光纤传输简介和光纤传输系统设计指南.doc

光纤传输简介和光纤传输系统设计指南一、 概述光纤即为光导纤维的简称。光纤通讯是以光波为载频，以光导纤维为传输媒介的一种通信方式。光纤通讯之所以在最近短短的二十年中能得以迅猛的发展，是由于它具有以下的突出优点而决定：1、传输频带宽、通讯容量大。 光载波频率为5X1014 MHz, 光纤的带宽为几千兆赫兹甚至更高。2、信号损耗低。 目前的实用光纤均采用纯净度很高的石英(SiO2)材料，在光波长为1550nm附近，衰 减可降至0.2dB/km,已接近理论极限。因此，它的中继距离可以很远。3、不受电磁波干扰。 因为光纤为非金属的介质材料，因此它不受电磁波的干扰。4、线径细、重量轻。 由于光纤的直径很小，只有0.1mm左右，因此制成光缆后，直径要比电缆细，而且 重量也轻。因此，便于制造多芯光缆。5、资源丰富。 光纤通讯除了上述优点之外，还有抗化学腐蚀等特点。当然光纤本身也有缺点，如 光纤质地脆、机械强度低；要求比较好的切断、连接技术；分路、耦合比较麻烦等。二、光纤和光缆1、光纤的分类 按照传输模式来划分：光纤中传播的模式就是光纤中存在的电磁场场形，或者说是光场场形(HE)。各种场形都是光波导中经过多次的反射和干涉的结果。各种模式是不连续的离散的。由于驻波才能在光纤中稳定的存在，它的存在反映在光纤横截面上就是各种形状的光场，即各种光斑。若是一个光斑，我们称这种光纤为单模光纤，若为两个以上光斑，我们称之为多模光纤。l 单模光纤(Single-Mode)单模光纤只传输主模，也就是说光线只沿光纤的内芯进行传输。由于完全避免了模式色散，使得单模光纤的传输频带很宽，因而适用于大容量，长距离的光纤通讯。单模光纤使用的光波长为1310nm或1550nm。l 多模光纤(Multi-Mode)在一定的工作波长下(850nm/1300nm)，有多个模式在光纤中传输，这种光纤称之为多模光纤。由于色散或像差，因此，这种光纤的传输性能较差，频带较窄，传输容量也比较小，距离比较短。 按照纤芯直径来划分：l 50/125 (m) 缓变型多模光纤l 62.5/125 (m) 缓变增强型多模光纤l 8.3/125 (m) 缓变型单模光纤备注：50/62.5/8.3m 均为光纤的光芯直径数，125m均为光纤玻璃包层的直径数。 按照光纤芯的折射率分布来划分：l 阶跃型光纤 (Step index fiber)，简称SIF；l 梯度型光纤 (Graded index fiber)，简称GIF；l 环形光纤 (ring fiber)；l W型光纤2、光缆：点对点光纤传输系统是通过光缆进行连接。光缆可包含1根光纤(有时称单纤)或2根光纤(有时称双纤)，或者更多(48纤、1000纤)。3、光纤辅助器件：l 光纤配线架 (Housing)用于室内光纤网络配线系统。l 光纤活动连接器 (Connector)用于各类光纤设备 (如光端机等) 与光纤之间的连接。(ST-FC-SC)l 光纤适配器和衰减器 (Adaptor and Attenuator)光纤适配器用于各类光纤设备与光纤连接方式的转换。光纤衰减器用于减弱输入光功率，从此避免由于输入光功率超强而使光接收机产生的失真。l 光分路器 (Coupler)适用于将一根光纤信号分解为多路光信号输出(如：计算机网络、CATV系统等)。l 光波分复用器 (WDM)用于光路中不同波长的光的分离或混合。三、 光纤系统设计简介1、 设计思路：系统的设计思路：设计者能选择最有效及最节省成本的方式来传递光信号。要做到这一点，设计者必须了解系统中各个不同部件的要求和损耗，具体损耗如下表1：项 目损 耗1、连接器类型：ST连接器 1.00dBFC和SC连接器0.5dB2、光纤类型：多模光纤 850nm3.03.5dB/km多模光纤 1300nm1.01.5dB/km单模光纤 1310nm0.350.4dB/km单模光纤 1550nm0.20.3dB/km3、接口类型：对接（Butt）2.0dB机械连接 (Mechanical)0.5dB熔接 (Fusion)0.10.2dB4、配线板：2.0dB除此之外，设计者还必须从以下几个方面的情形着手考虑：l 光纤系统是要传输视频、音频、数据、还是这些信号的组合？l 这些信号是单向还是双向？l 信号的传输距离有多远？l 光纤系统的光学损耗预算是多少？l 系统中光学损耗的总和和光端机允许的光学最大衰减值相比较的结果如何？2、光学传输损耗： 光学损耗值或全部衰减值，是接收机和发射机之间各个独立部件损耗的总和。引起 光学损耗的主要原因有：l 光纤每公里损耗l 光纤耦合器的损耗l 连接器的损耗l 接口的损耗 在计算这些损耗时，不可能十分准确，制造厂商将给出标准范围并制定以下内容的 容限，如接头的类型，光源发射器的寿命和状态，以及包括温度变化在内的环境因 素等。在估算光功率损耗时，可参考上面损耗表，进行预算。3、最大衰减值： 一般光端机都标有最大的衰减指标（或发射功率与接收灵敏度），此数字(以dB分贝 表示)越高，系统可工作的距离就越长。它是系统能够容忍并工作正常时的最大光信 号衰减数值。整个线路的损耗，即链路损耗，可通过如下方式决定：l 使用光学仪器（如光功率计）来测量损耗l 实际估算各系统部件的损耗 后一种要考虑以下因素，每个因素均有其相关的损耗值：连接器、接头类型、光纤 类型、光纤跳线/配线板，光学余量等。 随着制造技术和工艺的不断进步，这此损耗值也在日益降低，所以在估算传