光传输通信基本原理

第一局部 光传输通信根本原理第一章、光纤通信原理第一节、光纤通信的概念一、光纤通信的概念光纤通信概念：利用光纤来传输携带信息的光波以到达通信的目的。典型的光纤通信系统方框图如下：LDLDAPD光发送机光接收机中继器电端机〔数字〕电端机〔数字〕模拟信息 模拟信息数字光纤通信系统方框图成。发送端的电端机把信息〔如话音〕进展模/数转换，用转换后的数字信号去调制发送机中的光源器件LD，则LD就会发出携带信息的光波。即当数字信号为“1”时，光源器件发送一个“传号”光脉冲；当数字信号为“0”时，光源器件发送一个“空号〔不发光端，光接收机把数字信号从光波中检测出来送给电端机，而电端机再进展数/模制方式有两种：直接调制也称内调制〔一般速率小于等于S；间接调制也称外调制〔2.5GB/S。二、光纤通信的特点1、通信容量大2、中继距离长3、保密性能好2、适应力量强5、体积小、重量轻、便于施工和维护6、原材料来源丰富，潜在的价格低廉其次节、光纤的导光原理一、全反射原理我们知道，当光线在均匀介质中传播时是以直线方向进展的，但在到达两种不同介质的分界面时，会发生反射与折射现象，如图2.5包层 n2

折射光n1

θ1θ1

反射光图2.5 光的反射与折射依据光的反射定律，反射角等于入射角。依据光的折射定律：nSin1

nSin2 2

〔2.2〕其中n1为纤芯的折射率，n2为包层的折射率。明显，假设n1>n2，则会有θ2>θ1。假设n1与n2的比值增大到肯定程度，则会使折射角θ，〔θ2>90°时2.6所示。n2n1

折射光θk入射光图：光的全反射现象人们把对应于折射角θ 2等于90°的入射角叫做临界角。很简洁可以得到临界角n Sin1 2。K n1不难理解，当光在光纤中发生全反射现象时，由于光线根本上全部在纤芯区进展传播，设计的。第三节、光纤与光缆根本概念一、光纤的构造光纤呈圆柱形，由纤芯〔m、包层〔m〕与涂敷层〔1.5cm〕三大局部组成，如以下图：d1 d2涂层包层纤芯n2n1包层 n2涂层2〔二氧化硅涂层包层纤芯n2n1包层 n2涂层度和可弯曲性。二、光纤的分类方式下的分类方式：1、 按折射率分布分类ASI定义：在纤芯与包层区域内，折射率的分布分别是均匀的，其值n1n2，但在纤芯与包层的分界处，其折射率的变化是阶跃的。其折射率分布的表达式为：n1 ra1n(r)=式中：

n2 rn2a2为包层半经BGI定义：光纤蛛心处的折射率最大，但随横截面的增加而渐渐变小，其的折射率相等的数值；在包层区域中其折射率的分布是均匀的。2、 按传输的模式分类多模光纤定义：传输光波的模式不止一种。多模光纤纤芯的几何尺寸远大于光波波长，一般在50um左右，光信号是以纤传输通信。单模光纤〔目前主用〕当光纤的几何尺寸可以于光波长相比较时，即纤芯的几何尺寸与光信5~10um，光纤只允许一种模式在其中传播，其余的高次模全部截止，这样的光纤叫做单模光纤。单模光纤只允许一种模式在其中传播，从而避开了模式色散的问题，故单模光纤具有极宽的带宽，特别适用于大容量的光纤通信。对于单模光纤，由于光纤的几何尺寸V2.2028N1，只有一种模式3、 按工作波长分类短波长光纤定义：习惯上把波长在600-900nm范围内呈现低衰耗光纤 波长光纤。长波长光纤1000-2000nm范围内的光纤称做短波长光纤。2、套塑类型分类结合在一起的光纤。目前居多。B、 松套光纤次、三次涂敷。三、光纤的种类以及应用状况①、G.6521310nm它有二个波长工作区：1310nm1550nm。在1310nm波长：色散最小(未移位)，小于3.5ps/nm.km；但损耗较大，为0.3~0.4dB/km。在 1550nm 波长：色散较大，为 20ps/nm.km；但损耗很小，为0.15~0.25dB/km。99﹪1310nm1550nm，1310nm2.5G2.5GWDMTDM10GPMD)。②、G.6531550nm1550nm在1550nm波长，色散较小(色散移位)，为3.5ps/nm.km；损耗也很小，为0.15~0.25dB/km。WDM(FWM)。③、G.6541550nm损耗最小光纤。它主要用于1550nm波长工作区，其损耗为0.15~0.19dB/km；主要用于海缆通信。④、G.655G.653FWMG.653WDMTDM10G。抱负状况：、低色散m；B)0.05ps/nm².km，便于色散补偿；C)、大的有效面积，可避开消灭非线性效应。目前，G.655---大的有效面积，会有效地避开非线性效应，但将导致色散斜的增加。---小的色散斜率将会便于色散的补偿；但其有效面积却减小。四、光缆构造层绞式、骨架式、束管式、带状式第四节、光纤的特性与参数一、光纤的三大特性特性参数。二、光纤的衰耗① a的中继距离。衰耗系数的定义为：每公里光纤对光功率信号的衰减值。其表达式为：a10lgpiP

