光纤通信培训教材

光纤通信目录光纤通信概述光纤光缆光纤通信器件光纤通信系统光纤通信基本概念光纤是光导纤维的简称，光纤通信是以光波为载波，以光纤为传输介质的一种通信方式。光波波谱X射线Γ射线无线电波红外线可见光紫外线300μm0.76μm0.39μm6×10-3

μm光波波长范围为300～6×10-3

μm，分为：红外线、可见光、紫外线。光纤通信的波长在1.8～0.8μm，属红外波段。光纤通信系统模型光纤通信的优点传输频带宽，通信容量大理论上，一对光纤可传10亿路电话或10万路电视。由于光纤制造技术和电子器件的限制，现一对光纤可传数十万路电话或数千路电视。光纤传输损耗低，中继距离长目前，中继距离超过300km。抗干扰能力强光纤是绝缘体，不怕雷电和高压。光纤传输的频率高于各种干扰源频率。光纤通信的优点保密性好光波只在光纤中传输，不会跑到光纤之外。节省大量有色金属光纤的主要材料——SiO2取之不尽，用之不竭。按现在的开采速度，世界上的铜矿只能再开采50年左右。光纤体积小，重量轻光缆截面积为12mm，18芯同轴电缆的为65mm。光缆重量为90g/m，18芯同轴电缆的为11㎏/m。光纤的结构通常光纤由纤芯、包层、一次涂敷层和套层组成。光纤的结构未经套塑的光纤称裸光纤，其外径为125μm。纤芯折射率稍大于包层折射率，以保证光纤在纤芯中传播。纤芯的折射率一般是l.463～l.467,包层的折射率是1.45～l.46左右。光纤的种类按制造光纤所用材料分：石英系光纤多组分玻璃光纤塑料包层石英系光纤全塑料光纤氟化物光纤按光纤传输模式数分：多模光纤单模光纤光纤的种类按光纤折射率分布形状分：跳变式光纤渐变式光纤按光纤的工作波长分：短波长光纤长波长光纤超长波长光纤光纤的损耗特性光纤的损耗特性是光纤的传输特性之一。损耗大小在很大程度上决定着光中继距离的长短。光纤损耗大致可分为光纤具有的固有损耗以及光纤制成后由使用条件造成的附加损耗。损耗种类

瑞利散射损耗吸收损耗波导结构不完善引起的损耗

微弯损耗附加损耗弯曲损耗接续损耗光纤损耗固有损耗损耗小结损耗大小在很大程度上决定着光中继距离的长短。三个低损耗窗口：0.85μm、1.31μm和1.55μm。光纤产品在1.31μm波长区的典型损耗为0.33dB/km，在1.55μm波长区的典型损耗为0.21dB/km（该窗口被称为损耗最小点）。光纤的色散特性光纤的色散特性是光纤的又一传输特性。色散是指光纤所传输的信号波形畸变的一种物理现象。表现为光脉冲宽度被展宽。光纤色散按产生原因分：模式色散、材料色散和波导色散。色散种类模式色散：不同模式，其传输路径不同，到达终点时间也不同，从而引起光脉冲展宽。材料色散：由于光源发出的光具有一定的波谱宽度，而石英玻璃的折射率随光波频率变化，引起模内各信号的传输速率不同而产生的色散。波导色散（结构色散）：由于波导效应引起模内频率高或波长短的光信号进入包层，而包层折射率小于纤芯折射率，导致模内各信号的传输速率不同而产生的色散。

色散小结色散大小直接影响通信容量的增减和通信距离的远近。各种色散的大小顺序：模式色散>>材料色散>波导色散。模式色散仅存于多模光纤之中。单模光纤只有材料色散和波导色散。常规单模光纤在1310nm附近的材料色散和波导色散相互抵消，即色散为零。而在1550nm窗口则为15~20ps/km×nm。实用光纤类型G.652光纤G.652光纤，即常规单模光纤是指1310nm波长性能最佳的单模光纤。在1310nm波长工作时，理论色散为零，其典型损耗为0.33dB/km，而在1550nm波长工作时，传输损耗最小，但色散系数约为17ps/nm×km。实用光纤类型G.653光纤

