光传输设备 光纤传输

1、信息工程系 光传输设备与实训光传输设备与实训 项目一、项目一、光纤通信技术光纤通信技术 项目一、光纤通信技术 新课导入思考1：什么是光传输设备？ 光传输设备就是把各种各样的信号转换成光信号在光纤上传输的设备，因此现代光传输设备都要用到光纤。 常用的光传输设备有：光端机，光MODEM，光纤收发器，光交换机，PDH，SDH、PTN等类型的设备。 一般而言，光传输设备都有传输距离较远，信号不容易丢失，波形不容易失真等特点，可用于各种场所。所以越来越多场所都使用光传输设备代替传统设备。 思考2：光传输设备行业的发展方向有哪些？ (1)3G网络建设中基站、控制器、远端射频单元(RRU)之间的光通信承载。

2、 (2)宽带接入推行“光进铜退”，光纤宽带接入(FTTB/FTTH)。 (3)广播有线电视网从单向传输的同轴电缆向为承载视频和宽带数据而进行双向改造，以及长期的下一代广播电视网升级(NGB)。 (4)以软交换为核心，能提供话音、视频和数据等多媒体业务的下一代宽带互联网(NGN)，以及普及“物-物”通信的物联网的建设。 (5)此外，“平安城市”建设带动的视频监控、“无线城市”带动的WiFi无线接入。项目一、光传输的普通业务配置 光纤通信是利用光波作载波，以光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式，被称之为“有线”光通信。当今，光纤以其传输频带宽、抗干扰性高和信号衰减小，而远优于电缆、微波

3、通信的传输，已成为世界通信中主要传输方式。2）光纤通信的发展简史早期的光通信烽火台、信号灯光电话红宝石激光器、氦氖激光器 高锟、用于光频的光纤表面波导康宁玻璃公司、超低损耗光纤日本&苏联、半导体激光器第一、二、三、四、五代光纤通信系统现代光纤通信自行阅读：1.我国研究光纤通信的现状？（P34) 2.光纤通信的四个发展阶段？项目一、光传输的普通业务配置任务二、光纤通信设备的组成部分1.光发信机 光发信机是实现电/光转换的光端机。它由光源、驱动器和调制器组成。其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。电端机就是常规的电

4、子通信设备。2.光收信机 光收信机是实现光/电转换的光端机。 它由光检测器和光放大器组成。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端机去。3、中继器 中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减；另一个是对波形失真的脉冲近行政性。4、光纤连接器、耦合器等无源器件由于光纤或光缆的长度受光纤拉制工艺和光缆施工条件的限制，且光纤的拉制长度也是有限度的（如1Km)。因此一条光纤线路可能存在多根光纤相连接的问题。于是，光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合，对光纤连

5、接器、耦合器等无源器件的使用是必不可少的。项目一、光传输的普通业务配置1）光纤通信系统的优点 1.频带宽，通信容量大。 光纤可利用的带宽约为50000GHz，一对光纤能同时传输24192路电话，2.4Gb/s系统，能同时传输30000多路电话。 2.损耗低，中继距离长。 由于光纤的损耗低，所以能实现中继距离长，由石英光纤组成的光纤通信系统最大中继距离可达200多千米。 3.抗电磁干扰。 光纤是绝缘体材料，它不受自然界的雷电干扰、电离层的变化和太阳黑子活动的干扰，也不受电气化铁路馈电线和高压设备等工业电器的干扰。 4.无串音干扰，保密性好。 在光缆外面，也无法窃听到光纤中传输的信息。 5.光纤线

6、径细、重量轻、柔软。 光纤的芯径很细，约为0.1mm，它只有单管同轴电缆的百分之一；光缆的直径也很小。 6.光纤的原材料资源丰富，用光纤可节约金属材料。 光纤的材料主要是石英(二气化硅)，地球上有取之不尽用之不竭的原材料。 事物都是一分为二的，光纤通信也存在以下缺点： （1）抗拉强度低 由于光纤在生产过程中表面存在或 产生微裂痕，光纤受拉时应力全都加于此，从而使光纤的实际抗拉强度非常低。 （2）光纤连接困难 由于光纤的纤芯很细，加 之石英的熔点很高，因此连接很困难，需要有昂贵的专门工具。 （3）光纤怕水 水进入光缆后主要会产生三个方面的问题：使信道总损耗增大，甚至使通信中断；水进入光缆后，会造

7、成光缆中的金属 构件氧化，使金属构件腐蚀；水结冰体 积增大有可能压坏光纤。2 2）光纤通信的缺点）光纤通信的缺点 光纤的种类很多，分类方法也是各种各样的。 （1）按照制造光纤所用的材料分：石英系光纤、多组分玻璃光纤、塑料包层石英芯光纤、全塑料光纤和氟化物光纤。 塑料光纤是用高度透明的聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）制成的。它的特点是制造成本低廉，相对来说芯径较大，与光源的耦合效率高，耦合进光纤的光功率大，使用方便。但由于损耗较大，带宽较小，这种光纤只适用于短距离低速率通信，如短距离计算机网链路、船舶内通信等。目前通信中普遍使用的是石英系光纤。3 3）光纤的分类）光纤的分类 （2）按光在光

