光纖通信原理及基礎知識

光纖的通信原理及基礎知識

第一章光纖通信的基本原理第二章光纖的基本結構和分類第三章光纖的基本參數第四章光纖的制造方法光纖的通信原理及基礎知識§1.1光纖通信的基本原理信號處理發(fā)送端信號處理接收端光波導第一章光纖、光纜的基本知識f10km1km100m10m1m1cm1dm105m100km107m010Hz100Hz1k10k100k1M10M100M1G10G1cm100m1mm10m100nm1m10nm1nm100pm10pm1pm10G100G1T10T100T1015T1017T1016T1019T1018T1020T1.6m1.5m1.3m1.4m1.1m1.2m1m900nm800nm700nm500nm600nm400nm紅外線紫外線X射線伽瑪射線光纖應用范圍無線電電視衛(wèi)星LWKWMWUKWdmcm高頻微波低頻交流電直流電微波可見光電磁波譜頻譜分配光纖通信的基本原理光在傳輸過程中，在兩種不同的傳輸媒質的界面將產生以下行為：一部分入射光將被反射 一部分入射光將進入第二種媒質，并產生折射媒質1折射率n1媒質2折射率n2入射光線反射光線121=2n1·Sin1=n2·Sin2媒質1折射率n1媒質2折射率n2入射光線12折射光線光的反射和折射定律光纖通信的基本原理折射率n＝光在真空中的傳播速度/光在該媒質中的傳播速度全反射：

當n1>n2時，隨著入射角的不斷增加，在入射角達到某一值時，折射角達到90oC，我們把此時的入射角稱為臨界角0

。當入射角大于臨界角時，將發(fā)生全反射。媒質1媒質2根據折射定律，我們可以求出臨界角，此時2＝90o。即n1·Sin0=n2·Sin90o所以Sin0=n2/n1媒質折射率真空空氣水多模光纖單模光纖玻璃鉆石光的全反射定律光纖通信的基本原理光通信正是利用了全反射原理，當光的注入角滿足一定條件時，光便能在光纖(光波導)內形成全反射，從而達到長距離傳輸的目的。包層n2纖芯n1光纖中心軸線090-0包層n2空氣n01光纖的導光原理光纖通信的基本原理n1>n2>n0n0:空氣中的折射率n1:纖芯的折射率n2:包層的折射率>0

0:入射角,和sin0=n2/n1條件:涂層包層纖芯光纖的結構光纖的基本結構和分類光纖通信的優(yōu)點光通信基本原理大容量長中繼距離適應能力強體積小，重量輕，便于安裝和維護選材豐富，價格低Rawmaterialabundance,lowprice保密性強

第一章光纖通信的基本原理第二章光纖的基本結構和分類第三章光纖的基本參數第四章光纖的制造方法光纖的通信原理及基礎知識光纖的結構及組成

涂層

力學影響的防護涂層(acrylic)250μm涂層

250μm

標準單模光纖標準梯度折射率分布多模光纖

纖芯(SiO2+Ge+F)

(摻鍺二氧化硅)

8.6-9.5μm

纖芯

(聚甲基丙烯酸甲酯)

980μm

包層(SiO2+F)摻氟二氧化硅

125μm

纖芯

(摻鍺二氧化硅)

50μm/62.5μm/100μm涂層1000μm塑料光纖光纖的基本結構和分類按材料分類：

二氧化硅系光纖

多組份光纖

塑料光纖光纖的分類光纖的基本結構和分類

用于通信，如：光纜

用于傳感器，如：光纖陀螺

用于傳輸圖像，如：內窺鏡

其它用途，如用于傳輸能量按用途分類：光纖的分類光纖的基本結構和分類按傳輸模式分類：多模光纖單模光纖光纖的分類光纖的基本結構和分類G651多模光纖：工作波長為850nm的LAN用的多模光纖G652光纖：最佳工作波長為1310nm的單模光纖：