G.653光纤，即色散位移光纤（DSF）是指1550nm波长性能最佳的单模光纤。其利用1550nm的低损耗窗口，通过改变折射率分布，将零色散点从1310nm移到1550nm，使光纤最小衰减窗口和零色散窗口均统一在1550nm波长上。DSF在单波长、长距离通信中具有很大的优越性。实用光纤类型G.654光纤这种光纤是指1550nm波长损耗最小的光纤，典型衰减系数为0.15~0.19dB/km。设计重点是如何降低1550nm波长处的衰减，零色散点仍位于1310nm波长处。主要应用于需很长再生段距离的海底光纤通信。实用光纤列类型G.杜655光纤G.6慎55光纤，即触非零色散剪光纤（NZDF），有谜的也称为豆真波光纤援。将零色散匹点移向短依波长侧（夺通常151爆0～1520超nm范围）舰或长波鸟长侧（157街0nm附近），使1540求~156笼5nm范围内色浪散值保持驴在1.0看~4.专0ps佣/nm娇×km。NZDF兼容了常盘规光纤和DSF的优点，挂同时又解家决了常规汪光纤的色霉散受限和DSF难以实捕现WDM的致命弱钓点。实用光纤钳类型色散补偿钓光纤（DCF）色散补霸偿光纤茅在155晶0nm窗口有漂很大的滥负色散惕。在原G.6摘52光纤线路抵中加入一拉段色散补念偿光纤，灯用其长度耐来控制色叼散补偿量极的大小，撇以抵消原G.65难2光纤在155半0nm处的正色丧散，使整恼个线路在155形0nm处的总色躁散为零撕。一般说来奥，25m汪DCF可补偿1km摔G.市652光纤的色牧散。新一代光购纤第二代的G.6仅55光纤——大有效班面积的厌光纤和泳小色散德斜率光早纤大有效箱面积的菜光纤具怎有较大捧的有效熊面积，剖可以更纵有效地圾克服光有纤非线铁性的影潮响。小色散斜距率光纤具颤有更合理厅的色散规鄙范值，简商化了色散屑补偿，更垮适合于L波段的应渐用。两者均耽适合于琴以10G闸b／s为基础的棒高密集波歇分复用系咏统，代表嫌了干线光长纤的最新克发展方向唉。新一代约光纤全波光纤目前影响钉可用波段痕的主要因忠素是1385弟nm附近的水迁吸收峰，趣采用全新酒的生产工桂艺，几乎椅完全消除础由水峰引昏起的衰减我。可用波动长范围甲增加了100n辅m，可复渐用的波布长数大挑大增加拥。允许使用什波长间隔源较宽、波御长精度和健稳定度要滋求较低的患光源、合因波器、分扔波器和其识它元件，删使元器件怨特别是无撤源器件的冒成本大幅待度下降，多这就降低塘了整个系仁统的成本谷。未来城域德网的新敷箩光纤将会胳逐渐转向茶这种具有医更长技术菠寿命的新聚型光纤，粱我国正抓耀紧进行开乱发和试验零。光纤的测肾量光纤损坝耗的测蹲量切断法虽：沿光诊纤长度易分别测益两点的畜光功率场。背向散射杯法：在光匆纤始端数痛值孔径以去内，测量揉反射回来捉的瑞利散厚射光的一群种非破坏蹈性的光纤更损耗测量牧法。光纤带宽竭的测量时域法辩：从光绣纤的一浩端注入营一串窄酬脉冲，屋从其怨另驱一端测留出脉冲雷的展宽工值，从卸而得到励光纤的券基带响驶应，即酱带宽。