光纤通信讲座(1)：光纤通信基础

1、光纤通信光纤通信基础基础1 什么是通信？什么是通信？“通”传送，“信”信息；信息的传送基本组成：发送、传输、接收 什么是光通信？什么是光通信？用光波载运信息，实现通信 什么是光纤通信？什么是光纤通信？ 光纤通信是以光波为载波，以光导纤维（简称光纤）为传输介质的一种通信方式。光纤通信概念光纤通信概念光纤通信的主要特点 通信容量大，传输距离长 抗电磁干扰，传输质量佳 信号串扰小，保密性能好 原材料丰富，节省了有色金属，环保 光纤尺寸小，质量轻，便于敷设和运输光纤通信优缺点（与电通信比较）光纤通信优缺点（与电通信比较） 一般光纤是一种高度透明的玻璃丝，由高纯石英经复杂的工艺拉制而成。 结构多层同轴圆

2、柱体 。 组成纤芯、包层和涂覆层 光纤的结构 光纤的结构 纤芯直径：单模光纤：8-10m 多模光纤：50m 包层直径： 125m第第1种媒质（种媒质（n1）分界面分界面第第2种媒质（种媒质（n2）n1n2法线法线反射定律：反射定律：入射角入射角入入反射角反射角反反折射定律：折射定律：n1sin 入入n2sin 折折入入 反反折折入射光线入射光线折射光线折射光线反射光线反射光线第第1种媒质（种媒质（n1）分界面分界面第第2种媒质（种媒质（n2）n1n2法线法线折射光线折射光线反射光线反射光线入射光线入射光线全反射定律：全反射定律：当入射角度增大到某一角当入射角度增大到某一角度时，折射角可以获得最

3、度时，折射角可以获得最大值大值9090，此时可认为无，此时可认为无折射光存在，所有的入射折射光存在，所有的入射光都被反射，称为全反射光都被反射，称为全反射现象，满足全反射现象的现象，满足全反射现象的最小角度称为全反射的临最小角度称为全反射的临界角界角C C。C光纤轴光纤轴线方向线方向纤芯（纤芯（n1）包层（包层（n2）n1n2光纤的分类 按光纤截面上折射率分布分类阶跃型光纤（SIF） 渐变型光纤（GIF） W型光纤 阶跃型光纤：在纤芯和包层交界处的折射率呈阶梯形 突变，纤芯的折射率n1和包层的折射率n2是均匀常数。 渐变型光纤：纤芯的折射率n1随着半径的增加而按一 定规律(如平方律、双正割曲线

4、等) 逐渐减少，到纤芯 与包层交界处为包层折射率n2，纤芯的折射率不是均 匀常数。 W型光纤（双包层光纤）：在纤芯与包层之间设有一 折射率低于包层的缓冲层，使包层折射率介于纤芯 和缓冲层之间。 光纤的纤芯折射率剖面分布光纤的纤芯折射率剖面分布 2b 2b 2b 2c 2a 2a 2a n n n n1 n1 n1 n2 n2 n2 n3 0 a b r 0 a b r 0 a c b r （a）阶跃光纤 （b） 渐变光纤 （c）W型光纤 按传输模式的数量分类 多模光纤 单模光纤单模光纤 只传输一种模式，纤芯直径较细，通常在5m-10m 范围内。多模光纤 可传输多种模式，纤芯直径较粗，典型尺寸为

5、50m左右。 按光纤的工作波长分类 短波长光纤（0.8-0.9m） 长波长光纤（1.0-1.8m） 超长波长光纤（大于2m） 按制造光纤所使用的材料分类 石英系列 塑料包层石英纤芯 全塑光纤 光纤通信中主要用石英光纤主要用石英光纤，以后所说的光纤也主要是指石英光纤。 按套塑结构不同 分为紧套光纤和松套光纤。 紧套光纤在一次涂覆的光纤上再套上一层塑料套管，光纤在套管内不能自由活动。 松套光纤在光纤涂覆层外面再套上一层塑料套管，光纤可以在套管中活动。 按ITU-T建议来分 为了使光纤具有统一的国际标准，ITU-T制定了统一的光纤标准。 G.651光纤（多模光纤） G.652光纤(常规单模光纤) G

6、.653光纤(色散位移单模光纤) G.654光纤(1.55m性能最佳单模光纤) G.655光纤(非零色散位移单模光纤) G.657光纤（接入网用抗弯损失单模光纤）n G.657A光纤：“弯曲提高”光纤，要求必须与G.652D规范的标准兼容，最小弯曲半径10mm。已在国内的FTTH工程中得到比较好的推广应用。n G.657B光纤：“弯曲冗余”光纤，不要求与G.652D规范的标准兼容，最小弯曲半径可降低到7.5mm。G.657B的技术要求和制造工艺要求更高，也已开始应用。n 符合G.657标准的光纤可以以接近铜缆敷设方式在室内进行安装，降低了对施工人员的技术要求，同时有助于提高光纤的抗老化性能。

