设计工程师培训光的概念ppt课件

1、IBM Global Services带宽的聚集带宽的聚集无阻塞的多个无阻塞的多个1 Gb/s 的合并通信量的合并通信量越来越多高速率、无延时的传输需求越来越多高速率、无延时的传输需求IT 应用的合并应用的合并应用服务器的集中应用服务器的集中备份服务器的集中备份服务器的集中数据库服务器的集中数据库服务器的集中存储网络存储网络高分布式的数据应用高分布式的数据应用天气预报等等天气预报等等当企业和应用不断当企业和应用不断发展时，传输瓶颈发展时，传输瓶颈就不断地的出现就不断地的出现IBM Global Services 10 G 标准已经成功批准标准已经成功批准! IEEE 802.3ae，ISO/I

2、EC 11801, TIA/EIA 568B.3-1 IT人员通过简单的以太网管理工具就可以方便的管理网络人员通过简单的以太网管理工具就可以方便的管理网络 LAN主干等级主干等级, 需要需要10G主干来支持主干来支持 在交换机和数据中心之间，需要在交换机和数据中心之间，需要10G的高速连接的高速连接 成群的高速服务器的互连和交换机到服务器的连接，需要成群的高速服务器的互连和交换机到服务器的连接，需要10G的应用的应用IBM Global ServicesIBM Global Services千兆到桌面的应用，需要千兆到桌面的应用，需要10G主干来进行支撑，主干来进行支撑，并且在建筑群和城域网传

3、输中需要更高的速率和并且在建筑群和城域网传输中需要更高的速率和带宽带宽对于多模光纤来说，其任务就是提供低成本的、对于多模光纤来说，其任务就是提供低成本的、有效的有效的10G传输解决方案传输解决方案对于单模光纤来说，其任务就是如何充分发挥他对于单模光纤来说，其任务就是如何充分发挥他的潜力，使其能成功达到的潜力，使其能成功达到100G/s以上的传输速率以上的传输速率IBM Global Servicesv光纤概述光纤概述v- -光纤的成分、构造光纤的成分、构造v- -光纤通信的工作原理光纤通信的工作原理v- -光纤的制造工艺光纤的制造工艺v光纤的着色及光纤色谱光纤的着色及光纤色谱IBM Globa

4、l ServicesIBM Global Services 纤纤 芯芯 包包 层层外涂层外涂层内涂层内涂层IBM Global Servicesv 减小微弯损耗v 增加抗磨损、抗切入功能v 改进抗老化性能v 防潮v 易于采用机械方法剥除IBM Global Servicesv光纤概述光纤概述v- -光纤的成分、构造光纤的成分、构造v- -光纤通信的工作原理光纤通信的工作原理v- -光纤的制造工艺光纤的制造工艺v光纤的着色及光纤色谱光纤的着色及光纤色谱IBM Global Servicesn1n2q2q1 q190qc qcn2n2n1 临界临界 qc, qc, 发生全反射发生全反射n1sin

5、qc = n2sin 90n1sin qc = n2sin 90=n2=n2光的反射、折射光的全反射光的全反射IBM Global Services n 1光在纤芯中传播IBM Global Services多模光纤：可以传输若干个模式多模光纤：可以传输若干个模式 n 1a按传输模式分，光纤可分为多模光纤和单模光纤两大类 n 1单模光纤：对给定的工作波长只能传输一个模式单模光纤：对给定的工作波长只能传输一个模式IBM Global Services光损耗用来衡量脉冲沿光纤传送时光损耗用来衡量脉冲沿光纤传送时损失了多少光，可以用输出脉冲的损失了多少光，可以用输出脉冲的能量与输入脉冲的能量之比来表

6、示能量与输入脉冲的能量之比来表示。引起光损耗的物理机制有两种，即引起光损耗的物理机制有两种，即散射和吸收。散射和吸收。光缆损耗用光缆损耗用dB表示。表示。散射散射光偏离了预定的路径为散射。光偏离了预定的路径为散射。当光在光纤中散射时，光线会沿新当光在光纤中散射时，光线会沿新的方向传送，部分光纤会超过光纤的方向传送，部分光纤会超过光纤总体内部反射的临界角。发生这种总体内部反射的临界角。发生这种情况时，一部分光会从包层中漏出情况时，一部分光会从包层中漏出。某些散射是光纤固有的特点，如瑞某些散射是光纤固有的特点，如瑞利散射，而其它散射则是由光纤弯利散射，而其它散射则是由光纤弯曲宏弯曲和微弯曲与制造的

