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易飞扬通信技术有限公司 光纤通信基础知识 光纤通信的优点 传输容量大再生中继距离长不受电磁干扰 信息传输质量高抗腐蚀性强资源丰富重量轻 体积小易于敷设 与其他传输方式比较 通信信息容量大 无线电波频率 300khz微波频率 100ghz真空光速 c 3 108m s光纤中所用波长为1310nm 1550nm 光波频率 f v 1014hz可通电话路数 n f f 2 5 1010路 250亿 可通电视路数 n f f 1 4 107路 1600万 信息量及单位 二进制数字信号有0和1两个信号位 称为比特 bit 这就是数字信号常用的信息量单位b 或kb mb gb等 信息量举例 一位十进制数字4b 三分钟讲话20mb一个汉字16b 三分钟音乐100mb一页文字20kb 一幅图片5mb一本书5mb 一场电影200gb 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 光通信发展简史 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 光通讯网络 主要用途 电话网络数据通讯系统有线电视的分类发送 光通讯网络 电话网络 长距离的通信网络 大于600km的转发间距 总的连接长度可以达到9000km 造价昂贵 主要用在submarine longhaul accessnetwork 1km 20km localexchange regionalinterexchange fttc ftth 光通讯网络 数据通信 1m 500m 主要用在lan fddi gigabit ethernet fibrechannel有线电视网 城市间的分类发送 其他网络 光通讯网络 光纤通讯系统 光通讯网络 光纤通讯网络 电磁波谱 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 光的基本知识 光的反射 反射定律 入射光线和反射光线在同一平面内 分居在法线的两侧 且有反射角等于入射角 n1 n2 法线 入射光线 分界面 反射光线 光的基本知识 光的折射 当光线由一种介质进入另一种介质时 光线在两个介质的分界面上除了被反射外 还有折射光线 如右图所示 n1 n2 法线 入射光线 折射光线 折射定律 入射光线和折射光线分居在法线的两侧 且有 光的基本知识 棱镜对光的折射 如果是一束白光 我们能看到彩带 即红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 实验表明 同一种介质对不同波长的光折射率是不同的 这种现象称为色散 光的基本知识 n1 n2 n1 n2 1 2 3 入射 折射 反射 视觉位置 实际位置 空气 水 光的基本知识 光纤传输的基本原理 即当光以某一角度进入光纤芯层时 如果入射角大于全反射临界角 则此时光参被封闭在芯层中传输 而不会有能量的损失 这种现象叫全反射 ncoresin inc ncladdingsin trans 光的全反射 光的基本知识 光的全反射 当入射光的角度达到或超过某一角度时 折射光会消失 入射光全部被反射回来 这就是光的全反射 光纤通讯就是基于以上原理而形成的 光导纤维 2 光纤的结构 2 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 2 光纤的结构 光纤简单的说就是一种高度透明的玻璃丝 他是由二氧化硅玻璃经复杂的工艺拉制而成 其全称为光导纤维 光纤结构图 单模光纤 芯层 直径8 10 m 包层 直径125 m 涂层 外径250 m 多模光纤 芯层 直径50 m或62 5 包层 直径125 m 涂层 外径250 m 数值孔径 acceptance emissioncone na sin n2core n2cladding 数值孔径 常用光纤名词 常用光纤名词 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 光纤的尺寸 外径一般为125um 一根头发平均100um 内径 单模9um多模50 62 5um 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 光纤的分类 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 03db 点光纤熔接点1点 2km 