光纖通訊培訓教材

1、12光纖傳輸基本原理光纖傳輸基本原理光纖通信所用的光波長范圍在光纖通信所用的光波長范圍在8008001600nm1600nm的近紅外區(qū)的近紅外區(qū)光的傳播是通過電場、磁場的狀態(tài)隨時間變化的規(guī)律表現出來的。光的傳播是通過電場、磁場的狀態(tài)隨時間變化的規(guī)律表現出來的。3光纖心線的剖面結構示意圖光纖心線的剖面結構示意圖2a2b2a2b纖芯包層一次涂覆二次涂覆（套塑）裸光纖橫截面結構示意圖裸光纖橫截面結構示意圖 光纖心線的橫截面結構示意圖光纖心線的橫截面結構示意圖4 光光 纖纖光纖的傳播模式光纖的傳播模式 在光纖的數值 孔徑角內，以某一角度射入光纖端面，并能在光纖的纖芯到包層界面上形成全反射的傳播光線就可

2、稱為一個光的傳輸模式傳輸模式。 高次模 基模 低次模5平面波的反射和折射平面波的反射和折射 反射：1=1 折射：n 1 sin 1 =n 2 sin 2 全反射： sin 1 = n 2 / n 1n 2n 11126 衰減 色散 偏振模色散 光纖的非線性效應7 衰減表明光纖對光能的傳輸損耗。衰減表明光纖對光能的傳輸損耗。 光在光纖中傳播時，平均光功率沿光纖長度按照指數規(guī)律減少:P(L)=P(0)10( L/10) 式中： P(0)在L0處注入光纖的光功率 P(L)傳輸到軸向距離L處的光功率 衰減系數（L） (10/L)P(L)/P(0) dB/km8衰減系數與波長的函數關系衰減系數與波長的函

3、數關系910 光纖中的信號是由不同的頻率成分和不同的模式成分來攜帶的，這些不同的頻率成分和不同的模式成分的傳輸速度不同，從而引起色散脈沖展寬脈沖展寬T11色散的特性色散的特性12色散的種類色散的種類 (1)材料色散材料色散：材料的折射率是波長的非限性函數，使得光的傳播速度隨波長而改變。由此引起的色散叫材料色散。 (2)波導色散：波導色散：同一模式的相位常數隨波長而變，而引起的色散。 (3)模式色散：模式色散：多模光纖中，即使在同一波長，不同模式的傳播速度也不同，由此引起的色散。又稱模式色散。 (4)偏振模色散偏振模色散：單模光纖中實際存在偏振方向相互正交的兩個基模。當光纖存在雙折射時，這兩個模

4、式的傳輸速度不同，由此而引起的色散即偏振模色散。13偏振模色散偏振模色散PMD光纖中的光傳輸可描述成完全是沿光纖中的光傳輸可描述成完全是沿X X軸振動軸振動和完全是沿和完全是沿Y Y軸振動或一些光在兩軸上的振軸振動或一些光在兩軸上的振動。動。每個軸代表一個偏振每個軸代表一個偏振“模?！眱蓚€偏振模的到達時間差兩個偏振模的到達時間差偏振模色散偏振模色散PMDPMD14偏振模色散偏振模色散PMD15PMD產生機理及解決方法產生機理及解決方法由光纖的雙折射引起由光纖的雙折射引起, ,諸如應力、彎曲、扭絞、溫諸如應力、彎曲、扭絞、溫度等隨機引入度等隨機引入 產生信號間干擾產生信號間干擾; ; 當偏振相關

5、損耗產生的二次效應可能產生當偏振相關損耗產生的二次效應可能產生PMDPMD與色與色度色散之間的耦合從而增加色散的統(tǒng)計分量度色散之間的耦合從而增加色散的統(tǒng)計分量; ; 解決辦法之一是改進光纖工藝或在系統(tǒng)輸入輸出解決辦法之一是改進光纖工藝或在系統(tǒng)輸入輸出端插入偏振控制器。端插入偏振控制器。16光纖的非線性效應光纖的非線性效應 散射影響散射影響受激布里淵散射（受激布里淵散射（SBSSBS）受激拉曼散射受激拉曼散射 （SRSSRS） 光纖克爾光纖克爾( (折射率引起折射率引起) )效應效應自相位調制（自相位調制（SPMSPM）交叉相位調制（交叉相位調制（XPMXPM）四波混頻（四波混頻（FWMFWM）

6、17四波混頻四波混頻FWM效應效應信道間相互作用產生新的頻率信道間相互作用產生新的頻率相關參數有信道數、信道間隔和信道功率等相關參數有信道數、信道間隔和信道功率等w w1w w2w ww w1w w22w w1-w w22w w2-w w1w w光纖光纖18光纖的類型光纖的類型 多模光纖多模光纖：纖芯直徑為50-75微米 在一定的工作波長下，有多個模 式在光纖中傳輸 單模光纖單模光纖：纖芯直徑很小，約4-10微米 理論上只傳輸一種模式19涂覆層涂覆層包層包層芯芯n2n120涂覆層涂覆層包層包層芯芯n2n1折射率呈梯度分布和更低的衰減，使其性能比折射率呈梯度分布和更低的衰減，使其性能比階躍性單模

