光纤传输(上)

1、光纤传输理论光纤传输理论 陈新桥陈新桥 中国传媒大学中国传媒大学 一一光纤传输理论光纤传输理论 二二光纤传输特性光纤传输特性 三三光纤测量光纤测量 四四光调制方式光调制方式 五五光发射机和光接收机光发射机和光接收机 第二部分第二部分 光纤传输理论基础光纤传输理论基础 提提 纲纲 六六DWDMDWDM系统系统 七七SDHSDH系统系统 八八光传送网技术光传送网技术 九九光缆线路工程光缆线路工程 一一系统指标与测试系统指标与测试 第二部分第二部分 光纤通信系统光纤通信系统 提提 纲纲 l 为何要有线传输（光纤）？为何要有线传输（光纤）？带宽与速率带宽与速率 l 为何要光载波？为何要光载波？ 带宽达

2、带宽达THz l 为何采用红外波长？为何采用红外波长？ 光纤低损耗窗口光纤低损耗窗口 l 光纤为何用石英玻璃材料制备？光纤为何用石英玻璃材料制备？ 损耗损耗 l 光纤为何为纤维结构？光纤为何为纤维结构？ 模式色散模式色散 绪绪 论论 n电通信电通信 n电波电波作为载体而传送信息的所有通信方式. n有线电通信和无线电通信。 n光通信光通信 n光波光波作为载体而传送信息的所有通信方式。 n无线光通信和有线光通信。 光通信光纤通信 绪绪 论论 传输：传输： 无线传输：移动通信、无线通信、卫星通信等无线传输：移动通信、无线通信、卫星通信等 有线传输：光纤传输为主有线传输：光纤传输为主 光纤传输：光纤传

3、输：以光纤为介质，以光波为载波的以光纤为介质，以光波为载波的 传输系统传输系统 绪绪 论论 三网融合的基础三网融合的基础光纤光纤 信息高速公路信息高速公路光纤光纤 骨干网、城域网骨干网、城域网光纤光纤 接入网接入网光纤（光纤（FTTX） 光纤越来越逼近用户！光纤越来越逼近用户！铜退光进！铜退光进！ 绪绪 论论 光纤传输发展的精髓光纤传输发展的精髓提高光纤通信系统容量提高光纤通信系统容量 绪绪 论论 2.5Gb/s 10Gb/s 40Gb/s 10Gb/s 40Gb/s 20Gb/s 80Gb/s 80Gb/s 320Gb/s32 16 8 4 1 WDM WDM 波长数波长数 每波长比特率每波

4、长比特率(TDM)(TDM) 40Gb/s 网络容量演进战略网络容量演进战略 雏形：古代烽火、手旗、灯光雏形：古代烽火、手旗、灯光 18801880年年 贝尔的光电话贝尔的光电话 激光器激光器( (发送源发送源) ) 1960 Maiman1960 Maiman发明红宝石激光器发明红宝石激光器 1962 1962 半导体激光器诞生半导体激光器诞生(GaAs(GaAs 870nm) 870nm) 70 70 年代室温工作年代室温工作LDLD (GaAsAI(GaAsAI 850nm) 850nm) 13001300、1550nm 1550nm 多模多模LDLD 单模单模LDLD 光纤光纤( (传

5、输介质传输介质) ) 1951 1951 医用玻璃纤维医用玻璃纤维( (损耗损耗1000dB/km)1000dB/km) 1966 1966 高锟高锟 理论预言理论预言 1970 1970 康宁制出低损耗光纤康宁制出低损耗光纤 (20dB/km)(20dB/km) 1300(0.5dB/km),1550nm(0.2dB/km)1300(0.5dB/km),1550nm(0.2dB/km) 低损耗窗口光纤开发低损耗窗口光纤开发 单模光纤单模光纤 绪绪 论论 n19601960年，第一台相干振荡光源红宝石年，第一台相干振荡光源红宝石激光器激光器问世。问世。 n19701970年，康宁公司拉制出损耗

6、仅为年，康宁公司拉制出损耗仅为20 dB/km20 dB/km的的光纤光纤 n19851985年，南安普敦大学制成年，南安普敦大学制成掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器( (EDFAEDFA） n9090年代，年代，光纤光栅、全光纤光子器件、平面波导器件光纤光栅、全光纤光子器件、平面波导器件及其及其 集成的出现集成的出现 四大里程碑四大里程碑 绪绪 论论 光纤传输是目前世界上发展最快的领域，平均每光纤传输是目前世界上发展最快的领域，平均每9 9个月性能个月性能 翻一番、价格降低一半，其速度已超过了计算机芯片性能每翻一番、价格降低一半，其速度已超过了计算机芯片性能每 1818个月翻一番的摩尔定律的一倍

7、。个月翻一番的摩尔定律的一倍。 爆炸性发展爆炸性发展 在短短的在短短的3030多年时间里已经经历了多年时间里已经经历了五代五代通信系统的使用。通信系统的使用。 绪绪 论论 工作波长工作波长光纤光纤激光器激光器 比特率比特率B中继距离中继距离L 第一代第一代 70年代年代 850nm多模多模多模多模44.7Mb/s 10Km 第二代第二代 80年代初年代初 1300nm多模多模 单模单模 多模多模140Mb/s20 50Km 第三代第三代 80中中90 年代初年代初 1550nm单模单模单模单模PDH群路群路 （ 140Mb/s） 50 100Km 五代光纤传输系统五代光纤传输系统 绪绪 论论

8、第四代第四代 90年代年代 1550 nm 单模单模单模单模SDH，WDM技技 术术2.5Gb/s 无中继：无中继：80 120Km EDFA：1500Km 第五代第五代 1550 nm 单模单模单模单模WDM网络，单网络，单 波长波长 10,40,160Gb /s 信道数信道数: 8,16,64,128,1022 超长传输距超长传输距 离离:27000Km(Loop) 6380(Line) 目前研目前研 究内容究内容 WDM光网络；全光分组交换；光时分复用；光孤子光网络；全光分组交换；光时分复用；光孤子 通信；新型的光器件通信；新型的光器件 五代光纤传输系统五代光纤传输系统 绪绪 论论 n传

