光纖傳輸技術(shù)課件

1、漳*殳要內(nèi)容光纖傳輸技術(shù)概述光纖的種類(lèi)光纖的傳輸理論、傳輸特性、性能參數(shù)光無(wú)源器件光有源器件光纖的應(yīng)用光纖設(shè)備的使用和維護(hù)教學(xué)目標(biāo) 了解光通信技術(shù)的基本原理和過(guò)程，掌 握光設(shè)備的使用，連接和測(cè)量方法以及 基本故障檢修。第一部今概述什么是光纖？什么是光纖技術(shù)？為什么要學(xué)習(xí)光纖技術(shù)基礎(chǔ)？一、什么是蕪笄7光纖是“光導(dǎo)纖維”的簡(jiǎn)稱(chēng)，是指能夠約束并導(dǎo)引光波在 其內(nèi)部或表面附近沿軸線方向傳播的傳輸介質(zhì).通常以其截面 形狀分為平板波導(dǎo)、矩形波導(dǎo).園柱形波導(dǎo)等等.1. 基癢箱枸2b折射率高的中心部分叫做纖芯，其折射率為他，直徑為2勻；折射率低的外圍部分稱(chēng)為包層，其折射率為！12,直徑為20。中心加強(qiáng)件包帶外護(hù)

2、層單芯光纜帶狀式 把帶狀光纖單元放入大套管內(nèi)，形成中心束管式 結(jié)構(gòu)，也可以把帶狀光纖單元放入骨架凹槽內(nèi)或 松套管內(nèi)，形成骨架式或?qū)咏g式結(jié)構(gòu)。帶狀式纜芯有利于制造容納幾百根光纖的高密度光纜，這 種光纜已廣泛應(yīng)用于接入網(wǎng)。CoooooooQC光纖塑料帶狀光纖單元帶狀線外護(hù)層金屬加強(qiáng)件 一塑料繞包帶帶狀光纖單元2. 蕪笄的優(yōu)止光纖電線損耗低損耗大信息容量大信息容量小體積小，重量輕大而重防水、防火、耐腐蝕怕水、怕火、怕腐蝕成本低，儲(chǔ)量豐富成本高，資源有限抗電磁干擾電磁影響大二、參什么要修司宛笄枚*基舷7從專(zhuān)業(yè)方向和知識(shí)面看從光纖的應(yīng)用看從光纖技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)看知識(shí)面4、從專(zhuān)業(yè)方向和知識(shí)面看專(zhuān)業(yè)方向:無(wú)線

3、電通訊計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)省內(nèi)HFC網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)電信網(wǎng)絡(luò) 國(guó)家干線網(wǎng)絡(luò)次從蕪笄的走用看光纖在通信中的應(yīng)用范圍：公用通信（全國(guó)性寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)、省內(nèi)中距線路、市內(nèi)局間線路和用戶(hù)網(wǎng)、 鄉(xiāng)村線路以及沿海島嶼間的線路等）專(zhuān)用通信（各企業(yè)、工礦、機(jī)關(guān)、學(xué)校等大、中型單位內(nèi)部專(zhuān)用的局域網(wǎng)、電力線通 信線路、鐵道線通信線路、交通管理 監(jiān)控線路、電視臺(tái)發(fā)射傳輸線路等）工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家和我國(guó)均已宣布:干線大容量通信線路不再新建同軸電纜，而全部鋪設(shè)光纜。全國(guó)光纜干線示意圖 Optical CadbXe Txruinkd xn CKina己建架空光境Ttic Existing Over-Head Ftoef Opbc CaMc

4、s至凍商亞X Io Southeast己建柿埋光纜The Existing Ekjncd Fbw Opttc CablesItH至儺羅斯To RussiaYaoji至朝鮮*To North Koron至詩(shī)PH To South Korea.至曰本To JaanFLAGfTNirf#EJUwKraiTetoua nDjibouti吉布提Perth*J)Yangon伽光卡拉奇 fKarachi-MumbaiOkinawa bticheng angshan上海Shanghai, 汕頭/,Shantou. HongkonJ l. DaNang n、Yeroskipas蘇伊士AlexandriaUW*S

