光纤通信应用

1、光纤通信应用第1页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一 通信业务的迅猛增长主要体现为对传输带宽的需求 光纤通信以其独特的优越性、巨大的传输带宽成为当今最主要的信息传输方式 光纤通信在所有信息传输领域均获得广泛应用 第2页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一通信网与业务应用传输网络是各种通信应用的平台用户规模与业务需求增长推动网络技术发展为充分利用网络资源，运营商开发的各种新（增值）业务应运而生光纤通信是电力网通信调度信号传输的发展方向第3页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一光纤通信网络以光波为信号载体，以光导纤维为传输介质的通信方式

2、即为光纤通信光纤传输具有独特的优越性、巨大的传输带宽目前，百分之八十五以上的信息（语音、数据、图象）通过光纤传输我国各通信运营商与各行业、部门的专用网建设的光缆骨干网、城域网及用户接入网总长度已达680万公里以上第4页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一 光纤通信的特点 传输带宽达数百THz，通信容量极大。传输衰耗低，中继距离长。光缆重量轻、尺寸小，便于敷设与维护。抗电磁干扰,特别有利于电力网通信.无信号间串扰，保密性好。材料来源广，成本相对低。第5页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一光纤传输的应用问题光纤使用中不能弯曲过小光纤线路的连接操作较复杂（固

3、定、活动）光的分路与耦合较困难第6页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一光纤通信的技术演变大气光通信1966年：高锟的论点1970年：光纤（康宁）器件（贝尔）、1976（中国武汉）系统建设：市话（1982）长话（1987）八纵八横波长应用：850nm1310nm1550nm（S、C、L）光纤应用：MMFSMF新型：G.655、LEAF、EDF、DCF信号类型：模拟数字（PDHSDH）传输速率：8M、34M、140M、155M、622M、2.5G、10G使用波长:单一波长波分复用密集波分复用(DWDM)网络技术：光分插复用（OADM）光交叉连接（OXC） 自动光交换（ASON

4、）第7页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一光纤通信的应用类型公用网：市话局间中继、长途干线系统 （国际、 一级、二级）、移动网专用网：铁道、电力、军事、石油、 高速、金融、公安等广电网：HFC图象传输（CATV）计算机网：WAN、MAN、FRN、DDN用户接入网：FTTC、FTTB、FTTH、FTTO第8页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一光纤通信系统涉及的产品 （1）光传输设备：光端机、中继机、波分复用机 （2）光纤、光缆及附件：接头盒、终端盒、光配线架 （3）光电器件： 有源器件：光源、光探测器、光放大器、波长转换器等 无源器件：连接器、隔离器、

5、耦合 器、波分复用器等 （4）测试仪器与专用工具： 误码分析仪、光时域反射仪（OTDR）、光谱分析仪 光源、光功率计、光纤熔接机、米勒钳、切割器等。 第9页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一光纤传输系统第10页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一单信道光传输系统 光纤数字通信系统的技术指标：（1）误码指标：平均误码率 BER 误码秒 ES 严重误码秒 SES 误码块 EB 误块秒比 ESR （2）抖动与漂移性能（3）光发送与接收的技术指标光端机中继机光端机交换交换E/OO / EO /E/O第11页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期

6、一光纤传输扩容方式光纤通信技术主要围绕提高传输容量与增大传输距离发展。(PDHSDHWDM）提高传输容量的手段有： 1、SDM采用增加光纤对扩大通信容量。 2、TDM不断提高信道传输速率。 3、WDM增加光纤中信道(波长)数量。增大传输距离的方式有： 1、进行光放大 2、采用色散补偿与前向纠 错技术 3、实现光孤子通信第12页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一光传输系统主要指标第13页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一光纤传输系统发送指标 1、工作波长（）： 波段) 线路传输特性与系统工作波长密切相关。 2、平均发送光功率（Ps） ： 功率单位：mw

7、、w（制造、购买光源用） dBm（设计、施工、测量用） dBm=10 Log Ps/1mw（毫瓦分贝值）第14页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一光纤工作波段工作窗口 波 段 标称波长 波长范围（nm）第一窗口 850第二窗口 O波 段 1310 1280-1360第三窗口 S波 段 1550 1460-1530 C波 段 1550 1530-1565第四窗口 L波 段 1550 1565-1625第五窗口 E波段 波长扩展 1360-1460第15页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一 光纤传输系统发送指标3、光谱特性（）： 信号脉冲包含的波长范围4

8、、边模抑制比（SMSR）： SMSR = Pmain/ Pside30dB5、消光比（EXT）： EXT=P。/P1x100%10dB P。：全零码的光功率值，P1：全1码的光功率 值。第16页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一 光纤传输系统接收指标1.接收灵敏度(Pr) 在保证系统误码指标的条件下，光接收机所需要的最小光功率值： Pr = 10lg Pmin/mw （dBm） Pr值决定于系统传输速率、码型以及光探测器的类型。2.接收动态范围(D) 在保证系统误码指标的条件下，光接收机所需最小光功率值与所允许的最大光功率值之差。 即： D = 10lg Pmax/Pmi

