光纖的光傳輸原理是什么

1、光纖的光傳輸原理是什么？1.光纖通信原理簡介光纖通信(Fiber-opticcommunication)，也作光纖通訊。光纖通信是以光作為信息 載體，以光纖作為傳輸媒介的通信方式，首先將電信號轉(zhuǎn)換 成光信號，再透過光纖將光信號進(jìn)行傳遞，屬于有線通信的 一種。光經(jīng)過調(diào)變后便能攜帶資訊。自1980年代起，光纖 通訊系統(tǒng)對于電信工業(yè)產(chǎn)生了革命性 ，同時(shí)也在數(shù)位時(shí)代 里扮演非常重要的角色。光纖通信傳輸容量大，保密性好等 優(yōu)點(diǎn)。光纖通信現(xiàn)在已經(jīng)成為當(dāng)今最主要的有線通信方式。2.光纖通信原理組成部分最基本的光纖通信系統(tǒng)由光發(fā)信機(jī)、光收信機(jī)、 光纖線路、中繼器以及無源器件組成。 其中光發(fā)信機(jī)負(fù)責(zé)將信號轉(zhuǎn)變成

2、適合于在光纖上傳輸?shù)墓?信號，光纖線路負(fù)責(zé)傳輸信號， 而光收信機(jī)負(fù)責(zé)接收光信號， 并從中提取信息， 然后轉(zhuǎn)變成電信號， 最后得到對應(yīng)的話音、 圖象、數(shù)據(jù)等信息。(1)光發(fā)信機(jī)由光源、驅(qū)動(dòng)器和調(diào)制器組成， 實(shí)現(xiàn)電/光轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。 其功能是將來自于電 端機(jī)的電信號對光源發(fā)出的光波進(jìn)行調(diào)制，成為已調(diào)光波， 然后再將已調(diào)的光信號耦合到光纖或光纜去傳輸。(2)光收信機(jī)由光檢測器和光放大器組成，實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。其功能是將光纖或光纜傳輸來的光信號，經(jīng)光檢測 器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺缓?，再將這微弱的電信號經(jīng)放大電路放大到足夠的電平， 送到接收端的電端級去。(3)光纖線路- 其功能是將發(fā)信端發(fā)出的已調(diào)光信號

3、， 經(jīng)過光纖或光纜的遠(yuǎn)距離傳輸后，耦合到收信端的光檢測器上去，完成傳送信 息任務(wù)。(4)中繼器 - 由光檢測器、光源和判決再生電路組成。它的作用有兩個(gè)：一個(gè)是補(bǔ)償光信號在光纖中傳輸 時(shí)受到的衰減;另一個(gè)是對波形失真的脈沖進(jìn)行整形。(5)無源器件 - 包括光纖連接器、 耦合器等， 完成光纖間的連接、光纖與光端機(jī)的連接及耦合。3.光纖通信原理 光纖通信 的原理就是：在發(fā)送端首先要把傳送的信息(如話音)變成電信號，然后調(diào)制到激光器發(fā)出的激光束上，使光的強(qiáng)度隨電 信號的幅度(頻率)變化而變化， 并通過光纖經(jīng)過光的全反射 原理傳送;在接收端，檢測器收到光信號后把它變換成電信號， 經(jīng)解調(diào)后恢復(fù)原信息。 光

4、通信正是利用了全反射原理， 當(dāng)光的注入角滿足一定的條件時(shí)，光便能在光纖內(nèi)形成全反 射， 從而達(dá)到長距離傳輸?shù)哪康摹?光纖的導(dǎo)光特性基于光射 線在纖芯和包層界面上的全反射，使光線限制在纖芯中傳輸。 光纖中有兩種光線，即子午光線和斜射光線，子午光線是位 于子午面上的光光線，而斜射光線是不經(jīng)過光纖軸線傳輸?shù)?光線。 下面以光線在階躍光纖中傳輸為例解釋光通信的 原理。如圖所示為階躍型光纖，纖芯折射率為n1，包層 的折射率為n2，且n1n2，空氣折射率為n0。在光纖內(nèi)傳 輸?shù)淖游绻饩€，簡稱內(nèi)光線，遇到纖芯與包層的分界面的入射角大于Be時(shí)，才能保證光線在纖芯內(nèi)產(chǎn)生多次反射，使 光線沿光纖傳輸。然而，內(nèi)光線

