光纤通信原理及基础知识PPT课件.ppt

光纤的通信原理及基础知识 2020 3 18 0 第一章光纤通信的基本原理第二章光纤的基本结构和分类第三章光纤的基本参数第四章光纤的制造方法 光纤的通信原理及基础知识 2020 3 18 1 1 1光纤通信的基本原理 第一章光纤 光缆的基本知识 2020 3 18 2 电磁波谱 频谱分配 光纤通信的基本原理 2020 3 18 3 光在传输过程中 在两种不同的传输媒质的界面将产生以下行为 一部分入射光将被反射一部分入射光将进入第二种媒质 并产生折射 光的反射和折射定律 光纤通信的基本原理 2020 3 18 4 折射率n 光在真空中的传播速度 光在该媒质中的传播速度 全反射 当n1 n2时 随着入射角的不断增加 在入射角达到某一值时 折射角达到90oC 我们把此时的入射角称为临界角 0 当入射角大于临界角时 将发生全反射 媒质1 媒质2 根据折射定律 我们可以求出临界角 此时 2 90o 即n1 Sin 0 n2 Sin90o所以Sin 0 n2 n1 媒质 折射率 真空 空气 水 多模光纤 单模光纤 玻璃 钻石 光的全反射定律 光纤通信的基本原理 2020 3 18 5 光通信正是利用了全反射原理 当光的注入角满足一定条件时 光便能在光纤 光波导 内形成全反射 从而达到长距离传输的目的 光纤的导光原理 光纤通信的基本原理 2020 3 18 6 涂层 包层 纤芯 光纤的结构 光纤的基本结构和分类 2020 3 18 7 光纤通信的优点 光通信基本原理 大容量 长中继距离 适应能力强 体积小 重量轻 便于安装和维护 选材丰富 价格低Rawmaterialabundance lowprice 保密性强 2020 3 18 8 第一章光纤通信的基本原理第二章光纤的基本结构和分类第三章光纤的基本参数第四章光纤的制造方法 光纤的通信原理及基础知识 2020 3 18 9 光纤的结构及组成 涂层力学影响的防护 涂层 acrylic 250 m 涂层250 m 标准单模光纤 标准梯度折射率分布多模光纤 纤芯 SiO2 Ge F 掺锗二氧化硅 8 6 9 5 m 纤芯 聚甲基丙烯酸甲酯 980 m 包层 SiO2 F 掺氟二氧化硅125 m 纤芯 掺锗二氧化硅 50 m 62 5 m 100 m 涂层1000 m 塑料光纤 光纤的基本结构和分类 2020 3 18 10 按材料分类 二氧化硅系光纤 多组份光纤 塑料光纤 光纤的分类 光纤的基本结构和分类 2020 3 18 11 用于通信 如 光缆 用于传感器 如 光纤陀螺 用于传输图像 如 内窥镜 其它用途 如用于传输能量 按用途分类 光纤的分类 光纤的基本结构和分类 2020 3 18 12 按传输模式分类 多模光纤 单模光纤 光纤的分类 光纤的基本结构和分类 2020 3 18 13 G651多模光纤 工作波长为850nm的LAN用的多模光纤G652光纤 最佳工作波长为1310nm的单模光纤 G652AG652B 标准光纤G652CG652D 低水峰 全波 光纤G653光纤 零色散波长在1 55 m窗口的单模光纤G654光纤 截止波长在1500nm的海底应用单模光纤 又称为最低衰减单模光纤G655光纤 在1550nm窗口给定波长区间内色散不为零的色散位移单模光纤 称为非零色散位移光纤G655A 单信道光纤 1995 G655B G655C DWDM光纤 2000 10 2003 1 G656光纤 使用于DWDM系统S C L波带的非零色散位移光纤 2003 10提出 2004 4争取会议同意 光纤的分类 光纤的基本结构和分类 2020 3 18 14 单模光纤特性 G 652光纤 G 653光纤 G 654光纤 G 655光纤 