光纖傳輸基礎(chǔ)知識(shí)

1、光纖傳輸基礎(chǔ)知識(shí)第1頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一光纖通信的優(yōu)點(diǎn)通信容量大中繼距離長(zhǎng)不受電磁干擾資源豐富光纖重量輕、體積小第2頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一光通信發(fā)展簡(jiǎn)史2000多年前烽火臺(tái)燈光、旗語(yǔ)1880年光電話無(wú)線光通信1970年光纖通信第3頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一光纖通信發(fā)展史1966年“光纖之父”高錕博士首次提出光纖通信的想法。1970年貝爾研究所林嚴(yán)雄在室溫下可連續(xù)工作的半導(dǎo)體激光器。1970年康寧公司的卡普隆(Kapron) 之作出損耗為20dB/km光纖。1977年芝加哥第一條45Mb/s的商用

2、線路。第4頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一電磁波譜1cm 1mm 100um 10um 1um 100nm 10nm 1nm 波長(zhǎng)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光通信使用范圍紅外線紫外線第5頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一通信波段劃分及相應(yīng)傳輸媒介頻率 Hz10110710210610310510410410510310610210710110810010910-1101010-2101110-3

3、101210-4101310-5101410-61015自由空間波長(zhǎng)（m）電力、電話無(wú)線電、電視微波紅外可見(jiàn)光雙鉸線同軸電纜光纖衛(wèi)星/微波AM無(wú)線電FM無(wú)線電頻段劃分傳輸介質(zhì)第6頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一光的折射，反射和全反射因光在不同物質(zhì)中的傳播速度是不同的，所以光從一種物質(zhì)射向另一種物質(zhì)時(shí)，在兩種物質(zhì)的交界面處會(huì)產(chǎn)生折射和反射。而且，折射光的角度會(huì)隨入射光的角度變化而變化。當(dāng)入射光的角度達(dá)到或超過(guò)某一角度時(shí)，折射光會(huì)消失，入射光全部被反射回來(lái)，這就是光的全反射。不同的物質(zhì)對(duì)相同波長(zhǎng)光的折射角度是不同的（即不同的物質(zhì)有不同的光折射率），相同的物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)光的折

4、射角度也是不同。光纖通訊就是基于以上原理而形成的。反射率分布：表征光學(xué)材料的一個(gè)重要參數(shù)是折射率，用N表示，真空中的光速C與材料中光速V之比就是材料的折射率。媽NC/V光纖通信用的石英玻璃的折射率約為1.5第7頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一光通信的發(fā)展過(guò)程雛形：古代烽火、手旗、燈光潛望鏡原理光波導(dǎo)之雛形第8頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一光的基本知識(shí)n1n2n1 n2n1n2臨界角900臨界角n1n2全反射入射角=反射角12第10頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一光纖結(jié)構(gòu)光纖裸纖一般分為三層：第一層：中心高折射率玻璃芯（芯

5、徑一般為9-10m,(單模）50或62.5（多模）。第二層：中間為低折射率硅玻璃包層（直徑一般為125m）。第三層：最外是加強(qiáng)用的樹(shù)脂涂層。纖芯包層保護(hù)套第11頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一光纖的結(jié)構(gòu)一、纖芯 core：折射率較高，用來(lái)傳送光；二、包層 coating：折射率較低，與纖芯一起形成全反射條件；三、保護(hù)套 jacket：強(qiáng)度大，能承受較大沖擊，保護(hù)光纖。3mm光纜 橘色 MM 多模 黃色 SM 單模第12頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一外徑一般為125um(一根頭發(fā)平均100um)內(nèi)徑：?jiǎn)文?um 多模50/62.5um125950