5、的入射角大小又取決于從空 氣中入射的光線進(jìn)入纖芯中所產(chǎn)生折射角B2，因此， 空氣和纖芯界面上入射光的入射角9就限定了光能否在光纖中以全反射形式傳輸，與內(nèi)光線入射角的臨界角9c相對應(yīng)，光纖入射光的入射角9i有一個(gè)最大值9max。當(dāng)光線以9i9ma入射到纖芯端面上時(shí)，內(nèi)光線將以小于9c的入射角投射到纖芯和包層界面上。這樣的光線在包層中折射角小 于90度，該光線將射入包層，很快就會露出光纖。當(dāng)光線以9i4、有關(guān)光線的基本相關(guān)概念電磁波譜通信波段劃 分及相應(yīng)傳輸媒介光的折射/反射和全反射因光在不同物質(zhì) 中的傳播速度是不同的，所以光從一種物質(zhì)射向另一種物質(zhì) 時(shí)，在兩種物質(zhì)的交界面處會產(chǎn)生折射和反射。而且

6、，折射 光的角度會隨入射光的角度變化而變化。當(dāng)入射光的角度達(dá) 到或超過某一角度時(shí)，折射光會消失，入射光全部被反射回來，這就是光的全反射。不同的物質(zhì)對相同波長光的折射角 度是不同的（即不同的物質(zhì)有不同的光折射率） ，相同的物 質(zhì)對不同波長光的折射角度也是不同。光纖通訊就是基于以 上原理而形成的。反射率分布：表征光學(xué)材料的一個(gè)重要參 數(shù)是折射率，用N表示，真空中的光速C與材料中光速V之比就是材料的折射率。N=C/V光纖通信用的石英玻璃的折射率約為1.5光的基本知識光纖結(jié)構(gòu)光纖裸纖一般分為三層：第一層：中心高折射率玻璃芯（芯徑一般為9-10卩m,（單 模）50或62.5（多模）。第二層：中間為低折射

7、率硅玻璃包 層（直徑一般為125卩m）o第三層：最外是加強(qiáng)用的樹脂涂 層。1）纖芯core：折射率較高， 用來傳送光；2）包層coating： 折射率較低， 與纖芯一起形成全反射條件；3）保護(hù)套jacket： 強(qiáng)度大，能承受較大沖擊，保護(hù)光纖。3mm光纜橘色MM多模黃色SM單模光纖的尺寸外徑一般為125um（一根 頭發(fā)平均100um）內(nèi)徑：單模9um多模50/62.5um數(shù)值孔 徑入射到光纖端面的光并不能全部被光纖所傳輸， 只是在某 個(gè)角度范圍內(nèi)的入射光才可以。這個(gè)角度就稱為光纖的數(shù)值 孔徑。光纖的數(shù)值孔徑大些對于光纖的對接是有利的。不同 廠家生產(chǎn)的光纖的數(shù)值孔徑不同光纖的種類按光在光纖中 的

8、傳輸模式可分為：多模（Multi-Mode）（簡稱：MM） 單模（Single-Mode）（簡稱：SM） 多模光纖：中心玻璃芯較 粗（50或62.5卩可傳多種模式的光。但其模間色散較大， 這就限制了傳輸數(shù)字信號的頻率，而且隨距離的增加會更加 嚴(yán)重。例如：600MB/KM的光纖在2KM時(shí)則只有300MB的帶寬了。因此，多模光纖傳輸?shù)木嚯x就比較近，一般只有 幾公里。單模光纖：中心玻璃芯較細(xì)（芯徑一般為9或10卩m, 只能傳一種模式的光。實(shí)際上是階躍型光纖的種，只是纖芯徑很小，理論上只允許單一傳播途徑的直進(jìn)光入射至光纖內(nèi)， 并在纖芯內(nèi)作直線傳播。光纖脈沖幾乎沒有展寬。因此，其模間色散很小， 適用于遠(yuǎn)