7、不曲宏弯曲和微弯曲与制造的不规则性引起的。规则性引起的。吸收吸收光被光纤吸收，并转化为热量，提高了光纤的实际温度。光被光纤吸收，并转化为热量，提高了光纤的实际温度。光纤制造过程中使用的石英材料和掺杂剂在特定波长时会大光纤制造过程中使用的石英材料和掺杂剂在特定波长时会大量吸收光。量吸收光。光纤中存在的杂质，如羟基离子，也会在特定波长造成大量光纤中存在的杂质，如羟基离子，也会在特定波长造成大量吸收损耗。吸收损耗。IBM Global Services 由于下列原因，光信号会损耗: 光缆中的分子不均匀 光缆的光学纯度不高 光缆中的杂质会吸收光的能量 光缆内核与覆层之间的不均匀会引起如图所示的损耗 光

8、纤的弯曲会造成损耗 光穿越叠层IBM Global Servicesv光纤概述光纤概述v- -光纤的成分、构造光纤的成分、构造v- -光纤通信的工作原理光纤通信的工作原理v- -光纤的制造工艺光纤的制造工艺v光纤的着色及光纤色谱光纤的着色及光纤色谱IBM Global Services v 制造预制件制造预制件v-CVD 法法-化学汽相沉积法化学汽相沉积法v-VAD 法法-汽相轴向沉积法汽相轴向沉积法v-PCVD 法法-改进的化学汽相沉积法改进的化学汽相沉积法v-OVD 法法-棒外汽相沉积法棒外汽相沉积法v 拉拉 丝丝 v 涂敷涂敷IBM Global Services气体反应物和气体反应物和

9、各种掺杂气体各种掺杂气体管子旋转方向管子旋转方向SILICA SILICA TUBETUBE熔结的玻璃熔结的玻璃排出废排出废气气氧氧- -氢火焰灯氢火焰灯火焰灯运动方向火焰灯运动方向硅管硅管SiCl4+O2=SiO2+2Cl2IBM Global Services气体反应物气体反应物火焰灯火焰灯芯棒芯棒SOOT SOOT PREFORMPREFORM移动方向移动方向IBM Global Services预制棒预制棒High-frequency High-frequency doughnut-shaped doughnut-shaped furnacefurnace直径检测直径检测涂覆涂覆同心度

10、监测同心度监测CuringCuringIBM Global Servicesv光纤概述光纤概述v- -光纤的成分、构造光纤的成分、构造v- -光纤通信的工作原理光纤通信的工作原理v- -光纤的制造工艺光纤的制造工艺v光纤的着色及光纤色谱光纤的着色及光纤色谱IBM Global Servicesv为了区分光缆内的不同光纤，光纤应着色为了区分光缆内的不同光纤，光纤应着色v每根光纤可以通过辨认缠绕每组光纤的纱线颜色及光每根光纤可以通过辨认缠绕每组光纤的纱线颜色及光纤本身的颜色分开纤本身的颜色分开v每组内的光纤其排列顺序从每组内的光纤其排列顺序从1 1号纤号纤( (蓝色纤蓝色纤) )开场，严格开场，严

11、格按色谱顺序依次排列按色谱顺序依次排列IBM Global Services 光光 纤纤 序序 号号 光光 纤纤 颜颜 色色1 蓝蓝 (BL)2 桔桔 (OR)3 绿绿 (GR)4 棕棕 (BR)5 灰灰 (SL)6 白白 (WH)7 红红 (RD)8 黑黑 (BK)9 黄黄 (YL)10 紫紫 (VI)11 玫玫 瑰瑰 (RS)12 天天 蓝蓝 (AQ)IBM Global Servicesv光纤传输原理光纤传输原理v光纤的主要参数光纤的主要参数v光纤的类型光纤的类型v光纤选型光纤选型IBM Global Servicesv 单模光纤的主要参数v 多模光纤的主要参数IBM Global Se

