设计工程师培训光的概念

设计工程师培训光的概念第1页，课件共46页，创作于2023年2月光纤传输原理光纤概述-光纤的成分、结构-光纤通信的工作原理-光纤的制造工艺光纤的着色及光纤色谱第2页，课件共46页，创作于2023年2月光纤的成分

通信用光纤的主要成分是高纯度石英光纤结构光纤由纤芯、包层和涂敷层构成IBMACS光纤均为双层涂敷涂敷层为光纤提供物理保护第3页，课件共46页，创作于2023年2月纤芯包层外涂层内涂层光纤结构图第4页，课件共46页，创作于2023年2月光纤涂敷层减小微弯损耗增加抗磨损、抗切入功能改进抗老化性能防潮易于采用机械方法剥除第5页，课件共46页，创作于2023年2月光纤传输原理光纤概述-光纤的成分、结构-光纤通信的工作原理-光纤的制造工艺光纤的着色及光纤色谱第6页，课件共46页，创作于2023年2月n1n2q2q1q190°qcqcn2n2n1<n1n1sinq1=n2sinq2入射角>临界

qc,发生全反射n1sinqc

=n2sin90°=n2光纤工作原理光的反射、折射光的全反射第7页，课件共46页，创作于2023年2月n2

n1n1>n2CoreCladding光纤工作原理光在纤芯中传播第8页，课件共46页，创作于2023年2月n2多模光纤：可以传输若干个模式

n1n1>n2a/l<0.27/(n1D0.5)aD=n1-n2

光纤工作原理按传输模式分，光纤可分为多模光纤和单模光纤两大类n2

n1单模光纤：对给定的工作波长只能传输一个模式n1>n2第9页，课件共46页，创作于2023年2月光损耗用来衡量脉冲沿光纤传送时损失了多少光，可以用输出脉冲的能量与输入脉冲的能量之比来表示。引起光损耗的物理机制有两种，即散射和吸收。光缆损耗用dB表示。散射光偏离了预定的路径为散射。当光在光纤中散射时，光线会沿新的方向传送，部分光纤会超过光纤总体内部反射的临界角。发生这种情况时，一部分光会从包层中漏出。某些散射是光纤固有的特点，如瑞利散射，而其它散射则是由光纤弯曲（宏弯曲和微弯曲）与制造的不规则性引起的。吸收光被光纤吸收，并转化为热量，提高了光纤的实际温度。光纤制造过程中使用的石英材料和掺杂剂在特定波长时会大量吸收光。光纤中存在的杂质，如羟基离子，也会在特定波长造成大量吸收损耗。第10页，课件共46页，创作于2023年2月散射损耗由于下列原因，光信号会损耗:光缆中的分子不均匀光缆的光学纯度不高吸收损耗光缆中的杂质会吸收光的能量界面损耗光缆内核与覆层之间的不均匀会引起如图所示的损耗弯曲损耗光纤的弯曲会造成损耗光穿越叠层第11页，课件共46页，创作于2023年2月光纤传输原理光纤概述-光纤的成分、结构-光纤通信的工作原理-光纤的制造工艺光纤的着色及光纤色谱第12页，课件共46页，创作于2023年2月

光纤的制造工艺

制造预制件-CVD法--化学汽相沉积法-VAD法--汽相轴向沉积法-PCVD法--改进的化学汽相沉积法-OVD法--棒外汽相沉积法拉丝涂敷第13页，课件共46页，创作于2023年2月气体反应物和各种掺杂气体管子旋转方向SILICATUBE熔结的玻璃排出废气氧-氢火焰灯火焰灯运动方向硅管制造预制棒－PCVD法SiCl4+O2=SiO2+2Cl2第14页，课件共46页，创作于2023年2月气体反应物火焰灯芯棒SOOTPREFORM移动方向制造预制棒－OVD第15页，课件共46页，创作于2023年2月预制棒High-frequencydoughnut-shapedfurnace直径检测涂覆同心度监测Curing拉丝、涂覆第16页，课件共46页，创作于2023年2月光纤传输原理光纤概述-光纤的成分、结构-光纤通信的工作原理-光纤的制造工艺光纤的着色及光纤色谱第17页，课件共46页，创作于2023年2月光纤的着色为了区分光缆内的不同光纤，光纤应着色每根光纤可以通过辨认缠绕每组光纤的纱线颜色及光纤本身的颜色分开每组内的光纤其排列顺序从1号纤(蓝色纤)开始，严格按色谱顺序依次排列第18页，课件共46页，创作于2023年2月光纤色谱

光纤序号光纤颜色 1 蓝(BL) 2 桔(OR) 3 绿(GR) 4 棕(BR) 5 灰(SL) 6 白(WH) 7 红(RD) 8 黑(BK) 9 黄(YL) 10 紫(VI) 11 玫瑰(RS) 12 天蓝(AQ) 第19页，课件共46页，创作于2023年2月光纤光纤传输原理光纤的主要参数光纤的类型光纤选型第20页，课件共46页，创作于2023年2月光纤主要参数单模光纤的主要参数多模光纤的主要参数第21页，课件共46页，创作于2023年2月单模光纤的主要参数模场直径(MFD)

损耗色散截止波长第22页，课件共46页，创作于2023年2月模场直径:

衡量单模光纤中光功率强度分布直径的参数Ier=-I022/2w0

w0=模场半径95%功率分布于w0

内高斯定义:00-w0w0I00.135I0比特曼II定义没有假定光纤能量场的特定性状，适用于各种单模光纤.第23页，课件共46页，创作于2023年2月光纤损耗损耗就是指光功率随传输距离的增加而衰减低损耗是实现远距离光纤通信的前提用衰减系数来表示损耗，其单位是dB/km