9、输容量大。传输容量大。 n传输损耗小，中继距离长传输损耗小，中继距离长 n抗干扰性好，保密性强抗干扰性好，保密性强 n材料资源丰富，可节约金属材料材料资源丰富，可节约金属材料 n重量轻，可挠性好，敷设方便重量轻，可挠性好，敷设方便 光纤传输技术特点光纤传输技术特点 缺点缺点: : 组件昂贵，光纤质地脆、机械强度低，连接比较困组件昂贵，光纤质地脆、机械强度低，连接比较困 难，分路、耦合不方便，弯曲半径不宜太小等。难，分路、耦合不方便，弯曲半径不宜太小等。 绪绪 论论 n超大容量光纤通信系统超大容量光纤通信系统 n光集成器件和光电集成器件的研究光集成器件和光电集成器件的研究 n新类型光纤的研究新类

10、型光纤的研究 n解决全网瓶颈的手段解决全网瓶颈的手段光接入网光接入网 未来技术角色未来技术角色 绪绪 论论 绪绪 论论 光纤通信最具代表性技术光纤通信最具代表性技术 波分复用波分复用WDMWDM和光纤放大器和光纤放大器EDFAEDFA 绪绪 论论 （一）光纤结构（一）光纤结构 （二）光纤传输机理（二）光纤传输机理 （三）光纤的分类（三）光纤的分类 一、一、 光纤传输理论光纤传输理论 光纤光纤: : 纤芯纤芯; ;包层包层; ;涂敷层涂敷层 （一）光纤结构（一）光纤结构 一、一、 光纤传输理论光纤传输理论 纤纤 芯：芯：光能量主要在纤芯内传输。 包包 层：层：提供反射面和光隔离，保护。 涂覆层：

11、涂覆层：保护不受水汽的侵蚀和擦伤。 （一）光纤结构（一）光纤结构 一、一、 光纤传输理论光纤传输理论 全反射条件：全反射条件： 传输机理：传输机理：全反射全反射 i k r k t k t c 临界角临界角 ci i 2 1 n n 2 1 n n （二）光纤传输机理（二）光纤传输机理 一、一、 光纤传输理论光纤传输理论 子午面：过光轴的平面 （二）光纤传输机理（二）光纤传输机理 一、一、 光纤传输理论光纤传输理论 与与内光线内光线入射角的临界角入射角的临界角c c相对应，光纤入射光相对应，光纤入射光 的入射角的入射角i i有一个有一个最大值最大值max 。 。 max 称为光纤端称为光纤端

12、面入射面入射临界角临界角（入射临界角）（入射临界角） 入射临界角入射临界角: : （二）光纤传输机理（二）光纤传输机理 一、一、 光纤传输理论光纤传输理论 接收角接收角: : （二）光纤传输机理（二）光纤传输机理 一、一、 光纤传输理论光纤传输理论 数值孔径：数值孔径： 22 0012 sinNAnnn NA越大，能力越强，越高。 表示光纤聚光的能力 （二）光纤传输机理（二）光纤传输机理 一、一、 光纤传输理论光纤传输理论 相对折射率差相对折射率差 2 1 2 2 2 1 2n nn 1 21 2 1 2 2 2 1 2n nn n nn 12 nn ? （二）光纤传输机理（二）光纤传输机理

13、一、一、 光纤传输理论光纤传输理论 模式色散与模式色散与成正比成正比 模式色散制约光纤的带宽！模式色散制约光纤的带宽！ ； l 多组分玻璃光纤；多组分玻璃光纤； l 塑料包层石英芯光纤；塑料包层石英芯光纤； l 全塑料光纤。全塑料光纤。 （三）光纤类型（三）光纤类型 一、一、 光纤传输理论光纤传输理论 按材料分类：按材料分类： 按折射率分布分类按折射率分布分类 突变型多模光纤突变型多模光纤 渐变型多模光纤渐变型多模光纤 （三）光纤类型（三）光纤类型 一、一、 光纤传输理论光纤传输理论 光线光线以以直线形状直线形状沿纤芯中心轴线方向传播。沿纤芯中心轴线方向传播。 只传输一个模式，信号畸变很小。只

14、传输一个模式，信号畸变很小。 单模光纤（单模光纤（SMFSMF） 纤芯直径只有810 m。 （三）光纤类型（三）光纤类型 一、一、 光纤传输理论光纤传输理论 单模光纤原因？单模光纤原因？色散色散 单模光纤的直径？单模光纤的直径？工作波长（低损耗）工作波长（低损耗） n梯度型多模光纤多模光纤 n工作波长：1.31m和1.55m n处于多模工作状态 n在1.31m处有最小的色散值，在1.55m处有最小的衰 减系数 n数据通信局域网(LAN)用 G.651G.651光纤光纤 （三）光纤类型（三）光纤类型 一、一、 光纤传输理论光纤传输理论 性能 模场直径 (m) 零色散波长 (nm) 工作波长 (n

15、m) 最大衰减系数 (dB/km) 最大色散系数 ps/(nmkm) 要求值 1310nm 8.6 9.50.7 13101310或1550 1310nm0.40 1550nm0.25 1310nm 0 1550nm 17 最早实用化的光纤，零色散波长在1310nm，曾大量敷设，在光纤通信中 扮演者重要的角色。 缺点：工作波长为1550nm时色散系数高达17ps/(nmkm)阻碍了高速率、 远距离通信的发展。 G.652 G.652 常规单模光纤常规单模光纤(SMF)(SMF) （三）光纤类型（三）光纤类型 一、一、 光纤传输理论光纤传输理论 DSF(G.653光纤) 通过结构和尺寸的适当选择

