光纤传输基础知识

1、光纤传输基础知识2用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost光纤通信的优点光纤通信的优点 通信容量大 中继距离长 不受电磁干扰 资源丰富 光纤重量轻、体积小第二页，共52页。3用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost光通信开展简史光通信开展简史2000多年前烽火台灯光、旗语1880年光 无线光通信1970年光纤通信第三页，共52页。4用

2、户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost光纤通信开展史光纤通信开展史 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。第四页，共52页。5用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First

3、Service Foremost电磁波谱电磁波谱1cm 1mm 100um 10um 1um 100nm 10nm 1nm 波長波長10G 100G 1T 10T 100T 1015 1016 1017 f (Hz)1.6um 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0um 900 800 700 600nm光通信使用范围光通信使用范围红外线红外线紫外线紫外线第五页，共52页。6用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost通信波段划分及相应传输媒介通信波段划分及相

4、应传输媒介频率频率 Hz10110710210610310510410410510310610210710110810010910-1101010-2101110-3101210-4101310-5101410-61015自由空间波长（自由空间波长（m）电力、电话电力、电话无线电、电视无线电、电视微波微波红外红外可见光可见光双铰线双铰线同轴电缆同轴电缆光纤光纤卫星卫星/微波微波AM无线电无线电FM无线电无线电频段频段划分划分传传输输介介质质第六页，共52页。7用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer Firs

5、t Service Foremost光的折射，反射和全反射因光在不同物质中的传播速度是不同的，所以光从一种物质射向另一种物质时，在两种物质的交界面处会产生折射和反射。而且，折射光的角度会随入射光的角度变化而变化。当入射光的角度到达或超过某一角度时，折射光会消失，入射光全部被反射回来，这就是光的全反射。不同的物质对一样波长光的折射角度是不同的即不同的物质有不同的光折射率，一样的物质对不同波长光的折射角度也是不同。光纤通讯就是基于以上原理而形成的。反射率分布：表征光学材料的一个重要参数是折射率，用N表示，真空中的光速C与材料中光速V之比就是材料的折射率。妈NC/V第七页，共52页。8用户至上用户至

6、上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost光通信的开展过程雏形：古代烽火、手旗、灯光雏形：古代烽火、手旗、灯光潜望镜原理潜望镜原理光波导之雏形光波导之雏形第八页，共52页。9用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost光的根本知识光的根本知识n1n2n1 n2n1n2临界角临界角900临界角临界角n1n2全反射全反射入射角入射角=反射角反射角12第十页，

7、共52页。11用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost光纤构造光纤裸纤一般分为三层：光纤裸纤一般分为三层：第一层：中心高折射率玻璃芯芯径一般为第一层：中心高折射率玻璃芯芯径一般为9-10m,(单模单模50或或62.5多模。多模。第二层：中间为低折射率硅玻璃包层直径一般为第二层：中间为低折射率硅玻璃包层直径一般为125m。第三层：最外是加强用的树脂涂层。第三层：最外是加强用的树脂涂层。纤芯纤芯包层包层保护套保护套第十一页，共52页。12用户至上用户至上 用心服务用心

8、服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost光纤的构造光纤的构造一、纤芯 core：折射率较高，用来传送光；二、包层 coating：折射率较低，与纤芯一起形成全反射条件；三、保护套 jacket：强度大，能承受较大冲击，保护光纤。3mm光缆 橘色 MM 多模 黄色 SM 单模第十二页，共52页。13用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost外径一般为外径一般为125u

9、m(一根头发平均一根头发平均100um)12595012562.5125光纤的尺寸光纤的尺寸第十三页，共52页。14用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost数值孔径数值孔径入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输，只是在某个角度范围内的入射光才可以。这个角度就称为光纤的数值孔径。光纤的数值孔径大些对于光纤的对接是有利的。不同厂家生产的光纤的数值孔径不同AT&TCORNING。第十四页，共52页。15用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分

10、公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost光纤的种类按光在光纤中的传输模式可分为：多模Multi-Mode (简称：MM 单模Single-Mode(简称：SM多模光纤：中心玻璃芯较粗50或62.5m，可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600MB/KM的光纤在2KM时那么只有300MB的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。 单模光纤：中心玻璃芯较细芯径一般为9或10m，只能传一种模式的光。实际上是阶跃型光纤的种，只是纤芯径很小，理论上只允许单一

11、传播途径的直进光入射至光纤内，并在纤芯内作直线传播。光纤脉冲几乎没有展宽。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但其色度色散起主要作用，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。第十五页，共52页。16用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost光纤的分类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，本钱高；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，本钱较低；塑料光纤：纤芯与包层都是塑料，损耗大，传

