第一部分光纖通信基礎(chǔ)

第一部分光纖通信基礎(chǔ)第1頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光纖通信的特點(diǎn)以光頻作為載頻傳輸信號(hào)以光導(dǎo)纖維，即光纖，作為傳輸介質(zhì)第2頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光纖的成分

通信光纖的主要成分是高純度石英第3頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月裸纖結(jié)構(gòu)及光在纖芯中傳播保護(hù)層(包層，125微米)折射率n2纖芯層折射率n1.n1>n2,光纖結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵

n1n2第4頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光纖工作原理n1n2q2q1q190°qcqcn2n1n1sinq1=n2sinq2入射角>臨界

qc,發(fā)生全反射n1sinqc

=n2sin90°=n2光的反射、折射光的全反射n1>n2，形成全反射第5頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光纖的結(jié)構(gòu)外層(PVC)包層(125)加強(qiáng)層

(Kevlar)緩沖層(PVC)一次涂覆(250)纖芯(8.3-9/50/62.5)第6頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光纖涂敷層作用減小微彎損耗增加抗磨損功能改進(jìn)抗老化性能防潮易于采用機(jī)械方法剝除涂敷層為光纖提供物理保護(hù)第7頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光纖模式分類多模光纖62.5/125、50/125

單模光纖8.3-9/125

Multimode62.5micronMultimode50micronSinglemode8.3-9micron第8頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月多模光纖分類：50,62.5/OM1,OM2,OM3多模光纖標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)

帶寬850NM

MHZ.KM(min)

帶寬1300NM

MHZ.KM(min)距離（米）1GB/s850NM距離（米）1GB/s1300NM距離（米）10GB/s850NM距離（米）10GB/s1300NM舊的光纖分類

62.5微米160－200500－－＜33－50微米400600－－－－新的光纖分類

OM1(62.5)200500275500300－OM2（50）500500550550＜82－OM3(50)1500/2000500550－＜300＜300

注：OM3光纖使用激光發(fā)射器（LL），在850NM波長(zhǎng)帶寬可達(dá)2000MHZ.kmOM3光纖使用LED發(fā)射器（OFL），在850NM波長(zhǎng)帶寬可達(dá)1500MHZ.KMOM1光纖可以使用CWDM技術(shù)在300米距離上支持10GB/s。所有光纖在850NM波長(zhǎng)的衰減為3.5DB/KM(max)，在1300NM波長(zhǎng)的衰減為1.5DB/KM（max）。第9頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

10Gbps

1

G1

G1

G1

G1

G2005LANSwitchEnterpriseSwitch100MbpsLANSwitch10101010101995LANSwitch1Gbps1001001001001002000新一代多模光纖（OM3）支持萬(wàn)兆10G以太網(wǎng)企業(yè)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展：10Gbps萬(wàn)兆以太網(wǎng)是大勢(shì)所趨第10頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月萬(wàn)兆10G光纖標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)ISO已于2002年3月正式頒布了基于新一代多模光纖（OM3）支持萬(wàn)兆10G以太網(wǎng)的IEEE802.3ae標(biāo)準(zhǔn)文本??！第11頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月OM3光纖OM1：62.5μm多模光纖；OM2：50μm多模光纖；

OM3是新出現(xiàn)的萬(wàn)兆光纖，是50μm多模光纖OM3光纜同時(shí)在LED或激光光源兩種模式下都進(jìn)行了優(yōu)化支持萬(wàn)兆以太網(wǎng)的傳輸適應(yīng)對(duì)未來(lái)的考慮：平均每5年，網(wǎng)絡(luò)主干速度會(huì)提升10倍第12頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