16、来加大波导色散，使零色散 波长从1310nm移到1550nm。 光纤在1550nm窗口损耗更低，可以低于0.2dB/km，几乎接近光纤本征损 耗的极限。如果零色散移到1550nm，则可以实现零色散和最低损耗传输 的性能 优点：在1550nm工作波长衰减系数和色散系数均很小。它最适用于单信 道几千公里海底系统和长距离陆地通信干线。 弱点：工作区内的零色散点导致非线性四波混频效应 性能 模场直径 (m) 零色散波长 (nm) 工作波长 (nm) 最大衰减系数 (dB/km) 最大色散系数 ps/(nmkm) 要求值 1310nm:8.3155015501550nm0.25 15251575nm：

17、3.5 G.653 G.653 色散位移单模光纤色散位移单模光纤(DSF)(DSF) （三）光纤类型（三）光纤类型 一、一、 光纤传输理论光纤传输理论 NZ-DSF在15301565nm(EDFA的工作波长)区具有小的但非零的色散，既适 应高速系统的需要，又使FWM效率不高。使得其能用在EDFA和波分复用结 合的传输速率在10Gbit/s以上的WDM和DWDM的高速传输系统中。 优点：在1550nm处有一低的色散，保证抑制FWM等非线性效应，使得其能 用在EDFA和波分复用结合的传输速率在10Gbit/s以上的WDM和DWDM的高速 传输系统中。 缺点：模场直径小，容易加剧非线性效应的影响，为

18、此人们又研究了大 有效面积NZ-DSF光纤 101 . 0 D 1550nm:0.25 1625nm:0.30 1530156515301565 1550nm： 8110.7 要求值 最大色散系数 ps/(nmkm) 最大衰减系数 (dB/km) 工作波长 (nm) 零色散波长 (nm) 模场直径 (m) 性能 G.655 G.655 非零色散位移单模光纤非零色散位移单模光纤(NZ-DSF)(NZ-DSF) （三）光纤类型（三）光纤类型 一、一、 光纤传输理论光纤传输理论 石英( 折射率：纤芯折射率：纤芯 包层包层全反射条件 （一）光纤结构（一）光纤结构 一、一、 光纤传输理论光纤传输理论 光

19、纤活动连接器的端面接触方式有多种方式，即PC(平面)、 UPC(低损耗)、APC(8度微球面)等方式 （三）光纤类型（三）光纤类型 一、一、 光纤传输理论光纤传输理论 二、二、 光纤传输特性光纤传输特性 （一）光纤的（一）光纤的损耗损耗 （二）光纤的（二）光纤的色散色散 （三）光纤的（三）光纤的非线性非线性 二、二、 光纤传输特性光纤传输特性 传输：距离，容量传输：距离，容量 损耗损耗：距离：距离：光纤；光放大器光纤；光放大器 色散：色散：脉冲展宽（不同成分速度不同）脉冲展宽（不同成分速度不同）脉脉 冲重叠冲重叠误码：误码：色散补偿，低色散光纤等色散补偿，低色散光纤等 非线性：非线性：WDM，

20、光放大，长距离，单模光，光放大，长距离，单模光 纤的横截面小等纤的横截面小等纤芯光高强度纤芯光高强度非线性非线性串串 扰等：扰等：光孤子、大芯径等光孤子、大芯径等 1 1、损耗、损耗 （一）光纤损耗（一）光纤损耗 二、二、 光纤传输特性光纤传输特性 （一）光纤损耗（一）光纤损耗 二、二、 光纤传输特性光纤传输特性 若长度为L (km)的光纤，输入光功率输入光功率为Pi，输出输出 光功率光功率为表示Po，光纤的损耗系数定义为： （dB/km） 损耗系数损耗系数: : （一）光纤损耗（一）光纤损耗 二、二、 光纤传输特性光纤传输特性 （一）光纤损耗（一）光纤损耗 二、二、 光纤传输特性光纤传输特性

21、 寻找合适的光纤，实用化的光损耗为寻找合适的光纤，实用化的光损耗为20dB/km20dB/km (99.5%/m)(99.5%/m)；6060年代研年代研 究，究，7070年代突破，年代突破，20002000年年0.2dB/km (99.995%/m)0.2dB/km (99.995%/m); ;新的实用化光纤不新的实用化光纤不 断涌现断涌现 单模光纤损耗谱单模光纤损耗谱 120014001600 衰减 衰减 波长波长 0.1 0.2 0.3 0.5 170015001300 0.4 0.6 窗口窗口O SCL U E (dB/km) ( nm ) 单模光纤的单模光纤的6个传输波段个传输波段

22、（一）光纤损耗（一）光纤损耗 二、二、 光纤传输特性光纤传输特性 6 6个传输波段个传输波段 波段名称波段名称含义含义波长范围（波长范围（nm） O波段波段原始波段原始波段12601360 E波段波段扩展波段扩展波段13601460 S波段波段短波长波段短波长波段14601530 C波段波段常用波段常用波段15301565 L波段波段长波长波段长波长波段15651625 U波段波段超长波长波段超长波长波段16251675 （一）光纤损耗（一）光纤损耗 二、二、 光纤传输特性光纤传输特性 6 6个传输波段个传输波段 1450 1490 1530 1570 1610 1650 S+ S C L L

23、+ 波波 长长 (nm) 波段波段 波长范围波长范围(nm)(nm) 带宽带宽(THz)(THz)光放大器光放大器应用应用 C C1530-15701530-15705.05.0有有长途干线长途干线 C+LC+L1530-16101530-16109.79.7有有长途干线长途干线 S+C+LS+C+L1490-16101490-161015.015.0无无城城/ /局域网局域网 S S+ +S+C+L+L+S+C+L+L+ +1450-16501450-165025.125.1无无城城/ /局域网局域网 全波全波1300-16501300-165048.948.9无无城城/ /局域网局域网 l

