光纤技术 1章

1、光纤技术光纤技术光纤技术光纤技术 1.1 1.1 历史回顾历史回顾“导光导光”的历史的历史光纤技术光纤技术“光纤之父光纤之父”-高锟博士高锟博士l1970年年, ,康宁玻璃公司率先研制成功损耗为康宁玻璃公司率先研制成功损耗为20dB/km的石英光纤的石英光纤, ,取得了重要的技术突破。取得了重要的技术突破。光纤技术光纤技术爆炸性发展爆炸性发展自一九七年以后，世界各发达国家对光纤通信的研究倾注了大自一九七年以后，世界各发达国家对光纤通信的研究倾注了大量的人力与物力，其来势之凶，规模之大、速度之快远远超出了量的人力与物力，其来势之凶，规模之大、速度之快远远超出了人们的意料之外，从而使光纤通信技术取

2、得了极其惊人的进展。人们的意料之外，从而使光纤通信技术取得了极其惊人的进展。从光纤的衰耗看：从光纤的衰耗看：七七O年：年：20dB/km七二年：七二年： 4 dB/km七四年：七四年：1.1dB/km七六年：七六年：0.5dB/km七九年：七九年：0.2dB/km九九O年：年：0.14dB/km它已经接近石英光纤的理论衰耗极限值它已经接近石英光纤的理论衰耗极限值0.1dB/km。光纤技术光纤技术光纤通信系统基本结构光纤通信系统基本结构光发送 端机光中继 放大光接收 端机电发送 端机电接收 端机光纤技术光纤技术光纤通信系统的发展光纤通信系统的发展n7676年，美国在亚特兰大开通了世界上第一个实用

3、化光纤通信年，美国在亚特兰大开通了世界上第一个实用化光纤通信系统。码率为系统。码率为45Mb/s45Mb/s，中继距离为，中继距离为10km10km。8080年，多模光纤通年，多模光纤通信系统商用化（信系统商用化（140Mb/s140Mb/s），并着手单模光纤通信系统的现场），并着手单模光纤通信系统的现场试验工作。试验工作。9090年，单模光纤通信系统进入商用化阶段（年，单模光纤通信系统进入商用化阶段（565Mb/s565Mb/s），并着），并着手进行零色散位移光纤和波分复用及相干通信的现场试验，手进行零色散位移光纤和波分复用及相干通信的现场试验，而且陆续制定同步数字体系（而且陆续制定同步数字

4、体系（SDHSDH）的技术标准。）的技术标准。9393年，年，SDHSDH产品开始商用化（产品开始商用化（622Mb/s 622Mb/s 以下）。以下）。9595年，年，2.5Gb/s 2.5Gb/s 的的SDHSDH产品进入商用化阶段。产品进入商用化阶段。9696年，年，10Gb/s 10Gb/s 的的SDHSDH产品进入商用化阶段。产品进入商用化阶段。9797年，采用波分复用技术（年，采用波分复用技术（WDMWDM）的）的20Gb/s 20Gb/s 和和40Gb/s 40Gb/s 的的SDHSDH产品试验取得重大突破。产品试验取得重大突破。此外，在光孤子通信、超长波长通信和相干光通信方面也

5、正此外，在光孤子通信、超长波长通信和相干光通信方面也正在取得巨大进展在取得巨大进展 光纤技术光纤技术光纤通信：光纤通信：2121世纪的世纪的“信息高速公路信息高速公路”光纤技术光纤技术信息传输速率与媒介的容量信息传输速率与媒介的容量光纤技术光纤技术光通信速率的不断提升光通信速率的不断提升光纤技术光纤技术光纤技术的应用领域光纤技术有源无源器件光纤通信干线光交换接入网 DWDM OADM OTDM FTTC,B,O,H 位移、振动 温度、压力 应变、应力 电流、电压 电场、磁场 流量、浓度可以测量70 多个物理化学量 广告显示牌 激光手术刀 仪表照明 工艺装饰 电力输送 光纤面板 医用内窥镜 潜望

6、镜 光子集成 光电子集成 集成光路 光收发模块 光接入模块 光开关模块 光放大模块信息获取信息传输信息处理其它应用光纤技术光纤技术n光纤传感器光波的强度、相位、偏振特性以及光纤散射、弯曲损耗和其它传输特性对外界物理参数的变化已经多种实用的光纤传感器。光纤光学信息处理、照明与显示光纤、内窥光纤、光纤面板、激光光纤、激光手术光纤、电力输送光纤即其它应用方面光纤技术光纤技术光纤技术光纤技术1.2 1.2 光纤技术基础光纤技术基础n光纤的结构n涂覆层 195250mn包层 125 mn纤芯 单模光纤直径 810 mn基本结构n导光的纤芯和折射率低的包层1.纤芯的折射率：可以是均匀的或变化的光纤技术光纤