G652AG652B:標準光纖

G652CG652D：低水峰（全波）光纖

G653光纖：零色散波長在1.55m窗口的單模光纖

G654光纖：截止波長在1500nm的海底應用單模光纖,又稱為最低 衰減單模光纖

G655光纖：在1550nm窗口給定波長區(qū)間內色散不為零的色散位移單模光纖，稱為非零色散位移光纖

G655A：單信道光纖(1995)G655B、G655C：DWDM光纖(2000.10,2003.1)G656光纖：使用于DWDM系統(tǒng)S+C+L波帶的非零色散位移光纖

(2003.10提出，2004.4爭取會議同意)光纖的分類光纖的基本結構和分類單模光纖特性G.652光纖G.653光纖G.654光纖G.655光纖最成熟的單模光纖，但未把最小的衰減與最小的色散有效的結合在一起。過渡性的單模光纖，通過對光纖的截止波長進行位移而獲得極低的衰減。過渡性的單模光纖，把零色散點移到了衰減最小的波長。一種新型的單模光纖，把最小的衰減與小的色散結合在一起。單模光纖的特性光纖的基本結構和分類G652光纖的分類、特點與應用應用1.G.652A：支持G.957規(guī)定的SDH傳輸系統(tǒng)，G.691規(guī)定的帶光放大的單通過路STM-16（2.5Gbit/s

）的SDH傳輸系統(tǒng)，G.693規(guī)定的40km的10Gbit/s以太網系統(tǒng)及STM-2562.G.652B：主要支持更高速率，例如G.691和G.692傳輸系統(tǒng)中直到STM-64（10Gbit/s），在G.693和G.959.1中對于STM-256的某些應用3.G.652C（低水峰光纖）：與G.652A光纖屬性類似，允許使用在1360~1530nm擴展波長范圍4.G.652D：與G.652B光纖屬性類似，允許使用在1360~1530nm擴展波長范圍光纖的基本結構和分類光纖應用的發(fā)展趨勢

長距離應用，發(fā)展方向是大有效面積色散平坦型G.655城域網中，低水峰光纖（G.652C、G.652D）有較大的應用前景，關鍵在價格，目前主要采用的是G.652A、G.652B光纖接入網中將主要應用G.652光纖，其發(fā)展前景仍被很多專家看好（目前市場規(guī)模在下降，但仍繼續(xù)占主導地位）

LAN中將主要應用多模光纖，芯徑逐漸由62.5m向50m發(fā)展，市場在逐漸擴大室內布線將向塑料光纖發(fā)展光纖應用的發(fā)展趨勢

光纖的基本結構和分類

第一章光纖通信的基本原理第二章光纖的基本結構及分類第三章光纖的基本參數第四章光纖的制造方法光纖的通信原理及基礎知識

幾何尺寸參數

光學及傳輸特性參數

機械及環(huán)境性能參數光纖參數分類光纖的基本參數光纖的幾何尺寸參數

纖芯直徑纖芯/包層同心度包層外徑(d={dx+dy}/2)

包層不圓度(|dmax-dmin|/d)

涂層外徑包層/涂層同心度光纖翹曲度RdxdyR光纖的基本參數光纖幾何尺寸參數典型值

纖芯直徑(多模光纖)：

纖芯直徑(單模光纖)：

纖芯/包層同心度：

包層外徑：

包層不圓度：

涂層外徑：

包層/涂層同心度：62.5/50m8～10m1.0m125m2m2%245m10m15m

光纖翹曲度：2m光纖的基本參數光纖的光學及傳輸特性參數

衰減系數

色散系數

截止波長

彎曲損耗

偏振模色散

模場直徑光纖的基本參數定義：高斯分布的單模光纖，模場直徑是光場幅度分布1/e處各點所圍成圓的直徑，也等于光功率分布1/e2處各點所圍成圓的直徑。光纖的光學及傳輸特性參數之一------模場直徑光纖的基本參數●P0Pe衰減系數＝10lg(Pi/Po)/L下面:Pi輸入功率

Po通過長度為L的光纖后的輸出功率

L傳輸距離定義:

Loss(dB)=-10lg(Pout/Pin)限制傳輸距離.固有損耗:瑞利散射,材料反射(紫外線輻射&紅外線吸收)外來損耗:吸收，分離點損耗PiPoL§1.2衰減系數光纖的光傳輸特性衰減(dB/km)波長(nm)131015500.360.20－單模光纖的典型頻譜衰耗OH-吸收峰(又稱為：水峰)光纖的光學及傳輸特性參數之一------典型頻譜衰耗圖光纖的基本參數定義：