7、G.657光纤被认为是FTTH室内光缆应用上的优选。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输，随着距离延长，光的强度随之不断减弱，这正是由于损耗特性的原因。 光纤损耗的定义：在光纤上两个相距 L的截面之间的波长上的衰减为10lg(P1/P2)dB 式中P1为输入光功率； P2为输出光功率。 光纤的传输特性光纤的传输特性 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。其类型有固有损耗、外部损耗和应用损耗等。 A、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OH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。

8、 B、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。 C、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。光纤的传输特性光纤的传输特性光纤衰减的主要原因130015508500.22.5损损 耗耗 (dB/km)波波 长长 (nm) 光纤带宽：光纤带宽：1300nm窗口约窗口约100nm，1550nm窗口约窗口约100nm，共共200nm，约，约30THz2 2、色散、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。 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散的影响。 A

9、、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，即带宽越小。 B、材料色散：材料不同光纤的折射率不同，传播速度也不 同。 C、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。光纤的传输特性光纤的传输特性3 3、偏振模色散、偏振模色散 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直的偏振态。理想光纤的几何尺寸是均匀的,且没有应力,因而光波在这两个相互垂直偏振态以完全相同的速度传播,在光纤的另一端没有任何延迟。然而,在实际的光纤中,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。这

10、两个相互垂直的偏振模在单位长度中的时间差,即是PMD，其单位为ps/km。光纤的传输特性光纤的传输特性光纤的传输特性光纤的传输特性 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 当两个正交的偏振模之间的时延差dt达到系统速率一个脉冲时隙的三分之一时，将会付出1dB的信号功率代价。由于PMD的随机统计特性，PMD的瞬时值有可能达到平均值的3倍。为了保证信号功率代价低于1dB，PMD的平均值必须小于系统速率一个脉冲时隙的十分之一。 光缆是以光纤为主要通信元件，通过加强件和外护层组 成的整体。 光缆是依靠其中的光纤来完成传送信息的任务，因此光缆的结构设计必须要保证其中的光纤具有稳定的

11、传输特性。 光纤成缆的原因1. 增加抗冲击、抗弯曲等性能；2. 根据不同使用情况可以制成不同结构形式的光缆 对光缆的基本要求1. 不能因成缆而使光纤的传输特性下降2. 在成缆过程中光纤不能断裂3. 缆径细、重量轻4. 便于施工和维护组成：缆芯、加强元件、光缆护层等1、缆芯：由一根或多根光纤组成。光缆的基本结构光缆的基本结构2.加强元件 作用：用于增强光缆敷设时可承受的负荷 材料：钢丝和非金属纤维。 位置：通常处在缆芯中心，有时配置在护层中。3.光缆护层 作用：防水防潮、抗拉抗压抗弯等 材料：聚乙烯或聚氯乙烯(PE或PVC)、聚氨酯 聚酰胺。此外，还有铝钢等金属防潮 位置：由内到外可加入一层或多

12、层圆筒状护套。 4.4.填料填料 材料：防潮油胶材料：防潮油胶 作用：防潮防水作用：防潮防水 位置：缆芯和护套之间。位置：缆芯和护套之间。5.5.铠装铠装 材料：钢丝钢带材料：钢丝钢带 位置：最外一层位置：最外一层 作用：防外力损坏。作用：防外力损坏。 12芯松套层绞式直埋光缆 按传输性能、距离和用途分类按传输性能、距离和用途分类 市话光缆、长途光缆、海底光缆和用户光缆。市话光缆、长途光缆、海底光缆和用户光缆。 按光纤的种类分类按光纤的种类分类 多模光缆、单模光缆。多模光缆、单模光缆。 按使用环境和场合分类按使用环境和场合分类 室外光缆、室内光缆和特种光缆。室外光缆、室内光缆和特种光缆。 按光

13、纤芯数多少分类按光纤芯数多少分类 单芯光缆和多芯光缆。单芯光缆和多芯光缆。 按缆芯结构分类按缆芯结构分类 层绞式光缆、骨架式光缆、中心束管式光缆和带状光缆。层绞式光缆、骨架式光缆、中心束管式光缆和带状光缆。 按敷设方式分类按敷设方式分类 管道光缆、直埋光缆、架空光缆、水底光缆。管道光缆、直埋光缆、架空光缆、水底光缆。光缆光缆分类分类四类典型结构的光缆四类典型结构的光缆1 1、层绞式结构光缆、层绞式结构光缆 把经过套塑的光纤绕在加强芯周围绞合而构成。把经过套塑的光纤绕在加强芯周围绞合而构成。12芯松套层绞式直埋光缆 6芯紧套层绞式光缆12芯松套层绞式直埋防蚁光缆12芯松套层绞式水底光缆2 2、骨

