光通訊基礎(chǔ)知識(shí)

光通訊基礎(chǔ)知識(shí)(FiberHandbookTechnologyData)光纖通信的優(yōu)點(diǎn)通信容量大、傳輸頻帶寬傳輸衰減少、傳輸距離長(zhǎng)信號(hào)串?dāng)_小、傳輸質(zhì)量高抗電磁干擾、保密性好光纖重量輕、體積小，便于運(yùn)輸和敷設(shè)耐化學(xué)腐蝕，適用于特殊環(huán)境原料資源豐富節(jié)約有色金屬光纖通信發(fā)展史1966年“光纖之父”高錕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)之作出損耗為20dB/km光纖。1977年芝加哥第一條45Mb/s的商用線路。光的基本知識(shí)光具有波粒二象性，具有電磁波的一般特性可見光350nm—750nm光纖通信所用的波長(zhǎng)

800——1600nm光的反射、折射全反射光的基本知識(shí)n1n2n1<n2θ1θ2θ3入射折射反射視覺(jué)位置實(shí)際位置空氣水光的基本知識(shí)n1n2n1>n2n1n2臨界角900臨界角n1n2全反射入射角=反射角θ1θ2光纖的結(jié)構(gòu)纖芯包層保護(hù)套光纖的分類按材料分類：玻璃光纖：纖芯與包層都是玻璃，損耗小，傳輸距離長(zhǎng)，成本高；膠套硅光纖：纖芯是玻璃，包層為塑料，特性同玻璃光纖差不多，成本較低；塑料光纖：纖芯與包層都是塑料，損耗大，傳輸距離很短，價(jià)格很低。多用于家電、音響，以及短距的圖像傳輸。按照光纖的模式分類單模（Single-Mode）多模（Multi-Mode）按折射率分類階越光纖漸變折射率光纖

光纖的分類光纖的損耗1310nm:0.35~0.5dB/Km1550nm:0.2~0.3dB/Km850nm:2.3~3.4dB/Km光纖熔接點(diǎn)損耗：0.2dB/點(diǎn)光纖熔接點(diǎn)1點(diǎn)/2km常見光纖名詞衰減：光在光纖中傳輸時(shí)的能量損耗

單模光纖

1310nm0.35~0.5dB/km

1550nm0.2~0.3dB/km

塑料多模光纖

300dB/km4.光纖的防護(hù)原則1）不要讓光纖接觸地面或任何被污染的區(qū)域（保持車間和工作臺(tái)的清潔）2）在生產(chǎn)的全過(guò)程當(dāng)中不要使光纖受到壓力或損傷3）避免把光纖繞成很小的圈（過(guò)于彎曲將導(dǎo)致纖芯斷裂）4）若光纖被污染及時(shí)用酒精擦除5）不要用手指接觸去皮的裸纖6）避免管壁與桌子的角與光纖接觸以免被劃破7）不容許留長(zhǎng)指甲，手上不能佩帶首飾8）在顯微鏡下檢查光纖器件端面時(shí)，光纖受彎曲半徑不易過(guò)小9）不要將光纖纏繞在一起，散、繞光纖時(shí)要順序的纏繞、自然的擺放10）操作染色筆時(shí)細(xì)心，如有染色，及時(shí)用酒精擦除光纖的彎曲度1）250um光纖繞圈直徑不得小于60mm2）有特殊要求的以具體的操作指導(dǎo)書為準(zhǔn)光纖的正確繞法五指彎曲使彎曲面大致組成一個(gè)圓形纏繞面，將待纏繞器件置于掌心沿著纏繞面進(jìn)行纏繞。光纖的衰減光纖的衰減圖0.70.80.91.01.11.21.31.41.51.6λnm

OH-OH-OH-第一窗口第二窗口第三窗口衰減(dB/km)水峰值654321光纖通信傳輸信號(hào)的轉(zhuǎn)換EOEO信號(hào)輸入信號(hào)輸出發(fā)送端接收端光纖光在光纖中的前進(jìn)方式光在光纖中的前進(jìn)方式并不是直線投射，而是靠有角度不停的折射傳輸光線的散射損耗光在前進(jìn)當(dāng)中會(huì)因?yàn)楣饫w中的雜質(zhì)、氣泡或因光纖外覆層的不均勻等因素，產(chǎn)生散射損失光纖氣泡覆層界面不均勻雜質(zhì)無(wú)源光器件

