光纤通信原理及基础知识V1.0课件

光纤的通信原理及基础知识工程规划设计部

第一章光纤通信的基本原理第二章光纤的基本结构和分类第三章光纤的基本参数第四章光纤的制造方法光纤的通信原理及基础知识f10km1km100m10m1m1cm1dm105m100km107m010Hz100Hz1k10k100k1M10M100M1G10G1cm100m1mm10m100nm1m10nm1nm100pm10pm1pm10G100G1T10T100T1015T1017T1016T1019T1018T1020T1.6m1.5m1.3m1.4m1.1m1.2m1m900nm800nm700nm500nm600nm400nm红外线紫外线X射线伽玛射线光纤应用范围无线电电视卫星LWKWMWUKWdmcm高频微波低频交流电直流电微波可见光电磁波谱频谱分配光纤通信的基本原理光在传输过程中，在两种不同的传输媒质的界面将产生以下行为：一部分入射光将被反射 一部分入射光将进入第二种媒质，并产生折射媒质1折射率n1媒质2折射率n2入射光线反射光线121=2n1·Sin1=n2·Sin2媒质1折射率n1媒质2折射率n2入射光线12折射光线光的反射和折射定律光纤通信的基本原理折射率n＝光在真空中的传播速度/光在该媒质中的传播速度全反射：

当n1>n2时，随着入射角的不断增加，在入射角达到某一值时，折射角达到90oC，我们把此时的入射角称为临界角0。当入射角大于临界角时，将发生全反射。媒质1媒质2根据折射定律，我们可以求出临界角，此时2＝90o。即n1·Sin0=n2·Sin90o所以Sin0=n2/n1媒质折射率真空空气水多模光纤单模光纤玻璃钻石光的全反射定律光纤通信的基本原理光通信正是利用了全反射原理，当光的注入角满足一定条件时，光便能在光纤(光波导)内形成全反射，从而达到长距离传输的目的。包层n2纤芯n1光纤中心轴线090-0包层n2空气n01光纤的导光原理光纤通信的基本原理•Verysmallsignalloss•Impervioustoelectromagnetic•Moresafety•Easyforoperation•Largecapacity1Mb/s=1,000,000bitspersecond2Mb/s=30lines565Mb/s=7680lines光纤通信的优点光通信基本原理光纤的结构及组成

涂层

力学影响的防护涂层(acrylic)250µm涂层

250µm

标准单模光纤标准梯度折射率分布多模光纤

纤芯(SiO2+Ge+F)

(掺锗二氧化硅)

8.6-9.5µm

纤芯

(聚甲基丙烯酸甲酯)

980µm

包层(SiO2+F)掺氟二氧化硅

125µm

纤芯

(掺锗二氧化硅)

50µm/62.5µm/100µm涂层1000µm塑料光纤光纤的基本结构和分类PCVDfiber:Core:SiO2+Ge+FCladding:SiO2+FPri.Coating:acrylicSec.Coating:acrylicCoreCladdingCoating光纤的组成光纤的基本结构和分类按材料分类：二氧化硅系光纤多组份光纤塑料光纤光纤的分类光纤的基本结构和分类用于通信，如：光缆用于传感器，如：光纤陀螺用于传输图像，如：内窥镜其它用途，如用于传输能量按用途分类：光纤的分类光纤的基本结构和分类按传输模式分类：多模光纤单模光纤光纤的分类光纤的基本结构和分类G651多模光纤：工作波长为850nm的LAN用的多模光纤G652光纤：最佳工作波长为1310nm的单模光纤：

G652AG652B:标准光纤

G652CG652D：低水峰（全波）光纤

G653光纤：零色散波长在1.55m窗口的单模光纤

G654光纤：截止波长在1500nm的海底应用单模光纤,又称为最低 衰减单模光纤

G655光纤：在1550nm窗口给定波长区间内色散不为零的色散位移单模光纤，称为非零色散位移光纤

G655A：单信道光纤(1995)G655B、G655C：DWDM光纤(2000.10,2003.1)G656光纤：使用于DWDM系统S+C+L波带的非零色散位移光纤

