基础传送网光纤、光缆培训

1、光纤通信简史光纤通信简史古代光通信古代光通信n3000年前的烽火台；n17世纪中叶，发明了望远镜；n1791年，法国人发明了信号灯。 现代光通信现代光通信-光话光话n1880年贝尔发明光话，他以日光为光源，大气为传输媒介，传输距离是200米；n1881年贝尔发表了论文关于利用光线进行声音的复制与产生；n贝尔的光话始终没有实用化： n1、没有可靠的、高强度的光源； n2、没有稳定的、低损耗的传输媒介。19701970年光纤通信元年年光纤通信元年n1960年，第一台相干振荡光源-红宝石激光器问世；1962年，半导体激光器问世；n1970年贝尔实验室制作出可以在常温下连续工作的铝镓砷（AlGaAs）

2、半导体激光器。n1970年美国康宁（Corning）公司制成损耗为20dB/km的低损耗石英光纤。n1976年，发现光纤的衰减在长波长区有：1.31um和1.55um两个窗口n1980年，产生了低衰减光纤，在1.55um的衰减系数为0.20dB/km已接近理论值。光纤通信简史光纤通信简史光纤的分类光纤的分类n多模光纤多模光纤：纤芯直径为50-75微米，常见的50/125um，62.5/126um 在一定的工作波长下，有多个模式在光纤中传输n单模光纤单模光纤：纤芯直径很小，约4-10微米 理论上只传输一种模式 一般情况下两种光纤很难对接，通过对熔接机的调整，熔接后插损一般情况下两种光纤很难对接，

3、通过对熔接机的调整，熔接后插损很大。目前多模光纤使用较少，在一些早期建设的宽带小区中有使用，很大。目前多模光纤使用较少，在一些早期建设的宽带小区中有使用，不利于后期维护。不利于后期维护。光纤的制作流程光纤的制作流程光纤心线的剖面结构示意图光纤心线的剖面结构示意图被覆包层纤芯前视图侧视图光纤的尺寸用 “芯径/包层”尺寸表示。因此 10/125 mm 光纤指的是光纤纤芯的直径是 10 mm，包层的直径是 125 mm。平面波的反射和折射平面波的反射和折射n反射：1=1 n折射：n 1 sin 1 =n 2 sin 2n 全反射： sin 1 = n 2 / n 1n 2n 1112n1是光纤的折射

4、率折射率光纤的固有特性，与光纤的材料、制作工艺等有关。n2是包层的折射率。nG.651是多模光纤，主要用于宽带信息小区，压缩成本。nG.652是常规单模光纤，零色散点在1300nm，现在分G. 652A、B、C、D几种，主要的区别在于PMD。G. 652光纤的特点是当工作波长在1300nm时，光纤色散很小，系统的传输距离只受损耗限制。nG. 653是色散位移光纤（DSF），主要特点是1550nm为零色散点，造成这个原因是通过波导色散进行色散平移的结果。使低损耗与零色散在同一工作波长上。但是零色散不利于多信道WDM传输，因为当复用的信道数较多时，信道间距较小，这时就会产生一种称为四波混频（FWM

5、）的非线性光学效应，这种效应使两个或三个传输波长混合，产生新的、有害的频率分量，导致信道间发生串扰。如果光纤线路的色散为零，FWM的干扰就会十分严重；哪果有微量色散，FWM干扰反而有还会减小，针对这一现像，科学家们研制了一种新型光纤，NZ-DSF。光纤的类型光纤的类型光纤的类型光纤的类型nG. 654光纤是超低损耗光纤，主要用于跨洋光缆，常见的纤芯是纯的SiO2，而普通的光纤纤芯要掺锗。在1550nm附近的损耗最小，仅为0.185dB/km，但在此区域色散比较大，约1720 psnmkm。nG. 655光纤是非零色散位移光纤（NZ-DSF），分655A、B、C，主要特点是1550nm的色散接近

6、零，但不是零。是一种改进的色散位移光纤，以抑制四波混频。nG. 656 宽带光传输的非零色散光纤电缆的特性。G.655带宽1530-1625nm（C+L波段），G.656带宽1460-1625nm （S+C+L波段）。nG.657光纤接入网的低弯曲损耗敏感单模光纤和光缆特性光纤。能大幅度地降低运营商推广光纤到户（FTTH）项目的成本，最小弯曲度7.5mm，使用过程中如目前电话线一样随意钉固。 主用光纤主要特性主用光纤主要特性类型类型1310nm1310nm1550nm1550nm衰减衰减色散色散衰减衰减色散色散G.652G.652 0.36dB/km 3.5ps/km.nm0.22dBkm18

