光子学应用课件

* 光子学应用 光纤通信技术 光信息存储技术 光纤传感技术 光子学应用 光子学的应用包括 光信息的传输(光纤通信、计算机光互联)， 光信息处理(光计算、光交换)， 光信息获取(光学与光纤传感)， 光信息存储(光盘)及 光信息显示等五方面。 光子学应用 光子与电子结合形成了具有强大生命力的信息光电子技术与产业。 光纤通信已成为通信产业的支柱之一。 光计算机、电子计算机的光互连目前尚未进入实用阶段。 光信息采集技术如光纤传感(光纤陀螺,光纤水听器等)已开始实用化。 光存贮技术中, 各种光盘(可擦写的光盘)已随着计算机应用和CD或VCD, DVD等深入到百姓的日常生活中了。 各种大屏幕光信息显示装置如液晶显示, 等离子体显示等也日渐普及，已部份取代电子显象管。光子技术业己形成巨大的产业。 光子学应用 光纤通信的发展历程 1980年开始, 数字光纤通信采用异步复接(PDH)方案，在美国以三次群DS3标记，码率44.7Mb/s，通672话路或一路数字电视。1987年美国巳广泛使用36×DC3即码率为1.668Gb/s，通24192话路或36路电视。 1988年，CCITT颁布数字通信同步复接(SDH)系统的建议：G.707 同步复接比特率体制；G.708 同步复接系统的网络节点接口(NNI)方案；G.709 同步复接系统的结构，等等规定。从此在世界范围统一了同步复接方案，同步复接从4次群开始OC-3码率155Mb/s，以后按N倍乘复接：OC-12为622Mb/s；OC-48为2.488Gb/s；OC-192为10Gb/s等。 光纤通信技术 光纤通信技术 光纤通信技术 光纤通信技术 在波分复用WDM的条件下，EDFA是透明的对各个不同光源的信道 都一样得到放大，系统特别简洁。 采用光--电--光中继器时，每个中继器只对一个波长的信道起中继放大的作用，因此对这一级就必须用n个中继器来替代一个放大器。在WDM条件下，使用EDFA将大大降低通信网络的成本。 光纤通信技术 图解： 从(IM/DD)光纤通信系统发展的历程，，可以看出从1974年到1994年的20年间光纤通信的容 量大约以每4年增加一个数量级的速率发展、并经历过五个发展阶段：0.8微米短波长(多模光纤)；1.3微米长波长(单模光纤)；1.5微米(单模光纤)；1.5微米相干光通信(未实用化)；1.5微米EDFA+WDM通信等五个阶段。 光纤通信技术 美国国家研究委员会化了4年时间，于1998年发表详细报告，确定21世纪光科学和工程的研究发展领域，其核心就是针对信息光子学领域中的前沿科学工程问题开展基础性研究和应用，以满足美国21世纪经济持续发展的需要。其中，以光子作为信息传播载体的光通信科学和技术是关键的研究发展领域，是全功能发挥互联网作用的无可替代的物理层基础。 自1995年来的发展证实了上述论断的正确性。 光纤通信技术 95年以后，IP网业务急剧增长，以6 - 9个月翻一番的速度迅猛发展，被称为新摩尔定律。(大家对计算机芯片每18个月翻一番，带来了计算机的迅速个人化和家庭化已有深刻印象。) 同样，由IP业务引起的全光通信的革命势必导至 21 世纪人类社会经济和文明的巨大变革。 光纤通信技术 上图表明，全光通信的新摩尔定律正以更快的速度引起网络的深刻革命，大约在2002年，数据业务量将超过话音业务量，达到35Tb/s(美国)。 光纤通信技术 光纤通信自1976年第一条光纤通信线路开通之后，经过20余年的发展，已成为全球性长途通信的主力，所谓“信息高速公路”就是由光缆组成的全球性的干线网络。时至今日，数据、语音、图象三者组成局域网LAN, 城域网(MAN), 广域网(WAN)，有线电视网(CATV)等，无一不是用光缆构成的。 通信技术的进步与光纤技术的进步是相互促进，相辅相成的。光纤技术经过，阶跃多模光纤，梯度多模光纤，单模光纤(1300nm下为零色散)，色散位移光纤(1550nm零色散)，非零色散位移光纤(色散补偿)。 光纤放大器(EDFA)与波分复用技术(WDM)的发展。 光纤通信技术的未来 目前IM/DD方式的光纤通信正通过DWDM技术向一条光纤传输1000Gbits/s=1Tbits/s(40x25Gbits/s)以上的方向发展。 扩大1550nm的通带，研究L波段的EDFA(1570-1610nn)，这样DWDM将发展到80个波段的波分复用。 将1310-1550nm两个低损耗波段打通，可用的波长范囤将达300-400nm，安排400-500个波分复用。 DWDM+OTDM技术 再下一步，可能是以光孤子脉冲+DWDM方式向1Tbits/s以上的码率发展。 除此以外，以外差方式的相干光通信也将随着光子器件