损耗的测量：两种主要的测量方法-剪断法(CCITT建议的基准测量法)-背向散射法(又称光时域反射计(OTDR)法)第24页，课件共46页，创作于2023年2月O二1280~1325nmE五1350~1450nm00.30.60.91.212501300135014001450150015501600波长(nm)衰减（dB/km)光纤衰减曲线LC三1530~1565nm四1565~1625nm第25页，课件共46页，创作于2023年2月色散材料色散(色度色散)波导色散(很小可以忽略)偏振模色散第26页，课件共46页，创作于2023年2月色度色散不同波长的传输速率不同而引起的时延差单位：ps/nm.km

输入脉冲

输出脉冲第27页，课件共46页，创作于2023年2月慢轴PMD=时间延迟实际光纤快轴理想光纤偏振模色散(PMD)第28页，课件共46页，创作于2023年2月截止波长截止波长定义：光纤中只传输一个基模（单模）时的最短波长IBMACS多模光缆的截止波长：<=1260nm第29页，课件共46页，创作于2023年2月多模光纤的主要参数数值孔径（NA）带宽（模间色散）差分模时延（DMD）第30页，课件共46页，创作于2023年2月数值孔径表示光纤接收入射光的能力数值孔径（NA）＝Sin＝√（n12－n22

）an1>n2

n1n2第31页，课件共46页，创作于2023年2月带宽（模间色散）不同模式之间传播速度不同而产生的时延差，随光纤长度积累模间色散很大，在多模光纤中使用带宽这以概念来描述模间色散模间色散越大，带宽越小an1>n2

n1n2第32页，课件共46页，创作于2023年2月差分模时延（DMD）----预制棒的制造改变掺杂二氧化锗的浓度来改变折射率的分布位于光纤中央位置的二氧化锗浓度最高并逐渐减少折射率到包层以形成梯度型特性二氧化锗极易挥发，在对预制棒进一步熔缩前及熔缩过程中，中央位置的二氧化锗极易损失掉，导致光纤折射率在中央位置出现凹陷。理想折射率分布有凹陷的折射率分布第33页，课件共46页，创作于2023年2月差分模时延（DMD）----形成和影响折射率凹陷破坏了传输极理：不同模式沿不同路径仍然可在同一时间到达接收端导致光脉冲抖动引起误码DMD随光纤长度积累第34页，课件共46页，创作于2023年2月差分模时延（DMD）----如何解决在光纤的制作过程中减少折射率凹陷的宽度和幅对已有光纤采用偏置注入－使用模式调节跳线－使光注入点偏离中心位置达1/2纤芯半径以避开中心凹陷－通过一段单模光纤接多模光纤来完成模调整连接器第35页，课件共46页，创作于2023年2月光纤光纤传输原理光纤的主要参数光纤的类型光纤选型第36页，课件共46页，创作于2023年2月光纤类型－国际电信联盟（ITU-T）标准G.650《单模光纤相关参数的定义和试验方法》G.651《50/125μm多模渐变型折射率光纤光缆特性》G.652《单模光纤光缆特性》G.653《色散位移单模光纤光缆特性》G.654《截止波长位移型单模光纤光缆特性》G.655《非零色散位移单模光纤光缆特性》第37页，课件共46页，创作于2023年2月光纤类型多模光纤(G.651)单模光纤色散非位移光纤（G.652）色散位移光纤（G.653）非零色散位移光纤（G.655）全波光纤(G.652.C)第38页，课件共46页，创作于2023年2月

G.652:色散太大，限制传输速率

G.653:色散过低，引起四波混频

G.655:在EDFA波段具有最优化的色散EDFA波段CL传统单模光纤G.652非零色散位移光纤G.655色散位移光纤G.653160017001400130012001500波长(nm)20100-10-20色散(ps/nm.km)11000.10.20.30.40.50.6衰减(dB/km)谱损耗曲线光纤类型第39页，课件共46页，创作于2023年2月光缆介绍第40页，课件共46页，创作于2023年2月光缆介绍光缆的分类第41页，课件共46页，创作于2023年2月

SlottedCore骨架式CentralTube中心束管式LooseTube层绞式光缆的分类

----按光缆缆型结构分第42页，课件共46页，创作于2023年2月

PE外护套铝塑皱纹带包扎带光纤骨架中心加强件填充油膏骨架式光缆芯数 4--1000芯光缆外径(mm)17.2--30光缆重量(Kg\Km)120--760弯曲半径(mm)20倍光缆外径抗张强度(N) 长期600--1000 短期1500--3000抗侧压能力(N) 3000工作温度℃ 40℃--+70℃ 仅供参考第43页，课件共46页，创作于2023年2月PE外护套涂塑铝带包带填充油膏松套管垫层加强钢丝光纤层绞式光缆芯数 2--864芯光缆外径(mm)10.5--37光缆重量(Kg\Km)99--720弯曲半径(mm)20倍光缆外径抗张强度(N) 长期600--1000 短期1500--3000抗侧压能力(N)长期800--1000 短期1000--3000工作温度℃ -40℃--+70℃ 仅供参考第44页，课件共46页，创作于2023年2月

PE外护套加强钢丝皱纹涂塑钢带阻水带芯管光纤中心束管式光缆芯数 2--576芯光缆外径(mm)