光纤通信基础知识00518

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南京吉隆光纤通信公司光纤通信的优点通信容量大中继距离长不受电磁干扰资源丰富光纤重量轻、体积小光通信发展简史2000多年前烽火台——灯光、旗语1880年光电话——无线光通信1970年光纤通信光纤通信发展史1966年“光纤之父”高锟博士首次提出光纤通信的想法。1970年贝尔研究所林严雄在室温下可连续工作的半导体激光器。1970年康宁公司的卡普隆(Kapron)之作出损耗为20dB/km光纤。1977年芝加哥第一条45Mb/s的商用线路。电磁波谱1cm1mm100um10um1um100nm10nm1nmλ波長10G100G1T10T100T10^1510^1610^17f(Hz)1.6um1.51.41.31.21.11.0um900800700600nm光通信使用范围红外线紫外线光的基本知识光是一种电磁波可见光350nm—750nm光纤通信所用的波长

800——1600nm光的反射、折射全反射光的基本知识n1n2n1<n2θ1θ2θ3入射折射反射视觉位置实际位置空气水光的基本知识n1n2n1>n2n1n2临界角900临界角n1n2全反射入射角=反射角θ1θ2光纤的结构纤芯包层保护套光纤的结构纤芯core：折射率较高，用来传送光；包层coating：折射率较低，与纤芯一起形成全反射条件；保护套jacket：强度大，能承受较大冲击，保护光纤。3mm光缆橘色MM黄色SM常见光纤名词数值孔径（NumericAperture）

NA=SINθ

θ接收锥常见光纤名词输入输入输出输出低数值孔径NA高数值孔径NANANA

外径一般为125um(一根头发平均100um)内径：单模9um

多模um12595012562.5125光纤的尺寸光纤的分类按材料分类：玻璃光纤：纤芯与包层都是玻璃，损耗小，传输距离长，成本高；胶套硅光纤：纤芯是玻璃，包层为塑料，特性同玻璃光纤差不多，成本较低；塑料光纤：纤芯与包层都是塑料，损耗大，传输距离很短，价格很低。多用于家电、音响，以及短距的图像传输。按照光纤的模式分类单模（Single-Mode）多模（Multi-Mode）按折射率分类阶越光纤渐变折射率光纤

光纤的分类光纤的损耗1310nm:0.35~0.5dB/Km850nm:2.3~3.4dB/Km光纤熔接点损耗：0.2dB/点光纤熔接点1点/2km常见光纤名词衰减：光在光纤中传输时的能量损耗

单模光纤

1310nm0.4~0.6dB/km

1550nm0.2~0.3dB/km

塑料多模光纤

300dB/km光纤的衰减光纤的衰减图0.70.80.91.01.11.21.31.41.51.6λnm

OH-OH-OH-第一窗口第二窗口第三窗口衰减(dB/km)水峰值654321色散(Dispersion)：光脉冲沿着光纤行进一段距离后造成的频宽变粗。它是限制传输速率的主要因素。模间色散：只发生在多模光纤，因为不同模式的光沿着不同的路径传输。材料色散：不同波长的光行进速度不同。波导色散：发生原因是光能量在纤芯及包层中传输时，会以稍有不同的速度行进。在单模光纤中，通过改变光纤内部结构来改变光纤的色散非常重要。常见光纤名词光纤类型零色散点在1300nm左右零色散点在1550nm左右负色散光纤色散位移光纤全波光纤常见光纤名词散射

由于光线的基本结构不完美，引起的光能量损失，此时光的传输不再具有很好的方向性。光线缺陷光纤系统基础知识一、基本光纤系统的构架及其功能介绍：1.发送单元：把电信号转换成光信号；2.传输单元：载送光信号的介质；3.接收单元：接收光信号并转换成电信号；4.连接器件：连接光纤到光源、光检测以及其它光纤。光纤系统基础知识二、基本光纤系统方框图：

信号光发射机光源中继器检测器光接收机信号电E/光O转换光纤光O/电E转换发送单元传输单元接收单元连接器件常用连接器类型SCLCMT-RJDSCVF-45Opti-Jack常用连接器类型FCTypeSCTypeSC2TypeFDDType常用连接器类型BICONICTypeD4TypeSMA905TypeSMA906TypeMINIBNCType连接头端面类型Ferrule+FlangeInsertionLoss(插入损耗)<0.3dBReturnLoss(回波损耗)PC>40dBSPC>45dBUPC>50dBAPC>60dB无源器件耦合器（coupler）主要功能再分配光信号重要应用在光纤网络尤其是应用在局域网在波分复用器件上应用无源器件耦合器（coupler）基本结构

耦合器是双向无源器件

基本形式有树型、星型

——与耦合器对应的有分路器（splitter）无源器件耦合器

以图形表示1423无源器件波分复用器

WDM—WavelengthDivisionMultiplexer

在一条光纤中传输多个光信号，这些光信号频率不同，颜色不同。波分复用器就是要把多个光信号耦合进同一根光纤中；解波分复用器就是从一根光纤中把多个光信号区分出来。无源器件波分复用器（图例）

λ1传送器

λ2传送器

λ1+

λ2

λ1+

λ2

λ1接收器

λ2接收器发送单元驱动器光源接收单元检测器放大器

输出电路光放大器

λ0

λ1输入（信号弱）

λ1输出（信号强）光放大器波分复用器耦合器

λ1光源监测光纤数字通信数字系统中脉冲的定义：10%90%50%脉冲宽度上升时间下降时间周期振幅1.振幅：脉冲的高度在光纤系统中表示光功率能量。2.上升时间：脉冲从最大振幅的10%上升到90%所需要的时间。3.下降时间：脉冲从振幅的90%下降到10%所需要的时间。4.脉冲宽度：脉冲在50%振幅位置的宽度，用时间表示。5.周期：脉冲特定的时间，就是完成一个循环所需要的工作时间。6.消光比：1信号光功率于0信号光功率的比值。光纤数字通信光纤通信中常用单位的定义：1.dB=10log10(Pout/Pin)Pout:输出功率;Pin:输入功率

2.dBm=10log10(P/1mw)是通信工程中广泛使用的单位；通常表示以1毫瓦为参考的光功率；example:–10dBm表示光功率等于100uw。3.dBu=10log10(P/1uw)

光纤数字通信光纤的种类：A.按光在光纤中的传输模式可分为：单摸光纤和多模光纤。μm），可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。单模光纤：中心玻璃芯较细（芯径一般为9或10μm），只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但其色度色散起主要作用，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。

光纤的种类B.按最佳传输频率窗口分：常规型单模光纤和色散位移型单模光纤。常规型：光纤生产厂家将光纤传输频率最佳化在单一波长的光上，如1300nm。色散位移型：光纤生产长家将光纤传输频率最佳化在两个波长的光上，如：1300nm和1550nm。光纤的种类C.按折射率分布情况分：突变型和渐变型光纤。突变型：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是突变的。其成本低，模间色散高。适用于短途低速通讯，如：工控。但单模光纤由于模间色散很小，所以单模光纤都采用突变型。渐变型光纤：光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小，可使高模光按正弦形式传播，这能减少模间色散，提高光纤带宽，增加传输距离，但成本较高，现在的多模光纤多为渐变型光纤。光纤的种类4.常用光纤规格：单模：8/125μm，9/125μm，10/125μm多模：50/125μm