24、光信号是由很多不同的光信号是由很多不同的频率成分频率成分或或各模式成各模式成 分分组成。各成分组成。各成分传播速度传播速度不同。不同。 l经光纤传输一段距离后，不同成分之间出现经光纤传输一段距离后，不同成分之间出现 时延差时延差，引起波形失真，引起波形失真，脉冲展宽脉冲展宽，这种现象，这种现象 称为称为光纤色散光纤色散。 2 2、光纤色散、光纤色散 （二）光纤色散（二）光纤色散 二、二、 光纤传输特性光纤传输特性 （二）光纤色散（二）光纤色散 二、二、 光纤传输特性光纤传输特性 110 111 长矩 l模式色散模式色散 模式色散（模间光纤）模式色散（模间光纤） 偏振色散（极化光纤）偏振色散（极

25、化光纤） l色度色散色度色散 材料色散材料色散 波导色散波导色散 模式色散模式色散 材料色散材料色散 波导色散波导色散 极化色散极化色散 )(nn )( （二）光纤色散（二）光纤色散 二、二、 光纤传输特性光纤传输特性 不同模式不同模式的时间延迟不同而产生的。 Loworder mode Highorder mode Cladding Core Light pulse t 0 t Spread, Broadened light pulse Intensity Intensity Axial 模间色散模间色散 l模式色散模式色散 （二）光纤色散（二）光纤色散 二、二、 光纤传输特性光纤传输特性

26、模式色散（模式色散（PMD） l模式色散模式色散 （二）光纤色散（二）光纤色散 二、二、 光纤传输特性光纤传输特性 T l色度色散色度色散 （二）光纤色散（二）光纤色散 二、二、 光纤传输特性光纤传输特性 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 Input Output Time Time 脉冲畸变和展宽脉冲畸变和展宽码间干扰码间干扰。 （二）光纤色散（二）光纤色散 二、二、 光纤传输特性光纤传输特性 光功率增到一定值时，光纤呈现光功率增到一定值时，光纤呈现非线性非线性。 常规光纤中，光纤呈常规光纤中，光纤呈线性线性。 （三）光纤的非线性（三）光纤的非线

27、性 二、二、 光纤传输特性光纤传输特性 l 随着传输速率的提高，随着传输速率的提高， l 传输距离的延长，传输距离的延长， l DWDM通路的增加通路的增加 l 以及光纤放大器的使用，以及光纤放大器的使用， 非线性成为最终限制光纤传输系统性能的因素非线性成为最终限制光纤传输系统性能的因素 ，是系统设计考虑的重要方面，是系统设计考虑的重要方面。 （三）光纤的非线性（三）光纤的非线性 二、二、 光纤传输特性光纤传输特性 l受激拉曼散射受激拉曼散射 （SRSSRS） l受激布里渊散射（受激布里渊散射（SBSSBS） l自相位调制（自相位调制（SPMSPM） l交叉相位调制（交叉相位调制（XPMXPM

28、） l四波混频（四波混频（FWMFWM） （三）光纤的非线性（三）光纤的非线性 二、二、 光纤传输特性光纤传输特性 单信道单信道 多信道多信道 折射率效应折射率效应 自相位调制自相位调制 (SPM) 交叉相位调制交叉相位调制 (XPM) 四波混频四波混频 (FWM) 散射效应散射效应 受激布里渊散射受激布里渊散射 (SBS) 受激拉曼散射受激拉曼散射 (SRS) （三）光纤的非线性（三）光纤的非线性 二、二、 光纤传输特性光纤传输特性 短波长泵浦长波长短波长泵浦长波长 引起信道功率失衡引起信道功率失衡 引起信道间的拉曼串扰引起信道间的拉曼串扰 P P 输入输入输出输出 l 受激拉曼散射受激拉曼

29、散射 （SRSSRS） （三）光纤的非线性（三）光纤的非线性 二、二、 光纤传输特性光纤传输特性 当达到门限功率时，产生向信号当达到门限功率时，产生向信号相反方向相反方向传播的受激传播的受激 发射的非线性现象发射的非线性现象 增益比增益比SRSSRS大两个数量级，当光源谱功率（亮度）大大两个数量级，当光源谱功率（亮度）大 时，时，SBSSBS占主导地位占主导地位 大于一定值时引起强烈背向散射，叠加强度噪声。大于一定值时引起强烈背向散射，叠加强度噪声。 l 受激布里渊散射受激布里渊散射（SBSSBS） （三）光纤的非线性（三）光纤的非线性 二、二、 光纤传输特性光纤传输特性 相位相位随随光强光强

30、而变化，转化为波形畸变。而变化，转化为波形畸变。 l 自相位调制自相位调制（SPMSPM） l 交叉相位调制交叉相位调制（XPMXPM） 相位相位受到其它受到其它其它信道的调制其它信道的调制，引起强度噪声，引起强度噪声 （三）光纤的非线性（三）光纤的非线性 二、二、 光纤传输特性光纤传输特性 信道间相互作用产生信道间相互作用产生新新的频率，的频率， l 四波混频四波混频（FWMFWM） 光纤光纤 f1 f f3f2 f1 f f3f2fFWM （三）光纤的非线性（三）光纤的非线性 二、二、 光纤传输特性光纤传输特性 （一）光纤测量仪器（一）光纤测量仪器 （二）光纤损耗测量（二）光纤损耗测量 （