9、程通訊， 但其色度色散起主要作用， 這樣單模光纖對光源的譜寬和穩(wěn)定性有較高的要求，即譜寬 要窄，穩(wěn)定性要好。光纖的分類按材料分類：玻璃光纖：纖 芯與包層都是玻璃，損耗小，傳輸距離長，成本高；膠套硅 光纖：纖芯是玻璃，包層為塑料，特性同玻璃光纖差不多， 成本較低；塑料光纖：纖芯與包層都是塑料，損耗大，傳輸 距離很短，價(jià)格很低。多用于家電、音響，以及短距的圖像 傳輸。按最佳傳輸頻率窗口:常規(guī)型單模光纖和色散位移型單 模光纖。常規(guī)型：光纖生產(chǎn)長家將光纖傳輸頻率最佳化在單 一波長的光上，如1300nm。色散位移型：光纖生產(chǎn)長家將 光纖傳輸頻率最佳化在兩個(gè)波長的光上，如：1300nm和1550nm。突變

10、型：光纖中心芯到玻璃包層的折射率是突變 的。其成本低，模間色散高。適用于短途低速通訊，如：工 控。但單模光纖由于模間色散很小，所以單模光纖都采用突 變型。 漸變型光纖：光纖中心芯到玻璃包層的折射率是 逐漸變小， 可使高模光按正弦形式傳播， 這能減少模間色散， 提高光纖帶寬，增加傳輸距離，但成本較高，現(xiàn)在的多模光 纖多為漸變型光纖。常用光纖規(guī)格光纖尺寸：1）單模纖芯直徑：9/125卩m 10/125叩2）包層外徑（2D） =125卩m3）一次涂敷外徑=250卩m4）尾纖：300卩m5）多模：50/125卩m歐洲標(biāo)準(zhǔn)62.5/125卩m美國標(biāo)準(zhǔn)6）工業(yè)，醫(yī)療和低速網(wǎng)絡(luò)：100/140卩m 200/

11、230卩m7）塑料：98/1000卩m用于汽車控制光纖衰減造成光纖衰減的主要因素有：本征，彎曲，擠壓，雜質(zhì)，不均勻和對接等。本征： 是光纖的固有損耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。彎曲： 光纖彎曲時(shí)部分光纖內(nèi)的光會因散射而損失掉，造成的損耗。 擠壓：光纖受到擠壓時(shí)產(chǎn)生微小的彎曲而造成的損耗。雜質(zhì)：光纖內(nèi)雜質(zhì)吸收和散射在光纖中傳播的光，造成的損失。不 均勻：光纖材料的折射率不均勻造成的損耗。對接：光纖對 接時(shí)產(chǎn)生的損耗，如：不同軸（單模光纖同軸度要求小于0.8卩m）端面與軸心不垂直，端面不平，對接心徑不匹配和 熔接質(zhì)量差等。光纜的種類1 ）按敷設(shè)方式分有：自承重架空光纜，管道光纜，鎧裝地埋光纜和海

12、底光纜。2）按光纜結(jié)構(gòu)分有：束管式光纜，層絞式光纜，緊抱式光纜，帶式光纜， 非金屬光纜和可分支光纜。3）按用途分有： 長途通訊用光纜、 短途室外光纜、混合光纜和建筑物內(nèi)用光纜。光纜的接續(xù)與 成端光纜的接續(xù)與成端是光纜線路維護(hù)人員必須掌握的基 本技能。光纜的接續(xù)技術(shù)分類：1）光纖的接續(xù)技術(shù)和光纜的 接續(xù)技術(shù)兩部分。2）光纜的成端類似光纜的接續(xù)，只不過由 于接頭材料不同而操作該當(dāng)也有所不同。光纖接續(xù)的種類光 纜接續(xù)一般可分為兩大類：1）光纖的固定接續(xù) （俗稱死接頭） 一般采用光纖熔接機(jī)；用于光纜直接頭。2）光纖的活動(dòng)接頭 （俗稱活接頭） 。用能夠拆卸的連接器連接（俗稱活接頭） 用于光纖跳線、設(shè)備連