(2003.10提出，2004.4争取会议同意)光纤的分类光纤的基本结构和分类单模光纤特性G.652光纤G.653光纤G.654光纤G.655光纤最成熟的单模光纤，但未把最小的衰减与最小的色散有效的结合在一起。过渡性的单模光纤，通过对光纤的截止波长进行位移而获得极低的衰减。过渡性的单模光纤，把零色散点移到了衰减最小的波长。一种新型的单模光纤，把最小的衰减与小的色散结合在一起。单模光纤的特性光纤的基本结构和分类3.应用1.G.652A：支持G.957规定的SDH传输系统，G.691规定的带光放大的单通过路STM-16（2.5Gbit/s）的SDH传输系统，G.693规定的40km的10Gbit/s以太网系统及STM-2562.G.652B：主要支持更高速率，例如G.691和G.692传输系统中直到STM-64（10Gbit/s），在G.693和G.959.1中对于STM-256的某些应用3.G.652C（低水峰光纤）：与G.652A光纤属性类似，允许使用在1360~1530nm扩展波长范围4.G.652D：与G.652B光纤属性类似，允许使用在1360~1530nm扩展波长范围G652光纤的分类、特点与应用光纤的基本结构和分类G655光纤的分类、特点与应用1.分类2003年1月20日~31日，ITU-T15组根据光纤的PMD的要求和色散特性的要求区分将G.655光纤进一步细分为：3种，即G.655A、G.655B、G.655C2.特点最新的一种单模光纤；充分利用C/L波段衰减小和其为EDFA工作波段的特点；较小的色散有利于高速传输，同时又能有效抑制非线性效应光纤的基本结构和分类

长距离应用，大有效面积色散平坦型G.655是发展方向城域网中，低水峰光纤有较大的应用前景，关键在价格，目前主要采用的是G.652A、G.652B光纤接入网中将主要应用G.652光纤，其发展前景仍被很多专家看好（目前市场规模在下降，但仍继续占主导地位）LAN中将主要应用多模光纤，芯径逐渐由62.5m向50m发展，市场在逐渐扩大室内布线将向塑料光纤发展光纤应用的发展趋势

光纤的基本结构和分类光纤选用技术建议

核心网城域网接入网A1a、A1b√适用G.652B√可用√适用√可用G.652CG.652D√可用√适用G.655BG.655C√适用√可用光纤种类网络结构光纤的基本结构和分类几何尺寸参数光学及传输特性参数机械及环境性能参数光纤参数分类光纤的基本参数光纤的几何尺寸参数

纤芯直径纤芯/包层同心度包层外径(d={dx+dy}/2)

包层不圆度(|dmax-dmin|/d)

涂层外径包层/涂层同心度光纤翘曲度RdxdyR光纤的基本参数光纤几何尺寸参数典型值

纤芯直径(多模光纤)：

纤芯直径(单模光纤)：

纤芯/包层同心度：

包层外径：

包层不圆度：

涂层外径：

包层/涂层同心度：62.5/50m8～10m1.0m125m2m2%245m10m15m

光纤翘曲度：2m光纤的基本参数定义：高斯分布的单模光纤，模场直径是光场幅度分布1/e处各点所围成圆的直径，也等于光功率分布1/e2处各点所围成圆的直径。Definition:Powerlowerdownto0.135Po.MFDrelatedtowavelengthSplicelossmostlydependedbyMFDmismatchMFDcaninfluencebendingloss,Dispersionandetc.Salesstrategy:selectfiberwithMFDmatchedwell光纤的光学及传输特性参数之一------模场直径光纤的基本参数衰减系数

＝10log(P0/PL)/L 这里； P0输入光功率 PL经过L长度的光纤后的输出光功率 L传输距离Definition:Loss(dB)=-10lg(Pout/Pin)Limitedthetransmissiondistance.Intrinsiclosses:Rayleighscattering,Materialresonance(Ultraviolet&InfraredAbsorption)Extrinsiclosses:Absorption,BendinglossesP0PLL光纤的光学及传输特性参数之一------衰减系数光纤的基本参数衰减(dB/km)波长(nm)131015500.360.20－单模光纤的典型频谱衰耗OH-吸收峰(又称为：水峰)光纤的光学及传输特性参数之一------典型频谱衰耗图光纤的基本参数定义：

