第一部分：光纤通信基础

1、3M Telecommunications3 Telecommunications光纤通信基础光纤通信基础Volition TM 3M Telecommunications3 Telecommunications光纤通信的特点光纤通信的特点 以光频作为载频传输信号以光频作为载频传输信号 以光导纤维，即以光导纤维，即光纤光纤，作为传输介质，作为传输介质3M Telecommunications3 Telecommunications 光纤的成分光纤的成分通信光纤的主要成分是通信光纤的主要成分是高纯度石英高纯度石英3M Telecommunications3 Telecommunications裸

2、纤结构及裸纤结构及 保护层保护层(包层，包层，125微米微米)折射率折射率n2 纤芯层折射率纤芯层折射率n1. n1n2,光纤结构的关键光纤结构的关键 3M Telecommunications3 Telecommunications光纤工作原理光纤工作原理n1n2q2q1q190qcqcn2n13M Telecommunications3 Telecommunications光纤的结构光纤的结构外层 (PVC)包层(125)加强层 (Kevlar)缓冲层 (PVC)一次涂覆(250)纤芯(8.3-9/50/62.5)3M Telecommunications3 Telecommunicati

3、ons光纤涂敷层作用光纤涂敷层作用3M Telecommunications3 Telecommunications光纤模式分类光纤模式分类62.5/125、50/1258.3-9/1253M Telecommunications3 Telecommunications多模光纤分类：多模光纤分类：50,62.5/OM1,OM2,OM3多模光纤标准等级多模光纤标准等级 带宽850NMMHZ.KM(min) 带宽1300NMMHZ.KM(min)距离（米）1GB/s 850NM距离（米）1GB/s 1300NM距离（米）10GB/s 850NM距离（米）10GB/s 1300NM旧的光纤分类62.

4、5微米1602005003350微米400600新的光纤分类OM1(62.5)200500275500300OM2（50）50050055055082OM3(50)1500/2000500550300300 注：OM3光纤使用激光发射器（LL），在850NM波长带宽可达2000MHZ.kmOM3光纤使用LED发射器（OFL），在850NM波长带宽可达1500MHZ.KMOM1光纤可以使用CWDM技术在300米距离上支持10GB/s。所有光纤在850NM波长的衰减为3.5DB/KM(max)，在1300NM波长的衰减为1.5DB/KM（max）。3M Telecommunications3 Te

5、lecommunications 10 Gbps 1 G1 G1 G1 G1 G2005LAN Switch Enterprise Switch100 MbpsLAN Switch10101010101995LAN Switch 1Gbps10010010010010020003M Telecommunications3 Telecommunications3M Telecommunications3 TelecommunicationsOM3光纤光纤 OM1：62.5m多模光纤；多模光纤； OM2：50m多模光纤；多模光纤； OM3是新出现的万兆光纤，是新出现的万兆光纤， 是是50m多模光纤

6、多模光纤 OM3光缆同时在光缆同时在LED或激光光源两种模式下都进行了优化或激光光源两种模式下都进行了优化 支持万兆以太网的传输支持万兆以太网的传输 适应对未来的考虑：平均每适应对未来的考虑：平均每5年，网络主干速度会提升年，网络主干速度会提升10倍倍 3M Telecommunications3 Telecommunications支持万兆以太网的传输方式支持万兆以太网的传输方式 OM3光纤系统在短距离上具有明显性能光纤系统在短距离上具有明显性能/价格比优势。价格比优势。 波长波长OM1OM2OM3SM成本对比成本对比（包括有源设备）（包括有源设备）850serial10gbase-sr 1

7、0gbase-sw35m65m300mna1x1310cwdm10gbase-lx410gbase-lw4300m300m300m2-10km3-4x1310serial10gbase-lr10gbase-lwnanana2-10km1.5-2x1550serial10gbase-er10gbase-ewnanana40km4-6x3M Telecommunications3 Telecommunications单模光纤和多模光纤单模光纤和多模光纤单模和多模光纤的传输模式不同单模和多模光纤的传输模式不同3M Telecommunications3 Telecommunications光纤的传输