6、12562.5125光纖的尺寸第13頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一數(shù)值孔徑入射到光纖端面的光并不能全部被光纖所傳輸，只是在某個(gè)角度范圍內(nèi)的入射光才可以。這個(gè)角度就稱為光纖的數(shù)值孔徑。光纖的數(shù)值孔徑大些對(duì)于光纖的對(duì)接是有利的。不同廠家生產(chǎn)的光纖的數(shù)值孔徑不同（AT&TCORNING）。第14頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一光纖的種類按光在光纖中的傳輸模式可分為：多模（Multi-Mode） (簡(jiǎn)稱：MM） 單模（Single-Mode）(簡(jiǎn)稱：SM）多模光纖：中心玻璃芯較粗（50或62.5m），可傳多種模式的光。但其模間色散較大，這就限制了傳輸數(shù)

7、字信號(hào)的頻率，而且隨距離的增加會(huì)更加嚴(yán)重。例如：600MB/KM的光纖在2KM時(shí)則只有300MB的帶寬了。因此，多模光纖傳輸?shù)木嚯x就比較近，一般只有幾公里。 單模光纖：中心玻璃芯較細(xì)（芯徑一般為9或10m），只能傳一種模式的光。實(shí)際上是階躍型光纖的種，只是纖芯徑很小，理論上只允許單一傳播途徑的直進(jìn)光入射至光纖內(nèi)，并在纖芯內(nèi)作直線傳播。光纖脈沖幾乎沒(méi)有展寬。因此，其模間色散很小，適用于遠(yuǎn)程通訊，但其色度色散起主要作用，這樣單模光纖對(duì)光源的譜寬和穩(wěn)定性有較高的要求，即譜寬要窄，穩(wěn)定性要好。第15頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一光纖的分類按材料分類：玻璃光纖：纖芯與包層都是玻

8、璃，損耗小，傳輸距離長(zhǎng)，成本高；膠套硅光纖：纖芯是玻璃，包層為塑料，特性同玻璃光纖差不多，成本較低；塑料光纖：纖芯與包層都是塑料，損耗大，傳輸距離很短，價(jià)格很低。多用于家電、音響，以及短距的圖像傳輸。第16頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一按最佳傳輸頻率窗口按最佳傳輸頻率窗口:常規(guī)型單模光纖和色散位移型單模光纖。常規(guī)型：光纖生產(chǎn)長(zhǎng)家將光纖傳輸頻率最佳化在單一波長(zhǎng)的光上，如1300nm。色散位移型：光纖生產(chǎn)長(zhǎng)家將光纖傳輸頻率最佳化在兩個(gè)波長(zhǎng)的光上，如：1300nm和1550nm。第17頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一突變型：光纖中心芯到玻璃包層的折射

9、率是突變的。其成本低，模間色散高。適用于短途低速通訊，如：工控。但單模光纖由于模間色散很小，所以單模光纖都采用突變型。漸變型光纖：光纖中心芯到玻璃包層的折射率是逐漸變小，可使高模光按正弦形式傳播，這能減少模間色散，提高光纖帶寬，增加傳輸距離，但成本較高，現(xiàn)在的多模光纖多為漸變型光纖。第18頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一常用光纖規(guī)格光纖尺寸： 1、單模纖芯直徑：9/125m，10/125m2、包層外徑（2D）125m3、一次涂敷外徑250m4、尾纖：300m5、多模：50/125m，歐洲標(biāo)準(zhǔn)62.5/125m，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)6、工業(yè)，醫(yī)療和低速網(wǎng)絡(luò)：100/140m， 200

10、/230m 7、塑料：98/1000m，用于汽車控制第19頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一光纖衰減造成光纖衰減的主要因素有：本征，彎曲，擠壓，雜質(zhì)，不均勻和對(duì)接等。本征：是光纖的固有損耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。彎曲：光纖彎曲時(shí)部分光纖內(nèi)的光會(huì)因散射而損失掉，造成的損耗。擠壓：光纖受到擠壓時(shí)產(chǎn)生微小的彎曲而造成的損耗。雜質(zhì)：光纖內(nèi)雜質(zhì)吸收和散射在光纖中傳播的光，造成的損失。不均勻：光纖材料的折射率不均勻造成的損耗。對(duì)接：光纖對(duì)接時(shí)產(chǎn)生的損耗，如：不同軸（單模光纖同軸度要求小于0.8m），端面與軸心不垂直，端面不平，對(duì)接心徑不匹配和熔接質(zhì)量差等。第20頁(yè)，共50頁(yè)，2

