光纖通信原理和基礎知識-文檔資料

1、0光纖的通信原理及基礎知識1第一章第一章 光纖通信的基本原理光纖通信的基本原理第二章第二章 光纖的基本結構和分類光纖的基本結構和分類第三章第三章 光纖的基本參數(shù)光纖的基本參數(shù)第四章第四章 光纖的制造方法光纖的制造方法光纖的通信原理及基礎知識21.1 1.1 光纖通信的基本原理光纖通信的基本原理信號處理發(fā)送端信號處理接收端光波導第一章第一章 光纖、光纜的基本知識光纖、光纜的基本知識3f10km1km100m10m1m1cm1dm105m100km107m010Hz100Hz1k10k100k1M10M100M1G10G1cm100m1mm10m100nm1m10nm1nm100pm10pm1pm

2、10G100G1T10T100T1015T1017T1016T1019T1018T1020T1.6m1.5m1.3m1.4m1.1m1.2m1m900nm800nm700nm500nm600nm400nm紅外線紫外線X射線伽瑪射線光纖應用范圍無線電電視衛(wèi)星LWKWMWUKWdmcm高頻微波低頻交流電直流電微波可見光電磁波譜頻譜分配頻譜分配光纖通信的基本原理4光在傳輸過程中，在兩種不同的傳輸媒質的界面將產生以下行為：光在傳輸過程中，在兩種不同的傳輸媒質的界面將產生以下行為：一部分入射光將被反射一部分入射光將被反射 一部分入射光將進入第二種媒質，并產生折一部分入射光將進入第二種媒質，并產生折射射媒

3、質媒質1 折射率折射率n1媒質媒質2 折射率折射率n2 入射光線反射光線12 1= 2n1Sin 1=n2Sin 2媒質媒質1 折射率折射率n1媒質媒質2 折射率折射率n2 入射光線12折射光線光的反射和折射定律光的反射和折射定律光纖通信的基本原理5折射率折射率 n n光在真空中的傳播速度光在真空中的傳播速度/ /光在該媒質中的傳播速度光在該媒質中的傳播速度1.01.00031.331.4571.4711.51.92.42全反射：全反射： 當當n1n2時，隨著入射角的不斷增加，在入射角達到某一值時，折射時，隨著入射角的不斷增加，在入射角達到某一值時，折射角達到角達到90oC，我們把此時的入射角

4、稱為臨界角，我們把此時的入射角稱為臨界角 0 。當入射角大于臨界角。當入射角大于臨界角時，將發(fā)生全反射。時，將發(fā)生全反射。媒質媒質1媒質媒質2根據(jù)折射定律，我根據(jù)折射定律，我們可以求出臨界角，們可以求出臨界角，此時此時 290o。即。即n1Sin 0=n2Sin90o所以所以 Sin 0=n2/n1媒質媒質折射率折射率真空真空空氣空氣水水多模光纖多模光纖單模光纖單模光纖玻璃玻璃鉆石鉆石光的全反射定律光的全反射定律光纖通信的基本原理6光通信正是利用了全反射原理，當光的注入角滿足一光通信正是利用了全反射原理，當光的注入角滿足一定條件時，光便能在光纖定條件時，光便能在光纖(光波導光波導)內形成全反射

5、，從內形成全反射，從而達到長距離傳輸?shù)哪康摹６_到長距離傳輸?shù)哪康?。包層包?n2纖芯纖芯 n1光纖中光纖中心軸線心軸線 090- 0 包層包層 n2空氣 n0 1光纖的導光原理光纖的導光原理光纖通信的基本原理n1n2n0n0: 空氣中的折射率n1: 纖芯的折射率n2: 包層的折射率 0 0: 入射角, 和 sin0=n2/n1條件:7涂涂 層層包包 層層纖芯纖芯光纖的基本結構和分類8光纖通信的優(yōu)點光通信基本原理大容量大容量長中繼距離長中繼距離適應能力強適應能力強體積小，重量輕，便于安裝和維護體積小，重量輕，便于安裝和維護選材豐富，價格低選材豐富，價格低Raw material abundan

6、ce, low price 保密性強保密性強9第一章第一章 光纖通信的基本原理光纖通信的基本原理第二章第二章 光纖的基本結構和分類光纖的基本結構和分類第三章第三章 光纖的基本參數(shù)光纖的基本參數(shù)第四章第四章 光纖的制造方法光纖的制造方法光纖的通信原理及基礎知識10光纖的結構及組成光纖的結構及組成 涂層 力學影響的防護涂層(acrylic) acrylic) 250 250 m m 涂層 250 m 標準單模光纖標準單模光纖標準梯度折射率分布多模光纖標準梯度折射率分布多模光纖 纖芯纖芯 (SiO2+Ge+F) (摻鍺二氧化硅摻鍺二氧化硅)8.6-9.5 m 纖芯纖芯(聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲

