光纤通信原理及基础知识V10

1、0光纤的通信原理及基础知识工程规划设计部1第一章第一章 光纤通信的基本原理光纤通信的基本原理第二章第二章 光纤的基本结构和分类光纤的基本结构和分类第三章第三章 光纤的基本参数光纤的基本参数第四章第四章 光纤的制造方法光纤的制造方法光纤的通信原理及基础知识2f10km1km100m10m1m1cm1dm105m100km107m010Hz100Hz1k10k100k1M10M100M1G10G1cm100m1mm10m100nm1m10nm1nm100pm10pm1pm10G100G1T10T100T1015T1017T1016T1019T1018T1020T1.6m1.5m1.3m1.4m1.

2、1m1.2m1m900nm800nm700nm500nm600nm400nm红外线紫外线X射线伽玛射线光纤应用范围无线电电视卫星LWKWMWUKWdmcm高频微波低频交流电直流电微波可见光电磁波谱频谱分配频谱分配光纤通信的基本原理3信号处理发送端信号处理接收端光波导光通信的基本原理光通信的基本原理光纤通信的基本原理4光光在传输过程中，在两种不同的传输媒质的界面将产生在传输过程中，在两种不同的传输媒质的界面将产生以下行为以下行为：一部分入射光将被反射一部分入射光将被反射 一部分入射光将进入第二种媒质，并产生一部分入射光将进入第二种媒质，并产生折射折射媒质媒质1 折射率折射率n1媒质媒质2 折射率

3、折射率n2 入射光线反射光线12 1= 2n1Sin 1=n2Sin 2媒质媒质1 折射率折射率n1媒质媒质2 折射率折射率n2 入射光线12折射光线光的反射和折射定律光的反射和折射定律光纤通信的基本原理5折射率折射率 n n光在真空中的传播速度光在真空中的传播速度/ /光在该媒质中的传播速度光在该媒质中的传播速度1.01.00031.331.4571.472全反射：全反射： 当当n1n2时，随着入射角的不断增加，在入射角达到某一值时，折射时，随着入射角的不断增加，在入射角达到某一值时，折射角达到角达到90oC，我们把此时的入射角称为临界角，我们把此时的入射角称为临界角 0

4、 。当入射角大于临界角。当入射角大于临界角时，将发生全反射。时，将发生全反射。媒质媒质1媒质媒质2根据折射定律，我根据折射定律，我们可以求出临界角，们可以求出临界角，此时此时 290o。即。即n1Sin 0=n2Sin90o所以所以 Sin 0=n2/n1媒质媒质折射率折射率真空真空空气空气水水多模光纤多模光纤单模光纤单模光纤玻璃玻璃钻石钻石光的全反射定律光的全反射定律光纤通信的基本原理6光通信正是利用了全反射原理，当光的注入角满足一光通信正是利用了全反射原理，当光的注入角满足一定条件时，光便能在光纤定条件时，光便能在光纤(光波导光波导)内形成全反射，从内形成全反射，从而达到长距离传输的目的。

5、而达到长距离传输的目的。包层包层 n2纤芯纤芯 n1光纤中光纤中心轴线心轴线 090- 0 包层包层 n2空气 n0 1光纤的导光原理光纤的导光原理光纤通信的基本原理7 Very small signal loss Impervious to electromagnetic More safety Easy for operation Large capacity1Mb/s=1 ,000,000bits per second2Mb/s= 30 lines565Mb/s= 7680 lines光纤通信的优点光通信基本原理8第一章第一章 光纤通信的基本原理光纤通信的基本原理第二章第二章 光纤的基本

6、结构和分类光纤的基本结构和分类第三章第三章 光纤的基本参数光纤的基本参数第四章第四章 光纤的制造方法光纤的制造方法光纤的通信原理及基础知识9光纤的结构及组成光纤的结构及组成 涂层 力学影响的防护涂层(acrylic) 250 m 涂层 250 m 标准单模光纤标准单模光纤标准梯度折射率分布多模光纤标准梯度折射率分布多模光纤 纤芯 (SiO2+Ge+F) (掺锗二氧化硅)8.6-9.5 m 纤芯(聚甲基丙烯酸甲酯 )980 m 包层(SiO2+F)掺氟二氧化硅125 m 纤芯(掺锗二氧化硅)50 m / 62.5 m / 100 m涂层 1000 m 塑料光纤塑料光纤光纤的基本结构和分类10涂涂

