名称 传输介质 应用 有线介质 无线介质 800nm 电 1015Hz 可见光 光 数据 光纤 视 .1700m 1014Hz 红外线 毫米波 100 GHz 卫星通信 高频 波导 微波通信 10 GHZ 微波线电 10 cm 导航、雷达 titf fv m 甚高频 短波无线电 00 MHZ 10 高频 同轴电缆 业余无线电 (HF) 10 MHZ 100m 商务应用 (MF) I MHZ I k 任 长波无线电 导航 潜艇通信 100 kHz 10 km 低频 双绞线 飞行器通信 LF) 10 kHZ 100 km 音频 电话、电报 1 kHz
名称 传输介质 应用 有线介质 无线介质 紫外线 可见光 红外线 电话 数据 视频 激光 光纤 束 毫米波 特高频 （SHF） 超高频 （UHF） 甚高频 （VHF） 高频 （HF） 中频 （MF） 低频 （LF） 甚低频 （VLF） 音频 波导 同轴电缆 双绞线 微波无线电 短波无线电 长波无线电 卫星通信 微波通信 电话 、电报 调幅广播 移动无线电 UHF TV 移动通信 导航 潜艇通信 飞行器通信 导航 、雷达 业余无线电 商务应用 调频广播 1014 Hz 1015 Hz 10 - 6 m 100 GHz 10 GHz 1 GHz 100 MHz 10 MHz 1 MHz 100 kHz 10 kHz 1 kHz 1 c m 10 c m 1 m 10 m 100 m 1 km 10 km 100 km 800nm 1700nm
2.光在光纤中传输的工作波长是由光纤特性决定的 可见光的波长范围为400m~700nm,从理论上来说,光还包括紫 外线和红外线,其波长范围大约为3nm~3×106nm,光纤通信光源使用的 波长范围在近红外区内,波长在800nm~1700nm之间,属于不可见光,但 这个范围的光不是都可以在光纤中传输的。事实上光纤对不同波长的光呈 现的传输特性是有很大差别的,这里我们主要考虑光纤的衰减特性,也称 为损耗特性,因为低损耗是实现光信号长距离无中继传输的前提 光纤的损耗包含两个方面:一是因光纤材料(石英)和结构引起的 吸收、散射等造成的损耗,二是组成系统时所产生的损耗,例如接插件连 接损耗、弯曲损耗等,在此仅说明光纤本身的损耗。图1.1.3是一个典型的 石英光纤损耗谱,由图可见,大约在850nm、1300nm和1550nm处有三个 低损耗窗口,也称为透光窗口。第一代光纤通信系统工作在850nm附近 早期制造的光纤在这个区域有局部的最小损耗。通过降低光纤材料中氢氧 根离子和金属离子的含量,已经可以制造在1100m到1600nm范围内损耗 极低的光纤,目前常用的工作波长在1310m和1550mm处。三个窗口的衰 减分别为:850nm附近为2dB/km,1310nm附近为0.5dBkm,在1550mm 附近为0.2dB/km。我们把1530~1565nm的波长范围称为C波段,这是目前 高速大容量长距离系统常用的波段
2. 光在光纤中传输的工作波长是由光纤特性决定的 可见光的波长范围为400nm~700nm，从理论上来说，光还包括紫 外线和红外线，其波长范围大约为3nm~3106nm，光纤通信光源使用的 波长范围在近红外区内，波长在800nm~1700nm之间，属于不可见光，但 这个范围的光不是都可以在光纤中传输的。事实上光纤对不同波长的光呈 现的传输特性是有很大差别的，这里我们主要考虑光纤的衰减特性，也称 为损耗特性，因为低损耗是实现光信号长距离无中继传输的前提。 光纤的损耗包含两个方面：一是因光纤材料（石英）和结构引起的 吸收、散射等造成的损耗，二是组成系统时所产生的损耗，例如接插件连 接损耗、弯曲损耗等，在此仅说明光纤本身的损耗。图1.1.3是一个典型的 石英光纤损耗谱，由图可见，大约在850nm、1300nm和1550nm处有三个 低损耗窗口，也称为透光窗口。第一代光纤通信系统工作在850nm附近， 早期制造的光纤在这个区域有局部的最小损耗。通过降低光纤材料中氢氧 根离子和金属离子的含量，已经可以制造在1100nm到1600nm范围内损耗 极低的光纤，目前常用的工作波长在1310nm和1550nm处。三个窗口的衰 减分别为：850nm附近为2dB/km，1310nm附近为0.5dB/km，在1550nm 附近为0.2dB/km。我们把1530~1565nm的波长范围称为C波段，这是目前 高速大容量长距离系统常用的波段