7、ps/km.nmG.653G.653 0.55dB/km 0.35dB/km 3.53.5ps/km.nmG.654G.654截止波长截止波长1530nm1530nm 0.185dB/km 17-20ps/km.nmG.655G.655截止波长截止波长1530nm1530nm 0.25dB/km 2.0-6.0ps/km.nm SiO2+GeO2 SiO2+GeO2SiO2 SiO2 SiO2+F简单阶跃匹配包层型简单阶跃匹配包层型 简单阶跃下凹内包层型简单阶跃下凹内包层型相对折射率差偏低 高的能大大改变光纤的抗弯性，损耗光纤抗弯性稍差n实现了在实现了在1550nm波长低衰减和零色散。波长低衰

8、减和零色散。n可以可以20Gbit/s系统，不需任何色散补偿。系统，不需任何色散补偿。n选用纯选用纯SiO2芯来降低光纤的衰减芯来降低光纤的衰减n最大优点：在最大优点：在1550nm波长的最低衰减为波长的最低衰减为0.18dB/kmn制造困难，价格昂贵，不实用。制造困难，价格昂贵，不实用。n1994年专门为DWDM系统设计得新型光纤n特定得最小色散保证抑制四波混频非线性。n色散问题严重阻碍色散问题严重阻碍1310nm单模光纤到单模光纤到1550nm得升级扩容，所以研得升级扩容，所以研制了这种光纤。制了这种光纤。n在升级系统中加入很短得一段负色散光纤，即可抵消几十公里常规光在升级系统中加入很短得

9、一段负色散光纤，即可抵消几十公里常规光纤在纤在1550nm处得正色散。处得正色散。n例如：例如：100公里公里G.652光缆光缆:100公里公里*18ps/nm.km=1800ps/nmn所需所需DCF:1800ps/nm44.5=40.5公里光纤公里光纤n40.5*0.261=8.8DBn制作难度大，且光纤衰减大，所以不实用。制作难度大，且光纤衰减大，所以不实用。光纤通讯的优点光纤通讯的优点n具有传输频带宽、通信容量大具有传输频带宽、通信容量大n传输衰减小，距离远传输衰减小，距离远n信号串扰小，传输质量高信号串扰小，传输质量高n抗电磁干扰，保密性好抗电磁干扰，保密性好n光纤尺寸小，质量轻便于

10、运输和敷设光纤尺寸小，质量轻便于运输和敷设n耐化学腐蚀，适用于特殊环境耐化学腐蚀，适用于特殊环境n原料资源丰富原料资源丰富n节约有色金属节约有色金属光纤通信光纤通信n以光波为载频，以光导纤维为传输介质的通信方式以光波为载频，以光导纤维为传输介质的通信方式n波长范围是近红外区，波长范围是近红外区，光纤通信所用的光波长范围在光纤通信所用的光波长范围在8508501625nm1625nm的近红外区。的近红外区。目前所采用的三个实用通信窗口：目前所采用的三个实用通信窗口：短波波长段波长为0.85微米，长波波长段1.31微米和1.55微米。n光的传播是通过电场、磁场的状态随时间变化的规律表现出来的。光的

11、传播是通过电场、磁场的状态随时间变化的规律表现出来的。光纤的传播模式光纤的传播模式光纤的传播模式光纤的传播模式n在光纤的数值 孔径角内，以某一角度射入光纤端面，并能在光纤的纤芯到包层界面上形成全反射的传播光线就可称为一个光的传输模式。n理论上单模光纤内只传送基模信号。 高次模 基模 低次模n衰减衰减n色散色散n偏振模色散偏振模色散n光纤的非线性效应 衰减表明光纤对光能的传输损耗衰减表明光纤对光能的传输损耗。 光在光纤中传播时，平均光功率沿光纤长度按照指数规律减少:P(L)=P(0)10( L/10) 式中： P(0)在L0处注入光纤的光功率 P(L)传输到轴向距离L处的光功率 衰减系数（L）

12、(10/L)P(L)/P(0) dB/km衰减系数与波长的函数关系衰减系数与波长的函数关系130015508500.22.5损损 耗耗 (dB/km)波波 长长 (nm) 损耗损耗本征本征非本征非本征吸收吸收紫外吸收金属离子红外吸收OH离子、H2散射散射瑞利散射波导缺陷米氏散射受激布里渊散射受激拉曼散射n光纤中的信号是由不同的频率成分和不同的模式成分来携带的，这些不同的频率成分和不同的模式成分的传输速度不同，从而引起色散脉冲展宽脉冲展宽T偏振模色散偏振模色散PMDPMD产生机理及解决方法产生机理及解决方法由光纤的双折射引起由光纤的双折射引起, ,诸如应力、弯曲、扭绞、温度等随机诸如应力、弯曲、