7、 层层包包 层层纤芯纤芯光纤的基本结构和分类11PCVD fiber:Core: SiO2+Ge+FCladding: SiO2+FPri. Coating: acrylicSec.Coating: acrylicCoreCladdingCoating光纤的组成光纤的组成光纤的基本结构和分类12光折射率分布Refractive index distributionn2n1n2n1n2n1光纤的基本结构和分类13光纤的基本结构和分类14光纤的基本结构和分类15光纤的基本结构和分类16 G651多模光纤：多模光纤：工作波长为工作波长为850nm的的LAN用的多模光纤用的多模光纤 G652光纤：光纤

8、：最佳工作波长为最佳工作波长为1310nm的单模光纤的单模光纤： G652A G652B:标准光纤标准光纤 G652C G652D：低水峰（全：低水峰（全波波 ）光纤光纤 G653光纤：光纤：零色散波长在零色散波长在1.55 m窗口的单模光纤窗口的单模光纤 G654光纤：光纤：截止波长在截止波长在1500 nm的海底应用单模光纤的海底应用单模光纤,又称为最低又称为最低 衰减单衰减单 模光纤模光纤 G655光纤：光纤：在在1550nm窗口给定波长区间内色散不为零的色窗口给定波长区间内色散不为零的色 散位移单模散位移单模光纤，光纤， 称为非零色散位移光纤称为非零色散位移光纤 G655A ：单信道单

9、信道光纤光纤(1995) G655B、 G655C ：DWDM光纤光纤(2000.10,2003.1) G656光纤：光纤：使用于使用于DWDM 系统系统S+C+L波带的非零色散位移光纤波带的非零色散位移光纤 (2003.10提出，提出，2004.4争取会议同意争取会议同意)光纤的基本结构和分类17光纤的基本结构和分类181.分类分类 2003年年1月月20日日31日，日，ITU-T15组根据光纤支持的应用对组根据光纤支持的应用对PMD的要求和的要求和1383nm的衰减的要求将的衰减的要求将G.652光纤进一步细分为：光纤进一步细分为：4种，即种，即G.652A 、G.652B、 G.652C

10、 、G.652D2.特点特点 1.G.652B、 G.652C 、G.652D可以工作在可以工作在L波带波带 2.G.652A 、 G.652C 光纤光纤PMD系数链路最大设计值系数链路最大设计值 PMDQ为为0.5ps/km， G.652B、 G.652D光纤光纤PMD系数链路最大设计值系数链路最大设计值PMDQ为为0.2ps/kmG652光纤的分类、特点与应用光纤的基本结构和分类19 3.应用应用 1.G.652A：支持支持G.957规定的规定的SDH传输传输系统，系统，G.691规定的带光放大的单通过路规定的带光放大的单通过路STM-16（ 2.5Gbit/s ）的）的SDH传输系统，传

11、输系统，G.693规定的规定的40km的的10Gbit/s以太网系以太网系统及统及STM-256 2.G.652B：主要支持更高速率主要支持更高速率 ，例如，例如G.691和和G.692传输系统中直到传输系统中直到STM-64 （10Gbit/s），在），在G.693和和G.959.1中对中对于于STM-256的某些应用的某些应用 3.G.652C（低水峰光纤）（低水峰光纤） ：与与G.652A光纤属性类似，允许使用在光纤属性类似，允许使用在13601530nm扩展波长范围扩展波长范围 4.G.652D：与与G.652B光纤属性类似，允光纤属性类似，允许使用在许使用在13601530nm扩展波

12、长范围扩展波长范围G652光纤的分类、特点与应用光纤的基本结构和分类20G655光纤的分类、特点与应用1.分类分类 2003年年1月月20日日31日，日，ITU-T15组根据光纤的组根据光纤的PMD的要求和的要求和色散特性的要求区分将色散特性的要求区分将G.655光纤进一步细分为：光纤进一步细分为：3种，即种，即G.655A 、G.655B、 G.655C2.特点特点光纤的基本结构和分类21G655光纤的分类、特点与应用3.应用应用 G.655A ：主要支持：主要支持G.691、 G. 692、 G. 693和和G. 959.1应用，对于应用，对于G. 692 应用，根据通道波长和规定的色散特

13、性，限制最大的注入功率，应用，根据通道波长和规定的色散特性，限制最大的注入功率，典型的最小通道间隔不小于典型的最小通道间隔不小于200GHz G.655B：主要支持：主要支持G.691、 G. 692、 G. 693和和G. 959.1应用，对于应用，对于G. 692 应用的密集波分复用传输系统，根据通道波长和规定的色散特性，最应用的密集波分复用传输系统，根据通道波长和规定的色散特性，最大的总注入功率比大的总注入功率比G.655A 光纤容许的高，典型的最小通道间隔光纤容许的高，典型的最小通道间隔100GHz或者更小或者更小 G.655C：属性与：属性与G.655B光纤相似，但是光纤相似，但是G

