光纤通信基本知识

关于光纤通信基本知识光纤通信的优点通信容量大中继距离长不受电磁干扰资源丰富光纤重量轻、体积小第2页,共39页，2024年2月25日，星期天光通信发展简史2000多年前烽火台——灯光、旗语1880年光电话——无线光通信1970年光纤通信第3页,共39页，2024年2月25日，星期天光纤通信发展史1966年“光纤之父”高锟博士首次提出光纤通信的想法。1970年贝尔研究所林严雄在室温下可连续工作的半导体激光器。1970年康宁公司的卡普隆(Kapron)之作出损耗为20dB/km光纤。1977年芝加哥第一条45Mb/s的商用线路。第4页,共39页，2024年2月25日，星期天电磁波谱1cm1mm100um10um1um100nm10nm1nmλ波長10G100G1T10T100T10^1510^1610^17f(Hz)1.6um1.51.41.31.21.11.0um900800700600nm光通信使用范围红外线紫外线第5页,共39页，2024年2月25日，星期天光的基本知识光是一种电磁波可见光350nm—750nm光纤通信所用的波长

800——1600nm光的反射、折射全反射第6页,共39页，2024年2月25日，星期天光的基本知识n1n2n1<n2θ1θ2θ3入射折射反射视觉位置实际位置空气水第7页,共39页，2024年2月25日，星期天光的基本知识n1n2n1>n2n1n2临界角900临界角n1n2全反射入射角=反射角θ1θ2第8页,共39页，2024年2月25日，星期天光纤的结构纤芯包层保护套第9页,共39页，2024年2月25日，星期天光纤的结构纤芯core：折射率较高，用来传送光；包层coating：折射率较低，与纤芯一起形成全反射条件；保护套jacket：强度大，能承受较大冲击，保护光纤。3mm光缆橘色MM

黄色SM第10页,共39页，2024年2月25日，星期天常见光纤名词数值孔径（NumericAperture）

NA=SINθ

θ接收锥第11页,共39页，2024年2月25日，星期天常见光纤名词输入输入输出输出低数值孔径NA高数值孔径NANANA第12页,共39页，2024年2月25日，星期天

外径一般为125um(一根头发平均100um)内径：单模9um

多模50/62.5um12595012562.5125光纤的尺寸第13页,共39页，2024年2月25日，星期天光纤的分类按材料分类：玻璃光纤：纤芯与包层都是玻璃，损耗小，传输距离长，成本高；胶套硅光纤：纤芯是玻璃，包层为塑料，特性同玻璃光纤差不多，成本较低；塑料光纤：纤芯与包层都是塑料，损耗大，传输距离很短，价格很低。多用于家电、音响，以及短距的图像传输。第14页,共39页，2024年2月25日，星期天按照光纤的模式分类单模（Single-Mode）多模（Multi-Mode）按折射率分类阶越光纤渐变折射率光纤

光纤的分类第15页,共39页，2024年2月25日，星期天光纤的损耗1310nm:0.35~0.5dB/Km1550nm:0.2~0.3dB/Km850nm:2.3~3.4dB/Km光纤熔接点损耗：0.2dB/点光纤熔接点1点/2km第16页,共39页，2024年2月25日，星期天常见光纤名词衰减：光在光纤中传输时的能量损耗

单模光纤

1310nm0.4~0.6dB/km

1550nm0.2~0.3dB/km

塑料多模光纤

300dB/km第17页,共39页，2024年2月25日，星期天光纤的衰减光纤的衰减图0.70.80.91.01.11.21.31.41.51.6λnm

OH-OH-OH-第一窗口第二窗口第三窗口衰减(dB/km)水峰值654321第18页,共39页，2024年2月25日，星期天色散(Dispersion)：光脉冲沿着光纤行进一段距离后造成的频宽变粗。它是限制传输速率的主要因素。模间色散：只发生在多模光纤，因为不同模式的光沿着不同的路径传输。材料色散：不同波长的光行进速度不同。波导色散：发生原因是光能量在纤芯及包层中传输时，会以稍有不同的速度行进。在单模光纤中，通过改变光纤内部结构来改变光纤的色散非常重要。常见光纤名词第19页,共39页，2024年2月25日，星期天光纤类型G.652零色散点在1300nm左右G.653零色散点在1550nm左右G.654负色散光纤G.655色散位移光纤全波光纤第20页,共39页，2024年2月25日，星期天常见光纤名词散射