(dB/km) 〔2.6〕O其中Pi为输入光功率值〔瓦特〕〔瓦特〕a=3dB/km，则Pi 100.32POLAaL。② 光纤的衰耗机理使光纤产生衰耗的缘由很多，但可归纳如下：本征吸取吸取衰耗：杂质吸取线性散射衰耗： 散射衰耗： 非线性散射构造不完整散射其它衰耗〔微弯曲衰耗〕本征吸取：定义：构成光纤材料本身所固有的吸取作用。纯二氧化硅对光的吸取作用所引起的光纤衰耗是比较小，在600-900NM1dB/km1000-1800为零。杂质吸取:光纤中的杂质对光的吸取作用，是造成光纤衰耗的主要缘由。光纤中的杂质大致可以分为二大类，即过渡金属离子与氢氧根离子。600~1800nm氢氧根离子对光的吸取峰波长落在1000~1800nm波长范围；因此在此波长范围氢氧根离子的含量多少对光纤的衰耗具有重大影响。散射衰耗:光的散射现象可分为线性散射与非线性散射。线性散射衰耗瑞利散射所谓线性散射，是指光波的某种模式的功率线性地〔与其功率成正比〕部而引起衰耗。2瑞利散射衰耗越小。光纤材料不均匀，会造成其折射率会布不均匀，易产生瑞利散射。非线性散射衰耗波长中。布里渊散射与拉曼散射是典型的非线性散射。+25dBm。其它衰耗其它衰耗包括微弯曲衰耗与连接衰耗等；它们占的比例很小。PPb三、光纤的色散：着色散〔色散是沿用了光学中的名词。的传输容量。散。对于单模光纤，因只有一种传输模式〔1，1，所以没有模式间色散，而只有材料色散与波导色散。模式间色散端的时间却不同，于是产生了脉冲展宽现象。材料色散Δτλ波导色散Δτw波导色散的影响甚小。四、光纤的带宽〔直流光输入时的输出光功率值的带宽系数。如以下图所示：P1.0P1.00.50Bc需要留意的是，由于光信号是以光功率来度量的，所以其带宽又称为3dB光带宽。即光功率信号衰减3dB时意味着输出光功率信号削减一半。而一般的6dB的概念，仅有色散系数的概念。〔NA〕CCITT0.18～0.23，其对应的光纤端面接收角θc=10°～13°。d模场直径表征单模光纤集中光能量的程度。光纤的接收端面上基模光斑的直径〔实际上基模光斑并没有明显的边界。七、截止波长λc要实现单模传输还必需使光波波长大于某个数值，即λ≥λc，这个数值就叫做单模光纤的截止波长。因此，截止波长λc的含义是，能使光纤实现单模传输单模光纤的截止波长，仍不行能实