11、022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一光纜的種類1.按敷設(shè)方式分有：自承重架空光纜，管道光纜，鎧裝地埋光纜和海底光纜。2.按光纜結(jié)構(gòu)分有：束管式光纜，層絞式光纜，緊抱式光纜，帶式光纜，非金屬光纜和可分支光纜。3.按用途分有：長(zhǎng)途通訊用光纜、短途室外光纜、混合光纜和建筑物內(nèi)用光纜。第21頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一光纜的接續(xù)與成端光纜的接續(xù)與成端是光纜線路維護(hù)人員必須掌握的基本技能。光纜的接續(xù)技術(shù)分類：一、光纖的接續(xù)技術(shù)和光纜的接續(xù)技術(shù)兩部分。二、光纜的成端類似光纜的接續(xù)，只不過(guò)由于接頭材料不同而操作該當(dāng)也有所不同。第22頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)4

12、9分，星期一光纖接續(xù)的種類光纜接續(xù)一般可分為兩大類：一、光纖的固定接續(xù)（俗稱死接頭）。一般采用光纖熔接機(jī)；用于光纜直接頭。二、光纖的活動(dòng)接頭（俗稱活接頭）。用能夠拆卸的連接器連接（俗稱活接頭）。用于光纖跳線、設(shè)備連接等地方由于光纖端面的不完整性和光纖端面壓力的不均勻性，一次放電熔接光纖的接頭損耗還比較大，現(xiàn)在采用二次放電熔接法。先對(duì)光纖端面預(yù)熱放電，給端面整形，去除灰塵和雜物，同時(shí)通過(guò)預(yù)熱使光纖端面壓力均勻。第23頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一光纖連接損耗的監(jiān)測(cè)方法光纖連接損耗的監(jiān)測(cè)方法有三種：1、在熔接機(jī)上進(jìn)行監(jiān)測(cè)。2、光源、光功率計(jì)監(jiān)測(cè)。3、OTDR測(cè)量法第24頁(yè)

13、，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一一、光纖接續(xù)的操作方法光纖接續(xù)操作一般分為：1、光纖端面的處理。2、光纖的接續(xù)安裝。3、光纖的熔接。4、光纖接頭的保護(hù)。5、余纖的盤留五個(gè)步驟。第25頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一二、光纜接續(xù)的操作方法通常整個(gè)光纜的接續(xù)按以下步驟進(jìn)行：第一步：大量好長(zhǎng)度，開(kāi)剝光纜，除去光纜護(hù)套；第二步：清洗、去除光纜內(nèi)的石油填充膏。第三步：捆扎好光纖。第四步：檢查光纖心數(shù)，進(jìn)行光纖對(duì)號(hào)，核對(duì)光纖色標(biāo)是否有誤；第五步：加強(qiáng)心接續(xù)；第六步：各種輔助線對(duì)，包括公務(wù)線對(duì)、控制線對(duì)、屏蔽地線等接續(xù)（如果有上述線對(duì)。第七步：光纖的接續(xù)。第八步

14、：光纖接頭保護(hù)處理；第九步：光纖余纖的盤庫(kù)留處理；第十步：完成光纜護(hù)套的接續(xù)；第十一步：光纜接頭的保護(hù)。第26頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一光纖的損耗1310 nm : 0.35 0.5 dB/Km1550 nm : 0.2 0.3dB/Km850 nm : 2.3 3.4 dB/Km光纖熔接點(diǎn)損耗：0.08dB/點(diǎn)光纖熔接點(diǎn) 1點(diǎn)/2km第27頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一常見(jiàn)光纖名詞衰減：光在光纖中傳輸時(shí)的能量損耗單模光纖1310nm 0.40.6dB/km1550nm 0.20.3dB/km塑料多模光纖300dB/km第28頁(yè)，共50頁(yè)

