1.2光通信与光传感领域在线视频

同学们

我们上一节介绍了光电子技术的发展历程

这节课我们来介绍

光电子技术的应用概述

光电子技术的应用概述

包括如下几个部分

光通信领域的应用

光传感领域的应用

信息存储与显示领域的应用

工业精密计量与材料加工领域的应用

生物医学领域的应用

国防领域的应用

科技前沿领域的应用

那这一节我们先来介绍

光通信与光传感方面的应用

首先说一下

光通信领域的应用

光通信是以光为载波

主要以光纤为传输介质的一种通信方式

为什么说主要是光纤

因为另外一种可以在自由空间进行传播

由于光纤具有频带宽

传输容量大

损耗低

中继距离长

质量轻

体积小

抗电磁干扰

保密性好

和绿色环保等优点

因而成为当今有线通信的主流媒介

光通信的应用

从它的发展来看

可以分为四个时期

第一个时期是20世纪70年代的初期

主要解决了光纤的低损耗

和室温下

可连续运转的半导体激光器的问题

右图给出了

提出光纤可以实现低损耗的

科学家高锟

我们把他尊称为光纤之父

右下图

是半导体激光器的一个结构图

它实际上是可以室温下连续运转

第二个时期是20世纪80年代

主要的特征是准同步数字序列

我们简称为PDH设备的商用化

国际上有T系列和E系列

两种PDH类型

它采取的同步方式是准同步方式

它在这里的同步说的是网同步

实际上在通信系统里面

除了网同步

我们还需要比特同步

帧同步

这里的同步方式是网同步方式

让我们来看一下这里的这个表

为什么说国际上PDH有两大系列

主要的是北美和欧洲

各自形成了PDH的这样一个标准

北美的标准是以最低速率T1

它的速率有1.544Mb

而欧洲

我们国家也采取的是欧洲这个标准

数据最低的速率是2.048Mb

然后往上把低次群进行复用

大家可以看到

它乘的这个倍数

比如说以北美来说

它的T2乘以4

T3乘以7

T4乘以6

就说它这个比值实际上不是很均匀的

那欧洲也有它相应的这样一些

都是乘以4

它有它的相应的速率

大家这样想

那我们如果把北美和欧洲要通信

这两个标准实际上

带来了非常大的这样一个不方便

对不对

因为它们的速率是完全不一致的

所以这个设备在初期

因为这个国际化还不是特别的明显

所以还可以用

到后来越来越发现它的弊端

第三个时期是20世纪90年代

主要的特征是同步数字系列

我们把它简称为SDH

和刚才的区别就是

刚才是准同步

现在是同步

SDH设备的大量的商用化

形成了国际的一个统一的标准

实际上就是解决了刚才的问题

大家看这个图

最右端

有1.544

2.048

这两个速率就是我们刚才说的

T1和E1速率

还有

上面实际上是一些高阶的SDH的速率

也就说大家从这个图里面实际上可以看到

我们把各种低速率的信号

通过这样一个标准的通道

就可以实现向高速率的这样一个复用

而这个标准是国际上统一的

极大的方便了

世界各地的这个通信设备的这样一个融合

第四个时期是21世纪

主要的特征是

波分复用设备的大量商用化

和光传送网

我们把它叫做OTN的发展应用

此外

随着网络业务

向动态化IP业务的这样一个汇聚

自动交换光网络

我们把它简称为ASON

和无源光网络

简称为PON接入技术

也获得了飞速的发展

也就是说从早期的光通信的系统

向各种光通信的网络来发展

这个图给出了OTN

也就是刚才我们说的光传送网的一个结构图

大家可以看到

这个图里面的

中间部分都采取了OTN技术

那OTN的最主要的特征是什么呢

就是它继承了SDH

和WDM两个技术的优势

从而实现了多波长的传输

和大颗粒的调度

就是它的调度可以在波长量级上

一个波长上可以承载大量的信号

这是它的优点

也就是它继承了SDH和WDM的优点

那SDH也是实际上主要的是时分复用

它光纤里面的其它波长

实际上并没有用起来

下面这个图是ASON

叫自动光交换网络

它的主要的特征就在这个A上

叫自动

自动的意思实际上就是给光网络

