《光纤通信基础》PPT课件.ppt

,第二讲 光纤通信基础,光纤通信的概念 光纤通信就是以光波为载波，光导纤维为传输介质的通信方式 。,3,光纤通信的发展过程,古代光通信 约3000年前的烽火台：烽火戏诸侯； 17世纪，发明了望远镜； 17世纪，旗语在航海上得到广泛应用,共同特点：利用空气传播可见光，由人眼接收,现代光通信-光电话 1880年，贝尔利用太阳光作光源，大气为传输媒质，用硒晶体作为光接收器件，成功地进行了光电话的实验，通话距离最远达到了213米,6,光通信必须要解决两个最根本性问题： 必须有能稳定传送光的介质 必须要找到理想的光源。,7,1960年，美国人梅曼发明了红宝石激光器，从此人们便可获得频率稳定的光源。研究现代化光通信的时代也从此开始。 1966年7月，英国标准电信研究所的英籍华人高锟博士，就光纤传输的前景发表了有重大意义的论文，论述了造成光纤损耗的主要原因，并从理论上分析：如果能去除玻璃上的杂质，就有可能使光的传输损耗大大降低，可降低到20dB/km左右（20dB/km表示信号传输1公里后只剩1/100）。,8,1970年，美国康宁公司的三名科研人员成功地制成了传输损耗20dB/km的光纤。 1970年，美国贝尔研究所成功地研制出能在室温下连续工作的半导体激光器。 1974年光纤损耗达到了1dB/km的水平; 1977年，已研制成功了能连续工作几万小时、在实用环境中工作10年的长寿命的激光器。,9,1977年在美国芝加哥和圣塔摩尼卡之间首次建成商用的光纤通信系统。,10,到1990年，短短十几年中，光纤通信已经经历了几次更新换代，其中主要是 由多模光纤过渡到单模光纤； 由短波长区（0.85m，损耗约为34dB/km左右）过渡到长波长区（1.31m，损耗为0.35dB/km，1.55m，损耗为0.19dB/km ）。 光纤的传输速率已经达到了10Gb/s。,11,光纤通信的特点,12,光纤传输带宽高，通信容量大。 光纤中继距离长。 光纤损耗低。 电磁干扰能力强。 光缆的尺寸小，重量轻。 光纤资源丰富，节约有色金属和能源。,13,光纤结构,光纤的结构,纤芯 ：折射率较高，用来传送光； 包层 ：折射率较低，与纤芯一起形成全反射条件； 涂覆层：强度大，能承受较大冲击，保护光纤。,37,光纤尺寸参数,典型纤芯直径9 m、 50 m 、62.5m 典型包层直径 125 m 典型涂覆层直径 250 m,* Provided by Superior Essex,16,光纤原理,光纤传输光学原理图,18,光纤性能,衰减 光在光纤中传输时的能量损耗 850nm3 dB/km 1310nm0.35dB/km 1550nm0.2dB/km,色散 色散就是光纤中传输的不同模式的光信号中的不同频率分量，由于速度不同造成到达光纤终端存在先后顺序，从而产生波形畸变的一种现象。雨后的彩虹，这些都是最简单的色散现象。色散越小，带宽就越大。,光纤的三个“窗口”,第一窗口 850nm 损耗3dB/km 。 第二窗口 1310nm 损耗0.35dB/km 第三窗口 1550nm 损耗0.2dB/km,工作波长 多模（MM）工作于 850 nm 和 1300 nm 单模（SM）工作于 1310 nm 和 1550 nm,23,光纤代号,光纤类别的代号 光纤类别采用光纤产品的分类代号表示。 B1.1 G652a和G652b光纤 B1.3 G652c和G652d低水峰单模光纤 B6_a G657A1和G657A2光纤 B6_b G657B2和G657B3光纤 A1a 50/125um多模光纤 A1b 62.5/125um多模光纤 A1am150 50/125um万兆150多模光纤 A1am300 50/125um万兆300多模光纤 A1am550 50/125um万兆550多模光纤,25,光纤分类,按照制造光纤所用的材料分类有： 石英系光纤 多组分玻璃光纤 塑料包层石英芯光纤 全塑料光纤 氟化物光纤,按光在光纤中的传输模式分 多模光纤 单模光纤,多模光纤,多模光纤(Multi Mode Fiber)：纤芯较粗(50或62.5m)，可传多种模式的光，其模间色散较大，这就限制了传输距离，适合中容量、中距离传输。,多模光纤的分类 OM1 OM2 OM3 OM4,多模光纤的应用及传输距离,单模光纤,单模光纤(Single Mode Fiber)：纤芯很细(芯径一般约为9m)，只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于大容量远距离传输。,单模光纤的分类 OS1 OS2,33,常用单模光纤,G.652单模光纤,定义 在1.31m波长处，单模光纤的材料色散和波导色散一为正、一为负，大小也正好相等。这就是说在1.31m波长处，单模光纤的总色散为零。从光纤的损耗特性来看，1.31m处正好是光纤的一个低损耗窗口。这样，1.31m波长区就成了光纤通信的一个很理想的工作窗口。这种光纤由国际电信联盟ITUT在G.652建议中确定的，因此这种光纤又称G.652光纤。,分类 G.652.A 用于支持10Gbit/s系统传输距离可达400km；10Gbit/s以太网的传输达40km，支持40Gbit/s系统的距离为2km。 G.652.B 用于必须支持10Gbit/s系统传输距离可达3000km以上，40Gbit/s系统的传输距离为80km。,分类 G.652.C 基本属性与G.652A相同，但在1550nm的衰减系数更低，而且消除了1380nm附近的水吸收峰，即系统可以工作在13601530nm波段。 G.652.D 基本属性与G.652B光纤基本相同，而衰减系数与G.652C光纤相同，即系统可以工作在13601530nm波段。,G.657单模光纤,定义 G.657光纤具有良好的抗弯曲性能，弯曲损耗比较小,使其适用于光纤接入网，包括位于光纤接入网终端的建筑物内的各种布线。在新版本的标准建议中，按照是否与G.652光纤兼容的原则，将G.657光纤划分成了A大类和B大类光纤，同时按照最小可弯曲半径的原则，将弯曲等级分为1，2，3三个等级，其中1对应10mm最小弯曲半径，2对应7.5mm最小弯曲半径，3对应5mm最小弯曲半径。,分类 G.657.A1、G.657.A2、 G.657.B2、G.657.B3,G.657A光纤的传输和互连性能与G.652D相同。与G.652D光纤不同的是，为了改善光纤接入网中的光纤接续性能，G.657A光纤具有更好的弯曲性能，几何尺寸技术要求更精确。 G.657B光纤的传输工作波长分别是1310、1550和1625nm。G.657B光纤的应用只限于建筑物内的信号传输，它的熔接和连接特性与G.652光纤完全不同，与G.652光纤有很高的熔接损耗，但可以在弯曲半径非常小的情况下正常工作。,43,光缆,光缆是一定数量的光纤按照一定方式组成缆心，外包有护套，有的还包覆外护层，用以实现光信号传输的一种通信线缆。 通俗的说光缆就是由光纤经过一定的工艺而形成的线缆。,光缆的定义,光缆型号的命名规则,根据光缆命名的国家标准，光缆型号由光缆的型式和光纤的规格两大部分组成。其中型式由光缆分类、加强构件、结构特征、护套和外护套组成；光纤规格由光纤数和光纤类别组成。,I：光缆分类的代号 GY 通信用室（野）外光缆 GJ 通信用室（局）内光缆 其中：室（局）内光缆子分类代号 P 配线光缆（布线光缆） B 分支光缆 II：加强构件的代号 （无符号） 金属加强构件 F 非金属加强构件,III：结构特征的代号 当有几个结构特征需要注明时，可用组合代号法表示，其组合代号按下列相应的各代号自上而下的顺序排列。 