光纤通信基础知识

光纤通信基础知识作者：王勇

(FiberHandbookTechnologyData)美德（四川）电气有限公司光纤通信的优点通信容量大中继距离长不受电磁干扰资源丰富光纤重量轻、体积小光通信发展简史2000多年前烽火台——灯光、旗语1880年光电话——无线光通信1970年光纤通信光纤通信发展史1966年“光纤之父”高锟博士首次提出光纤通信的想法。1970年贝尔研究所林严雄在室温下可连续工作的半导体激光器。1970年康宁公司的卡普隆(Kapron)之作出损耗为20dB/km光纤。1977年芝加哥第一条45Mb/s的商用线路。电磁波谱1cm1mm100um10um1um100nm10nm1nmλ波長10G100G1T10T100T10^1510^1610^17f(Hz)1.6um1.51.41.31.21.11.0um900800700600nm光通信使用范围红外线紫外线光的基本知识光是一种电磁波可见光350nm—750nm光纤通信所用的波长

800——1600nm光的反射、折射全反射光的基本知识n1n2n1<n2θ1θ2θ3入射折射反射视觉位置实际位置空气水光的基本知识n1n2n1>n2n1n2临界角900临界角n1n2全反射入射角=反射角θ1θ2光纤的结构纤芯包层保护套光纤的的结构构纤芯core：：折射射率较较高，，用来来传送送光；；包层coating：折折射率率较低低，与与纤芯芯一起起形成成全反反射条条件；；保护套套jacket：强强度大大，能能承受受较大大冲击击，保保护光光纤。。3mm光光缆橘橘色MM黄色SM常见光纤纤名词数值孔径径（NumericAperture））

NA=SINθθ接收锥常见光纤纤名词输入输入输出输出低数值孔径NA高数值孔径NANANA外径一般般为125um(一根头发发平均100um)内径：单单模9um多多模50/62.5um12595012562.5125光纤的尺尺寸光纤的分分类按材料分分类：玻璃光纤纤：纤芯芯与包层层都是玻玻璃，损损耗小，，传输距距离长，，成本高高；胶套硅光光纤：纤纤芯是玻玻璃，包包层为塑塑料，特特性同玻玻璃光纤纤差不多多，成本本较低；；塑料光纤纤：纤芯芯与包层层都是塑塑料，损损耗大，，传输距距离很短短，价格格很低。。多用于于家电、、音响，，以及短短距的图图像传输输。按照光纤纤的模式式分类单模（Single-Mode）多模（Multi-Mode）按折射率率分类阶越光纤纤渐变折射射率光纤纤光纤的分分类光纤的损损耗1310nm:0.35~0.5dB/Km1550nm:0.2~0.3dB/Km850nm:2.3~3.4dB/Km光纤熔接接点损耗耗：0.2dB/点光纤熔接接点1点/2km常见光纤纤名词衰减：光光在光纤纤中传输输时的能能量损耗耗

单模模光纤1310nm0.4~0.6dB/km1550nm0.2~0.3dB/km塑塑料多多模光纤纤

300dB/km光纤的衰衰减光纤的衰减图0.70.80.91.01.11.21.31.41.51.6λnm

OH-OH-OH-第一窗口第二窗口第三窗口衰减(dB/km)水峰值654321色散(Dispersion)：光光脉冲沿沿着光纤纤行进一一段距离离后造成成的频宽宽变粗。。它是限限制传输输速率的的主要因因素。模间色散散：只发发生在多多模光纤纤，因为为不同模模式的光光沿着不不同的路路径传输输。材料色散散：不同同波长的的光行进进速度不不同。波导色散散：发生生原因是是光能量量在纤芯芯及包层层中传输输时，会会以稍有有不同的的速度行行进。在在单模光光纤中，，通过改改变光纤纤内部结结构来改改变光纤纤的色散散非常重重要。常见光纤纤名词光纤类型型G.652零色色散点在在1300nm左右G.653零色色散点在在1550nm左右G.654负色色散光纤纤G.655色散散位移光光纤全波光纤纤常见光纤纤名词散射由由于光线线的基本本结构不不完美，，引起的的光能量量损失，，此时光光的传输输不再具具有很好好的方向向性。光线缺陷光纤系统统基础知知识一、基本本光纤系系统的构构架及其其功能介介绍：1.发送送单元：：把电信信号转换换成光信信号；2.传输输单元：：载送光光信号的的介质；；3.接收收单元：：接收光光信号并并转换成成电信号号；4.连接接器件：：连接光光纤到光光源、光光检测以以及其它它光纤。光纤系统统基础知知识二、基本本光纤系系统方框框图：信号光发射机光源中继器检测器光接收机信号电E/光O转换光纤光O/电E转换发送单元传输单元接收单元连接器件常用连接接器类型型SCLCMT-RJDSCVF-45Opti-Jack常用连接接器类型型FCTypeSCTypeSC2TypeFDDType常用连接接器类型型BICONICTypeD4TypeSMA905TypeSMA906TypeMINIBNCType连接头端面类类型Ferrule+FlangeInsertionLoss(插入损耗)<0.3dBReturnLoss(回波损耗)PC>40dBSPC>45dBUPC>50dBAPC>60dB无源器件耦合器（coupler）主要功能再分分配光信号重要应用在光光纤网络尤其是应用在在局域网在波分复用器器件上应用无源器件耦合器（coupler）基本结构耦耦合器是双向向无源器件基基本形式有有树型、星型型

——与耦合器对应应的有分路器器（splitter））无源器件耦合器以图形表示1423无源器件波分复用器WDM—WavelengthDivisionMultiplexer

在一条光光纤中传输多多个光信号，，这些光信号号频率不同，，颜色不同。。波分复用器器就是要把多多个光信号耦耦合进同一根根光纤中；解解波分复用器器就是从一根根光纤中把多多个光信号区区分出来。无源器件波分复用器（（图例）

λ1传送器

λ2传送器

λ1+

λ2

λ1+

λ2

λ1接收器

λ2接收器发送单元驱动器光源接收单元检测器放大器

输出电路光放大器λ0λ1输入（信号弱）λ1输出（信号强）光放大器波分复用器耦合器λ1光源监测光纤数字通信信数字系统中脉脉冲的定义：：10%90%50%脉冲宽度上升时间下降时间周期振幅1.振幅：脉脉冲的高度在在光纤系统中中表示光功率率能量。2.上升时间间：脉冲从最最大振幅的10%上升到到90%所需需要的时间。。3.下降时间间：脉冲从振振幅的90%下降到10%所需要的的时间。4.脉冲宽度度：脉冲在50%振幅位位置的宽度，，用时间表示示。5.周期：脉脉冲特定的时时间，就是完完成一个循环环所需要的工工作时间。6.消光比：：1信号光功功率于0信号号光功率的比比值。光纤数字通信信光纤通信中常常用单位的定定义：1.dB=10log10(Pout/Pin)Pout:输出功率率;Pin:输入功率率2.dBm=10log10(P/1mw)是通信工程程中广泛使使用的单位位；通常表示以以1毫瓦为为参考的光光功率；example:–10dBm表示光光功率等于于100