光纖傳輸技術(shù)課件

1、漳*殳要內(nèi)容光纖傳輸技術(shù)概述光纖的種類光纖的傳輸理論、傳輸特性、性能參數(shù)光無源器件光有源器件光纖的應(yīng)用光纖設(shè)備的使用和維護(hù)教學(xué)目標(biāo) 了解光通信技術(shù)的基本原理和過程，掌 握光設(shè)備的使用，連接和測量方法以及 基本故障檢修。第一部今概述什么是光纖？什么是光纖技術(shù)？為什么要學(xué)習(xí)光纖技術(shù)基礎(chǔ)？一、什么是蕪笄7光纖是“光導(dǎo)纖維”的簡稱，是指能夠約束并導(dǎo)引光波在 其內(nèi)部或表面附近沿軸線方向傳播的傳輸介質(zhì).通常以其截面 形狀分為平板波導(dǎo)、矩形波導(dǎo).園柱形波導(dǎo)等等.1. 基癢箱枸2b折射率高的中心部分叫做纖芯，其折射率為他，直徑為2勻；折射率低的外圍部分稱為包層，其折射率為！12,直徑為20。中心加強(qiáng)件包帶外護(hù)

2、層單芯光纜帶狀式 把帶狀光纖單元放入大套管內(nèi)，形成中心束管式 結(jié)構(gòu)，也可以把帶狀光纖單元放入骨架凹槽內(nèi)或 松套管內(nèi)，形成骨架式或?qū)咏g式結(jié)構(gòu)。帶狀式纜芯有利于制造容納幾百根光纖的高密度光纜，這 種光纜已廣泛應(yīng)用于接入網(wǎng)。CoooooooQC光纖塑料帶狀光纖單元帶狀線外護(hù)層金屬加強(qiáng)件 一塑料繞包帶帶狀光纖單元2. 蕪笄的優(yōu)止光纖電線損耗低損耗大信息容量大信息容量小體積小，重量輕大而重防水、防火、耐腐蝕怕水、怕火、怕腐蝕成本低，儲量豐富成本高，資源有限抗電磁干擾電磁影響大二、參什么要修司宛笄枚*基舷7從專業(yè)方向和知識面看從光纖的應(yīng)用看從光纖技術(shù)的發(fā)展趨勢看知識面4、從專業(yè)方向和知識面看專業(yè)方向:無線

3、電通訊計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)省內(nèi)HFC網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)電信網(wǎng)絡(luò) 國家干線網(wǎng)絡(luò)次從蕪笄的走用看光纖在通信中的應(yīng)用范圍：公用通信（全國性寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)、省內(nèi)中距線路、市內(nèi)局間線路和用戶網(wǎng)、 鄉(xiāng)村線路以及沿海島嶼間的線路等）專用通信（各企業(yè)、工礦、機(jī)關(guān)、學(xué)校等大、中型單位內(nèi)部專用的局域網(wǎng)、電力線通 信線路、鐵道線通信線路、交通管理 監(jiān)控線路、電視臺發(fā)射傳輸線路等）工業(yè)發(fā)達(dá)國家和我國均已宣布:干線大容量通信線路不再新建同軸電纜，而全部鋪設(shè)光纜。全國光纜干線示意圖 Optical CadbXe Txruinkd xn CKina己建架空光境Ttic Existing Over-Head Ftoef Opbc CaMc

4、s至凍商亞X Io Southeast己建柿埋光纜The Existing Ekjncd Fbw Opttc CablesItH至儺羅斯To RussiaYaoji至朝鮮*To North Koron至詩PH To South Korea.至曰本To JaanFLAGfTNirf#EJUwKraiTetoua nDjibouti吉布提Perth*J)Yangon伽光卡拉奇 fKarachi-MumbaiOkinawa bticheng angshan上海Shanghai, 汕頭/,Shantou. HongkonJ l. DaNang n、Yeroskipas蘇伊士AlexandriaUW*S