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 km1550nm0 2 0 3db km塑料多模光纤300db km 1012 光的本质 电磁波 光纤的衰减 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 使用光纤应注意的主要事项 防止侧压 造成对光纤的损伤 勿过度弯折光纤 造成光纤的折断 防止尖锐物体对光纤的损伤 注意保持光纤表面或端面的清洁 注意眼睛不要注视光源 光纤的缺点 光纤脆性较强 易折断 对光源稳定性 单一性要求高 预制棒制备技术 拉丝工艺要求高 光源对准难度大 通信光纤的种类 单模光纤 single modefiber 就是只允许一种模式传输的光纤 通常为基模 芯径约为8 9 m 外径约为125 m 传输距离较长 多模光纤 multi modefiber 就是允许有多个导模传输的光纤 芯径50 m 光纤局域网中应用的多模光纤 芯径为62 5 m或82 5 m 衰减相对较高 易于接续 一般光纤保护套用橙色表示 传输距离较短 公司所用光纤大多为单模光纤 250 m 900 m 光缆 松套管 2 0mm 3 0mm 通信光纤的种类 barefiber裸光纤 250umfibercoating250um光纤涂层 fibercore光纤核心 fibercladding光纤包层 250um光纤 通信光纤的种类 900um光纤 barefiber裸光纤 fibercore光纤核心 fibercladding光纤包层 250umfibercoating250um光纤涂层 900umbufferjacket900um缓冲保护 tefloncoating聚四氟乙烯涂层 通信光纤的种类 光缆 注 bufferedfiber 缓冲光纤strengthmembers 加强组织 尼龙纤维 如kevlar jacket 保护层 itu t已经标准化的光纤有5种 g652光纤 用于1310 m 性能最佳 g653光纤 g654光纤 g655光纤 非零色散位移单模光纤 用于高密度波分复用系统 g657光纤 小弯曲半径光纤 主要应用于ftth松套光纤和紧套光纤 光纤的选用 1 多模光纤与单模光纤相比 多模光纤芯径大 便于接续 但其衰减系数大 带宽小 故目前多模光纤只适用于短距离 小用量的数据和模拟光信息传输 光纤的选用 2 单模光纤 1 g 652光纤 g 652光纤特点是零色散波长在1 31 m 故其被称为常规单模光纤或非色散位移单模光纤 g 652光纤在1 31 m处衰减系数为0 35db km左右 在1 55 m处衰减系数为人0 20db km左右 但1 55 m处的色散系数大约为17 20ps km nm 从而限制了其在工作波长为1550nm系统中的传输速率和传输距离 光纤的选用 2 单模光纤 2 g 653光纤 g 653光纤特点是零色散波长由g 652光纤的1 31 m位移到1 55 m制得的光纤 故其称为色散位移光纤 g 653光纤同时实现了1 55 m窗口的低衰减系数和小色散系数 但是当其用于带有掺铒光纤放大器的波分复用系统中时 由于光纤芯中的光功率密度过大产生了非线性效应 限制了g 653光纤在单信道速率10gbit s以上波分复用或密集波分复用系统中的应用 光纤的选用 2 单模光纤 3 g 654光纤是一种截止波长大于1310nm 专门用于1550nm波段 衰减最小窗口 的海底光纤通信系统用光纤 人们通过改变光纤的折射率分布来改变波导色散 从而使光纤的总色散在1550nm波长上为零 这样在1550nm波长上兼有最低衰减和最大宽带的g 653光纤 光纤的选用 2 单模光纤 4 g 655光纤 g 655光纤特点是在1 530 1 565 m波长区为非零色散 故其称为非零色散位移光纤 g 655光纤解决g 653光纤在单信道速率10gbit s以上波分复用中出现的非线性效应 特别是四波混频 所以其在10gbit s以上波分复用或密集波分复用的高速率 大容量 远距离光纤传输系统中得到极为广泛地应用 光纤的选用 2 单模光纤 5 g 657光纤 小弯曲半径单模光纤 用于接入网的低弯曲损耗敏感单模光纤 g 657光纤具有卓越的抗弯曲性能 可以沿着建筑物内很小的拐角安装 象安装铜缆一样 能大幅度地降低运营商推广光纤到户 ftth 项目的成本 光纤的选用 2006年末 itu t制定新标准g 657光纤 它是一种接入网用弯曲不敏感单模光纤 目前根据itu的标准 做了两种规格的解释classa 15mm半径 和classb 7 5mm半径 这表明光纤通信界不仅关注长途干线网 城域网 对接入网也高度重视 fttx提上日程 