5、F . h孟買(mǎi)Cochin ,flColornb PenangMedanV Jakarta雅加達(dá)珀斯Sesimbra Mazara塞新布拉MH c j Wr Norden 諾爾頓Goonhillys? oostende Penmarc Sea-Me-We-3是一條沿歐亞大陸鋪設(shè)的洲際 海底光纜，總長(zhǎng)38,000km,從德國(guó)到南韓、 澳大利亞，連接40個(gè)國(guó)家或城市站點(diǎn)，傳輸 速率為4-8X2.5Gb/s （10-20千兆比特）。第二梆今蕪件今類(lèi)光纖的分類(lèi)光纖材料b ab a(b)漸變型光纖階躍型光纖圖11光纖的折射率分布二、按照纖芯中傳輸模式的多少來(lái)劃分單模光纖(Single Mode Fibe

6、r, SMF) M-光纖中只傳輸一種模式時(shí)，叫做單模光纖。 一單模光纖的纖芯直徑較小，約為410pm。 -適用于大容量、長(zhǎng)距離的光纖通信。多模光纖(Multi-Mode Fiber, MMF) M-盧譎鵜鶴長(zhǎng)下，多模光纖是能傳輸多種 謡霍驟藕階躍折射率分布也可以釆 光纖的纖芯直徑不等，但基本都大于單模 先纖(50625ym )。H量向向了 能軸橫成 光在在構(gòu) 時(shí)此而就 同因，構(gòu) :加結(jié) 量?jī)?nèi)疊波 能間的駐 播空波的 傳的駐同折向餐光是 向定與丟籍多與導(dǎo) 軸一波異寸個(gè)聲距波.其在行曙尺一叟節(jié)羹 在制或，傳向播乘的有 只限波蔦曙模波此長(zhǎng) 于薯駐同的能單時(shí)駐幕 由又為是不導(dǎo)只為構(gòu)向，的 導(dǎo)向波然導(dǎo)波

7、構(gòu)畜橫關(guān)光 波橫光必波光結(jié)麥于畐 光在的則光當(dāng)導(dǎo)們駐SS方傳 播貝傳與 的模光多 布構(gòu)個(gè)和是 分結(jié)一導(dǎo)長(zhǎng)還 SS波模 射駐傳光波單波我向 的，橫 定時(shí)的 確光上 所的以三、按光纖的工作波長(zhǎng)分類(lèi)聶 短波長(zhǎng)光纖（0809pm ）長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖（101.7pm ）超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖。（25pm ）在光纖工業(yè)發(fā)展早期，光纖的傳輸窗口主要有兩 個(gè)（085和微米）,后來(lái)有了第三個(gè)傳輸窗 口（155微米）。在技術(shù)得到發(fā)展的今天，在波 長(zhǎng)1.26至168微米范圍內(nèi)，光纖可以傳輸?shù)拇翱?有6個(gè)（表1）。利用波分復(fù)用（WDM）技術(shù)， 每個(gè)窗口（波段）可同時(shí)傳輸多個(gè)信道。四、按光纖的材料組成分類(lèi)全塑料光纖 塑料包層石英芯光纖

8、石英光纖多組分玻璃光纖 液芯光纖 氟化物/硫化物/重金屬氧化物玻璃光纖 光子晶體光纖第三部分光纖的特性參數(shù)光纖的損耗 光纖的色散與帶寬 單模光纖模場(chǎng)半徑 單模光纖截止波長(zhǎng)3.7光纖的損耗光波在光纖中傳輸時(shí)，隨著傳輸距離的增加而光功率逐漸下降，這就是光纖的傳輸損耗。分貝單位利用下面的一般定義，可將任意比率R轉(zhuǎn)化為分 貝單位：R二Pout/Rn （功率比）R，(in dB) =101gR (功率增益)R=1,R=O; R2) 耦合器。按光纖型號(hào)可分為：多模耦合器和單模耦合器。鑫刃能可分為：光功率分配耦合器和光波長(zhǎng)分配藕合器。A三、光纖耦合器的結(jié)構(gòu)（a）棱鏡式（b）光纖式棱鏡式定向耦合器：采用分立光

