有线传输子系统-光纤通信课件讲解

有线传输子系统--光纤通信系统简介

光纤通信系统简介1通信用光器件2SDH传输网34目录维护管理系统4传输系统接口5系统日常维护6了解光纤通信系统组成1了解光纤通信特点2了解传输系统功能3教学目标重点难点光纤通信系统组成1光纤通信特点21.光纤的发展光纤通信发展的里程碑

1966年高锟博士发表的论文《用于光频的光纤表面波导》。光纤通信发展的实质性突破

1970年美国康宁公司制造出当时世界上第一根超低损耗光纤。光纤通信爆炸性的发展（1）光纤损耗

1970年：20dB/km；1972年：4dB/km；

1974年：1.1dB/km；1976年：0.5dB/km；

1979年：0.2dB/km；1990年：0.14dB/km。发展历程

我心里觉得一个人有这样子的好运，能够做一件前所没有的事情，而且做出来的影响是非常非常大的，我感觉很满足，我有这个机会，来创一个新的领域，而且这光纤的生成，使得世界又有很大的变化，我很满足。

——2002年，凤凰卫视主持人许戈辉采访时问高锟，“是否认为自己该拿诺贝尔奖”时，高锟的回答光纤的建议（标准）G651光纤：多模梯度光纤G652光纤：单模光纤，标准光纤G653光纤：色散位移单模光纤G654光纤：截止波长位移单模光纤G655光纤：非零色散位移单模光纤G656光纤：Characteristicsofafibreandcablewithnon-zerodispersionforwidebandopticaltransport2.光纤通信的发展1980－850nm多模光纤通信系统1983－1300nm单模光纤通信系统1991－1550nm单模光纤单频激光器光纤通信系统1995－采用光放大器和WDM系统的第四代光纤通信系统实验室研究成功:第五代光纤通信系统－孤子通信

到90年代，光线的传输速率已达到每秒10000兆比特，相当于在一对头发丝1/10粗细的光纤可以通125万路电话。我国光纤通信的开发里程

1977年，第一根短波长(0．85mm)阶跃型石英光纤问世，长度为17m，衰减系数为300dB/km。

1978年，研制出短波长多模梯度光纤，即G.651光纤。

1979年，研制出多模长波长光纤，衰减为1dB/km。建成5.7km、8Mb/s光通信系统试验段。

1980年，1300nm窗口衰减降至0.48dB/km，1550nm窗口衰减为0.29dB/km。

1984年，武汉、天津34Mb/s市话中继光传输系统工程建成(多模)。

1988年，全长245km的武汉－长沙市34Mb/s多模光缆通信系统工程通过邮电部鉴定验收。

1989年，汉阳——汉南40Mb/s单模光传输系统工程通过邮电部鉴定验收。

1991年，研制出G.653色散位移光纤。最小衰减达0.22dB/km。合肥——芜湖40Mb/s单模光传输系统工程通过国家鉴定验收。

1993年，在掺铒光纤放大器的研究上取得突破性进展，小信号增益达25dB。上海——无锡65Mb/s单模光传输系统工程通过邮电部鉴定验收。

1997年，研制出G.655非零色散位移光纤。成都——攀枝花22Mb/sSDH光传输工程通过邮电部鉴定验收。

1998年，海口——三亚5Gb/s光传输系统工程通过邮电部鉴定验收，该工程全长322km，仅在万宁设一个中继站，海口——万宁的中继距离为172km。

1999年，8×2.5Gb/sDWDM系统通过国家验收。

光纤通信系统组成电磁波谱图光纤通信系统的组成点－点光纤通信系统光纤结构光纤材料玻璃光纤塑料光纤专用光纤（氟化物光纤，光敏光纤等）光纤的制造

目前通信用光纤主要是以石英玻璃（SiO2）为主的石英光纤。制造光纤流程：制作光纤预制棒拉丝涂覆套塑成缆1.光纤预制棒的制造预制棒（preform）:拉制光纤的原始棒体材料,具有与光纤相似结构和折射率分布。预制棒制造的关键：（1）如何制作出光纤材料（2）如何控制光纤纤芯、包层的折射率制作石英光纤材料的反应