14、架式结构光缆、骨架式结构光缆 骨架式结构光缆是把紧套光纤或一次涂覆光纤放入加强芯周围的螺旋形塑料骨架凹槽内而构成。12芯骨架式光缆骨架式自承式架空光缆3 3、中心束管式结构光缆、中心束管式结构光缆 把一次涂覆光纤或光纤束放入大套管中，加强芯配置在套管周围而构成。 12芯束管式光缆4 4、带状结构光缆、带状结构光缆 把带状光纤单元放入大套管中，形成中心束管式结构；也可把带状光纤单元放入凹槽内或松套管内，形成骨架式或层绞式结构。中心束管式带状光缆层绞式带状光缆36边粘型：光纤带薄，窄，尺寸小包覆型：光纤带厚，宽，尺寸大6芯带12芯带24芯带典型结构光缆比较典型结构光缆比较典型结构层绞式结构骨架式结

15、构束管式结构带状式结构制造较容易，光纤数量较少（12芯以下）结构简单，对光纤保护较好，耐压、抗弯性能较好，节省了松套管材料和相应工序，但也对放置光纤入槽工艺提出了更高的要求。体积小、重量轻、制造容易、成本低，是更能发挥光纤优点的光缆结构之一。空间利用率最高的光缆，可容纳大量光纤，每个单元的接续可一次完成。 特殊结构光缆特殊结构光缆水底水底(海底海底)光缆光缆阻燃光缆阻燃光缆非金属光缆非金属光缆全介质自承式光缆全介质自承式光缆 ADSS架空地线复合光缆架空地线复合光缆 OPGW水底光缆水底光缆芯管芯管阻水带阻水带轧纹钢带轧纹钢带加强钢加强钢 装钢装钢丝丝HDPEHDPE内护层内护层外护层外护层油

16、膏油膏光纤光纤阻燃光缆阻燃光缆 阻燃层加在光缆的外护层 阻燃材料有卤阻燃-聚氯乙烯 PVC无卤阻燃-阻燃聚烯烃光缆的主要性能参数光缆的主要性能参数 机械性能（包含抗张力和抗侧压力）机械性能（包含抗张力和抗侧压力） 弯曲性能弯曲性能 温度特性温度特性 介电强度介电强度 渗水性能渗水性能光缆型号光缆型号 光缆型号由它的型式代号和规格代号构成，中间用一短横线分开。1、光缆、光缆型式代号型式代号 由五个部分组成，如下图所示。GYGZL03-12T50/125 ：分类代号及其意义为（应用环境) GY通信用室（野）外光缆； GR通信用软光缆； GJ通信用室（局）内光缆； GS通信用设备内光缆； GH通信用

17、海底光缆； GT通信用特殊光缆。 ：加强构件代号及其意义为： 无符号金属加强构件； F非金属加强构件； G金属重型加强构件； H非金属重型加强构件。 ：派生特征代号及其意义为： D光纤带状结构； G骨架槽结构； B扁平式结构； Z自承式结构。 T填充式结构。 ： 护层代号及其意义为；（护层使用材料） Y聚乙烯护层； V聚氯乙烯护层； U聚氨酯护层； A铝-聚乙烯粘结护层； L铝护套； G钢护套； Q铅护套； S钢-铝-聚乙烯综合护套。 ：外护层的代号及其意义为： 外护层是指铠装层及其铠装外边的外护层，外护层的代号及其意义如下。 2、光缆规格、光缆规格 由五部分七项内容组成，如下图所示。光缆的规

18、格组成部分 ： 光纤数目用1、2、，表示光缆内光纤的实际数目。 ： 光纤类别的代号及其意义 J二氧化硅系多模渐变型光纤； T二氧化硅系多模突变型光纤； Z二氧化硅系多模准突变型光纤； D二氧化硅系单模光纤； X二氧化硅纤芯塑料包层光纤； S塑料光纤。 ： 光纤主要尺寸参数 用阿拉伯数（含小数点数）及以m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。 ：带宽、损耗、波长表示光纤传输特性的代号由a、bb及cc三组数字代号构成。 a表示使用波长的代号，其数字代号规定如下： 1波长在0.85m区域； 2波长在1.31m区域； 3波长在1.55m区域。 注意，同一光缆适用于两种及以上波长，并具有不同传输特性时，应同时列出各波长上的规格代号，并用“/”划开。 bb表示损耗常数的代号。两位数字依次为光缆中光纤损耗常数值（dB/km）的个位和十位数字。 cc表示模式带宽的代号。两位数字依次为光缆中光纤模式带宽分类数值（MHzkm）的千位和百位数字。单模光纤无此项。 ：适用温度代号及其意义。 A