光纖通信基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)課件(共37張PPT)

光纖通信根底知識(shí)作者：吳寶林

(FiberHandbookTechnologyData)廣東中人網(wǎng)絡(luò)開(kāi)展培訓(xùn)專(zhuān)用目錄一、光纖通信的概念二、光纖通信開(kāi)展簡(jiǎn)史三、光纖通信的優(yōu)缺點(diǎn)四、光纖通信的應(yīng)用五、光纖通信系統(tǒng)的組成培訓(xùn)專(zhuān)用一、光纖通信的概念光通信是指以光作為信息載體而實(shí)現(xiàn)的通信方式。按傳輸介質(zhì)的不同，可分為大氣激光通信和光纖通信，大氣激光通信是利用大氣作為傳輸介質(zhì)的激光通信。光纖通信是以光波作為信息載體，以光導(dǎo)纖維〔光纖〕作為傳輸介質(zhì)的一種通信方式。光纖通信技術(shù)是30年來(lái)迅猛開(kāi)展起來(lái)的高新技術(shù)，給世界通信技術(shù)乃至國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防事業(yè)和人民生活帶來(lái)了巨大變革。培訓(xùn)專(zhuān)用光波是一種電磁波〔電磁波分長(zhǎng)波、中波、短波、超短波、微波、紅外光、可見(jiàn)光、紫外光、X射線(xiàn)等〕，光纖通信所用的波長(zhǎng)位于近紅外光區(qū)，工作波長(zhǎng)是800—1600nm,可見(jiàn)光的波長(zhǎng)是350nm—750nm,目前電信網(wǎng)用的工作波長(zhǎng)是1310nm和1550nm兩種波長(zhǎng),也就是兩種工作窗口。一、光纖通信的概念培訓(xùn)專(zhuān)用電磁波譜1cm1mm100um10um1um100nm10nm1nmλ波長(zhǎng)10G100G1T10T100T10^1510^1610^17f(Hz)1.6um1.51.41.31.21.11.0um900800700600nm光通信使用范圍紅外線(xiàn)紫外線(xiàn)培訓(xùn)專(zhuān)用二、光通信開(kāi)展簡(jiǎn)史2000多年前，中國(guó)古代開(kāi)始用“烽火臺(tái)〞，這是一種目視光通信。培訓(xùn)專(zhuān)用1880年貝爾創(chuàng)造了一種利用光波作載波傳輸話(huà)音信息的“光〞，他用可見(jiàn)光在數(shù)百米的距離上以無(wú)線(xiàn)方式進(jìn)行了傳輸話(huà)音的“光〞實(shí)驗(yàn)。然而受到當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制，這種形式的光通信一直未能開(kāi)展到實(shí)用階段。究其原因有二：一是沒(méi)有可靠的、高強(qiáng)度的光源；二是沒(méi)有穩(wěn)定的、低損耗的傳輸介質(zhì)。在此后的幾十年間未能突破，直到1960年才有實(shí)質(zhì)性開(kāi)展。二、光通信開(kāi)展簡(jiǎn)史培訓(xùn)專(zhuān)用1960年，人梅曼(Maiman)創(chuàng)造了第一臺(tái)紅寶石激光器，給光通信帶來(lái)了新的希望，和普通光相比，激光具有波譜寬度窄，方向性極好，亮度極高，以及頻率和相位較一致的良好特性。二、光通信開(kāi)展簡(jiǎn)史培訓(xùn)專(zhuān)用二、光通信開(kāi)展簡(jiǎn)史

1966年，英籍華裔學(xué)者高錕(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)發(fā)表了利用光纖(OpticalFiber)進(jìn)行信息傳輸?shù)目赡苄院图夹g(shù)途徑。1970年，光纖研制取得了重大突破。康寧(Corning)公司就研制成功損耗20dB/km的石英光纖。1972年，康寧公司高純石英多模光纖損耗降低到4dB/km。1973年，貝爾(Bell)實(shí)驗(yàn)室取得了更大成績(jī)，光纖損耗降低到2.5dB/km。1974年降低到1.1dB/km。1976年，電報(bào)(NTT)公司等單位將光纖損耗降低到0.47dB/km(波長(zhǎng)1.2μm)。培訓(xùn)專(zhuān)用二、光纖通信開(kāi)展簡(jiǎn)史1976年電報(bào)公司研制成功發(fā)射波長(zhǎng)為1.3μm的銦鎵砷磷(InGaAsP)激光器，1979年電報(bào)(AT&T)公司和電報(bào)公司研制成功發(fā)射波長(zhǎng)為1.55μm的連續(xù)振蕩半導(dǎo)體激光器。由于光纖和半導(dǎo)體激光器的技術(shù)進(jìn)步，使1970年成為光纖通信開(kāi)展的一個(gè)重要里程碑。