估算法：B=0浸.44溉/√(t22-t12)频域法：伴在光纤输港入端送入末正弦光信宾号，在不浓改变光信庆号幅度的盒条件下，阻只改变正周弦频率，敌然后在光色纤输出端垂，由选频僚电平表读沟取经检测珍器变换出便来的电信劝号幅值，深得到幅频逢特性曲线妈。幅频特含性的最大啦值下降6dB即为光询纤带宽宁。光缆对光缆设诸计的基本葡要求：机械性能第良好成缆时光瓣纤传输特愚性要保持父良好不同环吴境及使束用场合毕下，光气缆性能鸦稳定直径要小乘、重量要犯轻易于敷设傲和接续容易生娘产、价日格便宜组、维护植方便常用光缆普通光缆层绞式和独单元式光栏缆紧套松套带状式光魄缆骨架式芹光缆特种光缆海底光缆能承受阁敷设张锻力及故朴障修理悟时从海株底打捞结的张力益；能承受盈敷设时姓的侧压欢力和深禁海中的申水压力匙；即使有了萍龟裂，也锻能防止光影缆内浸水弱。无电磁感炒应光缆不仅在榜外护套贯和抗张凑力构件爱中完全签不使用袖金属，交而且在德缆内也阵不配中筝介金属奋线对。特种光溪缆复合架份空地线线光缆利用光纤粘无电磁感爆应性质，届与电力线丛中的架空扩地线复用信而组成的渠光缆。电力复合定光缆利用光纤维的无电磁购感应性质疮，和输电名线等电力妙光缆进行煮复合而成然的。光缆的端型号及持识别光缆的悼型号由务光缆型漏式代号扶和光纤掉规格代星号组成眠。我国的顿光缆型菠号命名盆及表示镜法：光缆型式代衰号光纤规格烧代号ⅠⅡⅢⅣⅤ1235ccbba4光缆的型拔号及识别光缆型式都代号Ⅰ：分类滑及代号GY：通信用雷室（野）惑外光缆GR：通信用叛软光缆GJ：通信用浑室（局）曾内软光缆GS：通信设计备内光缆GH：通信用呼海底光缆GT：通信用颈特殊光缆Ⅱ：加强切构件及泰代号无符号渴：金属挤加强构遗件F：非金属适加强构件C：金属疼重型加必强构件H：非金待属重型政加强构膨件光缆型信式代号Ⅲ：派生特蕉征及代号B：扁平形披状Z：自承式拉结构T：填充愁式结构Ⅳ：护套及遗代号Y：聚乙烯页护套V：聚氯炎乙烯护管套U：聚氨膊酯护套A：铝-聚乙烯负粘接护花套L：铝护临套G：钢护汪套Q：铅护肚套S：钢-铝-聚乙烯综疗合护套光缆型万式代号Ⅴ：外护青层及代绕号

外邪护层型卵号用数碌字代号慈表示材近料的含泊义第一位数字标记铠装层材料第二位数字标记外护层材料0无0无1—1纤维层2双钢带2聚氯乙烯套3细圆钢丝3聚乙烯套4粗圆钢丝4—光缆的型掉号及识别光纤规格防代号1：光纤鲜数缆内同类骄型光纤的睛实际有效诞数2：光纤动类型及阶代号J：二氧化爸硅系多模赏渐变型光偶纤T：二氧睛化硅系够多模阶损跃型光栗纤Z：二氧化招硅系多模汤准阶跃型捞光纤D：二氧化灵硅系单模追光纤X：二氧钳化硅系蛾塑料包鞋层光纤S：塑料光示纤光纤规格摔代号3：光纤腐主要尺签寸参数多模光纤幅：芯径/包层直凳径(μm)单模光微纤：模编场直径/包层直毁径(μm)4：光纤传涝输特性及箭代号a:使用波长伐的代号，槐一位数表陷示：1：使用猾波长在0.8库5μm区域2：使用石波长在1.3袄1μm区域3：使用波展长在1.5燥5μm区域bb:衰减系佣数的代妈号，两份位数表品示（dB/当km）cc:模式带遇宽的代个号，两牛位数表胆示（MHz•km）单模光缺纤无此尊项。光源光源的挑作用是望完成电/光转换城。光源的发养光波长由游材料决定提。光纤通骑信对光行源的基罢本要求合适的发糖光波长发光波长哭应与光纤征的工作窗病口一致。足够的输落出功率应大于1mw可靠性高胀、寿命长要求光源秀平均工作吐寿命为106小时光纤通肆信对光肥源的基圣本要求输出效率肚高输出光功词率与所消四耗的直流柴电功率的繁比值叫输克出效率。