7、技术n光纤材料1、石英： 应用在通信领域2、低纯度玻璃 ： 应用在导光和医用传输图像3、塑料： 特点机械性能好，应用在导光、通信、实验、传感等等光纤技术光纤技术n光纤特性n 损耗：n色散：n图像传输与成束光纤传输图像时，光纤头的排列相同光纤技术光纤技术光纤与通信网络光纤与通信网络光纤技术光纤技术3 3、卫星系统与光纤网络、卫星系统与光纤网络4 、光纤到户、光纤到户光纤技术光纤技术1.4 1.4 光纤与传感技术光纤与传感技术光纤技术光纤技术1 1光纤光栅传感光纤光栅传感光纤技术光纤技术2 2光纤法布里珀罗传感器光纤法布里珀罗传感器光纤技术光纤技术3 3光纤白光干涉传感器光纤白光干涉传感器光纤技术

8、光纤技术5 5光纤陀螺传感技术光纤陀螺传感技术光纤技术光纤技术6 6、其它光纤传感技术、其它光纤传感技术光纤技术光纤技术1.5 1.5 光纤技术的发展光纤技术的发展光纤技术光纤技术1.5 1.5 光纤技术的发展光纤技术的发展光纤技术光纤技术1.5 1.5 光纤技术的发展光纤技术的发展光纤技术光纤技术2 2 光纤通讯技术的发展光纤通讯技术的发展光纤技术光纤技术3 3 光纤传感技术的发展光纤传感技术的发展光纤传感器的研究动向：光纤技术光纤技术光纤技术光纤技术光纤技术光纤技术n通信光纤通信光纤n非通信光纤非通信光纤光纤技术光纤技术光纤的进一步分类光纤的进一步分类光纤技术光纤技术光纤的进一步分类光纤的

9、进一步分类 按材料分：石英 纯度高, 通信塑料 成本低,损耗大，导弹制导，宇宙航行等红外光纤 极低理论损耗,用于跨洋通信等 特种光纤：保偏(单偏振)光纤；有源光纤；晶体光纤、发光光纤、增敏光纤零/非零色散位移光纤；负色散光纤；特殊涂层光纤；双或多包层光纤、耐辐射光纤；光纤技术光纤技术改进的化学汽相沉积法改进的化学汽相沉积法光纤技术光纤技术 光纤技术光纤技术n美国美国Co rn ing 公司开发的。其公司开发的。其后后OVD 工艺又有不断改进工艺又有不断改进. 目前目前已开发出第七代工艺已开发出第七代工艺, 使生产效率使生产效率提高和降低了生产成本大幅度提高和降低了生产成本大幅度;光纤技术光纤技

10、术nVAD（轴向气相沉积法）（轴向气相沉积法）是由日本开发出来的是由日本开发出来的, 其工其工作原理与作原理与OVD 相同相同, 不同之不同之处预制棒的生长方向是由下处预制棒的生长方向是由下向上垂直轴向生长的。向上垂直轴向生长的。VAD 的重要特点是可以连续生产的重要特点是可以连续生产, 适合制造大型预制棒适合制造大型预制棒, 从而从而可以拉制较长的连续光纤。可以拉制较长的连续光纤。光纤技术光纤技术光纤技术光纤技术n预制棒的直径为预制棒的直径为1到到2.5cm。n预制棒被电加热炉加热到预制棒被电加热炉加热到1850 2000Cn进行拉丝进行拉丝n同时检测光纤的直径和控制拉丝同时检测光纤的直径和

11、控制拉丝速度速度n光纤外径光纤外径(125125m) 进行涂敷进行涂敷 (250 m)，材料为丙烯酸酯。，材料为丙烯酸酯。 n制成的光纤缠绕在直径为制成的光纤缠绕在直径为20cm左左右的转盘上。右的转盘上。光纤技术光纤技术光纤光纤(光缆光缆)光纤技术光纤技术光纤光纤( (光缆光缆) )纤芯包层涂覆层护套层强度元件内护层光纤缆芯外护层单模：8 10m多模：50m125m光纤技术光纤技术课程内容课程内容l光波如何进入光纤？（模式的激励）光波如何进入光纤？（模式的激励）l光波在光纤中如何传播？光波在光纤中如何传播？( (模式分布模式分布) )l光纤的基本特征参数及测试技术光纤的基本特征参数及测试技术