簡(jiǎn)介是一種光學(xué)元器件工藝原理遵循光學(xué)的基本原理，即光線理論以及電磁波理論光通信設(shè)備的重要組成部分工藝涉及多種加工工藝，特別復(fù)雜光無(wú)源器件主要分為以下幾種光纖連接器（Connector）

光耦合器件（Coupler）光衰減器（Attenuator）光隔離器（Isolator）光開關(guān)（switch）光纖準(zhǔn)直器（FiberCollimators）光環(huán)形器（Circulator）偏振光合束器(PBC)1.連接器（Connector）基本原理光纖連接器的基本原理是采用某種機(jī)械和光學(xué)機(jī)構(gòu)，使兩根光纖的纖心對(duì)準(zhǔn)，保證90％以上的光可以通過(guò)。光纖連接器是光學(xué)元器件中的基礎(chǔ)元件，除了實(shí)現(xiàn)光纖之間的連接外，它還具有將光纖光纜、有源器件、其他無(wú)源器件、系統(tǒng)與儀表實(shí)現(xiàn)連接的功能。產(chǎn)品圖片尾纖跳線雙芯插接線束狀跳線光纖帶尾纖松套管尾纖產(chǎn)品分類---按用途FC端頭SC端頭ST端頭D4型端頭MT-RJ端頭LC端頭產(chǎn)品分類---按插頭物理形狀光纖纖芯光纖陶瓷插針體套筒PC(UPC)端面互相接觸連接器APC端面互相接觸連接器端頭物理形狀—端面結(jié)構(gòu)光纖纖芯光纖陶瓷插針體套筒使用光纜情況按照光纖種類分類單模光纖(G.652光纖、G.655光纖、其它新設(shè)計(jì)的光纖)多模光纖(50/125m、62.5/125m、千兆/萬(wàn)兆比特多模光纖)特種光纖(色散補(bǔ)償光纖、高衰減光纖等)按照使用光纜類型來(lái)分類：?jiǎn)涡竟饫|(0.9mm、2.0mm、2.4mm、2.9mm)以2.9mm為主,行業(yè)也稱號(hào)3.0mm.容量為90%.其次是0.9mm,2.0mm用于LC或MU.雙芯光纜(雙芯并聯(lián)式ZIPCORD、DFX雙聯(lián)緊套光纜、MIC雙芯光纜)以2.4mm為主,市場(chǎng)容量為5%.束狀光纜(Fanout緊套光纜、MIC緊套光纜),多芯結(jié)構(gòu)極少使用水平布線光纜或垂直布線光纜(MIC緊套光纜).多芯結(jié)構(gòu)極少使用松套管光纜及光纖帶光纜,0.9mm的中空管穿管.相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要相關(guān)指標(biāo)IEC60874TIA/EIA568BellcoreGR326-COREJISC5970&5973插入損耗回波損耗環(huán)境試驗(yàn)機(jī)械試驗(yàn)GB/T12509YD/T895YD/T896YD/T897YD/T826FC光纖連接端頭適用于長(zhǎng)途及本地電信網(wǎng)絡(luò)按照BellcoreGR-326-CORE,Issue3規(guī)范設(shè)計(jì)和測(cè)試完全符合JISC5970技術(shù)規(guī)范耐用鍍鎳黃銅零部件和螺紋鎖緊結(jié)構(gòu)使用標(biāo)準(zhǔn)FC適配器適配器適用于高密度設(shè)備內(nèi)部連接按照BellcoreGR-326-CORE,Issue3規(guī)范設(shè)計(jì)和測(cè)試完全符合JISC5973技術(shù)規(guī)范插拔式閉鎖結(jié)構(gòu)能組合成雙頭并聯(lián)包裝形式使用標(biāo)準(zhǔn)SC適配器SC光纖連接端頭APC光纖連接端頭適用于模擬及CATV網(wǎng)絡(luò)高精度插芯和部件組合體可用于SC和FC端面形式符合IEC規(guī)范要求連接器端面帶斜8°角低反射損耗及低插入損耗APC端面的結(jié)構(gòu)主要用于CATV網(wǎng)絡(luò),由于采用斜角對(duì)接,連接器有更高的回波損耗,這樣有利于模擬信號(hào)的傳輸.中國(guó)采用8°斜角,美國(guó)采用9°斜角.注意ST結(jié)構(gòu)沒(méi)有APC端頭結(jié)構(gòu)LC光纖連接端頭適于光傳輸網(wǎng)絡(luò)和配線架采用1.25mm陶瓷插芯，所占位置高密度低回波損耗及極低插入損耗LC是原Lucent專門為高密度光傳輸設(shè)備開發(fā)的小尺寸單模光纖連接器,采用更小的陶瓷插針,在北美成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).并有望未來(lái)在中國(guó)成為新的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)ST光纖連接端頭適用于本地電信網(wǎng)絡(luò)高精度氧化鋯陶瓷插芯耐用組合五金零部件卡口旋轉(zhuǎn)連接耦合方式ST組合連接器設(shè)計(jì)使用標(biāo)準(zhǔn)ST適配器ST是FC的經(jīng)濟(jì)適用性,但卡口旋轉(zhuǎn)顯然沒(méi)螺紋鎖緊可靠.主要用于接入端和用戶線中.在美國(guó)比較流行,在我國(guó)由于連接器本身就價(jià)廉,實(shí)際應(yīng)用并不多.注意上下圖采用不同的光纜,因此尾套也不相同.MT-RJ光纖連接端頭適于光傳輸接入網(wǎng)絡(luò),特別是多模光纖系統(tǒng),屬于即插即拔系統(tǒng)小尺寸端面設(shè)計(jì),低回波損耗及極低插入損耗MT-RJ是康寧,AMP,Molex,西蒙和藤倉(cāng)等十三個(gè)廠家共同推薦的插頭形式,特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且價(jià)廉.現(xiàn)場(chǎng)端接簡(jiǎn)單快捷.MPT和DFX光纖連接端頭適于各種光傳輸網(wǎng)絡(luò)采用1.25mm陶瓷插芯，所占位置高密度允許使用扁平光纖帶低回波損耗及極低插入損耗用于設(shè)備內(nèi)部連接和互連的理想設(shè)計(jì)不同顏色的連接器分支以便于光纖識(shí)別緊湊、耐用的雙芯結(jié)構(gòu)(2.5mm光纜直徑)便于光纖管理并減少配線部件上的堵塞現(xiàn)象適于光傳輸網(wǎng)絡(luò)和配線架采用1.25m陶瓷插芯，所占位置高密度低回波損耗及極低插入損耗MU和E-2000光纖連接端頭日本人的多纖連接解決方案,具有密集度高,模塊式設(shè)計(jì),面版設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn).在日本應(yīng)用廣泛.

