激光技術(shù)第8章-激光傳輸技術(shù)講解

1、離棍與光纖通信技術(shù)的發(fā)明第8章激光傳輸技術(shù)光纖通信發(fā)展史 1966年“光纖之父”高銀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)制作出 損耗為20dB/km光纖。 1977年芝加哥第一條45Mb/s的商用線路。高銀英國華商科學(xué)家科學(xué)家高鋰獲得2009 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他 發(fā)明的光纖技術(shù)通信， 是繼中國人發(fā)明印刷術(shù)、 造紙、指南針和火藥之 后的“第五大發(fā)明"， 為今日生活中不可或缺 的互聯(lián)網(wǎng)和電話帶來方 便。涂敷層光纖的結(jié)構(gòu)光纖結(jié)構(gòu)圖光纖(Optical Fiber)的典型結(jié)構(gòu)是多層同軸圓柱體，

2、如圖所示，自內(nèi)向外由纖芯.包層和涂敷層三部分組成。°光纖的結(jié)構(gòu)纖芯：位于光纖的中心部位。單模光緯的纖芯為4jim10pm,多模光纖 的纖芯為50um以上。纖芯的成分是高純度 SiO2o包層：位于纖芯的周圍。標(biāo)準(zhǔn)直徑乩=125pm,其成分也是含有極少 量摻雜劑的高宛度SiO2。涂覆層：光纖的最外層為涂覆層，包括一次涂 覆層，緩沖層和二次涂覆層。光纖的分類1. 按橫截面上折射率分布情況分類:折射率分布包肚涂敷層 纖NbJ rrfl n2JrF 5突變熨光纖（階躍折射率光纖漸變型光纖（漸變折射率光纖）光纖的分類2. 按傳光原理分類:反射型光纖：光沿著直線傳播折射型光纖：光沿著曲線傳播光纖的

3、分類3. 按光纖傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)分類：單模光纖：纖芯直徑只有8-1 Opm,光線以直線 形狀沿纖芯中心軸線方向傳播。因?yàn)檫@種光纖只 能傳輸一個(gè)模式（只傳輸主模），所以稱為單模 光纖，其信號畸變很小。用在大容量長距離的系 統(tǒng)。多模光纖：纖芯直徑都很大（大于50pm）,可 以容納數(shù)百個(gè)模式，所以稱為多模光纖。只能用 于小容量短距離系統(tǒng)。多模光纖和單模光纖，包層外徑2b都為 125pm。光纖的分類4按照制造光纖所用的材料分類有: 石英系光纖：損耗低，性能好，用于 通信；多組分玻璃光纖：損耗較大;塑料光纖：價(jià)格低，損耗大，更好的 韌性、更耐用，可用于環(huán)境惡劣的場合低成本、低續(xù)接成本損耗比玻璃纖維高,一般用

4、于短距離傳輸，主要用于接入網(wǎng)。光纖的結(jié)構(gòu)參數(shù)光纖直徑;數(shù)值孔徑；相對折射率差; 規(guī)一化頻率； 折射率分布由此可見，只有在半錐角為ei<emilx的 射的光束才能在光纖中傳播。錐內(nèi)入根據(jù)這個(gè)傳播條件，定義最大接收角一入射臨界角 的正弦為數(shù)值孔徑(Numerical Aperture, NA) <>即 光纖的數(shù)值孔徑為：NA= nsin (tfmax)NA= n()Sin Omax) = J®光纖的數(shù)值孔徑NA僅決定于光纖的折射率 "|和"2 >與光纖的直徑夫頭。光纖的數(shù)值孔徑NA表示光纖接收和傳輸 光的能力，N4(或0max)越大，光纖接收光

5、的能力越強(qiáng)，從光源到光纖的耦合效率越高。 對于無號耗晃宋6 max內(nèi)的入時(shí)光都能在光纖中傳輸。14相對折射卒差H|和也差值的大小直接影響著光纖的性能,為此引入相對折射率差這樣一個(gè)物理量來表示 它們相差的程度，用A表示，即2® 2 2 弱導(dǎo)光纖，有nn2 ,此時(shí):A =* 光纖的數(shù)值孔徑可用相對折射率差表示為:NA = Jn： = n| a/2A規(guī)一化頻率表示光纖中能傳播模式多少的參數(shù)，定義為:17rav =NA = k(aA)! J屛-«2纖芯半徑其中，平面波在真空中的傳播常數(shù)：際2.405 :只有一種模式（基模）能夠傳輸;v > 2.405 :多種模式可以傳輸。14

6、光纖的損耗機(jī)理1414光纖的損耗機(jī)理主要有三種，即:吸收損耗、散射損耗和彎曲輻射損耗口吸收損耗與光纖材料有關(guān)；散射損耗則與光纖材料及光纖中的結(jié)構(gòu)缺陷有關(guān)；彎曲損耗與光纖的彎曲有關(guān)。光纖的色散 在光纖中，在光纖中，光信號是由很多不同 的成分組成的，的成 分組成的，由于信號的各頻率成 分或各模式成分的傳播速度不同， 分或各模式成 分的傳播速度不同，經(jīng) 過光纖傳輸一段距離后， 過光纖傳輸一段距離后，不同成 分之間出現(xiàn)時(shí)延差，間出現(xiàn)時(shí)延差，引起傳輸信號波形失 脈沖展寬，這種現(xiàn)象稱 為光纖色 真，脈沖展寬，這種現(xiàn)象稱為光纖色 散。16光纖的色散對光纖通信的影響 光纖的色散對光纖通信的影響 光纖色散的存在 使傳輸?shù)男盘柮}沖畸變光纖色散的存在使傳輸?shù)男盘柮}沖畸變展寬，從而產(chǎn)生碼 間干擾。和展寬，從而產(chǎn)生碼間干擾。為了保證通信 質(zhì)量，必須增大碼間間 隔，質(zhì)量，必須增大碼間間隔，即降低信號的傳 輸速率，輸速率，這就限制 了光纖系統(tǒng)的通信容量和 傳輸距離。傳輸距離。