8、模式光纤的传输模式 光线在光纤中传输，就是交变的电场和磁场在光纤中传输。电磁场的各种不同分布形式，称为模式。模式大致可分为基模，低次模和高次模。每种模式都有一个与它相对应特定的入射角。高次模对应于大的入射角。低次模对应于小的入射角。光纤端面要求光波的入射临界角c越大模数就越多，光纤芯径越粗时模数越多。3M Telecommunications3 Telecommunications光纤的衰减光纤的衰减3M Telecommunications3 Telecommunications光纤的衰减系数光纤的衰减系数光源光脉冲光纤Lpipo光脉冲AB光纤衰减示意图a= 10/L log pi/Po（d

9、B/Km）pipo光纤的输入、输出功率光纤的输入、输出功率L 光纤的长度光纤的长度 a 每千米光纤的衰减值，即衰减系数每千米光纤的衰减值，即衰减系数几个典型值几个典型值: 3 dB 50% 光传输光传输 10 dB 10% 光传输光传输 20 dB 1% 光传输光传输3M Telecommunications3 Telecommunications引起光纤衰减的原因引起光纤衰减的原因一、吸收损耗（1）本征吸收 光纤材料（SiO2）本身吸收光能而产生的。又称为固有吸收，是不可消除的。只有选用本征吸收比较小的材料，才能减少其损耗值。（2）杂质吸收 主要是由于光纤中各铁、铜、锰、铬、钒等过渡金属离子

10、和氢氧根（OH）离子，这些离子在光的激励下产生振动，吸收光能，从而造成对光的吸收。3M Telecommunications3 Telecommunications引起光纤衰减的原因引起光纤衰减的原因二、散射损耗（1）瑞利散射损耗 光纤材料的本征损耗。它是由材料折射率分布小尺度的随机不均匀性所引起的。它和波长的四次方成反比，即波长越短，损耗越大。（2）波导散射损耗（结构不完善损耗） 光纤波导结构缺陷引起的损耗，这种损耗与波长无关。光纤波导结构缺陷主要由熔炼工艺不完善和拉丝工艺不适当引起的。3M Telecommunications3 Telecommunications引起光纤衰减的原因引起光

11、纤衰减的原因三、弯曲和微弯曲损耗 弯曲损耗是由于光纤中的传导模在光纤的弯曲部分转换成辐射模而造成的。它与光纤的弯曲半径成指数关系，弯曲半径越大，弯曲损耗越小。 微弯曲损耗是由于成缆时产生的不均匀侧向压力引起的。波导散射损耗是在光纤制造过程中产生的，而微弯曲损耗是在光纤制成之后，从侧面对光纤施加压力时，使光纤轴产生微米级弯曲引起的。3M Telecommunications3 Telecommunications光纤衰减曲线光纤衰减曲线3M Telecommunications3 Telecommunications光纤的重要特性光纤的重要特性色散色散色散的概念：光信号中不同频率成分或不同模式的

12、光在光纤中传输速度和色散的概念：光信号中不同频率成分或不同模式的光在光纤中传输速度和 距离不一样，到达终点有先后，从而产生波形畸距离不一样，到达终点有先后，从而产生波形畸 变，称之为色散。变，称之为色散。 输输 入入 脉脉 冲冲 输输 出出 脉脉 冲冲3M Telecommunications3 Telecommunications光纤的色散与带宽的关系光纤的色散与带宽的关系a 3M Telecommunications3 Telecommunications影响光纤传输的因素影响光纤传输的因素 光纤的各个组成部分的材料质量及制造工艺的质量光纤的各个组成部分的材料质量及制造工艺的质量 光纤的弯