溜目前输出滤效率的标炭准是大于10%。光谱宽猜度窄光谱宽五度是光峰源的发价光波长哲范围。聚光性搜好聚光性它好，即纤耦合效诊率高、着入纤功缝率大。调制方便调制是把军话音等信扶息载在光精波上。价格低廉常用光源半导体怪发光二渔极管半导体发衫光二极管(LE臣D)是利用其半有源区自甘发辐射输找出光信号目的器件。只要在叫其两端灯加上电陶流,便会输替出荧光,LE胜D是无阈值观的器件。在正向偏禁置下,LED能发出可亿见光或红饲外光。LED谱线较扛宽，引江起的色娇散值教救大，不笔适合高肝速率传律输。LED与光纤令的耦合地效率较轮低，一抓般只适恨合短距矩离率传哥输。常用光源半导体邮激光器半导体理激光器(LD绵)是利用焦在其有杜源区中咳受激发环射的器道件。只在工胜作电流匆超过阈漆值电流沙的情况浪下,才会输斥出激光(相干光),涨LD是有阈样值的器闷件。LD光谱宽度脆窄、光纤吼耦合效率逝较高、调概制频率高丽，适用于盛长距离大税容量的光洁纤通信系开统。LD易受温度陵影响，需陶进行自动然温度控制横和自动功诞率控制。光放大器主要功翠能功率放唱大：置奴于光发踏射机前株端，以纲提高入计纤的光报功率。在线中准继放大络：取代恐现有的裹中继器培。前置放大旬：置于光答电检测器侮前，以提候高接收的趁灵敏度。常用光姑放大器掺铒光诉纤放大柱器（EDFA）半导体激东光放大器升（SLA）掺铒光遣纤放大写器（EDFA）基本原帽理EDF并A能对1.55状μm波段提答供有效崖的功率染增益。当泵浦蝇光输入讲掺铒光壁纤时，叠高能级懂的电子蕉经过各故种碰撞偷后，发伏射出波焰长为1.5走3~1捷.56μm的荧光。捉若在波长纽奉为1.55μm附近的固某种信条号光入滴射时，纯信号光侄会接受匀强输入骄光（泵淹浦光）苦的能量踪蝶，沿着蹄掺铒光推纤逐步酿增强，爹而将该饥信号光杂放大。一般功敌率增益百大于30d翼B。半导体检激光放坚大器（SLA）工作原理湖与半导体沾激光器的安工作原理幻玉相同，也俭是利用能皱级间跃迁席的受激现话象进行光骗放大。由电流直症接激励而鼻去掉谐振唯腔，可获摄得30dB以上的沉光增益返。主要技术域指标功率增最益指输出船光功率姻与输入眨光功率以的对数浴之比。泵浦光功校率越大，睡信号功率铲增益也越均大。输出饱和罪功率是一个依描述输怪入信号港功率与公输出信岩号功率捏之间关析系的参脊量。饱和输齐出功率丑随泵浦芬功率的钱增加而埋增加。噪声系膨数主要包攻括信号扣光波和顽放大器非自发辐边射光波质见的差禁拍噪声吴，以及息光放大础器自发吩辐射的橡不同频岩率光波宏见的差摆拍噪声吴，另外伏还有散集弹噪声杨等。光电检贫测器半导体光程检测器是敞利用半导议体P-N结内的择光电效予应把光财信号转叠变为电半信号的妻器件。光纤通信逃系统对光仔电检测器惯的要求灵敏度吓高响应速度读快噪声小稳定可碎靠常用的光涨电检测器PIN光电二极顽管雪崩光妥电二极旧管（APD）信号电战流可借耕助雪崩茫倍增过躺程进行倦放大。灵敏度低可提高15d塞B左右。电路复杂肯，造价高雄。无源光鼠器件光纤连作接器也称为挣光纤活虑动连接您器或光夹纤活接刮头。光源与光轰纤以及光修纤与光电得检测器的患连接均采荒用光纤活百动连接器脸。常用的连巾接器有FC型和PC型。插入损钱耗一般盾在0.3d庙B以下。无源光器仗件波分复河用器件也称光槐分波、吹合波器窝。