培訓(xùn)專(zhuān)用1976年，在亞特蘭大(Atlanta)進(jìn)行了世界上第一個(gè)實(shí)用光纖通信系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，系統(tǒng)采用GaAlAs激光器作光源，多模光纖作傳輸介質(zhì)，速率為44.7Mb/s，傳輸距離約10km。1980年，標(biāo)準(zhǔn)化FT-3光纖通信系統(tǒng)投入商業(yè)應(yīng)用，系統(tǒng)采用漸變型多模光纖，速率為44.7Mb/s。隨后很快敷設(shè)了東西干線(xiàn)和南北干線(xiàn)，穿越22個(gè)州光纜總長(zhǎng)達(dá)5×104km。二、光通信開(kāi)展簡(jiǎn)史培訓(xùn)專(zhuān)用1976年和1978年，先后進(jìn)行了速率為34Mb/s，傳輸距離為64km的突變型多模光纖通信系統(tǒng)，以及速率為100Mb/s的漸變型多模光纖通信系統(tǒng)的試驗(yàn)。1983年敷設(shè)了縱貫?zāi)媳钡墓饫|長(zhǎng)途干線(xiàn)，全長(zhǎng)3400km，初期傳輸速率為400Mb/s，后來(lái)擴(kuò)容到1.6Gb/s。由美、日、英、法發(fā)起的第一條橫跨大西洋TAT-8海底光纜通信系統(tǒng)于1988年建成，全長(zhǎng)6400km；第一條橫跨太平洋TPC-3/HAW-4海底光纜通信系統(tǒng)于1989年建成，全長(zhǎng)13200km。從此，海底光纜通信系統(tǒng)的建設(shè)得到了全面展開(kāi)，促進(jìn)了全球通信網(wǎng)的開(kāi)展。二、光通信開(kāi)展簡(jiǎn)史培訓(xùn)專(zhuān)用國(guó)內(nèi)外光纖通信開(kāi)展的現(xiàn)狀光纖:多模單模，工作波長(zhǎng):0.85μm1.31μm和1.55μm，傳輸速率:幾十Mb/s幾十Gb/s。應(yīng)用范圍:市話(huà)局間中繼長(zhǎng)途干線(xiàn)用戶(hù)接入網(wǎng)數(shù)字有線(xiàn)電視(CATV)單一類(lèi)型信息的傳輸多種業(yè)務(wù)的傳輸。目前光纖已成為信息寬帶傳輸?shù)闹饕劫|(zhì)，光纖通信系統(tǒng)將成為未來(lái)國(guó)家信息根底設(shè)施的支柱。二、光通信開(kāi)展簡(jiǎn)史培訓(xùn)專(zhuān)用三、光纖通信的優(yōu)點(diǎn)1、頻帶寬，通信容量大。2、損耗低，中繼距離長(zhǎng)。3、抗電磁干擾。4、無(wú)串音干擾，保密性好。5、光纖線(xiàn)徑細(xì)、重量輕、柔軟。6、光纖的原材料資源豐富，用光纖可節(jié)約金屬材料。培訓(xùn)專(zhuān)用1、頻帶寬，通信容量大光纖可利用的帶寬約為50000GHz，1987年投入使用的1.7Gb/s光纖通信系統(tǒng)，一對(duì)光纖能同時(shí)傳輸24192路，2.4Gb/s系統(tǒng)，能同時(shí)傳輸30000多路。頻帶寬，對(duì)于傳輸各種寬頻帶信息具有十分重要的意義，否那么，無(wú)法滿(mǎn)足未來(lái)寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(B-ISDN)開(kāi)展的需要。培訓(xùn)專(zhuān)用2、損耗低，中繼距離長(zhǎng)目前實(shí)用石英光纖的損耗可低于0.2dB/km，比其它任何傳輸介質(zhì)的損耗都低，假設(shè)將來(lái)采用非石英系極低損耗光纖，其理論分析損耗可下降至10-9dB/km。由于光纖的損耗低，所以能實(shí)現(xiàn)中繼距離長(zhǎng)，由石英光纖組成的光纖通信系統(tǒng)最大中繼距離可達(dá)200多千米，由非石英系極低損耗光纖組成的通信系統(tǒng)，其最大中繼距離那么可達(dá)數(shù)千甚至數(shù)萬(wàn)千米，這對(duì)于降低海底通信的本錢(qián)、提高可靠性和穩(wěn)定性具有特別的意義。培訓(xùn)專(zhuān)用3、抗電磁干擾光纖是絕緣體材料，它不受自然界的雷電干擾、電離層的變化和太陽(yáng)黑子活動(dòng)的干擾，也不受電氣化鐵路饋電線(xiàn)和高壓設(shè)備等工業(yè)電器的干擾，還可用它與高壓輸電線(xiàn)平行架設(shè)或與電力導(dǎo)體復(fù)合構(gòu)成復(fù)合光纜。培訓(xùn)專(zhuān)用4、無(wú)串音干擾，保密性好光波在光纜中傳輸，很難從光纖中泄漏出來(lái)，即使在轉(zhuǎn)彎處，彎曲半徑很小時(shí)，漏出的光波也十分微弱，假設(shè)在光纖或光纜的外表涂上一層消光劑效果更好，這樣，即使光纜內(nèi)光纖總數(shù)很多，也可實(shí)現(xiàn)無(wú)串音干擾，在光纜外面，也無(wú)法竊聽(tīng)到光纖中傳輸?shù)男畔?。