31、三）光纤带宽测量（三）光纤带宽测量 （四）光纤色散测量（四）光纤色散测量 三、三、 光纤测量光纤测量 l 光源、光衰减器、光功率计；光源、光衰减器、光功率计； l 光时域反射仪光时域反射仪（OTDR）；）； l 光损耗测试仪、光纤寻障仪、光纤显微镜、光损耗测试仪、光纤寻障仪、光纤显微镜、 光万用表、光回损测试仪、光纤电话、光光万用表、光回损测试仪、光纤电话、光 纤识别器、光纤端面检测仪；纤识别器、光纤端面检测仪； （一）测量仪器（一）测量仪器 三、三、 光纤测量光纤测量 n是对光信号进行是对光信号进行衰减衰减的器件。的器件。 n两种类型，即可变光衰减器和固定光衰减两种类型，即可变光衰减器和固定

32、光衰减 器。器。 1 1、光衰减器、光衰减器 （一）测量仪器（一）测量仪器 三、三、 光纤测量光纤测量 衰减光功率的方法有：衰减光功率的方法有： 反射反射一部分光，一部分光，吸收吸收一部分光，一部分光， 在空间遮挡一部分光，用偏振在空间遮挡一部分光，用偏振 片选择光的偏振面等。片选择光的偏振面等。 1 1、光衰减器、光衰减器 （一）测量仪器（一）测量仪器 三、三、 光纤测量光纤测量 性能指标 l固定衰减值：固定衰减值：1、2、3、5、10、15、20dB或 任意 l回波损耗：回波损耗：50dB（PC）、60dB（APC） l工作波长：工作波长：1310nm或1550nm l衰减范围：衰减范围：

33、0-30dB 1 1、光衰减器、光衰减器 （一）测量仪器（一）测量仪器 三、三、 光纤测量光纤测量 2 2、光源、光源 l 稳定光源稳定光源 l 白色光源（即宽谱线光源）白色光源（即宽谱线光源） l 可见光光源。可见光光源。 （一）测量仪器（一）测量仪器 三、三、 光纤测量光纤测量 自动光功率控制（APC）技术，输出光功率 有0.1dB/h的稳定度。波长稳定度稳定度高 ，简 便，可靠。 2 2、光源、光源 （一）测量仪器（一）测量仪器 三、三、 光纤测量光纤测量 3 3、光功率计、光功率计 （一）测量仪器（一）测量仪器 三、三、 光纤测量光纤测量 l 光功率 l 线路损耗 l 系统富裕度 l

34、接收机灵敏度等 u高光平型（1040dBm） u中光平型（055dBm） u低光平型（090dBm） 3 3、光功率计、光功率计 （一）测量仪器（一）测量仪器 三、三、 光纤测量光纤测量 l长波长型（1.01.7m） l短波长型（0.41.1m） l全波长型（0.71.6m） n显示器（指示器） n检测器（探头） 3 3、光功率计、光功率计 （一）测量仪器（一）测量仪器 三、三、 光纤测量光纤测量 型 号：LPM-3Ta 测量波长：850/1300/1310/1490/1550/1625 连 接 器：FC/SC/ST 自动关机：具备（可调整） 外接电源：可选 显示精度：0.01 (dB) 测量

35、范围：-70+10 (dBm) 3 3、光功率计、光功率计 （一）测量仪器（一）测量仪器 三、三、 光纤测量光纤测量 l按光功率计上按光功率计上“”，选择，选择1310nm1310nm，按，按“dBmdBm”选择屏幕上出现选择屏幕上出现dBmdBm将将 原接原接处处 （或则（或则ODFODF）的尾纤取下连接至光功率计，等待光功率稳定后，）的尾纤取下连接至光功率计，等待光功率稳定后， 读出测试值。一般在读出测试值。一般在-10dBm-10dBm到到-25dBm-25dBm之间。之间。 注意：一定要注意光纤的清洁。 光功率计的使用光功率计的使用 3 3、光功率计、光功率计 （一）测量仪器（一）测量

36、仪器 三、三、 光纤测量光纤测量 光纤弯曲时，光会从纤芯中辐射出来，被光光纤弯曲时，光会从纤芯中辐射出来，被光 纤识别器检测到。纤识别器检测到。 此可将多芯光缆或是接插板中的单根光纤从 其他光纤中标识出来。 光纤识别器可以在不影响传输的情况下检测 光的状态及方向。 （一）测量仪器（一）测量仪器 三、三、 光纤测量光纤测量 很灵敏的光电探测器很灵敏的光电探测器 4 4、光纤识别器、光纤识别器 在发送端将测试信号调制成270Hz、1000Hz 或2000Hz，并注入特定的光纤中。 光纤识别器用于工作波长为1310nm或 1550nm的单模光纤光缆，可以利用宏弯技术宏弯技术 在线地识别光缆和测试光缆

37、中的传输方向和 功率。 （一）测量仪器（一）测量仪器 三、三、 光纤测量光纤测量 4 4、光纤识别器、光纤识别器 基于LED可见光（红光）源 l 光纤断裂 l 连接器故障 l 弯曲过度 l 熔接质量差等 （一）测量仪器（一）测量仪器 三、三、 光纤测量光纤测量 通过发射到光纤的光就可以对光纤的故障进 行可视定位。 5 5、故障定位器、故障定位器 （一）测量仪器（一）测量仪器 三、三、 光纤测量光纤测量 OTDR的用途的用途 l纤长纤长 l 事件点的位置；事件点的位置； l光纤衰减分布情况；光纤衰减分布情况； l接头损耗；接头损耗； l回损；回损； 光纤损耗沿着长度的分布，迅速确定各个光纤损耗沿

38、着长度的分布，迅速确定各个 事件的位置。事件的位置。 6 6、光时域反射计、光时域反射计OTDROTDR （一）测量仪器（一）测量仪器 三、三、 光纤测量光纤测量 6 6、OTDROTDR 工作原理：光纤后向散射理论工作原理：光纤后向散射理论 l 瑞利散射：瑞利散射：折射率不均匀，散射体。折射率不均匀，散射体。 l菲涅尔散射：菲涅尔散射：两种媒质的分界面发生反射两种媒质的分界面发生反射 和折射。和折射。 瑞利散射光功率瑞利散射光功率与传输光功率成正比。与传输光功率成正比。 背向散射：背向散射：光纤自身反射回的光信号。 非反射事件：非反射事件：光纤中的熔接头和微弯都会带来 损耗，但不会引起反射。