指发低送端将冠各种不饶同波长独的光信星号耦合商进一根真光纤的引复用器林，接收加端将光笨纤送来互的各种浸波长的山信号分迅开的去抵复用器损。光复用器外在解决光种缆线路的比扩容或复规用中起着秧关键性作泉用。常用的敌波分复自用器件能有三种离：棱镜医型、衍倡射光栅推型和干笼涉滤光仅膜型。无源光器采件光衰减器主要用臭于光纤炸通信系耕统的指可标测量浸、短距衰离通信录系统的稍信号衰山减以及蛇系统试寻验等场齐合。根据衰俭减光功饲率的工霸作机理盘来分：耦合型橡光衰减两器反射型光办衰减器吸收型光被衰减器根据衰林减量的缘瑞变化情墓况来分寄：固定式衰兼减器步进可变遭式衰减器连续可变隔衰减器无源光拒器件光开关是一种光锤路控制器纪件，起着焦控制光流洗和转换光医路的作用灾。光开关有代机械式和况非机械式在两种类型锋。机械式：客利用机械絮动作达到匪光开关目宿的。非机械提式：又帆称固体羞式光开赔关。它顽是利用说电光效暴应、磁大光效应弓以及声毅光效应伴进行光辽开关的礼。无源光碌器件光分路迈耦合器光分路器纷是将某一净波长的光再信号按需熔要分成若乒干路信号崭，而光耦参合器是把析几路信号搜合成一路胃信号。光分路耦像合器可分旋为两分支扬型和多分准支型两种济。前者多系用于光通报路测量，皇要求分路蛾比可任意像选择；后鞋者一般用社于光数据金总线，要崇求输出信呜号分配均拣匀。光纤通悄信系统暗基本组胶成光纤通信塘系统性能庭评价标准误码特广性所谓收发粥码不一致津就称为误吼码。主要原因炊是传输系营统的噪声更和脉冲抖士动。误码性能撤用误比特县率BER来衡量今。BER栏=错误比片特数/总传输杏比特数系统总想的误码碑率等于蓝各中继随段误码壮率之和洽。光纤数穷字通信葵系统性司能评价权标准ITU浩-T规定了少严重误兵码秒SES，误码坛秒ES的百分甲比指标麦。SES洗=S>64/SA<0.锤2%SA:可用时间仪。S>64：在可用宅时间内，薄对于64kb联/s信号而言赔，1秒内误码都个数大于64的时间宝。ES=SE/SA<8%SE：在可指用时间惨内，1秒内误齿码个数抱大于1或等于1的时间。抖动特性长途数字篇通信系统绍的另一重美要指标。抖动是陶数字脉慨冲信号哲的相位矿摆动，签或时间洲上的前林后摆动累，也称吼相位抖涂动。引起抖少动的原侧因：非系统耽性：主教要来源聪于噪声雀和各再骑生中继掌器时钟号频率的邻随机变璃化。系统性舱：指各效再生中扫继器可粒以引起岗相关的赴定时相卧位误差粗。数字光纤愉通信系统欢设计设计步踏骤明了设难计任务芝和要求座，制定繁相应的吉设计方悄案。明确系统杆通信容量钓，传输距盏离，以及顾误码率，击经济限制场和业务量赌增长等质虏量指标。倍据此，合敲理选择波尸长、码型拒和光源-光纤-光检测器寄的组合等返。工程计算进行中辉继距离候、信息踢容量的沟计算。审查是否斤满足设计驾要求和限谨制条件。数字光纤棉通信系统父设计流程要求条饥件企限制条口件明确选择波点长选择码内型选择复至用方式选择光靠纤、光洗源、光逝检测器工程计志算相关戚评价经效验、可宣靠性和悔维护等渣性能检查是估否满足磨要求条涛件和限耀制条件设计结饱束波长是暂否选择凳恰当要求条件陵限丛制条件放宽是否考甜虑了所研有的复吵用方式是否考虑录了所有的娘光纤、光自源和光检州测器是否考虑席了所有的满码型光纤及纪光器件侍的选择工作波长搂的选择光纤的选睡择光源的酱选择光电检滥测器的匙选择线路码型染的选择常用线路洪码型扰码：杂将输入锹的二进昼制NRZ码序列打餐乱，按一皂定的规