14、.655C 光纤对光纤对PMD要求更要求更严格，允许严格，允许STM-64系统传输距离超过系统传输距离超过400km和和G.959.1 STM-256的应用的应用 光纤的基本结构和分类22 长距离应用，大有效面积色散平坦型长距离应用，大有效面积色散平坦型G.655是发展方向是发展方向 城域网中，低水峰光纤有较大的应用前景，关键在价格，目前主城域网中，低水峰光纤有较大的应用前景，关键在价格，目前主 要采用的是要采用的是G.652A、 G.652B光纤光纤 接入网中将主要应用接入网中将主要应用G.652光纤，光纤，其发展前景仍被很多专家看好其发展前景仍被很多专家看好 （目前市场规模在下降，但仍继续

15、占主导地位）（目前市场规模在下降，但仍继续占主导地位） LAN中将主要应用多模光纤，芯径逐渐由中将主要应用多模光纤，芯径逐渐由62.5 m向向50 m发发 展，展，市场在逐渐扩大市场在逐渐扩大 室内布线将向塑料光纤发展室内布线将向塑料光纤发展 光纤的基本结构和分类23 核心网城域网接入网A1a、A1b 适用G.652B 可用 适用 可用G.652CG.652D 可用 适用G.655BG.655C 适用可用光纤种类光纤种类网络结构网络结构光纤的基本结构和分类24第一章第一章 光纤通信的基本原理光纤通信的基本原理第二章第二章 光纤的基本结构及分类光纤的基本结构及分类第三章第三章 光纤的基本参数光纤

16、的基本参数第四章第四章 光纤的制造方法光纤的制造方法光纤的通信原理及基础知识25光纤的基本参数26dxdy光纤的基本参数27光纤的基本参数28光纤的基本参数29Definition: Power lower downto 0.135Po.MFD related to wavelengthSplice loss mostly dependedby MFD mismatchMFD can influence bendingloss, Dispersion and etc.Sales strategy: select fiberwith MFD matched well光纤的基本参数30Defini

17、tion: Loss(dB)=-10lg(Pout/Pin)Limited the transmission distance.Intrinsic losses: Rayleigh scattering, Material resonance (Ultraviolet & Infrared Absorption)Extrinsic losses: Absorption, Bending lossesP0PLL光纤的基本参数31衰减衰减 (dB/km)波长波长(nm)131015500.360.20OH-吸收峰吸收峰(又称为：水峰又称为：水峰)光纤的基本参数32光纤的基本参数33Theo

18、retical max distance limited by the dispersion2sGbkmnmpsDkmL/Bcapacity1550nm(G.652)1550nm(G.655)1310nm(G.652)2.5Gb/s928km4528km6400km10Gb/s58km283km400km20Gb/s14.5km70kml00km40Gb/s3.6km18km25km=10 5光纤的基本参数3484-401200-818001400150016001700132nm4色散色散D(ps/(nmkm)波长波长(nm)1非色散位移光纤非色散位移光纤2色散位移光纤色散位移光纤3色散平坦

19、光纤色散平坦光纤4 非零色散位移光纤非零色散位移光纤光纤的基本参数35光纤的基本参数36Cut-off wavelengthDefinition:2na / V 2 Power in cladding vs VV=2.405, single mode.working wavelength must bigger than cutoff.power in cladding.bending loss sensitive.Fiber theoretical cutoff.fiber effective cutoff (2m).cable cutoff.MAC: MFD/Cutoff光纤的基本参数37

20、光纤的基本参数38光纤的基本参数39PMD定义定义 Definition: dispersion of the two linear-polarized modes caused by imperfect waveguide structure tPMD=Dpmd * L0.5 PMD Link y= PMDQ :99.99% probability of 100000 y21121nkxkn光纤的基本参数40Theoretical max distance limited by the dispersion B When the Bit rate exceed 10Gb/s, the PMD

21、 must be considered. Reduce fiber PMD value: improve fiber geometry performance induce rotation to bare fiber2sGb2kmpsPMDkm =10 4PMD (ps/4 km)2.5 Gb/s10 Gb/s40 Gb/s3.0180kmllkmlkm101,600 km100 km6km0.56,400 km400 km25km0.240,000 km2,500 km156KM光纤的基本参数41Intrinsic and extrinsic reasons of PMD ellipticalCladding core eccentriccladdingairvoidstressellipticalcoatingeccentriccoatingExtrinsic Causesstressbendtwist光纤的基本参数42光纤的基本参数43ITU-T 关于光纤 的主 要规范1550nm1550nm1310nm 和1550nm适用工 作窗 口5dB5dB1dB1550nm的微 弯衰 耗0.190.25dB/km0.190.25dB/km0.170.25dB/km典型衰 减系 数（1550nm)-0.30.