39、 反射事件：反射事件：活动连接器、机械接头和光纤中的 断裂点都会引起损耗和反射幅度较大的事件。 基本术语基本术语 （一）测量仪器（一）测量仪器 三、三、 光纤测量光纤测量 6 6、OTDROTDR 光纤末端光纤末端： （一）测量仪器（一）测量仪器 三、三、 光纤测量光纤测量 6 6、OTDROTDR 基本术语基本术语 OTDR原理框图原理框图 6 6、OTDROTDR （一）测量仪器（一）测量仪器 三、三、 光纤测量光纤测量 OTDR测试事件类型及显示测试事件类型及显示 （一）测量仪器（一）测量仪器 三、三、 光纤测量光纤测量 6 6、OTDROTDR 定义：定义：把初始背向散射电平与噪声电平

40、的差值（dB）。 作用：作用：动态范围可决定最大测量长度 。 方法：方法：有峰-峰值（又称峰值动态范围） 信噪比（SNR1）两种表示方法。 应用应用: 动态范围大小决定仪器可测量光纤的最大长度 OTDR的性能参数的性能参数 动态范围 （一）测量仪器（一）测量仪器 三、三、 光纤测量光纤测量 6 6、OTDROTDR OTDR的性能参数的性能参数 动态范围 （一）测量仪器（一）测量仪器 三、三、 光纤测量光纤测量 6 6、OTDROTDR 动态范围大小决定仪器可测量光纤的最大长度动态范围大小决定仪器可测量光纤的最大长度 OTDR的性能参数的性能参数 动态范围 （一）测量仪器（一）测量仪器 三、三

41、、 光纤测量光纤测量 6 6、OTDROTDR 光纤类别 波 长 区（nm） 衰减常数技术指标 ( dB/km) G.652 1260-13600.5 1530-15650.28 1565-16XX0.35 G.655 1530-15650.28 1565-16XX0.35 各类光纤的典型衰减常数各类光纤的典型衰减常数 （二）光纤损耗测量（二）光纤损耗测量 三、三、 光纤测量光纤测量 u 测量长度测量长度L2的输出光功率的输出光功率 Pout u在离光源在离光源23m 附近剪断光纤附近剪断光纤 u测量长度测量长度 L1 的输出光功率，输入光功率的输出光功率，输入光功率 Pin。 （二）光纤损耗

42、测量（二）光纤损耗测量 三、三、 光纤测量光纤测量 1 1、剪断法、剪断法 测量精度最好 的办法，其缺 点是要截断光 纤. 驱动驱动 电路电路 注入器注入器 被测光纤被测光纤 光源光源 光功光功 率计率计 L1 L2 Pin Pout L 光光 功功 率率 dBm Pin Pout L1L 2 L 被测光纤被测光纤 光纤长度光纤长度 km 稳态模稳态模 dB log10 1 L ( )( ) P in P out （二）光纤损耗测量（二）光纤损耗测量 三、三、 光纤测量光纤测量 1 1、剪断法、剪断法 与剪与剪断法断法原理类似，用原理类似，用2米长的参考光纤的米长的参考光纤的输出光功率输出光功

43、率代替代替输入输入 光功率，测试结果精确度较高，但受活动连接器的连接效果影响光功率，测试结果精确度较高，但受活动连接器的连接效果影响 较大，一般用在中继段衰减的测试。较大，一般用在中继段衰减的测试。 参考设置 测试设置 （二）光纤损耗测量（二）光纤损耗测量 三、三、 光纤测量光纤测量 光损耗测试仪光损耗测试仪 2 2、插入法、插入法 被测光纤被测光纤 脉冲脉冲 发生器发生器 时钟时钟 光源光源 光探光探 测器测器 放大器放大器 数据数据 输出输出 示波器示波器 光方向光方向 耦合器耦合器 信号处信号处 理系统理系统 光光 功功 率率 dBm 光纤长度光纤长度kmL Pin Pref 2 L2

44、L1 Pref 1 熔接头熔接头 后向后向 散射光散射光 菲涅尔菲涅尔 反射反射 菲涅尔菲涅尔 反射反射 瑞利瑞利 散射散射 瑞利瑞利 散射散射 瑞利瑞利 散射散射 连接头连接头 （二）光纤损耗测量（二）光纤损耗测量 三、三、 光纤测量光纤测量 3 3、后向散射法（、后向散射法（OTDROTDR） l 单端输入和输出，不破坏光纤，方便。单端输入和输出，不破坏光纤，方便。 l 可测可测损耗系数损耗系数长度长度连接器和熔接头损耗。连接器和熔接头损耗。 l 可观测光纤沿线的均匀性和确定光纤可观测光纤沿线的均匀性和确定光纤故障点故障点的位的位 置，在工程上获得了广泛地使用。置，在工程上获得了广泛地使用

45、。 （二）光纤损耗测量（二）光纤损耗测量 三、三、 光纤测量光纤测量 应用应用 3 3、后向散射法（、后向散射法（OTDROTDR） 优点：优点： l 非破坏性的测量方法。非破坏性的测量方法。 l 单端口测量法，即测量只需在光纤的单端口测量法，即测量只需在光纤的 一端一端 进行。进行。 l 提供光纤损耗与长度关系的详细信息。提供光纤损耗与长度关系的详细信息。 （二）光纤损耗测量（二）光纤损耗测量 三、三、 光纤测量光纤测量 3 3、后向散射法（、后向散射法（OTDROTDR） 末端的菲涅尔反射脉冲 始端的菲涅尔反射脉冲 连接损耗 反射点 噪声 （二）光纤损耗测量（二）光纤损耗测量 三、三、 光

