光纤通信基础知识

1、光纤通信基础知识中国电信十堰传输局q为了顺应战略转型，提高我局基层员工的业务为了顺应战略转型，提高我局基层员工的业务技能素质，使我们的一线员工由技能素质，使我们的一线员工由“线路卫士线路卫士”转变为转变为“维护专家维护专家”。q通过此次培训，使大家对光纤通信的一些基本通过此次培训，使大家对光纤通信的一些基本原理和知识进行掌握，以便今后更好的开展维原理和知识进行掌握，以便今后更好的开展维护工作和使用各类仪表打下良好的基础。护工作和使用各类仪表打下良好的基础。中国电信十堰传输局q光纤通信的特点q光纤的基本知识q通信用光缆基本知识中国电信十堰传输局光纤通信光纤通信与电通信方式的主要差异：与电通信方式

2、的主要差异：一是用光波作为载波传输信号；一是用光波作为载波传输信号；二是用光导纤维构成的光缆作为传输线路。二是用光导纤维构成的光缆作为传输线路。中国电信十堰传输局一、优点：一、优点：1 1、传输频带宽、通信容量大；、传输频带宽、通信容量大；2 2、传输损耗低；、传输损耗低；3 3、不受电磁干扰；光纤非金属介质、不受电磁干扰；光纤非金属介质4 4、成缆细、重量轻；光纤直径小（、成缆细、重量轻；光纤直径小（125m125m）5 5、资源丰富；光纤的制造材料、资源丰富；光纤的制造材料SioSio2 2在自然中的含量十分在自然中的含量十分丰富丰富6 6、绕性好；弯曲直径达、绕性好；弯曲直径达3mm3m

3、m时也不会折断时也不会折断7 7、不怕潮湿、耐高压、耐高温、抗腐蚀。光纤的化学性、不怕潮湿、耐高压、耐高温、抗腐蚀。光纤的化学性能稳定能稳定中国电信十堰传输局二、缺点：二、缺点：1 1、光纤性能脆，需要加保护；、光纤性能脆，需要加保护；2 2、对切断和生产建设接续光纤时需要高精度技术；、对切断和生产建设接续光纤时需要高精度技术；3 3、分路耦合不方便；、分路耦合不方便；4 4、光纤不能输送中继器所需要的电能；、光纤不能输送中继器所需要的电能；5 5、弯曲半径不宜太小。、弯曲半径不宜太小。中国电信十堰传输局主要因素光纤通信的优点光纤通信的缺点使用光引起的信息传输容量大；无电磁干扰；无短路引起的事

4、故；不发生火花；接地设计容易需要光电变换设备光直接放大难使用光纤引起的传输损耗小、频带宽；无电磁感应障碍；可忽略串音；重量轻；不怕潮湿、耐高压、耐高温、抗腐蚀；有可绕性；资源问题小电力传输困难弯曲半径不宜太小需要高级切断接续技术分路耦合不方便使用光半导体元件引起的响应速度快方向性好光功率大中国电信十堰传输局光纤通信的基本组成光纤通信的基本组成一、光发送：电端机一、光发送：电端机/ /光端机光端机电光转换电光转换二、光传输：光纤传输二、光传输：光纤传输三、光接收：光端机三、光接收：光端机/ /电端机电端机光电转换光电转换中国电信十堰传输局电路盘发光盘收光盘电路盘电放大电路盘发光盘收光盘电路盘电路

5、盘电路盘电路盘电路盘收光盘发光盘发光盘收光盘电放大光纤通信的基本组成光纤通信的基本组成中国电信十堰传输局q光纤通信的特点q光纤的基本知识q通信用光缆基本知识中国电信十堰传输局q光纤的结构q光纤的种类q光纤的主要特性中国电信十堰传输局 光纤，实际上是我们平时所说的裸纤。它的强度光纤，实际上是我们平时所说的裸纤。它的强度较差，尤其是柔软性很差，为了达到实际使用的要求，较差，尤其是柔软性很差，为了达到实际使用的要求，在光纤制造过程中，即裸纤从高温炉拉出后二秒钟内在光纤制造过程中，即裸纤从高温炉拉出后二秒钟内要进行涂覆。经过涂覆后的光纤才能用来制造光缆，要进行涂覆。经过涂覆后的光纤才能用来制造光缆，才

