亿对人 的通话传输亿对人 的通话传输2240公里。(即公里。(即168波长波长103 Gb/s 在一根单模光纤 中传输距离为在一根单模光纤 中传输距离为2240公里),传输总容量达到公里),传输总容量达到17.32 Tb/s,相当于,相当于2 亿多对人在一根光纤上同时通话。亿多对人在一根光纤上同时通话。实现了我国在实现了我国在160100 G密集
20、波分复用系统的新突破,其密集 波分复用系统的新突破,其“容量容量-距离积距离积”达到当前世界先进水 平。解决了当前国际上超高速光通信系统中达到当前世界先进水 平。解决了当前国际上超高速光通信系统中“高谱效率高谱效率”“色散与 多阶均衡色散与 多阶均衡”和和“非线性动态协同非线性动态协同”等热点科学问题。等热点科学问题。1.1 Introduction to Photonics What is photonics?Old days:OpticsThen more:electro-optics,optical electronics(optoelectronics),quantum optics,
21、lightwave technology,.Now:“Photonics”covers allAnalogy:Electronics PhotonicsPhotonicsA subject to study light generation,amplification,propagation,control,detection,and their applications in energy generation,communication,information processing etc.All industries related to materials,components or
22、devices,instruments and systems which make,control and use light.Light generationProducing the light sources emitting or radiating at a specific wavelength Light controlGuiding light by refraction,reflection,transmission,focus,modulation according to particular purposes Use of lightApplying the cont
23、rolled light to different applicationsOptical materials&devices Optoelectronics materials&devices Laser devices&systems Photonics Industry Industry Agriculture National defence Environmental protection Scientific R&D Aeronautics and AstronauticsMedical treatment Conventional Optics Optical Informati
24、on(storage,display,.)Optical Communication Lasers (Energy,medical,.)Areas of photonicsProductsOptical-fiber communicationLD/LED source,amplifiers,CATV,optical modulators,switches,fibers,DWDM,connectors,transceivers,Information opticsoptical memory storage devices,displays,optical processors(optical
25、computers),optical input and output,image processing,printers,Medical applicationslaser treatment,laser diagnosis,optical sterilization,imaging,Defence applicationsradar,reconnaissance(aeronautics/astronautics),laser weapons,night vision cameras,Household applicationsTV sets,video cameras,CD/VCD/DVD
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