7、酯 )980 m 包層包層(SiO2+F)摻氟二氧化硅摻氟二氧化硅125 m 纖芯纖芯(摻鍺二氧化硅摻鍺二氧化硅)50 m / 62.5 m / 100 m涂層 1000 m 塑料光纖塑料光纖光纖的基本結構和分類11光纖的基本結構和分類12光纖的基本結構和分類13光纖的基本結構和分類14 G651多模光纖：多模光纖：工作波長為工作波長為850nm的的LAN用的多模光纖用的多模光纖 G652光纖：光纖：最佳工作波長為最佳工作波長為1310nm的單模光纖的單模光纖： G652A G652B:標準光纖標準光纖 G652C G652D：低水峰（全：低水峰（全波波 ）光纖光纖 G653光纖：光纖：零色散

8、波長在零色散波長在1.55 m窗口的單模光纖窗口的單模光纖 G654光纖：光纖：截止波長在截止波長在1500 nm的海底應用單模光纖的海底應用單模光纖,又稱為最低又稱為最低 衰減單衰減單 模光纖模光纖 G655光纖：光纖：在在1550nm窗口給定波長區(qū)間內色散不為零的色窗口給定波長區(qū)間內色散不為零的色 散位移單模光散位移單模光纖，纖， 稱為非零色散位移光纖稱為非零色散位移光纖 G655A ：單信道單信道光纖光纖(1995) G655B、 G655C ：DWDM光纖光纖(2000.10,2003.1) G656光纖：光纖：使用于使用于DWDM 系統(tǒng)系統(tǒng)S+C+L波帶的非零色散位移光纖波帶的非零色

9、散位移光纖 (2003.10提出，提出，2004.4爭取會議同意爭取會議同意)光纖的基本結構和分類15光纖的基本結構和分類16G652光纖的分類、特點與應用應用應用1.G.652A：支持支持G.957規(guī)定的規(guī)定的SDH傳輸系統(tǒng)，傳輸系統(tǒng)，G.691規(guī)定規(guī)定的帶光放大的單通過路的帶光放大的單通過路STM-16（ 2.5Gbit/s ）的）的SDH傳傳輸系統(tǒng)，輸系統(tǒng)，G.693規(guī)定的規(guī)定的40km的的10Gbit/s以太網系統(tǒng)及以太網系統(tǒng)及STM-2562.G.652B：主要支持更高速率主要支持更高速率 ，例如，例如G.691和和G.692傳傳輸系統(tǒng)中直到輸系統(tǒng)中直到STM-64 （10Gbit/

10、s），在），在G.693和和G.959.1中對于中對于STM-256的某些應用的某些應用3.G.652C（低水峰光纖）（低水峰光纖） ：與與G.652A光纖屬性類似，光纖屬性類似，允許使用在允許使用在13601530nm擴展波長范圍擴展波長范圍4.G.652D：與與G.652B光纖屬性類似，允許使用在光纖屬性類似，允許使用在13601530nm擴展波長范圍擴展波長范圍光纖的基本結構和分類17 長距離應用，發(fā)展方向是大有效面積色散平坦型長距離應用，發(fā)展方向是大有效面積色散平坦型G.655 城域網中，低水峰光纖（城域網中，低水峰光纖（ G.652C、 G.652D）有較大的應用前景，）有較大的應用

11、前景，關鍵在價格，目前主關鍵在價格，目前主 要采用的是要采用的是G.652A、 G.652B光纖光纖 接入網中將主要應用接入網中將主要應用G.652光纖，光纖，其發(fā)展前景仍被很多專家看好其發(fā)展前景仍被很多專家看好 （目前市場規(guī)模在下降，但仍繼續(xù)占主導地位）（目前市場規(guī)模在下降，但仍繼續(xù)占主導地位） LAN中將主要應用多模光纖，芯徑逐漸由中將主要應用多模光纖，芯徑逐漸由62.5 m向向50 m發(fā)發(fā) 展，展，市場在逐漸擴大市場在逐漸擴大 室內布線將向塑料光纖發(fā)展室內布線將向塑料光纖發(fā)展 光纖的基本結構和分類18第一章第一章 光纖通信的基本原理光纖通信的基本原理第二章第二章 光纖的基本結構及分類光纖