E-2000歐洲設(shè)計(jì)的小尺寸連接器:適于光傳輸網(wǎng)絡(luò)和配線架采用1.25m陶瓷插芯，所占位置高密度極低回波損耗及極低插入損耗適合各種光纖和端頭形式,完全是工藝品,價(jià)格極高.跳纖類型LC—LCSC—FCST—FCSC—SCSC—LC2.光耦合器（Coupler）光（纖）耦合器（coupler）

在光通信技術(shù)中，光耦合器就是一類能使傳輸中的光信號(hào)在特殊結(jié)構(gòu)的耦合區(qū)發(fā)生耦合，并進(jìn)行再分配的器件耦合機(jī)理：（單模光纖耦合器）

耦合即是入射光功率在熔融拉錐區(qū)域進(jìn)行功率再分配，一部分通過(guò)“直通臂”繼續(xù)傳輸，另一部分由“耦合臂”傳到另一光路?；驹硎牵寒?dāng)光線輸入進(jìn)入熔錐區(qū)輸入端時(shí)，由于纖芯的不斷變細(xì)，入射角度也不斷變大，當(dāng)超過(guò)全反射的角度臨界點(diǎn)時(shí)，會(huì)有部分的光功率會(huì)逸出“輸入臂”熔錐區(qū)的光纖包層，這時(shí)光功率是以包層作為芯，纖外介質(zhì)（空氣）作為新的復(fù)合波導(dǎo)中傳播的；在輸出端，隨著纖芯變粗，入射角度逐漸變小，光功率被兩個(gè)纖芯以特定的比率捕獲。