9、學(xué)元件（如棒透鏡、反射鏡、棱鏡等） 組合拼接。損耗大，與光纖耦合困難，環(huán)境穩(wěn)定性較差。全光纖耦合器：即直接在兩根（或兩根以上）光纖之間形成某種形式的耦合。集成化是未來(lái)光纖通信發(fā)展的必然趨勢(shì)。利用平面光波導(dǎo)制作的光耦合器具有體積小，分光比控制精確, 易于大批量生產(chǎn)等特點(diǎn)。圖6.11集成光波導(dǎo)耦合器潼(a) Y形耦合器基本結(jié)構(gòu)；(b)樹(shù)形集成光波導(dǎo)耦合器基本構(gòu)成分路器（3端口）（c）多端口星形耦合器；（d）波分復(fù)用器合路器（3端口）合波器分波器（c）多端口星形耦合器；（d）波分復(fù)用器（c）多端口星形耦合器；（d）波分復(fù)用器圖6.10幾種典型光纖耦合器的結(jié)構(gòu)示意圖潼（a）三端口分路器和合路器；（b）

10、四端口耦合器;（c）多端口星形耦合器；（d）波分復(fù)用器光纖耦合器的性能參數(shù)耦合比插入損耗附加損耗 分光比 隔離比1、耦合比表示由輸入信道（i）耦合到指定輸出信 道Q）的功率大小。定義為輸出信道功率與輸入信道功率之比:=52、插入損耗表示由輸入信i到指定信道j的損耗。定義為指定輸出端口的光功率相對(duì)全部輸入光 功率的減少值。該值通常以分貝(dB)表示，數(shù) 學(xué)麥達(dá)式為其中：么是第i個(gè)輸出端口的插入損耗；許是第i 個(gè)輸出端口測(cè)到的光功率值；鬥是輸入端的光 動(dòng)家值。附加損耗表黒宙耦定義為所有輸出端口的光功率總和與全部輸入 光功率的比值。該值以分貝表示的數(shù)學(xué)表達(dá)式 為式中：號(hào)為第j個(gè)輸出口的輸出功率；鬥為

11、輸入 總光功翠。4、分光比分光比是光耦合器所特有的技術(shù)術(shù)語(yǔ)，它定義為耦合器各輸出端口的輸出功率相對(duì)輸岀總功率的百分比，在具體應(yīng)用中常用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示為例如對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)X形耦合器，1 ： 1或50 : 50代表了 同樣的分光比，即輸出為均分的器件。5、隔離比(isolation)隔離度是指某一光路對(duì)其他光路中的信號(hào)的隔 離能力。隔離度高，也就意味著線路之間的 “串話”小。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為式中：鬥是某一光路輸出端測(cè)到的其他光路信 號(hào)的功率值；鬥是被檢測(cè)光信號(hào)的輸入功率值。第五部分光纖通信器件 一、光纖發(fā)射機(jī) 1、分類(lèi)按光波長(zhǎng)：1310nm光發(fā)和1550nm光發(fā) 按調(diào)制方式：模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。按調(diào)制方式

12、與光源的關(guān)系：直接調(diào)制光發(fā)和外調(diào)制光發(fā)模擬調(diào)制又有兩類(lèi)，一類(lèi)是用模擬基帶 信號(hào)直接對(duì)光源進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制（D IM）；另一采用連續(xù)或脈沖的射頻（RF） 波作為副載波，模擬基帶信號(hào)先對(duì)它的 幅度、頻率或相位等進(jìn)行調(diào)制，再用該 受調(diào)制的副載波去強(qiáng)度調(diào)制光源。模擬 調(diào)制的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，占有帶寬較窄， 但它的抗干擾性能差，中繼時(shí)噪聲累積。數(shù)字調(diào)制是光纖通信的主要調(diào)制方式， 將模擬信號(hào)抽樣量化后，以二進(jìn)制數(shù)字 信號(hào)“1”或“0”對(duì)光載波進(jìn)行通斷調(diào)制, 并進(jìn)行脈沖編碼(PCM) o數(shù)字調(diào)制的 優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，中繼時(shí)噪聲及色 散的影響不積累，因此可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離傳 輸，它的缺點(diǎn)是需要較寬的頻帶，設(shè)備 也復(fù)雜。