13、接等地方由于光纖端面的不完整性和 光纖端面壓力的不均勻性，一次放電熔接光纖的接頭損耗還 比較大， 現(xiàn)在采用二次放電熔接法。 先對光纖端面預(yù)熱放電，給端面整形， 去除灰塵和雜物， 同時(shí)通過預(yù)熱使光纖端面壓 力均勻。光纖連接損耗的監(jiān)測方法光纖連接損耗的監(jiān)測方法 有三種：1、在熔接機(jī)上進(jìn)行監(jiān)測。2、光源、光功率計(jì)監(jiān)測。3、OTDR測量法光纖接續(xù)的操作方法光纖接續(xù)操作一般分 為：1、光纖端面的處理。2、光纖的接續(xù)安裝。3、光纖的 熔接。4、光纖接頭的保護(hù)。5、余纖的盤留五個(gè)步驟。通常 整個(gè)光纜的接續(xù)按以下步驟進(jìn)行：第一步：大量好長度，開 剝光纜，除去光纜護(hù)套；第二步：清洗、去除光纜內(nèi)的石油 填充膏。第

14、三步：捆扎好光纖。第四步：檢查光纖心數(shù)，進(jìn) 行光纖對號，核對光纖色標(biāo)是否有誤；第五步：加強(qiáng)心接續(xù)；第六步：各種輔助線對，包括公務(wù)線對、控制線對、屏蔽地 線等接續(xù)(如果有上述線對。 第七步：光纖的接續(xù)。 第八步： 光纖接頭保護(hù)處理；第九步：光纖余纖的盤庫留處理；第十 步：完成光纜護(hù)套的接續(xù)；第十一步：光纜接頭的保護(hù)。光 纖的損耗1310 nm : 0.35 0.5 dB/Km1550nm : 0.2 0.3dB/Km850 nm : 2.3 3.4 dB/Km光纖熔接點(diǎn)損耗：0.08dB/點(diǎn)光纖熔接點(diǎn)1點(diǎn)/2km常見光纖名詞1)衰減衰減: 光在光纖中傳輸時(shí)的能量損耗單模光纖1310nm 0.40

15、.6dB/km，1550nm0.20.3dB/km，塑料多模光纖300dB/km2)色散色散(Dispersion):光脈沖沿著光纖行進(jìn) 段距離后造成的頻寬變粗。它是限制傳輸速率的主要因素模間色散：只發(fā)生在多模光纖，因?yàn)椴煌Ｊ降墓庋刂煌?的路徑傳輸。材料色散：不同波長的光行進(jìn)速度不同。波導(dǎo) 色散：發(fā)生原因是光能量在纖芯及包層中傳輸時(shí)，會以稍有 不同的速度行進(jìn)。在單模光纖中，通過改變光纖內(nèi)部結(jié)構(gòu)來 改變光纖的色散非常重要。光纖類型G.652零色散點(diǎn)在1300nm左右G.653零色散點(diǎn)在1550nm左右G.654負(fù)色散 光纖G.655色散位移光纖全波光纖3）散射由于光線的基本 結(jié)構(gòu)不完美，引起

16、的光能量損失，此時(shí)光的傳輸不再具有很 好的方向性。光纖系統(tǒng)基礎(chǔ)知識基本光纖系統(tǒng)的構(gòu)架及其功 能介紹：1.發(fā)送單元： 把電信號轉(zhuǎn)換成光信號；2.傳輸單元： 載送光信號的介質(zhì)；3.接收單元：接收光信號并轉(zhuǎn)換成電信 號；4.連接器件：連接光纖到光源、光檢測以及其它光纖。 常用連接器類型連接頭端面類型耦合器 （coupler）主要功能 再分配光信號重要應(yīng)用在光纖網(wǎng)絡(luò)尤其是應(yīng)用在局域網(wǎng)在 波分復(fù)用器件上應(yīng)用基本結(jié)構(gòu)耦合器是雙向無源器件基本 形式有樹型、星型與耦合器對應(yīng)的有分路器（splitter）以圖形表示波分復(fù)用器WDMWavelength Division Multiplexer在一條光纖中傳輸多個(gè)光信號， 這些光信號頻率 不同，顏色不同。波分復(fù)用器就