培?xùn)專(zhuān)用5、光纖線(xiàn)徑細(xì)、重量輕、柔軟光纖的芯徑很細(xì)，約為0.1mm，它只有單管同軸電纜的百分之一；光纜的直徑也很小，8芯光纜的橫截面直徑約為10mm，而標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜為47mm。利用光纖這一特點(diǎn)，使傳輸系統(tǒng)所占空間小，解決地下管道擁擠的問(wèn)題，節(jié)約地下管道建設(shè)。此外，光纖的重量輕，光纜的重量比電纜輕得多，例如18管同軸電纜1m的重量為11kg，而同等容量的光纜1m重只有90g，這對(duì)于在飛機(jī)、宇宙飛船和人造衛(wèi)星上使用光纖通信更具有重要意義。培訓(xùn)專(zhuān)用6、光纖的原材料資源豐富，用光纖可節(jié)約金屬材料光纖的材料主要是石英(二氣化硅)，地球上有取之不盡用之不竭的原材料，而電纜的主要材料是銅，世界上銅的儲(chǔ)藏量并不多，用光纖取代電纜，那么可節(jié)約大量的金屬材料，具有合理使用地球資源的重大意義。光纖除具有以上突出的優(yōu)點(diǎn)外，還具有耐腐蝕力強(qiáng)、抗核幅射、能源消耗小等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是質(zhì)地脆、機(jī)械強(qiáng)度低，連接比較困難，分路、耦合不方便，彎曲半徑不宜太小等。這些缺點(diǎn)在技術(shù)上都是可以克服的，它不影響光纖通信的實(shí)用。近年來(lái)，光纖通信開(kāi)展很快，它已深刻地改變了電信網(wǎng)的面貌，成為現(xiàn)代信息社會(huì)最堅(jiān)實(shí)的根底，并向我們展現(xiàn)了無(wú)限美好的未來(lái)。培訓(xùn)專(zhuān)用三、光纖通信的缺點(diǎn)光纖彎曲半徑不宜過(guò)??；光纖的切斷和連接操作相對(duì)復(fù)雜；分路、耦合相對(duì)麻煩。培訓(xùn)專(zhuān)用四、光纖通信的應(yīng)用光纖可以傳輸數(shù)字信號(hào)，也可以傳輸模擬信號(hào)。光纖通信的各種應(yīng)用可概括如下：①通信網(wǎng)，包括全球通信網(wǎng)(如橫跨大西洋和太平洋的海底光纜和跨越歐亞大陸的洲際光纜干線(xiàn))、各國(guó)的公共電信網(wǎng)(如我國(guó)的國(guó)家一級(jí)干線(xiàn)、各省二級(jí)干線(xiàn)和縣以下的支線(xiàn))、各種專(zhuān)用通信網(wǎng)(如電力、鐵道、國(guó)防等部門(mén)通信、指揮、調(diào)度、監(jiān)控的光纜系統(tǒng))、特殊通信手段(如石油、化工、煤礦等部門(mén)易燃易爆環(huán)境下使用的光纜，以及飛機(jī)、艦、潛艇、導(dǎo)彈和宇宙飛船內(nèi)部的光纜系統(tǒng))。培訓(xùn)專(zhuān)用四、光纖通信的應(yīng)用②因特網(wǎng)的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，如光纖以太網(wǎng)、路由器之間的光纖高速傳輸鏈路。③有線(xiàn)電視網(wǎng)的干線(xiàn)和分配網(wǎng)；工業(yè)電視系統(tǒng)，如工廠、銀行、商場(chǎng)、交通和部門(mén)的監(jiān)控；自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。④綜合業(yè)務(wù)光纖接入網(wǎng)，分為有源接入網(wǎng)和無(wú)源接入網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)、數(shù)據(jù)、視頻(會(huì)議電視、可視等)及多媒體業(yè)務(wù)綜合接入核心網(wǎng)，提供各種各樣的社區(qū)效勞。培訓(xùn)專(zhuān)用光纖通信系統(tǒng)的組成光纖通信系統(tǒng)的根本構(gòu)成信號(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培訓(xùn)專(zhuān)用上圖中的結(jié)構(gòu)主要由3局部組成：光發(fā)射機(jī)、光纖光纜和光接收機(jī)。由于光纖只能傳光信號(hào)不能傳電信號(hào)，因此，這種通信系統(tǒng)在發(fā)送端必須先把電信號(hào)變成光信號(hào)，在接收端再把光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)，即電/光和光/電變換。