由于光线的基本结构不完美，引起的光能量损失，此时光的传输不再具有很好的方向性。光线缺陷第21页,共39页，2024年2月25日，星期天光纤系统基础知识一、基本光纤系统的构架及其功能介绍：1.发送单元：把电信号转换成光信号；2.传输单元：载送光信号的介质；3.接收单元：接收光信号并转换成电信号；4.连接器件：连接光纤到光源、光检测以及其它光纤。第22页,共39页，2024年2月25日，星期天光纤系统基础知识二、基本光纤系统方框图：

信号光发射机光源中继器检测器光接收机信号电E/光O转换光纤光O/电E转换发送单元传输单元接收单元连接器件第23页,共39页，2024年2月25日，星期天常用连接器类型SCLCMT-RJDSCVF-45Opti-Jack第24页,共39页，2024年2月25日，星期天常用连接器类型FCTypeSCTypeSC2TypeFDDType第25页,共39页，2024年2月25日，星期天常用连接器类型BICONICTypeD4TypeSMA905TypeSMA906TypeMINIBNCType第26页,共39页，2024年2月25日，星期天连接头端面类型Ferrule+FlangeInsertionLoss(插入损耗)<0.3dBReturnLoss(回波损耗)PC>40dBSPC>45dBUPC>50dBAPC>60dB第27页,共39页，2024年2月25日，星期天无源器件耦合器（coupler）主要功能再分配光信号重要应用在光纤网络尤其是应用在局域网在波分复用器件上应用第28页,共39页，2024年2月25日，星期天无源器件耦合器（coupler）基本结构

耦合器是双向无源器件

基本形式有树型、星型

——与耦合器对应的有分路器（splitter）第29页,共39页，2024年2月25日，星期天无源器件耦合器

以图形表示1423第30页,共39页，2024年2月25日，星期天无源器件波分复用器

WDM—WavelengthDivisionMultiplexer

在一条光纤中传输多个光信号，这些光信号频率不同，颜色不同。波分复用器就是要把多个光信号耦合进同一根光纤中；解波分复用器就是从一根光纤中把多个光信号区分出来。第31页,共39页，2024年2月25日，星期天无源器件波分复用器（图例）

λ1传送器

λ2传送器

λ1+

λ2

λ1+

λ2

λ1接收器

λ2接收器第32页,共39页，2024年2月25日，星期天发送单元驱动器光源第33页,共39页，2024年2月25日，星期天接收单元检测器放大器

输出电路第34页,共39页，2024年2月25日，星期天光放大器

λ0

λ1输入（信号弱）

λ1输出（信号强）光放大器波分复用器耦合器

λ1光源监测第35页,共39页，2024年2月25日，星期天光纤数字通信数字系统中脉冲的定义：10%90%50%脉冲宽度上升时间下降时间周期振幅第36页,共39页，2024年2月25日，星期天1.振幅：脉冲的高度在光纤系统中表示光功率能量。2.上升时间：脉冲从最大振幅的10%上升到90%所需要的时间。3.下降时间：脉冲从振幅的90%下降到10%所需要的时间。4.脉冲宽度：脉冲在50%振幅位置的宽度，用时间表示。5.周期：脉冲特定的时间，就是完成一个循环所需要的工作时间。6.消光比：1信号光功率于0信号光功率的比值。光纤数字通信第37页,共39页，2024年2月25日，星期天光纤通信中常用单位的定义：1.dB=10log10(Pout/Pin)Pout:输出功率;Pin:输入功率

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