最成熟的单模光纤 但未把最小的衰减与最小的色散有效的结合在一起 过渡性的单模光纤 通过对光纤的截止波长进行位移而获得极低的衰减 过渡性的单模光纤 把零色散点移到了衰减最小的波长 一种新型的单模光纤 把最小的衰减与小的色散结合在一起 单模光纤的特性 光纤的基本结构和分类 2020 3 18 15 G652光纤的分类 特点与应用 应用1 G 652A 支持G 957规定的SDH传输系统 G 691规定的带光放大的单通过路STM 16 2 5Gbit s 的SDH传输系统 G 693规定的40km的10Gbit s以太网系统及STM 2562 G 652B 主要支持更高速率 例如G 691和G 692传输系统中直到STM 64 10Gbit s 在G 693和G 959 1中对于STM 256的某些应用3 G 652C 低水峰光纤 与G 652A光纤属性类似 允许使用在1360 1530nm扩展波长范围4 G 652D 与G 652B光纤属性类似 允许使用在1360 1530nm扩展波长范围 光纤的基本结构和分类 2020 3 18 16 光纤应用的发展趋势 长距离应用 发展方向是大有效面积色散平坦型G 655 城域网中 低水峰光纤 G 652C G 652D 有较大的应用前景 关键在价格 目前主要采用的是G 652A G 652B光纤 接入网中将主要应用G 652光纤 其发展前景仍被很多专家看好 目前市场规模在下降 但仍继续占主导地位 LAN中将主要应用多模光纤 芯径逐渐由62 5 m向50 m发展 市场在逐渐扩大 室内布线将向塑料光纤发展 光纤应用的发展趋势 光纤的基本结构和分类 2020 3 18 17 第一章光纤通信的基本原理第二章光纤的基本结构及分类第三章光纤的基本参数第四章光纤的制造方法 光纤的通信原理及基础知识 2020 3 18 18 几何尺寸参数 光学及传输特性参数 机械及环境性能参数 光纤参数分类 光纤的基本参数 2020 3 18 19 光纤的几何尺寸参数 纤芯直径纤芯 包层同心度包层外径 d dx dy 2 包层不圆度 dmax dmin d 涂层外径包层 涂层同心度光纤翘曲度R R 光纤的基本参数 2020 3 18 20 光纤几何尺寸参数典型值 纤芯直径 多模光纤 纤芯直径 单模光纤 纤芯 包层同心度 包层外径 包层不圆度 涂层外径 包层 涂层同心度 62 5 50 m 8 10 m 1 0 m 125 m 2 m 2 245 m 10 m 15 m 光纤翘曲度 2m 光纤的基本参数 2020 3 18 21 光纤的光学及传输特性参数 衰减系数 色散系数 截止波长 弯曲损耗 偏振模色散 模场直径 光纤的基本参数 2020 3 18 22 定义 高斯分布的单模光纤 模场直径是光场幅度分布1 e处各点所围成圆的直径 也等于光功率分布1 e2处各点所围成圆的直径 光纤的光学及传输特性参数之一 模场直径 光纤的基本参数 P0 Pe 2020 3 18 23 衰减系数 10lg Pi Po L下面 Pi输入功率Po通过长度为L的光纤后的输出功率L传输距离定义 Loss dB 10lg Pout Pin 限制传输距离 固有损耗 瑞利散射 材料反射 紫外线辐射 红外线吸收 外来损耗 吸收 分离点损耗 Pi Po 1 2衰减系数 光纤的光传输特性 2020 3 18 24 单模光纤的典型频谱衰耗 OH 吸收峰 又称为 水峰 光纤的光学及传输特性参数之一 典型频谱衰耗图 光纤的基本参数 2020 3 18 25 定义 由于传输介质的折射率与光波的波长相关而造成不同波长的光在相同传输介质中的传播速度不同的现象 其程度用色散系数进行反映 光纤的光学及传输特性参数之一 色散系数D ps km nm 光纤的基本参数 2020 