8、纤中的传输模式分：单模光纤和多模光纤。 多模光纤 多模光纤(Multi Mode Fiber)：中心玻璃芯较粗(50或62.5m)，可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。 单模光纤 单模光纤(Single Mode Fiber)：中心玻璃芯很细(芯径一般为9或10m)，只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但还存在着材料色散和波导色散，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。（

9、3）按最佳传输频率窗口分：常规型单模光纤和色散位移型单模光纤。常规型：光纤生产长家将光纤传输频率最佳化在单一波长的光上，如1300m。色散位移型： 为了使光纤较好地工作在1.55m处，人们设计出一种新的光纤，叫做色散位移光纤（DSF）。这种光纤可以对色散进行补偿，使光纤的零色散点从1.31m处移到1.55m附近。这种光纤又称为1.55m零色散单模光纤，代号为G653。 （4）按折射率分布情况分：阶跃型和渐变型光纤。 阶跃型：光纤的纤芯折射率高于包层折射率，使得输入的光能在纤芯一包层交界面上不断产生全反射而前进。这种光纤纤芯的折射率是均匀的，包层的折射率稍低一些。这种光纤的模间色散高，传输频带不

10、宽，传输速率不能太高，用于通信不够理想，只适用于短途低速通讯，比如：工控。 渐变型光纤：为了解决阶跃光纤存在的弊端，人们又研制、开发了渐变折射率多模光纤，简称渐变光纤。光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小，可使高次模的光按正弦形式传播，这能减少模间色散，提高光纤带宽，增加传输距离，但成本较高。 （5）按光纤的工作波长分：短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤。 短波长光纤是指0.80.9m的光纤；长波长光纤是指1.01.7m的光纤；而超长波长光纤则是指2m以上的光纤。项目一、光传输的普通业务配置 光信号在光纤中传输的距离要受到色散和损耗的双重影响。色散会使在光纤中传输的数字脉冲展宽引起码间干扰

11、从而降低信号质量，当码间干扰使传输性能劣化到一定程度时传输系统就不能工作了。损耗的存在使光纤中传输的光信号随着传输距离的增加而功率不断下降， 当光功率下降到一定程度时接收机端将无法正确识别光脉冲中的信息。 材料的折射率随入射光频率的减小（或波长的增大）而减小的性质，称为“色散” 色散可通过棱镜或光栅等作为“色散系统”的仪器来实现。如一细束阳光可被棱镜分为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色光。这是由于复色光中的各种色光的折射率不相同。 当它们通过棱镜时，传播方向有不同程度的偏折，因而在离开棱镜则便各自分散。色散 1.1.传输损耗传输损耗 光信号在光纤传输过程中的损耗主要来自于以下几个方面：（1）光纤

12、材料的吸收与散射损耗；（2）光纤中的微弯与宏弯辐射损耗；（3）光纤的连接与耦合损耗。其中第一种损耗是由于光纤制造和材料引起，在损耗中是最主要的；而后两种是光纤使用及光系统连接时引起。（1 1）光纤材料的吸收与散射损耗）光纤材料的吸收与散射损耗 吸收损耗 光纤的吸收损耗主要包括：光纤材料的本征吸收损耗，杂质的吸收损耗和原子缺陷吸收损耗。 散射损耗 在光纤材料中，由于某种远小于波长的不均匀性(例如折射率不均匀，掺杂离子浓度不均匀等)引起光的散射从而构成光纤的散射损耗。这种损耗也是光纤的固有损耗，并且决定光纤损耗的最小值。 在光纤中存在着3种散射机理，即瑞利散射、受激拉曼散射和受激布里渊散射。 光纤

13、在实际应用中不町避免的要产生弯曲，从而产生辐射损耗。光纤弯曲产生的损耗可以分为3种：微弯损耗、过渡弯曲损耗和宏弯损耗。其中宏弯损耗是由光纤实际应用中必须的盘绕、曲折等引起的宏观弯曲导致的损耗；过渡弯曲损耗是光纤由直到弯曲的突变中产生的损耗；微弯源于光纤几何形状的非理想性，例如芯包层分界面不规则、气泡，直径起伏及轴向偏差等。其他形式的微弯由一些外部影响引起，例如压迫、拉紧或缠绕引起的机械力。源于这些机制的散射损耗叫做微弯损耗。此类损耗可以通过加大纤芯和包层间的折射率差或 严格的光纤制作及成缆得以降低。（2）光纤中的微弯与宏弯辐射损耗（辐射损耗） 2.色散特性 光纤的色散是在光纤中传输的光信号，随传输距离增加，由于不同成分的光传输时延不同引起的脉冲展宽的物理效应。色散主要影响系统的传输容量，也对中继距离有影响。色散的大小常用时延差表示，时延差是光脉冲中不同模式或不同波长成分