以SiCl4、GeCl4、CF2Cl2等物质为原材料高温(1400-1600ºC)下与氧气反应：

SiCl4+O2

SiO2+2Cl2

GeCl4+O2

GeO2+2Cl2

2CF2Cl2+4SiCl4+2O2

SiF4+2Cl2+2CO2

光纤折射率的控制通过掺杂实现光纤折射率增加或减小（纤芯掺杂折射率稍高的Ge、P等元素；包层掺杂折射率稍低的F、B元素等）通过载运气体（氧气、氩气）流速控制掺杂量的多少，从而控制折射率变化的大小SiO2折射率随掺杂浓度的变化光纤的组成如：GeO2-SiO2纤芯SiO2包层P2O5-SiO2纤芯SiO2包层SiO2纤芯B2O3-SiO2包层GeO2-B2O3-SiO2纤芯B2O3-SiO2包层光纤预制棒的制造工艺（1）管内化学气相沉积法改进的化学气相沉积法(MCVD)Modifiedchemical-vapordeposition等离子体激活化学气相沉积法(PCVD)Plasma-activatedchemical-vapordeposition光纤预制棒的制造工艺（2）管外化学气相沉积法气相轴向沉积法(VAD)Vapor-axialdeposition(VAD)棒外气相沉积法

Outsidevapor-phaseoxidation(OVPO)Outsidevapor-phasedeposition(OVD)MCVD(化学汽相沉积法)工艺流程MCVD法制备光纤预制棒的工艺流程示意图

VAD(气相轴向沉积法)VAD法制备光纤预制棒的工艺流程示意图

PCVDMACHINEPCVDMACHINE2.光纤的拉制工艺拉丝塔3.光纤的涂覆和套塑从预制棒拉出的光纤还不能直接使用，是脆性断裂材料，达不到实际使用的强度要求，抗拉和抗弯能力都较差。由于制造工艺的不完善，光纤强度将进一步下降。为保护光纤表面，提高抗拉强度和抗弯曲强度，还要对光纤进行涂覆和套塑处理。制造中造成强度下降的原因

（1）预制棒在制造中可能存在杂质和气泡，会转移到光纤中。由于杂质的膨胀系数与周围玻璃不同，可能导致裂纹，造成强度的下降；气泡对强度的影响将更大。（2）拉丝过程中，拉丝炉的温度稳定性、周围环境中的粉尘及拉丝卷绕等有可能使光纤表面出现划痕、裂纹等机械损伤，影响光纤的强度。环境中的水分等有害物质将对光纤造成腐蚀，使光纤表面的裂纹扩展，降低光纤强度。涂覆和套塑流程光纤预制棒生产企业有五家：长飞、法尔胜光子、烽火通信、杭州富通和特恩弛，5家企业的生产能力是2000万公里／年。光纤拉丝生产企业有19家：长飞、上海光纤、南京华新藤仓、深圳特发、成都中住、杭州富通、法尔胜光子、西古、烽火通信、天大天财、特恩弛、亨通阿尔法、中天科技、华伦光纤、富春江、上海华源、山东太平洋、海南韩国三星、海南睿丰，这19家企业的生产能力是3500万公里／年。光纤类型

1.按纤芯截面上折射率分布分类：阶跃型光纤渐变型光纤2.按传输模式的数量分类：

多模光纤和单模光纤。传输模式：当光在光纤中传播时，如果光纤纤芯的几何尺寸远大于光波波长时，光在光纤中会以几十种乃至几百种传播模式进行传播。这些不同的光束称为模式。光在阶跃折射率光纤中的传播

3.按传输波长分类:

短波长光纤和长波长光纤。

短波长光纤的波长为0.85μm

长波长光纤的波长为1.3μm～1.6μm

，主要有1.31μm和1.55μm两个窗口。

4．按套塑结构分类：紧套光纤和松套光纤

紧套光纤就是在一次涂覆的光纤上再紧紧地套上一层尼龙或聚乙烯等塑料套管，光纤在套管内不能自由活动。松套光纤，就是在光纤涂覆层外面再套上一层塑料套管，光纤可以在套管中自由活动。光纤的传输特性

从通信的角度，在研究信道问题时，人们最关注的是信道引起的信号衰减和信号畸变。信号衰减从能量的角度限制了信号的传递，而信号畸变则从信号检测精度的角度限制了信号的传递。

影响光纤传输特性的包括衰减、色散和非线性效应。1.光纤衰减（损耗）

概念：信号强度随距离增加而变弱。主要来源：吸收，散射，光泄漏。吸收损耗：由制造材料本身及其中的过渡金属离子和氢氧根离子等杂质对光的吸收而产生。散射损耗：以光能的形式把能量辐射出光纤之外的一种损耗。弯曲损耗：由于光纤弯曲使光从纤芯逸散到包层中产生的光泄漏。2.色散光纤对在其中传输的光脉冲的展宽特性。