带来了一种活力

可以通过管理

传送

控制

三个平面

使这个光网络具有动态重构的功能

也就是说可以按需分配

这样极大地提高了网络利用的效率

下面这个图

是一个大型的光纤传输系统的结构图

我们按照箭头方向来依次来说一下

首先是光发射机

光发射机主要的里边激光器

那我们这个课里面要介绍

然后数据的调制

就是实现信号的一个加载

然后是一个复用器

实现信号的复用

然后有光纤

单模光纤

DCF光纤

这是用来实现传输的

或者用来做色散补偿的

再是可重构的上下话路器

就是实现信号的下载上传

然后是光交叉互连设备

这里面有波长转换设备

和光交叉设备

实际上就是实现

像我们说的交换机路由器一样的功能

然后是

长距离的这样一个传输系统

里面用了拉曼泵浦

也就说这里是用了拉曼放大器

然后这里有EDFA

就是一种掺铒光纤放大器

然后这是一个光环路

光环路实际上是用来模拟长距离的传输的

因为我们在做实验的时候

比如说要一万公里

我不可能去

搭一万公里的这样一个传输系统

所以通过这样一个环路

我让它传上多少次以后

那实际上就相当于相同的一个效果

再看后面一个解复用器

实现信号的这样一个分离

然后通过光接收机

把光信号变为电信号进行探测

这个上面

中间的上面实际上是属于这个

无源光网络部分

所以这个图里面所有画红框的地方

实际上我们在这门课里面都会有介绍

这就是我们要介绍的器件的东西

好

我们来看一下光传感领域的应用

光传感技术是一种以光波为载体

以光器件为媒质的感知

和传输外界被测信号的技术

它具有如下的优点

第一

抗电磁干扰

电绝缘性能好

安全可靠

抗电磁干扰这一点

实际上在电力系统里面

具有非常重要的这样的一个应用

下一个特点是体积小

质量轻

几何形状可塑

第三个

传输损耗小

传输容量大

第四个测量范围广

这里的测量范围就是说它可以测量

各种各样的物理量

光传感的基本原理是

光源发出的光耦合进作为敏感元件

暴露在被测对象

这里的被测对象包括温度

应变

压力等的传感光纤中

当光通过这些敏感元件的时候

它的一些物理量

比如说它的强度

它的偏振

它的频率

它的相位

这些物理量

就会受到被测对象的调制产生变化

然后再耦合进通信光纤

经通信光纤传输

最后经光电检测

和信号处理

就可以得到被测的传感信号

这是光传感的一个基本的原理

光传感系统的组成

主要的包括光源

传感探头

当然也可以用光纤来做

传输光纤

及光器件

光电探测器等

常用的光源有半导体激光器

发光二极管

放大自发辐射光源

可调谐的分布式反馈激光器

光纤光栅激光器

氦氖激光器等

常用的光电探测器有

PIN光电二极管

雪崩光电二极管

光敏电阻

硅光电池

这些器件

我们在下一章都会进行介绍

光传感器按照它被调制的物理量

可以分为强度调制型

频率调制型

波长调制型

相位调制型

和偏振调制型

按传感器的空间分布

可以分为单点式

准分布式

和分布式传感器

单点式的光传感器

主要的是基于

一些体光学器件的光传感器

准分布式的光传感器主要的是

采用的物美价廉的

布拉格光栅组成的光传感网络

而分布式的光传感系统

主要指基于光纤中的瑞利

布里渊

拉曼散射效应

而构成的分布式光传感网络

这些我们在光传感部分都会进行介绍

这个图

给出了一个光传感网络的一个示意图

大家可以看到

比如说在隧道

在山体斜面

然后在河堤

这些地方

我们通过布设一些光纤传感器

这些传感器

就可以用来测量这些地方的一些形变

温度等等

然后通过光纤

进行传输到测量主机

那么我们在远端

就可以来监测

这些地方的一个变化的情况

从而达到安全生产的这样一个目的

好

我们做一个小结

光电子技术的应用概述

这一节

我们介绍了光通信领域的应用概述

光传感领域的应用概述

那下一节

我们要进行信息存储与显示

工业精密计量与材料加工

生物医学领域的应用的介绍

好

感谢大家