光纤传输基础知识精要

1、线路中心1月8日光纤传输根底知识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。电磁波谱1cm 1mm 100um 10um 1um 100nm 10nm 1nm 波長10G 100G 1T 10T 100T 1015 1016 1017 f

2、 (Hz)1.6um 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0um 900 800 700 600nm光通信使用范围红外线紫外线通信波段划分及相应传输媒介频率 Hz10110710210610310510410410510310610210710110810010910-1101010-2101110-3101210-4101310-5101410-61015自由空间波长（m）电力、电话无线电、电视微波红外可见光双铰线同轴电缆光纤卫星/微波AM无线电FM无线电频段划分传输介质光的折射，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

3、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。不同的物质对相同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，相同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光纤通信用的石英玻璃的折射率约为1.5光通信的开展过程雏形：古代烽火、手旗、灯光潜望镜原理光波导之雏形光的根本知识n1n2n1 n2n1n2临界角900临界角n1n2全反射入射角=反射

4、角12光纤结构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9-10m,(单模50或62.5多模。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。纤芯包层保护套光纤的结构一、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 单模外径一般为125um(一根头发平均100um)内径：单模9um 多模50/62.5um12595012562.5125光纤的尺寸数值孔径入射到光纤端面的光并不能全部被光

5、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。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

6、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。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。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。

7、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。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。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

8、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

9、轴心不垂直，端面不平，对接心径不匹配和熔接质量差等。光缆的种类1.按敷设方式分有：自承重架空光缆，管道光缆，铠装地埋光缆和海底光缆。2.按光缆结构分有：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。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，只不过由于接头材料不同而操作该当也有所不同。光纤接续的种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；用于光缆直

10、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俗称活接头。用于光纤跳线、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压力均匀。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、在熔接机上进行监测。2、光源、光功率计监测。3、OTDR测量法一、光纤接续的操作方法光纤接续操作一般分为：1、光纤端面的处理。2、光纤的接续安装。3、光纤的熔接。4、光纤接头的保护。5、余纤的盘留五个步骤。二、光缆接续的操作方法通常整个光缆的接续按以下步骤

11、进行：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。第三步：捆扎好光纤。第四步：检查光纤心数，进行光纤对号，核对光纤色标是否有误；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述线对。第七步：光纤的接续。第八步：光纤接头保护处理；第九步：光纤余纤的盘库留处理；第十步：完成光缆护套的接续；第十一步：光缆接头的保护。光纤的损耗1310 nm : 0.35 0.5 dB/Km1550 nm : 0.2 0.3dB/Km850 nm : 2.3 3.4 dB/Km光纤熔接点损耗：0.08dB/点光纤熔接点 1点/2km常见光

12、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光纤的衰减光纤的衰减图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

13、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。常见光纤名词光纤类型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常见光纤名词散射由于光线的根本结构不完美，引起的光能量损失，此时光的传输不再具有很好的方向性。光线缺陷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。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

14、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常用连接器类型SC LC MT-RJ DSC VF-45 Opti-Jack常用连接器类型FC TypeSC TypeSC2 TypeFDD Type常用连接器类型BICONIC TypeD4 TypeSMA 905 TypeSMA 906 TypeMINI BNC Type连接头端面类型Ferrule + Flange Insertion Loss(插入损耗) 40dB SPC45dB UPC50dB APC60dB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

15、用无源器件耦合器coupler根本结构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无源器件耦合器以图形表示 1423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。无源器件波分复用器图例 1传送器 2传送器 1+ 2 1+ 2 1接收器 2接收器发送单元驱动器光源接收单元检测器放大器 输出电路光放大器 0 1输入信号弱 1输出信号强光放大器波分复用器耦合器 1光源监测光

16、纤数字通信数字系统中脉冲的定义：10%90%50%脉冲宽度上升时间下降时间周期振幅1.振幅：脉冲的高度在光纤系统中表示光功率能量。2.上升时间：脉冲从最大振幅的10%上升到90%所需要的时间。3.下降时间：脉冲从振幅的90%下降到10%所需要的时间。4.脉冲宽度：脉冲在50%振幅位置的宽度，用时间表示。5.周期：脉冲特定的时间，就是完成一个循环所需要的工作时间。6.消光比：1信号光功率于0信号光功率的比值。光纤数字通信光纤通信中常用单位的定义： 1. dB = 10 log10 ( Pout / Pin ) Pout :输出功率 ; Pin :输入功率 2. dBm = 10 log10 ( P / 1mw) 是通信工程中广泛使用的单位； 通常表示以1毫瓦为参考的光功率； example: