光纤基础知识

1、光 纤 光通信的基本原理 光纤的基本结构 光纤的基本参数 光纤的制造方法1f10km1km100m10m1m1cm1dm105m100km107m010Hz100Hz1k10k100k1M10M100M1G10G1cm100m1mm10m100nm1m10nm1nm100pm10pm1pm10G100G1T10T100T1015T1017T1016T1019T1018T1020T1.6m1.5m1.3m1.4m1.1m1.2m1m900nm800nm700nm500nm600nm400nm红外线紫外线X射线伽玛射线光纤应用范围无线电电视卫星LWKWMWUKWdmcm高频微波低频交流电直流电微波

2、可见光电磁波谱光通信的基本原理2信号处理发送端信号处理接收端光波导光通信的基本原理3光的反射和折射定律 光在传输过程中，在两种不同的传输媒质的界面将产生以下行为：一部分入射光将被反射 一部分入射光将进入第二种媒质，并产生折射媒质1 折射率n1媒质2 折射率n2 入射光线反射光线121=2n1Sin1=n2Sin2媒质1 折射率n1媒质2 折射率n2 入射光线12折射光线4折射率 n光在真空中的传播速度/光在该媒质中的传播速度全反射： 当n1n2时，随着入射角的不断增加，在入射角达到某一值时，折射角达到90oC，我们把此时的入射角称为临界角0 。当入射角大于临界角时，将发生全反射。媒质1媒质2根

3、据折射定律，我们可以求出临界角，此时290o。即n1Sin0=n2Sin90o所以 Sin0=n2/n1媒质折射率真空空气水多模光纤单模光纤玻璃钻石5光通信正是利用了全反射原理，当光的注入角满足一定条件时，光便能在光纤(光波导)内形成全反射，从而达到长距离传输的目的。包层 n2纤芯 n1光纤中心轴线090- 0包层 n2空气 n0 16光纤的基本结构 涂层 力学影响的防护涂层 250 m 涂层 250 m 标准单模光纤标准梯度折射率分布多模光纤 纤芯 (掺锗二氧化硅)8.6-9.5 m 纤芯(聚甲基丙烯酸甲酯 )980 m 包层纯二氧化硅125 m 纤芯(掺锗二氧化硅)50 m / 62.5

4、m / 100 m涂层 1000 m 塑料光纤7涂 层包 层纤芯光纤的结构8按材料分类： 二氧化硅系光纤 多组份光纤 塑料光纤光纤：分类9 用于通信，如：光缆 用于传感器，如：光纤陀螺 用于传输图像，如：内窥镜 其它用途，如用于传输能量按用途分类：光纤：分类10按传输模式分类：多模光纤单模光纤光纤：分类11单模光纤G.652光纤G.653光纤G.654光纤G.655光纤最成熟的单模光纤，但未把最小的衰减与最小的色散有效的结合在一起。过渡性的单模光纤，通过对光纤的截止波长进行位移而获得极低的衰减。过渡性的单模光纤，把零色散点移到了衰减最小的波长。一种新型的单模光纤，把最小的衰减与小的色散结合在一

5、起。光纤：分类12光纤：G.652光纤ITU-T G.652光纤短距离大容量传输系统A类G.652光纤B类G.652光纤C类G.652光纤普通容量传输系统高速率传输系统(10Gb/s)粗波分复用传输系统G.652光纤的特点最成熟的一种单模光纤最小的衰减窗口与最小色散窗口分离13光纤：G.655光纤高速率大容量传输系统ITU-T G.655光纤长途陆地系统长途海底系统城域网系统如：Corning的Leaf光纤， Lucent的TrueWave RS光纤如：Corning的Submarine Leaf光纤 Lucent的TrueWave XL光纤如：Corning的MetroCor光纤G.655光

6、纤的特点最新的一种单模光纤；充分利用C/L波段衰减小和其为EDFA工作波段的特点；较小的色散有利于高速传输，同时又能有效抑制非线性效应14 几何尺寸参数 光学及传输特性参数 机械及环境性能参数光纤：参数15光纤的几何尺寸参数 纤芯直径 纤芯/包层同心度 包层外径(d=dx+dy/2) 包层不圆度(|dmax-dmin|/d) 涂层外径 包层/涂层同心度 光纤翘曲度 Rdxdy光纤：参数R16光纤几何尺寸参数典型值 纤芯直径(多模光纤)： 纤芯直径(单模光纤)： 纤芯/包层同心度： 包层外径： 包层不圆度： 涂层外径： 包层/涂层同心度：62.5/50m810m1.0m125m2m2%245m1

7、0m15m光纤：参数 光纤翘曲度：2m17光纤的光学及传输特性参数 衰减系数 色散系数 截止波长 弯曲损耗 偏振模色散光纤：参数 模场直径18光纤的光学及传输特性参数光纤：参数模场直径：高斯分布的单模光纤，模场直径是光场幅度分布1/e处各点所围成圆的直径，也等于光功率分布1/e2处各点所围成圆的直径。19衰减系数 10log(P0/PL)/L这里；P0 输入光功率 PL 经过L长度的光纤后的输出光功率 L 传输距离P0PLL光纤的光学及传输特性参数光纤：参数20衰减 (dB/km)波长(nm)131015500.360.20光纤的光学及传输特性参数单模光纤的典型谱衰耗光纤：参数OH-吸收峰(又

8、称为：水峰)21色散系数： 由于传输介质的折射率与光波的波长相关而造成不同波长的光在相同传输介质中的传播速度不同的现象。其程度用色散系数进行反映。光纤的光学及传输特性参数光纤：参数2284-401200-818001400150016001700132nm4色散D(ps/(nmkm)波长(nm)1非色散位移光纤2色散位移光纤3色散平坦光纤4 非零色散位移光纤光纤的光学及传输特性参数不同单模光纤的色散曲线光纤：参数23截止波长： 光纤作为单模光纤工作的最短波长。工作波长超过此波长时，只能传输基模，此时光纤为单模光纤；工作波长低于此波长时，除基模外，高次模也可传输，此时光纤为多模光纤。光纤的光学及

9、传输特性参数光纤：参数24弯曲损耗： 宏观弯曲损耗：是指光纤在以远远大于光纤外径的曲率半径弯曲时，所引入的附加损耗。 微观弯曲损耗：是指光纤受到不均匀应力的作用，光纤轴产生的微小不规则弯曲所引入的附加损耗。光纤的光学及传输特性参数光纤：参数25偏振模色散： 基模包含两个正交的矢量，这两个偏振矢量在传播过程中会产生时延，从而引入偏振模色散光纤的光学及传输特性参数光纤：参数26光学及传输特性参数典型值 衰减系数： 色散系数： 截止波长： 弯曲损耗： 偏振模色散：1310nm波长处：0.36dB/km1550nm波长处：0.22dB/km1310nm波长处： 0ps/(nmkm)1550nm波长处：

10、19ps/(nmkm)cc1260nm以75mm为直径松绕100圈1550nm波长处附加衰减：0.05dBPMD0.5ps/(km)1/2光纤：参数 模场直径：1310nm: 8-10m; 1550nm: 9-11m27机械及环境性能参数 光纤筛选应力水平 光纤抗张强度 光纤动态疲劳参数 光纤静态疲劳参数光纤：参数筛选应力：0.69GPa持续时间：1s典型值：500kpsind 20ns 2028光纤：参数 光纤温度衰减特性 光纤浸水性能 光纤老化性能机械及环境性能参数-60oC+85oC下附加衰减： 0.05dB/km23oC下，浸水14天后附加衰 减：0.05dB/km 温度湿度衰减特性-10oC+85oC，98%RH下附加衰减： 0.05dB/km85oC下老化一个月后附加衰 减：0.05dB/km29光纤：制造制造光纤的基本化学反应式如下：SiCl4 + O2 = SiO2 + 2Cl2其工艺流程如下：制棒脱水烧缩抛光拉丝筛选、复绕30根据预制棒生产方式的不同，光纤制造方法可分为以下四种：改进的化学气相沉积法(MCVD)等离子激活化学气相沉积法(PCVD)真空泵O2SiCl4GeCl4BBr3空腔谐振器排气喷灯管子O2