D 光纤带结构 （无符号） 光纤松套被覆结构 J 光纤紧套被覆结构 （无符号） 层绞结构 G 骨架槽结构 X 缆中心管（被覆）结构 T 油膏填充式结构 （无符号） 干式阻水结构 R 充气式结构 C 自承式结构,B 扁平形状 E 椭圆形状 Z 阻燃 IV：内护套的代号 Y 聚乙烯护套 V 聚氯乙烯护套 U 聚氨酯护套 H 低烟无卤护套 A 铝聚乙烯粘结护套 S 钢聚乙烯粘结护套 W 夹带平行钢丝的钢聚乙烯粘结护套 L 铝护套 G 钢护套 Q 铅护套,V：护套的代号 外护套代号由铠装层代号和外被层代号表示 铠装层代号 无铠装层 2 绕包双钢带 3 单细圆钢丝 33 双细圆钢丝 4 单粗圆钢丝 44 双粗圆钢丝 5 皱纹钢带,外被层代号 1 纤维外被 2 聚氯乙烯套 3 聚乙烯套 4 聚乙烯套加覆尼龙套 5 聚乙烯保护管 VI：光纤数的代号 光纤数的代号用光缆中同类别光纤的实际有效数目的数字表示。,VII：光纤类别的代号 光纤类别采用光纤产品的分类代号表示。 B1.1 G652a和G652a光纤 B1.3 G652c和G652d低水峰单模光纤 B6_a G657A1和G657A2光纤 B6_b G657B2和G657B3光纤 A1a 50/125um多模光纤 A1b 62.5/125um多模光纤 A1am150 50/125um万兆150多模光纤 A1am300 50/125um万兆300多模光纤 A1am550 50/125um万兆550多模光纤,举例 GYTA53-12B1.3 室外金属加强构件，光纤松套被覆层绞式结构，油膏填充，铝聚乙烯粘结内护套，皱纹钢带，聚乙烯外护套，12芯低水峰单模光缆,举例 GYXTW-08A1am300 室外金属加强构件，光纤松套被覆，中心管式结构，油膏填充，夹带平行钢丝的钢聚乙烯粘结护套，8芯万兆300多模光缆,光缆的分类 室外光缆、室内光缆 布线光缆、分支光缆 单模光缆、多模光缆 层绞式光缆、中心管式光缆、骨架式光缆、蝶形光缆和带状光缆,室外中心管式 S护套光缆（GYXTW）,光缆的结构是将单模或多模光纤套入松套管中，套管内填充防水化合物。松套管外用一层双面涂塑钢带纵包，钢带和松套管之间加阻水材料以保证光缆的紧凑和纵向阻水，两侧放置两根平行钢丝后挤制护套成缆。,室外松套管式非铠装光缆（GYTA） (层绞式),光缆的结构是将单模或多模光纤套入松套管中，套管内填充防水化合物。纤芯的中心是一根金属加强芯，对于某些芯数的光缆来说，金属加强芯外还需挤上一层聚乙烯（PE）。松套管（和填充绳）围绕中心加强芯绞合成紧凑和圆形的缆芯，缆芯内的缝隙充以阻水填充物。涂塑铝带纵包后挤制聚乙烯护套成缆。,标准松套管式加强铠装光缆（GYTA53） (层绞式),光缆的结构是将单模或多模光纤套入松套管中，套管内填充防水化合物。纤芯的中心是一根金属加强芯，对于某些芯数的光缆来说，金属加强芯外还需挤上一层聚乙烯（PE）。松套管（和填充绳）围绕中心加强芯绞合成紧凑和圆形的缆芯，缆芯内的缝隙充以阻水填充物。涂塑铝带（APL）纵包后挤一层聚乙烯内护套,双面涂塑钢带( PSP)纵包后挤制聚乙烯外护套成缆。,室内布线光缆,多用途室内布线光缆是由若干根单模或多模单芯紧套光纤围绕中心成缆芯后，通过芳纶加强，再套上PVC或低烟无卤（LSZH）材料外护套构成。,多用途室内分支光缆,多用途室内布线光缆是由若干根单模或多模单芯紧套光纤围绕中心加强构件胶合成缆芯后，再套上PVC或低烟无卤（LSZH）材料外护套构成。,皮线光缆,61,光纤连接器,常用的光纤连接器型号 FC型、SC型、ST型、LC型、MPO型等。 按插头端面形式分：,PC型,UPC型,APC型,分类,FC,ST,LC,SC,SC型LC,MPO,光纤适配器,FC,ST,LC,SC,MPO,光纤插头,LC-LC跳线,SC-SC跳线,FC-FC跳线,ST-ST跳线,MPO-MPO跳线,光纤跳线,SC-LC跳线,LC尾纤,SC尾纤,FC尾纤,ST尾纤,光纤尾纤,67,光纤连接器的损耗,光纤接续的内部损耗： 芯径失配； 同心度不良； 光纤接续的外部损耗： 横向偏移； 纵向间隙； 轴向角偏差；,SC/LC/FC/ST单模光纤连接器插头： 插入损耗0.35db（对于标准插头） 插入损耗0.5db （任意互配） 回波损耗40db（PC型) 波损耗60db（APC型)