12、rvicesv 模场直径(MFD)v 损耗v 色散v 截止波长IBM Global ServicesI Ie er r= =- -I I0 02 22 2/ /2 2w0 w0 w0 =w0 =模场半径模场半径95% 95% 功率分布于功率分布于w0 w0 内内高斯定义高斯定义: :0 00 0- w0- w0w0w0I0I00. I00. I0比特曼比特曼IIII定义没有假定光纤能量场的特定性状，适用于各种单模光纤定义没有假定光纤能量场的特定性状，适用于各种单模光纤. .IBM Global Servicesv 损耗就是指光功率随传输距离的增加而衰减损耗就是指光功率随传输距离的增加而衰减v

13、低损耗是实现远距离光纤通信的前提低损耗是实现远距离光纤通信的前提v 用衰减系数来表示损耗，其单位是用衰减系数来表示损耗，其单位是dB/kmdB/kmv 损耗的测量：两种主要的测量方法损耗的测量：两种主要的测量方法v- -剪断法剪断法(CCITT(CCITT建议的基准测量法建议的基准测量法) )v- -背向散射法背向散射法( (又称光时域反射计又称光时域反射计(OTDR)(OTDR)法法) )IBM Global ServicesO二二12801325nmE五五13501450nm00.30.60.91.212501300135014001450150015501600波长波长 (nm)衰衰 减

14、减 （dB/km)LC三三15301565nm四四15651625nmIBM Global Servicesv 材 料 色 散 (色度色散)v 波 导 色 散 (很小可以忽略)v 偏振模色散IBM Global Services不同波长的传输速率不同而引起的时延差单位：ps/nm.km 输输 入入 脉脉 冲冲 输输 出出 脉脉 冲冲IBM Global Services慢轴慢轴PMD = PMD = 时间延迟时间延迟实际光纤实际光纤快轴快轴理想光纤理想光纤IBM Global Servicesv截止波长定义：v光纤中只传输一个基模单模时的最短波长IBM Global Servicesv数值孔径

15、NA）v带宽模间色散）v差分模时延DMD）IBM Global Servicesv表示光纤接收入射光的能力v数值孔径NA）Sin（ n12n22 ）a n 1qIBM Global Servicesv不同模式之间传播速度不同而产生的时延差，随光纤长度积累v模间色散很大，在多模光纤中使用带宽这以概念来描述模间色散v模间色散越大，带宽越小a n 1IBM Global Servicesv改变掺杂二氧化锗的浓度来改变折射率的分布v位于光纤中央位置的二氧化锗浓度最高并逐渐减少折射率到包层以形成梯度型特性v二氧化锗极易挥发，在对预制棒进一步熔缩前及熔缩过程中，中央位置的二氧化锗极易损失掉，导致光纤折射率

16、在中央位置出现凹陷。理想折射率分布理想折射率分布有凹陷的折射率分布有凹陷的折射率分布IBM Global Servicesv折射率凹陷破坏了传输极理：不同模式沿不同路径仍然可在同一时间到达接收端v导致光脉冲抖动引起误码vDMD随光纤长度积累IBM Global Servicesv光纤传输原理光纤传输原理v光纤的主要参数光纤的主要参数v光纤的类型光纤的类型v光纤选型光纤选型IBM Global ServicesvG.650单模光纤相关参数的定义和试验方法vG.65150/125m多模渐变型折射率光纤光缆特性vG.652单模光纤光缆特性vG.653色散位移单模光纤光缆特性vG.654截止波长位移型

17、单模光纤光缆特性vG.655非零色散位移单模光纤光缆特性 IBM Global Services多模光纤 (G.651) 单模光纤 色散非位移光纤 （G.652） 色散位移光纤 （G.653） 非零色散位移光纤 （G.655） 全波光纤 (G.652.C)IBM Global Services G.652: G.652: 色散太大，限制传输速率色散太大，限制传输速率 G.653: G.653:色散过低，引起四波混频色散过低，引起四波混频 G.655: G.655:在在EDFAEDFA波段具有最优化的色散波段具有最优化的色散 EDFA EDFA 波段波段C CL L传统单模光纤传统单模光纤G.6