其電/光和光/電變換的根本方式是直接強(qiáng)度調(diào)制和直接檢波。也就是說(shuō)在發(fā)送端對(duì)電信號(hào)直接調(diào)制成光信號(hào)進(jìn)行發(fā)射，在接收端直接對(duì)光進(jìn)行檢波再轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光纖通信系統(tǒng)的組成培訓(xùn)專(zhuān)用1.光發(fā)射機(jī)〔光端機(jī)〕光發(fā)射機(jī)的功能是把輸入電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并用耦合技術(shù)把光信號(hào)最大限度地注入光纖線(xiàn)路。光發(fā)射機(jī)由光源、驅(qū)動(dòng)器和調(diào)制器組成，光源是光發(fā)射機(jī)的核心。目前廣泛使用的光源有半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)和半導(dǎo)體激光二極管(或稱(chēng)激光器)(LD)，以及譜線(xiàn)寬度很小的動(dòng)態(tài)單縱模分布反響(DFB)激光器。有些場(chǎng)合也使用固體激光器，例如大功率的摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG)激光器。光發(fā)射機(jī)把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的過(guò)程(簡(jiǎn)稱(chēng)為電/光或E/O轉(zhuǎn)換)，是通過(guò)電信號(hào)對(duì)光的調(diào)制實(shí)現(xiàn)的。目前采用直接調(diào)制方式，用電信號(hào)直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器或發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電流，使輸出光隨電信號(hào)變化而實(shí)現(xiàn)的。這種方案技術(shù)簡(jiǎn)單，本錢(qián)較低，容易實(shí)現(xiàn)，但調(diào)制速率受激光器的頻率特性所限制。培訓(xùn)專(zhuān)用1.光發(fā)射機(jī)〔光端機(jī)〕光端機(jī)的圖例-DC48V+2M：出4出3出2出1音頻接口光發(fā)光收2M：入4入3入2入1數(shù)據(jù)接口...GD/MF8HS-IIIC后面板圖GD/MF8HS-IIIC上蓋板圖電源失步2M中斷環(huán)回呼叫截鈴收無(wú)光誤碼對(duì)告培訓(xùn)專(zhuān)用光端機(jī)的正面圖片1.光發(fā)射機(jī)〔光端機(jī)〕培訓(xùn)專(zhuān)用光端機(jī)的反面圖片1.光發(fā)射機(jī)〔光端機(jī)〕培訓(xùn)專(zhuān)用2.光纖線(xiàn)路光纖線(xiàn)路的功能是把來(lái)自光發(fā)射機(jī)的光信號(hào)，以盡可能小的畸變(失真)和衰減傳輸?shù)焦饨邮諜C(jī)。光纖線(xiàn)路由光纖、光纖接頭和光纖連接器組成。光纖是光纖線(xiàn)路的主體，接頭和連接器是不可缺少的器件。實(shí)際工程中使用的是容納許多根光纖的光纜。對(duì)光纖的根本要求:損耗和色散小，機(jī)械特性和環(huán)境特性好.例如，在不可防止的應(yīng)力作用下和環(huán)境溫度改變時(shí)，保持傳輸特性穩(wěn)定。目前使用的石英光纖有多模光纖和單模光纖，單模光纖的傳輸特性比多模光纖好，價(jià)格比多模光纖廉價(jià)，因而得到更廣泛的應(yīng)用。單模光纖配合半導(dǎo)體激光器，適合大容量長(zhǎng)距離光纖傳輸系統(tǒng)，而小容量短距離系統(tǒng)用多模光纖配合半導(dǎo)體發(fā)光二極管更加適宜。培訓(xùn)專(zhuān)用常用連接器類(lèi)型SCLCMT-RJDSCVF-45Opti-Jack培訓(xùn)專(zhuān)用常用連接器類(lèi)型FCTypeSCTypeSC2TypeFDDType培訓(xùn)專(zhuān)用常用連接器類(lèi)型BICONICTypeD4TypeSMA905TypeSMA906TypeMINIBNCType培訓(xùn)專(zhuān)用3.光接收機(jī)光接收機(jī)的功能——把從光纖線(xiàn)路輸出、產(chǎn)生畸變和衰減的微弱光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并經(jīng)放大和處理后恢復(fù)成發(fā)射前的電信號(hào)。光接收機(jī)由光檢測(cè)器、放大器