由于傳輸介質的折射率與光波的波長相關而造成不同波長的光在相同傳輸介質中的傳播速度不同的現(xiàn)象。其程度用色散系數進行反映。光纖的光學及傳輸特性參數之一------色散系數D(ps/km·nm)光纖的基本參數Theoreticalmaxdistancelimitedbythedispersion

Bcapacity1550nm(G.652)1550nm(G.655)1310nm(G.652)2.5Gb/s928km4528km6400km10Gb/s58km283km400km20Gb/s14.5km70kml00km40Gb/s3.6km18km25km=10

光纖的光學及傳輸特性參數之一------色散受限最大理論傳輸距離光纖的基本參數84-401200-818001400150016001700132nm4色散D(ps/(nm?km))波長(nm)1

非色散位移光纖2 色散位移光纖3 色散平坦光纖4非零色散位移光纖－不同單模光纖的色散曲線光纖的光學及傳輸特性參數之一------色散曲線圖光纖的基本參數定義：

基模包含兩個正交的矢量，這兩個偏振矢量在傳播過程中會產生時延，從而引入偏振模色散光纖的光學及傳輸特性參數之一------偏振模色散光纖的基本參數PMD定義定義:減弱的波長結構導致的兩個線性偏振模的色散ΔtPMD=Dpmd*LΛ0.5PMDLinky=PMDQ:99.99%probabilityof100000y光纖的光學及傳輸特性參數之一------偏振模色散光纖的基本參數偏振模色散受限的最大理論傳輸距離B當比特率大于10Gb/s,偏振模色散必須考慮.降低光纖偏振模色散值:改進光纖的幾何形狀導致裸纖的旋轉=10

PMD(ps/4km)2.5Gb/s10Gb/s40Gb/s3.0180kmllkm<lkm1.01,600km100km6km0.56,400km400km25km0.240,000km2,500km156km光纖的光學及傳輸特性參數之一------偏振模色散受限的最大理論傳輸距離光纖的基本參數固有和非固有的偏振模色散原因包層中心為橢圓包層偏心進入氣體側壓涂層橢圓涂層偏心非固有原因側壓彎曲扭曲光纖的光學及傳輸特性參數之一------偏振模色散光纖的基本參數定義：

光纖作為單模光纖工作的最短波長。工作波長超過此波長時，只能傳輸基模，此時光纖為單模光纖；工作波長低于此波長時，除基模外，高次模也可傳輸，此時光纖為多模光纖。光纖的光學及傳輸特性參數之一------截止波長光纖的基本參數彎曲損耗：

宏觀彎曲損耗：是指光纖在以遠遠大于光纖外徑的曲率半徑彎曲時，所引入的附加損耗。

微觀彎曲損耗：是指光纖受到不均勻應力的作用，光纖軸產生的微小不規(guī)則彎曲所引入的附加損耗。光纖的光學及傳輸特性參數之一------彎曲損耗光纖的基本參數

衰減系數：

色散系數：

截止波長：

彎曲損耗：1310nm波長處：0.36dB/km1550nm波長處：0.22dB/km1310nm波長處：0ps/(nm?km)1550nm波長處：19ps/(nm?km)cc1260nm以75mm為直徑松繞100圈1550nm波長處附加衰減：0.05dB

模場直徑：1310nm:8-10m;1550nm:9-11m光纖的光學及傳輸特性參數之一------參數典型值光纖的基本參數

偏振模色散：PMD0.5ps/(km)1/2光纖的光學及傳輸特性參數之一------ITU規(guī)范典型值光纖的基本參數機械及環(huán)境性能參數

光纖篩選應力水平

光纖抗張強度

光纖動態(tài)疲勞參數

光纖靜態(tài)疲勞參數篩選應力：0.69GPa持續(xù)時間：1s典型值：500kpsind20ns20光纖的基本參數

光纖溫度衰減特性

光纖浸水性能

光纖老化性能-60oC~+85oC下附加衰減：0.05dB/