支持萬(wàn)兆以太網(wǎng)的傳輸方式

OM3光纖系統(tǒng)在短距離上具有明顯性能/價(jià)格比優(yōu)勢(shì)。

波長(zhǎng)OM1OM2OM3SM成本對(duì)比（包括有源設(shè)備）850serial

10gbase-sr

10gbase-sw35m65m300mna1x1310cwdm

10gbase-lx4

10gbase-lw4300m300m300m2-10km3-4x1310serial

10gbase-lr

10gbase-lwnanana2-10km1.5-2x1550serial

10gbase-er

10gbase-ewnanana40km4-6x第13頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月n2多模光纖：可以傳輸若干個(gè)模式

n1n1>n2

單模光纖和多模光纖單模和多模光纖的傳輸模式不同n2

n1單模光纖：對(duì)給定的工作波長(zhǎng)只能傳輸一個(gè)模式n1>n2第14頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光纖的傳輸模式光線在光纖中傳輸，就是交變的電場(chǎng)和磁場(chǎng)在光纖中傳輸。電磁場(chǎng)的各種不同分布形式，稱為模式。模式大致可分為基模，低次模和高次模。每種模式都有一個(gè)與它相對(duì)應(yīng)特定的入射角。高次模對(duì)應(yīng)于大的入射角。低次模對(duì)應(yīng)于小的入射角。光纖端面要求光波的入射臨界角θc越大模數(shù)就越多，光纖芯徑越粗時(shí)模數(shù)越多。第15頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光纖的衰減是指光功率隨傳輸距離的增加而衰減低衰減是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離光纖通信的前提用衰減系數(shù)來(lái)表示損耗，其單位是dB/km第16頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光纖的衰減系數(shù)光源光脈沖光纖Lpipo光脈沖AB光纖衰減示意圖a=10/Llogpi/Po（dB/Km）pipo—光纖的輸入、輸出功率L—光纖的長(zhǎng)度

a—每千米光纖的衰減值，即衰減系數(shù)幾個(gè)典型值:3dB50%光傳輸

10dB10%光傳輸

20dB1%光傳輸?shù)?7頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月引起光纖衰減的原因一、吸收損耗（1）本征吸收光纖材料（SiO2）本身吸收光能而產(chǎn)生的。又稱為固有吸收，是不可消除的。只有選用本征吸收比較小的材料，才能減少其損耗值。（2）雜質(zhì)吸收主要是由于光纖中各鐵、銅、錳、鉻、釩等過(guò)渡金屬離子和氫氧根（OH）離子，這些離子在光的激勵(lì)下產(chǎn)生振動(dòng)，吸收光能，從而造成對(duì)光的吸收。第18頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月引起光纖衰減的原因二、散射損耗（1）瑞利散射損耗光纖材料的本征損耗。它是由材料折射率分布小尺度的隨機(jī)不均勻性所引起的。它和波長(zhǎng)的四次方成反比，即波長(zhǎng)越短，損耗越大。（2）波導(dǎo)散射損耗（結(jié)構(gòu)不完善損耗）光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)缺陷引起的損耗，這種損耗與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)。光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)缺陷主要由熔煉工藝不完善和拉絲工藝不適當(dāng)引起的。第19頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月引起光纖衰減的原因三、彎曲和微彎曲損耗彎曲損耗是由于光纖中的傳導(dǎo)模在光纖的彎曲部分轉(zhuǎn)換成輻射模而造成的。它與光纖的彎曲半徑成指數(shù)關(guān)系，彎曲半徑越大，彎曲損耗越小。微彎曲損耗是由于成纜時(shí)產(chǎn)生的不均勻側(cè)向壓力引起的。波導(dǎo)散射損耗是在光纖制造過(guò)程中產(chǎn)生的，而微彎曲損耗是在光纖制成之后，從側(cè)面對(duì)光纖施加壓力時(shí)，使光纖軸產(chǎn)生微米級(jí)彎曲引起的。第20頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月O二1280~1325nmE五1360~1460nm00.30.60.91.212501300135014001450150015501600波長(zhǎng)(nm)衰減（dB/km)光纖衰減曲線LC三1530~1565nm四1565~1625nm第21頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光纖的重要特性—色散色散的概念：光信號(hào)中不同頻率成分或不同模式的光在光纖中傳輸速度和距離不一樣，到達(dá)終點(diǎn)有先后，從而產(chǎn)生波形畸變，稱之為色散。