6、能满足通信传输的要求。目前使用最广泛的有紧套才能满足通信传输的要求。目前使用最广泛的有紧套光纤和松套光纤两种。光纤和松套光纤两种。中国电信十堰传输局紧套光纤：其纤芯直径达紧套光纤：其纤芯直径达10m10m（多模光纤为（多模光纤为50m 50m ），包层外径为），包层外径为125 m125 m，预涂层即一次，预涂层即一次涂覆层厚度为涂覆层厚度为5 540m40m，缓冲层厚为缓冲层厚为100m100m左右，左右，其二次涂覆层即尼龙套其二次涂覆层即尼龙套塑料层厚度为塑料层厚度为606090m90m。纤芯包层一次涂层缓冲层二次涂层中国电信十堰传输局松套光纤：其纤芯直径达松套光纤：其纤芯直径达10m10

7、m（多模光纤为（多模光纤为50m 50m ），包层外径为），包层外径为125 m125 m，预涂层即一次，预涂层即一次涂覆层为环氧树脂，其涂覆层为环氧树脂，其二次涂覆层为尼龙套塑二次涂覆层为尼龙套塑料。料。纤芯包层树脂涂层硬冲层中国电信十堰传输局q光纤的结构q光纤的种类q光纤的主要特性中国电信十堰传输局一、按传输模数分为单模光纤和多模光纤；一、按传输模数分为单模光纤和多模光纤；二、按传输波长可分为短波长光纤（）和长波长光纤二、按传输波长可分为短波长光纤（）和长波长光纤1.6m)1.6m)三、按套塑结构可分为紧套光纤和松套光纤；按传输模三、按套塑结构可分为紧套光纤和松套光纤；按传输模数可分为单模

8、光纤和多模光纤。数可分为单模光纤和多模光纤。四、按折射率分布可分为阶跃型光纤和梯度型光纤。四、按折射率分布可分为阶跃型光纤和梯度型光纤。中国电信十堰传输局q几何特性几何特性q光学特性光学特性q传输特性传输特性中国电信十堰传输局1 1、芯直径、芯直径 芯直径主要是对梯度型光纤的要求，阶跃型光纤芯直径主要是对梯度型光纤的要求，阶跃型光纤芯与包层界限分明，但梯度型光纤从包层折射率转变芯与包层界限分明，但梯度型光纤从包层折射率转变到纤芯最大折射率是逐渐形成的，芯与包层的边界不到纤芯最大折射率是逐渐形成的，芯与包层的边界不明显。为了统一标准，明显。为了统一标准，ITUITU定义为：当纤芯折射率与包定义为

9、：当纤芯折射率与包层折射率之差达到一定比例的区域叫做纤芯。并规定层折射率之差达到一定比例的区域叫做纤芯。并规定多模光纤的芯直径为多模光纤的芯直径为50503m3m。 中国电信十堰传输局2 2、外径、外径 光纤的外径是指裸纤的直径。无论是多模光纤还光纤的外径是指裸纤的直径。无论是多模光纤还是单模光纤，外径必须保证合格的尺寸才能保证光纤是单模光纤，外径必须保证合格的尺寸才能保证光纤接续质量接续质量ITUITU规定通信用光纤的外径为规定通信用光纤的外径为1251253m3m。中国电信十堰传输局3 3、芯、芯/ /包层同心度和不圆度包层同心度和不圆度 同心度是指张芯中心与包层中心之间的距离除以同心度是

10、指张芯中心与包层中心之间的距离除以芯径。芯径。 同心度包括芯径的不圆度和包层的不圆度。用公同心度包括芯径的不圆度和包层的不圆度。用公式表示：式表示：Nc=Nc=（DmaxDmaxDminDmin）/Dco/Dco式中：式中： DmaxDmax、DminDmin是芯（包层）的最大直径和最小直径；是芯（包层）的最大直径和最小直径； DcoDco是是芯（包层）的标准直径。是是芯（包层）的标准直径。 不圆度严重时影响接续对准效果、增大接头损耗。不圆度严重时影响接续对准效果、增大接头损耗。中国电信十堰传输局q几何特性几何特性q光学特性光学特性q传输特性传输特性中国电信十堰传输局1 1、折射率分布、折射率

