光傳輸通信基本原理

第一局部 光傳輸通信根本原理第一章、光纖通信原理第一節(jié)、光纖通信的概念一、光纖通信的概念光纖通信概念：利用光纖來傳輸攜帶信息的光波以到達通信的目的。典型的光纖通信系統(tǒng)方框圖如下：LDLDAPD光發(fā)送機光接收機中繼器電端機〔數(shù)字〕電端機〔數(shù)字〕模擬信息 模擬信息數(shù)字光纖通信系統(tǒng)方框圖成。發(fā)送端的電端機把信息〔如話音〕進展模/數(shù)轉(zhuǎn)換，用轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號去調(diào)制發(fā)送機中的光源器件LD，則LD就會發(fā)出攜帶信息的光波。即當(dāng)數(shù)字信號為“1”時，光源器件發(fā)送一個“傳號”光脈沖；當(dāng)數(shù)字信號為“0”時，光源器件發(fā)送一個“空號〔不發(fā)光端，光接收機把數(shù)字信號從光波中檢測出來送給電端機，而電端機再進展數(shù)/模制方式有兩種：直接調(diào)制也稱內(nèi)調(diào)制〔一般速率小于等于S；間接調(diào)制也稱外調(diào)制〔2.5GB/S。二、光纖通信的特點1、通信容量大2、中繼距離長3、保密性能好2、適應(yīng)力量強5、體積小、重量輕、便于施工和維護6、原材料來源豐富，潛在的價格低廉其次節(jié)、光纖的導(dǎo)光原理一、全反射原理我們知道，當(dāng)光線在均勻介質(zhì)中傳播時是以直線方向進展的，但在到達兩種不同介質(zhì)的分界面時，會發(fā)生反射與折射現(xiàn)象，如圖2.5包層 n2

折射光n1

θ1θ1

反射光圖2.5 光的反射與折射依據(jù)光的反射定律，反射角等于入射角。依據(jù)光的折射定律：nSin1

nSin2 2

〔2.2〕其中n1為纖芯的折射率，n2為包層的折射率。明顯，假設(shè)n1>n2，則會有θ2>θ1。假設(shè)n1與n2的比值增大到肯定程度，則會使折射角θ，〔θ2>90°時2.6所示。n2n1

折射光θk入射光圖：光的全反射現(xiàn)象人們把對應(yīng)于折射角θ 2等于90°的入射角叫做臨界角。很簡潔可以得到臨界角n Sin1 2。K n1不難理解，當(dāng)光在光纖中發(fā)生全反射現(xiàn)象時，由于光線根本上全部在纖芯區(qū)進展傳播，設(shè)計的。第三節(jié)、光纖與光纜根本概念一、光纖的構(gòu)造光纖呈圓柱形，由纖芯〔m、包層〔m〕與涂敷層〔1.5cm〕三大局部組成，如以下圖：d1 d2涂層包層纖芯n2n1包層 n2涂層2〔二氧化硅涂層包層纖芯n2n1包層 n2涂層度和可彎曲性。二、光纖的分類方式下的分類方式：1、 按折射率分布分類ASI定義：在纖芯與包層區(qū)域內(nèi)，折射率的分布分別是均勻的，其值n1n2，但在纖芯與包層的分界處，其折射率的變化是階躍的。其折射率分布的表達式為：n1 ra1n(r)=式中：