9、n（Pr） （dB）第17页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一不同工作条件下的接收灵敏度 速率等级 2Mb/s STM-4 STM-16 STM-64 误码指标 BER 10 10 10接收灵敏度 -50dBm -32dBm -28dBm -20dBm Pr-9-10-12灵敏度与系统误码指标相关!第18页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一光纤与光缆第19页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一 光纤结构包层n纤芯n12涂复层n11.4672n2 1.4647介质折射率的差别形成光波导包层涂复层第20页，共65页，2022年，5月2

10、0日，17点57分，星期一原料提纯熔炼制棒拉丝涂覆套塑成缆光纤光缆制造工艺第21页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一光纤的类别 可有不同分类方式:按传导模数分：多 模（MMF）单 模（SMF）按折射率分布：渐变型（GI） 阶跃型（SI）按特殊用途分： EDF、DCF、LEAF.按ITU-T或IEC文号分： G.651（ A1 ）、 G.652（ B1 ） G.653（ B2 ）、 G.655（ B4 ）.第22页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一 模的概念纵模指激光振荡的频谱成分，即波长成分单纵模激光器的频率仍有一定的分布范围横模指电磁场的横向场分布

11、分为基模TEM00和高阶模TEMmn偏振模指同一光波模式所包含的相互正交的两个偏振态TEM00 TEM11 第23页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一G.651光纤(MM)多模光纤G.652光纤(SM)标准单模光纤G.653光纤(SM)色散位移光纤G.654光纤(SM)截止波长位移光纤G.655光纤(SM)非零色散位移光纤G.656光纤(SM)宽带NZ-DSFG.657光纤(SM)抗弯曲衰减光纤ITU-T建议文号第24页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一特殊用途光纤 1、掺铒光纤（EDF）2、色散补偿光纤（DCF）3、数据光纤4、大有效面积光纤（LE

12、AF）5、色散平坦光纤6、全波光纤（AWF） 第25页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一常用光纤命名与标准对照光纤名称 ITU-T标准 IEC标准多模光纤 G.651 A1a A1b非色散位移光纤 G.652A、B、C B1.1、B1.3零色散位移光纤 G.653 B2截止波长位移光纤 G.654 B1.2非零色散位移光纤 G.655A、G.655B B4注:G.652C(B1.3)为全波光纤,G.652B有偏振色散要求,仍归于B1.1 G.654(B1.2)为截止波长位移光纤(最低衰耗光纤)第26页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一单模光纤导光原理

13、光的折射现象： 光的全反射：132231Sin=1.460/1.464=85.8入射角=90-85.8=4.2度，近于直线传导。第27页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一光纤的基本参数1.几何尺寸类别SMMMEDF数据纤芯直径（2a）9504.562.5包层外径（2b）125涂复层外径约250（m）2 相对折射率差 = n1- n2 / n1DCF6第28页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一光纤的基本参数3.数值孔径：NA=n1=Sin数值孔径表示光纤接收（耦合）光信号的能力常规单模光纤的NA值约为0.108多模光纤的NA值大于单模光纤，故光耦合效率

14、高。NA值与折射率差有关，太大会形成多模传输。第29页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一光纤的基本参数6.光纤截面形状误差 1、包层不圆度： 1% 2、同心度误差： 0.8m第30页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一光纤的传输特性 传输衰减 传输色散 非线性效应第31页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一光纤传输衰减光纤传输中各种因素引起的信号能量损失传输衰耗是系统设计、光功率分配、中继距离确定的重要参数定义： PinPoutL=10 L g Pin /Pout L（dB）第32页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，

15、星期一光纤衰减机理光纤材料固有损耗： 1、 瑞利散射光纤工艺中材料结晶产生的不 均匀组织引起。其效率与光波长的四次方成反比。 2、材料吸收光纤材料（含杂质）对光信号的吸收。可分为紫外吸收与红外吸收。 第33页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一附加损耗 附加损耗主要指光纤使用中引起的损耗接续损耗 包括：1、光纤固定熔接损耗（一般小于0.05dB)2、活动连接损耗(一般小于0.3dB)弯曲损耗第34页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一光纤衰减的测量常用测量方法： 1、剪断法 2、插入法 3、背向散射法剪断法测量：（ITU-T建议的基准方法） 光源光功率计

