光纤通信应用

光纤通信概述

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

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

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。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（固定、活动）光的分路与耦合较困难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：850nm——1310nm——1550nm（S、C、L）光纤应用：MMF——SMF——新型：G.655、LEAF、EDF、DCF信号类型：模拟——数字（PDH——SDH）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）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、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。

光纤传输系统

单信道光传传输系统光纤数字通通信系统的的技术指标标：（1）误码指标标：平均误误码率BER误码秒ES严重误码秒秒SES误码块EB误块秒比ESR（2）抖动与漂漂移性能（3）光发送与与接收的技技术指标光端机中继机光端机交换交换E/OO/EO/E/O光纤传输扩扩容方式光纤通信技技术主要围围绕提高传传输容量与与增大传输输距离发展展。(PDH——SDH——WDM）提高传输容容量的手段段有：1、SDM—采用增加光光纤对扩大大通信容量量。2、TDM—不断提高高信道传传输速率率。3、WDM—增加光纤纤中信道道(波长)数量。增大传输输距离的的方式有有：1、进行光光放大2、采用色色散补偿偿与前向向纠错错技技术3、实现光光孤子通通信光传输系系统主要要指标光纤传输输系统发送指标1、工作波波长（λ）：850nm.1310nm.1550nm(S.C.L波段)线路传输输特性与与系统工工作波长长密切相相关。2、平均发发送光功功率（Ps）：功率单位位：mw、μw（制造、、购买光光源用）dBm（设计、施施工、测测量用））dBm=10LogPs/1mw（毫瓦分分贝值））光纤工作作波段工作窗口口波波段段标标称称波长波波长范范围（nm）第一窗口口850第二窗口口O波段段13101280-1360第三窗口口S波段段15501460-1530C波段段15501530-1565第四窗口口L波段段15501565-1625第五窗口口E波段波波长扩展展1360-1460光纤传输输系统发送指标3、光谱特特性（Δλ）：信号脉冲冲包含的的波长范范围4、边模抑抑制比（（SMSR）：SMSR=Pmain/Pside≥30dB5、消光比比（EXT）：EXT=P。/P1x100%<10%or10lgP1/P。>10dBP。：全零零码的光光功率值值，P1：全1码的光功功率值值。光纤传输输系统接接收指标标1.接收灵敏敏度(Pr)在保证系统误误码指标的条条件下，光接接收机所需要要的最小光功功率值：Pr=10lgPmin/mw（dBm）Pr值决定于系统统传输速率、、码型以及光光探测器的类类型。2.接收动态范围围(D)在保证系统误误码指标的条条件下，光接接收机所需最最小光功率值值与所允许的的最大光功率率值之差。即即：D=10lgPmax/Pmin（Pr）（dB）不同工作条件件下的接收灵灵敏度速率等级2Mb/sSTM-4STM-16STM-64误码指标BER101010接收灵敏度-50dBm-32dBm-28dBm-20dBmPr-9-10-12灵敏度与系统统误码指标相相关!光纤与光缆光纤结构包层n纤芯n12涂复层n1≈1.4672n2≈1.4647介质折射率的的差别形成光光波导包层涂复层原料提纯熔炼制棒拉丝涂覆套塑成缆光纤光缆制造造工艺光纤的类别可有不同分类类方式:按传导模数分分：多模（MMF）单模（SMF）按折射率分布布：渐变型（GI）阶跃型型（SI）按特殊用途分分：EDF、DCF、LEAF……….按ITU-T或IEC文号分：G.651（A1）、G.652（B1）G.653（B2）、G.655（B4）…….模的概念纵模指激光振荡的的频谱成分，，即波长成分分单纵模激光器器的频率仍有有一定的分布布范围横模指电磁场的横横向场分布分为基模TEM00和高阶模TEMmn偏振模指同一光波模模式所包含的的相互正交的的两个偏振态态TEM00TEM11G.651光纤(MM)—多模光纤G.652光纤(SM)—标准单模光纤纤G.653光纤(SM)—色散位移光纤纤G.654光纤(SM)—截止波长位移移光纤G.655光纤(SM)—非零色散位移移光纤G.656光纤(SM)—宽带NZ-DSFG.657光纤(SM)—抗弯曲衰减光光纤ITU-T建议文号特殊用途光纤纤1、掺铒光纤（（EDF）2、色散补偿光光纤（DCF）3、数据光纤4、大有效面积积光纤（LEAF）5、色散平坦光光纤6、全波光纤（（AWF）常用光纤命名名与标准对照照光纤名称ITU-T标准IEC标准多模光纤G.651A1aA1b非色散位移光光纤G.652A、B、CB1.1、B1.3零色散位移光光纤G.653B2截止波长位移移光纤G.654B1.2非零色散位移移光纤G.655A、G.655BB4注:G.652C(B1.3)为全波光纤,G.652B有偏振色散要要求,仍归于B1.1G.654(B1.2)为截止波长位位移光纤(最低衰耗光纤纤)单模光纤导光光原理光的折射现象象：光光的的全反射：132231Sin==1.460/1.464=85.8入射角=90-85.8=4.2度，近于直线线传导。