3 18 26 Theoreticalmaxdistancelimitedbythedispersion B 10 光纤的光学及传输特性参数之一 色散受限最大理论传输距离 光纤的基本参数 2020 3 18 27 不同单模光纤的色散曲线 光纤的光学及传输特性参数之一 色散曲线图 光纤的基本参数 2020 3 18 28 定义 基模包含两个正交的矢量 这两个偏振矢量在传播过程中会产生时延 从而引入偏振模色散 光纤的光学及传输特性参数之一 偏振模色散 光纤的基本参数 2020 3 18 29 PMD定义定义 减弱的波长结构导致的两个线性偏振模的色散 tPMD Dpmd L 0 5PMDLinky PMDQ 99 99 probabilityof100000y 光纤的光学及传输特性参数之一 偏振模色散 光纤的基本参数 2020 3 18 30 偏振模色散受限的最大理论传输距离 B当比特率大于10Gb s 偏振模色散必须考虑 降低光纤偏振模色散值 改进光纤的几何形状导致裸纤的旋转 10 光纤的光学及传输特性参数之一 偏振模色散受限的最大理论传输距离 光纤的基本参数 2020 3 18 31 固有和非固有的偏振模色散原因 包层中心为椭圆 包层偏心 进入气体 侧压 涂层椭圆 涂层偏心 非固有原因 侧压 弯曲 扭曲 光纤的光学及传输特性参数之一 偏振模色散 光纤的基本参数 2020 3 18 32 定义 光纤作为单模光纤工作的最短波长 工作波长超过此波长时 只能传输基模 此时光纤为单模光纤 工作波长低于此波长时 除基模外 高次模也可传输 此时光纤为多模光纤 光纤的光学及传输特性参数之一 截止波长 光纤的基本参数 2020 3 18 33 弯曲损耗 宏观弯曲损耗 是指光纤在以远远大于光纤外径的曲率半径弯曲时 所引入的附加损耗 微观弯曲损耗 是指光纤受到不均匀应力的作用 光纤轴产生的微小不规则弯曲所引入的附加损耗 光纤的光学及传输特性参数之一 弯曲损耗 光纤的基本参数 2020 3 18 34 衰减系数 色散系数 截止波长 弯曲损耗 1310nm波长处 0 36dB km1550nm波长处 0 22dB km 1310nm波长处 0ps nm km 1550nm波长处 19ps nm km cc 1260nm 以75mm为直径松绕100圈1550nm波长处附加衰减 0 05dB 模场直径 1310nm 8 10 m 1550nm 9 11 m 光纤的光学及传输特性参数之一 参数典型值 光纤的基本参数 偏振模色散 PMD 0 5ps km 1 2 2020 3 18 35 光纤的光学及传输特性参数之一 ITU规范典型值 光纤的基本参数 2020 3 18 36 机械及环境性能参数 光纤筛选应力水平 光纤抗张强度 光纤动态疲劳参数 光纤静态疲劳参数 筛选应力 0 69GPa持续时间 1s 典型值 500kpsi nd 20 ns 20 光纤的基本参数 2020 3 18 37 光纤温度衰减特性 光纤浸水性能 光纤老化性能 60oC 85oC下附加衰减 0 05dB km 23oC下 浸水14天后附加衰减 0 05dB km 温度湿度衰减特性 10oC 85oC 98 RH下附加衰减 0 05dB km 85oC下老化一个月后附加衰减 0 05dB km 机械及环境性能参数 光纤的基本参数 2020 3 18 38 第一章光纤通信的基本原理第二章光纤的基本结构及分类第三章光纤的基本参数第四章光纤的制造方法 光纤的通信原理及基础知识 2020 3 18 39 光纤制造的工艺流程 制造光纤的基本化学反应式如下 SiCl4 O2 SiO2 2Cl2 其工艺流程如下 制棒 脱水 烧缩 抛光 拉丝 筛选 复绕 光纤的制造方法 2020 3 18 40