輸入脈沖

輸出脈沖第22頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光纖的色散與帶寬的關(guān)系不同模式之間傳播速度不同而產(chǎn)生的時(shí)延差，隨光纖長(zhǎng)度積累色散導(dǎo)致碼間干擾，增加誤碼率，限制了光纖的通信容量色散越大，帶寬越小an1>n2

n1n2第23頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月影響光纖傳輸?shù)囊蛩毓饫w的各個(gè)組成部分的材料質(zhì)量及制造工藝的質(zhì)量光纖的彎曲半徑作用在光纖上的外力，如捆扎、扭曲光纖連接器及其連接操作的質(zhì)量光纖接續(xù)的質(zhì)量………第24頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)力彎曲扭轉(zhuǎn)

外力對(duì)光纖的影響PMD=時(shí)間延遲外力作用下的光纖理想光纖偏振模色散(PMD)

PMD對(duì)大容量數(shù)字和模擬通信系統(tǒng)工作是十分重要的第25頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光源的種類及區(qū)別LED:發(fā)光二極管,發(fā)熒光（非相干光），譜線寬，入纖功率小，調(diào)制速率低，適合于低速短距離系統(tǒng)；使用簡(jiǎn)單壽命長(zhǎng)。LD：輸出激光（相干光），譜線窄，入纖功率高，調(diào)制速率高，適合于高速長(zhǎng)距離系統(tǒng)；溫度敏感相對(duì)壽命短。第26頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月LED&LD激光器的比較第27頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光纖在以太網(wǎng)中的應(yīng)用10Base-FL:多模光纖傳輸?shù)?0Mbps以太網(wǎng)，線纜的最大長(zhǎng)度為2000米；100Base-FX：多模光纖(1300納米波長(zhǎng)）傳輸?shù)?00Mbps以太網(wǎng)，62.5微米纜最長(zhǎng)2000米，50微米纜最長(zhǎng)2000米；100BASE-SX:多模光纖(850納米波長(zhǎng)）傳輸?shù)?00Mbps以太網(wǎng)，62.5微米纜最長(zhǎng)300米，50微米纜最長(zhǎng)300米；1000Base-SX：多模（850納米波長(zhǎng)）光纖連接的千兆比特以太網(wǎng)，62.5微米纜最遠(yuǎn)傳輸距離275米，50微米纜最長(zhǎng)550米；1000Base-LX：多模（1300納米波長(zhǎng)）光纖連接的千兆比特以太網(wǎng)，62.5微米纜最遠(yuǎn)傳輸距離550米，50微米纜最長(zhǎng)550米第28頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月各種協(xié)議支持的距離和信道衰減應(yīng)用

波長(zhǎng)（nm）

最大距離m（ft）

最大信道衰減（dB）

62.5μm

50μm

62.5μm

50μm1

10BASE-FL（以太網(wǎng)）

8502,000(6,560)12.58.2100BASE-FX（快速以太網(wǎng)）

13002,000(6,560)11.06.7100BASE-SX（快速以太網(wǎng)）

850300(984)4.04.04.5

1000BASE-SX2（千兆比特以太網(wǎng)）

850275(902)550(1,804)3.23

3.93

1000BASE-LX2（千兆比特以太網(wǎng)）1300550(1,804)550(1,804)4.03

3.53第29頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月注：上標(biāo)說(shuō)明1.對(duì)基于LED的應(yīng)用，相對(duì)于62.5μm光纖，對(duì)50μm光纖來(lái)說(shuō)，光源的最大耦合損耗是4.3dB。10BASE－FL規(guī)定了對(duì)50μm光纖的最大耦合損耗為5.7dB。令牌環(huán)，F(xiàn)DDI和100BASE-FX規(guī)定了對(duì)50μm光纖的最大耦合損耗為5.0dB。2．這是基于激光光源的應(yīng)用。3．根據(jù)IEEE802.3z，信道衰減取決于插入損耗和冗余量。4．光源必須在50μm光纖中耦合足夠大的功率，以使在去除任何耦合損耗的情況下取得4.0dB的功率分配。5．標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在使用50μm光纖時(shí)，使用者必須保持與62.5μm同樣的功率分配。

第30頁(yè)，課件共32頁(yè)，創(chuàng)作于202