15、，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一光纖的衰減光纖的衰減圖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減(dB/km)水峰值6 54321第29頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一色散(Dispersion)：光脈沖沿著光纖行進(jìn)一段距離后造成的頻寬變粗。它是限制傳輸速率的主要因素。模間色散：只發(fā)生在多模光纖，因?yàn)椴煌Ｊ降墓庋刂煌穆窂絺鬏?。材料色散：不同波長(zhǎng)的光行進(jìn)速度不同。波導(dǎo)色散：發(fā)生原因是光能量在纖芯及包層中傳輸時(shí)，會(huì)以稍有不同的速度行進(jìn)。在單模光纖中，通過(guò)改變光纖內(nèi)部結(jié)

16、構(gòu)來(lái)改變光纖的色散非常重要。常見(jiàn)光纖名詞第30頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一光纖類型G.652零色散點(diǎn)在1300nm左右G.653零色散點(diǎn)在1550nm左右G.654負(fù)色散光纖G.655色散位移光纖全波光纖第31頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一常見(jiàn)光纖名詞散射由于光線的基本結(jié)構(gòu)不完美，引起的光能量損失，此時(shí)光的傳輸不再具有很好的方向性。光線缺陷第32頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一光纖系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)一、基本光纖系統(tǒng)的構(gòu)架及其功能介紹： 1.發(fā)送單元：把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)； 2.傳輸單元：載送光信號(hào)的介質(zhì)； 3.接收單元：接

17、收光信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)； 4.連接器件：連接光纖到光源、光檢測(cè)以及其它光纖。第33頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一光纖系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)二、基本光纖系統(tǒng)方框圖： 信號(hào)光發(fā)射機(jī)光源中繼器檢測(cè)器光接收機(jī)信號(hào)電E/光O轉(zhuǎn)換光纖光O/電E轉(zhuǎn)換發(fā)送單元傳輸單元接收單元連接器件第34頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一常用連接器類型SC LC MT-RJ DSC VF-45 Opti-Jack第35頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一常用連接器類型FC TypeSC TypeSC2 TypeFDD Type第36頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日

18、，4點(diǎn)49分，星期一常用連接器類型BICONIC TypeD4 TypeSMA 905 TypeSMA 906 TypeMINI BNC Type第37頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一連接頭端面類型Ferrule + Flange Insertion Loss(插入損耗) 40dB SPC45dB UPC50dB APC60dB第38頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一無(wú)源器件耦合器（coupler）主要功能再分配光信號(hào)重要應(yīng)用在光纖網(wǎng)絡(luò)尤其是應(yīng)用在局域網(wǎng)在波分復(fù)用器件上應(yīng)用第39頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一無(wú)源器件耦合器

19、（coupler）基本結(jié)構(gòu)耦合器是雙向無(wú)源器件基本形式有樹(shù)型、星型與耦合器對(duì)應(yīng)的有分路器（splitter）第40頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一無(wú)源器件耦合器以圖形表示 1423第41頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一無(wú)源器件波分復(fù)用器WDMWavelength Division Multiplexer在一條光纖中傳輸多個(gè)光信號(hào)，這些光信號(hào)頻率不同，顏色不同。波分復(fù)用器就是要把多個(gè)光信號(hào)耦合進(jìn)同一根光纖中；解波分復(fù)用器就是從一根光纖中把多個(gè)光信號(hào)區(qū)分出來(lái)。第42頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一無(wú)源器件波分復(fù)用器（圖例） 1傳送器 2傳送器 1+ 2 1+ 2 1接收器 2接收器第43頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一發(fā)送單元驅(qū)動(dòng)器光源第44頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一接收單元檢測(cè)器放大器 輸出電路第45頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一光放大器 0 1輸入（信號(hào)弱） 1輸出（信號(hào)強(qiáng)）光放大器波分復(fù)用器耦合器 1光源監(jiān)測(cè)第46頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)49分，星期一光纖數(shù)字通信數(shù)字系統(tǒng)中脈沖的定義：10%90%50%脈沖寬度上升時(shí)間下降時(shí)間周期振幅第47頁(yè)，共50頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)4