光纤通信原理第二版课后习题解析和思考 顾婉仪

光纤通信原理第二版课后习题解析和思考 顾婉仪

光纤通信原理第二版是一本系统介绍光纤通信基础知识和技术的教材，由顾婉仪教授主编，清华大学出版社出版。本书共分为十三章，涵盖了光纤通信的基本概念、光纤、光源、光检测器、光纤放大器、光开关、光复用器、光传输系统、光网络、数字信号处理、非线性效应、相干通信和量子密钥分发等内容。每章都配有课后习题，旨在帮助读者巩固所学知识和提高分析问题和解决问题的能力。

第一章 光纤通信概述

问：简述光纤通信的发展历程。

答：光纤通信的发展历程可以分为以下几个阶段：

1.实验阶段（1960s-1970s）：这一阶段主要是对光纤通信的可行性进行验证和探索，涉及到光纤的制造、激光器的开发、光检测器的改进等方面的研究。代表性的成果有1960年美国科学家Maiman制造出第一台激光器，1966年英国科学家Kao提出了使用玻璃纤维作为通信介质的设想，1970年美国科学家Kapron等人制造出了首根低损耗（20dB/km）的玻璃纤维等。

2.商业化阶段（1980s-1990s）：这一阶段主要是对光纤通信的技术进行优化和标准化，涉及到光纤的大规模生产、单模光纤的普及、半导体激光器的集成化、电子元件的小型化等方面的进步。代表性的成果有1983年美国AT&T建成了首条跨大陆的长途光缆系统TAT-8，1988年日本NTT开发了首台半导体激光器阵列，1992年美国Bellcore提出了SONET/SDH标准等。

3.繁荣阶段（2000s-2010s）：这一阶段主要是对光纤通信的功能进行拓展和创新，涉及到波分复用技术的发展、光纤放大器的应用、光开关的实现、光网络的构建等方面的突破。代表性的成果有2000年美国Lucent公司实现了首次单通道40Gb/s的光传输，2001年日本NTT实现了首次单通道1Tb/s的光传输，2008年美国Verizon公司建成了首个全光网络FiOS等。

4.挑战阶段（2020s-）：这一阶段主要是对光纤通信的极限进行探索和突破，涉及到非线性效应的抑制、相干通信的优化、数字信号处理的提升、量子密钥分发的实现等方面的挑战。代表性的成果有2020年中国科学家Guo等人实现了首次基于卫星的量子密钥分发，2021年英国科学家Ellis等人实现了首次单通道1.125Pb/s的光传输，2022年日本科学家Miyazaki等人实现了首次基于相干通信的单通道10Tb/s的光传输等。

问：比较光纤通信和其他通信方式（如无线通信、卫星通信、微波通信等）的优缺点。