n2 rn2a2為包層半經(jīng)BGI定義：光纖蛛心處的折射率最大，但隨橫截面的增加而漸漸變小，其的折射率相等的數(shù)值；在包層區(qū)域中其折射率的分布是均勻的。2、 按傳輸?shù)哪Ｊ椒诸惗嗄９饫w定義：傳輸光波的模式不止一種。多模光纖纖芯的幾何尺寸遠大于光波波長，一般在50um左右，光信號是以纖傳輸通信。單模光纖〔目前主用〕當(dāng)光纖的幾何尺寸可以于光波長相比較時，即纖芯的幾何尺寸與光信5~10um，光纖只允許一種模式在其中傳播，其余的高次模全部截止，這樣的光纖叫做單模光纖。單模光纖只允許一種模式在其中傳播，從而避開了模式色散的問題，故單模光纖具有極寬的帶寬，特別適用于大容量的光纖通信。對于單模光纖，由于光纖的幾何尺寸V2.2028N1，只有一種模式3、 按工作波長分類短波長光纖定義：習(xí)慣上把波長在600-900nm范圍內(nèi)呈現(xiàn)低衰耗光纖 波長光纖。長波長光纖1000-2000nm范圍內(nèi)的光纖稱做短波長光纖。2、套塑類型分類結(jié)合在一起的光纖。目前居多。B、 松套光纖次、三次涂敷。三、光纖的種類以及應(yīng)用狀況①、G.6521310nm它有二個波長工作區(qū)：1310nm1550nm。在1310nm波長：色散最小(未移位)，小于3.5ps/nm.km；但損耗較大，為0.3~0.4dB/km。在 1550nm 波長：色散較大，為 20ps/nm.km；但損耗很小，為0.15~0.25dB/km。99﹪1310nm1550nm，1310nm2.5G2.5GWDMTDM10GPMD)。②、G.6531550nm1550nm在1550nm波長，色散較小(色散移位)，為3.5ps/nm.km；損耗也很小，為0.15~0.25dB/km。WDM(FWM)。③、G.6541550nm損耗最小光纖。它主要用于1550nm波長工作區(qū)，其損耗為0.15~0.19dB/km；主要用于海纜通信。④、G.655G.653FWMG.653WDMTDM10G。抱負狀況：、低色散m；B)0.05ps/nm2.km，便于色散補償；C)、大的有效面積，可避開消滅非線性效應(yīng)。目前，G.655---大的有效面積，會有效地避開非線性效應(yīng)，但將導(dǎo)致色散斜的增加。---小的色散斜率將會便于色散的補償；但其有效面積卻減小。四、光纜構(gòu)造層絞式、骨架式、束管式、帶狀式第四節(jié)、光纖的特性與參數(shù)一、光纖的三大特性特性參數(shù)。二、光纖的衰耗① a的中繼距離。衰耗系數(shù)的定義為：每公里光纖對光功率信號的衰減值。其表達式為：a10lgpiP

(dB/km) 〔2.6〕O其中Pi為輸入光功率值〔瓦特〕〔瓦特〕a=3dB/km，則Pi 100.32POLAaL。② 光纖的衰耗機理使光纖產(chǎn)生衰耗的緣由很多，但可歸納如下：本征吸取吸取衰耗：雜質(zhì)吸取線性散射衰耗： 散射衰耗： 非線性散射構(gòu)造不完整散射其它衰耗〔微彎曲衰耗〕本征吸取：定義：構(gòu)成光纖材料本身所固有的吸取作用。純二氧化硅對光的吸取作用所引起的光纖衰耗是比較小，在600-900NM1dB/km1000-1800為零。雜質(zhì)吸取:光纖中的雜質(zhì)對光的吸取作用，是造成光纖衰耗的主要緣由。光纖中的雜質(zhì)大致可以分為二大類，即過渡金屬離子與氫氧根離子。600~1800nm氫氧根離子對光的吸取峰波長落在1000~1800nm波長范圍；因此在此波長范圍氫氧根離子的含量多少對光纖的衰耗具有重大影響。散射衰耗:光的散射現(xiàn)象可分為線性散射與非線性散射。線性散射衰耗瑞利散射所謂線性散射，是指光波的某種模式的功率線性地〔與其功率成正比〕部而引起衰耗。2瑞利散射衰耗越小。光纖材料不均勻，會造成其折射率會布不均勻，易產(chǎn)生瑞利散射。非線性散射衰耗波長中。布里淵散射與拉曼散射是典型的非線性散射。+25dBm。其它衰耗其它衰耗包括微彎曲衰耗與連接衰耗等；它們占的比例很小。PPb三、光纖的色散：著色散〔色散是沿用了光學(xué)中的名詞。的傳輸容量。散。對于單模光纖，因只有一種傳輸模式〔1，1，所以沒有模式間色散，而只有材料色散與波導(dǎo)色散。模式間色散端的時間卻不同，于是產(chǎn)生了脈沖展寬現(xiàn)象。材料色散Δτλ波導(dǎo)色散Δτw波導(dǎo)色散的影響甚小。四、光纖的帶寬〔直流光輸入時的輸出光功率值的帶寬系數(shù)。如以下圖所示：P1.0P1.00.50Bc需要留意的是，由于光信號是以光功率來度量的，所以其帶寬又稱為3dB光帶寬。即光功率信號衰減3dB時意味著輸出光功率信號削減一半。而一般的6dB的概念，僅有色散系數(shù)的概念。〔NA〕CCITT0.18～0.23，其對應(yīng)的光纖端面接收角θc=10°～13°。d模場直徑表征單模光纖集中光能量的程度。光纖的接收端面上基模光斑的直徑〔實際上基模光斑并沒有明顯的邊界。七、截止波長λc要實現(xiàn)單模傳輸還必需使光波波長大于某個數(shù)值，即λ≥λc，這個數(shù)值就叫做單模光纖的截止波長。因此，截止波長λc的含義是，能使光纖實現(xiàn)單模傳輸單模光纖的截止波長，仍不行能實