5、F . h孟買Cochin ,flColornb PenangMedanV Jakarta雅加達(dá)珀斯Sesimbra Mazara塞新布拉MH c j Wr Norden 諾爾頓Goonhillys? oostende Penmarc Sea-Me-We-3是一條沿歐亞大陸鋪設(shè)的洲際 海底光纜，總長38,000km,從德國到南韓、 澳大利亞，連接40個(gè)國家或城市站點(diǎn)，傳輸 速率為4-8X2.5Gb/s （10-20千兆比特）。第二梆今蕪件今類光纖的分類光纖材料b ab a(b)漸變型光纖階躍型光纖圖11光纖的折射率分布二、按照纖芯中傳輸模式的多少來劃分單模光纖(Single Mode Fibe

6、r, SMF) M-光纖中只傳輸一種模式時(shí)，叫做單模光纖。 一單模光纖的纖芯直徑較小，約為410pm。 -適用于大容量、長距離的光纖通信。多模光纖(Multi-Mode Fiber, MMF) M-盧譎鵜鶴長下，多模光纖是能傳輸多種 謡霍驟藕階躍折射率分布也可以釆 光纖的纖芯直徑不等，但基本都大于單模 先纖(50625ym )。H量向向了 能軸橫成 光在在構(gòu) 時(shí)此而就 同因，構(gòu) :加結(jié) 量內(nèi)疊波 能間的駐 播空波的 傳的駐同折向餐光是 向定與丟籍多與導(dǎo) 軸一波異寸個(gè)聲距波.其在行曙尺一叟節(jié)羹 在制或，傳向播乘的有 只限波蔦曙模波此長 于薯駐同的能單時(shí)駐幕 由又為是不導(dǎo)只為構(gòu)向，的 導(dǎo)向波然導(dǎo)波

7、構(gòu)畜橫關(guān)光 波橫光必波光結(jié)麥于畐 光在的則光當(dāng)導(dǎo)們駐SS方傳 播貝傳與 的模光多 布構(gòu)個(gè)和是 分結(jié)一導(dǎo)長還 SS波模 射駐傳光波單波我向 的，橫 定時(shí)的 確光上 所的以三、按光纖的工作波長分類聶 短波長光纖（0809pm ）長波長光纖（101.7pm ）超長波長光纖。（25pm ）在光纖工業(yè)發(fā)展早期，光纖的傳輸窗口主要有兩 個(gè)（085和微米）,后來有了第三個(gè)傳輸窗 口（155微米）。在技術(shù)得到發(fā)展的今天，在波 長1.26至168微米范圍內(nèi)，光纖可以傳輸?shù)拇翱?有6個(gè)（表1）。利用波分復(fù)用（WDM）技術(shù)， 每個(gè)窗口（波段）可同時(shí)傳輸多個(gè)信道。四、按光纖的材料組成分類全塑料光纖 塑料包層石英芯光纖

8、石英光纖多組分玻璃光纖 液芯光纖 氟化物/硫化物/重金屬氧化物玻璃光纖 光子晶體光纖第三部分光纖的特性參數(shù)光纖的損耗 光纖的色散與帶寬 單模光纖模場半徑 單模光纖截止波長3.7光纖的損耗光波在光纖中傳輸時(shí)，隨著傳輸距離的增加而光功率逐漸下降，這就是光纖的傳輸損耗。分貝單位利用下面的一般定義，可將任意比率R轉(zhuǎn)化為分 貝單位：R二Pout/Rn （功率比）R，(in dB) =101gR (功率增益)R=1,R=O; R2) 耦合器。按光纖型號可分為：多模耦合器和單模耦合器。鑫刃能可分為：光功率分配耦合器和光波長分配藕合器。A三、光纖耦合器的結(jié)構(gòu)（a）棱鏡式（b）光纖式棱鏡式定向耦合器：采用分立光

