第一部分光纤通信基础

第一部分光纤通信基础第1页，课件共32页，创作于2023年2月光纤通信的特点以光频作为载频传输信号以光导纤维，即光纤，作为传输介质第2页，课件共32页，创作于2023年2月光纤的成分

通信光纤的主要成分是高纯度石英第3页，课件共32页，创作于2023年2月裸纤结构及光在纤芯中传播保护层(包层，125微米)折射率n2纤芯层折射率n1.n1>n2,光纤结构的关键

n1n2第4页，课件共32页，创作于2023年2月光纤工作原理n1n2q2q1q190°qcqcn2n1n1sinq1=n2sinq2入射角>临界

qc,发生全反射n1sinqc

=n2sin90°=n2光的反射、折射光的全反射n1>n2，形成全反射第5页，课件共32页，创作于2023年2月光纤的结构外层(PVC)包层(125)加强层

(Kevlar)缓冲层(PVC)一次涂覆(250)纤芯(8.3-9/50/62.5)第6页，课件共32页，创作于2023年2月光纤涂敷层作用减小微弯损耗增加抗磨损功能改进抗老化性能防潮易于采用机械方法剥除涂敷层为光纤提供物理保护第7页，课件共32页，创作于2023年2月光纤模式分类多模光纤62.5/125、50/125

单模光纤8.3-9/125

Multimode62.5micronMultimode50micronSinglemode8.3-9micron第8页，课件共32页，创作于2023年2月多模光纤分类：50,62.5/OM1,OM2,OM3多模光纤标准等级

带宽850NM

MHZ.KM(min)

带宽1300NM

MHZ.KM(min)距离（米）1GB/s850NM距离（米）1GB/s1300NM距离（米）10GB/s850NM距离（米）10GB/s1300NM旧的光纤分类

62.5微米160－200500－－＜33－50微米400600－－－－新的光纤分类

OM1(62.5)200500275500300－OM2（50）500500550550＜82－OM3(50)1500/2000500550－＜300＜300

注：OM3光纤使用激光发射器（LL），在850NM波长带宽可达2000MHZ.kmOM3光纤使用LED发射器（OFL），在850NM波长带宽可达1500MHZ.KMOM1光纤可以使用CWDM技术在300米距离上支持10GB/s。所有光纤在850NM波长的衰减为3.5DB/KM(max)，在1300NM波长的衰减为1.5DB/KM（max）。第9页，课件共32页，创作于2023年2月

10Gbps

1

G1

G1

G1

G1

G2005LANSwitchEnterpriseSwitch100MbpsLANSwitch10101010101995LANSwitch1Gbps1001001001001002000新一代多模光纤（OM3）支持万兆10G以太网企业数据网络的发展：10Gbps万兆以太网是大势所趋第10页，课件共32页，创作于2023年2月万兆10G光纤标准依据ISO已于2002年3月正式颁布了基于新一代多模光纤（OM3）支持万兆10G以太网的IEEE802.3ae标准文本！！第11页，课件共32页，创作于2023年2月OM3光纤OM1：62.5μm多模光纤；OM2：50μm多模光纤；

OM3是新出现的万兆光纤，是50μm多模光纤OM3光缆同时在LED或激光光源两种模式下都进行了优化支持万兆以太网的传输适应对未来的考虑：平均每5年，网络主干速度会提升10倍第12页，课件共32页，创作于2023年2月

支持万兆以太网的传输方式

OM3光纤系统在短距离上具有明显性能/价格比优势。

波长OM1OM2OM3SM成本对比（包括有源设备）850serial

10gbase-sr

10gbase-sw35m65m300mna1x1310cwdm

10gbase-lx4

10gbase-lw4300m300m300m2-10km3-4x1310serial

10gbase-lr

10gbase-lwnanana2-10km1.5-2x1550serial

10gbase-er

10gbase-ewnanana40km4-6x第13页，课件共32页，创作于2023年2月n2多模光纤：可以传输若干个模式

n1n1>n2

单模光纤和多模光纤单模和多模光纤的传输模式不同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14页，课件共32页，创作于2023年2月光纤的传输模式光线在光纤中传输，就是交变的电场和磁场在光纤中传输。电磁场的各种不同分布形式，称为模式。模式大致可分为基模，低次模和高次模。每种模式都有一个与它相对应特定的入射角。高次模对应于大的入射角。低次模对应于小的入射角。光纤端面要求光波的入射临界角θc越大模数就越多，光纤芯径越粗时模数越多。第15页，课件共32页，创作于2023年2月光纤的衰减是指光功率随传输距离的增加而衰减低衰减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第16页，课件共32页，创作于2023年2月光纤的衰减系数光源光脉冲光纤Lpipo光脉冲AB光纤衰减示意图a=10/Llogpi/Po（dB/Km）pipo—光纤的输入、输出功率L—光纤的长度