13、扭绞、温度等随机引入引入产生信号间干扰产生信号间干扰; ;当偏振相关损耗产生的二次效应可能产生当偏振相关损耗产生的二次效应可能产生PMDPMD与色度色散之与色度色散之间的耦合从而增加色散的统计分量间的耦合从而增加色散的统计分量; ;解决办法之一是改进光纤工艺或在系统输入输出端插入偏解决办法之一是改进光纤工艺或在系统输入输出端插入偏振控制器。振控制器。偏振模色散偏振模色散PMD光纤中的光传输可描述成完全是沿光纤中的光传输可描述成完全是沿X X轴振动和完全轴振动和完全是沿是沿Y Y轴振动或一些光在两轴上的振动。轴振动或一些光在两轴上的振动。每个轴代表一个偏振每个轴代表一个偏振“模模”两个偏振模的到

14、达时间差两个偏振模的到达时间差偏振模色散偏振模色散PMDPMD光纤色散的特性光纤色散的特性光纤的非线性效应光纤的非线性效应n散射影响散射影响受激布里渊散射（受激布里渊散射（SBSSBS）受激拉曼散射受激拉曼散射 （SRSSRS）n光纤克尔光纤克尔( (折射率引起折射率引起) )效应效应自相位调制（自相位调制（SPMSPM）交叉相位调制（交叉相位调制（XPMXPM）四波混频（四波混频（FWMFWM）四波混频四波混频FWM效应效应信道间相互作用产生新的频率信道间相互作用产生新的频率相关参数有信道数、信道间隔和信道功率等相关参数有信道数、信道间隔和信道功率等w w1w w2w ww w1w w22w

15、 w1-w w22w w2-w w1w w光纤光纤n光缆：“光缆是为了满足光学、机械或环境的性能规范而制造的，它是利用置于包覆护套中的一根或多根光纤光纤作为传输媒质并可以单独或成组使用的通信线缆组件”。 n光缆的应用区分，可分为2种: 专业用途，一般光缆（可细分为室内、室外）。 专业用途：专业用途：包括海底光缆、高压电塔上之空架光缆、核能电厂之抗幅射光缆、化工业之抗腐蚀光缆等、 一般光缆：一般光缆：光缆从屋外至屋内的过程中可分为空架，地下直接埋设，管道间铺设，室内光缆等。光缆的定义及应用区分光缆的定义及应用区分光缆的制作流程光缆结构图光缆结构图n松套层绞式光缆技术松套层绞式光缆技术将已着色光纤

16、与油膏同时加入到高模量塑料制成的松套管中，光纤在套管内可以移动。不同的松套管沿中心加强芯绞合制成缆芯。缆芯外加防护材料制成松套层绞式光缆。 松套管材料本身具有耐水解特性和较高的强度，管内充以特种油膏，对光纤进行关键性保护。 加强芯处于缆芯中央位置，松套管以适当绞合节距围绕加强芯层绞，通过控制光纤余长和调整绞合节距，可使光缆具有很好的抗拉性能和温度特性。 松套管和加强芯间用缆膏填充绞合在一起，保证了松套管和加强芯间的防水性能。 光缆的径向和纵向防水由多种措施保证。 根据不同的要求，有多种抗侧压措施。n骨架式光纤带光缆技术骨架式光纤带光缆技术将已制好的光纤带，叠放在螺旋骨架槽中制成缆芯。缆芯外加防

17、护材料制成骨架式光纤带光缆。 光纤组装密度高，光缆直径相对小。 骨架采用高密度聚乙烯材料，抗侧压性能好，对光纤带有很好的保护，同时可防止开剥光缆时损伤光纤。 骨架槽沿光缆成螺旋式旋转，以保证放置于槽内的光纤带有足够的余长，保证了光缆的抗拉、弯曲和温度特性。 光缆用遇水膨胀的阻水带而非油膏填充，既保证了光缆的阻水性能，又极大地提高了接续效率，便于施工和维护。n 螺旋中心管式光缆技术螺旋中心管式光缆技术将光纤套入由高模量的塑料做成的螺旋空间松套管中，套管内填充防水化合物，套管外施加一层阻水材料和铠装材料，两侧放置两根平行钢丝并挤制聚乙烯护套成缆。 特有的螺旋槽松套管设计有利于精确控制光纤的余长，保证了光缆具有很好的机械性能和温度特性 。 松套管材料本身具有良好的耐水解性能和较高的强度，管内充以特种油膏，对光纤进行了关键性保护。 两根平行钢丝保证光缆的抗拉强度。 直径小、重量轻、容易敷设。n 紧套光缆技术紧套光缆技术用外径为250m的紫外光固化一次涂覆光纤直接紧套一层材料制成900m紧套光纤。以紧套光纤为单元，在单根或多根紧套光纤四周布放适当的抗张力材料，挤制一层阻燃护套料，制成单芯或多芯紧套光缆。采用专用装置调节紧套松紧程度，获得最佳光纤剥离性和光学性能。 抗张力材料采用高模量的芳纶丝，精确控制芳纶丝的放线张力，使光缆具有优良的抗拉机械性