18、52G.652非零色散位移光纤非零色散位移光纤G.655G.655色散位移光纤色散位移光纤G.653G.653160016001700170014001400130013001200120015001500波长波长 (nm) (nm) 20 20 10 10 0 0-10-10-20-20色散色散 (ps/nm.km) (ps/nm.km)110011000.10.10.20.20.30.30.40.40.50.50.60.6衰减衰减(dB/km)(dB/km)谱损耗曲线谱损耗曲线IBM Global Services光纤分类 光纤类型 匹配包层光纤(G.652) 全波光纤(G.652.C)

19、单模光纤 真波光纤(G.655) 62.5 微米 多模光纤 50 微米 IBM Global Servicesv传输速率相对较低、传输距离相对较短v节点多、接头多、弯路多(光功率强）v连接器、耦合器用量大器件成本低）v规模小，单位光纤长度使用光源个数多LED和VCSEL激光器）v衰减大，色散大v数值孔径大，接收的光功率强v多模光纤器件比单模光纤便宜v使用LED、VCSEL激光器网络成本是单模光纤的网络成本是单模光纤的 1/4IBM Global Servicesv多模光纤的特性正好满足了网络用纤的要求 v用于短距离数据和图像系统v光纤计算机局域网v校园网v企业内部网v大楼布线的垂直主干v水平布

20、线v光纤到桌FTTD)IBM Global Services以纤芯、包层直径、数值孔径的不同定义了四种多模光纤A1a50/125/0.200）A1b62.5/125/0.275）A1c85/125/0.275）芯/包尺寸大使制作成本高，且抗弯性能差，带宽降低A1d100/140/0.316）包层直径大与测试仪器和连接器件不匹配IBM Global Servicesv支持10Gb/s传输距离300米v50um芯径，传输模数量为62.5的1/2.5v使用VCSEL激光器v使用没有折射率中心凹陷的多模光纤IBM Global Servicesv1310nm和1550nm窗口衰减低v杰出的偏振模色散(

21、PMD)特性v优异的芯/包同心度、涂层外径和卷曲半径IBM Global ServicesOLEC传统单模光纤00.30.60.91.212501300135014001450150015501600Wavelength (nm)Lossps/nmkm-1001020DispersionIBM Global Servicesv首次实现第五波段的应用v在1400nm波段(13501450)衰减降低200%v可使用的波长范围增加50%(从200nm增大到300nm)v全波光纤在第五波段具有的优势将实现系统的灵活配置，在每根光纤上实施多项业务IBM Global Services 光缆介绍光缆介绍I

22、BM Global Servicesv光缆的分类光缆的分类IBM Global Services Slotted CoreSlotted Core骨架式骨架式Central TubeCentral Tube中心束管式中心束管式Loose TubeLoose Tube层绞式层绞式光缆的分类光缆的分类IBM Global Services PEPE外护套外护套铝塑皱纹带铝塑皱纹带包扎带包扎带光纤光纤骨架骨架中心加强件中心加强件填充油膏填充油膏v光缆芯数 4-1000芯 v光缆外径(mm) 17.2-30v光缆重量(KgKm) 120-760v弯曲半径(mm) 20倍光缆外径v抗张强度(N) 长期6

23、00-1000v 短期1500-3000v抗侧压能力(N)3000v工作温度 40 -+70 v 仅供参考IBM Global ServicesPE PE 外护套外护套涂塑铝带涂塑铝带包带包带填充油膏填充油膏松套管松套管垫层垫层加强钢丝加强钢丝 光纤光纤v光缆芯数 2-864芯 v光缆外径(mm) 10.5-37v光缆重量(KgKm) 99-720v弯曲半径(mm) 20倍光缆外径v抗张强度(N) 长期600-1000v 短期1500-3000v抗侧压能力(N) 长期800-1000v 短期1000-3000v工作温度 -40 -+70 v仅供参考IBM Global Services PE PE 外护套外护套加强钢丝加强钢丝皱纹涂塑钢带皱纹涂塑钢带阻水带阻水带芯管芯管光纤光纤v光缆芯数 2-576芯 v光缆外径(mm) 9.1-22.6v光缆重量(KgKm) 92-4