9、學(xué)元件（如棒透鏡、反射鏡、棱鏡等） 組合拼接。損耗大，與光纖耦合困難，環(huán)境穩(wěn)定性較差。全光纖耦合器：即直接在兩根（或兩根以上）光纖之間形成某種形式的耦合。集成化是未來光纖通信發(fā)展的必然趨勢。利用平面光波導(dǎo)制作的光耦合器具有體積小，分光比控制精確, 易于大批量生產(chǎn)等特點(diǎn)。圖6.11集成光波導(dǎo)耦合器潼(a) Y形耦合器基本結(jié)構(gòu)；(b)樹形集成光波導(dǎo)耦合器基本構(gòu)成分路器（3端口）（c）多端口星形耦合器；（d）波分復(fù)用器合路器（3端口）合波器分波器（c）多端口星形耦合器；（d）波分復(fù)用器（c）多端口星形耦合器；（d）波分復(fù)用器圖6.10幾種典型光纖耦合器的結(jié)構(gòu)示意圖潼（a）三端口分路器和合路器；（b）

10、四端口耦合器;（c）多端口星形耦合器；（d）波分復(fù)用器光纖耦合器的性能參數(shù)耦合比插入損耗附加損耗 分光比 隔離比1、耦合比表示由輸入信道（i）耦合到指定輸出信 道Q）的功率大小。定義為輸出信道功率與輸入信道功率之比:=52、插入損耗表示由輸入信i到指定信道j的損耗。定義為指定輸出端口的光功率相對全部輸入光 功率的減少值。該值通常以分貝(dB)表示，數(shù) 學(xué)麥達(dá)式為其中：么是第i個(gè)輸出端口的插入損耗；許是第i 個(gè)輸出端口測到的光功率值；鬥是輸入端的光 動(dòng)家值。附加損耗表黒宙耦定義為所有輸出端口的光功率總和與全部輸入 光功率的比值。該值以分貝表示的數(shù)學(xué)表達(dá)式 為式中：號為第j個(gè)輸出口的輸出功率；鬥為

11、輸入 總光功翠。4、分光比分光比是光耦合器所特有的技術(shù)術(shù)語，它定義為耦合器各輸出端口的輸出功率相對輸岀總功率的百分比，在具體應(yīng)用中常用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示為例如對于標(biāo)準(zhǔn)X形耦合器，1 ： 1或50 : 50代表了 同樣的分光比，即輸出為均分的器件。5、隔離比(isolation)隔離度是指某一光路對其他光路中的信號的隔 離能力。隔離度高，也就意味著線路之間的 “串話”小。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為式中：鬥是某一光路輸出端測到的其他光路信 號的功率值；鬥是被檢測光信號的輸入功率值。第五部分光纖通信器件 一、光纖發(fā)射機(jī) 1、分類按光波長：1310nm光發(fā)和1550nm光發(fā) 按調(diào)制方式：模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。按調(diào)制方式

12、與光源的關(guān)系：直接調(diào)制光發(fā)和外調(diào)制光發(fā)模擬調(diào)制又有兩類，一類是用模擬基帶 信號直接對光源進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制（D IM）；另一采用連續(xù)或脈沖的射頻（RF） 波作為副載波，模擬基帶信號先對它的 幅度、頻率或相位等進(jìn)行調(diào)制，再用該 受調(diào)制的副載波去強(qiáng)度調(diào)制光源。模擬 調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單，占有帶寬較窄， 但它的抗干擾性能差，中繼時(shí)噪聲累積。數(shù)字調(diào)制是光纖通信的主要調(diào)制方式， 將模擬信號抽樣量化后，以二進(jìn)制數(shù)字 信號“1”或“0”對光載波進(jìn)行通斷調(diào)制, 并進(jìn)行脈沖編碼(PCM) o數(shù)字調(diào)制的 優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，中繼時(shí)噪聲及色 散的影響不積累，因此可實(shí)現(xiàn)長距離傳 輸，它的缺點(diǎn)是需要較寬的頻帶，設(shè)備 也復(fù)雜。