46、纤测量光纤测量 3 3、后向散射法（、后向散射法（OTDROTDR） 设光脉冲经长度为L(m)，平均折射率为n的 光纤传输后，其传输时延Dt为 （三）光纤长度测量（三）光纤长度测量 三、三、 光纤测量光纤测量 传输脉冲时延法传输脉冲时延法 式中，c为真空中光速（3108m/s），此式 可改写为 DtnL/c (s) LcDt/n (m) （四）光纤带宽测量（四）光纤带宽测量 三、三、 光纤测量光纤测量 被被测测光光纤纤 脉脉冲冲 发发生生器器 光光源源 取取样样 示示波波器器 光光探探 测测器器 注注入入 装装置置 1 2 t 输输入入光光强强 1.0 0.5 0 1/2 t 输输出出光光强强

47、 1.0 0.5 0 1/2 in out 时域法测量光纤带宽时域法测量光纤带宽 （四）光纤带宽测量（四）光纤带宽测量 三、三、 光纤测量光纤测量 l相移法相移法（单模光纤色散的基准方法） l脉冲时延法脉冲时延法 （五）光纤色散测量（五）光纤色散测量 三、三、 光纤测量光纤测量 （五）光纤色散测量（五）光纤色散测量 三、三、 光纤测量光纤测量 相移法色散测量原相移法色散测量原 理理 被测光纤被测光纤 正弦信号正弦信号 发生器发生器 光源光源 光探光探 测器测器 注入注入 装置装置 波长波长 选择选择 放大器放大器 滤波器滤波器 相位计相位计 计算机计算机 L 参考信号参考信号 （五）光纤色散测

48、量（五）光纤色散测量 三、三、 光纤测量光纤测量 相移法色散测量原相移法色散测量原 理理 （一）调制（一）调制 （二）强度调制系统（二）强度调制系统 三、三、 光强度调制系统光强度调制系统 光的调制：光的调制：将所传递的信息加载到激光上，将所传递的信息加载到激光上， 将激光作为信息的载体，通过改变激光的振将激光作为信息的载体，通过改变激光的振 幅、波长幅、波长(频率频率)、相位、偏振参数、方向等、相位、偏振参数、方向等 各参量，使光携带信息的过程。各参量，使光携带信息的过程。 （一）调制（一）调制 四、四、 光强度调制系统光强度调制系统 硒晶体硒晶体 抛物面反射镜抛物面反射镜 振动隔膜振动隔膜

49、 反射反射 镜镜 接收接收 器器 太阳太阳 BellBell光电话实验（光电话实验（18801880年）年） 副载波副载波 调制调制 模拟强度调制模拟强度调制 (AM)调幅调幅 (FM)调频调频 (PM)调相调相 数字强度调制数字强度调制 (ASK) (PSK) (FSK) 幅移键控幅移键控 频移键控频移键控 相移键控相移键控 外调制外调制 非相干调制非相干调制 调制调制 (直接强度调制)(直接强度调制) 直接直接 调制调制 IM/DD 相干调制相干调制 (频率或相位调制)(频率或相位调制) (ASK) (PSK) (FSK) 幅移键控幅移键控 频移键控频移键控 相移键控相移键控 电光调制器电

50、光调制器 声光调制器声光调制器 电吸收波导调制器电吸收波导调制器 （一）调制（一）调制 四、四、 光强度调制系统光强度调制系统 调制方式调制方式 电信号电信号 驱动驱动LD 低频低频 电信号电信号 调制后调制后 的光波的光波 调制光调制光 低频低频 电信号电信号 高速高速 驱动驱动 高频高频 载波载波 LD 调制光调制光 低频电信号低频电信号 调制后的调制后的 高频载波高频载波 调制后的光波调制后的光波 外调外调 制器制器 放大器放大器 电信号电信号 调制光调制光 电信号电信号 调制后调制后 的光波的光波 LD 直接调制直接调制SCM调制SCM调制 外调制外调制 （一）调制（一）调制 四、四、

51、 光强度调制系统光强度调制系统 调制方式调制方式 直接调制：直接调制： （一）调制（一）调制 四、四、 光强度调制系统光强度调制系统 是用电信号直接调制光源器件的偏置电流，使光源发出 的光功率随信号而变化。 优点优点：是简单、经济、容易实现，但调制速率受载流子 寿命及高速率下的性能退化的限制。光纤通信中光源光纤通信中光源多 采用直接调制方式直接调制方式。 调制带宽：几调制带宽：几MHz-几几GHz 直接调制直接调制-LD 数字信号数字信号调制调制 模拟信号模拟信号调制调制 （一）调制（一）调制 四、四、 光强度调制系统光强度调制系统 LD数字调制原理图.swfLD模拟调制原理图.swf 是在激

52、光器外的光路上放置调制器，将待传输的信号是在激光器外的光路上放置调制器，将待传输的信号 加载到调制器上当激光通过这种调制器时，激光的加载到调制器上当激光通过这种调制器时，激光的 强度、位相、频率等将发生变化，从而实现调制。强度、位相、频率等将发生变化，从而实现调制。 调制速率高，技术复杂，成本较高，在大容量的波分调制速率高，技术复杂，成本较高，在大容量的波分 复用和相干光通信系统中使用复用和相干光通信系统中使用。 （一）调制（一）调制 四、四、 光强度调制系统光强度调制系统 外调制：外调制： 调制器调制器 光纤光纤 调制带宽：几调制带宽：几GHz-几十几十GHz- 指材料折射率随外加电场变化的