11、分布 多模阶跃型光纤多模阶跃型光纤 多模梯度光纤多模梯度光纤 单模阶跃型光纤单模阶跃型光纤中国电信十堰传输局2 2、最大理论数值孔径、最大理论数值孔径 光纤的数值孔径（光纤的数值孔径（NANA）对光源耦合效率、光）对光源耦合效率、光纤损耗对微弯的敏感性和带宽有着密切的关系，纤损耗对微弯的敏感性和带宽有着密切的关系，数值孔径大，容易耦合，微弯敏感小，带宽较数值孔径大，容易耦合，微弯敏感小，带宽较窄。窄。 最大理论数值孔径的定义为：最大理论数值孔径的定义为： NAmax=NAmax=n n1 12 2 - -n n2 22 2式中：式中：n n1 1 为纤芯折射率（多模光纤纤芯最大折射为纤芯折射率

12、（多模光纤纤芯最大折射率）率） n n2 2 为包层折射率为包层折射率中国电信十堰传输局3 3、模场直径、模场直径 模场直径的定义，是根据功率传输函数来表示模场直径的定义，是根据功率传输函数来表示, ,即在即在功率传输函数与横向径位的关系曲线上两个功率传输函数与横向径位的关系曲线上两个1/e1/e点之间点之间的宽度就是模场直径。的宽度就是模场直径。 多模光纤强调纤芯的直径标准和一致性，而单模光纤却多模光纤强调纤芯的直径标准和一致性，而单模光纤却不规定纤芯直径，多模光纤由模场直径代替纤芯直径。不规定纤芯直径，多模光纤由模场直径代替纤芯直径。中国电信十堰传输局4 4、截止波长、截止波长 截止波长是

13、单模光纤保证单模传输的条件，所以截止波长是单模光纤保证单模传输的条件，所以截止波长的定义是大于此波长的二阶截止波长的定义是大于此波长的二阶LPLP模不再传播。模不再传播。要求单模光纤的截止波长一定要小于光通信系统的工要求单模光纤的截止波长一定要小于光通信系统的工作波长。目前光纤的截止波长为作波长。目前光纤的截止波长为1.28 m1.28 m。中国电信十堰传输局q几何特性几何特性q光学特性光学特性q传输特性传输特性中国电信十堰传输局1 1、损耗、损耗 光纤通信的损耗又称衰减。光信号在光纤通信中传光纤通信的损耗又称衰减。光信号在光纤通信中传输，随着距离延长，光的强度随之不断减弱，这正是输，随着距离

14、延长，光的强度随之不断减弱，这正是由于损耗特性的原因。由于损耗特性的原因。 光纤损耗的定义：在光纤上两个相距光纤损耗的定义：在光纤上两个相距 L L的截面之间的的截面之间的波长波长上的衰减上的衰减 A A（）=10lg(P=10lg(P1 1/P/P2 2)dB)dB 式中式中P P1 1为输入光功率；为输入光功率； P P2 2为输出光功率。为输出光功率。 若光纤损耗在长度上是均匀的，将计算出单位长度的若光纤损耗在长度上是均匀的，将计算出单位长度的损耗，称之为损耗常数：损耗，称之为损耗常数： a a（）= A= A（）/L(dB/Km)/L(dB/Km)。中国电信十堰传输局按工程习惯按工程习

15、惯, ,将光纤的损耗、损耗常数统称损耗，用符号将光纤的损耗、损耗常数统称损耗，用符号a a表示。单位可用长度损耗表示。单位可用长度损耗dBdB和单位长度损耗和单位长度损耗dB/KmdB/Km两两种表示。种表示。 光纤产生损耗的原因很多，从材料、熔炼、拉丝、光纤产生损耗的原因很多，从材料、熔炼、拉丝、套塑到施工、运行的每一个环节都将产生损耗。其类套塑到施工、运行的每一个环节都将产生损耗。其类型有固有损耗、外部损耗和应用损耗等。型有固有损耗、外部损耗和应用损耗等。 A A、固有损耗：来源于石英玻璃材料本身的缺陷和所含、固有损耗：来源于石英玻璃材料本身的缺陷和所含杂质，尤其和杂质，尤其和OHOH基的