13、 2、基本原理從前端輸入的RF電視信號經(jīng)過放大等電路處理，從末級分岀一部分信號，經(jīng) 過峰值檢波、直流放大去控制由PIN二 極管組成的電調(diào)衰減器和自動(dòng)增益控制 (AGC),經(jīng)過這樣一系列的處理以后， 將射頻信號加入激光器激勵(lì)口，來控制 半導(dǎo)體激光器的偏流，進(jìn)而控制激光器 的輸岀光強(qiáng)度，一般采用DFB激光器作 為光源。3、*光發(fā)射機(jī)的應(yīng)用直接調(diào)制型：線性好，失真小，輸出功率 18mw以內(nèi).價(jià)格低廉適用于近距離傳輸 （35公里以內(nèi)）。外調(diào)制型：非線性失真大，電路復(fù)雜成 本高。輸岀功率大2X20mw,色散小，適 合長距離傳輸。二光分路器光分路器介紹：它屬于無源器件，可以 對光信號進(jìn)行耦合、分配、分支。

14、是具 有多個(gè)輸入端和輸岀端的光纖匯接器件O 在有線電視系統(tǒng)中多用一個(gè)輸入，多個(gè) 輸出。（注：老式的分波長，新式的為 通用型）三、光接收機(jī)原理和應(yīng)用1、分類:光接收機(jī)分為模擬光接收機(jī)和 數(shù)字光接收機(jī)兩種2、作用：在有線電視HFC網(wǎng)絡(luò)中，光接 收機(jī)通常位于光纖接點(diǎn)處，它的主要功 能是把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)镽F信號3、原理:輸出放大級輸入放大級光電檢測器是從輸入的光信號中取出有用的電 信號（有線電視信號），能完成O/E轉(zhuǎn)換的光接收 器件稱光電檢測器或光電二極管（PD）o光電檢 測器輸出的射頻有線電信號送入電信號放大級 放大，之后送至均衡器，完成對帶寬內(nèi)（550MH z、750 MHz、860 MH z的帶寬

15、內(nèi)）的平坦度調(diào) 整，之后送入衰減器，衰減器完成對帶寬內(nèi)各頻 道幅度的調(diào)整，保證輸出級有合適的輸岀電平 （即保證丸接收機(jī)有合適的輸出電平）。輸岀放 大器輸出信號送入分支器（或分配器），之后送 到接收機(jī)的各輸岀口，從輸岀放大級輸出取出 部分信號送至AGC控制電路，完成AGC控制作 用和監(jiān)測作用。四、光纖儀器的使用 1、光功率計(jì) (1)作用：用于測量絕對光功率或通過 一段光纖的光功率相對損耗。(2)計(jì)算方法：B點(diǎn)絕對電平減去A點(diǎn) 絕對電平，所得結(jié)果就是AB之間的損耗 或增益 2、光熔接機(jī) (1)作用：熔接光纖(2)原理：主要是靠放岀電弧將兩頭光 纖熔化，同時(shí)運(yùn)用準(zhǔn)直原理平緩?fù)七M(jìn)， 以實(shí)現(xiàn)光纖對接。設(shè)備操作實(shí)例設(shè)備操作演示講解鍵測量C/N或查看兩個(gè)窗口的電平。機(jī)輸入電平）（強(qiáng)儀測量光發(fā)射2、光功率計(jì)：電源充電開機(jī)連接測量線按入鍵設(shè)置 波長按Dni測量功率電平按DB鍵測量電壓電平按 REF鍵顯示測量結(jié)果（用光功率計(jì)測量光發(fā)射機(jī)的輸 出電平）3、熔接機(jī)：（事先將光纖剝皮）電源充電開機(jī)-將切 割好的光纖放入槽內(nèi)按RAN鍵觀看熔接情況（熔接 一段光纖）