光纤通信系统

1、,光纤通信, 是以光波运载信号, 以光导纤维为传输媒介的一种通信方式。,8 光纤通信技术,电缆通信和微波通信的载波是电波，光纤通信的载波是光波。光波和电波都是电磁波，但是频率差别很大。 光纤通信用的近红外光(波长约1m)的频率(约300 THz)比微波(波长为0.1m1 mm)的频率(3300 GHz)高3个数量级以上。,一 光纤基础知识,数字光纤通信, 是以光波运载数字信号, 以光导纤维为传输媒介的一种通信方式。1996年，英籍华人“光通信之父”高锟(C.K.Kilo)博士根据介质波导理论提出了光纤通信的概念。,光纤的构造,1、纤芯：是由纯石英玻璃拉丝而成，纯度6个九（99.9999%），其

2、余为掺杂的极少量的P2O5、GeO2，以提高纤芯的折射率。 2、包层：是含有少量掺杂剂的高纯度SiO2，掺杂剂有硼或氟，以降低包层的折射率。 3、涂覆层：增加光纤的柔性及强度，一般为两次涂覆，使用环氧树脂或者硅橡胶。 4、套塑层：加强光纤的机械强度，并可以着色，使用尼龙或者聚乙烯。,为了使光纤能在工程中实用化, 能承受工程中拉伸、 侧压和各种外力作用, 还要具有一定的机械强度才能使性能稳定。 因此, 将光纤制成不同结构、不同形状和不同种类的光缆以适应光纤通信的需要。 根据不同的用途和条件, 制成的光缆种类很多, 但其基本结构是相同的。光缆主要由缆芯、护套和加强元件组成。 1、 缆芯 缆芯是由光

3、纤芯组成的, 它可分为单芯和多芯两种。单芯型缆芯和多芯型缆芯结构的比例如下表所示。,光缆,单芯型由单根二次涂覆处理后的光纤组成。多芯型由多根经二次涂覆处理后的光纤组成, 它又分为带状结构和单位式结构。目前国内外对二次涂覆主要采用下列两种保护结构: （1） 紧套结构。 在光纤与套管之间有一个缓冲层, 其目的是为了减少外面应力对光纤的作用。缓冲层一般采用硅树脂, 二次被覆用尼龙口。这种光纤的优点是: 结构简单、使用方便。 （2）松套结构。 将一次涂覆后的光纤放在一个管子中, 管中充油膏, 形成松套结构。这种光纤的优点是: 机械性能好, 防水性好, 便于成缆。,紧套和松套光纤结构示意图 (a) 紧套

4、光纤结构示意图； (b) 松套光纤结构示意图,2、 强度元件 由于光纤的材料比较脆, 容易断裂, 为了使光缆便于承受敷设安装时所加的外力等, 在光缆内中心或四周要加一根或多根加强元件。加强元件的材料可用钢丝或非金属的纤维增强塑料(FRP)等。 3、护层 光缆的护层主要是对已形成的光纤芯线起保护作用, 避免受外部机械力和环境损坏。因此, 要求护层具有耐压力、防潮、 湿度特性好、重量轻、耐化学侵蚀、阻燃等特点。光缆的护层又分内护层和外护层, 内护层一般采用聚乙烯或聚氦乙烯等, 外护层可根据敷设条件而定, 要采用由钻带和聚乙烯组成的LAP外护套加钢丝铠装等。 ,下面介绍几种有代表性的光缆结构形式。

5、(1) 层绞式光缆。 它是将若干根松套（或紧套）光纤芯线以强度元件为中心绞合在一起的一种结构。这种结构的缆芯制造设备简单，成本低, 芯线数不超过10根，工艺相当成熟，得到广泛应用。采用松套光纤的缆芯可以增强抗拉强度，改善温度特性。 (2) 单位式光缆。 它是将几根至十几根光纤芯线集合成一个单位, 由数个单位以强度元件为中心绞合成缆，其芯线数一般适用于几十芯。,(3) 骨架式光缆。 这种结构是将单根或多根光纤放入骨架的螺旋槽内, 骨架中心是强度元件, 骨架上的沟槽可以是V型、U型或凹型 。由于光纤在骨架沟槽内具有较大空间, 因此当光纤受到张力时, 可在槽内作一定的位移, 从而减少了光纤芯线的应力

6、应变和微变, 这种光纤具有耐侧压、抗弯曲、抗拉的特点。 (4) 带状式光缆。 它是将412根光纤芯线排列成行, 构成带状光纤单元, 再将多个带状单元放入大套管内， 形成中心束管式结构，也可以把带状光纤单元放入骨架凹槽内或松套管内， 形成骨架式或层绞式结构。这种光缆的结构紧凑, 采用此种结构可做成上千芯的高密度用户光缆，已广泛应用于接入网。 ,(a) 层绞式； (b) 单位式； (c) 骨架式； (d) 带状式。,(5) 中心束管式光缆。 中心束管式把一次被覆光纤或光纤束放入大套管中， 加强件配置在套管周围而构成。这种结构的加强件同时起着护套的部分作用，有利于减轻光缆的重量。,5、常见光缆,6芯

7、紧套层绞式光缆(架空、 管道) (b) 12芯松套层绞式光缆(直埋防蚁),5、常见光缆,(c) 12芯骨架式光缆(直埋) (d) 648芯束管式光缆(直埋),5、常见光缆,(e) 108芯带状光缆 (f) LXE束管式光缆(架空、 管道、 直埋),5、常见光缆,(g) 浅海光缆,5、常见光缆,(h) 架空地线复合光缆(OPGW),1970 年，作为光纤通信用的光源也取得了实质性的进展。 美国贝尔实验室、日本电气公司(NEC)和前苏联先后研制成功室温下连续振荡的镓铝砷(GaAlAs)双异质结半导体激光器(短波长)。,1973 年，半导体激光器寿命达到7000小时。 1977 年，贝尔实验室研制的

8、半导体激光器寿命达到10万小时(约11.4年)，外推寿命达到100万小时，完全满足实用化的要求。,在这个期间，1976年日本电报电话（NTT）公司研制成功发射波长为1.31m的铟镓砷磷(InGaAsP)激光器，1979年美国电报电话(AT, 日本富士通(Fujitsu): 128路10.66 Gb/s， 经过C和L波带， 用分布喇曼放大器(DRA: Distributed Raman Amplification), 传输距离达6140 km=840 km; 日本NTT： 30路42.7 Gb/s， 经过增益宽度为50 nm的光纤放大器，传输距离达3125 km376 km; 美国Lucent: 100路10Gb/s=1 Tb/s，各路波长的间隔缩小到25 GHz,