由于传输介质的折射率与光波的波长相关而造成不同波长的光在相同传输介质中的传播速度不同的现象。其程度用色散系数进行反映。光纤的光学及传输特性参数之一------色散系数光纤的基本参数Theoreticalmaxdistancelimitedbythedispersion

Bcapacity1550nm(G.652)1550nm(G.655)1310nm(G.652)2.5Gb/s928km4528km6400km10Gb/s58km283km400km20Gb/s14.5km70kml00km40Gb/s3.6km18km25km=10

光纤的光学及传输特性参数之一------色散受限最大理论传输距离光纤的基本参数84-401200-818001400150016001700132nm4色散D(ps/(nm•km))波长(nm)1

非色散位移光纤2 色散位移光纤3 色散平坦光纤4非零色散位移光纤－不同单模光纤的色散曲线光纤的光学及传输特性参数之一------色散曲线图光纤的基本参数定义：

光纤作为单模光纤工作的最短波长。工作波长超过此波长时，只能传输基模，此时光纤为单模光纤；工作波长低于此波长时，除基模外，高次模也可传输，此时光纤为多模光纤。光纤的光学及传输特性参数之一------截止波长光纤的基本参数Cut-offwavelengthDefinition:[2πna/V]2∆PowerincladdingvsVV<=2.405,singlemode.workingwavelengthmustbiggerthancutoff.powerincladding.bendinglosssensitive.Fibertheoreticalcutoff.fibereffectivecutoff(2m).cablecutoff.MAC:MFD/Cutoff光纤的光学及传输特性参数之一------截止波长光纤的基本参数弯曲损耗：

宏观弯曲损耗：是指光纤在以远远大于光纤外径的曲率半径弯曲时，所引入的附加损耗。

微观弯曲损耗：是指光纤受到不均匀应力的作用，光纤轴产生的微小不规则弯曲所引入的附加损耗。光纤的光学及传输特性参数之一------弯曲损耗光纤的基本参数定义：

基模包含两个正交的矢量，这两个偏振矢量在传播过程中会产生时延，从而引入偏振模色散光纤的光学及传输特性参数之一------偏振模色散光纤的基本参数PMD定义Definition:dispersionofthetwolinear-polarizedmodescausedbyimperfectwaveguidestructureΔtPMD=Dpmd*LΛ0.5PMDLinky=PMDQ:99.99%probabilityof100000y光纤的光学及传输特性参数之一------偏振模色散光纤的基本参数TheoreticalmaxdistancelimitedbythedispersionBWhentheBitrateexceed10Gb/s,thePMDmustbeconsidered.ReducefiberPMDvalue:improvefibergeometryperformanceinducerotationtobarefiber=10

PMD(ps/4km)2.5Gb/s10Gb/s40Gb/s3.0180kmllkm<lkm101,600km100km6km0.56,400km400km25km0.240,000km2,500km156KM光纤的光学及传输特性参数之一------偏振模色散受限的最大理论传输距离光纤的基本参数IntrinsicandextrinsicreasonsofPMDellipticalCladdingcoreeccentriccladdingairvoidstressellipticalcoatingeccentriccoatingExtrinsicCausesstressbendtwist光纤的光学及传输特性参数之一------偏振模色散光纤的基本参数

衰减系数：

色散系数：

截止波长：

弯曲损耗：

偏振模色散：1310nm波长处：0.36dB/km1550nm波长处：0.22dB/km1310nm波长处：0ps/(nm•km)1550nm波长处：19ps/(nm•km)cc1260nm以75mm为直径松绕100圈1550nm波长处附加衰减：0.05dBPMD0.5ps/(km)1/2

模场直径：1310nm:8-10m;1550nm:9-11m光纤的光学及传输特性参数之一------参数典型值光纤的基本参数光纤的光学及传输特性参数之一------ITU规范典型值光纤的基本参数机械及环境性能参数

光纤筛选应力水平

光纤抗张强度

光纤动态疲劳参数

光纤静态疲劳参数筛选应力：0.69GPa持续时间：1s典型值：500k