耦合機(jī)理示意圖(1X2Single為例)

耦合區(qū)單模輸入光（小角度單一路徑）背散射臂

輸入臂入射角度變大

逸出折射光耦合臂形成新的全反射直通臂主要性能技術(shù)指標(biāo)1、插入損耗2、附加損耗（ExcessLoss）：全部輸出端口功率總和相對(duì)于全部輸入功率總和的減少值3、分光比（CouplingRatio）：耦合器各輸出端口的輸出功率的比值4、方向性（Directivity）：輸入側(cè)注入光一端的輸出光功率與全部注入功率的比較值5、均勻性（Uniformity）:在器件工作帶寬范圍內(nèi)，各輸出端口輸出光功率的最大變化值6、偏振相關(guān)損耗（PolarizationDependentLoss）當(dāng)傳輸光信號(hào)偏振態(tài)發(fā)生360度變化，器件各端口輸出光功率最大變化量7、隔離度（Isolation）：光纖耦合器件某一光路對(duì)其他光路中光信號(hào)的隔離能力

光耦合器分類：

光纖耦合器按其傳導(dǎo)光模式的不同可分為單模光纖耦合器和多模光纖耦合器；從功能上分，可分為光功率分配器（Splitter）以及光波長(zhǎng)分配耦合器（WDMCoupler）。從端口形式上劃分，它包括X形（2*2）耦合器、Y形（1*2）耦合器、星形（N*N，N＞2）耦合器及樹形（1*N，N＞2）耦合器等；從工作帶寬的角度劃分，它可分為單工作窗口的窄帶耦合器（StandardCoupler）、單工作窗口寬帶耦合器（WavelengthFlattenedCoupler）和雙工作窗口的寬帶耦合器（WavelengthIndependentCoupler）.光功率分配器（Splitter）光波分復(fù)用器（WDM）波分復(fù)用技術(shù)是光纖通信中的一種傳輸技術(shù)，它利用了一根光纖可以同時(shí)傳輸多個(gè)不同波長(zhǎng)的光載波的特點(diǎn)，把光纖可能應(yīng)用的波長(zhǎng)范圍劃分成若干個(gè)波段，每個(gè)波段用作一個(gè)獨(dú)立的通道傳輸一種預(yù)定波長(zhǎng)的光信號(hào)。這樣大大提高了單模光纖的帶寬利用光波分復(fù)用器是對(duì)光波波長(zhǎng)進(jìn)行分離與合成的光無(wú)源器件。光波分復(fù)用器件的一個(gè)端口，作為器件的輸出/輸入端，N個(gè)端口作為器件的輸入/輸出端。P0(0#端口)1P1端口2P2端口nPn端口波分復(fù)用器

在一條光纖中傳輸多個(gè)光信號(hào)，這些光信號(hào)頻率不同，顏色不同。波分復(fù)用器就是要把多個(gè)光信號(hào)耦合進(jìn)同一根光纖中；解波分復(fù)用器就是從一根光纖中把多個(gè)光信號(hào)區(qū)分出來(lái)。波分復(fù)用器（圖例）

λ1傳送器

λ2傳送器

λ1+

λ2

λ1+

λ2

λ1接收器

λ2接收器光波分復(fù)用器件技術(shù)指標(biāo)（僅指單模光纖WDM器件）復(fù)用中心波長(zhǎng)：信道通道帶寬：±20nm，指允許的中心波長(zhǎng)范圍的變化。插入損耗：指器件輸入端和對(duì)應(yīng)的輸出端光功率的減小值。隔離度：指器件輸出端口的光進(jìn)入非指定輸出端口光能量大小。光回波損耗：指光信號(hào)從指定端口輸入時(shí)，由于器件引起反向回傳 的光能量。偏振相光損耗：指光信號(hào)以不同的偏振狀態(tài)輸入時(shí),對(duì)應(yīng)輸出端口插入損耗最大變化量。溫度穩(wěn)定性：指器件插入損耗隨溫度的變化。最大光功率：指器件允許通過(guò)的最大光功率。工作溫度：指器件正常工作時(shí)，允許的溫度變化。儲(chǔ)存溫度：指器件存放、運(yùn)輸?shù)臏囟确秶?.光衰減器（Attenuator）光衰減器是重要的光學(xué)無(wú)源器件，常用于在系統(tǒng)中吸收或反射掉光功率余量、評(píng)估系統(tǒng)的損耗以及各類測(cè)試中。

