导波光学1分析和总结.docx

天津理工大学

导波光学

刘翰霖

任广军

2008-12-10

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绪论

主要内容：

二十一世纪是信息时代，信息技术正在改变着人类社会。在信息的产生、采集、显示、传输、存储以及处理的各个环节中，光技术都扮演着重要的角色。20世纪60年代激光器的出现，导致了半导体电子学、导波光学、非线性光学等一系列新学科的涌现。20世纪70年代，由于半导体激光器和光纤技术的重要突破，导致了以光导纤维通信、光信息处理、光纤传感、光信息存储与显示等为代表的光信息科学技术的蓬勃发展，导波光学（包括集成光学和纤维光学两个分支）已成为光信息技术与科学的基础。

通信历史的回顾

（1）通信的发展历史总是与人类文明的发展历史紧密相关的。可以认为，人类早期的长途通信手段——烽火台报警通信就是光通信。到了中世纪这种烽火台通信又得到了改进，人们用不同颜色的烽烟组合来传递较为复杂的信息。目视光通信在19世纪达到了它的顶峰。

（2）18世纪末，法国人夏布（Chappe）发明了扬旗式通信机（又称旗语通信机）。扬旗通信在拿破仑时代达到了鼎盛时期，在欧洲架设了数千公里的线路。到了19世纪中叶，由于电通信技术的出现，以扬旗通信为代表的目视光通信因其固有的缺点而迅速退出了历史舞台。

（3）1837年美国人莫尔斯发明了电报，标志着人类进入了电通信时代。以后贝尔发明了电话，马可尼、波波夫发明了无线电通信，于是电通信即成为最主要的通信方式。可以说，直到20世纪60年代，电通信在通信领域都居于绝对统治地位。

（4）20世纪70年代以后，通信技术进入了光通信时代。必须解决两个最为关键的问题：一是可以高速调制的相干性很好的光源，二是低损耗的光波传输介质。

1960年第一台激光器问世解决了光源的问题，这种光源发出的相干光束即可成为高速数据信息的载体。但当时最好的光学玻璃做成的光学纤维其损耗也达到了1000dB/km，用这样的光学纤维显然是无法实现光信号的长距离传输的。直到1966年华裔科学家高锟在他的著名论文中解决的石英光纤损耗的理论问题，提出了研制低损耗光纤的可能性。1970年美国康宁公司研制成功第一根低损耗光纤，从此阻碍光通信发展的两大困难得以解决。

光纤通信的产生和发展

20世纪70年代，由于制约光纤通信发展的两个主要问题相继得到了解决，于是光纤通信技术

即以异乎寻常的速度发展。到20世纪90年代，除了用户线以外，光纤传输已完全取代了传统的电缆通信，成为通信网的主干。与传统的通信方式相比，光纤通信主要优势体现在如下几个方面：

巨大的传输带宽。石英光纤的工作频段为0.8~1.65μm，单根光纤的可用频带几乎达到了200THz。

极低的传输损耗。目前工业制造的光纤在1.3μm附近，其损耗在0.3~0.4dB/km范围以内，在1.55μm波段已降至0.2dB/km以下。

光纤通信可抗强电磁干扰，不向外辐射电磁波，这样就提高了这种通信手段的保密性，同时也不会产生电磁污染。

第一代光网络采用静态的点到点波分复用（WDM）系统来增加带宽，这种光网络被广泛地应用于长途骨干网传输，可以提供数十个波长的OC-48（2.5Gbit/s）或OC-192（10Gbit/s）的信号通道。该光网络采用静态的通道分配技术，在两点间提供固定的传输通道。

第二代网络为光电混合网络，其传输在光域实现，但在网络节点处信息的交换、数据流的分出

和插入都在电域完成。第二代网络的交换、路由等必须在电域实现，因而其性能必然要受到电子器件处理速率的制约，这就是所谓“电子瓶颈”问题。

第三代网络是全光网络。所谓全光网是指信息从源节点到目的节点能够实现全光透明传输的网络。全光网中的网络节点在光域中处理信息，交换、路由等都在光域完成。

光波技术的发展

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20世纪70年代至90年代，光波技术的发展是以光纤通信为主线的，基本上以提高光纤链路传输速率和延长传输距离为目标。20世纪90年代以后逐渐进入光网络时代。光网络是以网络节点互连而成的全光透明网络。为了实现光信号的透明传输，网络节点必须在光域完成选路、交换等功能。因而光信息技术，如光缓存、光逻辑、光交换等，已成为光波技术的前沿领域。

经典通信包括相干通信、光孤子通信等新的通信技术都受到经典信道中高斯噪声的制约，其信道容量都是有限的。近年提出的量子光通信概念，以光量子作为信息载体，而非传统的以光波

（波长极短的电磁波）作为信息载体。

实现量子光通信的关键技术是光子计数技术、光量子无破坏检测技术和相应的激光器技术。

光纤

光纤是构成光网络的传输介质，它是以石英为基础材料制成的。它由纤芯、