12、的基本結構及分類第三章第三章 光纖的基本參數(shù)光纖的基本參數(shù)第四章第四章 光纖的制造方法光纖的制造方法光纖的通信原理及基礎知識19光纖的基本參數(shù)20dxdy光纖的基本參數(shù)21光纖的基本參數(shù)22光纖的基本參數(shù)23光纖的基本參數(shù)P0Pe24下面下面: Pi 輸入功率輸入功率 Po 通過長度為通過長度為L的光纖后的輸出功率的光纖后的輸出功率 L 傳輸距離傳輸距離定義定義: Loss(dB)= -10lg(Pout/Pin)限制傳輸距離限制傳輸距離.固有損耗固有損耗: 瑞利散射, 材料反射 (紫外線輻射 & 紅外線吸收)外來損耗外來損耗: 吸收， 分離點損耗PiPoL光纖的光傳輸特性光纖的光傳輸

13、特性25衰減衰減 (dB/km)波長波長(nm)131015500.360.20OH-吸收峰吸收峰(又稱為：水峰又稱為：水峰)光纖的基本參數(shù)26光纖的基本參數(shù)27Theoretical max distance limited by the dispersionTheoretical max distance limited by the dispersion2sGbkmnmpsDkmL/Bcapacity1550nm(G.652)1550nm(G.655)1310nm(G.652)2.5Gb/s928km4528km6400km10Gb/s58km283km400km20Gb/s14.5km

14、70kml00km40Gb/s3.6km18km25km=10 5光纖的基本參數(shù)2884-401200-818001400150016001700132nm4色散色散D(ps/(nmkm)波長波長(nm)1非色散位移光纖非色散位移光纖2色散位移光纖色散位移光纖3色散平坦光纖色散平坦光纖4 非零色散位移光纖非零色散位移光纖光纖的基本參數(shù)29光纖的基本參數(shù)30PMD定義定義 定義定義: 減弱的波長結構導致的兩個線性偏振模的色散減弱的波長結構導致的兩個線性偏振模的色散 tPMD=Dpmd * L0.5 PMD Link y= PMDQ :99.99% probability of 100000 y2

15、1121nkxkn光纖的基本參數(shù)31 B 當比特率大于當比特率大于10Gb/s, 偏振模色散必須考慮偏振模色散必須考慮. 降低光纖偏振模色散值降低光纖偏振模色散值: 改進光纖的幾何形狀改進光纖的幾何形狀 導致裸纖的旋轉導致裸纖的旋轉2sGb2kmpsPMDkm =10 4PMD (ps/4 km)2.5 Gb/s10 Gb/s40 Gb/s3.0180kmllkmlkm1.01,600 km100 km6km0.56,400 km400 km25km0.240,000 km2,500 km156km光纖的基本參數(shù)32固有和非固有的偏振模色散原因包層中心為橢圓包層中心為橢圓包層偏心包層偏心進入氣

16、體進入氣體側壓側壓涂層橢圓涂層橢圓涂層偏心涂層偏心非固有原因非固有原因側壓側壓彎曲彎曲扭曲扭曲光纖的基本參數(shù)33光纖的基本參數(shù)34光纖的基本參數(shù)35光纖的基本參數(shù)36ITU-T 關于光纖 的主 要規(guī)范1550nm1550nm1310nm 和1550nm適用工 作窗 口5dB5dB1dB1550nm的微 彎衰 耗0.190.25dB/km0.190.25dB/km0.170.25dB/km典型衰 減系 數(shù)（1550nm)-0.30.4dB/km典型衰 減系 數(shù)（1310nm)1252m1252m1252m包層直 徑ps/(nm.km)(15301565nm)ps/(nm.km)(15251575

17、nm)ps/(nm.km)(15251575nm)最大色 散系 數(shù)-ps/(nm.km)(12881339nm)最大色 散系 數(shù)-ps/(nm2.kmps/(nm2.km零色散 斜率nm15001600nm13001324nm零色散 波長nmnmnm2-22米長跳 線光 纜截止 波長cjnm-nm22米光 纜截 止波長cc1m1m1m短于2米長跳 線光 纜中光 纖截止波 長c變化不 超過10%變化不超 過10%變化 不超 過10%模場同 心度 誤差811m78.3m8.69.5m模場直 徑（ 標稱值 ）G655光纖G653光纖G652光纖光纖的基本參數(shù)37光纖的基本參數(shù)38光纖的基本參數(shù)39第一章第一章 光纖通信的基本原理光纖通信的基本原理第二章第二章 光纖的基本結構及分類光纖的基本結構及分類第三章第三章 光纖的基本參數(shù)光纖的基本參數(shù)第四章第四章 光纖的制造方法光纖的制造方法光纖的通信原理及基礎知識