g 657 a光纤模场直径的指标与g 652 d一致 但g 657 b模场直径的指标与g 652 d的指标差异就比较大 g 657光纤问世 通信系统 发送器 接收器 信息 语音 视频 数据 信息 语音 视频 数据 链路 传输介质 一个点到点的电信系统 edf pumplasers wdm isolator tapcoupler pd wdm isolator tapcoupler pd devicesapplications edfamodule rx1 rx2 rx3 rx4 wdm wdm mux demux power line pre amplifier 外形图 光传输网络 为什么要用wdm模块 example 4signals 100kmspanlengthwithregeneration withoutdwdm4x100kmfibre4edfa withdwdm4chmux demux1x100kmfibre1edfa 光纤通信系统中的器件 波分复用 薄膜滤波器光纤光柵列阵波导光柵全息光柵光环行器光交错复用器分波 合波摸块 增益放大 光纤放大器光隔离器分路耦合器泵浦激光器光增益平衡器光衰减器半导体光放大器 光开关光插分复用器光交叉联接器波长变换器可调滤波器可调激光器 开关交换 发送接收 信号激光器光调制器光电探测器锁波器光发送摸块光接收摸块光收发摸块 产品超过9000品种 系统管理 光性能监控管理摸块色散补偿器偏振模色散管理摸块 这些器件用在哪里 通信网络 信息服务业 材料供应商 电信运营商 设备供应商 器件供应商 信息技术食物链 光通信器件的分类 光器件按不同的特性和功能的分类 光无源器件opticalpassivedevices 光被动器件 光有源器件opticalactivedevices 光主动器件 passiveproducts amplifiercomponents attenuatorproducts switching moms pbc vcb vsa interleaver tffd cwdm gff mattarray mv interconnects sn esvoa ffc vcf ffc tffcombiner cableassy adapters terminators wavelocker circulator mattdil to package manualswitch mems fixedattenuators isolator hybrids 无源器件主要分为 1 光连接器 connector 光纤 器件之间的连接2 光分光器 耦合器 coupler 光信号的耦合 分配3 光衰减器 attenuator 光功率衰减4 光隔离器 isolator 偏振相关型 偏振无关型5 光环行器 circulator 固定顺序光路6 光开关 switch 光路的通断 选择7 波分复用 wdm 器件 多路波长信号的合波 分波 密集波分复用 dwdm 器件 无源器件 passive 被动器件 光 光传输 passiveproducts activeproducts sourcinglaser pumplaser modulator oa edfacircuitpack 9xx4w uncooled 2 5gb s ape cooledtosa cw1550 980180 300 360 10gb s pd edfa15dbm uncooledtosa tunable apd10gb s pin10gb s pinlargearea apd2 5gb s 14xx300mw 有源器件 active 主动器件 光电 电光转换 有源器件有 1 信号光源 光信号的发射2 泵浦光源 光信号的放大3 探测器 光信号的探测等 4 光调制器 光信号的光调制和波长变换等 5 光放大器 光信号的放大 activeproducts 光通信器件中常用的技术指标 1插损 il 2隔离度 isolation 3回波损耗 rl 4偏振相关损耗 pdl 5偏振模色散 pmd 6附加损耗 el 光通信器件中常用的技术指标 插入损耗是指器件输出端的光功率相对输入光功率的减少值 该值通常以分贝 db 表示 数学表达式为 注 插损越小越好 插入损耗 insertionloss 若pin 10mw pout 5mw il 10lg0 5 3db 单位 db 光通信器件中常用的技术指标 隔离度 isolation 对不同的器件定义有所不同 以光纤耦合器为例 隔离度是指光纤耦合器件的某一光路对其它光路中的光信号的隔离能力 隔离度高 意味着线路之间的 串话 crosstalk