13、 2、基本原理從前端輸入的RF電視信號(hào)經(jīng)過(guò)放大等電路處理，從末級(jí)分岀一部分信號(hào)，經(jīng) 過(guò)峰值檢波、直流放大去控制由PIN二 極管組成的電調(diào)衰減器和自動(dòng)增益控制 (AGC),經(jīng)過(guò)這樣一系列的處理以后， 將射頻信號(hào)加入激光器激勵(lì)口，來(lái)控制 半導(dǎo)體激光器的偏流，進(jìn)而控制激光器 的輸岀光強(qiáng)度，一般采用DFB激光器作 為光源。3、*光發(fā)射機(jī)的應(yīng)用直接調(diào)制型：線性好，失真小，輸出功率 18mw以?xún)?nèi).價(jià)格低廉適用于近距離傳輸 （35公里以?xún)?nèi)）。外調(diào)制型：非線性失真大，電路復(fù)雜成 本高。輸岀功率大2X20mw,色散小，適 合長(zhǎng)距離傳輸。二光分路器光分路器介紹：它屬于無(wú)源器件，可以 對(duì)光信號(hào)進(jìn)行耦合、分配、分支。

14、是具 有多個(gè)輸入端和輸岀端的光纖匯接器件O 在有線電視系統(tǒng)中多用一個(gè)輸入，多個(gè) 輸出。（注：老式的分波長(zhǎng)，新式的為 通用型）三、光接收機(jī)原理和應(yīng)用1、分類(lèi):光接收機(jī)分為模擬光接收機(jī)和 數(shù)字光接收機(jī)兩種2、作用：在有線電視HFC網(wǎng)絡(luò)中，光接 收機(jī)通常位于光纖接點(diǎn)處，它的主要功 能是把光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)镽F信號(hào)3、原理:輸出放大級(jí)輸入放大級(jí)光電檢測(cè)器是從輸入的光信號(hào)中取出有用的電 信號(hào)（有線電視信號(hào)），能完成O/E轉(zhuǎn)換的光接收 器件稱(chēng)光電檢測(cè)器或光電二極管（PD）o光電檢 測(cè)器輸出的射頻有線電信號(hào)送入電信號(hào)放大級(jí) 放大，之后送至均衡器，完成對(duì)帶寬內(nèi)（550MH z、750 MHz、860 MH z的帶寬

15、內(nèi)）的平坦度調(diào) 整，之后送入衰減器，衰減器完成對(duì)帶寬內(nèi)各頻 道幅度的調(diào)整，保證輸出級(jí)有合適的輸岀電平 （即保證丸接收機(jī)有合適的輸出電平）。輸岀放 大器輸出信號(hào)送入分支器（或分配器），之后送 到接收機(jī)的各輸岀口，從輸岀放大級(jí)輸出取出 部分信號(hào)送至AGC控制電路，完成AGC控制作 用和監(jiān)測(cè)作用。四、光纖儀器的使用 1、光功率計(jì) (1)作用：用于測(cè)量絕對(duì)光功率或通過(guò) 一段光纖的光功率相對(duì)損耗。(2)計(jì)算方法：B點(diǎn)絕對(duì)電平減去A點(diǎn) 絕對(duì)電平，所得結(jié)果就是AB之間的損耗 或增益 2、光熔接機(jī) (1)作用：熔接光纖(2)原理：主要是靠放岀電弧將兩頭光 纖熔化，同時(shí)運(yùn)用準(zhǔn)直原理平緩?fù)七M(jìn)， 以實(shí)現(xiàn)光纖對(duì)接。設(shè)備操作實(shí)例設(shè)備操作演示講解鍵測(cè)量C/N或查看兩個(gè)窗口的電平。機(jī)輸入電平）（強(qiáng)儀測(cè)量光發(fā)射2、光功率計(jì)：電源充電開(kāi)機(jī)連接測(cè)量線按入鍵設(shè)置 波長(zhǎng)按Dni測(cè)量功率電平按DB鍵測(cè)量電壓電平按 REF鍵顯示測(cè)量結(jié)果（用光功率計(jì)測(cè)量光發(fā)射機(jī)的輸 出電平）3、熔接機(jī)：（事先將光纖剝皮）電源充電開(kāi)機(jī)-將切 割好的光纖放入槽內(nèi)按RAN鍵觀看熔接情況（熔接 一段光纖）