损耗 (dB/km) 1310 1550 700 900 l100 1300 1500 1700 波长(mm 图11.3光纤损耗的波长特性
波长 (nm) 损耗 (dB/km) 700 900 1100 1300 1500 1700 1 10 850 1310 1550 图1.1.3 光纤损耗的波长特性
3.光在光发射机和光接收机中的工作基于光的辐射与吸收 光发射机和光接收机中的光源和光检测器是基于半导体材料对光的辐射与吸 收机理工作的。半导体材料的导电特性介于金属和绝缘体之间,其导电特性 可以借助于图1.1.4所示的能带图来解释,纵轴表示能量,横轴长度没有意义。 导带能带 价带能带 如果导带EC上的电子跃迁到价带E∨上,就会将其间的能量差(也称能带差) 以光的形式放出,光子的频率与能带差的关系为 (1.1.2a) 或者 e=h (1.1.2b) hc 式中为普朗克常数(h=662510-34s),为光速,的单位是电子伏特 (),的单位为微米()。我们可以通过控制半导体材料的成份来改变能带 差,从而改变其发光波长。半导体发光二极管LED的工作正是基于电子从高 能带跃迁到低能带将电能转变为光能的机理。把电流注入到半导体中的PN结 上,则原子中占据低能带的电子被激励到高能带后,再跃迁到低能带上,它 们将自发辐射出光子,如图1.1.5(a)所示
3. 光在光发射机和光接收机中的工作基于光的辐射与吸收 光发射机和光接收机中的光源和光检测器是基于半导体材料对光的辐射与吸 收机理工作的。半导体材料的导电特性介于金属和绝缘体之间，其导电特性 可以借助于图1.1.4所示的能带图来解释，纵轴表示能量，横轴长度没有意义。 如果导带EC上的电子跃迁到价带EV上，就会将其间的能量差（也称能带差） 以光的形式放出，光子的频率与能带差的关系为 （1.1.2a） 或者 （1.1.2b） 式中为普朗克常数（h＝6.625×10－34J·s）,为光速，的单位是电子伏特 （），的单位为微米（）。我们可以通过控制半导体材料的成份来改变能带 差，从而改变其发光波长。半导体发光二极管LED的工作正是基于电子从高 能带跃迁到低能带将电能转变为光能的机理。把电流注入到半导体中的PN结 上，则原子中占据低能带的电子被激励到高能带后，再跃迁到低能带上，它 们将自发辐射出光子，如图1.1.5（a）所示。 E hv g = Eg hc = 导带能带 价带能带 禁带 光子 电子 EC EV 能 量 hν
高能带中的电子实际上处于不同的能级,不可能都恰好带有相同的能量 当它们自发辐射到低能带的不同能级上时,根据(1.1.2a)式可知,这 些光波的频率并不完全一样。另外这些光波还具有不同的相位和偏振方 向,因此自发辐射光是一种非相干光,即不是单一频率、相位和偏振方 向相同的光。低能带高能带EC3 EV2hVEC2EC仨E3E1hv低能带高能带 EC3EV2hvEc2ECEV3E∨1hv输入光Eg 光检测器的工作过程则与LED相反,如果把能量大于的光照射到 半导体材料上,则处于低能带的电子吸收该能量后被激励而跃迁到高能 带上,我们可以通过在半导体PN结上外加电场,将处于高能带的电子取 出,从而使光能转变为电能,如图1.1.5(b)所示
高能带中的电子实际上处于不同的能级，不可能都恰好带有相同的能量， 当它们自发辐射到低能带的不同能级上时，根据（1.1.2a）式可知，这 些光波的频率并不完全一样。另外这些光波还具有不同的相位和偏振方 向，因此自发辐射光是一种非相干光，即不是单一频率、相位和偏振方 向相同的光。低能带高能带EC3EV2hνEC2EC1EV3EV1hν低能带高能带 EC3EV2hνEC2EC1EV3EV1hν输入光Eg 光检测器的工作过程则与LED相反，如果把能量大于的光照射到 半导体材料上，则处于低能带的电子吸收该能量后被激励而跃迁到高能 带上，我们可以通过在半导体PN结上外加电场，将处于高能带的电子取 出，从而使光能转变为电能，如图1.1.5（b）所示