16、滤模器被测光纤（L）P1P22m= Lg （dB/Km）第35页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一背向散射法测量利用光传输中的背向散射与菲涅尔反射设计的光时域反射仪（OTDR）测量。OTDR测试功能： 1、光缆线路长度 （工程施工、线路维 2、光纤衰耗分布 护中广泛应用。） 3、接头损耗 4、线路故障点的位置。第36页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一光 缆第37页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一 光缆类别 缆芯结构不同分为: 中心管式 层绞式 骨架式光缆 敷设条件不同分为:架空光缆、管道光缆、直埋光缆和水底光缆 光缆中光纤的

17、松紧状态不同分为: 紧结构 松结构 半松半紧结构光缆 使用环境与缆中材料不同可分为:金属加强构件、非金属加强构件 阻燃、防蚁光缆、电力光缆第38页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一光缆构造与材料套塑1、松套多纤合成、油膏填充，适于野外 光缆(PBT) 余长控制（水温、绞合节距）2、紧套单纤紧包、线径细，适于局内光缆。 (硅橡胶 or PVC)填充材料：气体、油膏、阻水纱对油膏性能要求：无腐蚀、高低温特性、易 清除第39页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一 光缆构造与材料加强件（抗拉）1、金属：磷化钢丝、钢绞线（野外光缆）2、非金属：工程塑料（电力光缆

18、用） 芳纶纤维（局内光缆用）要求：材料杨氏模量 E 值大、不锈蚀护层（提供侧面保护）不同结构的光缆根据应用要求选用不同材料的护层，主要提供侧面保护。第40页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一 光缆构造与材料光缆外护套野外用光缆：采用黑色聚乙烯（PE）易成形、机械强度高、致密性好、耐紫外线。局内用光缆：浅色聚氯乙烯（PVC）挠性好、耐弯曲疲劳且具阻燃性能。第41页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一光缆型号标识目前尚无ITU-T建议，采用 GB/T（908-2000）完整代号分为两大部分：光缆型式代号（左边字母或数字）1、光缆类型：GY、GJ、GH、GT

19、、GS2、加强件: 无符号、F、3、特征代号：B、T、Z、X、G、D.光缆型式代号光纤规格代号第42页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一 光缆型号标识4、护层代号：PE、PVC、A、S、L、Q、 W、 33、43、535、外护套代号：Y（或03，可略）、V光纤规格代号（右边数字或字母）依次为：光纤芯数、光纤类型（D、J、S模场直径/包层外径、工作波长（1、2、3）、 衰耗系数、适用温度（A、B、C、D）第43页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一 光缆代号示例GYTA3336D9/125（325）BGYDTS192D9/125（230）AGYXTW24

20、D9/125（236）AGJFV1D9/125（325）D第44页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一GYTA第45页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一GYTS第46页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一GYXTA第47页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一3000芯GHDT53第48页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一光无源器件第49页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一光纤连接器光路的活动连接光耦合器光功率分配光衰减器光功率控制与调整光波分复用器分波与合波光隔离器阻挡

21、反向光光环行器改变光方向光纤光栅信号滤波光无源器件常用类型与功能 第50页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一 光纤连接器功能：为光纤与器件、设备之间、设备和仪表之间或线路与测试仪表之间实现高质量活动连接可重复插拔对光连接器的要求：低插损：小于0.3dB高回损：大于50dB重复性、互换性好：小于0.1dB插拔寿命长：大于1000次价格低第51页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一FC金属螺纹锁紧式SC塑料矩形插拔式样插针：2.5mmST金属圆柱卡口式MT多芯带状光纤连接LC微型连接器（美） 插针：1.25mm MU微型连接器（日）光连接器由螺纹锁紧向直接

22、插拔演变，可减小操作空间，增大安装密度，避免挤压 活动连接器基本类型 第52页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一不同结构的光连接器第53页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一 插针端面结构与性能 FC - PC SPC - APC 第54页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一光纤连接器 型号与参数 常用型号：FC/PC、FC/APC，MU/PC 1.25mm插针直径： 2.5mm 基本参数：插入损耗 1000次 回波损耗 50dB跳线长度：0.5、1、5、10 （m）第55页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一

23、光衰减器功能对光功率进行一定量衰减的器件。应用场合系统调试-模拟光纤中继站-减小富余光功率光测试仪表-校准定标分类光可变衰减器连续可变光衰减器，分档可变光衰减器光固定衰减器第56页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一光纤线路接续与成端第57页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一光纤接续与成端接续光缆线路盘长之间的连接。成端光缆线路终端与光传输设备的连接。接续要求： 纤号确定、准确对接（色标、领示色） 接头损耗尽可能小 连接稳定可靠，满足强度要求 自动化程度高、便于操作 接续费用低第58页，共65页，2022年，5月20日，17点57分，星期一 接续施工准备光缆端部检查（运输、敷设中的损坏）接头附件： 接头盒、终端盒、热缩管、PVC （清点数量、检查质量） 接续仪器、工具： 光纤熔接机、