16、反应。固有损耗重要包括杂质吸基的反应。固有损耗重要包括杂质吸收、固有吸收和瑞利散射等。收、固有吸收和瑞利散射等。 B B、外部损耗：主要是幅射损耗。它与光纤拉制工艺、外部损耗：主要是幅射损耗。它与光纤拉制工艺、涂层、成缆方式、结构工艺等有关。涂层、成缆方式、结构工艺等有关。 C C、应用损耗：施工安装和使用运行中造成的损耗称之、应用损耗：施工安装和使用运行中造成的损耗称之为应用损耗。为应用损耗。中国电信十堰传输局 损耗 本征 非本征 吸收 紫外吸收 金属离子 红外吸收 OH离子、H2 散射 瑞利散射 制造缺陷 米氏散射 受激布里渊散射 受激拉曼散射中国电信十堰传输局2 2、色散、色散 色散：光

17、脉冲沿光纤传输，脉冲宽度随距离增长色散：光脉冲沿光纤传输，脉冲宽度随距离增长而展宽。它将使传输距离和传输速率受限制。而展宽。它将使传输距离和传输速率受限制。 引起色散的因素有很多，主要有：多模光纤中的模式引起色散的因素有很多，主要有：多模光纤中的模式畸变、材料色散和结构色散；单模光纤主要受材料色畸变、材料色散和结构色散；单模光纤主要受材料色散的影响。散的影响。 A A、模式畸变：不同模式传播的速度不同，到达终点的、模式畸变：不同模式传播的速度不同，到达终点的时间亦不同，传播模式越多，模式畸变越大，即带宽时间亦不同，传播模式越多，模式畸变越大，即带宽越小。越小。 B B、材料色散：材料不同光纤的

18、折射率不同，传播速度、材料色散：材料不同光纤的折射率不同，传播速度也不同。也不同。 C C、结构色散：它是由于光纤的几何结构、纤芯尺寸、结构色散：它是由于光纤的几何结构、纤芯尺寸、相对折射率差等方面原因引起的。相对折射率差等方面原因引起的。中国电信十堰传输局三、偏振模色散三、偏振模色散 1 1、偏振模色散定义、偏振模色散定义 在单模光纤传输中，光波的基模含有两个相互垂在单模光纤传输中，光波的基模含有两个相互垂直的偏振态。理想光纤的几何尺寸是均匀的直的偏振态。理想光纤的几何尺寸是均匀的, ,且没有应且没有应力力, ,因而光波在这两个相互垂直偏振态以完全相同的速因而光波在这两个相互垂直偏振态以完全

19、相同的速度传播度传播, ,在光纤的另一端没有任何延迟。然而在光纤的另一端没有任何延迟。然而, ,在实际在实际的光纤中的光纤中, ,两个相互垂直的偏振模以不同的速度传播，两个相互垂直的偏振模以不同的速度传播，因而到达光纤另一端的时间也不同因而到达光纤另一端的时间也不同( (图图1)1)。这两个相互。这两个相互垂直的偏振模在单位长度中的时间差垂直的偏振模在单位长度中的时间差, ,即是即是PMDPMD，其单，其单位为位为ps/kmps/km。中国电信十堰传输局2、偏振模色散产生的原因、偏振模色散产生的原因中国电信十堰传输局3、偏振模色散对于光传输距离的影响、偏振模色散对于光传输距离的影响 当两个正交

20、的偏振模之间的时延差当两个正交的偏振模之间的时延差dtdt达到系统速达到系统速率一个脉冲时隙的三分之一时，将会付出率一个脉冲时隙的三分之一时，将会付出1dB1dB的信号功的信号功率代价。由于率代价。由于PMDPMD的随机统计特性，的随机统计特性，PMDPMD的瞬时值有可的瞬时值有可能达到平均值的能达到平均值的3 3倍。为了保证信号功率代价低于倍。为了保证信号功率代价低于1dB1dB，PMDPMD的平均值必须小于系统速率一个脉冲时隙的十分之的平均值必须小于系统速率一个脉冲时隙的十分之一。一。 中国电信十堰传输局q光纤通信的特点q光纤的基本知识q通信用光缆基本知识中国电信十堰传输局q 光缆的种类光