53、现象，主要包括指材料折射率随外加电场变化的现象，主要包括泡克泡克 尔斯效应尔斯效应和克尔效应，是在光调制中得到最广泛应用和克尔效应，是在光调制中得到最广泛应用 的物理现象。的物理现象。 电光效应：电光效应： （一）调制（一）调制 四、四、 光强度调制系统光强度调制系统 电吸收效应：电吸收效应： 指利用半导体超晶格结构的量子限制斯塔克效应，指利用半导体超晶格结构的量子限制斯塔克效应， 垂直于量子阱薄层施加电场能够引起光吸收边的展垂直于量子阱薄层施加电场能够引起光吸收边的展 宽，外电场取消后吸收光谱又能可逆的还原，而锐宽，外电场取消后吸收光谱又能可逆的还原，而锐 吸收特性仍被保持。吸收特性仍被保持

54、。 （一）调制（一）调制 四、四、 光强度调制系统光强度调制系统 IM/DD方式方式 在发送端，电信号直接调制（在发送端，电信号直接调制（IM）光载波的强度；）光载波的强度； 在接收端，光信号被在接收端，光信号被PIN直接探测（直接探测（DD），恢复电），恢复电 信号。信号。 实用化的光纤系统，非相干的实用化的光纤系统，非相干的 (IM/DD)方式。方式。 成熟，简单，成本低，性能优良，主角。成熟，简单，成本低，性能优良，主角。 （二）光强度调制系统（二）光强度调制系统 四、四、 光强度调制系统光强度调制系统 （一）线路编码（一）线路编码 （一）光发射机（一）光发射机 （二）光接收机（二）光接

55、收机 五、五、 光发射机与光接收机光发射机与光接收机 点对点光纤通信链路示意图点对点光纤通信链路示意图 从电端机输出的是适合于电缆传输的双极性码双极性码。光源 不可能发射负光脉冲负光脉冲，因此必须进行码型变换。 （一）线路编码（一）线路编码 五、五、 光发送机与接收机光发送机与接收机 二进制二电平码，即“有光脉冲有光脉冲”表示“”码， “无光脉冲”表示“0”码。 线路编码需要线路编码需要 l“”码和“0”码的个数是随机的，基线漂移，基线漂移， 判决困难。 l长串 “”码或 “0”码，位同步信息丢失，给 定时困难。 l不能在线的误码检测。 （一）线路编码（一）线路编码 五、五、 光发送机与接收机

56、光发送机与接收机 二电平码问题：二电平码问题： PCM通信系统中的接口速率和码型通信系统中的接口速率和码型 基 群二 次 群三 次 群四 次 群 接口码速率 (Mbit/s)2.0488.44834.368139.264 接口码型HDB3HDB3HDB3CMI PDH，分组码分组码mBnB，1B2B码（码（CMI、DMI和双相码等）和双相码等） 和和插入码插入码， SDH光纤通信系统中，广泛使用的是光纤通信系统中，广泛使用的是加扰的加扰的NRZ码码。 线路编码的目的是：线路编码的目的是：误码检测，传输辅助信息误码检测，传输辅助信息 （一）线路编码（一）线路编码 五、五、 光发送机与接收机光发送

57、机与接收机 都不适合在数字光纤传输。都不适合在数字光纤传输。 码 型码型变换规则传输速率误码监测适用系统 1B2 B码 CMI “1”：11,00交替 “0”：01 2fi 按编码规则 检查 PDH 双相码“1”：10 “0”：012fi同上 DMI “1”：11,00交替 “0”：01（前二个码为01，11时 ） 10（前二个码为10，00时） 2fi同上 分组码mBnB正负模式交替nfi /m （1）查禁用 码字 （2）利用 DRS 插入 码 mB1P （1）P码满足奇校验规则 （2）P码满足偶校验规则 (m+1) fi /m 奇偶校验 mB1CC=Bm(m+1)fi /m模2和=0 mB

58、1H混合码 加扰NRZ给输入NRZ序列加扰fi无SDH 常用的线路编码常用的线路编码 （一）线路编码（一）线路编码 五、五、 光发送机与接收机光发送机与接收机 分组码常用mBnB表示，每进入mbit，出nbit，n m，形成一种一一对应关系。般选取n=m+1。 常用的mBnB码有1B2B、3B4B、5B6B、8B9B和 17B18B等。 遵循让遵循让“0”，“1”均衡分布的原则，均衡分布的原则， mBnB码的缺点是传输辅助信号比较困难。码的缺点是传输辅助信号比较困难。 （一）线路编码（一）线路编码 五、五、 光发送机与接收机光发送机与接收机 1 1分组码分组码 （1）CMI码 CMI码又称传号

59、反转码，它是一种1B2B码。其变 换规则是原码的“0”码用“01”码代替，原码的“1” 码用“00”或“11”交替代替。 ITU-T建议CMI码作为PDH四次群和SDH的STM-1的 接口码型。 （一）线路编码（一）线路编码 五、五、 光发送机与接收机光发送机与接收机 1 1分组码分组码1B2B1B2B码码 每进入每进入mbit，插入一个码插入一个码组成组成m+1bit输出。输出。 优点：能传递丰富的辅助信息及中途方便的上下话优点：能传递丰富的辅助信息及中途方便的上下话 路。路。 根据插入码的用途不同，可以分为插入码的用途不同，可以分为mB1C码、码、 mB1H码和码和mB1P码等码等 （一）

60、线路编码（一）线路编码 五、五、 光发送机与接收机光发送机与接收机 2 2插入码插入码 mB码100110001101 （1）mB1C码码 mBlC码1001110100101010 m BC （一）线路编码（一）线路编码 五、五、 光发送机与接收机光发送机与接收机 2 2插入码插入码 mBlH码，B为信息比特，H码为一个混合码。 所插入的H码可以根据不同用途分为2类： C码，它是第m位码的补码，用于在线误码率监 测 G码，用于区间通信、帧同步、公务、数据、 监测等信息的传输。 （一）线路编码（一）线路编码 五、五、 光发送机与接收机光发送机与接收机 （2）mB1H码码 2 2插入码插入码 主