12、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。第十六页，共52页。17用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost按最正确传输频率窗口按最正确传输频率窗口:常规型单模光纤和色散位移型单模光纤。常规型：光纤生产长家将光纤传输频率最正确化在单一波长的光上，如1300nm。色散位移型：光纤生产长家将光纤传输频率最正确化在两个波长的光上，如：1300nm和1550nm。第十七页，共52页。18用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公

13、司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost突变型：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是突变的。其本钱低，模间色散高。适用于短途低速通讯，如：工控。但单模光纤由于模间色散很小，所以单模光纤都采用突变型。渐变型光纤：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小，可使高模光按正弦形式传播，这能减少模间色散，提高光纤带宽，增加传输距离，但本钱较高，现在的多模光纤多为渐变型光纤。第十八页，共52页。19用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service

14、Foremost常用光纤规格光纤尺寸： 1、单模纤芯直径：9/125m，10/125m2、包层外径2D125m3、一次涂敷外径250m4、尾纤：300m5、多模：50/125m，欧洲标准62.5/125m，美国标准6、工业，医疗和低速网络：100/140m， 200/230m 7、塑料：98/1000m，用于汽车控制第十九页，共52页。20用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost光纤衰减造成光纤衰减的主要因素有：本征，弯曲，挤压，杂质，不均匀和对接等。本征：是光纤

15、的固有损耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。弯曲：光纤弯曲时局部光纤内的光会因散射而损失掉，造成的损耗。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。第二十页，共52页。21用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost光缆的种类1.按敷设方式分有：

16、自承重架空光缆，管道光缆，铠装地埋光缆和海底光缆。2.按光缆构造分有：束管式光缆，层绞式光缆，紧抱式光缆，带式光缆，非金属光缆和可分支光缆。3.按用途分有：长途通讯用光缆、短途室外光缆、混合光缆和建筑物内用光缆。第二十一页，共52页。22用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost光缆的接续与成端光缆的接续与成端光缆的接续与成端是光缆线路维护人员必须掌握的根本技能。光缆的接续技术分类：一、光纤的接续技术和光缆的接续技术两局部。二、光缆的成端类似光缆的接续，只不过由于接

17、头材料不同而操作该当也有所不同。第二十二页，共52页。23用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost光纤接续的种类光纤接续的种类光缆接续一般可分为两大类：光缆接续一般可分为两大类：一、光纤的固定接续俗称死接头。一般采用光纤熔接机；用于光一、光纤的固定接续俗称死接头。一般采用光纤熔接机；用于光缆直接头。缆直接头。二、光纤的活动接头俗称活接头。用能够拆卸的连接器连接二、光纤的活动接头俗称活接头。用能够拆卸的连接器连接俗称活接头。用于光纤跳线、设备连接等地方俗称活接头。用

18、于光纤跳线、设备连接等地方由于光纤端面的不完整性和光纤端面压力的不均匀性，一次放电熔接由于光纤端面的不完整性和光纤端面压力的不均匀性，一次放电熔接光纤的接头损耗还比较大，现在采用二次放电熔接法。先对光纤端面光纤的接头损耗还比较大，现在采用二次放电熔接法。先对光纤端面预热放电，给端面整形，去除灰尘和杂物，同时通过预热使光纤端面预热放电，给端面整形，去除灰尘和杂物，同时通过预热使光纤端面压力均匀。压力均匀。第二十三页，共52页。24用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremo

19、st光纤连接损耗的监测方法光纤连接损耗的监测方法有三种：1、在熔接机上进展监测。2、光源、光功率计监测。3、OTDR测量法第二十四页，共52页。25用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost一、光纤接续的操作方法光纤接续操作一般分为：光纤接续操作一般分为：1、光纤端面的处理。、光纤端面的处理。2、光纤的接续安装。、光纤的接续安装。3、光纤的熔接。、光纤的熔接。4、光纤接头的保护。、光纤接头的保护。5、余纤的盘留五个步骤。、余纤的盘留五个步骤。第二十五页，共52页。2

20、6用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost二、光缆接续的操作方法通常整个光缆的接续按以下步骤进展：通常整个光缆的接续按以下步骤进展：第一步：大量好长度，开剥光缆，除去光缆护套；第一步：大量好长度，开剥光缆，除去光缆护套；第二步：清洗、去除光缆内的石油填充膏。第二步：清洗、去除光缆内的石油填充膏。第三步：捆扎好光纤。第三步：捆扎好光纤。第四步：检查光纤心数，进展光纤对号，核对光纤色标是否有误；第四步：检查光纤心数，进展光纤对号，核对光纤色标是否有误；第五步：加强心接

