光纤通信以及光纤光缆论文1.doc

光纤通信以及光纤光缆XX（XX学院 xxxxxxx）光纤通信的原理：光纤是由单根玻璃光纤、紧靠纤心的包层、一次涂履层以及套塑保护层组成。纤芯和包层由两种光学性能不同的介质构成，内部的介质对光的折射率比环绕它的介质的折射率高，因此当光从折射率高的一侧射入折射率低的一侧时，只要入射角度大于一个临界值，就会发生反射现象，能量将不受损失。这时包在外围的覆盖层就象不透明的物质一样，防止了光线在穿插过程中从表面逸出。 由发光二极管 LED 或注入型激光二极管 ILD 发出光信号沿光纤传播，在另一端则有 PIN 或 APD 光电二极管作为检波器接收信号。为确保信号的有效传输，在光发送端之前需增加光放大器，以提高入纤的光功率，在接收端的光电检测器之后将微信号进行放大，以提高接收能力。光纤类型：根据光在光纤中的传播方式可将光纤划分为两种类型：即多模光纤和单模光纤。多模光纤又根据其包层的折射率进一步分为突变型折射率光纤和渐变型折射率光纤。多模光纤主要用于短距离、低速率的通信，用于干线传输网建设的光纤主要有三种，即 G.652 常规单模光纤、 G.653 色散位移单模光纤和 G.655 非零色散位移光纤。单模光纤：在 C 波段 1530 1565 nm 和 L 波段 1565 1625nm 的色散较大，系统速率达到 2.5 Gbit/s 以上时，需要进行色散补偿，在 10 Gbit/s 时系统色散补偿成本较大，它是目前传输网中敷设最为普遍的一种光纤。 色散位移光纤：在 C 波段和 L 波段的色散很小，在 1550nm 是零色散，系统速率可达到 20 Gbit/s 和 40 Gbit/s ，是单波长超长距离传输的最佳光纤。但是，由于其零色散的特性，在采用 DWDM 扩容时会出现非线性效应，产生四波混频（ FWM ），导致信号串扰，因此不太适用于 DWDM 。光纤产生损耗的原因：造成光纤损耗的主要因素有：本征、弯曲、挤压、杂质、不均匀和对接等。 本征：是光纤的固有损耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。 弯曲：光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉，造成损耗。 挤压：光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。 杂质：光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光，造成的损失。 不均匀：光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。 对接：光纤对接时产生的损耗，如：不同轴 ( 单模光纤同轴度要求小于 0.8m) 、端面与轴心不垂直、端面不平、对接心径不匹配和熔接质量差等。 光纤损耗的分类：光纤损耗大致可分为光纤具有的固有损耗以及光纤制成后由使用条件造成的附加损耗。固有损耗包括散射损耗、吸收损耗和因光纤结构不完善引起的损耗；附加损耗则包括微弯损耗、弯曲损耗和接续损耗。 附加损耗是在光纤的铺设过程中人为造成的。在实际应用中，不可避免地要产生光纤连接损耗，光纤微小弯曲、挤压、拉伸受力也会引起损耗，究其主要原因是在这些条件下，光纤纤芯中的传输模式发生了变化，因此，附加损耗是可以尽量避免的。在固有损耗中，散射损耗和吸收损耗是由光纤材料本身的特性决定的，在不同的工作波长下引起的固有损耗也不同。材料的吸收损耗是由于制造光纤材料中的粒子吸收光能以后，产生振动、发热，而将能量散失掉而产生的；散射损耗是由于光纤材料分子的“瑞利散射”而引起的光损耗，鉴于目前的光纤制造工艺水平，可以说瑞利散射损耗是无法避免的。光纤的发展应用 ：人类很早以前就认识到用光可以传递信息，并逐步探索到可以用玻璃纤维把光信号封闭在其中进行光传送的方式，但早期的光纤衰减特别大，直到 20 世纪 60 年代，人类所能制造的最好的玻璃纤维的衰减仍在每公里 1000dB 以上。 1966 年 7 月， 利用光导纤维作为光的传输媒介的光纤通信，其发展只有二三十年的历史。 光纤通信的发展可分为以下几代进程：第一代光纤通信系统，是以 1973 1976 年的 850nm 波长的多模光纤通信系统为代表；第二代光纤通信系统，是 70 年代末， 80 年代初的多模和单模光纤通信系统；第三代光纤通信系统是 80 年代中期以后的长波长单模光纤通信系统，中继距离约 50km ；第四代光纤通信系统，是指进入 90 年代以后的同步数字体系光纤传输网络。 随着密集波分复用 DWDM 技术、掺铒光纤放大器 EDFA 技术和光时分复用 OTDM 技术的发展和成熟，光纤通信技术正向着超高速、大容量通信系统发展，并且逐步向全光网络演进。采用光时分复用 OTDM 和波分复用 DWDM 相结合的试验系统，容量可达 3 Tb/s （即 3000 Gb/s ）或更高；时分复用 TDM 的 10 Gb/s 系统和与 DWDM 相结合的 3210 Gb/s 和 16010 Gb/s 系统已经商用化， TDM 40 Gb/s 系统已经在实验室进行试验。在如此高速率的 DWDM 系统中，开发敷设新一代光纤已成为构筑下一代通信网的重要基础。要求新一代光纤应具有所需的色散值和低色散斜率、大有效面积、低的偏振模色散，以克服光纤带来的色散限制和非线性效应问题。 光纤通讯中用到的最常用的就是光纤光缆技术了，那么，我来介绍下光纤光缆的原理，结构及技术特性。光纤光缆的原理：光纤传输基于可用光在两种介质界面发生全反射的原理。图3为突变型光纤,n1为纤芯介质的折射率，n2为包层介质的折射率,n1大于n2，进入纤芯的光到达纤芯与包层交界面（简称芯-包界面）时的入射角大于全反射临界角c时,就能发生全反射而无光能量透出纤芯，入射光就能在界面经无数次全反射向前传输。光缆的结构：按照被覆光纤在光缆中所处的状态，光缆有紧结构与松结构两类。骨架型光缆是一种典型的松结构。光纤埋在骨架外周螺旋槽中，有活动余地。这种光缆隔离外力和防止微弯损耗的特性较好。图2b的绞合型光缆当使用紧包光纤时是一种典型的紧结构，被覆光纤被紧包于缆结构中，但绞合型光缆使用松包光纤时，由于光纤在二次被覆塑料管中可以活动，仍属松结构。绞合型光缆的成缆工艺较为简单，性能良好。此外，还有带状光缆、单芯光缆等结构类型。各种光缆中都有增强件，用以承载拉力。它由具有高弹性模量的高强度材料制成，常用的有钢丝、高强度玻璃纤维和高模量合成纤维芳纶等。增强件使光缆在使用应力下只产生极低的伸长形变（例如小于0.5）,以保护光纤免受应力或只承受极低的应力，以防光纤断裂。 光缆的护套结构和材料视使用环境和要求而定，与同样使用条件下的电缆基本相同。按照光缆的使用环境分，有架空光缆、直埋光缆、海底光缆、野战光缆等。它的特性，造成光纤衰减的因素有散射损耗、吸收损耗和微弯损耗等。散射损耗主要由瑞利散射产生，它是由玻璃的不规则分子结构引起的微观折射率波动所造成的，是光纤的固有损耗，也是光纤衰减的最低限。它与4成反比。在波长小于0.8微米时,瑞利散射损耗迅速上升，限制了光纤的使用。光纤基质材料SiO2和掺杂氧化物分子的本征吸收损耗又使光纤的衰减，在波长大于1.7微米时，迅速增大。因此,这类光纤的使用波长就被