光纤的基本参参数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（μm）2相对折射率差差=n1-n2/n1DCF6光纤的基本参参数3.数值孔径：NA=n1 =Sin数值孔径表示示光纤接收（（耦合）光信信号的能力常规单模光纤纤的NA值约为0.108多模光纤的NA值大于单模光光纤，故光耦耦合效率高。。NA值与折射率差差有关，太大大会形成多模模传输。光纤的基本参参数6.光纤截面形状状误差1、包层不圆度度：<1%2、同心度误差：：<0.8μμm光纤的传输特特性传输衰减传输色散非线性效应光纤传输衰减减光纤传输中各各种因素引起起的信号能量量损失传输衰耗是系系统设计、光光功率分配、、中继距离确确定的重要参参数定义：PinPoutL=10LgPin/Pout×L（dB）光纤衰减机理理光纤材料固有有损耗：1、瑞利散射射—光纤工艺中材材料结晶产生生的不均匀匀组织引起。。其效率与光光波长的四次次方成反比。。2、材料吸收—光纤材料（含含杂质）对光光信号的吸收收。可分为紫紫外吸收与红红外吸收。附加损耗附加损耗主要指光纤使使用中引起的的损耗接续损耗包括：1、光纤固定熔熔接损耗（一一般小于0.05dB)2、活动连接损损耗(一般小于0.3dB)弯曲损耗光纤衰减的测测量常用测量方法法：1、剪断法2、插入法3、背向散射法法剪断法测量：：（ITU-T建议的基准方方法）光源光功率计滤模器被测光纤（L）P1P22m=Lg（dB/Km）背向散射法测测量利用光传输中中的背向散射射与菲涅尔反反射设计的光光时域反射仪仪（OTDR）测量。OTDR测试功能：1、光缆线路长长度（工程施工、、线路维2、光纤衰耗分分布护中广泛应用用。）3、接头头损耗耗4、线路路故障障点的的位置置。光缆缆光缆类类别缆芯结结构不不同分分为:中心管管式层层绞绞式骨骨架架式光光缆敷设条条件不不同分分为:架空光光缆、、管道道光缆缆、直直埋光光缆和和水底底光缆缆光缆中中光纤纤的松松紧状状态不不同分分为:紧结构构松松结结构半半松半半紧结结构光光缆使用环环境与与缆中中材料料不同同可分分为:金属加加强构构件、、非金金属加加强构构件阻阻燃燃、防防蚁光光缆、、电力力光缆缆光缆构构造与与材料料套塑1、松套套—多纤合合成、、油膏膏填充充，适适于野野外光缆(PBT)余长控控制（（水温温、绞绞合节节距））2、紧套套—单纤紧紧包、、线径径细，，适于于局内内光缆缆。(硅橡胶胶orPVC)填充材料：：气体、、油膏膏、阻阻水纱纱对油膏膏性能能要求求：无腐蚀蚀、高高低温温特性性、易易清清除光缆构构造与与材料料加强件件（抗拉拉）1、金属属：磷磷化钢钢丝、、钢绞绞线（（野外外光缆缆）2、非金金属：：工程程塑料料（电电力光光缆用用）芳纶纤纤维（（局内内光缆缆用））要求：：材料料杨氏氏模量量E值大、、不锈锈蚀护层（提供供侧面面保护护）不同结结构的的光缆缆根据据应用用要求求选用用不同同材料料的护护层，，主要要提供供侧面面保护护。光缆构构造与材料料光缆外外护套套野外用用光缆缆：采用黑黑色聚聚乙烯烯（PE）易成形形、机机械强强度高高、致致密性性好、、耐紫紫外线线。局内内用用光光缆缆：：浅色色聚聚氯氯乙乙烯烯（（PVC）挠性性好好、、耐耐弯弯曲曲疲疲劳劳且且具具阻阻燃燃性性能能。。光缆缆型型号号标标识识目前前尚尚无无ITU-T建议议，，采采用用GB/T（908-2000）完整代号号分为两两大部分分：光缆型式式代号（（左边字字母或数数字）1、光缆类类型：GY、GJ、GH、GT、GS……2、加强件件:无符号、、F、3、特征代代号：B、T、Z、X、G、D…...光缆型式式代号——光纤规格格代号光缆型号号标识4、护层代代号：PE、PVC、A、S、L、Q、W、33、43、535、外护套套代号：：Y（或03，可略））、V光纤规格格代号（右边数数字或字字母）依次为：：光纤芯数数、光纤纤类型（（D、J、S模场直径径/包层外径径、工作作波长（（1、2、3）、衰耗系数数、适用用温度（（A、B、C、D）光缆代号号示例GYTA33——36D9/125（325）BGYDTS——192D9/125（230）AGYXTW——24D9/125（236）AGJFV——1D9/125（325）DGYTAGYTSGYXTA3000芯GHDT53光无源器件件光纤连接器器——光路的活动动连接光耦合器——光功率分配配光衰减器——光功率控制制与调整光波分复用用器——分波与合波波光隔离器——阻挡反向光光光环行器——改变光方向向光纤光栅——信号滤波光无源器件件常用类型型与功能光纤连接器器功能：为光纤与器器件、设备备之间、设设备和仪表表之间或线线路与测试试仪表之间间实现高质质量活动连连接可重复插拔拔对光连接器器的要求：：低插损：小小于0.3dB高回损：大大于50dB重复性、互互换性好：：小于0.1dB插拔寿命长长：大于1000次价格低FC——金属螺纹锁锁紧式SC——塑料矩形插插拔式样插针：2.5mmST——金属圆柱卡卡口式MT——多芯带状光光纤连接LC——微型连接器器（美）插针：1.25mmMU——微型连接器器（日）光连接器由由螺纹锁紧紧向直接插插拔演变，，可减小操操作空间，，增大安装装密度，避避免挤压活动连接器器基本类型不同结构的的