21、缆的种类q 光缆的型号光缆的型号q 光缆的结构光缆的结构中国电信十堰传输局一、按传输性能、距离和用途可分为市话光缆、长途光一、按传输性能、距离和用途可分为市话光缆、长途光缆、海底光缆和用户光缆；缆、海底光缆和用户光缆；二、按光纤通信的种类可分为单模光缆和多模光缆；按二、按光纤通信的种类可分为单模光缆和多模光缆；按光纤套塑方式可分为紧套光缆和松套光缆；束管式光光纤套塑方式可分为紧套光缆和松套光缆；束管式光缆和带状多芯单元光缆；缆和带状多芯单元光缆；三、按光纤芯数多少可分为单芯光缆、双芯光缆、四芯三、按光纤芯数多少可分为单芯光缆、双芯光缆、四芯光缆光缆 ；四、按加强元件配置可分为中心加强构件光缆（

22、层绞式四、按加强元件配置可分为中心加强构件光缆（层绞式光缆、骨架式光缆）、分散加强构件光缆（束管两侧光缆、骨架式光缆）、分散加强构件光缆（束管两侧加强光缆、扁平光缆）、护层加强构件光缆（铠装光加强光缆、扁平光缆）、护层加强构件光缆（铠装光缆）缆）中国电信十堰传输局五、按敷设方式可分为管道光缆、直埋光缆、架空光缆五、按敷设方式可分为管道光缆、直埋光缆、架空光缆和海底光缆；和海底光缆；六、按护层的材料性质可分为聚乙烯护层普通光缆、聚六、按护层的材料性质可分为聚乙烯护层普通光缆、聚氯乙烯护层阻燃光缆和尼龙防蚁防鼠光缆；氯乙烯护层阻燃光缆和尼龙防蚁防鼠光缆；七、按传输导体、介质状况可分为无金属光缆、普

23、通光七、按传输导体、介质状况可分为无金属光缆、普通光缆、综合光缆；缆、综合光缆；八、按结构方式可分为扁平光缆、层绞式光缆、骨架光八、按结构方式可分为扁平光缆、层绞式光缆、骨架光缆、铠装光缆和高密度用户光缆；缆、铠装光缆和高密度用户光缆；中国电信十堰传输局九、目前通信光缆可分为：九、目前通信光缆可分为：1 1、室（野）外光缆、室（野）外光缆用于室外直埋、管道、槽道、架用于室外直埋、管道、槽道、架空及水下敷设的光缆；空及水下敷设的光缆；2 2、软光缆、软光缆具有优良的曲绕性能的可移动光缆；具有优良的曲绕性能的可移动光缆；3 3、室（局）内光缆、室（局）内光缆适用于室内布放的光缆；适用于室内布放的光

24、缆；4 4、设备内光缆、设备内光缆用于设备内布放的光缆；用于设备内布放的光缆；5 5、海底光缆、海底光缆用于跨越海洋敷设的光缆；用于跨越海洋敷设的光缆；6 6、特种光缆、特种光缆除上述几类这外，作特殊用途的光缆。除上述几类这外，作特殊用途的光缆。中国电信十堰传输局q 光缆的种类光缆的种类q 光缆的型号光缆的型号q 光缆的结构光缆的结构中国电信十堰传输局 光缆的种类较多，同其他产品一样有具体的型式光缆的种类较多，同其他产品一样有具体的型式和规格。目前光缆型号由它的型式代号和规格代号构和规格。目前光缆型号由它的型式代号和规格代号构成。成。中国电信十堰传输局一、光缆的型式代号由五个部分组成一、光缆的