21、续；第五步：加强心接续；第六步：各种辅助线对，包括公务线对、控制线对、屏蔽地线等接续如果有上第六步：各种辅助线对，包括公务线对、控制线对、屏蔽地线等接续如果有上述线对。述线对。第七步：光纤的接续。第七步：光纤的接续。第八步：光纤接头保护处理；第八步：光纤接头保护处理；第九步：光纤余纤的盘库留处理；第九步：光纤余纤的盘库留处理；第十步：完成光缆护套的接续；第十步：完成光缆护套的接续；第十一步：光缆接头的保护。第十一步：光缆接头的保护。第二十六页，共52页。27用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First

22、 Service Foremost光纤的损耗光纤的损耗1310 nm : 0.35 0.5 dB/Km850 nm : 2.3 3.4 dB/Km光纤熔接点损耗：点光纤熔接点 1点/2km第二十七页，共52页。28用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost常见光纤名词常见光纤名词衰减：光在光纤中传输时的能量损耗单模光纤1310nm 0.40.6dB/km1550nm 0.20.3dB/km塑料多模光纤300dB/km第二十八页，共52页。29用户至上用户至上 用心服

23、务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost光纤的衰减光纤的衰减光纤的衰减图光纤的衰减图0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 nm OH-OH-OH-第一窗口第二窗口第三窗口衰减(dB/km)水峰值6 54321第二十九页，共52页。30用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost 色散(Dispersion)：光脉冲沿着光

24、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，通过改变光纤内部构造来改变光纤的色散非常重要。常见光纤名词常见光纤名词第三十页，共52页。31用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost光纤类型光纤类型 全波光纤第三十一页，共52页。32用户至上用户至上 用心服务用心

25、服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost常见光纤名词常见光纤名词 散射由于光线的根本构造不完美，引起的光能量损失，此时光的传输不再具有很好的方向性。光线光线缺陷缺陷第三十二页，共52页。33用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost光纤系统根底知识光纤系统根底知识一、根本光纤系统的构架及其功能介绍： 1.发送单元：把电信号转换成光信号； 2.传输单元：载送光信号的介

26、质； 3.接收单元：接收光信号并转换成电信号； 4.连接器件：连接光纤到光源、光检测以及其它光纤。第三十三页，共52页。34用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost光纤系统根底知识光纤系统根底知识二、根本光纤系统方框图： 信号光发射机光源中继器检测器光接收机信号电E/光O转换光纤光O/电E转换发送单元传输单元接收单元连接器件第三十四页，共52页。35用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Cus

27、tomer First Service Foremost常用连接器类型常用连接器类型SC LC MT-RJ DSC VF-45 Opti-Jack第三十五页，共52页。36用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost常用连接器类型常用连接器类型FC TypeSC TypeSC2 TypeFDD Type第三十六页，共52页。37用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First S

28、ervice Foremost常用连接器类型常用连接器类型BICONIC TypeD4 TypeSMA 905 TypeSMA 906 TypeMINI BNC Type第三十七页，共52页。38用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost连接头端面类型连接头端面类型Ferrule + Flange Insertion Loss(插入损耗) 40dB SPC45dB UPC50dB APC60dB第三十八页，共52页。39用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市

29、电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost无源器件无源器件 耦合器coupler 主要功能再分配光信号 重要应用在光纤网络 尤其是应用在局域网 在波分复用器件上应用第三十九页，共52页。40用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost无源器件无源器件 耦合器coupler 根本构造耦合器是双向无源器件根本形式有树型、星型与耦合器对应的有分路器splitter第四十页，共52页。41用户

30、至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost无源器件无源器件 耦合器 以图形表示 1423第四十一页，共52页。42用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost无源器件无源器件 波分复用器WDMWavelength Division Multiplexer在一条光纤中传输多个光信号，这些光信号频率不同，颜色不同。波分复用器就是要把多个光信号耦合进

31、同一根光纤中；解波分复用器就是从一根光纤中把多个光信号区分出来。第四十二页，共52页。43用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost无源器件无源器件 波分复用器图例 1传送器传送器 2传送器传送器 1+ 2 1+ 2 1接收器接收器 2接收器接收器第四十三页，共52页。44用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost发送单元发送单元驱动器驱

32、动器光源光源第四十四页，共52页。45用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost接收单元接收单元检测器检测器放大器放大器 输出电路输出电路第四十五页，共52页。46用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost光放大器光放大器 0 1输入输入信号弱信号弱 1输出输出信号强信号强光放大器波分复用器耦合器 1光源监测第四十六页，共52页。47用户至上用户至上 用心服务用心服务金 华 市 电 信 有 限 分 公 司金 华 市 电 信 有 限 分 公 司Customer First Service Foremost光纤数字通信