光连接接器插针端面结结构与性能能FC-PC–SPC-APC光纤连接器器型号与参数数常用型号：：FC/PC、FC/APC，MU/PC1.25mm插针直径：：2.5mm基本参数：：插入损耗<0.4dB插拔次数>1000次回波损耗>50dB跳线长度：：0.5、1、5、10（m）光衰减器功能对光功率进进行一定量量衰减的器器件。应用场合系统调试---模拟光纤中继站----减小富余光光功率光测试仪表表----校准定标分类光可变衰减减器连续可变光光衰减器，，分档可变变光衰减器器光固定衰减减器光纤线路接接续与成成端光纤接续与与成端接续—光缆线路盘盘长之间的的连接。成端—光缆线路终终端与光传传输设备的的连接。接续要求：：纤号确定、、准确对接接（色标、、领示色））接头损耗尽尽可能小连接稳定可可靠，满足足强度要求求自动化程度度高、便于于操作接续费用低低接续施工准准备光缆端部检检查（运输输、敷设中中的损坏））接头附件：：接头盒、终终端盒、热热缩管、PVC（清点数量量、检查质质量）接续仪器、、工具：光纤熔接机机、OTDR、专用开缆缆、剥线工工具施工车、蓬蓬。光纤熔接机机工程中均采采用自动熔熔接机。型号如：藤仓:FSM-40S(50S)、