13、曲半径光纤的弯曲半径 作用在光纤上的外力，如捆扎、扭曲作用在光纤上的外力，如捆扎、扭曲 光纤连接器及其连接操作的质量光纤连接器及其连接操作的质量 光纤接续的质量光纤接续的质量 3M Telecommunications3 Telecommunications 外力对光纤的影响外力对光纤的影响偏振模色散偏振模色散( (PMD)PMD)PMD对大容量数字和模拟通信系统工作是十分重要的3M Telecommunications3 Telecommunications光源的种类及区别光源的种类及区别LED:发光二极管发光二极管,发荧光（非相干光），谱线宽，入纤功率小，调制速率发荧光（非相干光），谱线宽

14、，入纤功率小，调制速率低，适合于低速短距离系统；使用简单寿命长。低，适合于低速短距离系统；使用简单寿命长。LD：输出激光（相干光），谱线窄，入纤功率高，调制速率高，适合于输出激光（相干光），谱线窄，入纤功率高，调制速率高，适合于高速长距离系统；温度敏感相对寿命短。高速长距离系统；温度敏感相对寿命短。3M Telecommunications3 TelecommunicationsLED & LD激光器的比较3M Telecommunications3 Telecommunications光纤在以太网中的应用光纤在以太网中的应用10Base-FL:多模光纤传输的多模光纤传输的10Mbps

15、以太网，线缆的最大长度为以太网，线缆的最大长度为2000米；米；100Base-FX：多模光纤多模光纤(1300纳米波长）传输的纳米波长）传输的100Mbps以太网，以太网，62.5微微米缆最长米缆最长2000米，米，50微米缆最长微米缆最长2000米；米；100BASE-SX:多模光纤多模光纤(850纳米波长）传输的纳米波长）传输的100Mbps以太网，以太网，62.5微米微米缆最长缆最长300米，米，50微米缆最长微米缆最长300米；米；1000Base-SX：多模（多模（850纳米波长）光纤连接的千兆比特以太网，纳米波长）光纤连接的千兆比特以太网， 62.5微米缆最远传输距离微米缆最远传

16、输距离275米，米，50微米缆最长微米缆最长550米；米；1000Base-LX：多模（多模（1300纳米波长）光纤连接的千兆比特以太网，纳米波长）光纤连接的千兆比特以太网， 62.5微米缆最远传输距离微米缆最远传输距离550米，米，50微米缆最长微米缆最长550米米3M Telecommunications3 Telecommunications各种协议支持的距离和信道衰减各种协议支持的距离和信道衰减应用 波长（nm） 最大距离m（ft） 最大信道衰减（dB） 62.5m 50m 62.5m 50m1 10BASE-FL（以太网） 8502,000(6,560)12.58.2100BASE-

17、FX（快速以太网） 13002,000(6,560)11.06.7100BASE-SX（快速以太网） 850300(984)4.04.04.5 1000BASE-SX2（千兆比特以太网） 850275(902)550(1,804)3.23 3.93 1000BASE-LX2（千兆比特以太网）1300550(1,804)550(1,804)4.03 3.533M Telecommunications3 Telecommunications注：上标说明注：上标说明1. 对基于LED的应用，相对于62.5m光纤，对50m光纤来说，光源的最大耦合损耗是4.3dB。 10BASEFL规定了对50m光纤的最大耦合损耗为5.7dB。令牌环，FDDI和100BASE-FX规定了对50m光纤的最大耦合损耗为5.0 dB。2这是基于激光光源的应用。3根据IEEE 802.3z，信道衰减取决于插入损耗和冗余量。4光源必须在50m光纤中耦合足够大的功率，以使在去除任何耦合损耗的情况下取得4.0dB的功率分配。5标准规定在使用50 m光纤时，使用者必须保持与62.5 m 同样的功率分配。 3M Telecommunications3 Telecommunications万兆以太网万兆以太网10 GBase-S : 多模光纤，850