25、型式代号由五个部分组成分类 加强构件派生（形状、特性）护层外护层中国电信十堰传输局、分类代号及其意义、分类代号及其意义1 1、GYGY通信用室（野）光缆；通信用室（野）光缆；2 2、GRGR通信用软光缆；通信用软光缆；3 3、GJGJ通信用局（室）内光缆；通信用局（室）内光缆；4 4、GSGS通信用设备内光缆；通信用设备内光缆；5 5、GHGH通信用海底光缆；通信用海底光缆；6 6、GTGT通信用特殊光缆。通信用特殊光缆。中国电信十堰传输局、加强构件的代号及其意义、加强构件的代号及其意义1 1、无符号、无符号金属加强构件；金属加强构件；2 2、F F非金属加强构件；非金属加强构件；3 3、G

26、G金属重型加强构件；金属重型加强构件；4 4、H H非金属重型加强构件；非金属重型加强构件；中国电信十堰传输局、派生特征的代号及其意义、派生特征的代号及其意义1 1、D D光纤带状结构；光纤带状结构；2 2、G G骨架槽结构；骨架槽结构；3 3、B B扁平式结构；扁平式结构；4 4、Z Z自承式结构；自承式结构；5 5、T T填充式结构；填充式结构；中国电信十堰传输局、护层的代号及其意义、护层的代号及其意义1 1、Y Y聚乙烯护层；聚乙烯护层；2 2、V V聚氯乙烯护层；聚氯乙烯护层；3 3、U U聚氨脂护层；聚氨脂护层；4 4、A A铝铝聚乙烯粘结护层；聚乙烯粘结护层；5 5、L L铝护套；

27、铝护套；6 6、G G钢护套；钢护套；7 7、Q Q铅护套；铅护套；8 8、S S钢钢铝铝聚乙烯综合护层；聚乙烯综合护层；中国电信十堰传输局、外护层的代号及其意义、外护层的代号及其意义代号铠装层方式代号外被层材料0无0无11纤维层2双钢带2聚氯乙烯套3细圆钢丝3聚乙烯套4粗圆钢丝5单钢带皱纹纵包中国电信十堰传输局二、光缆的规格代号由五个部分七基内容组成二、光缆的规格代号由五个部分七基内容组成abbcc光纤数 光纤类别光纤主要尺寸参数使用波长损耗模式带宽适用温度中国电信十堰传输局、光纤数代号用光缆芯数表示：、光纤数代号用光缆芯数表示：1 1、2 2、3 3、4 4、IIII、光纤主要尺寸参数的代

28、号用阿拉伯数字（含小数点）、光纤主要尺寸参数的代号用阿拉伯数字（含小数点）及及mm为单位表示多模光纤的芯径及包层直径、单模光为单位表示多模光纤的芯径及包层直径、单模光纤的模场直径及包层直径。纤的模场直径及包层直径。 中国电信十堰传输局IIIIII、光纤类别的代号及其意义、光纤类别的代号及其意义1 1、J J二氧化硅多模渐变型光纤；二氧化硅多模渐变型光纤；2 2、T T二氧化硅多模突变型光纤；二氧化硅多模突变型光纤；3 3、Z Z二氧化硅多模准突变型光纤；二氧化硅多模准突变型光纤；4 4、D D二氧化硅单模光纤；二氧化硅单模光纤；5 5、X X二氧化硅纤芯塑料包层光纤；二氧化硅纤芯塑料包层光纤；

29、6 6、S S塑料光纤；塑料光纤；中国电信十堰传输局、带宽、损耗、波长表示光纤传输特性的代号由、带宽、损耗、波长表示光纤传输特性的代号由a a、bbbb、cccc三组数字构成。其中：三组数字构成。其中： a a表示光纤使用波长，其数字代号如下：表示光纤使用波长，其数字代号如下：1 1使用波长在区域；使用波长在区域；2 2使用波长在区域；使用波长在区域；3 3使用波长在区域；使用波长在区域；bbbb表示损耗常数的代号。其数字数字依次为光纤损耗常表示损耗常数的代号。其数字数字依次为光纤损耗常数值（数值（dB/KmdB/Km）的个位和十分位数字。）的个位和十分位数字。cccc表示模式带宽的代号表示模式带宽的代号 。其数字数字依