12、l光纤有源与无源器件光纤有源与无源器件l光纤的连接与耦合光纤的连接与耦合l光子晶体光纤光子晶体光纤l特种光纤特种光纤l光纤应用技术光纤应用技术光纤技术光纤技术光纤技术光纤技术光纤技术光纤技术 世界电话业世界电话业 务年增长务年增长 率为率为 %，数据业务年增长，数据业务年增长 % 中国中国 话音业务话音业务 % 的增长率，数据业务的增长率，数据业务 % 增长增长光纤技术光纤技术YearInternet backboneT3E1STM1STM4STM16STM64cTransport capacity140Mb/s565Mb/sSTM161.7Gb/sSTM64, 4l lSTM64, 2l l

13、STM64, 8l lSTM64, 16l lSTM64, 32l lSystem capacity (Mbps) 101010101010123456198519901995200010 Gb/s Ethernet光纤技术光纤技术光纤技术光纤技术n世界光纤产值从96年92亿美元, 到2002年198亿美元，每6年翻一番.n现在世界上光纤生产速度为3200km/小时，即每天生产的光纤可绕地球两周n目前光纤产量每年递增20-25%n目前光缆产值按应用分类为：本地通信51.25%，LAN等20.82%，干线15.81%，CATV 8.6%，其它3.5%光纤技术光纤技术光纤技术光纤技术n3G的即将启

14、动。运营商暗自布局，为即将的即将启动。运营商暗自布局，为即将到来的到来的3G运营做准备。运营做准备。n村通工程的全面铺开也需要大量的光纤光村通工程的全面铺开也需要大量的光纤光缆及相关通信用产品。缆及相关通信用产品。n随着用户对带宽需求的提高随着用户对带宽需求的提高,技术的突破和技术的突破和新标准的确定以及光纤光缆及相关元器件价新标准的确定以及光纤光缆及相关元器件价格的大幅度下降格的大幅度下降,FTTH 出现迅速发展的势头。出现迅速发展的势头。n铜价的迅速飙升进一步加速了铜价的迅速飙升进一步加速了“光进铜退光进铜退”的步伐和的步伐和F T T x接入的浪潮汹涌。接入的浪潮汹涌。光纤技术光纤技术F

15、TTH2 layerIn house19 layerDist.ONUFiberVDSL modemVDSL modemVDSLPersonal UserGovernmentONUOLTVoIPIP TVVLANAdvance ControllIGMPPON10/100/1000Base-T/SX/LXUNIIn house光纤技术光纤技术householdOnline shoppingNetwork gameOnline libraryTele-educationE-commerceE-governmentVideo telephoneHDTVBrowse/downloadVideo conf

16、erenceTele-medicine FTTH is not only just a broadband access solution but also means to enhance our quality of life! 光纤技术光纤技术n2009 年包括设备仪器和光缆一起的美国年包括设备仪器和光缆一起的美国FTTH市场总额可以达到市场总额可以达到32 亿美元亿美元,期间的年期间的年复合增长率为复合增长率为54%。n日本政府将日本政府将FTTH的普及程度视为国家信息化的普及程度视为国家信息化先进程度的标志。预计先进程度的标志。预计2007 年将达年将达773 万户。万户。市场占有率

17、约为市场占有率约为40%。n目前韩国的宽带普及率已达目前韩国的宽带普及率已达20%，位于国际，位于国际前列，预计前列，预计2007 年底将实现年底将实现100%的家庭宽带的家庭宽带接入。接入。光纤技术光纤技术中国已有运营商中国已有运营商- 制造厂和政府在推动制造厂和政府在推动FTTH商用试商用试验。例如：验。例如：n武汉光谷工作小组实施武汉长飞公寓试点实现了武汉光谷工作小组实施武汉长飞公寓试点实现了158 户的户的三网融合。三网融合。n武汉电信紫菘小区武汉电信紫菘小区FTTH工程，该工程首期容量为工程，该工程首期容量为400余户。余户。北京网通的北京网通的EPON 研究及试验，广州电信研究及试

18、验，广州电信EPON宽带接入试宽带接入试验。验。n一些运营商一些运营商(如长城宽带、北京通信如长城宽带、北京通信) 甚至开始了甚至开始了FTTH的试的试商用商用,专家预计在未来的专家预计在未来的23 年年,我国我国FTTH的发展将有很大的发展将有很大的空间。的空间。光纤技术光纤技术第一章: 16学时;第二章: 10学时;第三章: 10学时;第四章: 4学时;光纤技术光纤技术教学要求教学要求n先导课程：先导课程：。n课程要求课程要求: 1. 掌握光纤光学基本概念和重要结论掌握光纤光学基本概念和重要结论 2. 学习分析和解决问题的思路与方法学习分析和解决问题的思路与方法 3. 注重物理内涵而不必拘泥于繁杂的数学运算注重物理内涵而不必拘泥于繁杂的数学运算n授课形式授课形式: 1. 课堂讲授课堂讲授 2. 课堂提问与讨论课堂提问与讨论 3.