总的脉冲展宽：

△t＝色散（ns/km）×距离（km）衰减、色散对脉冲的影响示意3.非线性效应

光波间或光波与其中传输的材料之间的相互作用，从而对光信号产生影响。能引起噪声和串扰。光缆1.要求：避免受到破坏力防止光纤传输特性的劣化易于操作2.构造:

缆芯，加强元件，护层缆芯缆芯由光纤的芯数决定，有单芯、多芯。多芯光缆要对光纤进行着色以便于识别。为防止气体和水分子浸入，光纤中应具有各种防潮层并填充油膏。加强元件吸收、抵消外界力（埋在地下的压力，施工拉线走的牵引力等）。位置：中间或外层（两种结构方式）要求：是具有高弹性范围、高比强度(强度和重量之比)，低线膨胀系数、优良的抗腐蚀性和一定的柔软性。一般采用钢丝、钢绞线或钢管等；强电磁干扰环境和雷区中则应使用高强度的非金属材料护层

护层主要是对已成缆的光纤芯线起保护作用，避免受外界机械力和环境损坏。护层可分为内护层（多用聚乙烯或聚氯乙烯等）和外护层（多用铝带和聚乙烯组成的LAP外护套加钢丝铠装等）。3.典型结构（1）层绞式结构光缆把经过套塑的光纤绕在加强芯周围绞合而构成。层绞式结构光缆类似传统的电缆结构，故又称之为古典光缆。

12芯松套层绞式直埋光缆6芯紧套层绞式光缆

6～48芯松套层绞式水底光缆

（2）骨架式结构光缆骨架式结构光缆是把紧套光纤或一次涂覆光纤放入加强芯周围的螺旋形塑料骨架凹槽内而构成。

12芯骨架式光缆（我国）

骨架式自承式架空光缆

（3）束管式结构光缆把一次涂覆光纤或光纤束放入大套管中，加强芯配置在套管周围而构成。

6～48芯束管式光缆

（4）带状结构光缆把带状光纤单元放入大套管中，形成中心束管式结构；也可把带状光纤单元放入凹槽内或松套管内，形成骨架式或层绞式结构图2-31

中心束管式带状光缆图2-32层绞式带状光缆

（5）单芯结构光缆单芯结构光缆简称单芯软光缆。这种结构的光缆主要用于局内（或站内）或用来制作仪表测试软线和特殊通信场所用特种光缆以及制作单芯软光缆的光纤。图2-33单芯软光缆4.光缆的种类

根据光缆的传输性能、距离和用途:

市话光缆、长途光缆、海底光缆和用户光缆；根据光纤的种类:

多模光缆、单模光缆；根据光纤芯数的多少:

单芯光缆和多芯光缆

根据加强构件的配置方式:

中心加强构件光缆(如层绞式光缆、骨架式光缆等)、分散加强构件光缆(如束管式光缆)和护层加强构件光缆(如带状式光缆)

根据敷设方式:

管道光缆、直埋光缆、架空光缆和水底光缆根据护层材料性质:

普通光缆、阻燃光缆和防蚁、防鼠光缆等。5.光缆的型号GYGZL03-12J50/125(20408)CGY

G

Z

L

03–12

J

50/125(2

04

08)C

光缆分类代号及其意义GY：通信用室(野)外光缆；GR：通信用软光缆；GJ：通信用室(局)内光缆；GS：通信用设备内光缆；GH：通信用海底光缆；GT：通信用特殊光缆；GW：通信用无金属光缆。加强构件的代号及意义无符号：金属加强构件；F：非金属加强构件；G：金属重型加强构件；H：非金属重型加强构件。派生特征的代号及其意义B：扁平式结构；Z：自承式结构；T：填充式结构；S：松套结构。注：当光缆型式兼有不同派生特征时，其代号字母顺序并列。护套的代号及其意义Y：聚乙烯护套；V：聚氯乙烯护套；U：聚氨酯护套；A：铝、聚乙烯护套；L：铝护套；Q：铅护套；G：钢护套；S：钢、铝、聚乙烯综合护套。外护层的代号及其意义

外护层是指铠装层及铠装层外面的外被层，参照国标GB2952-82的规定，采用两位数字表示。

光纤的规格光纤数目：用光缆中同类别光纤的实际有效数目的阿拉伯数字表示。光纤类别的代号及其意义

J：二氧化硅系多模渐变型光纤；T：二氧化硅系多模阶跃型(突变型)光纤；Z：二氧化硅系多模准突变型光纤；D：二氧化硅系单模光纤；X：二氧化硅纤芯塑料包层光纤；S：塑料光纤。光纤的尺寸参数代号：用阿拉伯数字(含小数点)以μm为