光纖通信基本知識(shí)

關(guān)于光纖通信基本知識(shí)光纖通信的優(yōu)點(diǎn)通信容量大中繼距離長(zhǎng)不受電磁干擾資源豐富光纖重量輕、體積小第2頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天光通信發(fā)展簡(jiǎn)史2000多年前烽火臺(tái)——燈光、旗語(yǔ)1880年光電話(huà)——無(wú)線(xiàn)光通信1970年光纖通信第3頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天光纖通信發(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(xiàn)路。第4頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天電磁波譜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)第5頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天光的基本知識(shí)光是一種電磁波可見(jiàn)光350nm—750nm光纖通信所用的波長(zhǎng)

800——1600nm光的反射、折射全反射第6頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天光的基本知識(shí)n1n2n1<n2θ1θ2θ3入射折射反射視覺(jué)位置實(shí)際位置空氣水第7頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天光的基本知識(shí)n1n2n1>n2n1n2臨界角900臨界角n1n2全反射入射角=反射角θ1θ2第8頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天光纖的結(jié)構(gòu)纖芯包層保護(hù)套第9頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天光纖的結(jié)構(gòu)纖芯core：折射率較高，用來(lái)傳送光；包層coating：折射率較低，與纖芯一起形成全反射條件；保護(hù)套jacket：強(qiáng)度大，能承受較大沖擊，保護(hù)光纖。3mm光纜橘色MM

黃色SM第10頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天常見(jiàn)光纖名詞數(shù)值孔徑（NumericAperture）

NA=SINθ

θ接收錐第11頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天常見(jiàn)光纖名詞輸入輸入輸出輸出低數(shù)值孔徑NA高數(shù)值孔徑NANANA第12頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天

外徑一般為125um(一根頭發(fā)平均100um)內(nèi)徑：?jiǎn)文?um

多模50/62.5um12595012562.5125光纖的尺寸第13頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天光纖的分類(lèi)按材料分類(lèi)：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。第14頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天按照光纖的模式分類(lèi)單模（Single-Mode）多模（Multi-Mode）按折射率分類(lèi)階越光纖漸變折射率光纖

光纖的分類(lèi)第15頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天光纖的損耗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第16頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天常見(jiàn)光纖名詞衰減：光在光纖中傳輸時(shí)的能量損耗

單模光纖

1310nm0.4~0.6dB/km

1550nm0.2~0.3dB/km

塑料多模光纖

300dB/km第17頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天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第18頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天色散(Dispersion)：光脈沖沿著光纖行進(jìn)一段距離后造成的頻寬變粗。它是限制傳輸速率的主要因素。模間色散：只發(fā)生在多模光纖，因?yàn)椴煌Ｊ降墓庋刂煌穆窂絺鬏?。材料色散：不同波長(zhǎng)的光行進(jìn)速度不同。波導(dǎo)色散：發(fā)生原因是光能量在纖芯及包層中傳輸時(shí)，會(huì)以稍有不同的速度行進(jìn)。在單模光纖中，通過(guò)改變光纖內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)改變光纖的色散非常重要。常見(jiàn)光纖名詞第19頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天光纖類(lèi)型G.652零色散點(diǎn)在1300nm左右G.653零色散點(diǎn)在1550nm左右G.654負(fù)色散光纖G.655色散位移光纖全波光纖第20頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天常見(jiàn)光纖名詞散射

由于光線(xiàn)的基本結(jié)構(gòu)不完美，引起的光能量損失，此時(shí)光的傳輸不再具有很好的方向性。光線(xiàn)缺陷第21頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天光纖系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)一、基本光纖系統(tǒng)的構(gòu)架及其功能介紹：1.發(fā)送單元：把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)；2.傳輸單元：載送光信號(hào)的介質(zhì)；3.接收單元：接收光信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；4.連接器件：連接光纖到光源、光檢測(cè)以及其它光纖。第22頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天光纖系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)二、基本光纖系統(tǒng)方框圖：

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第23頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天常用連接器類(lèi)型SCLCMT-RJDSCVF-45Opti-Jack第24頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天常用連接器類(lèi)型FCTypeSCTypeSC2TypeFDDType第25頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天常用連接器類(lèi)型BICONICTypeD4TypeSMA905TypeSMA906TypeMINIBNCType第26頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天連接頭端面類(lèi)型Ferrule+FlangeInsertionLoss(插入損耗)<0.3dBReturnLoss(回波損耗)PC>40dBSPC>45dBUPC>50dBAPC>60dB第27頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天無(wú)源器件耦合器（coupler）主要功能再分配光信號(hào)重要應(yīng)用在光纖網(wǎng)絡(luò)尤其是應(yīng)用在局域網(wǎng)在波分復(fù)用器件上應(yīng)用第28頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天無(wú)源器件耦合器（coupler）基本結(jié)構(gòu)

耦合器是雙向無(wú)源器件

基本形式有樹(shù)型、星型

——與耦合器對(duì)應(yīng)的有分路器（splitter）第29頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天無(wú)源器件耦合器

以圖形表示1423第30頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天無(wú)源器件波分復(fù)用器

WDM—WavelengthDivisionMultiplexer

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)。第31頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天無(wú)源器件波分復(fù)用器（圖例）

λ1傳送器

λ2傳送器

λ1+

λ2

λ1+

λ2

λ1接收器

λ2接收器第32頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天發(fā)送單元驅(qū)動(dòng)器光源第33頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天接收單元檢測(cè)器放大器

輸出電路第34頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天光放大器

λ0

λ1輸入（信號(hào)弱）

λ1輸出（信號(hào)強(qiáng)）光放大器波分復(fù)用器耦合器

λ1光源監(jiān)測(cè)第35頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天光纖數(shù)字通信數(shù)字系統(tǒng)中脈沖的定義：10%90%50%脈沖寬度上升時(shí)間下降時(shí)間周期振幅第36頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天1.振幅：脈沖的高度在光纖系統(tǒng)中表示光功率能量。2.上升時(shí)間：脈沖從最大振幅的10%上升到90%所需要的時(shí)間。3.下降時(shí)間：脈沖從振幅的90%下降到10%所需要的時(shí)間。4.脈沖寬度：脈沖在50%振幅位置的寬度，用時(shí)間表示。5.周期：脈沖特定的時(shí)間，就是完成一個(gè)循環(huán)所需要的工作時(shí)間。6.消光比：1信號(hào)光功率于0信號(hào)光功率的比值。光纖數(shù)字通信第37頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天光纖通信中常用單位的定義：1.dB=10log10(Pout/Pin)Pout:輸出功率;Pin:輸入功率

2