光衰減器可以按照用戶的要求將光信號(hào)進(jìn)行預(yù)期的衰減，類型很多，不同類型衰減器分別采用不同的工作原理。光衰減器的作用：

直接鍍膜型光衰減器（吸收或反射膜）縱向位移型橫向位移型衰減片型光衰減器液晶型光衰減器光衰減器位移型光衰減器光衰減器的種類圖片手持可調(diào)光衰減器光衰減器主要性能指標(biāo)1、InsertionLoss：插入損耗，即衰減量2、ReturnLoss：回波損耗3、Attenuationrange：衰減范圍4、Attenuationresolution：衰減精度5、PDL：偏振相關(guān)損耗4.光隔離器（Isolator）概述隔離器主要用在激光器和光放大器的后面，以避免反射光返回到該器件致使器件性能變換。插入損耗和隔離度是隔離器的兩個(gè)主要參數(shù)，對(duì)正向入射光的插入損耗其值越小越好，對(duì)反向反射光的隔離度其值越大越好，目前插入損耗的典型值約為1db，隔離度的典型值的大致范圍40~50db。

圖片主要性能技術(shù)指標(biāo)

1、InsertionLoss：插入損耗2、ReturnLoss：回波損耗3、Isolation：反向隔離度，表征隔離器對(duì)反向傳輸光的衰減能力4、PolarizationDependentLoss:PDL偏振相關(guān)損耗，是指當(dāng)輸入光偏振態(tài)發(fā)生變化而其他參數(shù)不變時(shí)，器件插入損耗的最大變化量5、PolarizationModeDispersion：偏振模色散，是指通過(guò)器件的信號(hào)光不同偏振態(tài)之間的相位延遲。5.光開關(guān)（SWITCH）概述：

光開關(guān)的功能是轉(zhuǎn)換光路，實(shí)現(xiàn)光交換，他是光網(wǎng)絡(luò)的重要器件。 光開關(guān)可分為兩大類：一類是機(jī)械光開關(guān)，利用電磁或步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)光纖、棱鏡或反射鏡等光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)光路轉(zhuǎn)換；另一類是固體光開關(guān)，利用磁光效應(yīng)、光電效應(yīng)或聲光效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光路轉(zhuǎn)換。機(jī)械光開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)是插入損耗小，串?dāng)_小。適合各種光纖，技術(shù)成熟；缺點(diǎn)是開關(guān)切換速度慢。固體光開關(guān)正好相反，優(yōu)點(diǎn)是開關(guān)速度快；缺點(diǎn)是插入損耗大，串?dāng)_大，只適合單模光纖。產(chǎn)品圖片6.光纖準(zhǔn)直器（FiberCollimator）

原理與作用光纖準(zhǔn)直器的基本原理是，將光纖端面置于準(zhǔn)直透鏡的焦點(diǎn)處，使光束得到準(zhǔn)直，然后在焦點(diǎn)附近輕微調(diào)節(jié)光纖端面位置，得到所需工作距離，因此準(zhǔn)直器的工作距離與光纖頭和透鏡的間距L相關(guān)。光纖準(zhǔn)直器的作用是將光纖輸出的束腰半徑較小而發(fā)散角較大的近似高斯光束轉(zhuǎn)化為腰斑較大而發(fā)散角較小的光束，以增加對(duì)軸向間距的容查從而提高光纖與光纖之間的耦合效率，這樣可使兩準(zhǔn)直器之間保持較長(zhǎng)的距離，可以插入光學(xué)元件以實(shí)現(xiàn)器件性能。如下圖所示；

原理示意圖

腰斑較大發(fā)散角小

GrinLens（1/4透鏡）FiberPigtail束腰半徑小發(fā)散角大GlassSleeve近高斯光束折射率徑向變化示意圖玻璃