a—每千米光纤的衰减值，即衰减系数几个典型值:3dB50%光传输

10dB10%光传输

20dB1%光传输第17页，课件共32页，创作于2023年2月引起光纤衰减的原因一、吸收损耗（1）本征吸收光纤材料（SiO2）本身吸收光能而产生的。又称为固有吸收，是不可消除的。只有选用本征吸收比较小的材料，才能减少其损耗值。（2）杂质吸收主要是由于光纤中各铁、铜、锰、铬、钒等过渡金属离子和氢氧根（OH）离子，这些离子在光的激励下产生振动，吸收光能，从而造成对光的吸收。第18页，课件共32页，创作于2023年2月引起光纤衰减的原因二、散射损耗（1）瑞利散射损耗光纤材料的本征损耗。它是由材料折射率分布小尺度的随机不均匀性所引起的。它和波长的四次方成反比，即波长越短，损耗越大。（2）波导散射损耗（结构不完善损耗）光纤波导结构缺陷引起的损耗，这种损耗与波长无关。光纤波导结构缺陷主要由熔炼工艺不完善和拉丝工艺不适当引起的。第19页，课件共32页，创作于2023年2月引起光纤衰减的原因三、弯曲和微弯曲损耗弯曲损耗是由于光纤中的传导模在光纤的弯曲部分转换成辐射模而造成的。它与光纤的弯曲半径成指数关系，弯曲半径越大，弯曲损耗越小。微弯曲损耗是由于成缆时产生的不均匀侧向压力引起的。波导散射损耗是在光纤制造过程中产生的，而微弯曲损耗是在光纤制成之后，从侧面对光纤施加压力时，使光纤轴产生微米级弯曲引起的。第20页，课件共32页，创作于2023年2月O二1280~1325nmE五1360~1460nm00.30.60.91.212501300135014001450150015501600波长(nm)衰减（dB/km)光纤衰减曲线LC三1530~1565nm四1565~1625nm第21页，课件共32页，创作于2023年2月光纤的重要特性—色散色散的概念：光信号中不同频率成分或不同模式的光在光纤中传输速度和距离不一样，到达终点有先后，从而产生波形畸变，称之为色散。

输入脉冲

输出脉冲第22页，课件共32页，创作于2023年2月光纤的色散与带宽的关系不同模式之间传播速度不同而产生的时延差，随光纤长度积累色散导致码间干扰，增加误码率，限制了光纤的通信容量色散越大，带宽越小an1>n2

n1n2第23页，课件共32页，创作于2023年2月影响光纤传输的因素光纤的各个组成部分的材料质量及制造工艺的质量光纤的弯曲半径作用在光纤上的外力，如捆扎、扭曲光纤连接器及其连接操作的质量光纤接续的质量………第24页，课件共32页，创作于2023年2月应力弯曲扭转

外力对光纤的影响PMD=时间延迟外力作用下的光纤理想光纤偏振模色散(PMD)

PMD对大容量数字和模拟通信系统工作是十分重要的第25页，课件共32页，创作于2023年2月光源的种类及区别LED:发光二极管,发荧光（非相干光），谱线宽，入纤功率小，调制速率低，适合于低速短距离系统；使用简单寿命长。LD：输出激光（相干光），谱线窄，入纤功率高，调制速率高，适合于高速长距离系统；温度敏感相对寿命短。第26页，课件共32页，创作于2023年2月LED&LD激光器的比较第27页，课件共32页，创作于2023年2月光纤在以太网中的应用10Base-FL:多模光纤传输的10Mbps以太网，线缆的最大长度为2000米；100Base-FX：多模光纤(1300纳米波长）传输的100Mbps以太网，62.5微米缆最长2000米，50微米缆最长2000米；100BASE-SX:多模光纤(850纳米波长）传输的100Mbps以太网，62.5微米缆最长300米，50微米缆最长300米；1000Base-SX：多模（850纳米波长）光纤连接的千兆比特以太网，62.5微米缆最远传输距离275米，50微米缆最长550米；1000Base-LX：多模（1300纳米波长）光纤连接的千兆比特以太网，62.5微米缆最远传输距离550米，50微米缆最长550米第28页，课件共32页，创作于2023年2月各种协议支持的距离和信道衰减应用

波长（nm）

最大距离m（ft）

最大信道衰减（dB）

62.5μm

50μm

62.5μm

50μm1

10BASE-FL（以太网）

8502,000(6,560)12.58.2100BASE-FX（快速以太网）

13002,000(6,560)11.06.7100BASE-SX（快速以太网）

850300(984)4.04.04.5

1000BASE-SX2（千兆比特以太网）

850275(902)550(1,804)3.23

3.93

1000BASE-LX2（千兆比特以太网）1300550(1,804)550(1,804)4.03

3.53第29页，课件共32页，创作于2023年2月注：上标说明1.对基于LED的应用，相对于62.5μm光纤，对50μm光纤来说，光源的最大耦合损耗是4.3dB。10BASE－FL规定了对50μm光纤的最大耦合损耗为5.7dB。令牌环，FDDI和100BASE-FX规定了对50μm光纤的最大耦合损耗为5.0dB。2．这是基于激光光源的应用。3．根据IEEE802.3z，信道衰减取决于插入损耗和冗余量。4．光源必须在50μm光纤中耦合足够大的功率，以使在去除任何耦合损耗的情况下取得4.0dB的功率分配。5．标准规定在使用50μm光纤时，使用者必须保持与62.5μm同样的功率分配。

第30页，课件共32页，创作于202