7、光纖要好得多！階躍性單模光纖要好得多！21 標準單模光纖（G.652光纖） 色散位移單模光纖（G.653光纖） 1550nm波長最低衰減光纖（G.654光纖） 非零色散位移光纖（G.655光纖） 色散補償光纖（G.65X光纖） 色散平坦光纖22 SiO2+GeO2 SiO2+GeO2SiO2 SiO2 SiO2+F簡單階躍匹配包層型簡單階躍匹配包層型 簡單階躍下凹內包層型簡單階躍下凹內包層型相對折射率差偏低 高的能大大改變光纖的抗彎性，損耗光纖抗彎性稍差零色散波長在零色散波長在1310nm，在波長，在波長1550nm處衰減處衰減最小。最小。23在我國占在我國占99%99%以上。雖稱以上。雖稱1

8、3101310nm性能最佳光纖，但絕大性能最佳光纖，但絕大部分卻用于部分卻用于1550 nm，其原因是在，其原因是在13101310nm無實用化光放無實用化光放大器。大器。它可傳輸它可傳輸2.5G或以或以2.5G 為基群的為基群的WDM系統(tǒng)；但傳輸系統(tǒng)；但傳輸TDM的的10G，面臨色散受限的難題（色度色散與，面臨色散受限的難題（色度色散與PMD）。）。24 實現了在實現了在1550nm波長低衰減和零色散。波長低衰減和零色散。 可以可以20Gbit/s系統(tǒng)，不需任何色散補償。系統(tǒng)，不需任何色散補償。25 選用純選用純SiO2芯來降低光纖的衰減芯來降低光纖的衰減 最大優(yōu)點：在最大優(yōu)點：在1550n

9、m波長的最低衰減為波長的最低衰減為0.18dB/km 制造困難，價格昂貴，不實用。制造困難，價格昂貴，不實用。26 1994年專門為DWDM系統(tǒng)設計得新型光纖 特定得最小色散保證抑制四波混頻非線性。27 因既可傳輸因既可傳輸TDM的的10G，又可傳以，又可傳以2.5G或或10G為基群的為基群的WDM系統(tǒng)；所以近年倍受青睞。但系統(tǒng)；所以近年倍受青睞。但理想的理想的G.655光纖無法光纖無法實現，因為在光纖的有效橫截面積與色散斜率二方面難以實現，因為在光纖的有效橫截面積與色散斜率二方面難以均衡。均衡。 目前，目前，G.655光纖尚光纖尚無國際統(tǒng)一規(guī)范。無國際統(tǒng)一規(guī)范。 大的有效面積，會有效地避免非

10、線性效應，但大的有效面積，會有效地避免非線性效應，但 將導致色散斜率的增加。將導致色散斜率的增加。 小的色散斜率將會便于色散的補償；但其有效小的色散斜率將會便于色散的補償；但其有效 面積卻減小。面積卻減小。28 制作難度大，且光纖衰減大，所以不實制作難度大，且光纖衰減大，所以不實用。用。29 色散問題嚴重阻礙色散問題嚴重阻礙1310nm單模光纖到單模光纖到1550nm得升級擴容，所以研制了這種光纖。得升級擴容，所以研制了這種光纖。 在升級系統(tǒng)中加入很短得一段負色散光纖，在升級系統(tǒng)中加入很短得一段負色散光纖，即可抵消幾十公里常規(guī)光纖在即可抵消幾十公里常規(guī)光纖在1550nm處得處得正色散。正色散。

11、30光接口標準與參數光接口標準與參數1、光接口類型與代碼光接口類型與代碼. . 第一類光接口第一類光接口 不含光放大器以及線路速率低于10G/s的接口。. . 第二類光接口第二類光接口 含光放大器以及線路速率達到10G/s的接口。31光接口標準與參數光接口標準與參數. . 光接口代碼：光接口代碼： W y.z W： I - 代表局內通信代表局內通信(2km)； S - 代表短距離通信代表短距離通信(20km)； L - 代長距離通信代長距離通信(80km)； V - 代表甚長距離通信代表甚長距離通信(120km)； U - 代表超長距離通信代表超長距離通信(160km)。 y ：代表：代表STM等級，等級，Y=1、4、16、64。32光接口標準與參數光接口標準與參數Z ：代表使用光纖類型與工作窗口；：代表使用光纖類型與工作窗口； 1 G.652光纖，工作波長為光纖，工作波長為1310nm； 2 G.652光纖，工作波長為光纖，工作波長為1550nm； 3 G.653光纖，工作波長為光纖，工作波長為1550nm； 5 G.6